光纖由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各種傳輸系統(tǒng)中。而在光纖傳輸系統(tǒng)的高傳輸效率包括光纖的傳輸效率和激光與光纖耦合的效率。隨著光纖加工技術(shù)的逐漸成熟，光纖傳輸損耗已經(jīng)大大降低了。因此光源與光纖的耦合問(wèn)題越來(lái)越突出。本文為您簡(jiǎn)單介紹一下光纖耦合的3種分類方式。

光纖介紹

在了解光纖耦合之前，我們先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下光纖。

光纖是一種將信號(hào)從一端傳送到另一端的媒介。一般由纖芯、包層和涂覆層組成。

光纖種類很多，根據(jù)材料、傳輸模式、折射率分布和工作波長(zhǎng)大致可分為以下幾種。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇適合的光纖進(jìn)行連接。

光纖耦合方式分類

光纖耦合是采用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)一端的光束進(jìn)行準(zhǔn)直、整形、變換，進(jìn)一步耦合到另一端光纖中的一個(gè)過(guò)程。一方面可以改善光束質(zhì)量，另一方面由于光纖柔軟可彎曲，可以將光能量導(dǎo)向任意方向，極大提高應(yīng)用范圍。

直接耦合

直接耦合是使光纖直接對(duì)準(zhǔn)光源輸出的光進(jìn)行的“對(duì)接”耦合。通常情況下，主要包括光纖直接耦合和光纖微透鏡直接耦合兩種。這種耦合方式具有靈活方便、加工制作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

光纖直接耦合

所謂的光纖直接耦合就是將激光器直接與光纖對(duì)準(zhǔn)連接。通常情況下，光纖芯徑的匹配以及光纖數(shù)值孔徑NA的匹配是影響光纖直接耦合效率的主要原因。

NA是光纖的主要參數(shù)，它代表光纖端面接收光能力的大小。NA越大，光纖接收能光的能力越強(qiáng)。

光纖微透鏡直接耦合

減小透鏡焦距可以提高耦合效率，要得到最小的透鏡，就是直接將光纖端面制成一定大小和形狀的微透鏡，然后直接對(duì)準(zhǔn)激光器進(jìn)行耦合。光纖端面使用一定的加工工藝制作成這種錐形得光纖耦合效率較高，制作工藝較簡(jiǎn)單，且體積小，價(jià)格低。把光纖端面加工成半球形得微透鏡，則相當(dāng)于增加了系統(tǒng)中的數(shù)值孔徑，可以提高耦合效率。示意圖如下圖所示。

光學(xué)透鏡耦合

光學(xué)透鏡耦合法是目前光源和光纖耦合時(shí)常用的方法之一。一般可分為單透鏡、自聚焦透鏡和組合透鏡系統(tǒng)等。

單透鏡

這種耦合方式通常是由單個(gè)透鏡構(gòu)成。其根據(jù)形狀又可分為球面透鏡和非球面透鏡(例如非球面柱面透鏡)。這種耦合方式的效率比直接耦合方式高出很多。但對(duì)透鏡的設(shè)計(jì)要求比較高，需根據(jù)激光器光源的特性和光纖特性選擇合適的透鏡。

自聚焦透鏡

自聚焦透鏡又稱為梯度漸變折射率(GRIN)透鏡。具有聚焦和準(zhǔn)直的功能，可以應(yīng)用在多種不同的微型光學(xué)器件(如耦合器、準(zhǔn)直器、隔離器等)。

對(duì)于自聚焦透鏡來(lái)說(shuō)，其體積比較小，耦合率比較高，損耗比較低。但是，必須需要精密測(cè)量和復(fù)雜計(jì)算，才能進(jìn)一步優(yōu)化透鏡的折射率分布。

組合透鏡系統(tǒng)

在許多光纖耦合系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步提高耦合效率，通常情況下，會(huì)將各種光透鏡(如球透鏡、柱透鏡、自聚焦透鏡，以及錐形光纖等)進(jìn)行組合組合。通過(guò)透鏡的組合可以大幅度提高耦合效率。

審核編輯：湯梓紅