光纖由于其獨特的優勢廣泛應用于各種傳輸系統中。而在光纖傳輸系統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。隨著光纖加工技術的逐漸成熟，光纖傳輸損耗已經大大降低了。因此光源與光纖的耦合問題越來越突出。本文為您簡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，我們先來簡單介紹一下光纖。

光纖是一種將信號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，根據材料、傳輸模式、折射率分布和工作波長大致可分為以下幾種。

在實際應用中，需要根據具體的應用場景選擇適合的光纖進行連接。

光纖耦合方式分類

光纖耦合是采用光學系統對一端的光束進行準直、整形、變換，進一步耦合到另一端光纖中的一個過程。一方面可以改善光束質量，另一方面由于光纖柔軟可彎曲，可以將光能量導向任意方向，極大提高應用范圍。

直接耦合

直接耦合是使光纖直接對準光源輸出的光進行的“對接”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、加工制作簡單的優點。

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準連接。通常情況下，光纖芯徑的匹配以及光纖數值孔徑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，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。

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，然后直接對準激光器進行耦合。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，制作工藝較簡單，且體積小，價格低。把光纖端面加工成半球形得微透鏡，則相當于增加了系統中的數值孔徑，可以提高耦合效率。示意圖如下圖所示。

光學透鏡耦合

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

單透鏡

這種耦合方式通常是由單個透鏡構成。其根據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。但對透鏡的設計要求比較高，需根據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。具有聚焦和準直的功能，可以應用在多種不同的微型光學器件(如耦合器、準直器、隔離器等)。

對于自聚焦透鏡來說，其體積比較小，耦合率比較高，損耗比較低。但是，必須需要精密測量和復雜計算，才能進一步優化透鏡的折射率分布。

組合透鏡系統

在許多光纖耦合系統中，為了進一步提高耦合效率，通常情況下，會將各種光透鏡(如球透鏡、柱透鏡、自聚焦透鏡，以及錐形光纖等)進行組合組合。通過透鏡的組合可以大幅度提高耦合效率。

審核編輯：湯梓紅