高功率中红外7×1硫系光纤合束器的软玻璃粘接技术研究及其在激光传输中的应用

本文报道了一种采用软玻璃粘接技术制备的7×1中红外硫系光纤合束器，通过优化锥度比（R=1）和端帽长度（L=15 mm），显著提升传输效率（72.81%）和输出功率（7.46 W@4.7μm）。该研究为量子级联激光器（QCLs）的高功率中红外（MIR）光纤激光系统提供了创新解决方案，克服了传统熔锥技术导致的模式失配和热损伤问题。

　　

Highlight

本研究通过软玻璃粘接技术实现高功率中红外光纤合束器的突破性进展，其创新性体现在：

1. 1.

   采用单预制棒锥化替代传统多纤熔融工艺，避免热累积效应；

2. 2.

   软玻璃界面同时实现结构粘接与菲涅尔反射（Fresnel reflection）抑制；

3. 3.

   在7路4.7 μm QCLs同步激发下实现72.81%的功率传输效率。

Design and optimization of fiber combiner structure

如图1(a)所示，As₂S₃光纤束采用150 μm芯径/300 μm包层结构，通过六角密排布局实现高效光场耦合。数值模拟显示，当锥度比R=1且端帽长度L=15 mm时，光束收敛性与传输效率达到最优平衡。

Experimental preparation

基于优化参数制备的原型机验证了软玻璃粘接工艺的可行性。关键步骤包括：

• •

  硫系光纤束与多模端帽的低温键合；

• •

  折射率匹配胶（n=2.4）填充界面间隙；

• •

  锥区形貌的精确控制（±1 μm精度）。

Measurements and discussions

性能测试表明：

1. 1.

   软玻璃粘接使平均传输效率从44.93%提升至66.87%；

2. 2.

   输出端附加软玻璃后效率进一步提高至72.14%（@1.55 μm）；

3. 3.

   在10.29 W总输入功率下，输出功率达7.46 W，且未观测到热透镜效应。

Conclusions

该软玻璃粘接合束器为中红外高功率激光传输提供了新范式，其核心优势在于：

1. 1.

   规避熔融锥化导致的模式畸变；

2. 2.

   通过界面工程显著降低菲涅尔损耗；

3. 3.

   兼容3-5 μm分子振动光谱（如CO₂、CH₄检测）的关键波段。

（注：翻译部分已去除文献引用标识，保留原文技术参数和专业术语的精确表达）