光纖合束器是獲取高功率光纖激光器的核心部件，通過光纖合束器輸出的激光一般為(wei) 高階模式，光束質量較差。本文介紹了光纖合束器的工作原理和輸出激光M2的計算公式，並且基於(yu) 輸入激光的不同模式進行仿真分析，探究不同輸入激光模式對輸出激光光束質量的影響。
光纖激光器自從(cong) 發明以來取得了長足的進步，但是近年來單鏈路光纖激光器進一步提升輸出功率卻遇到了極大的瓶頸，在這個(ge) 背景之下光纖激光合成技術成為(wei) 了一個(ge) 有效的方案，其中功率合成示意圖如圖1所示。
圖1.功率合成示意圖
所謂光纖激光合成技術指的是將多路光纖激光合稱為(wei) 一束激光輸出的技術，其中光纖功率合束器是該技術中的核心技術，它能夠有效避免幾何拚束的缺陷，利用全光纖結構將多路激光束縛在波導中，提高了合成效率，實現了真正意義(yi) 上的“合束”，其結構如圖2所示。
圖2.光纖合束器結構示意圖
而除了高功率之外，在很多領域中能量密度這一參數也非常重要，我們(men) 可以使用光束質量這一指標來表征這個(ge) 值，常見的評判光束質量的參數有M2因子，聚焦光斑尺寸，衍射極限倍數因子β，Streel比等。
下麵我們(men) 來討論光纖合束器輸出激光的M2計算公式。一般而言從(cong) 合束器輸出的光往往存在高階模式，因為(wei) 光斑不規則，很難通過幾何方法來判斷光斑中心和束腰半徑，所以我們(men) 可以通過下式二階矩的定義(yi) 來計算束腰半徑：
再根據M2的定義(yi) 計算得到
其中
和
分別是x和y方向上的M2因子，
和
分別是激光再遠場x和y方向的有效光斑半徑。ζ和η分別代表遠場平麵上x，y方向的坐標。
在極限情況下，真空中激光在遠場的模式分布為(wei) 近場分布的傅裏葉變換，由此同樣可以通過下列式子來定義(yi) 遠場分布的有效光斑半徑
和
。
隨著激光合束器的發展，目前的光纖激光輸出功率可以達到百千瓦量級，但是此時的M2卻高達50，光束質量堪憂，在經過較長距離的傳(chuan) 輸之後能量密度受大氣的影響明顯降低，因此提高光纖合束器輸出激光的光束質量非常重要。本文將基於(yu) 輸入激光光束質量進行仿真分析，探究提高光纖合束器光束質量的方法。
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