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今天介紹激光系統(tǒng)中一種重要的元器組件：合束器。

合束器是什么？

合束器（Combiner）是一種光學(xué)或射頻設(shè)備，用于將兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)源的輸出合并到一個(gè)單一的通道中。在不同的領(lǐng)域，合束器有著不同的應(yīng)用形式和功能特點(diǎn)。

光學(xué)合束器

在光纖通信或激光技術(shù)中，光學(xué)合束器主要用于將來(lái)自不同光源的光波合并成一束，通過(guò)同一根光纖傳輸。這種設(shè)備常用于增加系統(tǒng)的輸出功率或者實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的同時(shí)傳輸。例如，在光纖放大器中，泵浦光和信號(hào)光可能會(huì)通過(guò)合束器合并后送入放大介質(zhì)。

射頻合束器

在射頻（RF）技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，射頻合束器可以將來(lái)自多個(gè)發(fā)射機(jī)的射頻信號(hào)合并到一條天線(xiàn)上進(jìn)行發(fā)射，或者將接收到的信號(hào)分配給多個(gè)接收機(jī)。這對(duì)于提高信號(hào)覆蓋范圍、增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度或是實(shí)現(xiàn)多頻道操作非常有用。

合束器的工作原理

光學(xué)合束器

波分復(fù)用（WDM）合束器：這類(lèi)合束器主要應(yīng)用于光纖通信，其工作原理是基于光的波長(zhǎng)選擇性。通過(guò)使用特定的濾光片或其他波長(zhǎng)選擇元件，如薄膜濾波器或布拉格光柵，合束器可以將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)合并到同一根光纖中傳輸。每種波長(zhǎng)的光信號(hào)可以在同一根光纖中共存而不相互干擾，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓煌牟ㄩL(zhǎng)上工作。

偏振合束器：偏振合束器利用光的偏振特性來(lái)合并兩束具有不同偏振方向的光。通常，這種合束器包含一個(gè)偏振分束器（Polarization Beam Splitter, PBS），它可以反射某一偏振方向的光而讓另一偏振方向的光通過(guò)。通過(guò)這種方式，兩束不同偏振的光可以被合并成一束，但保持它們各自的偏振狀態(tài)。

耦合器：耦合器是一種較為簡(jiǎn)單的光學(xué)合束器，它通過(guò)物理方式將兩根或多根光纖中的光信號(hào)耦合到一根輸出光纖中。這種合束方式不區(qū)分光的波長(zhǎng)或偏振，適用于需要簡(jiǎn)單合并光信號(hào)的情況。

射頻合束器

功率合束器：在射頻系統(tǒng)中，功率合束器用于將多個(gè)射頻信號(hào)源的功率合并到一個(gè)輸出端口。這通常通過(guò)使用匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保每個(gè)輸入信號(hào)源的阻抗與合束器相匹配，從而最大限度地減少反射損失并提高效率。

頻率合束器：當(dāng)需要在一個(gè)天線(xiàn)上同時(shí)傳輸多個(gè)不同頻率的信號(hào)時(shí)，可以使用頻率合束器。這種合束器通常包含帶通濾波器，每個(gè)濾波器只允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，然后這些信號(hào)被合并并通過(guò)同一根天線(xiàn)發(fā)射出去。

隔離器：在某些情況下，為了防止反向信號(hào)對(duì)射頻源造成影響，合束器可能還包括隔離器，確保信號(hào)只能從輸入端流向輸出端，而不能反向流動(dòng)。

合束器和分束器的區(qū)別

合束器（Combiner）和分束器（Splitter）雖然在功能上有一定的相似性，即都可以處理多條信號(hào)路徑，但它們的主要作用和應(yīng)用場(chǎng)景是不同的。

合束器和分束器主要區(qū)別

功能方向不同：

合束器：將多個(gè)輸入信號(hào)合并成一個(gè)輸出信號(hào)。

分束器：將一個(gè)輸入信號(hào)分成多個(gè)輸出信號(hào)。

應(yīng)用場(chǎng)景不同：

合束器：多用于發(fā)射端，如光纖通信的發(fā)送端、激光加工的功率合并、無(wú)線(xiàn)通信的多頻率信號(hào)發(fā)射。

分束器：多用于接收端，如光纖通信的接收端、廣播電視的信號(hào)分配、無(wú)線(xiàn)通信的信號(hào)處理。

信號(hào)處理不同：

合束器：關(guān)注信號(hào)的合并和功率疊加，確保合并后的信號(hào)質(zhì)量和效率。

分束器：關(guān)注信號(hào)的均勻分配和隔離，確保每個(gè)輸出信號(hào)的質(zhì)量和獨(dú)立性。

合束器在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用

合束器在激光系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在需要高功率輸出或多種波長(zhǎng)操作的情況下。

1. 功率合束

應(yīng)用場(chǎng)景：

工業(yè)加工：如激光切割、焊接和打標(biāo)等。在這些應(yīng)用中，需要高功率的激光束來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的材料加工。

科學(xué)研究：高功率激光在物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中用于產(chǎn)生極端條件，如高溫高壓環(huán)境。

2. 波長(zhǎng)合束

應(yīng)用場(chǎng)景：

生物醫(yī)學(xué)：多波長(zhǎng)激光在生物醫(yī)學(xué)成像和治療中具有重要應(yīng)用，如熒光顯微鏡和光動(dòng)力療法。

光譜分析：多波長(zhǎng)激光在光譜分析中用于檢測(cè)和識(shí)別不同物質(zhì)。

3. 偏振合束

應(yīng)用場(chǎng)景：

顯示技術(shù)：在激光投影儀和顯示器中，偏振合束器用于將不同偏振方向的激光合并，以提高圖像的亮度和對(duì)比度。

光學(xué)測(cè)量：在精密光學(xué)測(cè)量中，偏振合束器用于將不同偏振方向的光信號(hào)合并，以提高測(cè)量精度。

4. 時(shí)間合束

應(yīng)用場(chǎng)景：

超快激光：在超快激光系統(tǒng)中，需要將多束脈沖激光在時(shí)間上精確同步，以實(shí)現(xiàn)高分辨率的超快過(guò)程研究。

通信系統(tǒng)：在光通信系統(tǒng)中，時(shí)間合束技術(shù)用于將多路信號(hào)在時(shí)間上精確同步，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

5. 多模合束

應(yīng)用場(chǎng)景：

光纖通信：在多模光纖通信中，需要將多路信號(hào)合并到同一根光纖中傳輸。

激光雷達(dá)：在激光雷達(dá)系統(tǒng)中，多模合束技術(shù)用于將多路激光信號(hào)合并，以提高探測(cè)精度和范圍。

合束器在激光系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，作為一種重要的激光零部件，合束器發(fā)揮著重要的作用。

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