近日，我室硕士研究生董谦桥（第一作者），戴世勋研究员（通讯作者）在Optics Express （IF= 3.3）期刊发表了题为“High-efficiency, double-tapered 3×1 mid-infrared tellurite fiber combiner with brightness recovery capability”的论文(2026, 34(8), 15193–15206)。文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.592896

       中红外光纤激光器在气体传感、医疗诊断和环境监测等领域具有重要应用。然而，单根光纤的输出功率有限，需要采用合束技术实现功率提升。传统多模光纤合束器在合束过程中不可避免地激发高阶模，导致光束质量下降（亮度降低），限制了高亮度应用场景。氟化物和硫系玻璃虽具有中红外透过能力，但存在热稳定性差、机械强度低、易潮解等问题。碲酸盐玻璃兼具较宽的红外透过窗口和良好的热化学稳定性，是一种有潜力的替代材料。

       针对上述问题，本工作提出并制备了一种基于碲酸盐光纤的 3×1 双锥形多模合束器，其结构如图1所示。该器件利用二次绝热拉锥结构，通过逐步减小归一化频率（V）来滤除高阶模，从而恢复光束质量。基于光束传播法（BPM）仿真优化了锥形参数（锥比 1.5，锥长 15 mm），并采用具有良好热稳定性的碲酸盐玻璃制备了全光纤器件。玻璃的差示扫描量热分析显示，其热稳定性参数 ΔT 超过 130°C，为拉锥工艺提供了较宽的加工窗口。实验结果表明：在 1960 nm 单端口输入下，合束器传输效率达 86.1%，对应的总插入损耗约为 0.66 dB。损耗构成分析表明，熔接点损耗（约 0.30 dB）是主要贡献因素，而双锥结构引入的额外损耗仅约 0.19 dB。与传统单锥结构相比，双锥结构将光束质量 M2 从 15.9/13.9 改善至 11.6/10.2（提升约 26.8%），亮度恢复比（BRR）达到 ~1.8。图2汇总了光束质量演化、传输效率、损耗构成及亮度恢复比四项关键数据，全面展示了双锥形结构对光束质量的恢复效果，验证了二次拉锥作为空间模式滤波器的有效性。在 2-3 µm 波段的多波长合束演示中，分别使用 1960、2120 和 2770 nm 三台激光器作为光源。1960 nm 和 2120 nm 的传输效率分别为 86.1% 和 85.5%，而 2770 nm 处效率为 66.2%，主要受限于残余OH吸收。在总输入功率约 4.5 W 条件下，合束器输出总功率达 ~3.6 W，合束效率为 80.1%。热特性测试表明，在最大输出功率下，器件表面最高温度仅为 57.8°C，且温度随功率线性增长，未出现热失控现象。热像图显示热点集中于熔接点位置，如图3所示。该工作验证了双锥形结构在软玻璃光纤中实现亮度恢复的可行性，为高亮度中红外全光纤激光系统提供了一种紧凑、可靠的合束解决方案。

图1 双锥形碲酸盐光纤合束器示意图；上：3D 纵视图；下：光纤束（Bundle）、拉锥光纤束（TFB）、单锥形合束器（ST-FC）和双锥形合束器（DT-FC）的对应横截面

图2 双锥形合束器（DT-FC）性能分析；(a)不同阶段的光束质量演化；(b) 传输效率；(c) 损耗构成分析；(d) DT-FC相对于ST-FC的亮度恢复比（BRR）

图3碲酸盐双锥形合束器（DT-FC）的功率扩展与热特性；(a) 各独立波长及合束运行下的输出功率随输入功率的变化；(b) 器件最高温度与总输出功率的关系；插图：输出功率为3.6 W下的红外热像图