光纤由于其独特的优势，广泛应用于各种传输系统中。为了保证光纤传输系统的高效率传输，我们必须保证光纤的高效率传输以及光源与光纤的高效率耦合。随着光纤加工技术的逐渐成熟，光纤传输效率（损耗）已经大大降低了。因此光源与光纤的耦合问题越来越突出。本文为您简单介绍一下光纤耦合的3种分类方式。

光纤介绍

在了解光纤耦合之前，我们先来简单介绍一下光纤。

光纤是一种将信号从一端传送到另一端的媒介。一般由纤芯、包层和涂覆层组成。

光纤种类很多，根据材料、传输模式、折射率分布和工作波长大致可分为以下几种。

在实际应用中，需要根据具体的应用场景选择适合的光纤进行连接。

光纤耦合方式分类

光纤耦合是采用光学系统对一端的光束进行准直、整形、变换，进一步耦合到另一端光纤中的一个过程。一方面可以改善光束质量，另一方面由于光纤柔软可弯曲，可以将光能量导向任意方向，极大提高应用范围。

直接耦合

直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。通常情况下，主要包括光纤直接耦合和光纤微透镜直接耦合两种。这种耦合方式具有灵活方便、加工制作简单的优点。

光纤直接耦合

所谓的光纤直接耦合就是将激光器直接与光纤对准连接。通常情况下，光纤芯径的匹配以及光纤数值孔径NA的匹配是影响光纤直接耦合效率的主要原因。

NA是光纤的主要参数，它代表光纤端面接收光能力的大小。NA越大，光纤接收能光的能力越强。

光纤微透镜耦合

减小透镜焦距可以提高耦合效率。而要得到最小的透镜，可以直接将光纤端面制成一定大小和形状的微透镜，然后直接对准激光器进行耦合。将光纤端面加工成锥形的微透镜，其光纤耦合效率较高，制作工艺较简单，且体积小，价格低。将光纤端面加工成半球形的微透镜，则相当于增加了系统中的数值孔径，可以提高耦合效率。示意图如下图所示。

光学透镜耦合

光学透镜耦合是目前光源和光纤耦合时常用的方法之一。一般可分为单透镜、自聚焦透镜和组合透镜等。

单透镜

这种耦合方式通常是由单个透镜构成。其根据形状又可分为球面透镜和非球面透镜（例如非球面柱面透镜）。这种耦合方式的效率比直接耦合方式高出很多。但对透镜的设计要求比较高，需根据激光器光源的特性和光纤特性选择合适的透镜。

自聚焦透镜耦合

自聚焦透镜又称为梯度渐变折射率（GRIN）透镜。具有聚焦和准直的功能，可以应用在多种不同的微型光学器件（如耦合器、准直器、隔离器等）。

对于自聚焦透镜来说，其体积比较小，耦合率比较高，损耗比较低。但是，必须需要精密测量和复杂计算，才能进一步优化透镜的折射率分布。

组合透镜

在许多光纤耦合系统中，为了进一步提高耦合效率，通常情况下，会将各种光透镜（如球透镜、柱透镜、自聚焦透镜，以及锥形光纤等）进行组合组合。通过透镜的组合可以大幅度提高耦合效率。