单模-多模光纤合束器,用于将多路单模或准单模光纤激光输出合束到一路多模光纤中,是全光纤非相干合成技术中的关键器件。目前,对于单模-多模光纤合束器的研究虽然取得了一定进展,但是其中对于光场在合束器中的具体传输过程以及合束器设计规律等方面的研究仍非常有限。因此,本文针对套管法制作的单模-多模光纤合束器,以3×1单模-多模光纤合束器为例,从传输特性入手展开数值研究,分析光场在其中的传输过程,研究输入、输出光纤参数及拉锥参数对合束器性能的影响,给出单模-多模光纤合束器的设计规律。主要工作如下:首先,介绍了单根拉锥光纤的理论分析方法——几何光学法和光束传输法。论文分别给出了两种方法的理论思路和算法实现,并结合单模-多模光纤合束器的特点和结构,分析对比了两种方法的差异及适用范围,指出研究单模-多模光纤合束器的传输特性需要使用光束传输法。其次,针对采用石英套管(折射率与包层折射率相等)拉制合束器的情况,建立了无限包层数值模型,研究了光场在合束器中的演化过程和规律,讨论了合束器结构及参数对传输效率的影响。结果表明,输出光纤的数值孔径对于传输效率的影响较小;输出光纤的纤芯和拉锥长度应该足够大以保证传输效率。此外,需要匹配拉锥比和输出光纤纤芯直径,使输出光纤纤芯尽可能小,以获得较好的光束质量输出。最后,针对采用低折射率掺氟套管(折射率小于包层折射率)拉制合束器的情况,建立了有限包层数值模型,研究了有限包层及其他主要参数对合束器性能的影响。结果表明:第一,由于低折射率外部介质的存在,使得有限包层在约束和分离光场中起到了重要作用,并提高了合束器的拉锥比和传输效率;第二,光场在输入光纤包层中仍保持单模传输,使得在输出光纤纤芯数值孔径远小于熔融拉锥光纤束包层数值孔径的情况下,合束器依然保持了高传输效率,因此可以通过减小输出光纤纤芯数值孔径的方式来提高输出光亮度;第三,由于熔融拉锥光纤束中的损耗,合束器传输效率的提升存在一个极限值,该值随拉锥比增大而减小;第四,拉锥长度应足够长以满足绝热拉锥条件,数值模拟结果显示绝热拉锥长度随拉锥比增大而增大。此外,增大输入光纤纤芯数值孔径和纤芯包层比有利于提高合束器传输效率。以上结论对单模-多模光纤合束器的设计有着重要的指导意义。