一种高功率光纤合束器的分区冷却封装结构，包括热沉、光纤合束器、中空圆柱形套管和盖板。热沉由上盖和底座两部分组成，上下两部分用螺钉固定，热沉底座分为输入光纤冷却区和耦合输出冷却区，光纤合束器的耦合区及邻近的输出光纤封装在中空圆柱形套管内，再将套管用盖板封装在热沉的耦合输出冷却区，耦合输出冷却区内设置有液体冷却腔、外壁设有液体进出口，液体进出口与液体循环装置连接。光纤合束器靠近耦合区的输入光纤用光学胶固定在热沉的输入光纤冷却区。本发明的分区冷却封装结构能够对高功率运行的合束器进行有效冷却，同时避免了合束器的锥区及光纤涂覆层与冷却液直接接触，提高了合束器长期运行的稳定性和可靠性。