本实用新型涉及铁路通信技术领域，是一种高速铁路自由空间光多波束分集发射装置，包括信号箱和光发射装置；在每节火车车厢顶部外侧设有一个或多个光接收装置，在铁轨上方的每个接触网硬横跨支柱的横臂上均设有两个或多个光发射装置，在每N个接触网硬横跨支柱中的任意一个接触网硬横跨支柱上设有一个信号箱。本实用新型使得光发射装置发射的光束直接辐射在火车车厢顶部外侧面上，相比于现有技术将就激光器安装在铁轨旁，减少了光束传播距离，减少大气衰减对光束的影响。并且通过多个自由空间光信号通过多波束分集技术使用不同信道被光接收装置接收，光接收装置将接收到的光信号整合，获得性能最好的光信号，从而减少了传输过程产生的衰减。