CN107735705A - 用于使激光二极管与光纤光学耦合的光学耦合系统 - Google Patents

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Abstract

提供了光学耦合系统。光学耦合系统包括具有第一纤芯(124a)的第一光纤端(122a)和具有第二纤芯(124b)的第二光纤端(122b)，以及在光学耦合位置处与第一纤芯和第二纤芯光学耦合的激光二极管(110)。激光二极管发射光束，所述光束具有不对称横截面光束分布，其包括快轴直径和慢轴直径。快轴直径比慢轴直径长。此外，第一光纤端与第二光纤端在光学耦合位置处沿着激光二极管的不对称横截面光束分布的快轴直径相邻布置，从而使得第一纤芯和第二纤芯在光学耦合位置处位于不对称横截面光束分布内。

Description

用于使激光二极管与光纤光学耦合的光学耦合系统
本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年06月18日提交的美国临时申请系列第62/181,396号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本说明书一般地涉及光学耦合系统，更具体地，涉及使激光二极管与多个光纤端光学耦合的光学系统。
技术背景
光纤可用于各种不同应用，其中，来自光源(例如激光二极管)的光沿着光纤的长度传播。在一些应用中，例如，照明、信号标志、生物应用中等，可以采用光漫射光纤，使得沿着光漫射光纤的长度传播的光沿着光纤的长度以径向向外的方式散射。
因此，存在对于使得激光二极管与多个光纤(例如，光漫射光纤)光学耦合的光学耦合系统的需求。
发明内容
在一个实施方式中，光学耦合系统包括具有第一纤芯的第一光纤端，具有第二纤芯的第二光纤端，以及在光学耦合位置与第一光纤端的第一纤芯和第二光纤端的第二纤芯光学耦合的激光二极管。激光二极管发射光束，所述光束具有不对称横截面光束分布，其包括快轴直径(fast axis diameter)和慢轴直径(slow axis diameter)。快轴直径比慢轴直径长。此外，第一光纤端与第二光纤端在光学耦合位置处沿着激光二极管的不对称横截面光束分布的快轴直径相邻布置，从而使得第一纤芯和第二纤芯在光学耦合位置处位于不对称横截面光束分布内。
在另一个实施方式中，光学耦合系统包括发射光束的激光二极管以及光纤外罩套圈，其构造成罩住第一光纤端和第二光纤端。光纤外罩套圈包括：套圈体(其具有与光输出端相对的光输入端)、第一光纤外罩孔(其在光输入端和光输出端之间以相对于光纤外罩套圈的纵轴呈第一角度延伸)以及第二光纤外罩孔(其在光输入端和光输出端之间以相对于光纤外罩套圈的纵轴呈第二角度延伸)。第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在光输出端间隔开。第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔之间分开的距离以从光输出端朝向光输入端的方向减小。第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在光输入端相邻。此外，第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在光输入端与激光二极管光学耦合，从而使得当激光二极管发射光束时，第一光纤外罩孔和第二光纤外罩孔在光输入端处分别位于光束的横截面光束分布内。
在另一个实施方式中，光学耦合系统包括第一光漫射光纤端、第二光漫射光纤端、构造成发射光束的激光二极管，以及双折射晶体。双折射晶体布置在激光二极管与第一光漫射光纤端和第二光漫射光纤端这两者之间。双折射晶体构造成使得：将光束分成第一光束和第二光束，将第一光束导向进入第一光漫射光纤端，以及将第二光束导向进入第二光漫射光纤端。
通过结合附图阅读以下详述，可以更充分地理解本文所述实施方式给出的这些特征以及其它的特征。
附图说明
附图所示的实施方式本质上是示意性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
图1示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括在光学耦合位置与第一光纤端和第二光纤端光学耦合的激光二极管；
图2示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括在光学耦合位置与单根光纤的相对光纤端光学耦合的激光二极管；
图3示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括在光学耦合位置与第一传输光纤和第二传输光纤光学耦合的激光二极管；
图4示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的图1的光学耦合系统，其还包括位于激光二极管与第一和第二光纤端之间的聚焦透镜；
图5示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括与第一光纤端和第二光纤端光学耦合的激光二极管，它们分别位于光纤外壳套圈内；
图6示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括位于图5的光纤外罩套圈内的与单根光纤的相对光纤端光学耦合的激光二极管；
图7显示根据本文所述一个或多个实施方式的图5和6的光纤外罩套圈的等角投影图；
图8显示根据本文所述一个或多个实施方式的图5-7的光纤外罩套圈的侧视图；以及
图9示意性显示根据本文所述一个或多个实施方式的光学耦合系统，其包括位于激光二极管与第一和第二光纤端之间的双折射晶体。
具体实施方式
本公开的实施方式涉及光学耦合系统，其包括与多个光纤端(例如，多个光漫射光纤端或者多个传输光纤端等)光学耦合的激光二极管。激光二极管构造成沿着光学路径发射光束。在一些实施方式中，光束包括横截面光束分布，例如，不对称横截面光束分布，并且所述多个光纤端可以在光学耦合位置与横截面光束分布光学耦合。在一些实施方式中，在光学耦合位置，两个光纤端可以相邻布置在横截面光束分布内。本文所述的一些光学耦合系统包括光纤外罩套圈，其具有光纤外罩孔，所述光纤外罩孔构造成在光输入端罩住光纤端并且使得光纤端相邻布置。本文所述的一些光学耦合系统包括双折射晶体，其构造成将激光二极管发射的光束分开，并将部分的光束导入两个光纤端中。
现参见图1，显示光学耦合系统100的示意图。光学耦合系统100包括激光二极管110，其构造成沿着光学路径102发射光束112。激光二极管110可以包括任意激光二极管，例如，多模激光二极管、单模激光二极管、SiP激光二极管、或者VCSEL激光二极管等。在一些实施方式中，激光二极管110用TO包封气密密封。在一些实施方式中，激光二极管110的发射点距离TO包封的输出窗口可以约为0.5-1mm，例如，0.7mm或0.85mm等。激光二极管110构造成发射具有横截面光束分布114的光束112。当激光二极管110是多模激光二极管时，横截面光束分布114可以具有不对称形状，例如，椭圆或卵形等。在其他实施方式中，横截面光束分布114可以是对称的，例如，圆形。虽然在图1中仅显示了一个激光二极管110，但是应理解的是，在其他实施方式中，光学耦合系统110可以包括位于单个TO包封内的两个或更多个激光二极管110。
如图1所示，横截面光束分布114包括快轴直径116和慢轴直径118。当横截面光束分布114不对称时，快轴直径116比慢轴直径118长。在一些实施方式中，快轴直径与慢轴直径的长度比是3:2、2:1、3:1或4:1。在其他实施方式中，快轴直径116与慢轴直径118可以具有不同长度关系。在激光二极管110位于TO包封内的一个示例性实施方式中，在TO包封的输出窗口处，光束112可以包括约为562um的快轴直径116和约为170um的慢轴直径118。在替代实施方式中，当横截面光束分布114对称时，快轴直径116和慢轴直径118包括基本相同直径。
仍参见图1，光学耦合系统100包括多个光纤端120，其位于激光二极管110的光学路径102内并且在光学耦合位置104与激光二极管110光学耦合。可以通过使得激光二极管110与所述多个光纤端120对准，将激光二极管110与所述多个光纤端120光学耦合，从而使得激光二极管110发射的至少一些光束112分别被所述多个光纤端120接收。在一些实施方式中，所述多个光纤端120包括具有第一纤芯124a和第一包层126a的第一光纤端122a以及具有第二纤芯124b和第二包层126b的第二光纤端122b。在一些实施方式中，所述多个光纤端120可以分别还包括围绕了包层126a、126b的涂层、外套、夹套中的一个或多个。
在一些实施方式中，第一光纤端122a是第一光纤的端部，以及第二光纤端122b是第二光纤的端部。在其他实施方式中，例如如图2所示的实施方式，第一光纤端122a和第二光纤端122b是同一光纤的相对端部。虽然本文将所述多个光纤端120描述成包含第一光纤端122a和第二光纤端122b，但是应理解的是，所述多个光纤端120可以包括不止两个光纤端。应理解的是，在光学耦合位置104处，可以在激光二极管110的光学路径102中布置任意数量的光纤端。此外，在一些实施方式中，第一和第二光纤端122a、122b可以与激光二极管110对接耦合(butt coupled)。例如，当激光二极管110位于TO包封内时，第一和第二光纤端122a、122b可以与TO包封的发射窗口对接耦合。使第一和第二光纤端122a、122b与激光二极管110对接耦合可以提供约为50-70％的耦合效率。
现参见图1和2，第一光纤端122a和第二光纤端122b在光学耦合位置104处相邻布置在光学路径102内。当激光二极管110发射光束112时，第一光纤端122a和第二光纤端122b可以相邻地位于光束112的横截面光束分布114内。在一些实施方式中，第一光纤端122a和第二光纤端122b沿着横截面光束分布114的快轴直径116相邻布置。快轴直径116的尺寸可以使得第一纤芯124a和第二纤芯124b在光学耦合位置104处位于横截面光束分布114内。例如，快轴直径116可以大于或等于第一纤芯124a的纤芯直径D1与第二纤芯124b的纤芯直径D2之和。
在一些实施方式中，可以分别沿着第一光纤端122a和第二光纤端122b的至少一部分去除第一包层126a和第二包层126b，从而将第一纤芯124a和第二纤芯124b沿着第一光纤端122a和第二光纤端122b的那部分暴露出来。在此类实施方式中，第一纤芯124a和第二纤芯124b可以相邻布置(例如位于阈值距离(例如约25um)内，或者可以发生接触)。在此类实施方式中，快轴直径116可以大于或等于第一纤芯124a的纤芯直径D1与第二纤芯124b的纤芯直径D2之和。通过提供在光学耦合位置104处的快轴直径116大于或等于纤芯直径D1和D2之和的横截面光束分布114，可以使得激光二极管110与第一和第二光纤端122a、122b之间的光学耦合损耗最小化。
对于在光学耦合位置104处第一和第二包层126a、126b围绕第一和第二纤芯124a、124b的实施方式，快轴直径116可以大于纤芯直径D1和纤芯直径D2之和。例如，快轴直径116与纤芯直径D1和纤芯直径D2之和的差可以大于或等于第一包层126a的包层厚度C1和第二包层126b的包层厚度C2之和，从而使得在光学耦合位置104处，第一纤芯124a和第二纤芯124b位于横截面光束分布114内。
在一些实施方式中，所述多个光纤端120可以包括光漫射光纤的端部。光漫射光纤包括纤芯，其包括玻璃(例如，二氧化硅)。在一些实施方式中，纤芯包括纯二氧化硅，以及在其他实施方式中，纤芯包括具有一种或多种掺杂剂(例如，Ge、Al、Ti和/或P)的二氧化硅。纤芯可以包括约为0.1-0.8的数值孔径(NA)(例如，0.22、0.45、0.53、0.55或0.57等)。此外，纤芯可以包括约为150-200um的直径(例如，160um、170um或180um等)。光漫射光纤还包括包层，其包括具有低折射率的材料。包层可以包括低折射率聚合物，例如，紫外(UV)可固化或者热可固化丙烯酸酯、氟丙烯酸酯或者硅酮。通过提供围绕纤芯的包层，可以形成具有高NA的波导。在一些实施方式中，包层的直径可以包括约为80-250um(例如，120um、180um或230um等)。
在所述多个光纤端120是光漫射光纤的端部的实施方式中，光漫射光纤还可包括位于纤芯内或者位于纤芯-包层边界处的多个周期性或者非周期性纳米尺寸结构和/或空穴。在运行中，光漫射光纤构造成将光散射离开纤芯并经由纳米尺寸结构通过包层的外表面。光漫射光纤构造成沿其长度辐射光。在一些实施方式中，光漫射光纤还包括围绕包层的任选涂层，例如，聚合物涂层(例如，基于丙烯酸酯的聚合物或者基于硅酮的聚合物)或者荧光材料(当光漫射通过涂层时，其产生一种或多种颜色)。
仍然参见图1，在一些实施方式中，第一光纤端122a是第一光漫射光纤的端部，以及第二光纤端122b是第二光漫射光纤的端部。在其他实施方式中，例如如图2所示的实施方式，第一光纤端122a和第二光纤端122b是同一光漫射光纤的相对端部。通过使得同一光漫射光纤的相对端部与激光二极管110光学耦合，光同时传播进入光漫射光纤的两端。这提供了沿着光漫射光纤的长度更为均匀的照明，因为光漫射光纤的每端接收了基本等量的光束112的功率分量。
现参见图3，第一光纤端122a可以包括第一传输光纤130a，以及第二光纤端122b可以包括第二传输光纤130b。第一和第二传输光纤130a、130b可以包括透射光纤的长度，其构造成以最小衰减在光纤耦合端133a、133b输出光，在光接收端131a、131b接收光。光接收端131a、131b的位置与光纤耦合端133a、133b相对。此外，第一和第二传输光纤130a、130b的光纤耦合端133a、133b可以与其他光纤耦合。例如，如图3所示，第一传输光纤130a的光纤耦合端133a可以与第三光纤132a光学耦合(例如，对接)，以及第二传输光纤130b的光纤耦合端133b可以与第四光纤132b光学耦合(例如，对接)。第三光纤132a和第四光纤132b可以分别包括任意光纤。在一些实施方式中，第三光纤132a和第四光纤132b是光漫射光纤。在一些实施方式中，第三光纤132a和第四光纤132b可以是单个光漫射光纤的相对端。在替代实施方式中，第三光纤132a可以包括第三传输光纤，第一光纤132b可以包括第四传输光纤，以及第三传输光纤和第四光纤的光输出端可以进而与分开的光漫射光纤的端部或者单个光漫射光纤的相对端部光学耦合。应理解的是，可以考虑任意数量的传输光纤。
现参见图4，聚焦透镜106可以位于激光二极管110与第一和第二光纤端122a、122b之间的光学路径102内。聚焦透镜106可以包括任意聚焦透镜106，其构造成将光束112聚焦到第一光纤端122a和第二光纤端122b。例如，聚焦透镜106可以包括球形透镜、非球形透镜、圆柱形透镜、失真透镜、梯度折射率(GRIN)透镜、衍射透镜或者开诺透镜等。在一些实施方式中，可以考虑额外的聚焦透镜106。将聚焦透镜106放在激光二极管110与第一和第二光纤端122a、122b之间的光学路径102中可以提供约为70-90％的耦合效率。应理解的是，可以在本文所述的任意实施方式的光学路径102内光学布置一个或多个透镜106，例如，位于激光二极管110与上文所述的图1-3和下文所述的图5-9的光学耦合光纤端之间。
现参见图5-8，光学耦合系统100还可包括光纤外罩套圈150，其具有构造成罩住第一光纤端122a的第一光纤外罩孔160a和构造成罩住第二光纤端122b的第二光纤外罩孔160b。在一些实施方式中，例如图5所示的实施方式，第一光纤端122a是第一光纤的端部，以及第二光纤端122b是第二光纤的端部。在其他实施方式中，例如如图6所示的实施方式，第一光纤端122a和第二光纤端122b是同一光纤的相对端部。第一和第二光纤端122a、122b可以包括任意类型的光纤(例如，传输光纤或者光漫射光纤等)的端部。在一些实施方式中，第一和第二光纤端122a、122b粘附在第一和第二光纤外罩孔160a、160b内，例如，采用折射率基本等于包层126a、126b的折射率的透明光学粘合剂。
如图5-8所示，光纤外罩套圈150的套圈体152具有与光输出端156相对的光输入端154以及在光输入端154与光输出端156之间延伸的纵轴151。在一些实施方式中，套圈体152可以包括圆柱形棒，例如如图7的等角投影图所示。但是，在其他实施方式中，套圈体152可以具有不同形状，例如在一些实施方式中，套圈体152具有矩形、三角形、椭圆形、多边形或者不规则横截面。在一些实施方式中，套圈体152对于可见光和UV光是光学透明的。在其他实施方式中，套圈体152可以是半透明或者不透明的。在一些实施方式中，套圈体152由低折射率材料(例如，聚合物或者塑料(例如，氟化乙烯丙烯(FEP))等)形成的。在一些实施方式中，套圈体152可以由玻璃(例如，二氧化硅等)、金属或陶瓷形成。
仍然参见图5-8，第一光纤外罩孔160a在光输入端154和光输出端156之间以相对于纵轴151呈第一角度α1延伸，以及第二光纤外罩孔160b在光输入端154和光输出端156之间以相对于纵轴151呈第二角度α2延伸。在一些实施方式中，第一角度α1和第二角度α2是相同角度，从而第一光纤外罩孔160a和第二光纤外罩孔160b相对于纵轴151呈对称方式延伸。在一些实施方式中，第一角度α1和第二角度α2是不同角度。在一些实施方式中，第一角度α1和第二角度α2约为1°-25°的范围内。在一些实施方式中，第一角度α1和第二角度α2中的一个或多个是5°、10°或15°。如图5-6最佳所示，第一光纤外罩孔160a和第二光纤外罩孔160b在光输出端156间隔的间隔距离为s。间隔距离s以从光输出端156朝向光输入端154的方向下降，从而在光输入端154，第一光纤外罩孔160a与第二光纤外罩孔160b的位置相邻，如图5-8所示。因此，在该实施方式中，当第一和第二光纤端122a、122b分别位于第一和光纤外罩孔160a、160b中时，第一纤芯124a和第二纤芯124b在光输入端154的位置可以相邻，例如位于阈值距离(例如约25um)内，或者发生接触。
仍然参见图5-8，在一些实施方式中，第一光纤外罩孔150a和第二光纤外罩孔160b在光输入端154与激光二极管110光学耦合，从而当激光二极管110发射光束112时，第一光纤外罩孔160a和第二光纤外罩孔160b分别位于横截面光束分布114内。如上文关于图1-4所述，横截面光束分布114可以是不对称的。在横截面光束分布114是不对称的实施方式中，第一光纤外罩孔160a和第二光纤外罩孔160b在光输入端154可以沿着横截面光束分布114的快轴直径116以上文关于图1-4所述的方式布置。如图5-6所示，第一光纤端122a可以位于第一光纤外罩孔160a内，以及第二光纤端122b可以位于第二光纤外罩孔160b内，从而光束112可以传播进入第一光纤端122a和第二光纤端122b中。在替代实施方式中，图4的聚焦透镜106可以位于激光二极管110与光输入端154之间。
如图5、6和8所示，第一光纤外罩孔160a可以包括第一纤芯接收部分162a，以及第二光纤外罩孔160b可以包括第二纤芯接收部分162b。第一和第二纤芯接收部分162a、162b从光输入端154朝向光输出端156延伸。第一和第二纤芯接收部分162a、162b还分别沿着第一和第二光纤外罩孔160a、160b延伸，并且包括的直径小于第一和第二光纤外罩孔160a、160b的直径。此外，第一和第二纤芯接收部分162a、162b的尺寸分别调节至接收第一和第二光纤端122a、122b的第一和第二纤芯124a、124b。如图5和6所示，第一和第二纤芯接收部分162a、162b在光输入端154处汇聚，使得当放在第一和第二外罩孔160a、106b中的时候，第一和第二光纤端122a、122b的第一和第二纤芯124a、124b在光输入端154发生接触。
在一些实施方式中，第一和第二纤芯接收部分162a、162b分别包括的长度小于第一和第二纤芯外罩孔160a、160b的长度。例如，第一和第二纤芯接收部分162a、162b可以从光输入端154延伸到位于光输入端154与光输出端156之间的终端位置164a、164b。第一和第二纤芯接收部分162a、162b可以用位于终端位置164a、164b处的第一和第二接合肩状物166a、166b终止。第一和第二接合肩状物166a、166b构造成分别与部分剥皮的第一和第二光纤端122a、122b的第一和第二包层126a、126b接合。此外，如图8所示，第一和第二光纤外罩孔160a、160b可以包括位于套圈体152的光输出端156处的第一和第二光纤插入区域168a、168b。第一和第二光纤插入区域168a、168b可以是截头圆锥体形状，从而有助于将第一和第二光纤端122a、122b引导到第一和第二光纤外罩孔160a、160b内。
仍然参见图5、6和8，第一和第二纤芯接收部分162a、162b被第一和第二包层匹配区域167a、167b围绕。第一和第二包层匹配区域167a、167b可以基本填充了包层匹配材料，其包括的折射率与第一和第二包层126a、126b的折射率相匹配。在一些实施方式中，包层匹配材料包括低折射率环氧化物，其是UV可固化和/或热可固化的。
在一些实施方式中，第一和第二光纤外罩孔160a、160b构造成接收光漫射光纤端。在此类实施方式中，每个光纤外罩孔160a、160b的直径可以是基本上等同于光漫射光纤的包层126a、126b的直径(例如，约230um)(例如，位于约25um的阈值距离内)。此外，第一和第二纤芯接收部分162a、162b的直径可以基本上等同于光漫射光纤的第一和第二纤芯124a、124b的直径(例如，约170um)(例如，位于约25um的阈值距离内)。在此类实施方式中，位于第一和第二包层匹配区域167a、167b内的包层匹配材料的折射率可以包括与光漫射光纤包层的折射率基本相同的折射率。
再次参见图5-8，光纤外罩套圈可以通过如下方式制造：首选提供低折射率的透明氟化塑料(例如，FEP)的棒，以及将具有第一和第二纤芯接收部分162a、162b的第一和第二光纤外罩孔160a、160b钻入棒中。接着，用包层匹配材料填充第一和第二纤芯接收部分162a、162b的第一和第二包层匹配区域167a、167b。然后，劈开第一和第二光纤端122a、122b并剥皮，从而将第一和第二纤芯124a、124b暴露出来，并插入第一和第二光纤外罩孔160a、160b中。接着，从光输入端154、光输出端156或者套圈体152的侧面，对包层匹配材料进行UV固化或者热固化。最后，对光输入端154进行抛光。在一些实施方式中，光纤外罩套圈150可以是预先成形或者制作的，用于方便使用和整合到激光二极管110的TO包封中。
现参见图9，光纤系统100的一些实施方式可以包括双折射晶体170，其位于激光二极管110与第一光纤端122a和第二光纤端122b这两者(可以是第一光漫射光纤和第二光漫射光纤的端部(如图9所示)或者可以是单个光漫射光纤的相对端)之间的光学路径102中。双折射晶体170可以构造成：将光束112分成第一光束112a(例如普通光线)和第二光束112b(例如，特别光线)；将第一光束112a导入第一光纤端122a中(例如，进入第一纤芯124a中)；以及将第二光束导入第二光纤端122b中(例如，进入第二纤芯124b中)。在一些实施方式中，第一光束112a可以被导向入光漫射光纤的端部中，以及第二光束112b可以被导向入同一光漫射光纤的相对端部中。在一些实施方式中，可以将聚焦透镜106置于光学路径102中，例如，位于激光二极管110与双折射晶体170之间，从而将光束112导向入双折射晶体170中。作为替代或补充，可以将一个或多个聚焦透镜106置于双折射晶体170与第一和/或第二光纤端122a、122b之间，从而将第一光束112a导入第一光纤端122a中和/或将第二光束112b导入第二光纤端122b中。
双折射晶体170可以包括任意双折射材料，例如，YVO4、TiO2、LiNBO3或CaCO3等。在一些实施方式中，双折射晶体170可以包括约为45°的光轴。在其他实施方式中，双折射晶体170可以包括任意光轴，例如，小于45°的光轴或者大于45°的光轴。此外，双折射晶体170可以包括传播角并且可以绕着传播角转动(例如加工)，从而调节分别被第一和第二光纤端122a、122b接收到的第一和第二光束112a、112b各自的功率分量。在一些实施方式中，可以相对于传播角转动双折射晶体170至如下位置，该位置使得第一和第二光束112a、112b包括等量功率分量。在其他实施方式中，可以相对于传播角转动双折射晶体170至如下位置，该位置使得第一和第二光束112a、112b包括不平衡的功率分量。例如，可能希望第一光纤端122a接收的功率分量大于或小于第二光纤端122b。应理解的是，可以通过调节双折射晶体170相对于双折射晶体170的传播角的转动，来调整第一光束112a和第二光束112b的功率分量。
此外，双折射晶体170沿着光学路径102的厚度也影响第一光束112a与第二光束112b之间的间距。包括10mm厚度的示例性双折射晶体170在第一光束112a与第二光束112b之间产生约1mm的间距。包括2mm厚度的另一示例性双折射晶体170在第一光束112a与第二光束112b之间产生约230um的间距。此外，双折射晶体170的切割角也可能影响第一光束112a与第二光束112b之间的间距。应理解的是，可以通过调节双折射晶体170的厚度和/或调节双折射晶体170的切割角，来调整第一光束112a与第二光束112b之间的间距。
应理解的是，本文所述的光学耦合系统包括与多个光纤端光学耦合的激光二极管。在一些实施方式中，激光二极管构造成发射光束，其包括横截面光束分布，例如，不对称横截面光束分布。所述多个光纤端可以在光学耦合位置与横截面光束分布光学耦合。光学耦合系统还可包括光纤外罩套圈，其具有光纤外罩孔，所述光纤外罩孔构造成在光输入端罩住光纤端并且使得光纤端相邻布置。此外，光学耦合系统可以包括双折射晶体，其构造成将激光二极管发射的光束分开，并将部分的光束导入两个光纤端中。本文的光纤耦合系统通过减少照明多个光纤端所需的激光二极管的数量，提供了激光二极管与多个光纤端光学耦合的低成本和廉价系统。本文的光纤耦合系统还有助于激光二极管与光漫射光纤的相对端之间的光学耦合，这改善了沿着光漫射光纤的长度的照明均匀性。
应注意，本文可用术语“基本上”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性程度。在本文中还使用该术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。
虽然本文已经显示和描述了特定的实施方式，但是应理解的是，可以进行各种其他变化或改进，而不会背离所要求保护的主题的精神和范围。此外，尽管本文描述了要求保护的主题内容的各种方面，这些方面无需结合使用。因此，所附权利要求旨在覆盖所有这些落在要求保护的主题范围内的此类修改和变化。

Claims (20)

1.一种光学耦合系统，其包括：
具有第一纤芯的第一光纤端；
具有第二纤芯的第二光纤端；以及
在光学耦合位置处与所述第一光纤端的第一纤芯和所述第二光纤端的第二纤芯光学耦合的激光二极管，其中：
所述激光二极管发射光束，所述光束具有不对称横截面光束分布，其包括快轴直径和慢轴直径；
所述快轴直径比所述慢轴直径长；以及
所述第一光纤端与第二光纤端在所述光学耦合位置处沿着所述激光二极管的不对称横截面光束分布的快轴直径相邻布置，从而使得所述第一纤芯和第二纤芯在所述光学耦合位置处位于所述不对称横截面光束分布内。
2.如权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述快轴直径大于或等于所述第一纤芯的纤芯直径与所述第二纤芯的纤芯直径之和。
3.如权利要求1或2所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端是第一光漫射光纤的端部，以及所述第二光纤端是第二光漫射光纤的端部。
4.如权利要求1、2或3所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端是第一传输光纤的光接收端，所述第二光纤端是第二传输光纤的光接收端，所述第一传输光纤包括与第三光纤光学耦合的光纤耦合端，以及所述第二传输光纤包括与第四光纤光学耦合的光纤耦合端，其中，所述第三光纤和第四光纤是光漫射光纤。
5.如权利要求1、2或3所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端是第一传输光纤的光接收端，所述第二光纤端是第二传输光纤的光接收端，所述第一传输光纤包括与第三光纤端光学耦合的光纤耦合端，所述第二传输光纤包括与第四光纤端光学耦合的光纤耦合端，其中，所述第三光纤端和第四光纤段是光漫射光纤的相对端。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光学耦合系统，其还包括光纤外罩套圈，所述光纤外罩套圈构造成罩住所述第一光纤端和第二光纤端，所述光纤外罩套圈包括：
套圈体，其具有与光输出端相对的光输入端；
第一光纤外罩孔，其在所述光输入端和光输出端之间以相对于所述光纤外罩套圈的纵轴呈第一角度延伸；
第二光纤外罩孔，其在所述光输入端和光输出端之间以相对于所述光纤外罩套圈的纵轴呈第二角度延伸，其中：
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输出端间隔开；
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔之间分开的距离以从所述光输出端朝向光输入端的方向减小；
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输入端相邻；
所述光输入端位于所述光学耦合位置；以及
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输入端与所述激光二极管光学耦合，从而使得当所述激光二极管发射光束时，所述第一光纤外罩孔和第二光纤外罩孔在所述光输入端处分别位于光束的不对称横截面光束分布内。
7.如权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端和第二光纤端是光漫射光纤的相对端。
8.如权利要求1-6中任一项所述的光学耦合系统，其还包括以光学方式布置在所述激光二极管与所述第一光纤端和第二光纤端之间的聚焦透镜，其中，所述聚焦透镜配置成将光束聚焦到所述第一光纤端和第二光纤端上。
9.一种光学耦合系统，其包括：
发射光束的激光二极管；以及
光纤外罩套圈，其构造成罩住第一光纤端和第二光纤端，所述光纤外罩套圈包括：
套圈体，其具有与光输出端相对的光输入端；
第一光纤外罩孔，其在所述光输入端和光输出端之间以相对于所述光纤外罩套圈的纵轴呈第一角度延伸；
第二光纤外罩孔，其在所述光输入端和光输出端之间以相对于所述光纤外罩套圈的纵轴呈第二角度延伸，其中：
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输出端间隔开；
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔之间分开的距离以从所述光输出端朝向光输入端的方向减小；
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输入端相邻；以及
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输入端与所述激光二极管光学耦合，从而使得当所述激光二极管发射光束时，所述第一光纤外罩孔和第二光纤外罩孔在光输入端处分别位于光束的横截面光束分布内。
10.如权利要求9所述的光学耦合系统，其还包括第一光纤端和第二光纤端，其中，所述第一光纤端位于所述第一光纤外罩孔内，以及所述第二光纤端位于所述第二光纤外罩孔内，从而使得所述激光二极管与所述第一光纤端和第二光纤端光学耦合。
11.如权利要求10所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端是第一光漫射光纤的端部，以及所述第二光纤端是第二光漫射光纤的端部。
12.如权利要求10所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤端和第二光纤端是光漫射光纤的相对端。
13.如权利要求9-12中任一项所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤外罩孔和第二光纤外罩孔分别包括从所述光输入端延伸的纤芯接收部分，其中：
纤芯接收部分的直径尺寸调节成接收光纤端的纤芯；以及
所述纤芯接收部分被包层匹配材料围绕。
14.如权利要求13所述的光学耦合系统，其特征在于，所述包层匹配材料包括的折射率与所述光纤端的包层的折射率相匹配。
15.如权利要求13或14所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光纤外罩孔和第二光纤外罩孔各自的纤芯接收部分在所述光输入端汇聚，从而当放置在所述第一光纤外罩孔内和第二光纤外罩孔内的时候，两个光纤端的两个纤芯在所述光输入端接触。
16.如权利要求9所述的光学耦合系统，其特征在于：
光束的横截面光束分布是不对称的，并且包括快轴直径和慢轴直径；
所述快轴直径比所述慢轴直径长；以及
所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔放置成沿着横截面光束分布的快轴直径在所述光输入端与所述激光二极管光学对准，从而使得所述第一光纤外罩孔与第二光纤外罩孔在所述光输入端处位于光束的横截面光束分布内。
17.一种光学耦合系统，其包括：
第一光漫射光纤端；
第二光漫射光纤端；
构造成发射光束的激光二极管；以及
双折射晶体，其布置在所述激光二极管与所述第一光漫射光纤端和第二光漫射光纤端这两者之间，其中，所述双折射晶体构造成：将光束分成第一光束和第二光束，将所述第一光束导入所述第一光漫射光纤端，以及将所述第二光束导入所述第二光漫射光纤端。
18.如权利要求17所述的光学耦合系统，其特征在于，所述双折射晶体包括约45°的光轴。
19.如权利要求17或18所述的光学耦合系统，其特征在于，所述双折射率晶体包括YVO4。
20.如权利要求17或18或19所述的光学耦合系统，其特征在于，所述第一光漫射光纤端和第二光漫射光纤端包括单个光漫射光纤的端部。
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