CN108089338B - 旋转光束发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明为旋转光束发生器。一种光纤装置可以包括：具有主要部分和次要部分的整体芯，其中次要部分的至少一部分偏离整体芯的中心，其中整体芯围绕光纤装置的光轴沿光纤装置的长度扭转，并且其中主要部分的折射率大于次要部分的折射率；以及围绕整体芯的包层。

Description

旋转光束发生器
技术领域
本发明涉及一种用于产生具有环形光束形状的光束的光纤装置，并且更具体地涉及一种用于直接在光纤中产生具有环形光束形状的旋转光束的光纤装置(即没有使用自由空间光学器件)。
背景技术
光束的光束轮廓对与使用光束进行的材料加工相关的处理性能具有显著的影响。例如，具有环形光束轮廓的光束可以实现优异的金属切割。然而，大多数光纤传输的光束的光束轮廓相对简单。例如，对于低光束参数产品(BPP)激光器(例如，小于或等于大约3毫米乘以毫弧度(mm-mrad)的BPP)，光束轮廓可以是高斯或近高斯分布，其可用于使用紧密聚焦的光束来加工薄金属片(例如厚度小于或等于约3mm的金属片)。作为另一个示例，光束轮廓可以是用于高BPP激光器(例如，大于约3mm-mrad的BPP)的顶帽(有时称为平顶)轮廓，其可以用于使用较大的光束来加工厚金属板(例如厚度大于约3mm的金属片)。
发明内容
根据一些可能的实施方式，光纤装置可以包括：包括主要部分和次要部分的整体芯，其中次要部分的至少一部分偏离整体芯的中心，其中整体芯围沿光纤装置的长度绕光纤装置的光轴扭转，并且其中主要部分的折射率大于次要部分的折射率；以及围绕整体芯的包层。
根据一些可能的实施方式，一种光纤装置，包括：具有主要部分的整体式芯，其中整体芯的主要部分具有非圆形形状，其中整体芯围绕光纤装置的光轴沿着光纤装置的长度扭转；以及围绕整体芯的包层。
根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：由旋转体光纤在旋转体光纤的第一端处接收光束，其中旋转体光纤包括围绕旋转体光纤的光轴沿着旋转体光纤的长度扭转的整体芯；通过旋转体光纤将所述光束至少部分地被转换成旋转光束，其中，由于整体芯围绕光轴扭转，所述光束被至少部分地转换为旋转光束；以及由旋转体光纤输出旋转光束。
根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：制造具有一折射率结构的整体芯的旋转体光纤预成型件，该折射率结构相对于旋转体光纤预成型件的中心随角度变化；固结旋转体光纤预成型件以形成固结的旋转体光纤预成型件；同时拉伸并旋转固结的旋转体光纤预成型件，以形成被旋转的旋转体光纤；使被旋转的旋转体光纤成锥形，以便形成锥形的被旋转的旋转体光纤，其中，在锥形的被旋转的旋转体光纤内，整体芯围绕锥形的被旋转的旋转体光纤的光轴沿着锥形的被旋转的旋转体光纤的长度旋转。
根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：制造包括具有一折射率结构的整体芯的旋转体光纤预成型件，该折射率结构相对于旋转体光纤预成型件的中心随角度变化；固结旋转体光纤预成型件以形成固结的旋转体光纤预成型件；拉伸固结的旋转体光纤预成型件，以形成被拉伸的旋转体光纤；使被拉伸的旋转体光纤扭转，以形成扭转的旋转体光纤，其中，在扭转的旋转体光纤内，整体芯围绕扭转的旋转体光纤的光轴沿着扭转的旋转体光纤的长度旋转。
附图说明
图1A和1B是与本文所述的用于产生旋转光束的示例性旋转体光纤相关联的概况的图；
图2是其中可以实现用于产生旋转光束的旋转体光纤的示例环境的图；
图3是示出截止以下的抛物线渐变折射率光纤的各种低阶引导模式(guidedmode)LPlm的示例性横向近场强度图的图；
图4A和4B是用于产生旋转光束的示例性旋转体光纤的横截面的图；
图5是示出本文所述的示例性锥形旋转体光纤的图；
图6是用于制造本文所述的旋转体光纤的旋转光纤技术的示例性工艺的流程图；
图7是用于制造本文所述的旋转体光纤的扭转光纤技术的示例性工艺的流程图；
图8A-8C是与使用本文描述的旋转体光纤的各种锥形长度的示例性模拟相关联的图。
具体实施方式
示例性实施方式的以下详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。下面描述的实施方式仅仅是示例，并不旨在将实施方式限制到所公开的精确形式。相反，选择实施方式用于描述以使本领域的普通技术人员能够实践这些实施方式。
如上所述，常规的光纤传输光束的光束形状相对简单(例如，具有高斯或近高斯分布、顶帽分布等)。生成具有相对更先进的光束形状(例如环形光束形状)的光束(即，环形光束)通常需要昂贵的、专用的对准敏感的自由空间光学器件，诸如轴棱锥(axicons)、螺旋相位板等。此外，这种光学器件通常需要位于与传输光束相关的光纤的远端的加工头中。加工头是受到加速和污染(例如，来自烟雾、金属碎屑、灰尘等)的光-机械组件，并且因此是昂贵的、对准敏感的、体积大的和/或重的光学元件不期望的位置。
此外，用于产生具有环形光束形状的光束的常规技术通常提供光束质量差的光束。例如，常规技术可能产生具有过高的BPP、在环带中间的过量的功率、漫射的光束边缘(例如，具有导致较差的加工质量的功率的较长的射线尾部)等的光束。
本文描述的一些实施方式提供了一种用于直接在光纤中产生具有环形光束形状的光束的光纤装置(即没有任何自由空间光学器件)。更具体地，所产生的光束是旋转光束(即沿着螺旋方向在光纤中传播的光束)，从而产生具有环形光束形状的光束。在一些实施方式中，光束的旋转特征可以被保留(例如，当光束离开光纤时)，使得从光纤投射到工件上的激光点例如显示具有尖锐边缘和高光束质量的环形光束轮廓。这样可以直接在光纤中产生具有环形光束形状的光束，从而有利于改善的材料加工。
图1A和1B是与本文所述的用于产生旋转光束的旋转体光纤的示例100相关联的概况的图。
用于产生旋转光束的光纤装置(在此称为旋转体光纤)可以包括具有主要部分和次要部分的整体芯，其中次要部分的至少一部分偏离整体芯的中心。图1A中示出了这种旋转体光纤的示例性横截面。在图1A所示的示例中，次要部分被布置为使得次要部分(例如，具有“+”形横截面的部分)将主要部分分成四个部分。如进一步所示，旋转体光纤可以进一步包括围绕整体芯的包层区域。
如图1B所示，整体芯(即主要部分和次要部分)可以围绕旋转体光纤的光轴(例如整体芯的中心)沿着旋转体光纤的长度扭转。在一些实施方式中，围绕光轴扭转的整体芯使得在旋转体光纤的输入端处发射的输入光束(例如非旋转光束)被至少部分地转换为在旋转体光纤的输出端的旋转光束，如下面进一步详细描述的。
如图1B进一步所示，在一些实施方式中，旋转体光纤可以设置在输入光纤和输出光纤之间。在一些实施方式中，输入光纤、旋转体光纤和输出光纤可以被熔接拼接在一起(例如，使用常规的光纤熔接拼接技术)。
在操作中，旋转体光纤可以从输入光纤接收输入光束。如所示出的，输入光束可以包括以一个或多个非旋转引导模式传播的光。随着光通过旋转体光纤传播，由于整体芯沿着旋转体光纤的长度的扭转，旋转体光纤从输入光束产生旋转光束。换句话说，旋转体光纤可以至少部分地将输入光束转换为旋转光束(例如，通过将一个或多个非旋转引导模式至少部分地转换成至少一个旋转引导模式和/或至少一个旋转漏波)。因此，如图1B所示，旋转光束可以包括以至少一个旋转引导模式和/或至少一个旋转漏波传播的光。
在一些实施方式中，由于光以至少一个旋转引导模式和/或至少一个旋转漏波传播，所以旋转光束具有环形的光束形状。旋转光束可以经由输出光纤发射(例如，用于诸如金属切割的材料加工)。在此，可以保持光束的旋转特性，使得从输出光纤投射的激光点显示具有尖锐边缘和高光束质量的环形光束轮廓。以这种方式，光纤装置可以直接在光纤中产生具有环形光束形状的旋转光束(即没有任何自由空间光学器件)，由此有利于改善材料加工(例如，与上述常规技术相比)。
如上所述，图1A和1B仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可能不同于关于图1A和图1B所描述的示例。以下描述关于旋转体光纤的示例设计的其他细节。
图2是其中可以实现用于产生旋转光束的旋转体光纤的示例环境200的图。如图2所示，环境200可以包括输入光纤210、旋转体光纤220和输出光纤230。
输入光纤210包括用于将输入光束(例如，输入激光束)发射到旋转体光纤220的光纤。在一些实施方式中，输入光纤210可以是阶跃折射率光纤或渐变折射率光纤，并且可以被设计为承载在输入光纤210的光纤轴线附近的光束。在一些实施方式中，输入光纤210可以连接到光纤激光器的输出光纤，或者输入光纤210本身可以是光纤激光器的输出光纤。可替代地，在一些情况下，输入光束可以从自由空间发射到输入光纤210中。在这种情况下，实际上可以省略输入光纤210，并且输入光束可以直接射入旋转体光纤220(例如，而不是输入光纤210)中。
取决于系统设计和输入光纤210的设计，在一些实施方式中，由输入光纤210发射的输入光束可以是输入光纤210的芯的引导模式的形式。在阶跃折射率光纤的情况下，引导模式可以具有使用二阶矩法测量的空气中的特征半发散角(θ)并且满足截止条件：
sin(θ)<NA，
其中NA＝√(n1 2-n2 2)是数值孔径，n1和n2分别是输入光纤210的芯和输入光纤210的包层的折射率。在输入光纤210是非阶跃折射率光纤的情况下，可以使用光纤中的波动方程的常规解来模拟地定义引导模式。
无论输入光纤210是阶跃折射率光纤还是非阶跃折射率光纤，弱引导的、圆形芯光纤的引导模式都可以是所谓的LP模式，LPlm，其中旋转量子数l，是大于或等于零(l≥0)的整数，并且径向量子数m是大于或等于1(m≥1)的整数。l和m的上限可以由与上述输入光纤210的折射率分布相关联的截止条件确定。
在一些实施方式中，由输入光纤210发射的输入光束可以是单模光束或多模光束，并且可以是偏振光束或非偏振光束。在输入光束偏振的情况下，输入光束可以是圆偏振的，因为在旋转体光纤220和/或输出光纤230中可以更好地保持圆偏振(例如，与线偏振或椭圆偏振相比)。在一些实施方式中，如果期望线偏振的输出光束，则可以在输出光纤230的终止之后使用例如四分之一波片由圆偏振生成线偏振。
旋转体光纤220包括用于将具有第一旋转状态的输入光束至少部分地转换成具有第二旋转状态的输出光束的光纤装置。例如，旋转体光纤220可以包括用于将光束(例如，非旋转光束)至少部分地转换成旋转光束的光纤装置。在一些实施方式中，旋转体光纤220的长度可以相对较短(例如，具有小于1m、但大于1mm的长度)，而输入光纤210和输出光纤230的长度可由其中布置旋转体光纤220的光学系统决定(例如，在从大约0.5m到大约100m的范围内)。在下面的段落中描述与由旋转体光纤220产生的旋转光束相关联的设计方面，而下面关于图4A和4B描述与旋转体光纤220相关联的设计方面。
在一些实施方式中，旋转光束可以包括以一个或多个旋转引导模式传播的光。旋转引导模式被定义为具有l≥1和一个确定旋转方向的模式。对于具有一个确定的旋转方向的模式定义如下。对于l≥1的模式，LP模式可以表示为sin(lφ)和cos(lφ)相关性、或者e±(ilφ)相关性的模式，其中φ是角坐标。l＝0的模式没有角度依赖性。正弦和余弦模式是在角度方向上的驻波，具有角度节点并且具有零净旋转方向(zero net rotationdirection)。复指数模式是没有角节点的角行进波。这些模式具有一个确定的旋转方向(例如，顺时针或逆时针)，其通过在e±(ilφ)中选择(+)或(-)来选择。
在一些实施方式中，对于本文描述的旋转光束中的旋转引导模式，m可以等于1(m＝1)或者可以显着小于l(例如小于约l的50％、小于约l的20％等)。在一些实施方式中，使用相对较低的m值(与l相比)可以确保旋转引导模式将具有显着的环形形状。具体而言，m＝1的旋转引导模式在原点处没有除零以外的径向节点。换言之，m＝1的旋转引导模式是单环(而m的较高值对应于具有m个同心环的旋转引导模式)。在一些实施方式中，可以通过旋转体光纤220产生具有一个确定的旋转方向、无角节点和/或零个或很少径向节点的角行波。
图3是示出截止以下的抛物线渐变折射率光纤的各种低阶引导模式LPlm的示例性横向近场强度图的视图。具有其它旋转对称折射率分布的光纤模式(例如阶跃折射率光纤)可以具有与图3所示的类似的强度模式。在图3中，对于l>1，示出了对于每个m的角度驻波(余弦)和行进波模式，分别在对应于每个m的左列和右列中。
在一些实施方式中，由旋转体光纤220产生的旋转光束中可以包括m＝1(例如，由图3中的黑框表示)的旋转引导模式。值得注意的是，这组旋转引导模式延伸到l的更高值(例如，l＝20以上)。如图所示，m＝1的旋转引导模式具有明显的环形形状，没有任何方向上的节点。在一些实施方式中，具有稍高的m的旋转引导模式(例如，m＝2，m＝3等)也可以提供有用的环形光束，特别是对于较高的l值。在一些实施方式中，包含在旋转光束中的一个或多个旋转引导模式可以具有大于或等于10的l值(l≥10，例如l＝15，l＝18，l＝20等)。
另外地或可替代地，旋转光束可以包括以一个或多个旋转漏波传播的光。漏波是光纤中的一类非引导光(例如，不由光纤的芯引导的光)。射入光纤的芯的漏波光可能逃逸到光纤的包层中。然而，与光纤中的大多数非引导光相比，泄露波光从芯向包层相对较慢地泄露。
旋转漏波光尤其可以在相对较宽的参数范围内具有低损耗。例如，在NA为0.10、芯直径为50微米(μm)的阶跃折射率石英(silica)光纤中，具有1030纳米(λ＝1030nm)的波长、没有径向节点、具有使得sin(θ)＝0.11的特征半发散角θ的旋转漏波的光的计算损耗仅为0.14分贝/米(dB/m)。因此，尽管旋转漏波不满足引导模式的标准，但旋转漏波可以用于输出光纤长度为几十米或更小的应用中，例如无源光功率传输光纤和有源放大器光纤，其中高达几dB的损耗是可以接受的。类似于旋转引导模式的情况，旋转泄露波具有一个确定的旋转方向，并且没有角节点，通常为零或者很少的径向节点，并且可以被包括在由旋转体光纤220产生的旋转光束中。在一些实施方式中，包含在旋转光束中的一个或多个旋转泄露波可以具有大于或等于10的l(l≥10，例如l＝15，l＝18，l＝20等)。
在一些实施方式中，旋转光束可以包括一个或多个旋转引导模式和/或一个或多个漏波的组合。在一些实施方式中，在输入光束是单模光束的情况下，旋转体光纤220可以被设计成使得旋转光束包括相对纯的(例如，大于约50％的纯度、大于约80％的纯度等)、具有特定l值的单个旋转引导模式或旋转漏波。换言之，在一些实施方式中，旋转体光纤220可被设计成使得与输入光束相关联的输入功率的至少50％被转换成输出光束中的单个旋转引导模式或单个旋转漏波。如上所述，在旋转体光纤220的输出端处，旋转光束(例如，包括一个或多个旋转引导模式和/或一个或多个旋转漏波)具有环形形状。
返回到图2，输出光纤230包括用于接收由旋转体光纤220发射的输出光束(例如旋转光束)的光纤。在一些实施方式中，输出光纤230可以是阶跃折射率光纤、渐变折射率光纤或具有专用折射率分布的光纤，例如被设计为承载具有到其它模式或泄露波的最小耦合的旋转光束、和/或被设计成提供优选的径向强度分布的环形芯光纤。在一些实施方式中，如果例如系统的输出要直接耦合到自由空间(例如，而不是光纤)中，则可以省略输出光纤230。
提供了与图2相关联示出和描述的元件的数量和布置作为示例。在实践中，环境200可以包括与图2中所示的那些相比附加的元件，更少的元件，不同的元件，不同布置的元件，和/或不同尺寸的元件。
图4A和4B分别是用于产生旋转光束的示例性旋转体光纤220的横截面400和450的图。
如图4A所示，在一些实施方式中，旋转体光纤220可以包括整体芯405，其包括具有折射率n1的主要部分410(例如，在图4A中示出的示例中的部分410-1,410-2,410-3和410-4)和具有折射率n3的次要部分430。整体芯405被描述为整体的，因为整体芯405的多个部分(例如，主要部分410和次要部分430)彼此接触，使得整体芯405的多个部分在旋转体光纤220内形成单个单元。如进一步所示，旋转体光纤220可以包括围绕整体芯405的折射率为n2的包层420。在一些实施方式中，如横截面400所示，次要部分430可以布置在整体芯405中，使得次要部分430的至少一部分偏离整体芯405的中心。
在一些实施方式中，整体芯405可以沿着旋转体光纤220的长度(例如，以上述方式描述并如图1B所示)围绕旋转体光纤220的光轴(例如，旋转体光纤220的中心)扭转。在一些实施方式中，围绕光轴的扭转率从朝向旋转体光纤220的第一端(例如，靠近输入光纤210的端部)的第一扭转率增加到朝向旋转体光纤220的第二端(例如，靠近输出光纤230的端部)的第二扭转率。例如，朝向旋转体光纤的输入端的扭转率可以从每毫米零或接近零转(例如，小于或等于约0.02转/mm(约每50mm一转)的扭转率)增加到朝向旋转光纤220的输出端的约0.17转/mm(约每6mm一转)或以上。
在一些实施方式中，旋转体光纤220可以是锥形的，使得整体芯405的尺寸(例如，直径)基本匹配在旋转体光纤220的相应端部处的输入光纤210和/或输出光纤230的芯的尺寸。
图5是示出示例性锥形旋转体光纤220的图。如图5所示，在一些实施方式中，旋转体光纤220可以是锥形的，使得在旋转体光纤220的输入端处的旋转体光纤220的尺寸(例如，拼接至输入光纤210的端部，在该处扭转率为或接近于零)小于在旋转体光纤220的输出端处的旋转体光纤220的尺寸(例如，拼接至输出光纤230的端部，在该处扭转率相比输入端增加)。
如图5进一步所示，整体芯405围绕光轴扭转的扭转率可以从朝向旋转体光纤220的输入端的第一扭转率(例如，零或接近零的扭转率)增加到朝向旋转体光纤220的输出端的第二扭转率。如上所述，图5仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图5描述的示例。尽管在图5中旋转体光纤220被示出为直的，但是旋转体光纤220可以具有任何形状。
返回图4A，在一些实施方式中，n1大于n2和n3，并且n3大于或等于n2(n2≤n3<n1)。换句话说，n1不同于(例如，大于)n3和n2，并且n3可以不同于(例如，大于或等于)n2。旋转体光纤220的折射率之间的这种关系有利于光通过旋转体光纤220传播时产生旋转光束。例如，大部分输入光束可以在主要部分410(具有折射率n1)中发射，而输入光束的一部分可以在次要部分430(具有折射率n3)中发射。这里，因为n1和n3都大于n2(包层420的折射率)，所以在整体芯405(例如，主要部分410和次要部分430)中发射的光可以由包层420引导。此外，因为n3小于n1，所以次要部分430在一定程度上引导主要部分410的分开部分中的光，并且随着整体芯405围绕光轴扭转，将沿着旋转体光纤220的长度围绕旋转体光纤220的光轴扭转光，由此产生旋转光束。
在一些实施方式中，如示例性横截面400所示，次要部分430可以将主要部分410分成至少两个部分(例如，使得次要部分430位于主要部分410的部分之间)。在一些实施方式中，整体芯405可以包括具有至少两个部分(例如，两个部分，三个部分，四个部分，六个部分等)的主要部分410。在一些实施方式中，主要部分410的至少两个部分可以具有大致相等的横截面积。附加地或者可替代地，主要部分410的至少两个部分可以具有不同的横截面积。
在一些实施方式中，如示例横截面400所示，次要部分430的横截面可以关于旋转体光纤220的光轴对称。可替代地，在一些实施方式中，次要部分430的横截面可关于旋转体光纤220的光轴不对称。
在一些实施方式中，次要部分430可以包括至少三个部分，其中所述至少三个部分在旋转体光纤220的横截面的平面中沿垂直于旋转体光纤220的光轴的方向延伸。在一些实施方式中，所述至少三个部分中的一个延伸的方向可以垂直于所述至少三个部分中的另一个延伸的方向。例如，参考横截面400，次要部分430可以包括水平部分，第一竖直部分(例如，图4A中次要部分430的水平部分上方的竖直部分)和第二竖直部分(例如，图4A中次要部分430的水平部分下方的竖直部分)。这里，如图所示，水平部分、第一竖直部分和第二竖直部分沿与旋转体光纤220的光轴垂直的方向在旋转体光纤220的横截面的平面内延伸。如图4A进一步所示，水平部分延伸的方向垂直于第一竖直部分延伸的方向，并且水平部分延伸的方向垂直于第二竖直部分延伸的方向。
值得注意的是，示例性横截面400仅作为示例提供。通常，整体芯405(例如，包括主要部分410和次要部分430)可以具有相对于旋转体光纤220的光轴随角度变化的折射率结构，其中整体芯405围绕光轴沿着旋转体光纤220的长度扭转。在示例性横截面400中，随角度变化的折射率结构是由包层420围绕的整体芯405中的“+”形的次要部分430的结构。在该示例中，次要部分430形成完整的分隔器，使得主要部分410的多个部分被次要部分430分开。
随角度变化的折射率结构的另一个示例可以包括其中主要部分410包括由次要部分430分开的不同数量的部分的旋转体光纤220，如图4A所示。在一些实施方式中，可以基于要被包括在旋转输出光束中的期望旋转引导模式来选择与整体芯405的折射率结构相关联的对称次要部分430。例如，在需要l＝8的旋转引导模式的情况下，可以选择围绕旋转体光纤220的光轴的次要部分430的对称性，使得整体芯405的折射率结构形成对称的八叶分隔器(例如，使得主要部分410包括八个部分)。通常，次要部分430的对称性可以优选地创建l等于l的值或其倍数的模式。例如，如果旋转体光纤220包括形成对称的四叶分隔器的次要部分430(例如，使得主要部分410包括四个部分，如横截面400所示)，则l＝4的模式可以优选地激发，以及l是4的倍数的模式，诸如l＝0，l＝8，l＝12，l＝16等。
随角度变化的折射率结构的另一个示例可以包括其中次要部分430使得整体芯405相对于旋转体光纤220的光轴具有不对称的横截面形状的旋转体光纤220(例如，不将主要部分410分成多个部分)。
随角度变化的折射率结构的其他示例可以包括其中主要部分410和/或次要部分430包括渐变折射率材料的旋转体光纤220，其中次要部分430形成局部分隔器的旋转体光纤220(例如，与示例性横截面400中所示的完整分隔器相比，例如横跨包层420的内径的大约85％的次要部分430，由此使整体芯405形成为包括单个互连的主要部分410)，包括在整体芯405中的偏心圆形内含物的旋转体光纤220等。
作为另一个示例，并且如图4B的示例性横截面450所示，在一些实施方式中，旋转体光纤220可以不包括次要部分430(例如，旋转体光纤220可以不包括具有折射率n3的任何材料)。换言之，在一些实施方式中，整体芯405可以仅包括主要部分410。在这样的情况下，折射率结构的随角度变化可以由包层420内的主要部分410的非圆形形状(例如，在示例性横截面450中示出为五角星形的主要部分410)限定。通常，主要部分410的非圆形形状的周边可以是至少部分凹入的(例如，五角星形的主要部分410包括五个凹入部分)。在这种情况下，整体芯405的非圆形形状可以沿着旋转体光纤220的长度扭转(例如，使得五角星的顶点围绕旋转体光纤220的光轴沿着旋转体光纤220的长度旋转)。在此，由于围绕光轴扭转的非圆形整体芯405，在非圆形整体芯405中传播的光(例如在示例性横截面450中所示的五角星的顶点中或附近传播的光)围绕旋转体光纤220的光轴沿着旋转体光纤220的长度扭转，由此产生旋转光束。在一些实施方式中，包括非圆形整体芯405(即非圆形主要部分410)的旋转体光纤220可以是锥形的，使得整体芯405的尺寸基本匹配在旋转体光纤220的相应端部处的输入光纤210和/或输出光纤230的芯的尺寸。
如上所述，图4A和4B仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可能不同于关于图4A和图4B所描述的示例。
在一些实施方式中，可以使用管中杆(rod-in-tube)预成型件组装方法来制造具有随角度变化的横截面的旋转体光纤220，由此制造旋转体光纤220预成型件(例如，使用多个分立的玻璃件，每个都具有适当的折射率)。然后可以在玻璃的熔点附近将旋转体光纤220预成型件熔合在一起。在使用预成型旋转技术(例如，类似于在一些偏振保持、低双折射或手性耦合芯光纤中使用的技术)的光纤拉制工艺期间，或者在光纤拉制工艺之后，通过扭转旋转体光纤220的短的长度同时加热旋转体光纤220(例如，在熔融锥化期间)可以实现扭转。关于旋转体光纤220的制造的附加细节在下面参照图6和图7进行描述。
在操作中，旋转体光纤220可以在旋转体光纤220的第一端处接收光束。当光束传播通过旋转体光纤220时，旋转体光纤220可以将光束至少部分地转换成旋转光束，并且可以将旋转光束输出到输出光纤230。
在一些实施方式中，旋转体光纤220的模式遵循随角度变化的折射率结构的扭转模式，这意味着，当光传播通过旋转体光纤220时，模式固有地倾向于具有旋转特性。结果，当旋转体光纤220被拼接到输出光纤230中时，发射到输出光纤230中的光可以处于包括一个或多个旋转引导模式和/或一个或多个旋转漏波的旋转状态。在旋转体光纤220的输出端处的扭转率(Φ，例如，以每米的转数为单位)根据以下关系确定旋转光束的输出发散半角θ和近似旋转状态：
sin(θ)～2πn1RΦ
l～2πR sin(θ)/λ
其中R是(一个或多个)旋转引导模式和/或(一个或多个)旋转漏波的有效半径，通常比整体芯405的半径小大约10％。因此，例如，使用旋转节距为6mm、芯折射率为1.450(例如，如熔融石英玻璃的典型值)和工作波长λ＝1080nm的100μm芯直径旋转体光纤220，有效半径为约45×10-6m(例如R～90％×(100/2)＝45×10-6m)。这里，扭转率是每米166.7转(例如，1/(6mm)＝166.7)，因此，sin(θ)～0.068弧度，l近似等于18(例如l～18)。
18的旋转状态描述高度旋转的光束，并且在工业应用中约～0.068弧度的输出发散是光纤传输的激光束的典型。BPP为3.1mm-mrad(例如45×0.068＝3.1mm-mrad)，适用于薄金属加工，而环形光束形状也适用于厚金属加工。
与任何光纤一样，旋转体光纤220的光导能力由旋转体光纤220的NA定义，其中NA＝√(n1 2-n2 2)。对于上述示例，为了将旋转光束作为一个或多个旋转引导模式携载，旋转体光纤220的NA应该至少为0.068。因此，n2的值应该是1.4484或以下，这是使用例如掺杂熔融石英可以实现的。可选地，如果期望将旋转光束作为旋转漏波携载，则可以使用略小于0.068的NA值(例如，从大约0.060至大约0.067的范围内的值)。在一些实施方式中，输出光纤230还应当具有用于将旋转光束作为旋转引导模式和/或旋转漏波传导的合适的NA。
在一些实施方式中，输入光纤210耦合到旋转体光纤220中的质量可以确定输入功率(例如，非旋转)多有效地被转换成在旋转体光纤220的输出处的高亮度旋转光功率(例如，而不是散射到旋转体光纤220之外或者作为包括例如许多不同模式的退化的光束质量的非旋转光而传播)。为了保证这种高效率的光束转换，所有的转换都应该是光滑的和绝热(adiabatic)的，具体地在三个方面中。
与提供绝热过渡(adiabatic transition)相关的第一方面在于，从输入光纤210到旋转体光纤220以及从旋转体光纤220到输出光纤230的过渡处的芯尺寸应基本上匹配，使得传输模式和/或漏波而没有显著的模式加扰。因此，在输入光纤210的芯和输出光纤230的芯具有不同尺寸的情况下，旋转体光纤220应该是锥形的，使得旋转体光纤220在输入端处的芯尺寸和旋转体光纤220在输出端处的芯尺寸分别与输入光纤210和输出光纤230的芯尺寸基本匹配(例如，如上面关于图5所述)。在一些实施方式中，锥度率可以是足够渐进的以实现绝热过渡。在一些实施方式中，可以使用平方根锥形轮廓以便在仍然保持绝热的同时实现相对短的锥度。
与提供绝热过渡相关的另一方面在于，旋转体光纤220的扭转率在旋转体光纤220的输入端处(例如，最靠近输入光纤210的端部)应当为零或接近于零，并且应当沿着旋转体光纤220的长度逐渐增加。例如，靠近输入光纤210的旋转体光纤220的扭转率可对应于大约2或以下、0.5或以下等的旋转状态l。在一些实施方式中，扭转率可以沿着旋转体光纤220的长度增加到靠近旋转体光纤220的输出端(例如，最靠近输出光纤230的端部)的最大扭转率。在这里，扭转率的变化率应该是足够渐进的，以实现绝热过渡。值得注意的是，扭转率在输出光纤230附近不会变为零或接近于零(例如，因为输入光纤210和输出光纤230都不具有随角度变化的折射率结构，所以没有固有的扭转量，并且这些光纤将以发射到这些光纤中的给定旋转状态(只要旋转状态低于该光纤的截止)传输光。
与提供绝热过渡相关的又一个方面在于，从输入光纤210直接射入次要部分430(如果包括在旋转体光纤220中的话)的光应该随后被(一个或多个)主要部分410捕获，使得该光也获得旋转特性。在一些实施方式中，当旋转体光纤220的尺寸从输入光纤210到输出光纤230向上成锥形时，可以实现该效果。因此，为了满足上述第一方面，输出光纤230的芯尺寸应该大于输入光纤210的芯尺寸。初始发射到次要部分430中的光可以由包层420引导，但是该光在没有被引导穿过主要部分410和次要部分430的情况下横穿。当旋转体光纤220的芯尺寸朝向输出光纤230向上成锥形时，该光的发散角与芯尺寸成反比地减小(如对于任何光纤锥体所已知的)，导致越来越多的这种光被捕获在主要部分410内，因为发散角降低到由主要部分410的折射率和次要部分430的折射率的界面(即，n1-n3界面)限定的NA以下。在一些实施方式中，利用旋转体光纤220和相关联的锥形比例的适当设计，发射到次要部分430中的光的至少50％(例如，80％)可以被主要部分410捕获并且获取旋转特性。
图6是用于制造旋转体光纤220的旋转光纤技术的示例性工艺600的流程图。
如图6所示，工艺600可以包括制造具有一定折射率结构的整体芯的旋转体光纤220预成型件，所述折射率结构相对于旋转体光纤220预成型件的中心随角度变化(框610)。例如，如图4A所示的用于光纤横截面结构的预成型件可以使用具有折射率n1的折射率的四个四分之一圆的玻璃件(例如，形成主要部分410)、折射率n3的至少三个玻璃板(例如，形成次要部分430)、以及折射率n2的玻璃管(例如，形成包层420)来制造。制造旋转体光纤220预成型件的其他方法也是可能的。
如图6进一步所示，工艺600可以包括固结旋转体光纤220预成型件，以便形成固结的旋转体光纤220预成型件(框620)。在一些实施方式中，旋转体光纤220预成型件可以使用热源固结(例如，使得旋转体光纤220预成型件的玻璃件熔融在一起)。在一些实施方式中，旋转体光纤220预成型件可在与框610相关联的预成型过程期间或在与下文所述的框630相关联的拉伸和旋转过程期间被固结。
如图6进一步所示，工艺600可以包括同时拉伸和旋转固结的旋转体光纤220预成型件，以便形成被旋转的旋转体光纤220(框630)。在一些实施方式中，固结的旋转体光纤220预成型件可以固定在光纤拉制塔上的预成型件旋转器中，并且固结的旋转体光纤220预成型件可以在旋转的同时被拉伸(例如，使用与形成所谓的旋转式光纤相关联的常规技术)，以便形成被旋转的旋转体光纤220。
在一些实施方式中，相对于光纤拉伸速度的旋转速率可确定被旋转的旋转体光纤220中的扭转率。在一些实施方式中，旋转速率被选择成使得被旋转的旋转体光纤220中的扭转率是旋转光束所期望的。典型的扭转率可以是例如从大约50转/米到大约2000转/米的范围内(尽管在一些情况下可以使用更慢或更快的速率)。在一些实施方式中，被旋转的旋转体光纤220被拉细，使得芯的尺寸(例如，整体芯405的直径)近似等于或略小于输出光纤230的芯的尺寸。
如图6进一步所示，工艺600可以包括将被旋转的旋转体光纤220拼接到输出光纤230的一端(框640)。例如，被旋转的旋转体光纤220的一端可以熔融拼接到输出光纤230的一端上。
如图6进一步所示，工艺600可以包括使被旋转的旋转体光纤220锥化，以便形成锥形的被旋转的旋转体光纤220，其中，在锥形的被旋转的旋转体光纤220内，整体芯围绕锥形的被旋转的旋转体光纤220的光轴沿着锥形的被旋转的旋转体光纤220的长度旋转(框650)。
在一些实施方式中，可以通过使用热源(例如，焊灯，熔接器和/或类似物)以加热和软化被旋转的旋转体光纤220，从而在被旋转的旋转体光纤220中形成向下的锥形，使得被旋转的旋转体光纤220的芯的尺寸逐渐变细为近似等于或稍大于输入光纤210的芯的尺寸。这里，锥形本质上降低了锥形的被旋转的旋转体光纤220的扭转率(例如，如图5所示)，使得锥形的被旋转的旋转体光纤220的输入端处的扭转率可以为零或接近零，从而实现与由输入光纤210发射的光束的典型的非旋转性质匹配。
如上所述，可以选择锥度速率，使得传播通过锥形的被旋转的旋转体光纤220的光的过渡(例如，从第一旋转状态到第二旋转状态)可以是绝热或接近绝热的，以便例如使由锥形的被旋转的旋转体光纤220在旋转光束中产生的亮度损失最小化和/或(一个或多个)旋转状态的纯度最大化。更具体地，芯尺寸的增加速率、扭转率的增加以及从包层420到整体芯405中的光传输应该足够渐进以确保绝热过渡。绝热过渡可以被定义为使过渡更加渐进不会导致显著的性能改善的过渡。
在一些实施方式中，在锥化以形成锥形的被旋转的旋转体光纤220之后，锥形的被旋转的旋转体光纤220可以被拼接(例如熔融拼接)到输入光纤210的一端。
作为示例，使用先前提供的用于100μm芯直径的锥形的被旋转的旋转体光纤220的值，可以将100μm芯直径的输出光纤230拼接到旋转体光纤220上，并且锥形的被旋转的旋转体光纤220的输入端可以成锥形到例如30μm的芯直径以匹配30μm芯输入光纤210。在这个示例中，扭转率可以被计算为以这个锥度减少到每米15转(例如，(30/100)2×166.7＝15转/米)，导致在旋转体光纤220的输入端处旋转状态约为0.18(l～0.18)，这是有效地非旋转的，因此与由输入光纤210承载的非旋转输入光束良好匹配。在一些实施方式中，输入光纤210的芯尺寸上可以明显小于输出光纤230的芯尺寸(例如，输入光纤210的芯的尺寸可以小于或等于输出光纤230的芯的尺寸的约30％)，使得旋转体光纤220在旋转体光纤220的输入端处将具有零或接近零的扭转率。
虽然图6示出工艺600的示例框图，但在一些实施方式中，工艺600可包括与图6中所描绘的那些相比的附加框、更少的框、不同的框或不同布置的框。另外地或者可替代地，工艺600的两个或更多个框可以并行执行。
在一些实施方式中，用于制造旋转体光纤220的旋转光纤技术的工艺可以包括：制造具有一定折射率结构的整体芯的旋转体光纤预成型件，该折射率结构相对于旋转体光纤预成型件的中心随角度变化；固结旋转体光纤预成型件以形成固结的旋转体光纤预成型件；同时拉伸并旋转固结的旋转体光纤预成型件，以便形成被旋转的旋转体光纤；使被旋转的旋转体光纤锥化，以便形成锥形的被旋转的旋转体光纤，其中，在锥形的被旋转的旋转体光纤内，整体芯围绕锥形的被旋转的旋转体光纤的光轴沿着锥形的被旋转的旋转体光纤的长度旋转。在一些实施方式中，被旋转的旋转体光纤的锥形形成在输入光纤与输出光纤之间的绝热过渡、以及从第一旋转状态到第二旋转状态的绝热过渡。
图7是用于制造旋转体光纤220的扭转光纤技术的示例性工艺700的流程图。
如图7所示，工艺700可以包括制造具有一定折射率结构的整体芯的旋转体光纤220预成型件，所述折射率结构相对于旋转体光纤220预成型件的中心随角度变化(框710)。例如，旋转体光纤220预成型件可以以与以上结合示例工艺600所描述的方式类似的方式来制造。
如图7进一步所示，工艺700可以包括固结旋转体光纤220预成型件，以便形成固结的旋转体光纤220预成型件(框720)。例如，旋转体光纤220预成型件可以以与以上结合示例工艺600所描述的方式类似的方式来固结。
如图7进一步所示，工艺700可以包括拉伸固结的旋转体光纤220预成型件，以便形成被拉伸的旋转体光纤220(框730)。在一些实施方式中，固结的旋转体光纤220预成型件可以使用常规的光纤拉伸工艺来拉伸，而不旋转。在一些实施方式中，固结的旋转体光纤220可以被拉细(drawn down)，使得被拉伸的旋转体光纤220的芯的尺寸(例如，整体芯405的尺寸)近似等于或略小于输出光纤230的芯的尺寸。
如图7进一步所示，工艺700可以包括将被拉伸的旋转体光纤220拼接到输出光纤230的一端(框740)。例如，被拉伸的旋转体光纤220的一端可以熔融拼接到输出光纤230的一端上。
如图7进一步所示，工艺700可以包括使被拉伸的旋转体光纤220扭转，以便形成扭转的旋转体光纤220，其中，在扭转的旋转体光纤220内，整体芯围绕扭转的旋转体光纤220的光轴沿着扭转的旋转体光纤220的长度旋转(框750)。
在一些实施方式中，被拉伸的旋转体光纤220可以在使用热源(例如，焊枪、熔接器等)加热和/或软化的同时被扭转，以便产生具有可变的扭转率的扭转的旋转体光纤220(例如，扭转率从在扭转的旋转体光纤220的输入端处的零或接近零变化到在扭转的旋转体光纤220的输出端处的期望的扭转率)。在一些实施方式中，锥形轮廓也可以被应用到扭转的旋转体光纤220，使得扭转的旋转体光纤220的尺寸与输入光纤210和输出光纤230两者匹配。
在一些实施方式中，在扭转以形成扭转的被旋转的旋转体光纤220之后，扭转的旋转体光纤220可以被拼接(例如熔融拼接)到输入光纤210的一端。
值得注意的是，由于需要在扭转的旋转体光纤220中产生可变的扭转，而不是在与锥形的被旋转的旋转体光纤220相关的拉伸期间的恒定的扭转，所以工艺700可能比工艺600稍微复杂。然而，与工艺600相比，工艺700可以提供额外的自由度。例如，工艺700可以允许使用具有比输出光纤230的芯尺寸更大的芯尺寸的输入光纤210。作为另一个示例，与工艺600相比，工艺700可以允许扭转的旋转体光纤220的输入端的扭转率为零(例如，而不是接近于零)，其中锥形的被旋转的旋转体光纤的输入端处的扭转率由旋转光纤技术中的锥度比率确定。在一些实施方式中，混合方法是可能的，其中被旋转的旋转体光纤220通过使用热源锥化和施加额外的可变扭转来修改，以便微调(或完全去除)输入端处的扭转率。
虽然图7示出工艺700的示例框图，但在一些实施方式中，工艺700可包括与图7中所描绘的那些相比的附加框、更少的框、不同的框或不同布置的框。另外地或者可替代地，工艺700的两个或更多个框可以并行执行。
在一些实施方式中，用于制造旋转体光纤220的扭转光纤技术的工艺可以包括：制造包括具有一定折射率结构的整体芯的旋转体光纤预成型件，该折射率结构相对于旋转体光纤预成型件的中心随角度变化；固结旋转体光纤预成型件以形成固结的旋转体光纤预成型件；拉伸固结的旋转体光纤预成型件，以便形成被拉伸的旋转体光纤；以及使被拉伸的旋转体光纤扭转，以便形成扭转的旋转体光纤，其中，在扭转的旋转体光纤内，整体芯围绕扭转的旋转体光纤的光轴沿着扭转的旋转体光纤的长度旋转。在一些实施方式中，所述工艺可以进一步包括用热源软化被拉伸的旋转体光纤，同时扭转被拉伸的旋转体光纤，其中，被拉伸的旋转体光纤被扭转，使得扭转的旋转体光纤具有沿着扭转的旋转体光纤的长度的可变扭转率。
图8A-8C是与使用旋转体光纤的各种锥形长度的示例性模拟相关联的图。在与图8A-8C相关联的模拟中，输入光纤210具有30μm的芯，输出光纤230具有100μm的芯。旋转体光纤220是具有从30μm的芯到100μm的芯的以抛物线轮廓呈锥形的被旋转的旋转体光纤，并且在旋转体光纤220的输出端处具有166.7转/m的扭转率。此外，输入光纤210承载六个等同存在的模式：LP01,LP02,LP11(+),LP11(-),LP21(+),和LP21(-)，其中(+)和(-)表示相应模式的两个可能的旋转方向。LP11模式和LP21模式各自具有少量旋转(分别为l＝1和l＝2)，但是由于所有六个模式均等地存在，所以输入模式混合具有零的平均旋转状态。旋转体光纤220的包层的NA是0.22(例如，所有相关的模式都被强烈引导)。输出光束的质量由激发的模式的数量来表征。
图8A，8B和8C的旋转体光纤220分别与10mm，40mm和80mm的锥形长度相关联，以评估这些锥形长度的绝热性。示例模拟表明，如所希望的，发现输出辐射几乎完全为强旋转模式LPl1的形式。结果如图8A-8C所示，示出了作为转数l的函数的模态功率。
如图所示，由上述旋转体光纤产生的旋转状态集中在l～18附近。但是，由于存在不止一个输入模式，因此存在一些状态分布。另外，基于将图8A与图8B和8C比较，可以看出，10mm锥形比40mm锥形和80mm锥形具有显著更多的状态被激励。这个结果表明，10mm锥形可能太短而不能绝热(即，10mm锥形在从输入端到输出端在旋转体光纤220参数中有太突然的变化)，由此导致额外模式被激发，并降低亮度和模态纯度。
另一方面，如比较图8B和图8C所示，在40mm锥形和80mm锥形之间变化相对较小。这表明这两个锥形都是绝热的，所得的模态分布接近最佳。事实上，考虑到存在六种输入模式，在理想的情况下将会存在六种输出模式。可以看出，绝热锥形中的绝大部分输出量实际上被捕获在大约六种模式中，并且稍微扩展到相邻模式中。
因为所有产生的模式都是旋转模式，与旋转体光纤220的输出相关联的输出光斑可以是清晰的具有尖锐边缘的环形图案，如用于更有效的材料加工所期望的那样。
如上所述，图8A-8C仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可能不同于关于图8A和图8B所描述的示例。
本文描述的一些实施方式提供了一种用于直接在光纤中产生具有环形光束形状的光束的光纤装置(即没有任何自由空间光学器件)。更具体地，所产生的光束是旋转光束(即沿着螺旋方向在光纤中传播的光束)，从而产生具有环形光束形状的光束。在一些实施方式中，光束的旋转特征可以被保留(例如，当光束离开光纤时)，使得从光纤投射到工件上的激光点例如显示具有尖锐边缘和高光束质量的环形光束轮廓。
前述公开内容提供了说明和描述，但是并不意图是穷尽性的或者将实施方式限制为所公开的精确形式。在以上公开内容的启示下，修改和变化是可能的，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。
例如，旋转体光纤220已被描述为用于将非旋转光束转换成旋转光束的目的。然而，在一些应用中，旋转体光纤220可以以相反的方向使用，以便将输入旋转光束转换成输出非旋转光束。这可以通过颠倒包括锥形和扭转变化的旋转体光纤220的设计来实现，使得旋转体光纤220的输入端处的扭转率与输入光束的旋转匹配，并且使得在旋转体光纤220的输出端处的扭转率为零或接近零。上述任何一种制造技术都可以适用于这个示例。
作为另一个示例，旋转体光纤220可以设计为将具有任何旋转状态的输入光束转换为具有另一(即不同)旋转状态的输出光束。达到这个目的的标准是旋转体光纤220的输入端的扭转率应该与输入光束的旋转状态相匹配，并且旋转体光纤220的输出端的扭转率应该与输出光束的所需的旋转状态相匹配。上述任何一种制造技术都可以适用于这个示例。
尽管在权利要求中列举和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不意在限制可能的实施方式的公开内容。实际上，这些特征中的许多可以以未在权利要求中具体记载和/或在说明书中公开的方式进行组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以仅直接依赖于一个权利要求，但是可能的实施方式的公开内容包括每个从属权利要求与权利要求集合中的每个其他权利要求的组合。
除非明确地如此描述，否则这里使用的任何要素、行为或指令都不应被解释为关键的或必要的。而且，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目，不相关项目，相关项目的组合，以及不相关项目等)，并且可以与“一个或者更多”互换地使用。旨在只有一个项目的，使用术语“单个”或类似的语言。另外，如本文所使用的，术语“具有”等意图是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。

Claims (22)

1.一种光纤装置，包括：
包括主要部分和次要部分的整体芯，
其中，所述次要部分的至少一部分偏离所述整体芯的中心，
其中，所述整体芯围绕所述光纤装置的光轴、沿所述光纤装置的长度扭转，
其中，所述整体芯围绕光轴扭转的扭转率从所述光纤装置的第一端处的第一扭转率增加到所述光纤装置的第二端处的第二扭转率，并且
其中，所述整体芯绕所述光轴被扭转使得，在所述光纤装置的第一端处发射的光束至少部分地被转换为在所述光纤装置的第二端处的旋转光束，所述旋转光束沿着螺旋方向在所述光纤装置中传播且在所述光纤装置的第二端处具有环形形状，并且
其中，所述主要部分的折射率大于所述次要部分的折射率；以及围绕所述整体芯的包层。
2.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述主要部分具有第一折射率，所述包层具有第二折射率，并且所述次要部分具有第三折射率，
其中，所述第一折射率大于所述第二折射率和所述第三折射率，并且
其中，所述第三折射率大于或等于所述第二折射率。
3.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述次要部分布置在所述整体芯内，使得所述次要部分将所述主要部分分成至少两个部分。
4.根据权利要求3所述的光纤装置，其中，所述至少两个部分包括四个部分。
5.根据权利要求3所述的光纤装置，其中，所述至少两个部分具有大致相等的横截面积。
6.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述次要部分布置在所述整体芯内，使得所述次要部分在所述主要部分中形成局部分隔器。
7.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述次要部分的横截面关于所述光纤装置的光轴对称。
8.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述次要部分包括至少三个部分，
其中，所述至少三个部分在所述光纤装置的横截面的平面中在垂直于所述光纤装置的光轴的方向上延伸。
9.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述光纤装置的第一端处的第一扭转率小于或等于每50毫米一转。
10.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述光纤装置是锥形的，使得所述光纤装置的第一端处的光纤装置的尺寸小于所述光纤装置的第二端处的光纤装置的尺寸。
11.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述旋转光束包括以至少一个旋转引导模式或至少一个旋转漏波传播的光。
12.根据权利要求11所述的光纤装置，其中，具有以下特征中的至少一个：
与所述至少一个旋转引导模式的旋转引导模式或所述至少一个旋转漏波的旋转漏波相关联的旋转量子数，大于或等于四。
13.根据权利要求1所述的光纤装置，其中，所述光束具有第一旋转状态，并且所述旋转光束具有第二旋转状态，
其中，所述第一旋转状态不同于所述第二旋转状态。
14.根据权利要求13所述的光纤装置，其中，所述光束和所述旋转光束是圆偏振光束。
15.根据权利要求13所述的光纤装置，其中，所述光束是多模光束，并且所述旋转光束包括多个旋转引导模式或旋转漏波。
16.根据权利要求13所述的光纤装置，其中，所述光束是单模光束，并且所述旋转光束包括多个旋转输出模式或旋转漏波。
17.根据权利要求13所述的光纤装置，其中，所述光束是单模光束，并且
其中，与所述光束相关联的输入功率的至少50％被转换成所述旋转光束中的单个旋转引导模式或单个旋转漏波。
18.一种光纤装置，包括：
包括主要部分的整体芯，
其中，所述整体芯的主要部分具有非圆形形状，
其中，所述整体芯围绕所述光纤装置的光轴、沿所述光纤装置的长度扭转，
其中，所述整体芯围绕光轴扭转的扭转率从所述光纤装置的第一端处的第一扭转率增加到所述光纤装置的第二端处的第二扭转率，并且
其中，所述整体芯绕所述光轴被扭转使得，在所述光纤装置的第一端处发射的光束至少部分地被转换为在所述光纤装置的第二端处的旋转光束，所述旋转光束沿着螺旋方向在所述光纤装置中传播且在所述光纤装置的第二端处具有环形形状；以及
围绕所述整体芯的包层。
19.根据权利要求18所述的光纤装置，其中，所述非圆形形状的周边至少部分凹入。
20.根据权利要求18所述的光纤装置，其中，所述光纤装置是锥形的，使得所述光纤装置的第一端处的光纤装置的尺寸小于所述光纤装置的第二端处的光纤装置的尺寸。
21.一种方法，包括：
由旋转体光纤在所述旋转体光纤的第一端处接收光束，
其中，所述旋转体光纤包括围绕所述旋转体光纤的光轴沿着所述旋转体光纤的长度扭转的整体芯，
其中，所述整体芯围绕光轴扭转的扭转率从所述光纤装置的第一端处的第一扭转率增加到所述光纤装置的第二端处的第二扭转率；
由所述旋转体光纤将所述光束至少部分地转换成旋转光束，
其中，由于所述整体芯围绕所述光轴扭转，所述光束被至少部分地转换为所述旋转光束，所述旋转光束沿着螺旋方向在所述光纤装置中传播且在所述光纤装置的第二端处具有环形形状；以及
由所述旋转体光纤输出所述旋转光束。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述旋转体光纤是锥形的，使得所述旋转体光纤的第一端处的旋转体光纤的尺寸小于所述旋转体光纤的第二端处的旋转体光纤的尺寸。
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