CN108780190B - 光纤泵浦合束器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤合束器，所述光纤合束器包括具有输入表面区域Ain和输出表面区域Aout的耦合装置，其中所述输入表面区域Ain大于所述输出表面区域Aout，以及各自具有输入表面和输出表面的多根光纤，其中所述多根光纤的所述输出表面耦合到所述耦合装置，其中所述耦合装置组合由所述多根光纤发射的光学功率。

Description

光纤泵浦合束器
技术领域
本公开涉及高功率光纤激光器系统。具体地讲，本公开涉及一种高功率光纤系统，该高功率光纤系统被配置为将多根光纤组合成单个输出光纤。
背景技术
高功率半导体激光器用于泵浦(pump)包层泵浦光纤激光器。光纤激光器能够产生数千瓦范围的输出功率，并且用于需要高输出功率的各种应用，诸如切割、焊接、材料加工(例如，标记、雕刻和切割)和定向能量。获得这些应用所需的功率水平通常通过将多个低功率二极管模块的光纤耦合输出组合到泵浦有源光纤来实现。
当组合二极管泵浦光纤时，通常方便的是使用将多根光纤耦合成单个输出光纤的基于光纤的合束器来进行耦合光纤的合束。通常，组合多根光纤以获得更高的功率会降低光束效率或光束质量。高功率(千瓦级)光纤泵浦、泵浦信号和信号合束器容易遭受到小的缺陷和损耗，这些缺陷和损耗对可靠性有显著影响。
一般来讲，制造高功率合束器的过程包括对成束的光纤进行大量的物理操纵。例如，通常将成束的输出光纤熔合、扭曲并缩窄成沙漏形状，并在腰部处切割。通常，缩窄光纤束需要将不缩窄的光纤束的横截面积缩小至单个输出光纤的横截面积。在切割光纤束后，将缩窄光纤束的输出端接合(或以其他方式耦合)到输出光纤上。所有该物理操纵均可导致结构缺陷诸如光纤或包层中的微弯曲，这会引起光束质量或效率的损失和/或降低。此外，由于获得高耦合效率需要扭曲光纤，因此难以处理这些光纤。所需要的是一种减少与制造光纤合束器相关的光纤的物理操纵量的方法。
发明内容
本发明公开了一种光纤合束器，该光纤合束器包括具有输入表面区域Ain和输出表面区域Aout的耦合装置，其中输入表面区域Ain大于输出表面区域Aout，并且其中耦合装置的主体包括从输入表面区域到输出表面区域的渐变锥体和各自具有输入表面和输出表面的多根光纤，其中所述多根光纤的输出表面光学耦合到耦合装置，其中耦合装置组合由所述多根光纤发射的光学功率。光纤合束器还可包括中空结构，该中空结构被配置为包住所述多根光纤并将所述多根光纤固定就位以耦合到耦合装置。在一些示例中，中空结构是毛细管，其内径基本上等于耦合装置的输入表面区域的外径。在一些示例中，其中中空结构紧密装配在耦合装置的输出表面区域和光纤周围。所述多根光纤的输出表面可基本上与耦合装置的输入表面区域接触。在所述多根光纤的输出表面和耦合装置的输入表面区域之间可存在间隙，其中所述多根光纤被中空结构保持就位。中空结构可具有与耦合装置的输入表面的形状基本匹配的形状，其中该形状为圆形、椭圆形、矩形、多面体或它们的任何组合。中空结构可包括被配置为响应于机械手段、压力变化、暴露于化学品或化学催化剂或它们的任何组合而围绕所述多根光纤和耦合装置收缩的材料。
光纤的输出端可涂覆有抗反射涂层。在一些示例中，中空结构的折射率低于所述多根输入光纤的折射率。光纤的输出端可通过等离子体加热、CO2激光、电阻加热、熔接或环氧树脂或它们的任何组合耦合到耦合装置的输入表面。
本文还公开了一种用于制造光纤合束器的方法，该方法包括：将石英棒的输出端暴露于蚀刻剂，在一段时间内将石英棒的一段长度纵向地逐渐暴露于蚀刻剂，通过在该时间段内将石英棒的该段长度逐渐暴露于蚀刻剂，在输入端处结束蚀刻以在石英棒的该段长度中蚀刻出渐变锥体，其中首先将输出端暴露于蚀刻剂以开始蚀刻，然后逐渐暴露石英棒的整个长度，在输入端处结束蚀刻，使输入端具有的表面区域Ain大于输出端的表面区域Aout。该方法还可包括在一段固定时间内以恒定速率将石英棒逐渐暴露于蚀刻剂。在一些示例中，该固定时间段由石英棒的输出直径确定。该方法还可包括对石英棒的输入端进行抛光。该蚀刻可为湿法蚀刻。该方法还可包括用抗反射涂层涂覆输入表面以进行自由空间耦合，并且/或者用被配置为能够熔接输入光纤的表面处理剂涂覆输入表面。
本文还公开了一种用于制造光纤合束器的方法，包括：对石英棒施加热量以在一段长度的石英棒上制造石英棒中的渐变锥体，其中该石英棒具有输入端和输出端，其中该石英棒为缩窄的，使得输入端的表面区域Ain大于输出端的表面区域Aout，用抗反射涂层处理石英棒的输入端，并将输出波导形成到石英棒的输出端上。在一个示例中，输出波导还包括将波导接合到石英棒的输出端上。
本文还公开了一种用于制造光纤合束器的方法，该方法包括：将中空结构的第一端设置在耦合器的输入表面周围，该耦合器包括输出波导和具有缩窄外表面的石英棒，其中该耦合器与中空结构相比具有更高的折射率，将多根光纤从中空结构的第二端穿过中空结构的一段长度的内孔，将所述多根光纤与耦合器的输入表面耦合，并将中空结构塌缩到耦合器和所述多根光纤上。在一个示例中，将中空结构的外表面纹理化以消除透射到光纤或中空结构或其组合中的高数值孔径光。与输入光纤包层的折射率相比，中空结构可具有更高的折射率。在一个示例中，中空结构可具有折射率，该折射率仅除去不希望耦合到耦合器中的具有预定数值孔径的光。中空结构可具有不对称形状，并且被配置为对模式进行加扰。
从下面参照附图(其可能未按比例绘制)进行的详细描述中，前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
附图(其中类似的附图标号表示类似的元件)并入本说明书中并构成本说明书的一部分，而且它们结合说明书阐明了本发明所公开的技术的优点和原理。在这些附图中，
图1示出了光纤合束器组件的一个示例；
图2示出了被配置为将一根或多根光纤的束固定在适当位置的中空结构的一个示例；
图3是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图4A是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图4B是示出设置在耦合器周围的中空结构的一个示例的横剖面图；
图4C是示出设置在光纤束周围的中空结构的一个示例的横剖面图；
图4D是示出光纤合束器在组装期间的一个示例的剖视图；
图5A是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图5B是光纤束的横剖面图。
图5C是在光纤的向外表面上具有涂层的光纤束的横剖面图；
图6A是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图6B是具有保留包层的中空结构内的光纤束的一个示例的剖视图；
图7是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图8是示出光纤合束器组件的一个示例的剖视图；
图9示出了用于制造光纤合束器的示例性过程；
图10示出了用于制造光纤合束器的示例性过程；
图11示出了用于制造光纤合束器的示例性过程；
图12A至图12D示出了具有不同对称性的中空结构的示例；以及
图12E示出了各种中空结构对称性的光束参数积(BPP)转换效率的曲线图。
具体实施方式
如在本申请和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指出，否则单数形式的词语“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。此外，术语“包括”表示“包含”。此外，术语“耦合”不排除耦合项之间中间元件的存在。
在此描述的系统、装置和方法不应被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各种公开的实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征和方面，单独地以及彼此的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。任何操作理论都是为了便于解释，但所公开的系统、方法和装置不限于这种操作理论。
尽管为了便于表示，以特定的先后顺序描述了某些公开的方法的操作，但是应该理解的是，除非在下文中通过特定语言要求特定的顺序，否则这种描述的方式包含重新安排。例如，顺序描述的操作在一些情况下可以被重新安排或同时执行。而且，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外，该描述有时使用术语诸如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施而有所不同，并且容易被本领域的普通技术人员识别。
在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应该理解，这样的描述旨在表示可以对许多所使用的功能替代项进行选择，并且这样的选择不需要更好、更小或以其他方式优于其他选择。参照“上方”、“下方”、“上”、“下”等指示的方向来描述示例。这些术语用于方便描述，但并不意味着任何特定的空间取向。
图1示出了光纤合束器组件100的一个示例。在一个示例中，光纤合束器组件100包括耦合器102，该耦合器被配置为缩窄至输出波导104。耦合器102在输出表面120处耦合到波导104。耦合器102的输入表面106被定位成接收从一根或多根输入光纤108发射的光能。耦合器102的输入表面区域具有输入表面区域Ain和数值孔径NAin。输出表面120具有输出表面区域Aout和数值孔径NAout。在一个示例中，输入表面区域Ain大于输出表面区域Aout。
组件100可形成激光系统的一部分，其中光能通过二极管泵浦和/或其他光源耦合到光纤108中。光纤108形成束112。光纤108可以是任何尺寸或形状，只要各个光纤108或光纤108的束112不违反输入光纤总和的亮度守恒定律(即，
Figure BDA0001782977320000051
)，其中Ain和NAin分别是光束的输入光纤横截面积和数值孔径，并且Aout和NAout分别是耦合器的输出横截面积和它的数值孔径。耦合器102将来自N根输入光纤108的束112的功率组合到输出波导104中。束112可包括任何数量N的输入光纤108。组合的光学功率被引导至输出表面120，其中功率可被进一步耦合到单个输出光纤104中，用于在输出光纤的输出表面处发射光学功率。并非使得光纤自身缩窄，光纤108可耦合到本身是缩窄的耦合器102，这减少了与常规光纤合束器的制造相关的光纤108的物理操纵量。耦合器102可以从在输入表面106处足以用于耦合光纤束112的直径缩小至在输出端120处与单个输出光纤104的输入端116的直径相比相同、类似或甚至更小的直径。
可通过多种方法(包括对接耦合)或通过熔合将光纤108耦合到耦合器102。在一个示例中，光纤108和耦合器102的输入表面106可接触或至少尽可能紧密地物理接触。在一些实施例中，光纤108与输入表面106之间的间隙可由于光纤108与输入表面106之间的对准角度的缺陷而产生。可能希望最小化光纤108与输入表面106之间的对准角度的缺陷，以保持光束参数积(BPP)(即，使之不变差)。
图2示出了被配置为将一根或多根光纤108的束112在合束器组件100中固定就位的中空结构210的一个示例。中空结构210可以是多种形状中的任一种，例如圆形、矩形、椭圆形、多面体、不规则形状等或它们的任何组合。中空结构210可包括侧壁212和腔体214，可在该腔体中设置一根或多根光纤108。中空结构210可包括多种材料，这些材料包括诸如玻璃、熔融石英、聚合物、掺杂聚合物、氟硅酸盐、掺杂有本领域技术人员已知用于合理选择折射率的一种或多种材料的二氧化硅等或它们的任何组合。中空结构210可包括被配置为响应于施加热量、机械手段、压力变化或暴露于化学品(诸如化学催化剂)而围绕所述多根光纤和耦合装置收缩的材料。
在输入光纤108在束112中保留包层的示例中，与输入光纤108的包层308(参见图3)相比，中空结构210可具有各种形状和高折射率材料中的任一种。这将有助于在耦合到耦合器102之前除去沿210区域的任何较高NA的光。然而，在另一个示例中，中空结构210可被设计成具有合理的折射率选择，以除去不能耦合到耦合器102中并且可在合束器102组件中造成有害影响的任何较高NA的光。中空结构210的外表面250可具有多种表面纹理中的任一种。例如，纹理可以是光滑的，或者可以是粗糙的或纹理化的，以除去不需要的较高NA的光。
图3是示出光纤合束器组件300的一个示例的剖视图。在一个示例中，光纤108均被剥除包层308和缓冲或保护涂层。光纤束112和耦合器102可定位在中空结构210内。中空结构210可以是圆形毛细管。中空结构210的内径可以是相同的形状并且基本上等于或略大于耦合器102的外径，使得耦合器102可紧凑地设置在中空结构210的腔体214中。类似地，中空结构210的内径可以是相同的形状并且基本上等于或略大于束112的外径，使得耦合器102可牢固地设置在中空结构210的腔体214中。因此，中空结构210可将光纤108和耦合器102固定就位。输入表面106可被设置为与一根或多根光纤108的一个或多个输出表面110相距距离L。在一些示例中，光纤108可定位在中空结构210内而不剥除包层308。
在一个示例中，光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106可被间隙306隔开。光纤108的输出表面110和/或耦合器102的输入表面106可涂覆有抗反射涂层，以促进光能穿过间隙306的低损耗透射。在一个示例中，中空结构210的折射率可低于一根或多根光纤108的折射率，或者高于输入光纤108的包层308的折射率。
在一个示例中，中空结构210可装配在耦合器102的外表面上。这种装配可能很紧，并且可能需要一定量的力将耦合器102配合在孔214内。同样地，可将束112穿过孔214，以实现束112在中空结构210内的紧密装配。
图4A是示出光纤合束器组件400的一个示例的剖视图。在一个示例中，光纤108和耦合器102可定位在中空结构210内。光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106可物理接触。输出表面110和输入表面106之间的接触可通过多种方法诸如通过熔接和/或范德瓦尔斯键合(van der Waals bonding)来形成。可使用多种方法来熔接输出表面110和输入表面106，诸如使用激光、火焰、电弧和/或等离子体等或它们的组合。
在一个示例中，不需要的较高NA的光可耦合到210中并且从输出端耗散。中空结构210的外表面250可为波状的、纹理化的或以其他方式被配置为散射沿长度以及端部耦合到中空结构210中的较高NA的光，以分配耗散。中空结构210可被制造成紧密装配在耦合器102和束112周围。为了促进光纤108和输入表面106之间的正确对准，中空结构210可用作耦合器102和/或光纤108的自对准引导件，以帮助对准输出表面110和输入表面106。这种引导件可最小化光纤108和耦合器102之间的对准角度的缺陷。中空结构210可定位在束112的外径和耦合器102的外径上，使得耦合器102紧密地设置在中空结构210的中心孔214内。光纤108和耦合器102被放置在中空结构210内，其中中空结构210的内径仅略大于光纤束112或耦合器102的外径。可使用张力、热量、真空压力、液体和/或折射率匹配流体来促进耦合器102与光纤108的配合、定位和/或对准。该技术可简化对准方法、提高良品率并防止输入光纤在接合过程中偏离既定位置，尤其是对于大直径(例如，直径≥300.0微米)耦合器而言。中空结构210可以是或可以不是最终耦合器组件400的一部分。换句话讲，在光纤108与表面106对准之后，可移除中空结构210。
图4B至图4D示出了在示例性组装过程中合束器400的各种视图，其中中空结构210围绕光纤108和合束器102塌缩。
图4B示出了围绕耦合器102设置的中空结构210的横剖视图。在一个示例中，在合束器400的组装期间，中空结构210可松散地设置在耦合器102上，其中中心孔214的内径492大于耦合器102的外径490，以使中空结构210能够围绕耦合器102装配，而不会损坏耦合器102或中空结构210。如图4C所示，在组装期间，光纤108的束112可通过中空结构210的中心孔214馈送，以与表面106对准。在合束器组件100中，此处的中空结构210的内径492大于光纤108的束112的直径494，以便于光纤108穿过中空结构210。在组装期间，使中空结构210的内径492大于光纤108的束112的直径494还可有利于光纤108的表面110与耦合器102的表面106的对准。
图4D是在围绕光纤108和耦合器102塌缩中空结构210之前的组件100的剖视图。在一个示例中，一旦表面110与表面106对准和/或耦合，便可将热量施加到中空结构210以使其围绕耦合器102和束112塌缩。图4A示出了在围绕光纤108和耦合器102的组件400塌缩中空结构210之后的组件400。从图4A中可以看出，在塌缩中空结构210之后，光纤束112周围不再存在多余空间。在该构造中，中空结构210可为光纤束112和耦合器102提供支撑和保护。
图5A是示出光纤合束器组件500的一个示例的剖视图。光纤108可被剥除包层和其他涂层。光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106可物理接触但不支撑中空结构210。输出表面110可通过多种耦合方法中的任一种耦合到输入表面106，诸如等离子体加热、CO2激光退火、电阻加热、熔接或使用环氧树脂和/或本领域技术人员已知的其他方法。束112可包括在光纤108的向外表面502上的涂层504。涂层504可以是低折射率材料，包括诸如玻璃、熔融石英、聚合物、掺杂聚合物、氟硅酸盐、掺杂有本领域技术人员已知用于降低材料折射率的一种或多种材料的二氧化硅等或它们的任何组合的低折射率材料，从而除去不希望耦合到耦合器102中的高NA光。
图5B是在光纤108的向外表面502上没有涂层504的光纤108的束112的剖面图。图5C是在光纤108的向外表面502上具有涂层504的束112的剖面图。涂层504可为多种厚度并且可适形于光纤108的向外表面502的形状。涂层504可填充光纤之间的间隙，并且可为光纤108提供支撑。
图6A是示出光纤合束器组件600的一个示例的剖视图。光纤108没有被剥除外部包层。相反，光纤108将包层308保留在中空结构210内。在本文描述或设想的任何实施例中，光纤108可保留包层308。在图6A中，光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106没有物理接触。长度为L的间隙606可将输出表面110与输入表面106隔开。中空结构210为耦合器102和光纤108提供支撑。耦合器102可包括不缩窄的延伸输入部分602。具有不缩窄的延伸部分602允许除去不希望耦合到耦合器102中的较高NA的光。缩窄部分604可在延伸输入部分602和输出部分610之间缩窄。输出表面110和/或输出表面106可涂覆有抗反射涂层。抗反射涂层可有利于光能穿过间隙606的低损耗透射。
图6B是具有保留包层308的中空结构210内的光纤108的束112的剖面图。
图7是示出光纤合束器组件700的一个示例的剖视图。光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106物理接触。中空结构210为耦合器102和光纤108提供支撑。耦合器102可包括不缩窄的延伸输入部分602。非缩窄部分602的长度可被定位成不延伸至孔214的出口面702。在另一个示例中，非缩窄部分602的长度可被定位成延伸至孔214的出口面702。
图8是示出光纤合束器组件800的一个示例的剖视图。光纤108的输出表面110和耦合器102的输入表面106可物理接触但不支撑中空结构210。输出表面110可通过多种熔合方法中的任一种接合到输入表面106，诸如等离子体加热、CO2激光退火、电阻加热或使用环氧树脂和/或本领域技术人员已知的其他方法。耦合器102可包括不缩窄的延伸输入部分602。
图9示出了用于制造缩窄的光纤耦合器的示例性过程900，该缩窄的光纤耦合器将被耦合到光纤合束器组件中的多根光纤108。在一个示例中，合束器102可由一段长度的石英棒制成。由石英棒形成的耦合器102可具有输入端106和输出端120。在一个示例中，可通过将石英棒以恒定速率逐渐暴露于蚀刻剂一段固定时间来湿法蚀刻石英棒，其中该固定的时间段由耦合器102的输入端106和输出端120的所需输出直径来确定。输入端106将被连接到多根光纤108，因此具有足够大的表面区域Ain来接收束112的N根光纤108的输出端110。在处理之后，输出表面区域Aout将小于输入表面区域Ain，因为石英棒的直径随着从输入表面106缩窄到输出表面120而减小。石英棒可为大致圆形的。在另一个示例中，石英棒可为多种形状中的任一种，例如椭圆形、矩形、星形、多面体和/或不规则形状等或其任何组合。此外，石英棒可包括多种材料并且/或者可掺杂稀土元素，诸如镱、钕和/或铒等，或它们的组合。
过程900开始于方框902，“将石英棒的输出端暴露于蚀刻剂”。在方框902，耦合器102的制造可首先通过将石英棒的指定输出端暴露于蚀刻剂而开始，因为石英棒的输出端将具有最小的直径，因此应在蚀刻剂中暴露最长的时间。过程900进行到方框904，“逐渐将石英棒的该段长度在蚀刻剂中暴露一段时间，在输入端处结束蚀刻。”这种逐渐蚀刻方式将使输入端具有比输出端的表面区域Aout更大的表面区域Ain。
过程900进行到方框906，“处理石英棒的输入端和/或输出端”。输入表面106可被处理以用于与光纤108的输出端110耦合。例如，可对输入表面106进行抛光和/或涂覆抗反射涂层以进行自由空间耦合。可制备输入表面106的纹理以使能够与光纤108熔接。在另一个示例中，输入表面106可涂覆有表面处理剂，该表面处理剂被配置为促进输入表面106与光纤108的输出表面110的耦合或熔合。
过程900进行到方框906，“将多根光纤耦合到缩窄石英棒的输入表面区域”。如前所述，一根或多根光纤108可通过多种方法耦合到输入表面106。
图10示出了用于制造缩窄的光纤耦合器102的示例性过程1000，该缩窄的光纤耦合器将被耦合到多根光纤108以制造光纤合束器组件100。过程1000可开始于方框1002，“将热量施加到石英棒以制造渐变锥体”。在方框1002，通过向石英棒施加热量在一段长度的石英棒中制造出渐变锥体。该石英棒具有输入端106和输出端120。可通过多种方法施加热量，包括使用CO2激光、等离子体和/或电阻加热等或它们的任何组合。使用机械手段可使石英棒在施加的热量下缩窄，使得输入端106将具有比输出端120的输出表面区域Aout更大的输入表面区域Ain。过程1000可以进行到方框1004，“在石英棒上制造波导”。在方框1004，通过加热并缩窄石英棒的端部来制造输出波导104。在另一个示例中，波导104部分可单独制造并耦合到缩窄石英棒(即，耦合器102)的末端上。还可首先制造缩窄耦合器件，其中将输入光纤熔合到其输入表面上并将波导104熔合到其输出表面上。
过程1000进行到方框1006，“处理石英棒的输入端和/或输出端”。输入表面106可被处理以用于与光纤108的输出端110耦合。例如，可对输入表面106进行抛光和/或涂覆抗反射涂层以进行自由空间耦合。可制备输入表面106的纹理以使能够与光纤108熔接。在另一个示例中，输入表面106可涂覆有表面处理剂，该表面处理剂被配置为促进输入表面106与光纤108的输出表面110的耦合或熔合。
过程1000可进行到方框1008，“将多根光纤耦合到缩窄石英棒的输入表面区域”。如前所述，一根或多根光纤108可通过多种方法耦合到输入表面106。
图11示出了用于组装光纤合束器400的示例性过程1100。中空结构210可在光纤合束器400的制造期间使光纤108和耦合器102能够对准，可将光纤108和耦合器固定就位，并且为光纤108和/或耦合器102提供保护，使它们免受环境污染物的污染或其他危害诸如过热或冲击。过程1100可开始于方框1102，“在耦合器上设置中空结构”。在方框1102，中空结构210可松散地设置在耦合器102上，其中中心孔214的内径492大于耦合器102的外径490，以使中空结构210能够围绕耦合器102装配，而不会显著损坏耦合器102或中空结构210。
过程1100可进行到方框1104，“使多根光纤穿过中空结构”。在组装期间，光纤108的束112可通过中空结构210的中心孔214馈送，以与表面106对准。在合束器组件400中，此处的中空结构210的内径492大于光纤108的束112的直径494，以便于光纤108穿过中空结构210。在组装期间，使中空结构210的内径492大于光纤108的束112的直径494还可有利于光纤108的表面110与耦合器102的表面106的对准。
过程1100进行到方框1006，“围绕光纤和/或耦合器塌缩中空结构”。中空结构210可通过任何已知的方法、诸如通过施加热量、机械压力、真空抽吸等或它们的任何组合、在耦合器和/或光纤上塌缩。在一个示例中，可将热量施加到中空结构210以使其围绕耦合器102和束112塌缩。可通过多种方法施加热量，包括使用CO2激光、等离子体和/或电阻加热等或它们的任何组合。可在表面110与表面106耦合之前或之后执行塌缩。在另一个实施例中，在光纤108与耦合器102的表面106对准和/或耦合之后，可从组件400移除中空结构210。
过程1100可进行到方框1108，“将多根光纤耦合到缩窄石英棒的输入表面区域”。如前所述，一根或多根光纤108可通过多种方法耦合到输入表面106。
虽然已将过程900、1000和1100描述为具有若干步骤，但是并不需要执行这些过程的所有步骤，也不需要在设想的主题的范围内实践这些步骤的特定顺序。虽然在制造合束器组件400的上下文中描述了上述过程900、1000和1100，但是这样的描述是为了简单起见，并且不旨在以任何方式进行限制。过程900、1000和1100可应用于制造本文所描述、建议或设想的任何示例性实施例。此外，可在本发明所公开的技术范围内设想并实践未确定的干预步骤。
图12A至图12D示出了具有不同对称性的中空结构的示例。图12E示出了各种中空结构外表面对称性的光束参数积(BPP)转换效率的曲线图。BPP转换效率随着不对称性的增加而提高，部分原因在于以下事实，在非圆形外表面几何形状的耦合器的长度上存在增强的模式加扰或不交轴光线反弹。图12A是设置在对称中空结构210中的光纤108的束112的剖面图。如上所述，中空结构210可包住光纤108并有利于光纤108耦合到耦合器102。图12E示出了各种中空结构对称性的光束参数积(BPP)转换效率的曲线图。与包括图12A中所示的中空结构210的耦合器组件对应的曲线图1208示出BPP转换效率为约90％。
图12B是设置在不对称中空结构1202中的光纤108的束112的剖面图。中空结构1202具有一个对称断裂特征部1204。现在参见图12E，与包括图12B中的中空结构1202的耦合器对应的曲线图1210示出相关的BPP转换效率为约94％-95％。
图12C是设置在不对称中空结构1216中的光纤108的束112的剖面图。中空结构1216具有两个对称断裂特征部1206和1220。现在参见图12E，与包括图12C中的中空结构1216的耦合器对应的曲线图1212示出相关的BPP转换效率为约95％-97％。
图12D是设置在不对称中空结构1218中的光纤108的束112的剖面图。中空结构1218具有三个对称断裂特征部1222、1224和1226。现在参见图12E，与包括图12D中的中空结构1218的耦合器对应的曲线图1214示出相关的BPP转换效率为约95％-97％。
已经描述和说明了本发明所公开的技术的示例的一般和具体原理，应该显而易见的是，可在不脱离这些原理的情况下对示例进行布置和细节上的修改。我们要求所有的修改和变型都在以下权利要求的实质和范围内。

Claims (11)

1.一种光纤合束器，包括：
耦合装置，所述耦合装置具有输入表面区域Ain和输出表面区域Aout，其中所述输入表面区域Ain大于所述输出表面区域Aout，并且其中所述耦合装置的主体包括从所述输入表面区域到所述输出表面区域的渐变锥体；
多根光纤，所述多根光纤各自具有输入表面和输出表面，其中所述多根光纤的所述输出表面光学耦合到所述耦合装置，其中所述耦合装置组合由所述多根光纤发射的光学功率；和
中空结构，所述中空结构被配置为包住所述多根光纤并将所述多根光纤固定就位以耦合到所述耦合装置,其中与输入光纤包层的折射率相比，所述中空结构具有更高的折射率。
2.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述中空结构是毛细管，所述毛细管的内径基本上等于所述耦合装置的所述输入表面区域的外径。
3.根据权利要求2所述的光纤合束器，其中所述中空结构紧密装配在所述耦合装置的所述输出表面区域和所述光纤周围。
4.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述多根光纤的所述输出表面基本上与所述耦合装置的所述输入表面区域接触。
5.根据权利要求3所述的光纤合束器，其中在所述多根光纤的所述输出表面和所述耦合装置的所述输入表面区域之间存在间隙，其中所述多根光纤被所述中空结构保持就位。
6.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述中空结构具有与所述耦合装置的所述输入表面的形状基本匹配的形状，其中所述形状为圆形、椭圆形、矩形、多面体或它们的任何组合。
7.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述中空结构包括被配置为响应于机械手段、压力变化、暴露于化学品或化学催化剂或它们的任何组合而围绕所述多根光纤和所述耦合装置收缩的材料。
8.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述光纤的所述输出端涂覆有抗反射涂层。
9.根据权利要求1所述的光纤合束器，其中所述光纤的所述输出端通过等离子体加热、CO2激光、电阻加热、熔接或环氧树脂或它们的任何组合耦合到所述耦合装置的所述输入表面。
10.一种光纤合束器，包括：
耦合装置，所述耦合装置具有输入表面区域Ain和输出表面区域Aout，其中所述输入表面区域Ain大于所述输出表面区域Aout，并且其中所述耦合装置的主体包括从所述输入表面区域到所述输出表面区域的渐变锥体；
多根光纤，所述多根光纤各自具有输入表面和输出表面，其中所述多根光纤的所述输出表面光学耦合到所述耦合装置，其中所述耦合装置组合由所述多根光纤发射的光学功率；和
中空结构，所述中空结构被配置为包住所述多根光纤并将所述多根光纤固定就位以耦合到所述耦合装置,其中将所述中空结构的外表面纹理化以消除透射到所述光纤或所述中空结构或其组合中的高数值孔径光。
11.一种光纤合束器，包括：
耦合装置，所述耦合装置具有输入表面区域Ain和输出表面区域Aout，其中所述输入表面区域Ain大于所述输出表面区域Aout，并且其中所述耦合装置的主体包括从所述输入表面区域到所述输出表面区域的渐变锥体；
多根光纤，所述多根光纤各自具有输入表面和输出表面，其中所述多根光纤的所述输出表面光学耦合到所述耦合装置，其中所述耦合装置组合由所述多根光纤发射的光学功率；和
中空结构，所述中空结构被配置为包住所述多根光纤并将所述多根光纤固定就位以耦合到所述耦合装置,其中所述中空结构具有不对称形状并且被配置为对一个或多个模式进行加扰。
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