CN110235040A - 用于光学隔离的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将激光器(1)与外部反射进行光学隔离的装置，该装置包括模式滤波器(19)和第一光纤(1)，其中：第一光纤(1)是支持基模(3)和至少一个高阶模(4)的多模光纤；模式滤波器(19)由光学衰减限定，该光学衰减对于高阶模(4)而言比对于基模(3)更高；该模式滤波器(19)被配置成将基模(3)传递到第一光纤(1)中；并且该装置的特征在于：第一光纤(1)包括长周期光栅(10)；以及长周期光栅(10)由被选择成将第一光纤(1)的基模(3)耦合到第一光纤(1)的高阶模(4)的周期(13)来限定；藉此，如果基模(3)和高阶模(4)作为经后向反射的基模和高阶模(25)、(26)被反射回到第一光纤(1)中，则该模式滤波器(19)使该经后向反射的高阶模(26)光学衰减得比该经后向反射的基模(25)更多，从而隔离该外部反射。

Description

用于光学隔离的装置和方法
发明领域
本发明涉及用于光学隔离的装置和方法。本发明尤其应用于光纤激光器、光纤激光器中的激光束递送、以及用于工业材料的激光处理的装备。
发明背景
关于激光器的许多应用需要该激光器的输出光束被光学隔离以防止后向反射损坏该激光器或导致不期望的光学相互作用。各示例包括焊接、切割、钻孔、包覆、钎焊、标记、雕刻、以及切片材料，特别是高反射材料，诸如铜、黄铜、金、银和钻石。通常使用光学隔离器来执行光学隔离，通过该光学隔离器该激光器的输出光束被耦合。随后，通过光学隔离器来防止后向反射光返回激光器。
常规的光学隔离器基于通过其来施加强磁场的晶体中的法拉第旋转。随着激光器系统的平均功率增大到大约1W以上，光学隔离器的尺寸通常会增大，因为需要在隔离器内晶体的光学表面处避免激光引入的损坏。尺寸的增大需要更大和更昂贵的晶体和磁体。如果个体隔离器的尺寸、成本和隔离性能不那么关键，则光束仍然可以通过光学隔离器被准直，并且用光束扩展望远镜进行扩展。
但是，如果成本是问题(例如，在用于消费电子设备和标记应用的大批量生产的激光器中)，则必须将隔离器晶体尺寸保持在最小。这导致需要将光束聚焦通过光学隔离器以便优化隔离性能。因此，从光学隔离器发出的光束不是准直的。常规办法将是提供准直透镜，以将来自光学隔离器的光准直到与标准光束扩展望远镜兼容的标准光束直径。这种办法的益处在于因为可以使用标准光学器件，所以它减少了设计努力。
随着激光器功率的增大，提供成本高效的光学隔离器的问题也随之增大。功率超过10kW的脉冲式激光器被用于标记、雕刻、切割、焊接、以及钻探应用。用于典型应用的脉冲激光器的平均功率可以是20W、50W、或大于100W。功率超过1kW的连续波激光器被用于切割和焊接应用。在所有这些应用中，必须管理来自工件的反射以防止激光器辐射被耦合回到激光器中并且使激光器输出失稳或损坏该激光器。此外，用于高功率激光器的光学隔离器可能需要进行冷却。
存在对于减少或避免前述问题的用于光学隔离的装置和方法的需要。
本发明：
根据本发明的一非限制性实施例，提供了一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的装置，该装置包括模式滤波器和第一光纤，其中：
·第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·模式滤波器由光学衰减限定，该光学衰减对于高阶模而言比对于基模更高；
·模式滤波器被配置成将基模传递到第一光纤中；
并且该装置的特征在于：
·第一光纤包括长周期光栅；以及
·长周期光栅由被选择成将第一光纤的基模耦合到第一光纤的高阶模的周期来限定；
藉此，如果基模和高阶模作为经后向反射的基模和高阶模被反射回第一光纤中，则模式滤波器使该经后向反射的高阶模光学衰减得比该经后向反射的基模更多，从而隔离外部反射。
有利地，该装置提供光学隔离而不需要昂贵的晶体和磁体。而且，本发明实现全光纤隔离器，而不需要用自由空间光学器件来将光学辐射耦合进入和离开隔离器。该装置可以在具有或不具有激光器的情况下出售。
长周期光栅可以是包括扰动的螺旋长周期光栅，这些扰动描述由旋转方向和沿第一光纤的轴的周期来限定的螺旋，并且可以选择该周期以使得高阶模是偏斜模式。偏斜模式的特征可以在于偏斜光线沿第一光纤传播，以使得该偏斜光线传播具有与螺旋相同旋转方向的旋转方向。如果偏斜模式随后沿第一光纤被反射回来，则反射偏斜模式的旋转方向将与螺旋的旋转方向相反。反射偏斜模式将不被耦合到第一光纤的基模中，并且因此偏斜模式将至少部分地被模式滤波器拒绝。
长周期光栅可以包括第一光纤和弯曲机构，该弯曲机构被配置成将第一光纤扰动成螺旋。弯曲机构可以包括至少一个周期性表面。弯曲机构可以被配置成用挤压力将周期性表面和第一光纤的长度挤压在一起，由此能够通过调节挤压力来改变基模与高阶模之间的耦合量。这种布置提供了对模式耦合的很好控制。
周期性表面可以被啁啾。使用周期性表面(其中周期以单调地或以非单调方式沿其长度变化)减少了在弯曲机构中获得期望光学隔离所需的挤压力的量。它还拓宽了获得光学隔离的波长范围。
弯曲机构可包括彼此成角度布置的至少两个周期性表面。各周期性表面可以具有相同的周期性。弯曲机构可以使得每个周期性表面能够用不同的挤压力来抵靠第一光纤被挤压。周期性表面的空间相位可以被配置成在施加挤压力时使得第一光纤基本上以螺旋方式变形。
该装置可包括多个弯曲机构，其还减小了弯曲机构中的每一者上所需的挤压力，从而提高了可靠性。
弯曲机构中的至少一者可以具有与另一弯曲机构不同的周期性。组合具有不同周期性的弯曲机构提供了对光学隔离以及可以在其上获得光学隔离的波长带的更好控制。
弯曲机构可包括致动器。
长周期光栅可以包括第一光纤的纤芯中的折射率变化。可以使用激光来写入此类折射率变化。
周期可以在0.5mm至12mm的范围中。优选地，周期可以在1mm至10mm的范围中。更优选地，周期在2mm到8mm的范围中。
模式滤波器可以包括长周期光栅，其被配置成将经后向反射的高阶模耦合到至少一个包覆层模式。
模式滤波器可以包括倾斜布拉格光栅，其被配置成将经后向反射的高阶模耦合到至少一个包覆层模式。
模式滤波器可以包括第二光纤，其中高阶模不由第二光纤的纤芯引导。第二光纤可以是单模光纤。
模式滤波器可以包括包覆层模式剥离器。
第一光纤可以是阶跃折射率光纤。
第一光纤可包括纤芯和基座。基座可以使得它引导高阶模。
第一光纤的特征可以在于，归一化频率V值至少为6。V值可以至少为10。V值可以至少为15。V值是对多少光学模式可以由光纤引导的度量。如果V值小于2.405，则光纤是单模的。V值越高，则光纤更加多模化。
该装置可包括激光器，并且其中该激光器被耦合到模式滤波器。激光器可以由小于1.6的光束质量M2因子限定。具有纯高斯光束的基模具有M2值＝1。一般而言，光束质量M2值1.6描述在基模和至少一个高阶模中发射光功率的激光器。优选地，第一光纤支持由高于1.6的光束质量M2值限定的光学模式。
激光器可以是光纤激光器、盘状激光器、棒状激光器、或固态激光器。激光器可以是主振荡器功率放大器。激光器可以是纳秒脉冲光纤激光器。
该装置可以是以用于材料的工业处理的装置的形式。
本发明还提供了一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的方法，该方法包括：
·提供模式滤波器和第一光纤；以及
·将该模式滤波器耦合到第一光纤；
其中
·第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·模式滤波器由光学衰减限定，该光学衰减对于高阶模而言比对于基模更高；
·模式滤波器被配置成将基模传递到第一光纤中；
并且该方法的特征在于：
·第一光纤包括长周期光栅；以及
·长周期光栅由被选择成将第一光纤的基模耦合到第一光纤的高阶模的周期来限定；
藉此，如果基模和高阶模作为经后向反射的基模和高阶模被反射回第一光纤中，则模式滤波器使该经后向反射的高阶模光学衰减得比该经后向反射的基模更多，从而隔离外部反射。
本发明的方法可以包括利用本发明的装置的以上提及的可任选方面所需的一个或多个步骤。
附图简述
现在仅通过示例并且参照附图描述本发明的各实施例，附图中：
图1示出了根据本发明的用于光学隔离的装置；
图2示出了在第一光纤中传播的偏斜模式的横截面；
图3示出了沿光纤轴传播的偏斜模式；
图4示出了沿光纤轴传播的反射偏斜模式；
图5示出了具有基座的光纤；
图6到9示出了包括能够使第一光纤以螺旋变形的弯曲机构的长周期光栅；以及
图10示出了包括第一光纤的纤芯中的折射率变化的长周期光栅。
优选实施例
图1示出了用于将激光器1与外部反射进行光学隔离的装置，该装置包括模式滤波器19和第一光纤1，其中：
·第一光纤1是参照图2所示的多模光纤，其支持基模3和至少一个高阶模4；
·模式滤波器19由光学衰减限定，该光学衰减对于高阶模4而言比对于基模3更高；
·模式滤波器19被配置成将基模3传递到第一光纤1中；
并且该装置的特征在于：
·第一光纤1包括长周期光栅10；以及
·长周期光栅10由被选择成将第一光纤1的基模3耦合到第一光纤1的高阶模4的周期13来限定；
藉此，如果基模3和高阶模4作为经后向反射的基模和高阶模25、26被反射回到第一光纤1中，则模式滤波器19使该经后向反射的高阶模26光学衰减得比该经后向反射的基模25更多，从而隔离外部反射。
有利地，本发明的装置提供光学隔离而不需要昂贵的晶体和磁体。而且，本发明实现全光纤隔离器，而不需要用自由空间光学器件来将光学辐射耦合进入和离开隔离器。该装置可以在具有或不具有激光器1的情况下出售。
图2示出了第一光纤1的横截面。第一光纤1被描绘为具有纤芯20和包覆层21的阶跃折射率光纤。纤芯20具有折射率nco 22，其高于包覆层21的折射率ncl 23。
第一光纤1支持基模3并且还支持偏斜模式31，该偏斜模式31的特征在于绕参照图3所示的第一光纤1的轴14的偏斜光线传播5。图2中的偏斜光线传播5被描绘为在第一光纤1的横截面上的投影。偏斜光线传播5具有对应于右手螺旋的旋转方向32。沿光纤传播的光学模式往往被描述为线性偏振的LPp,q模式，其中“p”是方位角模式编号，并且“q”是径向模式编号。基模是LP0,1模式；这具有方位角模式编号p＝0，以及径向模式编号q＝1。偏斜模式具有至少为1的方位角模式编号，以及至少为1的径向模式编号。
参照图1，长周期光栅10被描绘为包括扰动的螺旋长周期光栅，这些扰动描述由旋转方向12和沿第一光纤1的轴14的周期13来限定的螺旋11。周期13被选择成使得基模3通过螺旋长周期光栅来耦合到图3中所示的偏斜模式31中。周期13优选等于2π/(β1–β2)，其中β1和β2是基模3和偏斜模式31的传播常数。
图4示出了结果得到的偏斜模式41，该偏斜模式41将在偏斜模式31被向下反射回第一光纤1的情况下发生。反射偏斜模式41具有对应于左手螺旋的旋转方向42，即，它具有与偏斜模式31的偏斜方向32和长周期光栅10的偏斜方向10相比而言反手的方向。因此，长周期光栅10将不会将反射偏斜模式41耦合到第一光纤1的基模3中。因此，反射偏斜模式41将至少部分地被模式滤波器19拒绝，该模式滤波器19使包括偏斜模式41的高阶模4光学衰减得比基模3更多。模式滤波器19可以通过将高阶模4从纤芯20耦合或散射到包覆层21中，或通过将高阶模4耦合到泄漏或辐射模式中来操作。模式滤波器19可包括偏振器。由模式滤波器19提供的光学衰减可以是通过吸收或散射的。
再次参照图1，模式滤波器19被示出为包括第二光纤2。第二光纤2可以使得其支持比第一光纤1更少的光学模式。第二光纤2可以是单模光纤或多模光纤。优选地，第二光纤2是单模光纤。第二光纤2优选地通过熔接接头8来耦合到第一光纤1。第一和第二光纤1、2可以使得它们之间的耦合具有小于0.5dB、优选地小于0.2dB、并且更优选地小于0.1dB的接头损耗。这种损耗将增大由装置提供的光学隔离。第二光纤2被示出为具有包覆层模式剥离器6，以用于移除在其包覆层27中传播的光辐射。可以冷却包覆层模式剥离器6。沿光纤2传播的基模将由包覆层模式剥离器6传送并且作为单横模3沿光纤1传播。单横模3将通过长周期光栅耦合到偏斜模式31。如果偏斜模式31沿光纤1反射回作为反射偏斜模式41，则它将不会被耦合回光纤1的基模3中。反射偏斜模式41将耦合到光纤2的在该光纤2的包覆层27中传播的高阶模中。随后，这些所谓的包覆层模式将被包覆层模式剥离器6剥离。因此，反射光辐射由包覆层模式剥离器6从装置中移除，从而提供所需的光辐射。替换地或附加地，模式滤波器19可包括长周期光栅或闪耀光纤布拉格光栅。长周期光栅或闪耀光纤布拉格光栅可以被配置成传递基模3并且通过将包括反射偏斜模式41的高阶模4耦合到包覆层模式中来移除高阶模4。可以用包覆层模式剥离器6来移除包覆层模式。如果第二光纤2是多模光纤，则可以有利地使用此类滤波器。如果长周期光栅在模式过滤器19中被使用，则长周期光栅的周期优选地长于2π/(β1-β2)，其中β1和β2分别是基模3和偏斜模式41的传播常数。这是为了确保模式滤波器19不将基模3和偏斜模式31耦合在一起。
第一光纤1可包括由包覆层53围绕的纤芯51和基座52，如图5中所示。基座52具有折射率54，该折射率54大于包覆层53的折射率23，并且小于纤芯51的折射率22。基座52使得它引导偏斜模式5。第一光纤1优选地是方位角对称的。
第一光纤1的特征可以在于，光束质量M2因子7至少为4、优选地至少为10、并且更优选地至少为15。第一光纤1的特征可以在于，归一化频率V值29至少为6。V值29可以至少为10。V值29可以至少为15。
图6示出了长周期光栅10，其包括第一光纤1和弯曲机构60。弯曲机构60包括相对于彼此成角度66的三个钳口61。角度66示出为60度。钳口61中的每一者包括周期性表面62。周期性表面62被配置成具有相对于彼此为120度的相对相位74，如参照图7所示，其中沿长周期光栅10的长度描绘周期性表面62的相位71、72、73。因此，弯曲机构60被配置成将第一光纤1扰动到螺旋11中。
弯曲机构60被配置成用挤压力64来将周期性表面62和第一光纤1挤压在一起，由此能够通过调节挤压力64来改变基模3与偏斜模式31之间的耦合量。弯曲机构60可包括致动器65。
周期性表面62可以是啁啾式的，如由图8中的啁啾式周期性表面81所示。使用啁啾式周期性表面81(其中周期13以单调地或以非单调方式沿其长度变化)减少了获得期望光学隔离所需的挤压力64的量。它还拓宽了获得光学隔离的波长范围。
图9示出了包括彼此成角度93布置的两对周期性表面62的弯曲机构91。角度93是直角。周期性表面62可以具有相同的周期13。弯曲机构91可以使得每个周期性表面62能够用不同的挤压力64来抵靠第一光纤1被挤压。如参照图6和7所述，周期性表面62可以被配置成当挤压力64被施加到周期性表面62时，使得第一光纤1基本上以螺旋方式变形。这种布置提供对模式耦合的很好控制并允许通过改变挤压力64来调节光学隔离度。
该装置可包括多个弯曲机构60，其还减小了每个弯曲机构60上所需的挤压力64，从而提高了可靠性。
弯曲机构60中的至少一者可以具有与另一弯曲机构60不同的周期性13。组合具有不同周期性的弯曲机构提供了对光学隔离以及可以在其上获得光学隔离的波长带的更好控制。
图10描绘了包括沿第一光纤1的纤芯20的折射率变化101的长周期光栅102。此类折射率变化101可以使用激光器来写入并且将导致第一光纤1的基模3与偏斜模式31之间进行模式耦合。
参照图1至10，螺旋11的周期13可以在0.5mm至12mm的范围中。周期13可以在1mm至10mm的范围中。周期13可以在2mm至8mm的范围中。
参照图1，该装置示出为包括激光器15。激光器15可以被耦合到模式滤波器19。激光器15可以由光束质量M2因子限定，该光束质量M2因子小于4、优选地小于2、并且更优选地小于1.6。
激光器15可以是光纤激光器、盘状激光器、棒状激光器、或固态激光器。激光器15可以是主振荡器功率放大器。激光器15可以是纳秒脉冲光纤激光器。纳秒脉冲光纤激光器的特征可以在于峰值功率超过10kW。此类激光器在它们的输出端处需要光学隔离，以避免反射光使激光器输出失真或损坏激光器。
该装置可以是以用于材料的工业处理的装置的形式。这种装置将包括输出光学器件17，以用于将激光辐射聚焦到工件18上。输出光学器件17还可以包括光学扫描器。
当将由较低光束质量M2因子16限定激光器15的输出转换为针对特定工业应用定制的较高光束质量M2因子7时，因为可以通过相同的模式转换过程获得光学隔离，所以参照附图示出的装置是特别有利的。
应当领会，以上参照附图描述的本发明的各实施例已经仅通过示例给出，且可以提供修改及附加组件来加强性能。附图中示出的个别组件不限于它们在附图中的用途，并且可以用在其他附图以及本发明的所有方面中。本发明还扩展至以上单独或以任何组合方式提及和/或示出的个体组件。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的装置，所述装置包括模式滤波器和第一光纤，其中：
·所述第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·所述模式滤波器由光学衰减限定，所述光学衰减对于所述高阶模而言比对于所述基模更高；
·所述模式滤波器被配置成将所述基模传递到所述第一光纤中；
·所述第一光纤包括长周期光栅；以及
·所述长周期光栅由被选择成将所述第一光纤的所述基模耦合到所述第一光纤的所述高阶模的周期来限定；
并且所述装置的特征在于：
·所述长周期光栅是包括扰动的螺旋长周期光栅，所述扰动描述由旋转方向和沿所述第一光纤的轴的周期来限定的螺旋；
·并且所述周期被选择以使得所述高阶模是偏斜模式；
藉此如果所述基模和所述高阶模作为经后向反射的基模和经后向反射的高阶模被反射回所述第一光纤中，则所述模式滤波器使所述经后向反射的高阶模光学衰减得比所述经后向反射的基模更多，从而隔离所述外部反射。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述长周期光栅包括所述第一光纤和弯曲机构，所述弯曲机构被配置成将所述第一光纤扰动成螺旋。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括至少一个周期性表面。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构被配置成用挤压力将所述周期性表面和所述第一光纤的长度挤压在一起，由此能够通过调节所述挤压力来改变所述基模与所述高阶模之间的耦合量。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述周期性表面是啁啾式的。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括彼此成角度布置的所述周期性表面中的至少两个周期性表面。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述周期性表面具有相同的周期性。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构使得每个周期性表面能够用不同的挤压力来抵靠所述第一光纤被挤压。
9.如权利要求6到8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述周期性表面的空间相位被配置成在施加所述挤压力时使得所述第一光纤基本上以螺旋方式变形。
10.如权利要求6到9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个所述弯曲机构。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构中的至少一者具有与所述弯曲机构中的另一者不同的周期性。
12.如权利要求6到11中的任一项所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括致动器。
13.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述长周期光栅包括在所述第一光纤的纤芯中以折射率变化为形式的扰动。
14.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括长周期光栅，所述长周期光栅被配置成将所述经后向反射的高阶模耦合到至少一个包覆层模式。
15.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括第二光纤，其中所述高阶模不由所述第二光纤的纤芯引导。
16.一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的方法，所述方法包括：
·提供模式滤波器和第一光纤；以及
·将所述模式滤波器耦合到所述第一光纤；
其中
·所述第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·所述模式滤波器由光学衰减限定，所述光学衰减对于所述高阶模而言比对于所述基模更高；
·所述模式滤波器被配置成将所述基模传递到所述第一光纤中；
·所述第一光纤包括长周期光栅；以及
·所述长周期光栅由被选择成将所述第一光纤的所述基模耦合到所述第一光纤的所述高阶模的周期来限定；
并且所述方法的特征在于：
·所述长周期光栅是包括扰动的螺旋长周期光栅，所述扰动描述由旋转方向和沿所述第一光纤的轴的周期来限定的螺旋；
·并且所述周期被选择以使得所述高阶模是偏斜模式；
藉此如果所述基模和所述高阶模作为经后向反射的基模和经后向反射的高阶模被反射回所述第一光纤中，则所述模式滤波器使所述经后向反射的高阶模光学衰减得比所述经后向反射的基模更多，从而隔离所述外部反射。

Claims (35)

1.一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的装置，所述装置包括模式滤波器和第一光纤，其中：
·所述第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·所述模式滤波器由光学衰减限定，所述光学衰减对于所述高阶模而言比对于所述基模更高；
·所述模式滤波器被配置成将所述基模传递到所述第一光纤中；
并且所述装置的特征在于：
·所述第一光纤包括长周期光栅；以及
·所述长周期光栅由被选择成将所述第一光纤的所述基模耦合到所述第一光纤的所述高阶模的周期来限定；
藉此如果所述基模和所述高阶模作为经后向反射的基模和经后向反射的高阶模被反射回所述第一光纤中，则所述模式滤波器使所述经后向反射的高阶模光学衰减得比所述经后向反射的基模更多，从而隔离所述外部反射。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述长周期光栅是包括扰动的螺旋长周期光栅，所述扰动描述由旋转方向和沿所述第一光纤的轴的周期来限定的螺旋，并且所述周期被选择以使得所述高阶模是偏斜模式。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述长周期光栅包括所述第一光纤和弯曲机构，所述弯曲机构被配置成将所述第一光纤扰动成螺旋。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括至少一个周期性表面。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构被配置成用挤压力将所述周期性表面和所述第一光纤的长度挤压在一起，由此能够通过调节所述挤压力来改变所述基模与所述高阶模之间的耦合量。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述周期性表面是啁啾式的。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括彼此成角度布置的所述周期性表面中的至少两个周期性表面。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述周期性表面具有相同的周期性。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构使得每个周期性表面能够用不同的挤压力来抵靠所述第一光纤被挤压。
10.如权利要求7到9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述周期性表面的空间相位可以被配置成在施加所述挤压力时使得所述第一光纤基本上以螺旋方式变形。
11.如权利要求7到10中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个所述弯曲机构。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构中的至少一者具有与所述弯曲机构中的另一者不同的周期性。
13.如权利要求7到12中的任一项所述的装置，其特征在于，所述弯曲机构包括致动器。
14.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述长周期光栅包括在所述第一光纤的纤芯中以折射率变化为形式的扰动。
15.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述周期在0.5mm至12mm的范围中。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述周期在1mm至10mm的范围中。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述周期在2mm至8mm的范围中。
18.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括长周期光栅，所述长周期光栅被配置成将所述经后向反射的高阶模耦合到至少一个包覆层模式。
19.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括倾斜布拉格光栅，所述倾斜布拉格光栅被配置成将所述经后向反射的高阶模耦合到至少一个包覆层模式。
20.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括第二光纤，其中所述高阶模不由所述第二光纤的纤芯引导。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第二光纤是单模光纤。
22.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模式滤波器包括包覆层模式剥离器。
23.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一光纤是阶跃折射率光纤。
24.如权利要求1到22中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一光纤包括纤芯和基座。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述基座使得所述基座引导所述高阶模。
26.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一光纤的特征在于归一化频率V值至少为6。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述V值至少为10。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述V值至少为15。
29.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括所述激光器，并且其中所述激光器被耦合到所述模式滤波器。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述激光器由小于1.6的光束质量M2因子限定。
31.如权利要求29或30所述的装置，其特征在于，所述激光器可以是光纤激光器、盘状激光器、棒状激光器、或固态激光器。
32.如权利要求29至31中任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器是主振荡器功率放大器。
33.如权利要求29至32中任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器是纳秒脉冲光纤激光器。
34.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置的形式为一种用于材料的工业加工的装置。
35.一种用于将激光器与外部反射进行光学隔离的方法，所述方法包括：
·提供模式滤波器和第一光纤；以及
·将所述模式滤波器耦合到所述第一光纤；
其中
·所述第一光纤是支持基模和至少一个高阶模的多模光纤；
·所述模式滤波器由光学衰减限定，所述光学衰减对于所述高阶模而言比对于所述基模更高；
·所述模式滤波器被配置成将所述基模传递到所述第一光纤中；
并且所述方法的特征在于：
·所述第一光纤包括长周期光栅；以及
·所述长周期光栅由被选择成将所述第一光纤的所述基模耦合到所述第一光纤的所述高阶模的周期来限定；
藉此如果所述基模和所述高阶模作为经后向反射的基模和经后向反射的高阶模被反射回所述第一光纤中，则所述模式滤波器使所述经后向反射的高阶模光学衰减得比所述经后向反射的基模更多，从而隔离所述外部反射。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3850408A4 (en) 2018-09-10 2022-05-18 nLIGHT, Inc. OPTICAL FIBER SPLICE ENCAPSULATED BY SHEATH MODE LIGHT SUPPRESSOR
EP3841411A4 (en) * 2018-09-21 2022-06-01 NLIGHT, Inc. LIGHT STRIPPER FOR THE COAT OF AN OPTICAL FIBER

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6275628B1 (en) * 1998-12-10 2001-08-14 Luna Innovations, Inc. Single-ended long period grating optical device
US20020051606A1 (en) * 2000-10-31 2002-05-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical loss filter
CN101291037A (zh) * 2007-02-13 2008-10-22 骆飞 调q的全光纤化光纤激光器
CN101943766A (zh) * 2009-07-09 2011-01-12 电子科技大学 可重构的长周期光纤光栅耦合器
CN102830464A (zh) * 2012-09-05 2012-12-19 哈尔滨工程大学 一种基于单模-多模光纤光栅的双重滤波微结构分束器
US20140238080A1 (en) * 2011-10-06 2014-08-28 Ofs Fitel, Llc Systems and Techniques For Fabricating Optical Fiber Gratings

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5512348B2 (ja) * 2010-03-29 2014-06-04 株式会社フジクラ 光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置
GB201108470D0 (en) * 2011-05-19 2011-07-06 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for optical isolation
GB2540432A (en) 2015-07-17 2017-01-18 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus for combining optical radiation
GB201601815D0 (en) * 2016-01-29 2016-03-16 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for optical isolation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6275628B1 (en) * 1998-12-10 2001-08-14 Luna Innovations, Inc. Single-ended long period grating optical device
US20020051606A1 (en) * 2000-10-31 2002-05-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical loss filter
CN101291037A (zh) * 2007-02-13 2008-10-22 骆飞 调q的全光纤化光纤激光器
CN101943766A (zh) * 2009-07-09 2011-01-12 电子科技大学 可重构的长周期光纤光栅耦合器
US20140238080A1 (en) * 2011-10-06 2014-08-28 Ofs Fitel, Llc Systems and Techniques For Fabricating Optical Fiber Gratings
CN102830464A (zh) * 2012-09-05 2012-12-19 哈尔滨工程大学 一种基于单模-多模光纤光栅的双重滤波微结构分束器

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