CN110431472A - 光纤和包括该光纤的光学系统 - Google Patents

Abstract

用于将高斯激光束转换为贝塞尔激光束的光纤，可以包括利用过渡区域光学耦合到第二段的第一段，第一段具有大于第二段的第二外直径的第一外直径。第一段可以包括第一芯部分，该第一芯部分具有围绕第一芯部分延伸的第一包层部分。第一芯部分可以具有具有相对于第一包层部分的相对折射率的环形芯区域。第二段可以包括第二芯部分，该第二芯部分具有围绕第二芯部分延伸的第二包层部分。第二芯部分具有相对于第二包层部分的相对折射率，且第一环形芯区域的相对折射率可以基本上等于第二芯部分的相对折射率。

Description

光纤和包括该光纤的光学系统

本申请根据35U.S.C.§119要求于2017年1月24日提交的美国临时申请序列第62/449,706号的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体结合于此。

背景

领域

本说明书总体地涉及光纤，更具体地说，涉及用于将高斯激光束转换成贝塞尔激光束的光纤和包括该光纤的激光传输系统。

技术背景

贝塞尔激光束对于材料加工应用可能是需要的，因为“完美的”贝塞尔激光束在其沿着光束轴传播时不会衍射(散开)。因此，当贝塞尔激光束被聚焦时，焦深可以比常规的高斯激光束大十倍以上。例如，波长为1.06微米(μm)的高斯激光束可以被聚焦成约1μm直径的焦斑且具有约1μm的焦深。相反，具有相同波长(1.06μm)的贝塞尔激光束可以实现相同的焦斑直径(1μm)且具有大于10μm的焦深。这种焦深的增加在激光表征技术、激光处理技术等之中是被需要的。

常规激光系统生成不同于贝塞尔激光束的高斯激光束，高斯激光束在沿着光束轴传播的时候会发生衍射。贝塞尔激光束可以使用诸如环形孔(aperture)、轴锥棱镜或其组合之类的自由空间光学系统，从高斯激光束生成或转换。然而，自由空间光学系统体积庞大，具有较低的对准公差且成本高。

因此，需要用于将高斯激光束转换成贝塞尔激光束的替代装置。

发明内容

根据一个实施例，具有第一段的光纤利用过渡区域光学耦合到第二段。第一段具有第一外直径D₀且第二段具有小于第一外直径D₀的第二外直径d₀。第一段包括具有距光纤的轴向中心线的半径R₁的第一芯部分。第一芯部分具有中心在光纤的轴向中心线上的第一环形芯区域、内半径R₀和第一径向厚度T_AC＝R₁–R₀。具有外半径R₄、内半径R₁和径向厚度T_CL＝R₄-R₁的第一包层部分围绕第一芯部分延伸。第一环形芯区域具有相对于第一包层部分的相对折射率Δ_AC％。第二段包括具有距光纤的轴向中心线的半径r₁的第二芯部分。第二芯部分的至少一部分光学耦合到第一环形芯区域，并且半径R₁大于半径r₁。具有外半径r₄、内半径r₁和径向厚度t_cl＝r₄-r₁的第二包层部分围绕第二芯部分延伸。第二包层部分的径向厚度t_cl小于第一包层部分的径向厚度T_CL。第二芯部分具有相对于第二包层部分的相对折射率Δ_c％，其中，Δ_AC％基本上等于Δ_c％。

在另一实施例中，具有利用过渡区域光学耦合到第二段的第一段的光纤包括第一段，第一段具有中心在光纤的轴向中心线上的第一环形芯区域，且该第一环形芯区域被设置成围绕延伸通过第一段的至少一部分的通道。第一包层部分围绕第一环形芯区域延伸。第二段包括光学耦合到第一环形芯区域的第二芯部分，以及围绕第二芯部分延伸的第二包层部分。

在另一实施例中，具有利用过渡区域光学耦合到第二段的第一段的光纤包括具有第一包层部分的第一段，第一包层部分具有第一外包层区域以及设置在第一芯部分和第一外包层区域之间的第一低折射率沟槽。第二段具有第二包层部分，第二包层部分具有第二外包层区域以及设置在第二芯部分和第二外包层区域之间的第二低折射率沟槽。第一低折射率沟槽与第一芯部分被第一内包层部分分隔开，且第二低折射率沟槽与第二芯部分被第二内包层部分分隔开。

在另一实施例中，具有利用过渡区域光学耦合到第二段的第一段的光纤包括第一段，第一段具有设置在第一环形芯区域内的第一中心芯区域。第一中心芯区域与第一环形芯区域被第一低折射率芯区域分隔开。第二段具有设置在第二环形芯区域内的第二中心芯区域，且第二中心芯区域与第二环形芯区域被第二低折射率芯区域分隔开。

本文中所描述的光纤的附加特征和优点将在以下具体实施方式中阐述，并且将部分地从所述描述中对本领域的技术人员变得显而易见，或可通过实践本文中所描述的实施例，包括下面的详细说明、权利要求书以及附图而被认识。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述了各实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护的主题的本质和特性的概观或框架。附图被包括以提供对各个实施例的进一步的理解，并且附图被结合到本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本文所述的各个实施例，并与说明书一起用于说明所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1A示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的光纤的侧视图；

图1B示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的光纤的侧视图；

图2示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光纤的第一段的径向横截面；

图3图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图2的光纤的第一段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径R的函数；

图4示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光纤的第二段的径向横截面；

图5图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图4的光纤的第二段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径r的函数；

图6示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光纤的第一段的径向横截面；

图7图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图6的光纤的第一段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径R的函数；

图8示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光纤的第二段的径向横截面；

图9图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图8的光纤的第二段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径r的函数；

图10示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1B的光纤的第一段的径向横截面；

图11图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图10的光纤的第一段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径R的函数；

图12示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1B的光纤的第二段的径向横截面；

图13图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图12的光纤的第二段的相对折射率分布，作为光纤的玻璃部分的半径r的函数；

图14示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例使用光纤来生成“无衍射”光束的光学系统；

图15示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例使用光纤来生成“无衍射”光束的光学系统；

图16示意性地描绘了根据本文示出和描绘的一个或多个实施例使用光纤来生成“混合”高斯-贝塞尔激光束的光学系统；

图17示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例使用光纤来生成“混合”高斯-贝塞尔激光束的光学系统。

具体实施方式

本文描述的光纤可以用于将常规高斯激光束转换为贝塞尔激光束。贝塞尔光束是非衍射光束或弱衍射光束(本文也指得是准非衍射光束)的一种形式，即，具有如下面数学定义的低光束发散度的光束。聚焦的非衍射光束或准非衍射光束形成激光焦线。激光焦线的形成在下文中也会有更详细的描述。

激光束发散度指的是光束横截面在光束传播方向(即，Z方向)上的放大率。如本文所用，短语“光束横截面”指的是激光束的沿着垂直于激光束的传播方向的平面的横截面，例如，沿X-Y平面。本文讨论的激光束横截面的一个示例是由光纤与至少一个在位于X-Y平面的表面上的聚焦元件(或聚焦表面)结合形成的聚焦激光束的束斑(即，激光焦线的横截面)。

衍射是导致激光束发散的一个因素。其他因素包括由激光束传播通过的光学系统引起的的聚焦或散焦，或界面处的折射或散射。由本文描述的光纤提供的且聚焦以形成激光焦线的激光束可能具有小的横截面、低发散度和弱衍射。激光束的发散以瑞利范围Z_R为特征，其与激光束的强度分布和束传播因素M²的方差σ²有关。在接下来的讨论中，公式会使用笛卡尔坐标系表示。可以使用本领域技术人员已知的数学技术获得其他坐标系的对应表达式。光束发散的附加信息可以在A.E.Siegman发表在SPIE研讨会系列题为《激光谐振器的新发展》(New Developments in Laser Resonators)的第1224卷第二页(1990)，以及R.Borghi和M.Santarsiero发表在光学快报(Optics Letters)的题为《贝塞尔-高斯光束的M²因素》(M² factor of Bessel-Gauss beams)第22卷(5)第262页(1997)中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。附加信息还可以在国际标准ISO 11146-1:2005(E)题为《激光和激光相关设备——激光束宽度、发散角和光束传播比的测试方法——第1部分：散光和简单散光光束》(Lasers and laser-related equipment—Test methods forlaser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams)、ISO11146-2:2005(E)题为《激光器和激光相关设备——激光束宽度，发散角和光束传播比的测试方法——第2部分：一般像散光束》(Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 2:General astigmaticbeams)，以及ISO 11146-3:2004(E)题为《激光器和激光相关设备——激光束宽度，发散角和光束传播比的测试方法——第3部分：固有和几何激光束分类、传播和测试方法的细节》(Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 3:Intrinsic andgeometrical laser beam classification,propagation and details of testmethods)中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。

具有时间平均强度分布I(x,y,z)的激光束的强度分布的质心的空间坐标由以下表达式给出：

这些也被称为维格纳(Wigner)分布的一阶矩，且在ISO 11146-2:2005(E)的第3.5节进行描述。它们的测量在ISO 11146-2:2005(E)的第7节进行描述。

方差是作为光束传播方向上的位置z的函数的激光束的强度分布的在横截面(X-Y)平面中的宽度的量度。

对于任意激光束，X-方向上的方差可能与Y-方向上的方差不同。我们让和分别表示X-方向和Y-方向上的方差。特别感兴趣的是近场限制和远场限制中的方差。我们让和分别表示在近场限制中X-方向和Y-方向上的方差，并且我们让和分别表示在远场限制中X-方向和Y-方向上的方差。对于具有时间平均强度分布I(x，y，z)的，有着傅里叶变换(其中v_x和v_y分别为X-方向和Y-方向上的空间频率)的激光束，X-方向和Y-方向上的近场和远场方差由下列表达式给出：

方差量和也被称为维格纳分布的对角元素(见ISO11146-2:2005(E))。可以使用ISO 11146-2:2005(E)第7节所描述的测量技术对实验激光束的这些方差进行量化。简而言之，该测量使用线性不饱和像素化检测器在有限空间区域上测量I(x，y)，该有限空间区域近似定义方差和质心坐标的积分方程的无限积分区域。测量区域、背景减法和检测器像素分辨率的适当范围由ISO 11146-2：2005(E)第7节中描述的迭代测量程序的收敛确定。等式1-6给出的表达式的数值从如由像素化检测器测量的强度值阵列进行数值计算。

通过任意光束的横向振幅分布(其中)和任意光束的空间频率分布(其中)之间的傅里叶变换关系，可以表明：

在等式(7)和(8)中，和分别为和的最小值，其发生在x-方向和y-方向上的腰部位置z_0x和z_0y处，并且λ为光束的波长。等式(7)和(8)指示和从与光束的腰部位置相关联的最小值在任一方向上随z平方地增加。在围绕光束传播轴Z旋转对称的高斯光束中，σ_0x(z)＝σ_0y(z)，并且腰部位置z_0x＝z_0y。

等式(7)和(8)还可以根据光束传播因子M²重写，其中x-方向和y-方向的单独的光束传播因子和被定义为：

等式(9)和(10)重新排列并代入等式(7)和(8)中产生：

其可以被改写为：

其中x-方向和y-方向上的瑞利范围Z_Rx和Z_Ry分别为：

如果激光束围绕光束传播轴旋转对称，则瑞利范围Z_Rx＝Z_Ry。

瑞利范围对应于在其上激光束的方差加倍(相对于束腰位置处方差)的距离(相对于如在ISO 11146-1：2005(E)第3.12节中定义的束腰的位置)，并且是激光束横截面积的发散度的量度。瑞利范围也可以被观察为沿着光束轴的距离，在该距离处光学强度衰减到在束腰位置(最大强度的位置)处观察到的光学强度的值的一半。具有大瑞利范围的激光束具有低发散度，并且与具有小瑞利范围的激光束相比在传播方向上随距离扩张的更加缓慢。

通过使用描述激光束的强度分布I(x，y，z)，以上公式可以应用于任何激光束(不只是高斯光束)。在高斯光束的TEM₀₀模式的情况下，强度分布由下式给出：

其中w_o为半径(定义为光束强度减小到束腰位置z_o处光束的峰值光束强度的1/e²所处的半径)。从等式(17)和以上公式，对于TEM₀₀高斯光束，我们获取如下结果：

如上所述，如果激光束围绕光束传播轴旋转对称，则瑞利范围Z_R＝Z_Rx＝Z_Ry。而且，还应注意，对于旋转对称的高斯光束，

光束横截面的特征在于形状和尺寸。光束横截面的尺寸由光束的光斑尺寸表征。对于高斯光束，光斑尺寸通常定义为光束强度减小到其最大值的1/e²的径向范围，在等式(17)中表示为w₀。高斯光束的最大强度发生在强度分布的中心(x＝0且y＝0(笛卡尔)或r＝0(柱面))，并且用于确定光斑尺寸的径向范围是相对于中心测量的。

具有轴对称(即，围绕光束传播轴Z旋转对称)横截面的光束可以由在ISO11146-1：2005(E)第3.12节中规定的束腰位置处测量的单个尺寸或光斑尺寸来表征。对于轴对称高斯光束，等式(17)显示光板尺寸等于w_o，从等式(18)，w_o与2σ₀x或2σ_0y对应。在此类轴对称光束横截面中，σ_0x＝σ_0y。

对于非轴对称光束，可以类似地定义光板尺寸，其中与轴对称光束不同，σ_0x≠σ_0y。结果，有必要用两个光斑尺寸参数表征非轴对称光束的横截面尺寸：分别为x-方向和y-方向上的w_ox和w_oy，其中

w_ox＝2σ_0x (25)

w_oy＝2σ_0y (26)

对于非轴对称光束缺少轴向(即任意旋转角度)对称性意味着计算值σ_0x和σ_0y的结果将取决于x-轴和y-轴的取向的选择。例如，在一些实施例中，x-轴可能是非轴对称光束斑114的长轴116，且y-轴可能是短轴115。在其他实施例中，x-轴可以是短轴115且y-轴可以是长轴116。ISO 11146-1：2005(E)将这些参考轴称为功率密度分布的主轴(第3.3-3.5节)，并且在下面的讨论中，我们假设x轴和y轴与这些主轴对齐。此外，x-轴和y-轴可以在横截面中旋转的角度φ(例如，x-轴和y-轴分别相对于x-轴和y-轴的参考位置的角度)可以用于定义非轴对称光束的光斑尺寸参数的最小值(w_o，最小)和最大值(w_o，最大)：

w_o，最小＝2σ_0，最小 (27)

w_o，最大＝2σ_0，最大 (28)

其中2σ_0，最小＝2σ_0x(φ_最小，x)＝2σ_0y(φ_最小，y)且2σ_0，最大＝2σ_0x(φ_最大，x)＝2σ_0y(φ_最大，y)。光束横截面的轴不对称的大小可以通过纵横比来量化，其中纵横比被定义为w_o，最大与w_o，最小的比率。轴对称光束横截面的纵横比为1.0

如上所述，激光束发散可以由瑞利范围表征。低发散度与瑞利范围的大的值和激光束的弱衍射相关。

对于对称光束，瑞利范围在X-方向和Y-方向是相同的，并且对于具有高斯强度分布的光束，由等式(22)或等式(23)表达。对于轴对称光束，瑞利范围Z_Rx和Z_Ry相等。对于非轴对称光束，瑞利范围Z_Rx和Z_Ry不相等。等式(15)和(16)指示Z_Rx和Z_Ry分别取决于σ_0x和σ_0y，并且以上我们注意到σ_0x和σ_0y的值取决于X-轴和Y-轴的取向。对于非轴对称光束，Z_Rx和Z_Ry的值将相应地变化，且每一个将具有与主轴相对应的最大值和最小值，其中Z_Rx的最小值表示为Z_Rx，最小，且Z_Ry的最小值表示为Z_Ry，最小。表征高斯光束的瑞利范围的公式(等式(22)或等式(23))，对于任意光束分布，Z_Rx，最小和Z_Ry，最小可以显示为由下式给出

并且

对于轴对称高斯光束，Z_R，最小＝Z_Rx，最小＝Z_Ry，最小。

因为激光束的发散在具有最小瑞利范围的方向上在较短距离上发生，所以优选地控制激光的强度分布，使得Z_R，最小尽可能大。

在本文描述的不同实施例中，Z_R，最小大于或等于50μm，大于或等于100μm，大于或等于200μm，大于或等于300μm，大于或等于500μm，大于或等于1mm，大于或等于2mm，大于或等于3mm，大于或等于5mm，在50μm到10mm范围内，在100μm到5mm范围内，在200μm到4mm范围内，在300μm到2mm范围内，等等。

本文指定的Z_R，最小的值和范围通过等式(27)中定义的光斑尺寸参数w_o，最小的调整，对于不同的激光波长是可实现的。例如，在本文描述的不同实施例中，光斑尺寸参数w_o，最小大于或等于0.25μm，大于或等于0.50μm，大于或等于0.75μm，大于或等于1.0μm，大于或等于2.0μm，大于或等于3.0μm，大于或等于5.0μm，在0.25μm到10μm范围内，在0.25μm到5μm范围内，在0.25μm到2.5μm范围内，在0.50μm到10μm范围内，在0.50μm到5.0μm范围内，在0.50μm到2.5μm范围内，在0.75μm到10μm范围内，在0.75μm到5.0μm范围内，在0.75μm到2.5μm范围内，等等。

通过采用本文描述的光纤的实施例形成的激光束的瑞利范围可以大于具有相同波长的高斯光束的瑞利范围。因此，高斯光束的Z_R，最小与瑞利范围Z_R在共同的波长λ下的比率(如公式(22)或(23)任一中指定的)可以大于或等于2，大于或等于5，大于或等于10，大于或等于25，大于或等于50，大于或等于100，大于或等于250，大于或等于500，大于或等于1000，在2到1500的范围内，在5到1250的范围内，在10到1000的范围内，在25到1000的范围内，在100到1000的范围内，等等。

非衍射或准非衍射激光束通常具有复杂的强度分布，诸如那些相对于半径非单调地减小的强度分布。通过类比于高斯光束，对于非轴对称光束，可以将有效光斑尺寸w_o，eff定义为在任何方向上距最大强度的径向位置(r＝0)的最短半径距离，在其处，强度降低到最大强度的1/e²。基于有效光斑尺寸w_o，eff的瑞利范围的标准可以被指定用于形成损伤区域的非衍射或准非衍射光束(例如，贝塞尔光束)，如下：

其中F_D是值至少为10，至少为50，至少为100，至少为250，至少为500，至少为1000，在10到2000范围内，在50到1500范围内，在100到1000范围内的无量纲发散因子。在一些实施例中，F_D可以大于1000，或甚至大于2000(即，激光束基本上是非衍射的)。通过将等式(31)与等式(22)或(23)进行比较，可以看出，对于非衍射或准非衍射光束，在等式(31)中的距离Z_R，最小(在该距离上有效光束尺寸(即有效光斑尺寸)加倍)是使用典型高斯光束分布的情况下所预期的距离的F_D倍。

无量纲发散因子F_D为确定激光束是否为准非衍射提供了标准。如本文所用，如果在值F_D≥10时激光束的特性满足等式(31)，则这个激光束被认为是准非衍射的。随着值F_D的增大，激光束接近更接近完美的非衍射状态。

当聚焦到足够小的光斑尺寸(诸如光斑尺寸在微米范围内，诸如约1-5微米或约1-10微米)时，具有高斯强度分布的光束在短传播距离上是高度衍射的并显著地发散。为了获得低发散，期望控制或优化激光束的强度分布以减少衍射。激光束可以是非衍射的或准非衍射的，诸如，例如贝塞尔光束。

以下术语将与本文中所描述的光纤结合使用。

如本文中所使用的术语“折射率分布”或“相对折射率分布”，是折射率或相对折射率与光纤的半径R(或r)之间的关系。

本文中使用的术语“相对折射率”被定义为：

其中，除非另外指明，否则n(r)为在光纤的半径r(或R)处的折射率，并且r＝0对应于光纤的轴向中心线。除非另外指明，否则相对折射率是在1550nm处定义的。在本文中所描述的实施例中，参考折射率n_REF是外包层的折射率。如此处所使用地，相对折射率是由Δ表示，并且它的值是以“％”为单位给出，除非另外指明。在其中区域的折射率小于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比为负且被称为具有凹陷区域，凹陷折射率或低折射率。在其中区域的折射率大于参考折射率n_REF的情况下，相对折射率百分比为正，并且可以说该区域被提高或具有正折射率。

除非另外指明，否则字符“R”“T”和“V”分别用于参考光纤的第一段的半径，径向厚度和体积(下文描述)，并且字符“r”“t”和“v”分别用于参考光纤的第二段的半径，径向厚度和体积。下标“CH”指的是光纤的第一段中的“通道”。下标“AC”和“ac”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“环形芯区域”。下标“C”和“c”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“芯部分”。下标“CL”和“cl”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“包层部分”。下标“OCL”和“ocl”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“外包层部分”。下标“ICL”和“icl”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“内包层部分”。下标“LIT”和“lit”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“低折射率沟槽”。下标“LIC”和“lic”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“低折射率芯区域”。下标“CC”和“cc”分别指的是光纤的第一段和第二段中的“中心芯区域”。

如本文所用，术语“沟槽”是指光纤的在径向横截面中由具有相对较高折射率的区域围绕的区域。

如本文所使用的术语“上掺杂剂”是指相对于纯的、未掺杂的二氧化硅玻璃(SiO₂)提高玻璃的折射率的掺杂剂。如本文所使用的术语“下掺杂剂”是倾向于相对于纯的未掺杂的SiO₂降低玻璃的折射率的掺杂剂。上掺杂剂在伴随有不是上掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂(例如，下掺杂剂)时，可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。同样地，不是上掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。在伴随有不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂(例如，上掺杂剂)时，下掺杂剂可存在于具有正相对折射率的光纤区域中。同样地，不是下掺杂剂的一种或多种其他掺杂剂可存在于具有负相对折射率的光纤区域中。

如本文所使用的术语“高斯激光束”，指的是具有高斯强度分布(高斯分布)并且其横向磁场和电场幅度分布由高斯函数给出的单色电磁辐射束。高斯激光束可以是轴对称的或非轴对称的，即，高斯激光束可以具有轴对称的光束横截面，或非轴对称的光束横截面，该非轴对称的光束横截面形成具有长轴和短轴的非轴对称光束斑。如本文所使用的术语“贝塞尔激光束”，指的是具有由第一类贝塞尔函数描述的幅度(贝塞尔分布)的单色电磁辐射束。贝塞尔激光束可以是轴对称的或非轴对称的，即，贝塞尔激光束可以具有轴对称的光束横截面，或非轴对称的光束横截面，该非轴对称的光束横截面形成具有长轴和短轴的非轴对称光束斑。如本文所使用的术语“混合高斯-贝塞尔激光束”(或“混合”高斯-贝塞尔激光束)，指的是具有高斯分布和贝塞尔分布的组合的电磁辐射束。

如本文所使用的术语“‘无衍射’光束”，指的是非衍射或准非衍射光束，诸如，例如贝塞尔光束。

术语“微米(micrometers)”，“微米(microns)”和“μm”在此被互换地使用。

下面将详细参考光纤和包含该光纤的激光传输系统的实施例，示例示出于附图中。图1A示意性地描绘了光纤的一个实施例的侧视图。本文描述的光纤可以用于将常规高斯激光束转换为贝塞尔激光束。光纤通常包括利用过渡区域耦合到第二段的第一段。第一段比第二段具有更大的直径。在实施例中，第一段包括具有中心在光纤的轴向中心线上的第一环形芯区域的第一芯部分，以及围绕第一芯部分延伸的第一包层部分。第一环形芯区域具有相对于第一包层部分的较大的相对折射率。第二段具有第二芯部分，以及围绕第二芯部分延伸的第二包层区域。第二芯部分的至少一部分光学耦合到第一环形部分，并且具有相对于第二包层部分的较大的相对折射率。第二段支持高斯激光束的传播，且第一段支持贝塞尔激光束的传播。传播通过第二段的高斯激光束在其穿过过渡区域并进入第一段时被转换为贝塞尔激光束。例如，发射具有高斯分布的输出光束的激光光源可以光学耦合到光纤的第二段，并且当输出光束传播通过过渡区域和第一段时，输出光束的高斯分布被转换成贝塞尔分布。将高斯激光束转换为贝塞尔激光束的光纤的各种实施例的结构和组成将在本文具体参考附图进行更详细的描述。

参考图1A和图2-5，示出了具有利用过渡区域150光学耦合到第二段130的第一段110的光纤100的一个实施例。光纤100的至少一部分的侧视图在图1A中示出，光纤100的第一段110和第二段130的径向横截面分别在图2和图4中示出，并且第一段110和第二段130的对应的相对折射率分布分别在图3和图5中示出。第一段110具有第一外直径“D₀”，且第二段130具有第二外直径“d₀”(图1A)。第一外直径D₀大于第二外直径d₀。在实施例中，第一外直径D₀可以从约0.2毫米(mm)到约5.0mm，第二外直径d₀可以从约0.1mm到约4.5mm，且过渡区域150的长度可以从约0.5mm到约20mm。在实施例中，第一外直径D₀可以从约0.4mm到约1.0mm，第二外直径d₀可以从约0.2mm到约0.9mm，且过渡区域150的长度可以从约1mm到约10mm。在其他实施例中，第一外直径D₀从约150μm到约250μm，第二外直径d₀从约75μm到约225μm，且过渡区域150的长度大于10mm。传播通过第二段130的高斯激光束“GLB”被转换为传播通过第一段110的环形光束RSB(或贝塞尔光束的近场版本)，当其聚焦时形成贝塞尔激光束“BLB”。也就是说，根据本文描述的实施例，环形光束位于光学上的“近场”，因此是贝塞尔光束的近场版本。(多个)聚焦透镜将该环形光束变换为光学“远场”，其产生典型的贝塞尔分布，或贝塞尔激光束“BLB”。在实施例中，第一段110，第二段130和过渡区域150彼此一体形成，并且光纤100的锥度比(d₀/D₀)大于或等于约0.2且小于或等于约0.9。在其他实施例中，光纤100的锥度比大于或等于约0.3且小于或等于0.9。在又其他实施例中，光纤100的锥度比大于或等于0.3且小于或等于0.8(例如，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8或其间的值)。根据一些实施例，过渡区域150具有长度，例如1mm到10mm，或1-5mm，(例如，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm，10mm或其间的值。如果在光纤拉制期间形成锥体，则锥形区域150可以更长，例如长度为10mm-5m)。在一些实施例中，锥形区域150具有绝热形状。光纤100的第一段110(图2和3)具有中心位于光纤100的轴向中心线2的第一芯部分112。第一芯部分112可以包括第一环形芯区域113。第一包层部分122可以围绕第一芯部分112延伸。光纤100的第二段130(图4和5)可以具有第二芯部分132，且第二芯部分132的至少一部分光学耦合到第一芯部分112。第二包层部分142可以围绕第二芯部分132延伸。

参考图1A，图2和图3，图1A中的光纤100的第一段110的径向横截面在图2中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图3中进行图形地描绘。第一段110通常包括第一芯部分112和第一包层部分122。第一芯部分112位于第一包层部分122内，第一包层部分122围绕第一芯部分112延伸。第一芯部分112和第一包层部分122可以大致是同心的，使得光纤100的第一段110的横截面相对于光纤100的第一芯部分112的中心大致上是圆形对称的。同样，第一芯部分112和第一包层部分122相对于光纤100的第一芯部分112的中心可以大致是轴对称的。在图1A，2和3描绘的实施例中，第一芯部分112可以包括第一环形芯区域113和通道114。通道114位于第一环形芯区域113内，且通道114与第一环形芯区域113直接相邻并直接接触。

在一些实施例中，第一包层部分122可以任选地包括第一低折射率沟槽124和第一外包层部分123。第一低折射率沟槽124位于第一外包层123内，且第一低折射率沟槽124可以与第一外包层123直接相邻并直接接触。当被包括时，第一低折射率沟槽124改善了光纤100的弯曲性能。也就是说，当光纤100被盘绕时，第一低折射率沟槽124减少在光纤100中传播的光的衰减，从而允许光纤100被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第一低折射率沟槽124的光纤来说，不增加在光纤100中传播的光的衰减。

在一些实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽124可以与第一芯部分112直接相邻并直接接触。在一些其他实施例中，诸如图2和3描绘的实施例，第一低折射率沟槽124与第一芯部分112可以被第一内包层部分125分隔开，即，第一内包层部分125位于第一低折射率沟槽124内且在第一低折射率沟槽124和第一芯部分112之间。在实施例中，第一内包层部分125与第一低折射率沟槽124和第一环形芯区域113直接相邻并直接接触。

第一段110具有距离光纤100的轴向中心线2的半径R₄。第一芯部分112具有小于半径R₄的半径R₁。第一芯部分112的通道114具有小于半径R₁的半径R₀。第一环形芯区域113具有内半径R₀，外半径R₁，以及径向厚度T_AC＝R₁-R₀。第一芯部分112和第一环形芯区域113的半径R₀和R₁分别定义在与第一芯部分112和第一环形芯区域113分别的相对折射率分布(图3)的最大斜率相切的线与下面更详细讨论的参考相对折射率线Δ_OCL％相交的点处。第一包层部分122具有内半径R₁，外半径R₄，以及径向厚度T_CL＝R₄-R₁。在第一包层部分122包括第一低折射率沟槽124和第一外包层部分123的实施例中，第一低折射率沟槽124具有内半径R₂，外半径R₃，以及径向厚度T_LIT＝R₃-R₂。第一外包层部分123具有内半径R₃，外半径R₄，以及径向厚度T_OCL＝R₄-R₃。在第一低折射率沟槽124与第一芯部分112直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽124的内半径R₂可以等于第一芯部分112的半径R₁。在第一低折射率沟槽124与第一芯部分112被第一内包层部分125分隔开的实施例中，第一内包层部分125具有内半径R₁，外半径R₂和径向厚度T_ICL＝R₂-R₁。

第一段110的半径R₄为从约50μm到约250μm。在一些实施例中，第一段110的半径R₄为从约60μm到约150μm。第一芯部分112的半径R₁为从约5μm到约55μm。在一些实施例中，半径R₁为从约10μm到约50μm。通道114的半径R₀为从约2μm到约40μm。在一些实施例中，通道114的半径R₀为从约5μm到约35μm。第一环形芯区域113的径向厚度T_AC(R₁-R₀)为从约1μm到约20μm。在一些实施例中，径向厚度T_AC为从约2μm到约15μm。第一包层部分122的径向厚度T_CL(R₄-R₁)为从约20μm到约150μm。在一些实施例中，径向厚度T_CL为从约25μm到约125μm。在第一包层部分122包括第一低折射率沟槽124和第一外包层部分123的实施例中，第一低折射率沟槽124的内半径R₂为从约10μm到约60μm，外半径R₃为从约20μm到约75μm，以及径向厚度T_LIT(R₃-R₂)为从约1.0μm到约15μm。在实施例中，内半径R₂为从约15μm到约55μm，外半径R₃为从约25μm到约65μm，以及径向厚度T_LIT为从约1.0μm到约10μm。第一外包层部分123的内半径R₃为从约20μm到约75μm，外半径R₄为从约50μm到约250μm，以及径向厚度T_OCL(R₄-R₃)为从约25μm到约150μm。在实施例中，内半径R₃为从约25μm到约55μm，外半径R₄为从约60μm到约150μm，以及径向厚度T_OCL为从约30μm到约125μm。在第一低折射率沟槽124与第一芯部分112被第一内包层部分125分隔开的实施例中，第一内包层部分125的内半径R₁为从约5μm到约55μm，外半径R₂为从约10μm到约60μm，以及径向厚度T_ICL(R₂-R₁)为从约1.0μm到约20μm。在实施例中，内半径R₁为从约10μm到约50μm，外半径R₂为从约15μm到约55μm，以及径向厚度T_ICL为从约1.0μm到约15μm。

参考图1A，图4和图5，图1A中的光纤100的第二段130的径向横截面在图4中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图5中进行图形地描绘。第二段130通常包括第二芯部分132和第二包层部分142。第二芯部分132位于第一包层部分142内，第二包层部分142围绕第二芯部分132延伸。第二芯部分132和第二包层部分142可以大致是同心的，使得光纤100的第二段130的横截面相对于光纤100的第二芯部分132的中心大致上是圆形对称的。第二芯部分132和第二包层部分142相对于光纤100的第二芯部分132的中心可以大致是轴对称的。

在一些实施例中，第二包层部分142可以任选地包括第二低折射率沟槽144和第二外包层部分143。第二低折射率沟槽144位于第二外包层143内，且第二低折射率沟槽144可以与第二外包层143直接相邻并直接接触。当被包括时，第二低折射率沟槽144改善了光纤100的弯曲性能。也就是说，当光纤100被盘绕时，第二低折射率沟槽144减少在光纤100传播的光的衰减，从而允许光纤100被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第二低折射率沟槽144的光纤来说，不增加在光纤100中传播的光的衰减。应当理解的是，当光纤100的第一段110包括第一低折射率沟槽124时，光纤100的第二段130将包括第二低折射率沟槽144，反之亦然。

在一些实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽144可以与第二芯部分132直接相邻并直接接触。在一些其它实施例中，第二低折射率沟槽144与第二芯部分132可以被第二内包层部分145分隔开，如图4和5描绘。也就是说，第二内包层部分145位于第二低折射率沟槽144内且位于第二低折射率沟槽144和第二芯部分132之间。在实施例中，第二内包层部分145与第二低折射率沟槽144和第二芯部分132直接相邻并直接接触。

第二段130具有距离光纤100的轴向中心线2的半径r₄。第二芯部分132具有小于半径r₄的半径r₁。第二芯部分132的半径r₁被定义在与第二芯部分132的相对折射率分布(图5)的最大斜率相切的线与参考相对折射率线Δ_ocl％相交的点处。第二包层部分142具有内半径r₁，外半径r₄，以及径向厚度t_cl＝r₄-r₁。在第二包层部分142包括第二低折射率沟槽144和第二外包层部分143的实施例中，第二低折射率沟槽144具有内半径r₂，外半径r₃，以及径向厚度t_lit＝r₃-r₂。第二外包层部分143具有内半径r₃，外半径r₄，以及径向厚度t_ocl＝r₄-r₃。在第二低折射率沟槽144与第二芯部分132直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽144的内半径r₂可以等于第二芯部分132的半径r₁。在第二低折射率沟槽144与第二芯部分132被第二内包层部分145分隔开的实施例中，第二内包层部分145具有内半径r1，外半径r2，以及径向厚度t_icl＝r₂-r₁。

第二段130的半径r₄为从约25μm到约80μm。在一些实施例中，第二段130的半径r₄为从约35μm到约70μm。第二芯部分132的半径r₁为从约2μm到约35μm。在一些实施例中，半径r₁为从约4μm到约30μm。第二包层部分142的径向厚度t_cl(r₄-r₁)为从约20μm到约75μm。在一些实施例中，径向厚度t_cl为从约25μm到约65μm。在第二包层部分142包括第二低折射率沟槽144和第二外包层部分143的实施例中，第二低折射率沟槽133的内半径r₂为从约4μm到约35μm，外半径r₃为从约5μm到约40μm，以及径向厚度t_lit(r₃-r₂)为从约1.0μm到约15μm。在实施例中，内半径r₂为从约5μm到约30μm，外半径r₃为从约10μm到约35μm，并且径向厚度t_lit为从约1.0μm到约12.5μm。第二外包层部分143的内半径r₃为从约5μm到约40μm，外半径r₄为从约25μm到约80μm，以及径向厚度t_ocl(r₄-r₃)为从约15μm到约75μm。在实施例中，内半径r₃为从约10μm到约35μm，外半径r₄为从约35μm到约70μm，以及径向厚度t_ocl为从约20μm到约60μm。在第二低折射率沟槽144与第二芯部分132被第二内包层部分145分隔开的实施例，第二内包层部分145的内半径r₁为从约2μm到约35μm，外半径r₂为从约4μm到约35μm，以及径向厚度t_icl(r₂-r₁)为从约1.0μm到约20μm。在实施例中，内半径r₁为从约4μm到约30μm，外半径r₂为从约5μm到约30μm，以及径向厚度t_icl为从约1.0μm到约15μm。

参考图1A和2-5，尽管第一段110和第二段130都具有芯部分和包层部分，但应当理解的是第一段110的第一芯部分112包括第一环形芯区域113，其中通道114位于第一环形芯区域113内，而第二芯部分132不包括通道或环形芯区域。还应当理解的是，通过过渡区域150，第一芯部分112与第二芯部分132光学耦合，且第一包层部分122光学耦合到第二包层部分142。具体地，通过过渡区域150，第一环形芯区域113光学耦合到第二芯部分132，第一外包层部分123光学耦合到第二外包层部分143，第一低折射率沟槽124光学耦合到第二低折射率沟槽144，以及第一内包层部分125光学耦合到第二内包层部分145。

第一段110的通道114可以是沿第一段110的轴向中心线2延伸的空隙空间。在实施例中，通道114可以被填充有气体，诸如，例如空气或其他气体。通道114具有比光纤100的其他部分和区域低得多的相对折射率。具体地，通道114具有折射率n_CH和相对于第一外包层123的相对折射率Δ_CH％。折射率n_CH为约1.0且相对折射率Δ_CH％为约-26％。第一环形芯区域113具有折射率n_AC和相对折射率Δ_AC％，且第二芯部分132具有折射率n_c和相对折射率Δ_c％。在实施例中，第一环形芯区域113和第二芯部分132是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_AC％基本上等于相对折射率Δ_c％(即，Δ_AC％＝Δ_c％)。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_c％远大于相对折射率Δ_CH％(即，Δ_AC％>>Δ_CH％，Δ_c％>>Δ_CH％)。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_c％为从约0.2％到约1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_c％为从约0.3％到约0.75％。

第一包层部分122具有折射率n_CL和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_CL％。第一包层部分122的折射率n_CL被用于作为光纤100的第一段110的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在第一包层部分122包括第一外包层部分123，第一低折射率沟槽124，和(任选地)第一内包层部分125的实施例中，光纤100的第一段110的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第一外包层部分123确定的，如本文进一步详细描述。

在第一包层部分122包括第一内包层部分125和第一低折射率沟槽124的实施例中，第一内包层部分125具有折射率n_ICL和相对折射率Δ_ICL％，且第一低折射率沟槽124具有折射率n_LIT和相对折射率Δ_LIT％。相对折射率Δ_ICL％通常大于相对折射率Δ_LIT％，且通常小于相对折射率Δ_AC％(即，Δ_AC％>Δ_ICL％>Δ_LIT％)，如图3大致描绘的那样。相对折射率Δ_ICL％为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_LIT％为从约-0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_ICL％为从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_LIT％为从约-0.3％到约-0.5％。

第二包层部分142具有折射率n_cl和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_cl％。第二包层部分142的折射率n_cl可以被用于作为光纤100的第二段130的其他玻璃部分的相对折射率的参考，并因此相对于它自己确定。在第二包层部分142包括第二外包层部分143，第二低折射率沟槽144，和(任选地)第二内包层部分145的实施例中，光纤100的第二段130的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第二外包层部分143确定的，如本文进一步详细描述。

在第二包层部分142包括第二内包层部分145和第二低折射率沟槽144的实施例中，第二内包层部分145具有折射率n_icl和相对折射率Δ_icl％，且第二低折射率沟槽144具有折射率n_lit和相对折射率Δ_lit％。相对折射率Δ_icl％通常大于相对折射率Δ_lit％，且小于相对折射率Δ_c％(即，Δ_c％>Δ_icl％>Δ_lit％)，如图5大致描绘的那样。在实施例中，第二内包层部分145和第一内包层部分125由相同材料制成，且第二低折射率沟槽144和第一低折射率沟槽124由相同材料制成。因此，折射率n_icl和n_lit可以基本上分别等于折射率n_ICL和n_LIT(即，n_icl＝n_ICL；n_lit＝n_LIT)，且相对折射率Δ_icl％和Δ_lit％可以基本上分别等于相对折射率Δ_ICL％和Δ_LIT％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％；Δ_lit％＝Δ_LIT％)。例如，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约-0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约-0.3％到约-0.5％。

在第一包层部分122包括第一外包层部分123的实施例中，第一外包层部分123具有折射率n_OCL和相对折射率Δ_OCL％。在这些实施例中，相对折射率Δ_OCL％可以用于作为确定光纤100的第一段110的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％大于第一低折射率沟槽124的相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_OCL％>Δ_LIT％)。在一些实施例中，第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％可以大于第一内包层部分125的相对折射率Δ_ICL％，诸如当第一内包层部分125包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃时，该下掺杂剂相对于第一外包层部分123的折射率n_OCL降低第一内包层部分125的折射率n_ICL。在其他实施例中，第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％可以基本上等于第一内包层部分125的相对折射率Δ_ICL％。在此类实施例中，第一外包层部分123的组成可以与第一内包层部分125的组成相同或不同于第一内包层部分125的组成，只要Δ_OCL％＝Δ_ICL％即可。基于上文所述，应当理解的是，第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％大于或基本上等于第一内包层部分125的相对折射率Δ_ICL％。

在第二包层部分142包括第二外包层部分143的实施例中，第二外包层部分143具有折射率n_ocl和相对折射率Δ_ocl％。因此，相对折射率Δ_ocl％可以用于作为确定光纤100的第二段130的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％大于第一低折射率沟槽144的相对折射率Δ_lit％(即，Δ_ocl％>Δ_lit％)。在一些实施例中，第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％可以大于第二内包层部分145的相对折射率Δ_icl％，诸如当第二内包层部分145包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃时，该下掺杂剂相对于第二外包层部分143的折射率n_ocl降低第二内包层部分145的折射率n_icl。在其他实施例中，第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第二内包层部分145的相对折射率Δ_icl％。在此类实施例中，第二外包层部分143的组成可以与第二内包层部分145的组成相同或不同于第二内包层部分145的组成，只要Δ_ocl％＝Δ_icl％即可。基于上文所述，应当理解的是，第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％大于或基本上等于第二内包层部分145的相对折射率Δ_icl％。在实施例中，第二外包层部分143与第一外包层部分123由相同材料制成，并且由此，第二外包层部分143的折射率n_ocl可以基本上等于第一外包层部分123的折射率n_OCL(即，n_ocl＝n_OCL)，并且第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％＝0)。

第一段110的第一环形芯区域113和第二段130的第二芯部分132包括具有一种或多种上掺杂剂的二氧化硅玻璃，该上掺杂剂增加二氧化硅玻璃的折射率。合适的上掺杂剂包括，例如但不限于，锗(Ge)，钛(Ti)，铝(Al)，氯(Cl)，磷(P)，氧化锗(例如，GeO₂)，氧化钛(例如，TiO₂)，氧化磷(例如，P₂O₅)，及其各种组合。在实施例中，第一环形芯区域113和第二芯部分132中的至少一个包含约3wt.％到约17wt.％之间的GeO₂。在一些其他实施例中，第一环形芯区域113和第二芯部分132中的至少一个包含约5wt.％到约13wt.％之间的GeO₂。在实施例中，第一环形芯区域113和第二芯部分132由相同材料制成，且第一环形芯区域113中的掺杂剂浓度基本上等于第二芯部分132中的掺杂剂浓度。

第一段110的第一内包层部分125和第二段130的第二内包层部分145可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一内包层部分125和第二内包层部分145中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括氟(F)，硼(B)等等。在实施例中，第一内包层部分125和第二内包层部分145中的至少一个包含F作为下掺杂剂。如本文所使用的，短语“纯二氧化硅玻璃”意指二氧化硅玻璃包括其中其他元素的重量小于1000ppm的SiO₂。

光纤的特定玻璃部分的径向厚度可以与该特定玻璃部分的相对折射率相关。具体地，具有相对折射率Δ_i％，内半径R_内和外半径R_外的玻璃部分“i”可以具有被如下定义的沟槽体积V_i：

其可以改写为：

V_i＝Δ_i％(R_外 ²-R_内 ²)。 (33)

因此，第一低折射率沟槽124可以具有沟槽体积V_LIT：

V_LIT＝Δ_LIT％(R₃ ²-R₂ ²) (34)

并且第二低折射率沟槽144可以具有沟槽体积v_lit：

v_lit＝Δ_lit％(r₃ ²-r₂ ²) (35)

在本文描述的实施例中，第一低折射率沟槽124的沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²，诸如大于或等于约100％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约110％-μm²或甚至大于或等于约120％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²且小于或等于约220％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约100％-μm²且小于或等于约200％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布V_LIT可以大于或等于约110％-μm²且小于或等于约180％-μm²。

在本文描述的实施例中，第二低折射率沟槽144的沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²，诸如大于或等于约50％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约55％-μm²或甚至大于或等于约60％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²且小于或等于约110％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约50％-μm²且小于或等于约100％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布v_lit可以大于或等于约55％-μm²且小于或等于约90％-μm²。

在本文描述的光纤的实施例中，第一低折射率沟槽124，第二低折射率沟槽144，或第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144两者包括具有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该下掺杂剂降低二氧化硅玻璃的折射率。下掺杂剂的非限制性示例包括F，B等等。第一低折射率沟槽124，第二低折射率沟槽144，或第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144两者可以包括浓度为约0.1wt.％到约2.5wt.％之间的F。在实施例中，第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.8wt.％之间的F。在一些实施例中，第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.5wt.％之间的F。在又其他实施例中，第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144中的至少一个包括浓度为约0.5wt.％到约1.8wt.％之间的F。在仍又其他实施例中，第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144中的至少一个包括浓度为约0.7wt.％到约1.8wt.％之间的F。

在一些实施例中，第一低折射率沟槽124的相对折射率Δ_LIT％和第二低折射率沟槽144的相对折射率Δ_lit％中的至少一个，分别是通过形成第一低折射率沟槽124和第二低折射率沟槽144中的至少一个的具有空隙的二氧化硅玻璃来实现的，该空隙在整个二氧化硅玻璃中是非周期性地设置的或周期性地设置的或两者都有。如本文中所使用的，短语“非周期性地设置”或“非周期性分布”意指对于光纤100的横截面(诸如垂直于纵轴的横截面)，非周期性地设置的空隙跨二氧化硅玻璃随机或非周期性地分布。沿着光纤长度在不同点处截取的类似横截面将具有不同的横截面空隙图案。也就是说，各种横截面将具有不同的空隙图案，其中，当横截面相互比较时，空隙的分布和空隙的尺寸不匹配。这样，空隙非周期性地设置在光纤结构内。这些空隙沿着光纤100的长度(即，平行于纵轴)伸展(拉长)，但不会在整根光纤的整个长度上延伸。虽然不希望受到理论限制，但是据信，空隙沿着光纤长度延伸小于几米，并且在许多情况下小于1米。本文公开的光纤可以通过利用预成型固结条件的方法制造，所述预成型固结条件有效地将大量气体捕获到固结的玻璃坯料中，从而导致在固结的玻璃光纤预制件中形成空隙。不是采取步骤去除这些空隙，而是使用所得的预制件形成其中具有空隙的光纤。在一些实施例中，这些空隙可以包含一种或多种气体，诸如氩气，氪气，CO₂，SO₂，O₂，或其混合物。在一些其他实施例中，空隙基本上不含气体。无论是否存在气体，由于空隙的存在，第一低折射率沟槽124的折射率n_LIT，第二低折射率沟槽144的折射率n_lit，或折射率n_LIT和n_lit两者都会降低。替代地或附加地，通过如本文所述的形成具有非周期性，周期性或非周期性和周期性二者都有的空隙分布的下掺杂的二氧化硅玻璃，第一低折射率沟槽124的折射率n_LIT，第二低折射率沟槽144的折射率n_lit，或折射率n_LIT和n_lit两者都会降低。

第一低折射率沟槽124的相对折射率Δ_LIT％小于第一内包层部分125的相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_LIT％<Δ_ICL％)，且小于第一外包层部分123的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_LIT％<Δ_OCL％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_ICL％基本上等于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％＝Δ_OCL％。在其他实施例中，相对折射率Δ_ICL％小于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％<Δ_OCL％。

第二低折射率沟槽144的相对折射率Δ_lit％小于第二内包层部分145的相对折射率Δ_icl％(即，Δ_lit％<Δ_icl％)，且小于第二外包层部分143的相对折射率Δ_ocl％(即，Δ_lit％<Δ_ocl％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_icl％基本上等于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％＝Δ_ocl％。在其他实施例中，相对折射率Δ_icl％小于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％<Δ_ocl％。在第二低折射率沟槽144，第二内包层部分145和第二外包层部分143分别与第一低折射率沟槽124，第一内包层部分125和第一外包层部分123由相同材料制成的实施例中，应当理解的是，相对折射率Δ_lit％可以基本上等于相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_lit％＝Δ_LIT％),相对折射率Δ_icl％可以基本上等于相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％)，且相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％)。同样，在相对折射率Δ_ICL％基本上等于相对折射率Δ_OCL％的实施例中，Δ_lit％<Δ_ICL％＝Δ_OCL％且Δ_LIT％<Δ_icl％＝Δ_ocl％。在相对折射率Δ_ICL％小于相对折射率Δ_OCL％的实施例中，Δ_lit％<Δ_ICL％<Δ_OCL％且Δ_LIT％<Δ_icl％<Δ_ocl％。

第一段110的第一外包层123和第二段130的第二外包层143可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一外包层123和第二外包层143中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一外包层123和第二外包层143中的至少一个包含F作为下掺杂剂。

由于第一包层部分122内的第一低折射率沟槽124和第二包层部分142内的第二低折射率沟槽144的结合,本文描述的光纤100的各种实施例具有提升的弯曲性能。光纤100的宏弯曲性能可以根据FOTP-62(JEC-60793-1-47)，通过围绕15mm和/或30mm直径的心轴缠绕2匝光纤并测量由于弯曲引起的衰减的增加来确定。

在实施例中，光纤100使用常规光纤制造工艺制作具有所需结构和组成的光纤预制件来制造。用于制作光纤预制件的工艺的非限制性示例包括外部气相沉积(OVD)，改进的化学气相沉积(MCVD)，物理化学气相沉积(PCVD)等。一旦制成，光纤预制件被拉制成具有第一段110的尺寸的光纤。具有第一段110的尺寸的光纤被夹紧且光纤的一部分被进一步向下拉制到第二段130的尺寸，其中过渡区域150位于第一段110和第二段130之间。

例如，在一个实施例中，最初可以形成光纤100，使得光纤100最初具有通道114，第一环形芯区域113，第一内包层部分125，第一低折射率沟槽124和第一外包层部分123。光纤100可以随后被夹紧，并且光纤的一部分被加热且进一步被拉制以产生具有第一段110和第二段130的光纤，该第一段110具有通道114，第一环形芯区域113，第一内包层部分125，第一低折射率沟槽124和第一外包层部分123，该第二段130具有第二芯部分132，第二内包层部分145，第二低折射率沟槽144和第二外包层部分143。在这个过程中，进一步拉制光纤使通道114塌陷，从而形成光纤100的第二段130的第二芯部132(没有通道)，同时相对于第一段110减小光纤100的第二段130的尺寸。在另一实施例中，光纤100可以通过将第一段110和第二段130拼接在一起来形成。在这样的实施例中，应当理解的是第一段110的外直径D₀和第二段130的外直径d₀可以大致彼此相等，只要第一芯部分112，第二芯部分132，第一包层部分122和第二包层部分142具有上述属性和特性即可。

参考图1A，3和5，光纤100可以用于将高斯激光束变换为贝塞尔激光束。具体地，高斯激光束GLB可以光学耦合到光纤100的入口端131，并通过光纤100的第二段130朝向第一段110传播。高斯激光束GLB在传播通过第二段130时，通常被限制在第二芯部分132内。随着第二段130过渡到第一段110，第二芯部分132过渡到第一环形芯区域113，即，第二芯部分132过渡到沿着光纤100的第一段110的长度围绕通道114定位的第一环形芯区域113。传播通过第二段130的高斯激光束GLB寻求传播通过高折射率芯部分，从而在第二芯部分132过渡到第一环形芯区域113时传播或“跟随”第二芯部分132。因此，高斯激光束GLB被转换为传播通过第一段110的环形光束RSB，并且该环形光束RSB由于第一芯部分112和第二芯部分132的相对几何形状和相对折射率而通常被限制在第一环形芯区域113内。当被聚焦时，环形光束RSB形成贝塞尔激光束BLB。如果出口端111是平面的(没有聚焦能力)，则环形光束激光束在出口端111离开光纤100，出口端111经历从高斯激光束到环形激光束(RSB)的变换。如果出口110弯曲，和/或形成聚焦透镜表面，则环形光束形成贝塞尔激光束BLB，并且贝塞尔激光束BLB在出口端111处离开光纤100，出口端111经历从高斯激光束到贝塞尔激光束的变换。在实施例中，高斯激光束GLB可通过透镜系统(未示出)，直接对接耦合(未示出)或熔接(未示出)被耦合到光纤100的入口端131。因此，提供给光纤100的出口端111的环形光束可以用自由空间体光学器件(未示出)或直接形成在出口端111上的，或附接到出口端111的光纤透镜(未示出)来聚焦。

参考图1A和6-9，示出了具有利用过渡区域光学耦合到第二段230的第一段210的光纤200的实施例。光纤200可以与光纤100相似，除了第一段210可以包括具有替代通道的，位于第一环形芯区域内的第一低折射率芯区域的第一芯部分，并且第二段230可以包括具有位于第二环形芯区域内的第二低折射率芯区域的第二芯部分。光纤200的至少一部分的侧视图在图1A中示出，光纤200的第一段210和第二段230的径向横截面分别在图6和图8中示出，并且第一段210和第二段230的对应的相对折射率分布分别在图7和图9中示出。第一段210具有第一外直径“D₀”，且第二段230具有第二外直径“d₀”(图1A)。第一外直径D₀大于第二外直径d₀。在实施例中，第一外直径D₀可以从约0.2毫米(mm)到约5.0mm，第二外直径d₀可以从约0.1mm到约4.5mm，且过渡区域250的长度可以从约0.5mm到约20mm。在实施例中，第一外直径D₀为从约0.4mm到约1.0mm，第二外直径d₀为从约0.2mm到约0.9mm，且过渡区域250的长度为从约1mm到约10mm。在其他实施例中，第一外直径D₀为从约150μm到约250μm，第二外直径d₀为从约75μm到约225μm，且过渡区域250的长度大于10mm。传播通过第二段230的高斯激光束GLB被转换为传播通过第一段210的环形光束。在实施例中，第一段210，第二段230和过渡区域250彼此一体形成，并且光纤200的锥度比(d₀/D₀)大于或等于约0.2且小于或等于约0.9(例如，0.2，0.3，0.4，0.5，0.5，0.7，0.8，0.9，或其间的值)。例如，在一些实施例中，光纤200的锥度比大于或等于约0.3且小于或等于0.9。在又其他实施例中，光纤200的锥度比大于或等于约0.3且小于或等于约0.8。光纤200的第一段210(图6和7)具有中心位于光纤200的轴向中心线2的第一芯部分212。第一芯部分212可以包括第一环形芯区域213。第一包层部分222可以围绕第一芯部分212延伸。光纤200的第二段230(图8和9)可以具有第二芯部分232，且第二芯部分232的至少一部分光学耦合到第一芯部分212。第二包层部分242可以围绕第二芯部分232延伸。

参考图1A，图6和图7，图1A中的光纤200的第一段210的径向横截面在图6中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图7中进行图形地描绘。第一段210通常包括第一芯部分212和第一包层部分222。第一芯部分212位于第一包层部分222内，第一包层222围绕第一芯部分212延伸。第一芯部分212和第一包层部分222可以大致是同心的，使得光纤200的第一段210的横截面相对于光纤200的第一芯部分212的中心大致上是圆形对称的。同样，第一芯部分212和第一包层部分222相对于光纤200的第一芯部分212的中心可以大致是轴对称的。在实施例中，第一芯部分212可以包括第一环形芯区域213和第一低折射率芯区域214。第一低折射率芯区域214位于第一环形芯区域213内，且第一低折射率芯区域214可以与第一环形芯区域213直接相邻并直接接触。

在一些实施例中，第一包层部分222可以任选地包括第一低折射率沟槽224和第一外包层部分223。第一低折射率沟槽224位于第一外包层223内，且第一低折射率沟槽224可以与第一外包层223直接相邻并直接接触。当被包括时，第一低折射率沟槽224改善了光纤200的弯曲性能。也就是说，当光纤200被盘绕时，第一低折射率沟槽224减少在光纤200中传播的光的衰减，从而允许光纤200被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第一低折射率沟槽224的光纤来说，不增加在光纤200中传播的光的衰减。

在一些实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽224可以与第一芯部分212直接相邻并直接接触。在一些其他实施例中，诸如图6和7描绘的实施例，第一低折射率沟槽224与第一芯部分212可以被第一内包层部分225分隔开，即，第一内包层225位于第一低折射率沟槽224内且在第一低折射率沟槽224和第一芯部分212之间。在实施例中，第一内包层225与第一低折射率沟槽224和第一环形芯区域213直接相邻并直接接触。

第一段210具有距离光纤200的轴向中心线2的半径R₄。第一芯部分212具有小于半径R₄的半径R₁。第一芯部分212的第一低折射率芯区域214具有小于半径R₁的半径R₀。第一环形芯区域213具有内半径R₀，外半径R₁，以及径向厚度T_AC＝R₁-R₀。The radii R₀ and R₁ ofthe first low-index core region 214and first annular core region 213,respectively,are defined at the points at which the lines tangent to themaximum slopes of the relative refractive index profile(FIG.6)of the firstlow-index core region 214and first annular core region 213,respectively,crossthe reference relative refractive index lineΔ_OCL％.第一低折射率芯区域214和第一环形芯区域213的半径R₀和R₁分别限定在与第一低折射率芯区域214和第一环形芯区域213分别的相对折射率分布(图6)的最大斜率相切的线与参考相对折射率线Δ_OCL％相交的点处。第一包层部分222具有内半径R₁，外半径R₄，以及径向厚度T_CL＝R₄-R₁。在第一包层部分222包括第一低折射率沟槽224和第一外包层部分223的实施例中，第一低折射率沟槽224具有内半径R₂，外半径R₃，以及径向厚度T_LIT＝R₃-R₂。第一外包层部分223具有内半径R₃，外半径R₄，以及径向厚度T_CL＝R₄-R₃。在第一低折射率沟槽224与第一芯部分212直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽224的内半径R₂可以等于第一芯部分212的半径R₁。在第一低折射率沟槽224与第一芯部分212被第一内包层部分225分隔开的实施例中，第一内包层部分225具有内半径R₁，外半径R₂和径向厚度T_ICL＝R₂-R₁。

第一段210的半径R₄为从约50μm到约250μm。在一些实施例中，第一段210的半径R₄为从约100μm到约150μm。第一芯部分212的半径R₁为从约5μm到约25μm。在一些实施例中，半径R₁为从约7.5μm到约15μm。第一低折射率芯区域214的半径R₀为从约1μm到约10μm。在一些实施例中，第一低折射率芯区域214的半径R₀为从约2μm到约7μm。第一环形芯区域213的径向厚度T_AC(R₁-R₀)为从约2μm到约15μm。在一些实施例中，径向厚度T_AC为从约5μm到约10μm。第一包层部分222的径向厚度T_CL(R₄-R₁)为从约75μm到约175μm。在一些实施例中，径向厚度T_CL为从约90μm到约125μm。在第一包层部分222包括第一低折射率沟槽224和第一外包层部分223的实施例中，第一低折射率沟槽224的内半径R₂为从约5μm到约50μm，外半径R₃为从约7μm到约50μm，以及径向厚度T_LIT(R₃-R₂)为从约1μm到约20μm。在实施例中，内半径R₂为从约10μm到约30μm，外半径R₃为从约10μm到约40μm，以及径向厚度T_LIT为从约1μm到约15μm。第一外包层部分223的内半径R₃为从约7μm到约75μm，外半径R₄为从约50μm到约250μm，以及径向厚度T_OCL(R₄-R₃)为从约75μm到约150μm。在实施例中，内半径R₃为从约10μm到约40μm，外半径R₄为从约100μm到约150μm，以及径向厚度T_OCL为从约85μm到约125μm。在第一低折射率沟槽224与第一芯部分212被第一内包层部分225分隔开的实施例中，第一内包层部分225的内半径R₁为从约5μm到约25μm，外半径R₂为从约5μm到约50μm，以及径向厚度T_ICL(R₂-R₁)为从约1μm到约15.0μm。在实施例中，内半径R₁为从约7.5μm到约15μm，外半径R₂为从约10μm到约30μm，以及径向厚度T_ICL为从约1μm到约10μm。

参考图1A，图8和图9，图1A中的光纤200的第二段230的径向横截面在图8中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图9中进行图形地描绘。第二段230一般包括第二芯部分232和第二包层部分242。第二芯部分232位于第二包层部分242内，第二包层242围绕第二芯部分232延伸。第二芯部分232和第二包层部分242可以大致是同心的，使得光纤200的第二段230的横截面相对于光纤200的第二芯部分232的中心大致上是圆形对称的。同样，第二芯部分232和第二包层部分242相对于光纤200的第二芯部分232的中心可以大致是轴对称的。在实施例中，第二芯部分232可以包括第二环形芯区域233和第二低折射率芯区域234。第二低折射率芯区域234位于第二环形芯区域233内，且第二低折射率沟槽234可以与第二环形芯区域233直接相邻并直接接触。

在一些实施例中，第二包层部分242可以任选地包括第二低折射率沟槽244和第二外包层部分243。第二低折射率沟槽244位于第一外包层243内，且第二低折射率沟槽244可以与第二外包层243直接相邻并接触。当被包括时，第二低折射率沟槽244改善了光纤200的弯曲性能。也就是说，当光纤200被盘绕时，第二低折射率沟槽244减少在光纤200中传播的光的衰减，从而允许光纤200被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第二低折射率沟槽244的光纤来说，不增加在光纤200中传播的光的衰减。应当理解的是，当光纤200的第一段210包括第一低折射率沟槽224时，光纤200的第二段230将包括第二低折射率沟槽244，反之亦然。

在一些实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽244可以与第二芯部分232直接相邻并直接接触。在一些其他实施例中，第二低折射率沟槽244与第二芯部分232可以被第二内包层部分245分隔开，如图8和9描绘。也就是说，第二内包层245位于第二低折射率沟槽244内且位于第二低折射率沟槽244和第二芯部分232之间。在实施例中，第二内包层部分245与第二低折射率沟槽244和第二环形芯区域233直接相邻并直接接触。

参考图1A和图6-9，应当理解的是，通过过渡区域250，第一芯部分212与第二芯部分232光学耦合，且第一包层部分222光学耦合到第二包层部分242。具体地，通过过渡区域250，第一低折射率芯区域214光学耦合到第二低折射率芯区域234，第一环形芯区域213光学耦合到第二环形芯区域233，第一外包层部分223光学耦合到第二外包层部分243，第一低折射率沟槽224光学耦合到第二低折射率沟槽244，以及第一内包层部分225光学耦合到第二内包层部分245。

第二段230具有距离光纤200的轴向中心线2的半径r₄。第二芯部分232具有小于半径r₄的半径r₁。第二芯部分232的第二低折射率芯区域234具有小于半径r₁的半径r₀。第二环形芯区域233具有内半径r₀，外半径r₁，以及径向厚度t_ac＝r₁-r₀。第二低折射率芯区域234和第二环形芯区域233的半径r₀和r₁分别限定在与第二低折射率芯区域234和第二环形芯区域233分别的相对折射率分布(图9)的最大斜率相切的线与参考相对折射率线Δ_ocl％相交的点处。第二包层部分242具有内半径r₁，外半径r₄，以及径向厚度t_cl＝r₄-r₁。在第二包层部分242包括第二低折射率沟槽244和第二外包层部分243的实施例中，第二低折射率沟槽244具有内半径r₂，外半径r₃，以及径向厚度t_lit＝r₃-r₂。第二外包层部分243具有内半径r₃，外半径r₄，以及径向厚度t_ocl＝r₄-r₃。在第二低折射率沟槽244与第二芯部分232直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽244的内半径r₂可以等于第二芯部分232的半径r₁。在第二低折射率沟槽244与第二芯部分232被第二内包层部分245分隔开的实施例中，第二内包层部分245具有内半径r₁，外半径r₂，以及径向厚度t_icl＝r₂-r₁。

第二段230的半径r₄为从约20μm到约100μm。在一些实施例中，第二段230的半径r₄为从约30μm到约70μm。第二芯部分232的半径r₁为从约1μm到约10μm。在一些实施例中，半径r₁的范围从约2.5μm到约7.5μm。第二包层部分242的径向厚度t_cl(r₄-r₁)为从约20μm到约80μm。在一些实施例中，径向厚度t_cl为从约35μm到约60μm。在第二包层部分242包括第二低折射率沟槽244和第二外包层部分243的实施例中，第二低折射率沟槽244的内半径r₂为从约2μm到约15μm，外半径r₃为从约2μm到约25μm，以及径向厚度t_lit(r₃-r₂)为从约1μm到约10μm。在实施例中，内半径r₂为从约3μm到约10μm，外半径r₃为从约3μm到约20μm，以及径向厚度t_lit为从约1μm到约8μm。第二外包层部分243的内半径r₃为从约2μm到约25μm，外半径r₄为从约20μm到约100μm，以及径向厚度t_ocl(r₄-r₃)为从约25μm到约75μm。在实施例中，内半径r₃为从约3μm到约20μm，外半径r₄为从约30μm到约70μm，以及径向厚度t_ocl为从约30μm到约50μm。在第二低折射率沟槽244与第二芯部分232被第二内包层部分245分隔开的实施例，第二内包层部分245的内半径r₁为从约1μm到约10μm，外半径r₂为从约2μm到约15μm，以及径向厚度t_icl(r₂-r₁)为从约1μm到8μm。在实施例中，内半径r₁为从约2.5μm到约7.5μm，外半径r₂的范围从约3μm到约10μm，以及径向厚度t_icl为从约1μm到约4μm。

第一段210的第一低折射率芯区域214具有折射率n_LIC和相对折射率Δ_LIC％，且第二段230的第二低折射率芯区域234具有折射率n_lic和相对折射率Δ_lic％。在实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_LIC％基本上等于相对折射率Δ_lic％(即，Δ_LIC％＝Δ_lic％)。相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％为从约0.2％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％为从约0.1％到约-0.5％。

第一环形芯区域213具有折射率n_AC和相对折射率Δ_AC％，且第二环形芯区域233具有折射率n_ac和相对折射率Δ_ac％。在实施例中，第一环形芯区域213和第二环形芯区域233是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_AC％基本上等于相对折射率Δ_ac％(即，Δ_AC％＝Δ_ac％)。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％分别大于相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％，(即，Δ_AC％>Δ_LIC％；Δ_ac％>Δ_lic％)。在第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234由相同材料制成，且第一环形芯区域213和第二环形芯区域233由相同材料制成的实施例中，Δ_AC％>Δ_lic％且Δ_ac％>Δ_LIC％。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％为从约0.2％到约1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％为从约0.3％到约0.75％。

第一包层部分222具有折射率n_CL和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_CL％。第一包层部分222的折射率n_CL可以被用于作为光纤200的第一段210的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在第一包层部分222包括第一外包层部分223，第一低折射率沟槽224，和(任选地)第一内包层部分225的实施例中，光纤200的第一段210的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第一外包层部分223确定的，如本文进一步详细描述。

在第一包层部分222包括第一内包层部分225和第一低折射率沟槽224的实施例中，第一内包层225具有折射率n_ICL和相对折射率Δ_ICL％，且第一低折射率沟槽224具有折射率n_LIT和相对折射率Δ_LIT％。相对折射率Δ_ICL％通常大于相对折射率Δ_LIT％，且通常小于相对折射率Δ_AC％(即，Δ_AC％>Δ_ICL％>Δ_LIT％)，如图7大致描绘的那样。相对折射率Δ_ICL％为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_LIT％为从约-0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_ICL％的范围从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_LIT％的范围从约-0.3％到约-0.5％。

第二包层部分242具有折射率n_cl和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_cl％。第二包层部分242的折射率n_cl可以被用于作为光纤200的第二段230的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在第二包层部分242包括第二外包层部分243，第二低折射率沟槽244，和(任选地)第二内包层部分245的实施例中，光纤200的第二段230的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第二外包层部分243确定的，如本文进一步详细描述。

在第二包层部分242包括第二内包层部分245和第二低折射率沟槽244的实施例中，第二内包层部分245具有折射率n_icl和相对折射率Δ_icl％，且第二低折射率沟槽244具有折射率n_lit和相对折射率Δ_lit％。相对折射率Δ_icl％通常大于相对折射率Δ_lit％，且通常小于相对折射率Δ_ac％(即，Δ_ac％>Δ_icl％>Δ_lit％)，如图9大致描绘的那样。在实施例中，第二内包层部分245和第一内包层225由相同材料制成，且第二低折射率沟槽244和第一低折射率沟槽224由相同材料制成。因此，折射率n_icl和n_lit可以基本上分别等于折射率n_ICL和n_LIT(即，n_icl＝n_ICL；n_lit＝n_LIT)，且相对折射率Δ_icl％和Δ_lit％可以基本上分别等于相对折射率Δ_ICL％和Δ_LIT％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％；Δ_lit％＝Δ_LIT％)。例如，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约-0.3％到约-0.5％。

在第一包层部分222包括第一外包层部分223的实施例中，第一外包层部分223具有折射率n_OCL和相对折射率Δ_OCL％。在这些实施例中，相对折射率Δ_OCL％可以用于作为确定光纤200的第一段210的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％大于第一低折射率沟槽224的相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_OCL％>Δ_LIT％)。在一些实施例中，第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％可以大于第一内包层部分225的相对折射率Δ_ICL％，诸如当第一内包层部分225包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃时，该下掺杂剂相对于第一外包层部分223的折射率n_OCL降低第一内包层部分225的折射率n_ICL。在其他实施例中，第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％可以基本上等于第一内包层部分225的相对折射率Δ_ICL％。在此类实施例中，第一外包层部分223的组成可以与第一内包层部分225的组成相同或不同于第一内包层部分225的组成，只要Δ_OCL％＝Δ_ICL％即可。基于上文所述，应当理解的是，第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％大于或基本上等于第一内包层部分225的相对折射率Δ_ICL％。

在第二包层部分242包括第二外包层部分243的实施例中，第二外包层部分243具有折射率n_ocl和相对折射率Δ_ocl％。因此，相对折射率Δ_ocl％可以用于作为光纤200的第二段230的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％大于第二低折射率沟槽244的相对折射率Δ_lit％(即，Δ_ocl％>Δ_lit％)。在一些实施例中，第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％可以大于第二内包层部分245的相对折射率Δ_icl％，诸如当第二内包层部分245包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃时，该下掺杂剂相对于第二外包层部分243的折射率n_ocl降低第二内包层部分245的折射率n_icl。在其他实施例中，第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第二内包层部分245的相对折射率Δ_icl％。在此类实施例中，第二外包层部分243的组成可以与第二内包层部分245的组成相同或不同于第二内包层部分245的组成，只要Δ_ocl％＝Δ_icl％即可。基于上文所述，应当理解的是，第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％大于或基本上等于第二内包层部分245的相对折射率Δ_icl％。在实施例中，第二外包层部分243与第一外包层部分223由相同材料制成，并且由此第二外包层部分243的折射率n_ocl可以基本上等于第一外包层部分223的折射率n_OCL(即，n_ocl＝n_OCL)，并且第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％＝0)。

第一段210的第一低折射率芯区域214和第二段230的第二低折射率芯区域234包括具有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该下掺杂剂降低二氧化硅玻璃的折射率，例如但不限于F，B及其组合等。在实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234中的至少一个可以包括浓度为约0.1wt.％到约2.5wt.％之间的F。在一些实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.8wt.％之间的F。在一些其他实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.5wt.％之间的F。在又其他实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234中的至少一个包括浓度为约0.5wt.％到约1.8wt.％之间的F。在仍又其他实施例中，第一低折射率芯区域214和第二低折射率芯区域234中的至少一个包括浓度为约0.7wt.％到约1.8wt.％之间的F。

第一段210的第一环形芯区域213和第二段230的第二环形芯部分233包括具有一种或多种上掺杂剂的二氧化硅玻璃，该上掺杂剂增加二氧化硅玻璃的折射率。合适的上掺杂剂包括，例如但不限于Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，以及其多种组合。在实施例中，第一环形芯区域213和第二环形芯区域233中的至少一个包含约3wt.％到约17wt.％之间的GeO₂。在一些其他实施例中，第一环形芯区域213和第二环形芯区域233中的至少一个包含约5wt.％到约13wt.％之间的GeO₂。在实施例中，第一环形芯区域213和第二环形芯区域233由相同材料制成，且第一环形芯区域213中的掺杂剂浓度基本上等于第二环形芯区域233中的掺杂剂浓度。

第一段210的第一内包层225和第二段230的第二内包层部分245可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一内包层225和第二内包层245中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一内包层225和第二内包层245中的至少一个包含F作为下掺杂剂。

如关于以上表达式(32)和(33)所讨论的，光纤的特定玻璃部分的径向厚度可以与该特定玻璃部分的相对折射率相关。在本文描述的实施例中，第一低折射率沟槽224的沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²，诸如大于或等于约100％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约110％-μm²或甚至大于或等于约120％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²且小于或等于约220％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约100％-μm²且小于或等于约200％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布V_LIT可以大于或等于约110％-μm²且小于或等于约180％-μm²。

在本文描述的实施例中，第二低折射率沟槽244的沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²，诸如大于或等于约50％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约55％-μm²或甚至大于或等于约60％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²且小于或等于约110％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约50％-μm²且小于或等于约100％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布v_lit可以大于或等于约55％-μm²且小于或等于约90％-μm²。

在本文描述的光纤的实施例中，第一低折射率沟槽224，第二低折射率沟槽244，或第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244两者包括具有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该下掺杂剂降低二氧化硅玻璃的折射率。下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约2.5wt.％之间的F。在一些实施例中，第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.8wt.％之间的F。在其他实施例中，第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.5wt.％之间的F。在又其他实施例中，第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244中的至少一个包括浓度为约0.5wt.％到约1.8wt.％之间的F。在仍又其他实施例中，第一低折射率沟槽224和第二低折射率沟槽244中的至少一个包括浓度为约0.7wt.％到约1.8wt.％之间的F。

在一些实施例中，第一低折射率芯区域214的相对折射率Δ_LIC％，第一低折射率沟槽224的相对折射率Δ_LIT％，第二低折射率芯区域234的相对折射率Δ_lic％和第二低折射率沟槽244的相对折射率Δ_lit％中的至少一个,分别是通过形成第一低折射率芯区域214，第一低折射率沟槽224，第二低折射率芯区域234和第二低折射率沟槽244中的至少一个的具有空隙的二氧化硅玻璃来实现的，该空隙在整个二氧化硅玻璃中是非周期性地设置的或周期性地设置的或两者都有。这些空隙沿着光纤200的长度(即，平行于纵轴)伸展(拉长)，但不会在整根光纤的整个长度上延伸。虽然不希望受到理论限制，但是据信，空隙沿着光纤长度延伸小于几米，并且在许多情况下小于1米。本文公开的光纤可以通过利用预成型固结条件的方法制造，所述预成型固结条件有效地将大量气体捕获到固结的玻璃坯料中，从而导致在固结的玻璃光纤预制件中形成空隙。不是采取步骤去除这些空隙，而是使用所得的预制件形成其中具有空隙的光纤。在一些实施例中，这些空隙可以包含一种或多种气体，诸如氩气，氪气，CO₂，SO₂，O₂，或其混合物。在一些其他实施例中，空隙基本上不含气体。无论是否存在气体，由于存在空隙，第一低折射率芯区域214的折射率n_LIC，第一低折射率沟槽224的折射率n_LIT，第二低折射率芯区域234的折射率n_lic和第二低折射率沟槽244的折射率n_lit中的至少一个会降低。替代地或附加地，通过如本文所述的形成具有非周期性，周期性或非周期性和周期性二者都有的空隙分布的下掺杂的二氧化硅玻璃，第一低折射率芯区域214的折射率n_LIC，第一低折射率沟槽224的折射率n_LIT，第二低折射率芯区域234的折射率n_lic，第二低折射率沟槽244的折射率n_lit中的至少一个会降低。

第一低折射率沟槽224的相对折射率Δ_LIT％小于第一内包层部分225的相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_LIT％<Δ_ICL％)，且小于第一外包层部分223的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_LIT％<Δ_OCL％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_ICL％基本上等于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％＝Δ_OCL％。在其他实施例中，相对折射率Δ_ICL％小于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％<Δ_OCL％。

第二低折射率沟槽244的相对折射率Δ_lit％小于第二内包层部分245的相对折射率Δ_icl％(即，Δ_lit％<Δ_icl％)，且小于第二外包层部分243的相对折射率Δ_ocl％(即，Δ_lit％<Δ_ocl％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_icl％基本上等于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％＝Δ_ocl％。在其他实施例中，相对折射率Δ_icl％小于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％<Δ_ocl％。在第二低折射率沟槽244，第二内包层部分245和第二外包层部分243分别与第一低折射率沟槽224，第一内包层部分225和第一外包层部分223由相同材料制成的实施例中，应当理解的是，相对折射率Δ_lit％可以基本上等于相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_lit％＝Δ_LIT％),相对折射率Δ_icl％可以基本上等于相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％)，且相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％)。同样，在相对折射率Δ_ICL％基本上等于相对折射率Δ_OCL％的实施例中，Δ_lit％<Δ_ICL％＝Δ_OCL％且Δ_LIT％<Δ_icl％＝Δ_ocl％。在相对折射率Δ_ICL％小于相对折射率Δ_OCL％的实施例中，Δ_lit％<Δ_ICL％<Δ_OCL％且Δ_LIT％<Δ_icl％<Δ_ocl％。

第一段210的第一外包层223和第二段230的第二外包层243可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一外包层223和第二外包层243中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一外包层223和第二外包层243中的至少一个包含F作为下掺杂剂。

由于第一包层部分222内的第一低折射率沟槽224和第二包层部分242内的第二低折射率沟槽244的结合，本文描述的光纤200的各种实施例具有提升的弯曲性能。光纤200的宏弯曲性能可以根据如上所述的FOTP-62(JEC-60793-1-47)来确定。

在实施例中，光纤200使用常规光纤制造工艺制作具有所需结构的光纤预制件来制造。用于制作光纤预制件的工艺的非限制性示例包括外部气相沉积(OVD)，改进的化学气相沉积(MCVD)，物理化学气相沉积(PCVD)等。一旦制成，光纤预制件被拉制成具有第一段210的尺寸的光纤。具有第一段210的尺寸的光纤被夹紧且光纤的一部分被进一步向下拉制到第二段230的尺寸，其中过渡区域250位于第一段210和第二段230之间。

例如，在一个实施例中，最初可以形成光纤200，使得光纤200最初具有第一低折射率芯区域214，第一环形芯区域213，第一内包层部分225，第一低折射率沟槽224和第一外包层部分223。光纤200可以随后被夹紧，并且光纤的一部分被加热且进一步被拉制以产生具有第一段210和第二段230的光纤，该第一段210具有第一低折射率芯区域214，第一环形芯区域213，第一内包层部分225，第一低折射率沟槽224和第一外包层部分223，该第二段230具有第二低折射率芯区域234，第二环形芯区域233，第二内包层部分245，第二低折射率沟槽244和第二外包层部分243。在这个过程中，进一步拉制光纤相对于第一段210减小光纤200的第二段230的尺寸。特别地，第二低折射率芯区域234的尺寸相对于第一低折射率芯区域214显著减小。在另一实施例中，光纤200可以通过将第一段210和第二段230拼接在一起来形成。在这样的实施例中，应当理解的是第一段210的外直径D₀和第二段230的外直径d₀可以大致彼此相等，只要第一芯部分212，第二芯部分232，第一包层部分222和第二包层部分242具有上述属性和特性即可。

参考图1A，7和9，光纤200可以用于将高斯激光束变换为贝塞尔激光束。在这些实施例中，贝塞尔激光束BLB的F_D值至少为10。例如，F_D值至少为50，至少为100，至少为250，至少为500，至少为1000，在10到2000的范围内，在50到1500的范围内，或在100到1000的范围内。

具体地，高斯激光束GLB光学耦合到光纤200的入口端231，并通过第二段230朝向第一段210传播。高斯激光束GLB可以入射在第二低折射率芯区域234。应当理解的是，高斯激光束GLB寻求传播通过高折射率区域而不是低折射率区域。而且，随着第二低折射率芯区域234的半径随着其过渡到第一低折射率芯区域214而在尺寸(半径)上增加，在第一低折射率芯区域214中传播的高斯激光束GLB强度降低。寻求传播通过高折射率区域的高斯激光束GLB和随着其传播通过第一低折射率芯区域214时其强度减小的组合，导致高斯激光束GLB穿透第一低折射率芯区域214并传播通过第一环形芯区域213，使得形成环形光束RSB，并且光作为下列通过出口端211离开光纤200：(a)环形光束，如果光纤的出口端211没有光学聚焦能力(例如，如果它是平面的)的话，或(b)贝塞尔激光束，如果出口端211具有直接形成在出口端211上的光纤透镜的话，或如果此类透镜附接到出口端211(未示出)的话。高斯激光束GLB可通过透镜系统(未示出)，直接对接耦合(未示出)或熔接(未示出)被耦合到光纤200的入口端231。如上所述，离开光纤200的出口端211的环形激光束(RSB)可以用自由空间体光学器件(未示出)或直接形成在出口端211上的，或附接到出口端211的光纤透镜(未示出)来聚焦，从而形成贝塞尔激光束BLB。

参考图1B和图10-13，示出了具有利用过渡区域350光学耦合到第二段330的第一段310的光纤300的实施例。光纤300可以与光纤200相似，除了第一段310的第一芯部分和第二段330的第二芯部分具有双芯配置。具体地，第一段310的第一芯部分和第二段330的第二芯部分可以包括中心芯区域，其位于环形芯区域内且与环形芯区域被低折射率芯区域分隔开。光纤300的至少一部分的侧视图在图1B中示出，光纤300的第一段310和第二段330的径向横截面分别在图10和图12中示出，并且第一段310和第二段330的对应的相对折射率分布分别在图11和图13中示出。第一段310具有第一外直径“D₀”，且第二段330具有第二外直径“d₀”(图1B)。第一外直径D₀大于第二外直径d₀。在实施例中，第一外直径D₀可以从约0.2毫米(mm)到约5.0mm，第二外直径d₀可以从约0.1mm到约4.5mm，且过渡区域350的长度可以从约0.5mm到约20mm。在实施例中，第一外直径D₀为从约0.4mm到约1.0mm，第二外直径d₀为从约0.2mm到约0.9mm，且过渡区域350的长度为从约1mm到约10mm。在其他实施例中，第一外直径D₀为从约150μm到约350μm，第二外直径d₀为从约75μm到约225μm，且过渡区域350的长度大于10mm。传播通过第二段330的高斯激光束GLB被转换为传播通过第一段310的环形光束RSB。在实施例中，第一段310，第二段330和过渡区域350彼此一体形成，并且光纤300的锥度比(d₀/D₀)大于或等于约0.2且小于或等于约0.9。在其他实施例中，光纤300的锥度比大于或等于约0.3且小于或等于0.9。在又其他实施例中，光纤300的锥度比大于或等于约0.3且小于或等于约0.8。光纤300的第一段310(图10和11)具有中心位于光纤300的轴向中心线2的第一芯部分312。第一芯部分312可以包括第一环形芯区域313。第一包层部分322可以围绕第一芯部分312延伸。光纤300的第二段330(图12和13)可以具有第二芯部分332，且第二芯部分332的至少一部分光学耦合到第一芯部分312。第二包层部分342可以围绕第二芯部分332延伸。

参考图1B，图10和图11，图1B中的光纤300的第一段310的径向横截面在图10中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图11中进行图形地描绘。第一段310通常包括第一芯部分312和第一包层部分322。第一芯部分312位于第一包层部分322内，第一包层322围绕第一芯部分312延伸。第一芯部分312和第一包层部分322可以大致是同心的，使得光纤300的第一段310的横截面相对于光纤300的第一芯部分312的中心大致上是圆形对称的。同样，第一芯部分312和第一包层部分322相对于光纤300的第一芯部分312的中心可以大致是轴对称的。在实施例中，第一芯部分312可以包括第一环形芯区域313，第一低折射率芯区域314和第一中心芯区域315。第一低折射率芯区域314位于第一环形芯区域313内，第一中心芯区域315位于第一低折射率芯区域314内。第一中心芯区域315与第一环形芯区域313被第一低折射率芯区域314分隔开，如图10描绘的那样。在实施例中，第一低折射率芯区域314与第一环形芯区域313直接相邻并直接接触，且第一中心芯区域315与第一低折射率芯区域314直接相邻并直接接触。

在一些实施例中，第一包层部分322可以任选地包括第一低折射率沟槽324和第一外包层部分323。第一低折射率沟槽324位于第一外包层323内，且第一低折射率沟槽324可以与第一外包层323直接相邻并直接接触。当被包括时，第一低折射率沟槽324改善了光纤300的弯曲性能。也就是说，当光纤300被盘绕时，第一低折射率沟槽324减少在光纤300中传播的光的衰减，从而允许光纤300被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第一低折射率沟槽324的光纤来说，不增加在光纤300中传播的光的衰减。

在一些实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽324可以与第一芯部分312直接相邻并直接接触。在一些其他实施例中，诸如图10和11描绘的实施例，第一低折射率沟槽324与第一芯部分312可以被第一内包层部分325分隔开，即，第一内包层325位于第一低折射率沟槽324内且在第一低折射率沟槽324和第一芯部分312之间。在实施例中，第一内包层325与第一低折射率沟槽324和第一环形芯区域313直接相邻并直接接触。

第一段310具有距离光纤300的轴向中心线2的半径R₄。第一芯部分312具有小于半径R₄的半径R₁。第一中心芯区域315具有半径R₀₀。第一低折射率芯区域314具有内半径R₀₀，外半径R₀，以及径向厚度T_LIC＝R₀-R₀₀。第一环形芯区域313具有内半径R₀，外半径R₁，以及径向厚度T_AC＝R₁-R₀。第一中心芯区域315，第一低折射率芯区域314和第一环形芯区域313的半径R₀₀，R₀和R₁分别定义在与第一中心芯区域315，第一低折射率芯区域314和第一环形芯区域313分别的相对折射率分布(图11)的最大斜率相切的线与参考相对折射率线Δ_OCL％相交的点处。第一包层部分322具有内半径R₁，外半径R₄，以及径向厚度T_CL＝R₄-R₁。在第一包层部分322包括第一低折射率沟槽324和第一外包层部分323的实施例中，第一低折射率沟槽324具有内半径R₂，外半径R₃，以及径向厚度T_LIT＝R₃-R₂。第一外包层部分323具有内半径R₃，外半径R₄，以及径向厚度T_CL＝R₄-R₃。在第一低折射率沟槽324与第一芯部分312直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第一低折射率沟槽324的内半径R₂可以等于第一芯部分312的半径R₁。在第一低折射率沟槽324与第一芯部分312被第一内包层部分325分隔开的实施例中，第一内包层部分325具有内半径R₁，外半径R₂和径向厚度T_ICL＝R₂-R₁。

第一段310的半径R₄为从约50μm到约250μm。在一些实施例中，第一段310的半径R₄为从约100μm到约150μm。第一芯部分312的半径R₁为从约5μm到约40μm。在一些实施例中，直径R₁为从约10μm到约35μm。第一包层部分322的径向厚度T_CL(R₄-R₁)为从约75μm到约175μm。在一些实施例中，径向厚度T_CL为从约85μm到约150μm。第一中心芯区域315的半径R₀₀为从约1μm到约15μm。在一些实施例中，第一中心芯区域315的半径R₀₀为从约2μm到约10μm。第一低折射率芯区域314的内半径R₀₀为从约1μm到约15μm，外半径R₀为从约2μm到约30μm，以及径向厚度T_LIC为从约1μm到约20μm。在实施例中，内半径R₀₀为从约2μm到约10μm，外半径R₀为从约5μm到约25μm，以及径向厚度T_LIC为从约2.5μm到约17.5μm。第一环形芯区域313的内半径R₀为从约2μm到约30μm，外半径R₁为从约5μm到约40μm，以及第一环形芯区域313的径向厚度T_AC为从约2μm到约20μm。在实施例中，内半径R₀为从约5μm到约25μm，外半径R₁为从约10μm到约35μm，以及径向厚度T_AC为从约2.5μm到约15μm。在第一包层部分322包括第一低折射率沟槽324和第一外包层部分323的实施例中，第一低折射率沟槽324的内半径R₂的范围从约10μm到约50μm，外半径R₃为从约15μm到约65μm，以及径向厚度T_LIT(R₃-R₂)为从约1μm到约40μm。在实施例中，内半径R₂为从约15μm到约40μm，外半径R₃为从约25μm到约55μm，以及径向厚度T_LIT为从约1μm到约35μm。第一外包层部分323的内半径R₃为从约15μm到约65μm，外半径R₄为从约50μm到约250μm，以及径向厚度T_OCL(R₄-R₃)为从约50μm到约150μm。在实施例中，内半径R₃为从约25μm到约55μm，外半径R₄为从约100μm到约150μm，以及径向厚度T_OCL为从约60μm到约125μm。在第一低折射率沟槽324与第一芯部分312被第一内包层部分325分隔开的实施例中，第一内包层部分325的内半径R₁为从约5μm到约40μm，外半径R₂为从约10μm到约50μm，以及径向厚度T_ICL(R₂-R₁)为从约1μm到约15μm。在实施例中，内半径R₁为从约10μm到约35μm，外半径R₂为从约15μm到约40μm，以及径向厚度T_ICL为从1μm到约10μm。

参考图1B，图12和图13，图1B中的光纤300的第二段330的径向横截面在图12中进行示意性地描绘，且径向横截面的相对于横截面中心线的相对折射率分布在图13中进行图形地描绘。第二段330一般包括第二芯部分332和第二包层部分342。第二芯部分332位于第二包层部分342内，第二包层部分342围绕第二芯部分332延伸。第二芯部分332和第二包层部分342可以大致是同心的，使得光纤300的第二段330的横截面相对于光纤300的第二芯部分332的中心大致上是圆形对称的。同样，第二芯部分332和第二包层部分342相对于光纤300的第二芯部分332的中心可以大致是轴对称的。在实施例中，第二芯部分332可以包括第二环形芯区域333，第二低折射率芯区域334和第二中心芯区域335。第二低折射率芯区域334位于第二环形芯区域333内，第二中心芯区域335位于第二低折射率芯区域334内。第二中心芯区域335与第二环形芯区域333被第二低折射率芯区域334分隔开，如图12描绘的那样。在实施例中，第二低折射率芯区域334与第二环形芯区域333直接相邻并直接接触，第二中心芯区域335与第二低折射率芯区域334直接相邻并直接接触。

在一些实施例中，第二包层部分342可以任选地包括第二低折射率沟槽344和第二外包层部分343。第二低折射率沟槽344位于第二外包层343内，且第二低折射率沟槽344可以与第二外包层343直接相邻并直接接触。当被包括时，第二低折射率沟槽344改善了光纤300的弯曲性能。也就是说，当光纤300被盘绕时，第二低折射率沟槽344减少在光纤300中传播的光的衰减，从而允许光纤300被盘绕成更加紧密(即，更小)的半径而相对于具有相似结构但没有第二低折射率沟槽344的光纤来说，不增加在光纤300中传播的光的衰减。应当理解的是，当光纤300的第一段310包括第一低折射率沟槽324时，光纤300的第二段330将包括第二低折射率沟槽344，反之亦然。

在一些实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽344可以与第二芯部分332直接相邻并直接接触。在一些其他实施例中，第二低折射率沟槽344与第二芯部分332可以被第二内包层部分345分隔开，如图12和13描绘。也就是说，第二内包层345位于第二低折射率沟槽344内且位于第二低折射率沟槽344和第二芯部分332之间。在实施例中，第二内包层345与第二低折射率沟槽344和第二环形芯区域333直接相邻并直接接触。

参考图1B，图10-13，应当理解的是，通过过渡区域350，第一芯部分312与第二芯部分332光学耦合，且第一包层部分322光学耦合到第二包层部分342。具体地，通过过渡区域350，第一中心芯区域315光学耦合到第二中心芯区域335，第一低折射率芯区域314光学耦合到第二低折射率芯区域334，第一环形芯区域313光学耦合到第二环形芯区域333，第一外包层部分323光学耦合到第二外包层部分343，第一低折射率沟槽324光学耦合到第二低折射率沟槽344，以及第一内包层部分325光学耦合到第二内包层部分345。

第二段330具有距离光纤300的轴向中心线2的半径r₄。第二芯部分332具有小于半径r₄的半径r₁。第二中心芯区域335具有半径r₀₀。第二低折射率芯区域334具有内半径r₀₀，外半径r₀，以及径向厚度t_lic＝r₀-r₀₀。第二环形芯区域333具有内半径r₀，外半径r₁，以及径向厚度t_ac＝r₁-r₀。第二中心芯区域335，第二低折射率芯区域334和第二环形芯区域333的半径r₀₀，r₀和r₁定义在与第二中心芯区域335，第二低折射率芯区域334和第二环形芯区域333分别的相对折射率分布(图13)的最大斜率相切的线与参考相对折射率线Δ_ocl％相交的点处。第二包层部分342具有内半径r₁，外半径r₄，以及径向厚度t_cl＝r₄-r₁。在第二包层部分342包括第二低折射率沟槽344和第二外包层部分343的实施例中，第二低折射率沟槽344具有内半径r₂，外半径r₃，以及径向厚度t_lit＝r₃-r₂。第二外包层部分343具有内半径r₃，外半径r₄，以及径向厚度t_ocl＝r₄-r₃。在第二低折射率沟槽344与第二芯部分332直接相邻并直接接触的实施例(未描绘)中，第二低折射率沟槽344的内半径r₂可以等于第二芯部分332的半径r₁。在第二低折射率沟槽344与第二芯部分332被第二内包层部分345分隔开的实施例中，第二内包层部分345具有内半径r₁，外半径r₂，以及径向厚度t_icl＝r₂-r₁。

第二段330的半径r₄为从约30μm到约80μm。在一些实施例中，第二段330的半径r₄为从约40μm到约70μm。第二芯部分332的半径r₁为从约3μm到约20μm。在一些实施例中，半径r₁为从约5μm到约17.5μm。第二包层部分242的径向厚度t_cl(r₄-r₁)为从约25μm到约70μm。在一些实施例中，径向厚度t_cl为从约35μm到约60μm。第二中心芯区域335的半径r₀₀为从约0.5μm到约7.5μm。在一些实施例中，第二中心芯区域335的半径r₀₀为从约1μm到约5μm。第二低折射率芯区域334的内半径r₀₀为从约0.5μm到约7.5μm，外半径r₀为从约2μm到约15μm，以及径向厚度t_lic为从约1μm到约10μm。在一些实施例中，内半径r₀₀为从约1μm到约5μm，外半径r₀为从约3μm到约12μm，以及径向厚度t_lic为从约2μm到约7.5μm。第二环形芯区域333的内半径r₀为从约2μm到约15μm，外半径r₁为从约3μm到约20μm，以及第二环形芯区域333的径向厚度t_ac为从约1μm到约10μm。在一些实施例中，内半径r₀为从约3μm到约12μm，外半径r₁为从约5μm到约17.5μm，以及径向厚度t_ac为从约2μm到约7μm。在第二包层部分342包括第二低折射率沟槽344和第二外包层部分343的实施例中，第二低折射率沟槽344的内半径r₂为从约5μm到约25μm，外半径r₃为从约7μm到约30μm，以及径向厚度t_lit(r₃-r₂)为从约1μm到约20μm。在一些实施例中，内半径r₂为从约7μm到约20μm，外半径r₃为从约10μm到约25μm，以及径向厚度t_lit为从约1μm到约15μm。第二外包层部分343的内半径r₃为从约7μm到约30μm，外半径r₄为从约30μm到约80μm，以及径向厚度t_ocl(r₄-r₃)为从约20μm到约70μm。在一些实施例中，内半径r₃为从约10μm到约25μm，外半径r₄为从约40μm到约70μm，以及径向厚度t_ocl为从约25μm到约65μm。在第二低折射率沟槽344与第二芯部分332被第二内包层部分345分隔开的实施例，第二内包层部分345的内半径r₁为从约3μm到约20μm，外半径r₂为从约5μm到约25μm，以及径向厚度t_icl(r₂-r₁)为从约1μm到7.5μm。在实施例中，内半径r₁为从约5μm到约17.5μm，外半径r₂为从约7μm到约20μm，以及径向厚度t_icl为从约1μm到约5μm。

第一段310的第一中心芯区域315具有折射率n_CC和相对折射率Δ_CC％，且第二段330的第二中心芯区域335具有折射率n_cc和相对折射率Δ_cc％。在实施例中，第一中心芯区域315和第二中心芯区域335是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_CC％基本上等于相对折射率Δ_cc％(即，Δ_CC％＝Δ_cc％)。相对折射率Δ_CC％和相对折射率Δ_cc％为从约0.0％到约0.5％。在实施例中，相对折射率Δ_CC％和相对折射率Δ_cc％为从约0.1％到约0.4％。

第一段310的第一低折射率芯区域314具有折射率n_LIC和相对折射率Δ_LIC％，且第二段330的第二低折射率芯区域334具有折射率n_lic和相对折射率Δ_lic％。在实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_LIC％基本上等于相对折射率Δ_lic％(即，Δ_LIC％＝Δ_lic％)。相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％为从约0.2％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％为从约0.1％到约-0.5％。

第一环形芯区域313具有折射率n_AC和相对折射率Δ_AC％，且第二环形芯区域333具有折射率n_ac和相对折射率Δ_ac％。在实施例中，第一环形芯区域313和第二环形芯区域333是由相同材料制成的，且相对折射率Δ_AC％基本上等于相对折射率Δ_ac％(即，Δ_AC％＝Δ_ac％)。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％分别大于相对折射率Δ_LIC％和相对折射率Δ_lic％，(即，Δ_AC％>Δ_LIC％；Δ_ac％>Δ_lic％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_AC％大于相对折射率Δ_CC％(即，Δ_AC％>Δ_CC％)，且相对折射率Δ_ac％大于相对折射率Δ_cc％(即，Δ_ac％>Δ_cc％)。在其他实施例中，相对折射率Δ_AC％基本上等于相对折射率Δ_CC％(即，Δ_AC％＝Δ_CC％)，且相对折射率Δ_ac％基本上等于相对折射率Δ_cc％(即，Δ_ac％＝Δ_cc％)。在第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334由相同材料制成，且第一环形芯区域313和第二环形芯区域333由相同材料制成的实施例中，Δ_AC％>Δ_lic％且Δ_ac％>Δ_LIC％。相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％为从约0.2％到约2.0％。在实施例中，相对折射率Δ_AC％和相对折射率Δ_ac％为从约0.3％到约0.75％。

第一包层部分322具有折射率n_CL和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_CL％。第一包层部分322的折射率n_CL可以被用于作为光纤300的第一段310的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在第一包层部分322包括第一外包层部分323，第一低折射率沟槽324，和(任选地)第一内包层部分325的实施例中，光纤300的第一段310的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第一外包层部分323确定的，如本文进一步详细描述。

在第一包层部分322包括第一内包层部分325和第一低折射率沟槽324的实施例中，第一内包层325具有折射率n_ICL和相对折射率Δ_ICL％，且第一低折射率沟槽324具有折射率n_LIT和相对折射率Δ_LIT％。相对折射率Δ_ICL％通常大于相对折射率Δ_LIT％，且通常小于相对折射率Δ_AC％(即，Δ_AC％>Δ_ICL％>Δ_LIT％)，如图11大致描绘的那样。相对折射率Δ_ICL％为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_LIT％为从约-0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_ICL％为从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_LIT％为从约-0.3％到约-0.5％。

第二包层部分342具有折射率n_cl和相对于纯二氧化硅玻璃的相对折射率Δ_cl％。第二包层部分342的折射率n_cl可以被用于作为光纤300的第二段330的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在第二包层部分342包括第二外包层部分343，第二低折射率沟槽344，和(任选地)第二内包层部分345的实施例中，光纤300的第二段330的其他玻璃部分的相对折射率是相对于第二外包层部分343确定的，如本文进一步详细描述。

在第二包层部分342包括第二内包层部分345和第二低折射率沟槽344的实施例中，第二内包层345具有折射率n_icl和相对折射率Δ_icl％，且第二低折射率沟槽344具有折射率n_lit和相对折射率Δ_lit％。相对折射率Δ_icl％通常大于相对折射率Δ_lit％，且通常小于相对折射率Δ_ac％(即，Δ_ac％>Δ_icl％>Δ_lit％)，如图13大致描绘的那样。在实施例中，第二内包层部分345和第一内包层部分325由相同材料制成，且第二低折射率沟槽344和第一低折射率沟槽324由相同材料制成。因此，折射率n_icl和n_lit可以基本上分别等于折射率n_ICL和n_LIT(即，n_icl＝n_ICL；n_lit＝n_LIT)，且相对折射率Δ_icl％和Δ_lit％可以基本上分别等于相对折射率Δ_ICL％和Δ_LIT％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％；Δ_lit％＝Δ_LIT％)。例如，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.1％到约0.1％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约-0.1％到约-1.0％。在实施例中，相对折射率Δ_icl％可以为从约-0.05％到约0.05％，且相对折射率Δ_lit％可以为从约-0.3％到约-0.5％。

在第一包层部分322包括第一外包层部分323的实施例中，第一外包层部分323具有折射率n_OCL和相对折射率Δ_OCL％。在这些实施例中，相对折射率Δ_OCL％可以用于作为确定光纤300的第一段310的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％大于第一低折射率沟槽324的相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_OCL％>Δ_LIT％)。在一些实施例中，第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％可以大于第一内包层部分325的相对折射率Δ_ICL％，诸如当第一内包层部分325包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该下掺杂剂相对于第一外包层部分325的折射率n_OCL降低第一内包层部分323的折射率n_ICL。在其他实施例中，第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％可以基本上等于第一内包层部分325的相对折射率Δ_ICL％。在此类实施例中，第一外包层部分323的组成可以与第一内包层部分325的组成相同或不同于第一内包层部分325的组成，只要Δ_OCL％＝Δ_ICL％即可。基于上文所述，应当理解的是，第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％大于或基本上等于第一内包层部分325的相对折射率Δ_ICL％。

在第二包层部分342包括第二外包层部分343的实施例中，第二外包层部分343具有折射率n_ocl和相对折射率Δ_ocl％。因此，相对折射率Δ_ocl％可以用于作为光纤300的第二段330的其他玻璃部分的相对折射率的参考。在本文描述的实施例中，第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％大于第二低折射率沟槽344的相对折射率Δ_lit％(即，Δ_ocl％>Δ_lit％)。在一些实施例中，第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％可以大于第二内包层部分345的相对折射率Δ_icl％，诸如当第二内包层部分345包括下掺杂有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃时，该下掺杂剂相对于第二外包层部分345的折射率n_ocl降低第二内包层部分343的折射率n_icl。在其他实施例中，第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第二内包层部分345的相对折射率Δ_icl％。在此类实施例中，第二外包层部分343的组成就可以与第二内包层部分345的组成相同或不同于第二内包层部分345的组成，只要Δ_ocl％＝Δ_icl％即可。基于上文所述，应当理解的是，第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％大于或基本上等于第二内包层部分345的相对折射率Δ_icl％。在实施例中，第二外包层部分343与第一外包层部分323由相同材料制成，并且由此第二外包层部分343的折射率n_ocl可以基本上等于第一外包层部分323的折射率n_OCL(即，n_ocl＝n_OCL)，并且第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％＝0)。

第一段310的第一中心芯区域315和第二段330的第二中心芯区域335包括具有一种或多种上掺杂剂的二氧化硅玻璃，该上掺杂剂增加二氧化硅玻璃的折射率，例如但不限于，Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅及其组合等。在实施例中，第一中心芯区域315和第二中心芯区域335中的至少一个包含约3wt.％到约17wt.％之间的GeO₂。在一些其他实施例中，第一中心芯区域315和第二中心芯区域335中的至少一个包含约5wt.％到约13wt.％之间的GeO₂。在实施例中，第一中心芯区域315和第二中心芯区域335由相同材料制成，且第一中心芯区域315中的掺杂剂浓度基本上等于第二中心芯区域335中的掺杂剂浓度。

第一段310的第一低折射率芯区域314和第二段330的第二低折射率芯区域334包括具有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该掺杂剂降低二氧化硅玻璃的折射率，例如但不限于F，B及其组合等。在实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约2.5wt.％之间的F。在一些实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.8wt.％之间的F。在其他实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.5wt.％之间的F。在又其他实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334中的至少一个包括浓度为约0.5wt.％到约1.8wt.％之间的F。在仍又其他实施例中，第一低折射率芯区域314和第二低折射率芯区域334中的至少一个包括浓度为约0.7wt.％到约1.8wt.％之间的F。

第一段310的第一环形芯区域313和第二段330的第二环形芯区域333包括具有一种或多种上掺杂剂的二氧化硅玻璃，该上掺杂剂增加二氧化硅玻璃的折射率，例如但不限于，Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅及其组合等。在实施例中，第一环形芯区域313和第二环形芯区域333中的至少一个包含约3wt.％到约17wt.％之间的GeO₂。在一些其他实施例中，第一环形芯区域313和第二环形芯区域333中的至少一个包含约5wt.％到约13wt.％之间的GeO₂。在实施例中，第一环形芯区域313和第二环形芯区域333由相同材料制成，且第一环形芯区域313中的掺杂剂浓度基本上等于第二环形芯区域333中的掺杂剂浓度。

第一段310的第一内包层部分325和第二段330的第二内包层部分345可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一内包层325和第二内包层345中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一内包层325和第二内包层345中的至少一个包含F作为下掺杂剂。

如关于以上表达式(32)和(33)所讨论的，光纤的特定玻璃部分的径向厚度可以与该特定玻璃部分的相对折射率相关。在本文描述的实施例中，第一低折射率沟槽324的沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²，诸如大于或等于约100％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约110％-μm²或甚至大于或等于约120％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约80％-μm²且小于或等于约220％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积V_LIT可以大于或等于约100％-μm²且小于或等于约200％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布V_LIT可以大于或等于约110％-μm²且小于或等于约180％-μm²。

在本文描述的实施例中，第二低折射率沟槽344的沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²，诸如大于或等于约50％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约55％-μm²或甚至大于或等于约60％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约40％-μm²且小于或等于约110％-μm²。在一些实施例中，沟槽体积v_lit可以大于或等于约50％-μm²且小于或等于约100％-μm²。在又其他实施例中，沟槽体积分布v_lit可以大于或等于约55％-μm²且小于或等于约90％-μm²。

在本文描述的光纤的实施例中，第一低折射率沟槽324，第二低折射率沟槽344，或第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344两者包括具有一种或多种下掺杂剂的二氧化硅玻璃，该下掺杂剂降低二氧化硅玻璃的折射率。下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约2.5wt.％之间的F。在一些实施例中，第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.8wt.％之间的F。在其他实施例中，第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344中的至少一个包括浓度为约0.1wt.％到约1.5wt.％之间的F。在又其他实施例中，第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344中的至少一个包括浓度为约0.5wt.％到约1.8wt.％之间的F。在仍又其他实施例中，第一低折射率沟槽324和第二低折射率沟槽344中的至少一个包括浓度为约0.7wt.％到约1.8wt.％之间的F。

在一些实施例中，第一低折射率芯区域314的相对折射率Δ_LIC％，第一低折射率沟槽324的相对折射率Δ_LIT％，第二低折射率芯区域334的相对折射率Δ_lic％和第二低折射率沟槽344的相对折射率Δ_lit％中的至少一个,分别是通过形成第一低折射率芯区域314，第一低折射率沟槽324，第二低折射率芯区域334和第二低折射率沟槽344中的至少一个的具有空隙的二氧化硅玻璃来实现的，该空隙在整个二氧化硅玻璃中是非周期性地设置的或周期性地设置的或两者都有。这些空隙沿着光纤300的长度(即，平行于纵轴)伸展(拉长)，但不会在整根光纤的整个长度上延伸。虽然不希望受到理论限制，但是据信，空隙沿着光纤长度延伸小于几米，并且在许多情况下小于1米。本文公开的光纤可以通过利用预成型固结条件的方法制造，所述预成型固结条件有效地将大量气体捕获到固结的玻璃坯料中，从而导致在固结的玻璃光纤预制件中形成空隙。不是采取步骤去除这些空隙，而是使用所得的预制件形成其中具有空隙的光纤。在一些实施例中，这些空隙可以包含一种或多种气体，诸如氩气，氪气，CO₂，SO₂，O₂，或其混合物。在一些其他实施例中，空隙基本上不含气体。无论是否存在气体，由于存在空隙，第一低折射率芯区域314的折射率n_LIC，第一低折射率沟槽324的折射率n_LIT，第二低折射率芯区域334的折射率n_lic和第二低折射率沟槽344的折射率n_lit中的至少一个会降低。替代地或附加地，通过如本文所述的形成具有非周期性，周期性或非周期性和周期性二者都有的空隙分布的下掺杂的二氧化硅玻璃，第一低折射率芯区域314的折射率n_LIC，第一低折射率沟槽324的折射率n_LIT，第二低折射率芯区域334的折射率n_lic，第二低折射率沟槽344的折射率n_lit中的至少一个会降低。

第一低折射率沟槽324的相对折射率Δ_LIT％小于第一内包层部分325的相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_LIT％<Δ_ICL％)，且小于第一外包层部分323的相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_LIT％<Δ_OCL％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_ICL％基本上等于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％＝Δ_OCL％。在其他实施例中，相对折射率Δ_ICL％小于相对折射率Δ_OCL％并且Δ_LIT％<Δ_ICL％<Δ_OCL％。

第二低折射率沟槽344的相对折射率Δ_lit％小于第二内包层部分345的相对折射率Δ_icl％(即，Δ_lit％<Δ_icl％)，且小于第二外包层部分343的相对折射率Δ_ocl％(即，Δ_lit％<Δ_ocl％)。在一些实施例中，相对折射率Δ_icl％基本上等于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％＝Δ_ocl％。在其他实施例中，相对折射率Δ_icl％小于相对折射率Δ_ocl％并且Δ_lit％<Δ_icl％<Δ_ocl％。在第二低折射率沟槽344，第二内包层部分345和第二外包层部分343分别与第一低折射率沟槽324，第一内包层部分325和第一外包层部分323由相同材料制成的实施例中，应当理解的是，相对折射率Δ_lit％可以基本上等于相对折射率Δ_LIT％(即，Δ_lit％＝Δ_LIT％),相对折射率Δ_icl％可以基本上等于相对折射率Δ_ICL％(即，Δ_icl％＝Δ_ICL％)，且相对折射率Δ_ocl％可以基本上等于相对折射率Δ_OCL％(即，Δ_ocl％＝Δ_OCL％)。

第一段310的第一外包层323和第二段330的第二外包层343可以包括纯二氧化硅玻璃，有一种或多种增加二氧化硅玻璃的折射率的上掺杂剂的二氧化硅玻璃，或具有一种或多种降低二氧化硅玻璃的折射率的下掺杂剂的二氧化硅玻璃。合适的上掺杂剂的非限制性示例包括Ge，Ti，Al，Cl，P，GeO₂，TiO₂，P₂O₅，及其组合等。在实施例中，第一外包层323和第二外包层343中的至少一个包含Cl作为上掺杂剂。合适的下掺杂剂的非限制性示例包括F，B及其组合等等。在实施例中，第一外包层323和第二外包层343中的至少一个包含F作为下掺杂剂。

由于第一包层部分322内的第一低折射率沟槽324和第二包层部分342内的第二低折射率沟槽344的结合，本文描述的光纤300的各种实施例具有提升的弯曲性能。光纤200的宏弯曲性能可以根据如上所述的FOTP-62(JEC-60793-1-47)来确定。

在实施例中，光纤300使用常规光纤制造工艺制作具有所需结构的光纤预制件来制造。用于制作光纤预制件的工艺的非限制性示例包括外部气相沉积(OVD)，改进的化学气相沉积(MCVD)，物理化学气相沉积(PCVD)等。一旦制成，光纤预制件被拉制成具有第一段310的尺寸的光纤。具有第一段310的尺寸的光纤被夹紧且光纤的一部分被进一步向下拉制到第二段330的尺寸，其中过渡区域350位于第一段310和第二段330之间。

例如，在一个实施例中，最初可以形成光纤300，使得光纤300最初具有第一中心芯区域315，第一低折射率芯区域314，第一环形芯区域313，第一内包层部分325，第一低折射率沟槽324和第一外包层部分323。光纤300可以随后被夹紧，并且光纤的一部分被加热且进一步被拉制以产生具有第一段310和第二段330的光纤，该第一段310具有第一中心芯区域315，第一低折射率芯区域314，第一环形芯区域313，第一内包层部分325，第一低折射率沟槽324和第一外包层部分323，该第二段330具有第二中心芯区域335，第二低折射率芯区域334，第二环形芯区域333，第二内包层部分345，第二低折射率沟槽344和第二外包层部分343。在这个过程中，进一步拉制光纤相对于第一段310减小光纤300的第二段330的尺寸。特别地，第二中心芯区域335的尺寸相对于第一中心芯区域315显著减小。

参考图1B，图11和图13，高斯激光束GLB光学耦合到光纤300的入口端311，并通过第一段310朝向第二段330传播。具体地，高斯激光束GLB被引入第一中心芯区域315，并传播通过第一段310并进入过渡区域350。在高斯激光束GLB传播通过过渡区域并进入第二段330时，降低的第二中心芯区域335的尺寸无法支持高斯激光束GLB的传播，并且代替地，高斯激光束GLB的光功率在第二环形芯区域333中传播，从而将高斯激光束GLB转换为环形激光束(RSB)。环形激光束在第二环形芯区域333内传播通过第二段330。在实施例中，高斯激光束GLB的光功率的一部分维持在第二段330的第二中心芯区域335内，如图11所描述的那样。维持在第二中心芯区域335内的该部分高斯激光束GLB可以小于通过第一段310的第一中心芯区域315传播的高斯激光束GLB的10％。在实施例中，维持在第二中心芯区域335内的该部分高斯激光束GLB可以小于通过第一段310的第一中心芯区域315传播的高斯激光束GLB的10％。环形激光束RSB通过出口端331离开光纤300。高斯激光束GLB可通过透镜系统(未示出)，直接对接耦合(未示出)或熔接(未示出)被耦合到光纤300的入口端311。入射在光纤300的出口端331的环形激光束可以用自由空间体光学器件(未示出)或直接形成在出口端331上的或附接到出口端331的光纤透镜(未示出)来聚焦。在实施例中，通过使用涂料来在出口端331处覆盖第二中心芯区域335，在出口端331处在第二中心芯区域335中形成孔等方式，维持在第二中心芯区域335内的该部分高斯激光束GLB可以被阻止从出口端331离开。

图1A和图14示意性示出了用于生成(多条)非衍射和/或准非衍射激光束的光学系统400。光学系统400包括具有利用过渡区域150光学耦合到第二段130的第一段110的光纤100，如上文关于图1A和2-5所描述。应当理解的是光学系统400可以包括如关于图1A和6-9所描述的光纤200或如关于图1B和10-13所描述的光纤300而不是光纤100。为清楚起见，在图14中仅描绘了第一段110的出口端111处的第一环形芯区域113，即，第一包层部分122未示出。出口端111具有端面透镜103，其可以大大增加光纤100的出口端111的表面上的贝塞尔激光束BLB的光束尺寸，以便减轻由于入射环形激光束(RSB)的高强度引起的对出口端111的潜在的表面损坏。端面透镜103可以直接在光纤100的出口端111(未示出)上形成，或替代地，端面透镜103可以附接到光纤100的出口端111上。例如，端面透镜103可以用常规的抛光或基于激光的工艺制造，该工艺使光纤100的出口端111成形，或者通过在单独的熔融二氧化硅棒上形成所需的表面形状，然后将其熔接到光纤100的出口端111来制造。在图14的实施例中，由原始的高斯激光束GLB转换的贝塞尔激光束BLB由端面透镜103成像并投射到轴锥棱镜410上。在这些实施例中，端面透镜103具有小于10毫米(mm)的焦距。贝塞尔激光束BLB通过轴锥棱镜410，其将贝塞尔激光束BLB重新聚焦成线(激光焦线)，而不是点，并且将贝塞尔激光束BLB重新成形为“无衍射”光束420(即，成形为准非衍射光束)。在这些实施例中，贝塞尔激光束BLB的F_D值至少为10。例如贝塞尔激光束BLB的F_D值可以为10到5000。例如，至少50，至少100，至少250，至少500，至少1000，在10到2000的范围内，在50到1500的范围内，或在100到1000的范围内。

参考图1A和15，用于生成“无衍射”光束的光学系统500的另一实施例被示出。光学系统500包括具有利用过渡区域150(未示出)光学耦合到第二段130(未示出)的第一段110的光纤100。为清楚起见，在图15中仅描绘了第一段110的出口端111处的第一环形芯区域113，即，第一包层部分122未示出。应当理解的是光学系统500可以包括如关于图1A和6-9所描述的光纤200或如关于图1B和10-13所描述的光纤300而不是光纤100。由高斯激光束GLB转换为环形光束RSB的激光束由光纤100发射，并且由透镜505成像，透镜505可以是，例如球面透镜，具有不包括球体或圆柱体的部分的表面轮廓的非球面透镜等。在一些实施例中，非球面透镜可以包括锥形波前产生光学元件，诸如轴锥透镜，例如，负折射率轴锥透镜，正折射率轴锥透镜，反射轴锥透镜，衍射轴锥透镜，可编程空间光调制器轴锥透镜(例如，相位轴锥)等。在实施例中，贝塞尔激光束BLB从光纤100传播并且透镜505对贝塞尔激光束BLB重新成像，使得贝塞尔激光束BLB的直径至少比光纤100的直径D₀大十倍。成像的贝塞尔激光束BLB入射到轴锥棱镜510上，其将贝塞尔激光束BLB聚焦成线(而不是点)，并且将贝塞尔激光束BLB重新成形为所需的“无衍射”光束520(在该实施例中，成形为准非衍射光束)，形成激光焦线。

应当理解的是，当贝塞尔激光束BLB到达图14所示的轴锥棱镜410和图15所示的轴锥棱镜510，在贝塞尔激光束BLB的中心区域中的光学信号被最小化。结果，光学系统400，500的配置对于轴锥棱镜410，510的中心顶点区域的形状不敏感。这对于使用轴锥棱镜的光学系统配置特别有利，因为由于制造工艺的限制，大多数轴锥棱镜在顶点区域附近遭受质量控制问题，并且中心顶点区域可能表现如同常规透镜，这极大地劣化了“无衍射”光束的光束质量。因此，图14和图15中所示的光学系统配置有效地避免了轴锥棱镜中心顶点区域问题并产生高质量的“无衍射”光束(即，准非衍射光束)。根据该实施例，激光束的F_D值至少为10。例如，至少50，至少100，至少250，至少500，至少1000，或例如在10到2000的范围内，在50到1500的范围内，或在100到1000的范围内。

参考图1B，10-13和16，示出了用于生成“混合”高斯-贝塞尔激光束的光学系统600，该“混合”高斯-贝塞尔激光束具有“无衍射”特性和高斯特性两种特性。光学系统600包括具有利用过渡区域350光学耦合到第二段330的第一段310的光纤300。光学系统600还包括至少一个透镜605和双焦透镜610。离开光纤300的第二段330的光束具有环形部分和高斯激光束GLB部分，如本文所描述的。由光纤300发射的环形光束(RSB)部分由该至少一个透镜605重新成像，透镜605可以是，例如，球面透镜，非球面透镜等。在实施例中，环形光束RSB部分从光纤30传播并且透镜605形成贝塞尔激光束BLB，使得贝塞尔激光束BLB部分的外直径至少比光纤300的直径D₀大十倍。由透镜605形成的贝塞尔激光束BLB入射到双焦透镜610的外部上，双焦透镜610将贝塞尔激光束BLB重新成形为所需的“无衍射”光束(即，在该实施例中，成形为准非衍射光束)。同时，离开光纤300的第二段330的光束的高斯激光束GLB部分穿过该至少一个透镜并被双焦透镜610的中心部分重新成像。双焦透镜610有效地将贝塞尔激光束BLB部分和高斯激光束GLB部分组合在一起以形成混合光束620，其中混合光束620中的大部分是“无衍射”的。同样，在不期望或需要高斯激光束GLB的实施例中，高斯激光束GLB可以被涂料，孔等阻挡。

参考图1A，1B，10-13和17，示出了用于生成“混合”高斯-贝塞尔激光束的另一光学系统700，该“混合”高斯-贝塞尔激光束具有“无衍射”特性和高斯特性两种特性。光学系统700包括具有利用过渡区域350光学耦合到第二段330的第一段310的光纤300。第二段330具有有着锥形表面部分304和平坦芯区域305的端面303，使得从光纤300的端面303离开的贝塞尔激光束BLB部分和高斯激光束GLB部分具有不同的光学路径和焦点，其帮助将贝塞尔激光束BLB部分和高斯激光束GLB部分会聚和组合成单个“无衍射”的光束。光学系统700还包括至少一个透镜705和双焦透镜710。离开光纤300的第二段330的光束具有贝塞尔激光束BLB部分和高斯激光束GLB部分，如本文所描述的。由光纤300发射的贝塞尔激光束BLB部分由光纤300的端面303初始地重新成像，然后由该至少一个透镜705重新成像，透镜705可以是，例如球面透镜，非球面透镜等。在实施例中，透镜705重新成像贝塞尔激光束BLB，使得贝塞尔激光束BLB部分的外直径至少比光纤300的直径D₀大十倍。重新成像的贝塞尔激光束BLB入射在双焦透镜710的外部上，双焦透镜710将贝塞尔激光束BLB重新成形为所需的非衍射光束或准非衍射光束。同时，离开光纤300的第二段330的光束的高斯激光束GLB部分由平坦芯区域305初始地重新成像，然后通过该至少一个透镜705，并由双焦透镜710的中心部分重新成像。双焦透镜710有效地将贝塞尔激光束BLB部分和高斯激光束GLB部分组合在一起以形成混合光束720，其中混合光束720中的大部分是“无衍射”光束(准非衍射光束)。在不期望或需要高斯激光束GLB的实施例中，高斯激光束GLB可以被涂料，孔等阻挡。应当理解的是，第二段330的端面303可以简化用于聚焦从光纤300发射的光的透镜的配置束。在实施例中，端面303可以用于完全消除该至少一个透镜705和双焦透镜710。

示例

将通过以下示例进一步阐述本文所描述的实施例。

图1A和2-5所描绘的光纤100的五个示例(示例1-5)的半径和相对折射率的总结在下面的表1中示出。

表1.

	示例1	示例2	示例3	示例4	示例5
						Δ<sub>CH</sub>％	-26％	-26％	-26％	-26％	-26％
Δ<sub>AC</sub>％	0.12％	0.2％	0.34％	0.5％	1％
						Δ<sub>LIT</sub>％	-0.6％	-0.5％	-0.4％	-0.4％	0％
R<sub>0</sub>(μm)	10	20	15	25	30
						R<sub>1</sub>(μm)	15	22.5	20	32	40
R<sub>2</sub>(μm)	20	34	25	32	40
						R<sub>3</sub>(μm)	28	42.5	32	40	40
R<sub>4</sub>(μm)	125	80	75	83.3	73.5
						锥度比	0.5	0.781	0.533	0.750	0.85
r<sub>1</sub>(μm)	5.7	8.3	7.2	15.7	24.6
						r<sub>2</sub>(μm)	8.8	22.2	10.9	15.7	24.6
r<sub>3</sub>(μm)	13.2	30.2	15.4	24.6	24.6
						r<sub>4</sub>(μm)	62.5	62.5	40.0	62.5	62.5

如表1所示，对于示例1-5，通道114的相对折射率Δ_CH％为-26％。第一环形芯区域113的相对折射率Δ_AC％的范围为从0.12％到1％，第一低折射率沟槽124的相对折射率Δ_LIT％的范围为从0％到-0.6％。半径R₀的范围为从10μm到30μm；半径R₁的范围为从15μm到40μm；半径R₂的范围为从20μm到40μm；半径R₃的范围为从28μm到42.5μm；半径R4的范围为从73.5μm到125μm。第一环形芯区域113的径向厚度T_AC的范围为从2.5μm到10μm；第一内包层部分125的径向厚度T_ICL的范围为从0.0μm到12.5μm；第一低折射率沟槽124的径向厚度T_LIC的范围为从0.0μm到8.5μm；第一外包层部分123的径向厚度T_OCL的范围为从33.5μm到100μm。

第一段110和第二段130之间的锥度比的范围为从0.5到0.85。第二芯部分132的相对折射率Δ_c％和第二低折射率沟槽144的相对折射率Δ_lit％基本上分别等于第一环形芯区域113的相对折射率Δ_AC％和第一低折射率沟槽124的相对折射率Δ_LIT％。半径r₁的范围为从5.7μm到24.6μm；半径r₂的范围为从8.8μm到24.6μm；半径r₃的范围为从13.2μm到30.2μm；以及半径r₄的范围为从40μm到62.5μm。第二内包层部分145的径向厚度t_icl的范围为从0.0μm到13.9μm；第二低折射率沟槽144的径向厚度t_lic的范围为从0.0μm到8.9μm；以及第二外包层部分143的径向厚度t_ocl的范围从24.6μm to 49.3μm。

图1A和6-9所描绘的光纤200的三个示例(示例6-8)的半径和相对折射率的总结在下面的表2中示出。

表2.

	示例6	示例7	示例8
				Δ<sub>LIC</sub>％	-0.5％	-0.5％	0％
Δ<sub>AC</sub>％	0.34％	0.5％	1％
				Δ<sub>LIT</sub>％	-0.5％	-0.4％	0％
R<sub>0</sub>(μm)	3	5	4
				R<sub>1</sub>(μm)	10	12	10
R<sub>2</sub>(μm)	18	12	10
				R<sub>3</sub>(μm)	30	12	10
R<sub>4</sub>(μm)	125	125	125
				锥度比	0.5	0.4	0.32
r<sub>0</sub>(μm)	1.5	2.0	1.3
				r<sub>1</sub>(μm)	5.0	4.8	3.2
r<sub>2</sub>(μm)	9.0	4.8	3.2
				r<sub>3</sub>(μm)	15.0	4.8	3.2
r<sub>4</sub>(μm)	62.5	50.0	40.0

如表2所示，第一低折射率沟槽214的相对折射率Δ_LIC％的范围为从0％到-0.5％；第一环形芯区域213的相对折射率Δ_AC％的范围为从0.34％到1％以及第一低折射率沟槽224的相对折射率Δ_LIT％的范围为从0％到-0.5％。对于示例6-8，半径R₀的范围为从3μm到5μm；半径R₁的范围为从10μm到12μm；半径R₂的范围为从10μm到18μm；半径R₃的范围为从10μm到30μm；半径R₄为125μm。第一环形芯区域213的径向厚度T_AC的范围为从6μm到7μm；第一内包层部分225的径向厚度T_ICL的范围为从0.0μm到8μm；第一低折射率沟槽224的径向厚度T_LIC的范围为从0.0μm到12μm；以及第一外包层部分223的径向厚度T_OCL的范围为从95μm到115μm。

第一段210和第二段230之间的锥度比的范围为从0.32到0.5。第二低折射率芯区域234的相对折射率Δ_lic％，第二环形芯区域233的相对折射率Δ_ac％，以及第二低折射率沟槽244的相对折射率Δ_lit％基本上分别等于第一低折射率芯区域214的相对折射率Δ_LIC％，第一环形芯区域213的相对折射率Δ_AC％以及第一低折射率沟槽224的相对折射率Δ_LIT％。半径r₀的范围为从1.3μm到2μm；半径r₁的范围为从3.2μm到5μm；半径r₂的范围为从3.2μm到9μm；半径r₃的范围为从3.2μm到15μm；以及半径r₄的范围为从40μm到62.5μm。第二环形芯区域233的径向厚度t_ac的范围为从1.9μm到3.5μm；第二内包层部分245的径向厚度t_icl的范围为从0.0μm到4μm；第二低折射率沟槽244的径向厚度t_li。的范围为从0.0μm到6μm；以及第二外包层部分243的径向厚度t_ocl的范围为从36.8μm到47.5μm。

图1B和10-13所描绘的光纤300的三个示例(示例9-11)的半径和相对折射率的总结在下面的表3中示出。

表3.

	示例9	示例10	示例11
				Δ<sub>CC</sub>％	0.34％	0.1％	0.2％
Δ<sub>LIC</sub>％	0％	-0.2％	0％
				Δ<sub>AC</sub>％	0.5％	0.75％	1％
Δ<sub>LIT</sub>％	-0.5％	-0.4％	0％
				R<sub>00</sub>(μm)	4	6	7
R<sub>0</sub>(μm)	9	12	20
				R<sub>1</sub>(μm)	15	22	30
R<sub>2</sub>(μm)	20	22	30
				R<sub>3</sub>(μm)	30	50	30
R<sub>4</sub>(μm)	125	125	125
				锥度比	0.5	0.4	0.5
r<sub>00</sub>(μm)	2.0	2.4	3.5
				r<sub>0</sub>(μm)	4.5	4.8	10.0
r<sub>1</sub>(μm)	7.5	8.8	15.0
				r<sub>2</sub>(μm)	10.0	8.8	15.0
r<sub>3</sub>(μm)	15.0	20.0	15.0
				r<sub>4</sub>(μm)	62.5	50.0	62.5

如表3所示，第一中心芯区域315的相对折射率Δ_CC％的范围为从0.1％到0.34％，第一低折射率芯区域314的相对折射率Δ_LIC％的范围为从0％到-0.2％，第一环形芯区域313的相对折射率Δ_AC％的范围为从0.5％到1％；并且第一低折射率沟槽324的相对折射率Δ_LIT％的范围为从0％到-0.5％。对于示例7-9，半径R₀₀的范围为从4μm到7μm；半径R₀的范围为从9μm到20μm；半径R₁的范围为从15μm到30μm；半径R₂的范围为从20μm到30μm；半径R₃的范围为从30μm到50μm；以及半径R₄为125μm。第一低折射率芯区域314的径向厚度T_LIC的范围为从5μm到13μm；第一环形芯区域313的径向厚度T_AC的范围为从6μm到10μm；第一内包层部分325的径向厚度T_ICL的范围为从0.0μm到5μm；第一低折射率沟槽324的径向厚度T_LIC的范围为从0.0μm到28μm；以及第一外包层部分323的径向厚度T_OCL的范围为从75μm到95μm。

第一段310和第二段330之间的锥度比的范围为从0.4到0.5。第二中心芯区域335的相对折射率Δ_cc％，第二低折射率芯区域334的相对折射率Δ_lic％，第二环形芯区域333的相对折射率Δ_ac％，以及第二低折射率沟槽344的相对折射率Δ_lit％基本上分别等于第一中心芯区域315的相对折射率Δ_CC％，第一低折射率芯区域314的相对折射率Δ_LIC％，第一环形芯区域313的相对折射率Δ_AC％以及第一低折射率沟槽324的相对折射率Δ_LIT％。半径r₀₀的范围为从2μm到3.5μm；半径r₀的范围为从4.5μm到10μm；半径r₁的范围为从7.5μm到15μm；半径r₂的范围为从8.8μm到15μm；半径r₃的范围为从15μm到20μm；以及半径r₄的范围为从50μm到62.5μm。第二低折射率芯区域334的径向厚度t_lic的范围为从2.4μm到6.5μm；第二环形芯区域333的径向厚度t_ac的范围为从3μm到5μm；第二内包层部分345的径向厚度t_icl的范围为从0.0μm到2.5μm；第二低折射率沟槽344的径向厚度t_lic的范围为从0.0μm到11.2μm；以及第二外包层部分343的径向厚度t_ocl的范围为从30μm到47.5μm。

基于上文所述，现在应当理解的是本文所描述的光纤将高斯激光束转换为贝塞尔激光束。还应当理解的是，光纤具有相对低的弯曲损耗。光纤尤其适合于需要大焦深的应用，诸如激光检查技术，激光加工技术等。

对本领域的技术人员显而易见的是，可对本文描述的实施例作出各种修改和变化而不背离要求保护的主题的精神和范围。由此，旨在使说明书覆盖本文描述的各实施例的多种修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求书及其等效方案的范围内。

Claims (20)

1.一种光纤，包括：

第一段，包括：

第一芯部分，具有距离所述光纤的轴向中心线的半径R₁，所述第一芯部分包括中心位于所述光纤的所述轴向中心线上的第一环形芯区域，且所述第一环形芯区域具有内半径R₀和第一径向厚度T_AC＝R₁–R₀；以及

第一包层部分，围绕所述第一芯部分延伸，所述第一包层部分具有径向厚度T_CL，所述第一环形芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_AC％；

第二段，包括：

第二芯部分，具有距离所述光纤的所述轴向中心线的半径r₁，其中，所述第二芯部分的至少一部分光学耦合到所述第一环形芯区域，且所述半径R₁大于所述半径r₁；以及

第二包层部分，围绕所述第二芯部分延伸，所述第二包层部分具有小于所述第一包层部分的所述径向厚度T_CL的径向厚度t_cl，所述第二芯部分具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_c％，其中，Δ_AC％基本上等于Δc％。

2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第一段利用过渡区域光学耦合到所述第二段。

3.如权利要求1或2所述的光纤，其特征在于，所述第一段具有第一外直径D₀，所述第二段具有第二外直径d₀，且所述第一外直径D₀大致等于所述第二外直径d₀。

4.如权利要求1-3中任一项所述的光纤，其特征在于，所述第一段具有第一外直径D₀，所述第二段具有第二外直径d₀，且所述第一外直径D₀大于所述第二外直径d₀。

5.如权利要求1-4中任一项所述的光纤，其特征在于，所述第一环形芯区域被设置成围绕延伸通过所述第一段的至少一部分的通道。

6.如权利要求1-5中任一项所述的光纤，其特征在于，Δ_AC％为从约0.2％到约1.0％。

7.如权利要求1-6中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一包层部分包括第一外包层区域和第一低折射率沟槽，所述第一低折射率沟槽设置在所述第一芯部分和所述第一外包层区域之间；并且

所述第二包层部分包括第二外包层区域和第二低折射率沟槽，所述第二低折射率沟槽设置在所述第二芯部分和所述第二外包层区域之间。

8.如权利要求1-7中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一低折射率沟槽与所述第一芯部分被第一内包层部分分隔开；并且

所述第二低折射率芯沟槽与所述第二芯部分被第二内包层部分分隔开。

9.如权利要求1-8中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一内包层部分的径向厚度大于或等于1μm且小于或等于15μm；并且

所述第二内包层部分的径向厚度大于或等于1μm且小于或等于20μm。

10.如权利要求1-9中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一低折射率沟槽具有大于或等于约80％-μm²且小于或等于约200％-μm²的沟槽体积V_LIT；并且

所述第二低折射率沟槽具有大于或等于约40％-μm²且小于或等于约110％-μm²的沟槽体积v_lit。

11.如权利要求1-10中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一芯部分进一步包括第一低折射率芯区域，所述第一低折射率芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_LIC％，其中，所述第一低折射率芯区域被设置在所述第一环形芯区域内且Δ_AC％大于Δ_LIC％；并且

所述第二段的所述第二芯部分包括：

第二环形芯区域，中心位于所述光纤的所述轴向中心线上且具有内半径r₀和径向厚度t_ac＝r₁–r₀，所述第二环形芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_ac％，其中，Δ_ac％等于Δ_c％；以及

第二低折射率芯区域，具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_lic％，其中，所述第二低折射率芯区域被设置在所述第二环形芯区域内，且Δ_ac％大于Δ_lic％，且Δ_AC％基本上等于Δ_ac％。

12.如权利要求1-11中任一项所述的光纤，其特征在于，至少所述第二环形芯区域光学耦合到所述第一环形芯区域。

13.如权利要求1-12中任一项所述的光纤，其特征在于：

所述第一芯部分进一步包括第一中心芯区域，所述第一中心芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_CC％，其中，所述第一中心芯区域被设置在所述第一环形芯区域内，且与所述第一环形芯区域被所述第一低折射率芯区域分隔开，且Δ_LIC％小于Δ_CC％；并且

所述第二芯部分进一步包括第二中心芯区域，所述第二中心芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_cc％，其中，所述第二中心芯区域被设置在所述第二环形芯区域内，且与所述第二环形芯区域被所述第二低折射率芯区域分隔开，且Δ_lic％小于Δ_cc％。

14.如权利要求1-13中任一项所述的光纤，其特征在于，所述第一环形芯区域的相对折射率Δ_AC％大于或基本上等于所述第一中心芯区域的相对折射率Δ_CC％，且所述第二环形芯区域的相对折射率Δ_ac％大于或基本上等于所述第二中心芯区域的相对折射率Δ_cc％。

15.一种光纤，包括：

第一段，包括：

第一芯部分，包括第一中心芯区域、第一环形芯区域，和第一低折射率芯区域，其中，所述第一中心芯区域被设置在所述第一环形芯区域内，且与所述第一环形芯区域被所述第一低折射率芯区域分隔开；以及

第一包层部分，围绕所述第一芯部分延伸，所述第一中心芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_CC％，所述第一环形芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_AC％，且所述第一低折射率芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_LIC％，其中，Δ_LIC％小于Δ_CC％和Δ_AC％；

第二段，包括：

第二芯部分，包括第二中心芯区域、第二环形芯区域，和第二低折射率芯区域，其中，所述第二中心芯区域被设置在所述第二环形芯区域内，且与所述第二环形芯区域被所述第二低折射率芯区域分隔开，其中至少所述第二中心芯区域光学耦合到所述第一环形芯区域；以及

第二包层部分，围绕所述第二芯部分延伸，所述第二中心芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_cc％，所述第二环形芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_ac％，且所述第二低折射率芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_lic％，其中，Δ_lic％小于Δ_cc％和Δ_ac％。

16.如权利要求15所述的光纤，其特征在于，所述第一段利用过渡区域光学耦合到所述第二段，所述第一段具有第一外直径D₀，所述第二段具有第二外直径d₀，其中，所述第一外直径D₀大于所述第二外直径d₀，所述。

17.一种光学系统，包括：

激光光源，发射具有高斯分布的输出光束；以及

光纤，耦合到所述激光光源的所述输出光束，所述光纤包括：

第一段，具有第一外直径D₀；

第二段，具有第二外直径d₀，其中，所述第一外直径D₀大于所述第二外直径d₀，且所述第二外直径d₀与所述第一外直径D₀的比率大于或等于0.2且小于或等于0.9；以及

过渡区域，与所述第一段和所述第二段一体形成并光学耦合所述第一段和所述第二段，其中，所述第一段包括第一芯部分，所述第一芯部分具有光学耦合到所述第二段的第二芯部分的第一环形芯区域，所述光纤将所述激光光源的所述输出光束从所述高斯分布转换到贝塞尔分布。

18.如权利要求17所述的光学系统，所述第一段进一步包括：

第一包层部分，围绕所述第一芯部分延伸；

所述第一芯部分包括设置在所述第一环形芯区域内的第一低折射率芯区域，其中，所述第一环形芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_AC％，且所述第一低折射率芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_LIC％，其中，Δ_LIC％小于Δ_AC％；

所述第二段进一步包括：

第二包层部分，围绕所述第二芯部分延伸，所述第二芯部分包括第二环形芯区域和设置在所述第二环形芯区域内的第二低折射率芯区域，其中，所述第二环形芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_ac％，且所述第二低折射率芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_lic％，其中，Δ_lic％小于Δ_ac％，其中，Δ_AC％与Δ_ac％基本上相同。

19.如权利要求17或18所述的光学系统，所述第一包层部分进一步包括：

第一外包层区域、第一低折射率沟槽，所述第一低折射率沟槽设置在所述第一外包层区域内且与所述第一芯部分被第一内包层部分分隔开，所述第一低折射率沟槽具有相对于所述第一外包层区域的相对折射率Δ_LIT％，且所述第一内包层部分具有相对于所述第一外包层区域的相对折射率Δ_ICL％，其中，Δ_AC％大于Δ_ICL％且Δ_ICL％大于Δ_LIT％。

所述第二包层部分进一步包括：

第二外包层区域、第二低折射率沟槽，所述第二低折射率沟槽设置在所述第二外包层区域内且与所述第二芯部分被第二内包层部分分隔开，所述第二低折射率沟槽具有相对于所述第二外包层区域的相对折射率Δ_lit％，且所述第二内包层部分具有相对于所述第二外包层区域的相对折射率Δ_icl％，其中，Δ_ac％大于Δ_icl％且Δ_icl％大于Δ_lit％。

20.如权利要求17-19中任一项所述的光学系统，所述第一段进一步包括：

第一包层部分，围绕所述第一芯部分延伸；

所述第一芯部分包括设置在所述第一环形芯区域内的第一中心芯区域，所述第一环形芯区域与所述第一中心芯区域被第一低折射率芯区域分隔开，其中，所述第一中心芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_CC％，所述第一环形芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_AC％，且所述第一低折射率芯区域具有相对于所述第一包层部分的相对折射率Δ_LIC％，其中，Δ_AC％大于或基本上等于Δ_CC％，且Δ_CC％大于Δ_LIC％；

所述第二段进一步包括：

第二包层部分，围绕所述第二芯部分延伸，所述第二芯部分包括设置在第二环形芯区域内的第二中心芯区域，所述第二环形芯区域与所述第二中心芯区域被第二低折射率芯区域分隔开，其中，所述第二中心芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_cc％，所述第二环形芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_ac％，且所述第二低折射率芯区域具有相对于所述第二包层部分的相对折射率Δ_lic％，其中，Δ_ac％大于或基本上等于Δ_cc％，且Δ_cc％大于Δ_lic％。