CN110832371A - 一种光源组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光源组件，其具有N个输出。该组件包括:光源装置，其被布置用于将光提供到M个输入，其中M和N彼此独立地是整数，并且M≥2以及M≤N；至少一个光耦合器，每个具有至少一个输入臂和多个输出臂；以及整数P个模式加扰器；光源装置可以包括宽带光源以及多模耦合器，其被配置用于从光源装置接收一个或多个光束，其中所述一个或多个光束从所述宽带光源导出，并且其中模式加扰器被布置用于在所述光束中的一束进入多模耦合器之前对其进行模式加扰。

Description

一种光源组件
技术领域
本发明涉及一种例如用于照明和/或感测目的的光源组件。
背景技术
在许多光学系统中，期望在几个位置同时提供光束和/或传送具有所需光谱组成和/或轮廓的光。
对宽带光源，例如用于照明和/或感测目的的超连续谱光源的使用被描述于例如US6,796,699中。来自宽带源的光可以例如在被应用于照明和/或感测之前被滤波，例如波长滤波和/或偏振滤波。对于一些应用，传送宽带光的两个或更多部分光，例如几个不同波长光谱的光束或具有包括两个或更多波长峰值的光谱的光束用于照明和/或感测可能是有利的。具有包括两个或更多波长的光谱的光束可以包括，例如，在500至600nm区间内的第一波长峰值和在700至850nm区间内的第二峰值。
WO16206700A1公开了一种适于将宽带光或其所选部分传送到照明和/或感测位置的传送光纤组件。在一个实施例中，公开了宽带的一些部分可以被滤除并在熔接光纤组合器中组合，以便由传送光纤传送。
发明内容
本发明可以提供一种用于提供光，特别是用于照明和/或感测目的，例如用于校准和/或测试光系统的新的解决方案。
在一个实施例中，一个目的是提供一种稳定和鲁棒的光源组件，该光源组件适合于同时在几个位置处提供光和/或以所需的光谱组成和/或轮廓传送光。
在一个实施例中，光源组件基于一系列耦合器，例如熔接光纤耦合器，和至少一个位于之间的加扰器，用于提供至少两个输入光束的均匀分布，这样的输入光束包括不同的波长。
在一个实施例中，光源组件包括宽带光源，用于将所选择的光部分的光传送到一个或多个使用位置，其中布置一个用于滤除至少一个波长区间的滤波器，该波长区间在一个加扰器中被加扰并在一个组合器中与至少一个其它光束组合。
在一个实施例中，已经发现，通过在熔接光纤耦合器中耦合之前对输入光束进行加扰，可以实现非常有效和稳定的耦合，同时在输出光束上斑点图案的形成是非常少或甚至不存在的。
已经发现，本发明和/或其实施例具有许多附加的优点，这对于本领域技术人员来说从下面的描述中将是显而易见的。
因此，已经发现，可以获得到多个输出光部分的有效光分布，并且由于本发明，输出光部分之间的光强度变化可以很小或者甚至不存在，因此在一个实施例中，输出光部分可以具有基本相等的光强度。
术语“光”是指至少一束光，并且可以包括两束或更多束光。短语“光束(beam oflight)”和“光束(light beam)”可互换地使用。
术语“光部分”是指光的一部分，例如来自光源装置的光的一部分。术语“输出光部分”是从光源装置馈送到光源组件并形成来自光源组件的输出的光的一部分。
除非另有说明或从上下文中清楚得知，术语“基本上”是指包括通常的测量不确定度，或产品偏差和公差，以较大者为准。
短语“基本上相等”在此应被认为是指包括在测量容差内的变化。
术语“光强度”在此是指以瓦特每平方米(W/m2)或mW/μm2测量的辐射量。术语光功率和光强度可互换使用，除非另有说明或从上下文中清楚得知。
应该强调的是，术语“包括/包含”在这里使用时应解释为开放性术语，即，应当认为指定特定所述特征的存在，例如元素、单元、整数、步骤、组分及其组合，但不排除一个或更多个其它所述特征的存在或添加。
除非上下文另有说明或要求，在整个说明书或权利要求中，单数包括复数。
术语“纤芯”和“纤芯区”可互换使用，术语“包层”和“包层区”可互换使用。
“一个实施例”应当解释为包括本发明的例子，包括所述实施例的特征。
本发明的所有特征和这里所述的本发明的实施例，包括区间和优选区间，可以在本发明的范围内以各种方式组合，除非有不组合这些特征的具体原因。
在第一方面，光源组件包括多个进行光通信的耦合器并且具有输入和输出，其中光源装置被布置用于向输入提供光，并且经由输出获得输出光部分。
在第一方面的实施例中，光源组件具有N个输出，其中N是整数。所述光源组件包括:
·光源装置，其被布置为向M个输入提供光，其中M是整数，并且其中M≥2并且M≤N；
·多个光耦合器，每个光耦合器具有至少一个输入臂和多个输出臂；和
·整数P个模式加扰器。
在第一方面中，在一个实施例中，期望M>2和M<N。
多个光耦合器被布置成将提供给M个输入的光分配给N个输出，其中N个输出中的每一个包含有提供给M个输入中的每一个的光。
对于M个输入中的至少一个，在光源和M个输入中的所述至少一个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器中的各自的模式加扰器，并且其中所述P个模式加扰器中的至少一个模式加扰器被布置在所述多个光耦合器中的一个光耦合器的输出臂和所述多个光耦合器中的不同的光耦合器的输入臂之间的光通信路径中。
因此，在第一方面，光源组件提供了一种有效且相对便宜的系统，用于将光均匀地分配到N个输出。已经发现，N个输出中的一个或多个，或者甚至所有输出可能具有令人惊讶的低斑点图案形成，或者甚至没有不利的斑点图案形成。在现有技术的照明系统中，这种斑点图案的形成通常是一个问题。
短语“没有不利的斑点图案形成”用于表示斑点图案的形成处于这样的低水平以至于它实际上不影响光源组件的使用。
在一个实施例中，光源组件被配置为使得对于多个M个输入，在光源装置和各自的M个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器中的各自的模式加扰器。为了增强模式加扰，对于至少两个，例如对于所有M个输入，在光源组件和各自的M个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器中的各自的模式加扰器可能是有利的。
对于有成本效益的配置，期望M个输入是光耦合器的第一耦合器的输入臂。原则上，第一耦合器可以具有尽可能多的实际可能的输入。因此，在一个实施例中，输入的数量越多，耦合器就需要越长以用来确保有效的耦合。有利地，M为从2到10，例如从2到4。
在一个实施例中，第一耦合器的输出臂经由光通信路径与光耦合器的第二线路耦合器的输入臂进行光通信，优选地，光通信路径是包括有模式加扰器的光通信路径。
术语“第二线路耦合器(second line coupler)”在此用于表示被布置用于接收从第一耦合器或第一线路耦合器导出的光的耦合器。如果存在多于一个的第一耦合器，则这些第一耦合器中的每一个被称为第一线路耦合器。同样地，术语“第三线路耦合器”是接收从第二线路耦合器导出的光的耦合器，诸如此类。
在一个实施例中，光源组件包括两个或更多个第一线路耦合器。
在一个实施例中，第一耦合器的两个或更多个输出臂中的每一个经由光通信路径与光耦合器的第二线路耦合器的输入臂进行光通信。优选地，每个光通信路径包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器。由此，从第一耦合器接收的光再次经受模式加扰，以及从而确保在N个输出处的光强度的甚至更高的均匀性。有利地，第一耦合器的输出臂与各自的第二线路耦合器的输入臂光通信。有利地，第二线路耦合器基本相同，即它们具有基本相等的功能。
在一个实施例中，至少一个第二线路耦合器的输出臂经由光通信路径与光耦合器的第三线路耦合器的输入臂进行光通信。优选地，光通信路径是包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器的光通信路径。有利地，第二耦合器的输出臂与各自的第三线路耦合器的输入臂光通信。有利地，第三线路耦合器基本相同，即它们具有基本相同的功能。优选地，每个第二线路耦合器的每个输出臂与相应第三线路耦合器的各自的输入臂进行光通信。
在一个实施例中，第二线路耦合器的两个或更多个输出臂中的每一个经由光通信路径与光耦合器的第三线路耦合器的输入臂进行光通信。优选地，每个光通信路径包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器。
以相同或对应的方式，光源组件可以包括多个另外的线路耦合器，例如至少一个第三线路耦合器，例如至少一个第四线路耦合器，例如至少一个第五线路耦合器。优选地，P个模式加扰器中的各自的模式加扰器位于较低编号的线路耦合器和较高编号的线路耦合器之间的各自的光通信路径中。
原则上，加扰器可以彼此相等或不同。然而，通常希望设置在输入臂上的至相同线路编号的耦合器的加扰器基本相同，即加扰器具有基本相等的功能。
有利地，光耦合器的臂是光纤臂。光耦合器优选的是熔接光纤耦合器和/或A×B多模组合器，其中A和B彼此独立地可以是任何整数，并且分别代表输入臂和输出臂。
熔接光纤耦合器可以是例如任何标准熔接耦合器，例如由加拿大OZoptics销售的耦合器。
A×B多模组合器的例子是由中国深圳的朗光科技(LightcommTechnology)公司销售的多模光纤组合器。这种多模光纤组合器通常被设计用于高功率光纤激光器应用，并且通常被用于将两个或多个泵浦激光器组合成一个或多个多模输出光纤。这种多模光纤组合器可用于分束光以代替组合光或在组合光之后用于分束光。
耦合器可以独立地选自优选地具有m个输入臂和n个输出臂的耦合器。原则上，整数m和n可以以实际可能尽可能多，优选地，m是1，2，3，4，5，6或7，n是2，3，4，5，6或7。
原则上，耦合器可以彼此相等或不同。然而，通常希望相同线路编号的耦合器基本相同，即它们具有基本相同的功能。
有利地，耦合器包括至少一个2×2耦合器，可选地，所有剩余的耦合器都是1×n耦合器，并且n是2，3，4，5或6，优选为2。所述至少一个2×2耦合器优选为第一耦合器。
为了有效地将来自光源装置的光分成相对高数量的输出光部分，期望一个或多个耦合器，例如所有的耦合器被布置用于相对于其输出臂之间的光强度基本均匀地分配输入光，例如相对于最高光强度的光特征相差10％或更小，例如相差5％或更小，例如相差2％或更小。
有利地，一个或多个耦合器中的每一个是包括有多模臂的多模耦合器。
在一个实施方案中，N至少为4，例如5到40，例如6到32，例如8到16，例如2倍于M。
有利地，M≤P＜N，优选地，P为至少2，例如至少3。优选地，P最多为输入臂的总数。
加扰器可以有利地选自“阶跃-渐变-阶跃(Step-Graded-Step)”模式加扰器和“具有弯曲的阶跃折射率(Step Index with Bends)”模式加扰器。然而，原则上可以应用任何能够对光进行加扰的模式加扰器。
阶跃-渐变-阶跃模式加扰器可以是例如包括阶跃折射率分布、渐变折射率分布和另一阶跃折射率分布的光纤的熔接级联的组件。每个片段可以是从1cm到大约1米长或甚至更长。
具有弯曲的阶跃折射率模式的加扰器可以是例如具有一系列小半径弯曲的阶跃折射率多模光纤和/或压靠在具有高粗糙度的表面上的光纤。
第一方面的光源装置包括至少一个光源，但是应当理解，该光源装置可以包括所期望数量的尽可能多的光源，即，LED阵列。在一个实施例中，光源装置可选地包括两个或更多个激光光源。
光源可以是窄带的(例如，跨越最高达到约50nm)或宽带的(例如，跨越大于50nm)。在一个实施例中，光源装置包括跨越至少100nm，例如至少500nm的光源。光源可以包括超连续谱光源。光源可以有利地跨越至少一个倍频程(octave)。
光源的带宽或跨度被确定为包括具有至少为10μW/nm的光谱强度的波长。
来自光源的光可以是脉冲的或者其可以是连续光束。
光源装置可以包括一个或多个附加光学元件，例如一个或多个光学滤波器，一个或多个放大器和/或一个或多个光束成形元件。这些一个或多个光学元件可以有利地形成一个或多个光束调节器的一部分。
在一个实施例中，光源装置可以包括选自光纤激光器、LED、固态激光器、半导体激光器或其任意组合的光源。光源装置可选地包括两个或更多个激光器。
在第二方面，光源组件包括光源装置，光源装置包括宽带光源和多模耦合器，多模耦合器被配置为从光源装置接收一束或多束光束，其中所述一束或多束光束从所述宽带光源导出，并且其中模式加扰器被布置用于在所述光束进入所述多模耦合器之前对所述光束中的一束光束进行模式加扰。
因此，第二方面的光源组件被配置为有效地分配宽带光以获得多个输出光部分。由于本发明，一个或多个或全部输出光部分可以具有非常低的斑点，甚至没有不利的斑点图案形成。
第二方面的多模耦合器可以如上述第一方面的耦合器。在一个实施例中，多模耦合器是包括至少两个输入臂和至少两个输出臂的多模熔接耦合器。
在一个实施例中，一个或多个多模耦合器被设计为50/50耦合器。至少一种耦合器优选地是渐变折射率耦合器，或阶跃折射率耦合器，优选地具有至少约100μm，例如至少约200μm的纤芯。
在一个实施例中，光源组件被配置为使得所述光束中的至少一束从宽带光源导出，并且通过自由空间耦合从光源装置可选地并且优选地经由模式加扰器传送到多模耦合器。
在一个实施例中，光源组件被配置为使得至少一束光束从宽带光源导出，并且至少部分地通过耦合到多模耦合器的光纤从光源装置可选地并且优选地经由模式加扰器传送。
短语“来自光源的光束”是指来自光源的整个光束，或其任何部分，例如波长滤波部分，偏振滤波部分，和/或由任何其它光束操纵和/或分束装置得到的部分。光束，例如一部分光，可以例如使用光束调节器而被获得，例如如上所述的第一方面。
在第二方面，模式加扰器可以是任何类型的模式加扰器，例如，如第一方面所述的模式加扰器。在一个实施例中，模式加扰器是模式加扰部件，例如基于非光纤的模式加扰部件。
在一个实施例中，模式加扰器是光纤模式加扰器。所述光纤模式加扰器可以被布置在多模光纤处或形成所述多模光纤的一部分，所述多模光纤光学地连接到所述模式加扰器的输入臂。
在一个实施例中，在光源组件包括至少一个宽带光源的条件下，光源组件如上面第一方面所述。有利地，所述宽带光源被配置用于产生跨越至少100nm，例如至少500nm，例如至少800nm的宽带光，所述宽带光具有至少10μW/nm的光谱强度。优选地，所述宽带光源为超连续谱光源。
光源装置可以包括任何类型的光束调节器。在一个实施例中，光源装置包括波长滤波器，其用于滤波来自宽带光源的光，以提供来自宽带光源的一束或多束光束中的经滤波的光束。加扰器被有利地配置为在滤波光束进入耦合器之前接收并加扰滤波光束。
在一个实施例中，光源装置包括光学滤波器，例如吸收玻璃滤波器，具有电绝缘涂层的基于干涉的滤波器、光栅、法布里-珀罗干涉仪、基于棱镜的滤波器、带通滤波器、陷波滤波器和/或它们的任意组合。光源装置可以包括两个或更多个光学滤波器。
该滤波器可以有利地是可调谐滤波器。
在一个实施例中，光源装置包括波长滤波器，例如带通滤波器，例如AOTF(声光可调谐滤波器)，波长滤波器优选为波长可调谐的。在一个实施例中，AOTF被配置为滤除来自宽带源的光束的两个或更多波长区间。光源装置可以包括两个或更多个波长滤波器。
在一个实施例中，光源装置包括两个波长滤波器，其被布置用于滤除来自宽带光源的输入光束的两个或更多波长区间。光源装置优选地包括分束器，该分束器被布置成将来自宽带光源的输入光束分成两个光束部分，波长滤波器被布置成对各自的光束部分进行滤波。
在一个实施例中，光源装置包括波长组合器，例如波分复用器(WDM)。在一个实施例中，波长组合器可选地被配置用于组合来自一个或多个波长滤波器的光，和/或来自一个或多个光源的未滤波的光。
波长组合器有时也被称为光谱光束组合器或非相干光束组合器，并且被配置用于组合包括不同波长的光束。
在一个实施例中，波长组合器被配置为组合两个或更多个高功率激光束，以便获得不仅具有相应更高功率的，并且具有大致维持的光束质量从而具有增加的亮度(功率)的单个光束。
在一个实施例中，波长组合器被配置为组合具有不同(例如，不重叠)光学波长谱的两个或多个光束，优选地确保波长在相同方向上的传播。
在一个实施例中，波长组合器被布置成接收和组合来自两个不同光源的光，例如来自两个或多个二极管的光，例如来自二极管阵列的光。
在一个实施例中，波长组合器被设置成接收和组合具有不同(例如，不重叠)波长谱的光束，例如来自不同光源的光束。
在一个实施例中，波长组合器被设置成接收和组合来自一个或多个波长滤波器的光束，例如来自被布置成过滤来自超连续谱光源的光的一个波长滤波器的光束。例如，在所述光束是来自滤波超连续谱光源的光束的情况下，波长组合器可以被设置成接收和组合具有不同(例如，不重叠)波长谱的光束。
例如，所述宽带光源可以是超连续谱光源和滤除具有第一波长区间的光束的第一滤波器，以及滤除具有第二波长区间的第二光束的第二滤波器，并且所述光源装置包括被布置用于组合所述第一光束和所述第二光束的组合器。
在一个实施例中，光源装置被配置为对来自宽带光源的光进行滤波，以提供来自宽带光源的一束或多束光束中的两个或多个滤波光束，并且模式加扰器被布置用于在各自的滤波光束进入多模耦合器之前对它们进行模式加扰。
光源和/或滤波器的各种组合可以形成光源装置的一部分，其确保光源组件的高度灵活性。特别地，宽带光源和一个或多个波长滤波器以及可选的波长组合器的组合是有利的，因为所述光源组件可以被配置为传送具有期望的和选择的波长谱的光，可选地用于滑动(即，扫描)通过光谱(例如，用于感测装置中)。
在一个实施例中，所述光源装置包括至少一个附加光源，所述附加光源被布置用于向所述多模耦合器提供另一光束。附加光源可以是任何类型的光源，例如单模光源或多模光源，窄带光源或宽带光源。光源组件优选地包括模式加扰器，该模式加扰器被配置用于在另一光束进入熔接耦合器之前对该另一光束进行模式加扰。
有利地，宽带光源是单模光源或少模(few moded)光源。例如，在一个实施例中，光源可以具有每个偏振方向多达20个导模，例如在第一经滤波的光束的峰值波长处确定的每个偏振方向多达10个导模。有利地，宽带光源是高功率光源，例如峰值功率为1kW或更大的光源。
加扰器被有利地配置为增加从宽带光源导出的一个或多个光束中的受激励模式的数量。优选地，提供给耦合器的导出和加扰的光束包括多于100个模式，例如多于150个模式。
在一个实施例中，从宽带光源导出并在模式加扰器中被加扰的一束或多束光束中的每一束具有在加扰器中加扰之前的第一光束M2因子，和被加扰之后的第二光束M2因子，其中第二光束M2因子大于第一光束M2因子，例如约至少大10％，例如约至少大50％，例如约至少大100％或甚至至少大500％。
因此，所述光源组件确保具有相对低的M2因子的光束分布到具有基本相等的光强度的几个输出光部分中。
M2因子，也称作光束质量因子或光束传播因子，是激光束光束质量的常用量度。光束M2因数可以根据ISO标准11146来确定。因此，已经发现，通过降低光源装置的光源的光束质量(增加光束M2因子)，光在输出处的光强度可以更均匀地分布。
在一个实施例中，从宽带光源光束导出的所述一个或多个光束具有高达约50nm，例如高达约20nm，例如高达约10nm，例如高达约5nm的带宽。
在一个实施例中，来自耦合器的至少一个输出臂的光束被引导到另一个耦合器，以被分成两个或更多个子光束，例如以上在第一方面所述的包括第二线路耦合器和可选的另外的线路耦合器。
在一个实施例中，多模耦合器包括一对输出臂，光源组件还包括至少两个另外的多模耦合器，每个具有一对输入臂和一对输出臂，这样的另外的多模耦合器的两个中的每一个的一对输入臂中的一个臂与多模耦合器的一对输出臂中的各自的输出臂进行光通信。
来自第一方面的光源组件和来自第二方面的光源组件的各种特征可以被组合，除非对于本领域技术人员从上下文中另外指出或清楚得知。例如，第一方面的光源装置可以包括至少一个宽带光源。
本发明的上述和/或其它目的，特征和优点将通过下面参考附图对本发明实施例的说明性和非限制性描述进一步阐明。
附图说明
附图是示意性的，不是按比例绘制的，为了清楚起见可以简化。自始至终，相同的标号用于相同或对应的部件。
图1a是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括一个单一光源。
图1b是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括两个光源。
图1c是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括超连续谱光源。
图1d是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括超连续谱光源和波长滤波器。
图1e是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括超连续谱光源和两个波长滤波器。
图2a是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括第二线路耦合器。
图2b是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括两个第二线路耦合器。
图3是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括第二线路耦合器和第三线路耦合器。
图4是光源组件的一个实施例的示意图，其中光源装置包括第二线路，第三线路和第四线路耦合器。
图5是光源组件的一个实施例的示意图，其中第二线路耦合器不同于光源组件的其它耦合器。
图6是光源组件的一个实施例的示意图，其是图3的光源组件的变型。
图7是光源组件的一个实施例的示意图，该光源组件被配置为在空间离散的位置处提供光以用于照明和/或感测目的。
图8是光源组件的一个实施例的示意图，该光源组件被配置为在大量空间离散的位置处提供光以用于照明和/或感测目的。
图9a表示标准1×2分束器的分束比及其标准偏差。
图9b示出了光源组件的实施例的第一耦合器的分束比及其标准偏差。
具体实施方式
图1a所示的光源组件包括光源装置1，多模耦合器2和两个模式加扰器3。
多模耦合器2包括两个输入臂4和两个输出臂5。模式加扰器3在各自的输入臂4处被布置在光源装置1和光学臂4之间的光路中。光源装置1包括单个光源(未示出)和至少一个分束器(未示出)，用于分离所述光源的光以将两束光束传送到多模耦合器2的各自的输入臂4。如图所示，从光源装置1传送的光束可以全部或部分地由光纤6经由各自的模式加扰器3传送到多模耦合器2。在另一个可替代的实施例中，模式加扰器3中的一个或两个可以位于光纤6之前，即位于光纤6的光学的上游。
图1b所示的光源组件包括光源装置，多模耦合器12和模式加扰器13。
多模耦合器12包括两个输入臂14和两个输出臂15。模式加扰器被布置在其中一个输入臂4处，而没有模式加扰器被布置在另一个输入臂14处。
光源装置包括具有第一光源的第一部分11a和具有第二光源的第二部分11b。第一光源装置部分11a被配置为经由包括模式加扰器13的输入臂将光束传送到多模耦合器12。
第二光源装置部分11b被配置为经由输入臂将光束传送到多模耦合器12，而不需要模式加扰器。第一光源可以是单一模式光源或少模光源，当被加扰时，其可以增加M2值，以及增加模式的数量。有利地，第二光源被配置用于传送多模光束。优选地具有较高数量的模式，例如8或更高。当光束在多模耦合器2中耦合时，组合的光可以具有高数量的模式，以确保将光均匀地分束到输出臂15。如图所示，从光源装置传送的光束可以全部或部分地由光纤16传送到多模耦合器12。在其变型中，模式加扰器13可以位于光纤16之前，即位于光纤16光学的上游。
图1c所示的光源组件包括光源装置21，多模耦合器22和模式加扰器23。
多模耦合器22包括一个输入臂24和两个输出臂5。模式加扰器布置在输入臂24处。光源装置21包括超连续谱光源，并且被布置用于至少部分地经由光纤26将光束传送到多模耦合器22的输入臂24。应当理解，在其变体中的超连续谱光源可以是任何宽带光源。
图1d所示的光源组件与图1c所示的光源组件的不同之处在于，光源装置21a还包括波长滤波器27，例如AOTF。AOTF被布置成经由光纤和/或经由自由空间从超连续谱光源接收光束，用于对所接收的光束进行波长滤波，并用于经由模式加扰器23将导出的光束传送到多模耦合器22的输入臂24。导出的光束可以通过光纤或自由空间传送。
图1e所示的光源组件包括光源装置31、多模耦合器32和两个模式加扰器33。
多模耦合器32包括两个输入臂34和两个输出臂35。模式加扰器33被布置在各自的输入臂34处。光源装置31包括超连续谱光源，分束器38和两个波长滤波器37，例如AOTF。分束器38被布置成将来自超连续谱系统的光分成两个部分，这两个部分可以是相等的或不同的。来自超连续谱光源的光束可以经由自由空间传输到分束器38。AOTF中的每一个被布置成接收来自分束器的各自的光部分，并对所接收的光部分进行波长滤波。来自分束器38的光部分可以经由自由空间传输到各自的AOTF。经波长滤波的光部分经由光纤36经由各自的模式加扰器33被提供给多模耦合器32的各自的臂34。AOTF可以被配置为滤除相应波长的光，或者AOTF可以被配置为独立地可调谐。因此，例如两个不同波长区间可以在组合器32中被组合，并且在输出臂35中被分成具有基本相等强度的输出部分。光源装置1，11a/11b可以包括一个或多个超连续谱光源。
图2a所示的光源组件包括光源装置41、第一多模耦合器42、第二线路多模耦合器42a和两个模式加扰器43。
第一多模耦合器42包括两个输入臂44和两个输出臂45。第二线路多模耦合器42a包括一个输入臂44a和两个输出臂45a。
光源装置可以是上面公开的任何光源装置，其被配置用于传送两束光束，其中一束光束用于第一多模耦合器42的两个输入臂44中的每一个。光源装置41的其中一束光束可以通过自由空间和/或通过光纤经由加扰器43中的一个传送到第一多模耦合器42的第一臂。光源装置41的光束中的另一个可以通过自由空间和/或通过光纤传送到第一多模耦合器42的第二臂而不经过任何加扰器，或者可选地，也可以包括加扰器。
第一多模耦合器42的其中一个输出臂45经由光通信路径(这里由光纤耦合所示出)与第二线路多模耦合器42a的输入臂44a进行光通信，并且加扰器43中的第二个加扰器被布置在光通信路径中。
在不与任何第二线路耦合器光学连接的第一多模耦合器42的其中一个输出臂45处的输出光部分具有强度，其强度约为第二线路多模耦合器42a的各自的输出臂45a的每一个输出光束强度的两倍。图2b所示的光源组件是图2a的光源组件的变体，其不同之处在于它包括另外的加扰器33和另外的第二线路耦合器42a。因此，在图2a的实施例中，加扰器43被布置在从光源装置41到各自的输入臂44到第一多模耦合器42的每一个光路中，并且进一步地，加扰器43被布置在第一多模耦合器42的每一个输出臂45经由光通信路径(这里表示为光纤耦合)与各自的第二线路多模耦合器42a的输入臂44a进行光通信，而且加扰器43被布置在每个光通信路径中。第二线路多模耦合器42a有利地相等。因此，每个第二线路多模耦合器44a的每个输出臂45a的输出光部分具有基本相等的强度，并且如果需要的话，可以被进一步划分。
图3所示的光源组件包括光源装置51、第一多模耦合器52、两个第二线路多模耦合器52a，四个第三线路多模耦合器52b和多个模式加扰器，一个模式加扰器被布置在各自的耦合器52，52a，52b的输入臂的每个光路中。在所示实施例中，第一多模耦合器52是2×2耦合器，并且第二线路耦合器52a和第三线路耦合器52b中的每一个都是1×2耦合器。应当理解，在实施例的变型中，每个耦合器52，52a，52b可以具有不同数量的输入和/或输出臂。通常，希望第二和更高的线路耦合器具有单一的输入臂。
光源装置51可以是上述被配置用于传送两束光束的任何光源装置，其中一束光束用于第一多模耦合器52的每个输入臂。光可以通过光纤和/或通过自由空间从光源51传送到第一多模耦合器52的输入臂。
每个第二线路耦合器被设置用于接收来自第一耦合器52的输出臂的光并将光传送到两个第三线路耦合器。通过图3的实施例，N个输出55b可以传送强度基本相等的输出光部分，其中N是8。
图4的光源组件是图3的光源组件的变型，其不同之处在于光源组件还包括8个第四线路多模耦合器52c，每个第四线路多模耦合器52c具有一个输入臂和两个输出臂，并且其中每个第四线路多模耦合器52c经由光通信路径进行光通信(这里由光纤耦合示出)而从第三线路耦合器52b的输出臂接收光，并且其中加扰器53被布置在第三线路耦合器52b和第四线路耦合器之间的每个光通信路径中。
通过图4的实施例，N个输出55c可以传送强度基本相等的输出光部分，其中N是16。
图5所示的光源组件包括光源装置61、第一多模耦合器62、两个第二线路多模耦合器62a、六个第三线路多模耦合器62b、十二个第四线路多模耦合器62c和多个模式加扰器63，一个模式加扰器被布置在通往各自耦合器62，62a，62b，62c的输入臂的每个光路中。在所示实施例中，第一多模耦合器62是2×2耦合器，两个第二线路耦合器是2×3耦合器，第三线路耦合器62b和第四线路耦合器62c中的每一个都是1×2耦合器。
光源装置61可以是任何上述公开的光源装置，其被配置用于传送2个光束，其中一束光束用于第一多模耦合器62的每个输入臂。光可以通过光纤和/或经由自由空间从光源61传送到第一多模耦合器62的输入臂。
第二线路耦合器62a中的每一个被布置用于从第一耦合器62的输出臂接收光，并用于将光传送到第三线路耦合器62b中的三个的各自的输入臂。每个第三线路耦合器62b被布置用于从第二线路耦合器62a的输出臂接收光，并用于将光传送到两个第四线路耦合器62c的各自的输入臂。
通过图5的实施例，N个输出65c可以传送强度基本相等的输出光部分，其中N是24。
图6所示的光源组件是图3的实施例的变型，其不同之处在于光源装置51a包括第一和第二光源59a，59b，以及第一和第二滤波器57a，57b，其被布置用于分别对第一和第二光源59a，59b的光进行滤波。第一和第二光源59a，59b可以相同或不同，例如它们中的至少一个可以是宽带光源。第一和第二滤波器57a，57b可以基本相同或不同，并且优选地包括至少一个可调谐波长滤波器。
图7示出了一种光源组件，包括第一多模耦合器72、两个第二线路多模耦合器72a、四个第三线路多模耦合器72b和多个模式加扰器73，一个模式加扰器73被布置在通往各自耦合器72，72a，72b的输入臂的每个光路中。光源装置(未示出)被布置成向第一多模耦合器72的每个输入臂提供光。
光源组件具有由第一多模耦合器72的输入臂提供的M个输入，因此这里M是2。光源组件具有由第三线路多模耦合器72b的输出臂75b提供的N个输出，因此这里N是8。
光源组件被布置用于照明和感测感测室76中的颗粒76b。N个输出中的每一个输出具有基本相等强度的输出光部分。N个输出中的各自的输出光部分可以在空间离散布置的传感室76处被提供，用于向颗粒76b投射照明光束76a，用于传感颗粒的一个或多个特性，如颜色、内容物、结构等。
光传感器，例如照相机77，被布置在每个感测室76中，以使从颗粒76b反射的光成像，并且通过导线78将来自各个光传感器77的图像数据传送到数据分析器79。所述光系统可例如被布置为用于为高光谱感测提供照明，如奥托·阿比德高(Otto Abildgaard)的“材料特性的宽带光学表征”的博士论文中所述。DTU Compute PHD-2014；No.334)。DOI:10.11581/DTU:00000009。
在一个实施方案中，所述颗粒包括药丸，并且所述检测器系统被设置用于检测所述药丸上的包衣是否满足一个或多个质量参数。感测室76可包括药丸包衣器(pillcoaters)。
图8示出了一种光源组件，包括第一多模耦合器82、两个第二线路多模耦合器82a、四个第三线路多模耦合器82b、八个第四线路多模耦合器82c和多个模式加扰器83，一个模式加扰器83被布置在通往各自耦合器82，82a，82b，82c的输入臂的每个光路中。未示出的光源装置被布置成向第一多模耦合器82的每个输入臂提供光。
光源组件具有由第一多模耦合器82的输入臂提供的M个输入，因此这里M是2。光源组件具有由第四线路多模耦合器82c的输出臂85c提供的N个输出，因此这里N是16。
参照以上讨论的附图和实施例，注意到输出臂5(图1a)中，输出臂25(图1b-1d)，输出臂35(图1e)，输出臂45a(图2a，2b)，输出臂55b(图3，图6)，输出臂55c(图4)，输出臂65c(图5)，输出臂75b(图7)和输出臂87(图8)中的一个或多个，包括所有的，可以与模式加扰器进行光通信，例如，与接收来自光学臂的光的模式加扰器进行光通信，例如通过被定位在光学臂的输出。
光源组件被布置成用于照明，以在空间离散的位置处提供用于照明的光，例如用于车灯。N个输出中的每一个输出具有强度基本相等的输出光部分。N个输出中各自的输出光部分可以在空间离散布置的灯87处提供，该灯87可以包括例如左前灯、右前灯、左后灯等。
图9a的左侧表示作为标准1×2分束器的波长的函数的分束比。向分束器提供四次光程，绘制其中一个输出臂的输出光功率以及平均值(均值)。正如所看到的，路程和平均值之间的变化非常显著，这是高斑点图案形成的明显指示。图9a的右侧示出了作为波长的函数的标准偏差，并证实存在高度的斑点图案形成。
图9b的左侧示出了作为光源组件的实施例的第一耦合器的波长的函数的分束比。向分束器提供四次光程，绘制其中一个输出臂的输出光功率以及平均值(均值)。正如所看到的，路程和平均值之间的变化非常小，这是非常低斑点图案形成的清楚指示。图9b的右侧示出了作为波长函数的标准偏差，并证实存在非常低程度的斑点图案形成。

Claims (37)

1.一种具有N个输出的光源组件，其中N是整数，所述组件包括:
·光源装置，被布置用于向M个输入提供光，其中M是整数，并且其中M≥2并且M≤N；
·多个光耦合器，每个光耦合器具有至少一个输入臂和多个输出臂；以及
·整数P个模式加扰器；以及
其中所述多个光耦合器被布置成将提供给所述M个输入的光分配给所述N个输出，其中所述N个输出中的每一个包含有提供给所述M个输入中的每一个的光；
·以及其中对于M个输入中的至少一个，在光源和M个输入中的所述至少一个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器中的各自的模式加扰器，并且其中所述P个模式加扰器中的至少一个模式加扰器被布置在所述多个光耦合器中的一个光耦合器的输出臂和所述多个光耦合器中的不同光耦合器的输入臂之间的光通信路径中，优选地其中M>2和M<N。
2.根据权利要求1所述的光源组件，其中对于所述M个输入中的多个输入，在光源装置和各自的M个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器的各自的模式加扰器，优选地，对于M个输入中的至少两个和/或对于所有输入，在光源组件和各自的M个输入之间的光通信路径中存在P个模式加扰器的各自的模式加扰器。
3.根据权利要求1或2所述的光源组件，其中所述M个输入是所述光耦合器的第一耦合器的输入臂，并且其中M优选为2至10，例如2至4。
4.根据权利要求3所述的光源组件，其中第一耦合器的输出臂经由光通信路径与光耦合器的第二线路耦合器的输入臂进行光通信，优选地，所述光通信路径是包括所述至少一个模式加扰器的光通信路径。
5.根据权利要求3所述的光源组件，其中第一耦合器的两个或更多个输出臂中的每一个经由光通信路径与光耦合器的第二线路耦合器的输入臂进行光通信，优选地，每个所述光通信路径包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器。
6.根据权利要求4或5所述的光源组件，其中至少一个第二线路耦合器的输出臂经由光通信路径与光耦合器的第三线路耦合器的输入臂进行光通信，优选地，所述光通信路径是包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器的光通信路径。
7.根据权利要求6所述的光源组件，其中第二线路耦合器的两个或更多个输出臂中的每一个经由光通信路径与光耦合器的第三线路耦合器的输入臂进行光通信，优选地，每个所述光通信路径包括P个模式加扰器中的各自的模式加扰器。
8.根据权利要求6或7所述的光源组件，其中所述多个耦合器包括多个另外的线路耦合器，例如至少一个第三线路耦合器，例如至少一个第四线路耦合器，例如至少一个第五线路耦合器，优选地，P个模式加扰器中的各自的模式加扰器位于较低编号的线路耦合器和较高编号的线路耦合器之间的各自的光通信路径中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中所述光耦合器的臂是光纤臂，所述光耦合器优选是熔接光纤耦合器或A×B多模组合器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中耦合器彼此独立地选自具有m个输入臂和n个输出臂的耦合器，其中m是1，2，3，4，5，6或7，n是2，3，4，5，6或7。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中所述耦合器包括至少一个2×2耦合器，可选地，所有剩余的耦合器是1×N耦合器，并且n是2，3，4，5或6，优选为2。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中一个或多个耦合器中的每一个，例如所有的耦合器，被布置用于相对于其输出臂之间的光强度基本均匀地分配输入光。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中一个或多个所述耦合器中的每一个是包括多模臂的多模耦合器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中N至少为4，例如5到40，例如6到32，例如8到16，例如2倍于M。
15.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中M≤P＜N，优选地，P为至少2，例如至少3，优选地，P最多为输入臂的总数。
16.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中所述P模式加扰器选自“阶跃-渐变-阶跃”模式加扰器和“具有弯曲的阶跃折射率”模式加扰器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光源组件，其中所述光源装置包括选自光纤激光器、LED、固态激光器、半导体激光器或其任意组合的光源，所述光源装置可选地包括两个或更多个激光器。
18.一种光源组件，包括光源装置，该光源装置包括宽带光源和多模耦合器，该多模耦合器被配置为接收来自光源装置的一束或多束光束，其中所述一束或多束光束从所述宽带光源导出，并且其中模式加扰器被布置用于在所述光束进入所述多模耦合器之前对所述光束中的一束光束进行模式加扰。
19.根据权利要求18所述的光源组件，其中所述多模耦合器是包括至少两个输入臂和至少两个输出臂的多模熔接耦合器。
20.根据权利要求18或19所述的光源组件，其中所述光束中的至少一束从所述宽带光源导出，并通过自由空间耦合从所述光源装置传送到所述多模耦合器或传送到所述模式加扰器。
21.根据权利要求18或19所述的光源组件，其中从所述宽带光源导出的光束中的至少一束至少部分地通过光纤耦合从所述光源装置传送到所述多模耦合器或传送到所述模式加扰器。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的光源组件，其中所述模式加扰器包括模式加扰部件，例如基于非光纤的模式加扰部件。
23.根据权利要求18-21中任一项所述的光源组件，其特征在于，所述模式加扰器包括光纤模式加扰器，所述光纤模式加扰器可选地被布置在光学地连接到所述多模耦合器的输入臂的多模光纤处，或形成多模光纤的一部分。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的光源组件，其中所述光源装置包括波长滤波器，用于对来自宽带光源的光进行滤波，以提供来自宽带光源的一束或多束光束中的经滤波的光束，所述加扰器被配置用于在所述经滤波的光束进入所述多模耦合器之前接收并加扰所述经滤波的光束。
25.根据权利要求18-24中任一项所述的光源组件，其中所述光源装置包括附加光源，该附加光源被设置用于向所述多模耦合器提供另一光束，所述附加光源是单模光源或多模光源，所述光源组件优选地包括模式加扰器，所述模式加扰器被配置用于在所述另一光束进入所述多模耦合器之前对该所述另一光束进行模式加扰。
26.根据权利要求18-25中任一项所述的光源组件，其中所述光源装置被配置为对来自所述宽带光源的光进行滤波，以提供来自所述宽带光源的所述一束或多束光束中的两束或多束滤波光束，优选地，模式加扰器被布置用于在所述各自的滤波光束进入所述多模耦合器之前对它们进行模式加扰。
27.根据权利要求18-26中任一项所述的光源组件，其中所述宽带光源被配置用于产生跨越至少100nm，例如跨越至少500nm，例如跨越至少800nm的宽带光，优选地，所述宽带光源是超连续谱光源。
28.根据权利要求18-27中任一项所述的光源组件，其中所述宽带光源包括单模光源或具有每个偏振方向多达20个导模的少模光源，例如在第一经滤波的光束的峰值波长处确定的每个偏振方向多达10个导模的少模光源。
29.根据权利要求24-28中任一项所述的光源组件，其中所述波长滤波器优选地是波长可调谐的，并且优选地被配置为滤除来自宽带光源的输入光束的两个或更多个波长区间，所述波长滤波器优选地是声光可调谐滤波器。
30.根据权利要求18-29中任一项所述的光源组件，其中所述光源装置包括两个波长滤波器，用于滤除来自宽带光源的输入光束的两个或更多个波长区间，所述光源装置优选地包括分束器，所述分束器被布置用于将来自宽带光源的输入光束分成两个光束部分，所述波长滤波器被布置成用于对所述各自的光束部分进行滤波。
31.根据权利要求18-30中任一项所述的光源组件，其中所述多模耦合器包括50/50耦合器，所述耦合器优选为渐变折射率耦合器，或阶跃折射率耦合器，优选地具有至少约100μm，例如至少约200μm的纤芯。
32.根据权利要求18-31中任一项所述的光源组件，其中所述加扰器被配置为增加从宽带光源导出的一个或多个光束中的受激励模式的数量，优选地，提供给所述耦合器的所述导出和加扰光束包括多于100个模式，例如多于150个模式。
33.根据权利要求18-32中任一项所述的光源组件，其中从宽带光源导出并在模式加扰器中被加扰的所述一束或多束光束中的每一束具有在加扰器中被加扰之前的第一光束M2因子，和被加扰之后的第二光束M2因子，其中第二光束M2因子大于第一光束M2因子，例如大至少约10％，例如大至少约50％，例如大至少约100％或甚至至少大500％。
34.根据权利要求18-33中任一项所述的光源组件，其中从宽带光源光束的所述一个或多个光束具有高达约50nm，例如高达约20nm，例如高达约10nm，例如高达约5nm的带宽。
35.根据权利要求19-34中任一项所述的光源组件，其中来自所述多模耦合器的至少一个输出臂的光束被引导到另一个耦合器，用于被分成两个或更多个子光束。
36.根据权利要求18-35中任一项所述的光源组件，其中多模耦合器包括一对输出臂，并且其中光源组件还包括至少两个另外的多模耦合器，每个具有一对输入臂和一对输出臂，两个这样的另外的多模耦合器中的每一个的一对输入臂中的一个臂与该多模耦合器的各自的输出臂进行光通信。
37.根据权利要求18-36中任一项所述的光源组件，其中所述光源组件如权利要求1-17中任一项所定义。
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