CN112888977A - 由包层光剥离器封装的光纤拼接 - Google Patents

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Abstract

具有包封拼接的包层光剥离器(CLS)的拼接的多包层光纤。拼接可以促进具有不同架构(诸如不同的芯和/或包层尺寸)的两个光纤之间的过渡。该CLS可以包括在该拼接的第一侧上的第一长度的光纤，以及在该拼接的第二侧上的第二长度的光纤，从而将该拼接封装在该CLS的这些长度内。拼接可以邻接CLS的一个或多个长度，或者可以通过由拼接连接的第一光纤和/或第二光纤的中间长度与CLS的一个或多个长度分离。

Description

由包层光剥离器封装的光纤拼接
优先权要求
本申请要求于2018年9月10日提交的标题为“OPTICAL FIBER SPLICEENCAPSULATED BY A CLADDING LIGHT STRIPPER”的美国临时专利申请序列号62/729,266的优先权，其通过引用整体并入本文。
背景技术
激光工业继续增加激光性能度量，诸如平均功率、脉冲能量和峰值功率。增加在光纤内传送的光束的功率可以使系统对纤维长度更敏感。例如，诸如受激拉曼散射(SRS)的各种机制在更高功率电平下可以变得更显著，从而引起对纤维长度的提高的灵敏度。
一些光纤激光系统采用多包层光纤。与仅具有由包层材料包围的纤芯的单包层光纤相比，多包层光纤包括由两个或多个包层材料层包围的纤芯。例如，双包层光纤(DCF)具有三层光学材料，包括纤芯，其中源光束可以传播，而泵浦光在围绕纤芯的第一或“内”包层中传播。内包层可以提供与纤芯的折射率对比，以引导源光束并且还将泵浦光引导到纤芯中，在纤芯中泵浦光可以被沿着光纤的长度的一种或多种掺杂剂(例如，镱、铒等)吸收。第二或“外”包层还包围内包层，并且可以提供与内包层的折射率反差以引导泵浦光。典型地，进入外包层的光从系统中损失，然而，在内包层内的，纤芯不吸收的或者已经离开纤芯的光，可以与光纤系统在相当大的距离上传播。因为将“包层光”保持在内包层内可能对系统性能有害，所以可在光纤系统内采用“包层光剥离器”(CLS)来去除这种包层光。
光纤系统可以包括各种光纤拼接，它们端对端地连接分开的光纤长度(例如，熔融的)。在拼接处可能损失大量功率，这至少部分取决于所接合的光纤的性质。当存在从具有第一组特性的一个光纤到具有第二组特性的第二光纤的过渡时，拼接损耗可以更大。例如，在采用DCF的系统中，当存在从具有第一纤芯和/或内包层尺寸的一个光纤到具有第二纤芯和/或内包层尺寸的第二光纤的过渡时，拼接损耗可能更大。因此，减轻与这种光纤拼接相关的问题同时使光纤长度最小化的技术和光纤系统结构可能是有利的。
附图说明
在附图中通过举例而非限制的方式示出了在此描述的材料。为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的情况下，已在图中重复参考标号以指示对应或类似元件。图中：
图1A示出了根据一些实施例的由一个或多个包层光剥离器封装的示例性光纤拼接；
图1B示出了根据一些实施例的由一个或多个包层光剥离器封装的示例性光纤拼接；
图1C示出了根据一些实施例的由一个或多个包层光剥离器封装的示例性光纤拼接；
图2A和3A是根据一些实施例的具有在页面平面中的光纤轴的光纤的横截面图；
图2B和3B是根据一些实施例的光纤的截面视图，其中光纤轴线垂直于页面的平面；
图4A示出了具有不同结构的两个光纤之间的差动光纤拼接的横截面图；
图4B示出了根据一些实施例的具有由一个或多个包层光剥离器封装的不同结构的两个光纤之间的差分光纤拼接的横截面图；
图5是根据一些实施例的在不同结构的两个光纤之间的拼接的两侧上包括包层光剥离器(CLS)的光纤系统的示意图；
图6A和图6B是示出根据一些实施例的拼接两个光纤的方法的方框图；
图7是根据一些实施例的材料加工光纤激光系统的示意图，该系统包括在激光器和加工头之间的拼接的两侧上的包层光剥离器(CLS)；以及
图8是示出根据一些实施例的操作在拼接的两侧上包括包层光剥离器(CLS)的光纤系统的方法的方框图。
具体实施方式
参考附图描述一个或多个实施例。虽然详细示出和讨论了具体的配置和布置，但是应当理解，这仅仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本描述的精神和范围的情况下，其他配置和布置是可能的。对于相关领域的技术人员显而易见的是，本文所述的技术和/或布置可用于除本文详细描述的以外的各种其他系统和应用中。
在以下对附图的详细描述中参考了附图，附图形成了描述的一部分并且示出了示例性实施例。此外，应当理解，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构和/或逻辑改变。还应当注意的是，例如向上、向下、顶部、底部等的方向和参考仅仅是为了便于描述附图中的特征。因此，以下详细描述不应被理解为限制意义，并且所要求保护的主题的范围仅由所附权利要求及其等同物限定。
在下面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在一些实例中，以方框图形式而非详细地示出了公知的方法和装置，以避免模糊本发明。在整个说明书中对“实施例”或“一个实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、功能或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”不一定指的是本发明的同一实施例。此外，特定特征、结构、功能或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。例如，第一实施例可以与第二实施例组合，其中与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥。
如在本发明的说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，本文所用的术语“和/或”是指并涵盖一个或多个相关所列的项目的任何和所有可能的组合。
术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词在本文中可用于描述组件之间的功能或结构关系。应当理解，这些术语不旨在作为彼此的同义词。更确切地说，在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或多个元件彼此直接物理、光学或电接触。“耦合”可用于指示两个或多个元件彼此直接或间接(其间具有其他介入元件)物理或电接触，和/或指示该两个或多个元件彼此协作或相互作用(例如，以引起效应关系)。
如本文所用，术语“之上”、“之下”、“之间”和“上面”是指一个部件或材料相对于其中此类物理关系值得注意的其他部件或材料的相对位置。
除非在它们使用的明确上下文中另有说明，术语“基本上相等”、“大约相等”和“近似相等”意味着在所描述的内容之间仅存在偶然变化。在本领域中，这种变化通常不超过预定目标值的+/-10％。
如贯穿本说明书和权利要求书所使用的，由术语“...中的至少一者”或“...中的一者或多者”结合的项目的列表可以意指所列出的术语的任何组合。例如，短语“A、B或C中的至少一者”可以表示A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C。
本文描述了光纤和包括光纤的系统，其具有由一个或多个包层光剥离器封装的拼接。根据本文的实施例，用包层光剥离器封装拼接可以例如改善由光纤传输并穿过拼接的光束的质量。术语“封装”在本文用于描述一种光纤结构，其中CLS沿着第一光纤长度位于拼接的第一侧，并且沿着第二光纤长度位于拼接的第二(相对)侧。利用由CLS封装的拼接，可以保护拼接免于包层光从拼接任一侧上的进入点进入包层。然而，这样的包层光可能以可能有害的不受控方式在拼接处损失(例如，在接合处产生热点等)，包层光可能替代地首先被CLS从系统去除。此外，由拼接引起的任何光束缺陷可以通过CLS消除，该CLS存在于例如为拼接加边的光纤长度内。例如，可以通过相应的CLS去除由拼接散射到在拼接的一侧或另一侧上的一定长度的光纤中的芯光。
根据一些实施例，拼接位于包层光剥离器的长度内，使得实施部分CLS的光纤的长度在拼接的任一侧上。或者，当两个包层光剥离器被一段或多段不能剥离包层光的光纤分开时，拼接可以位于第一CLS和第二CLS之间的这一段或多段内。
图1A图示了光纤系统10，其中光纤拼接105将光纤101连接到光纤102。尽管光纤101、102可以是本领域已知的任何光纤，但是在一些示例性实施例中，光纤101和102都是多包层光纤。在一些进一步的实施例中，光纤101和102中的每一者都是双包层光纤。在其他实施例中，光纤101和102中的至少一者是三包层光纤，并且在一些这样的实施例中，光纤101和102都是三包层光纤。附加的包层也是可能的。拼接105可以是光纤101和102之间的任何端到端拼接。在一些实施例中，拼接105是两个光纤端面的单个熔合，这两个光纤端面具有相容的切割角度(例如，基本上垂直于纵向光纤轴，或图1A中的x维度)，其中光纤101的芯的轴基本上与光纤102的芯的轴对准。拼接105可以包括光纤101的有限端长度和缺少外部包层材料的光纤102的端长度，该外部包层材料例如可以在拼接过程中被剥去。拼接105可以包括可替换的外包层材料(例如，任何拼接保护器)，或者包括外包层材料(例如，与标称多包层光纤架构中的外包层所用的材料基本相同的材料)。在一些其他实施例中，拼接105包括在光纤101和102的端面之间没有气隙的光连接器(即，光纤到光纤耦合器)，或在光纤101和102的端面之间存在气隙的机械拼接。根据拼接105的质量以及光纤101和102的结构相似性，在拼接105处可能发生更多或更少的拼接损耗。
对于光纤101，CLS 115在拼接105的第一侧上占据光纤长度110。在光纤长度110上，CLS 115剥离包层光，如图1A中虚线箭头所示。对于光纤102，CLS 125占据与拼接105的第一侧相对的拼接105的第二侧上的光纤长度120。在光纤长度120上，CLS 125同样地剥离包层光。尽管在图1A中示出了单个拼接105，但是在其他实施例中，在CLS 115和125之间存在两个或多个拼接。
通常期望在一定长度的光纤(例如，光纤长度110和120)上逐渐去除包层光，例如以控制功率耗散的密度，并且当剥离的包层光主要过渡为热量时提供足够的散热。使光纤或其他部件(例如，套圈等)过热通常是不希望的。例如，一些光纤系统部件具有低于100℃的温度极限，并且在外部包层包括聚合物的情况下，连续工作温度的上限可以小于85℃。
CLS 115和CLS 125可以各自具有用于去除(剥离)包层光的一种或多种材料或结构。CLS 115和CLS 125可以各自具有适于剥离包层光的任何结构。CLS 115和CLS 125均可进一步包括任何合适的热沉，例如但不限于，可操作以将包层光产生的热量传递到流体介质(诸如环境空气或液体冷却剂)的无源热交换器。一个示例性热交换器包括机械加工成与纤维段110、120接合的金属块。在光纤长度110上，CLS 115允许包层光射出内包层，并且可以有利地进一步防止这种出射光重新进入内包层。理想地，CLS 115不会显着地扰动在纤芯中传播的光。CLS 125在光纤长度120上类似地操作。在一些实施例中，CLS 125具有与CLS115基本相同的架构，并且因此以基本相同的方式和基本相同的效果是可操作的。对于这样的实施例，拼接105的CLS封装基本上关于拼接105对称。例如，CLS 115和CLS 125可以采用相同的技术，和/或材料，和/或结构特征来去除包层光，并吸收相关的热负载。例如，CLS115和CLS 125可以具有基本上相同的轴向长度(即，纤维长度110大约等于纤维长度120)。在一些其他实施例中，CLS 115和CLS 125采用不同的剥离技术、材料和/或结构特征来以不同的效率去除包层光，和/或维持不同的功率电平。CLS 115和CLS 125可以具有显著不同的轴向长度(即，光纤长度110显著长于光纤长度120)。因此，虽然CLS 115和CLS 125用于封装拼接105，但是关于CLS架构和性能的封装可以关于拼接105对称，但不是必需的。
在一些实施例中，CLS 115和CLS 125中的一者或两者包括可用于去除包层光的一种或多种材料。在一些这样的实施例中，高折射率材料层(例如，超过内包层材料的折射率，或超过与内包层材料折射率匹配的材料的折射率)位于光纤长度110(120)内的内包层(或折射率匹配的材料)上。高折射率材料与内包层(或折射率匹配材料)具有合适的折射率对比度，以“不引导”与内包层传播的光。在一些具体实施例中，高折射率材料是聚合物，但也可使用其他材料以达到相同效果。在纤维长度110(120)上，CLS 115(125)可以利用多于一种高指数材料，或者指数可以另外在纤维长度110(120)上变化，例如以更好地分布热负荷。例如，高折射率材料可以具有作为温度的函数相反变化的折射率，使得在剥离包层光时变得更热的CLS 115(125)的部分比另一个更冷的部分变得更低效。
在一些实施例中，CLS 115和CLS 125中的一者或两者包括可操作来去除包层光的一个或多个结构。在一些这样的实施例中，内包层的外表面被粗糙化、刻划或以其他方式形成图案，以具有适合于将光散射、反射、折射和/或衍射出内包层的任何期望尺寸的特征。在光纤长度110(120)上，CLS 115(125)可以在内包层的外表面上利用多于一个结构，或者这些结构可以在光纤长度110(120)上变化，例如以更好地分配热负荷。在CLS 115和CLS 125各自包括内包层中的结构的一些示例性实施例中，内包层不进一步封装在任何外包层中(例如，CLS 115和CLS 125没有聚合物)。
值得注意的是，上述CLS结构仅用于说明，并且本文的实施例同样很好地适用于其他CLS结构，这些CLS结构适于至少以本文进一步示例的方式配置有光纤拼接。
如图1A中进一步描绘的，光纤长度110通过中间光纤长度111与拼接105间隔开。光纤长度120同样通过中间光纤长度121与拼接105间隔开。在中间光纤长度111和121内，光纤101和102具有它们各自的标称包层结构(例如，多包层)，使得包层光可以在内包层内在中间光纤长度111和121上传播。因此，CLS 115和CLS 125是两个分立的包层光剥离器，而不是跨越拼接105延伸的单个包层光剥离器的分离部分。每个中间光纤长度111和121都是非零的，使得拼接105通过全包层光纤段与CLS 115分离，并且还通过全包层光纤段与CLS 125分离。尽管在所示实施例中，中间纤维长度111基本上等于中间纤维长度121，但是在其他实施例中，纤维长度111与纤维长度121显著不同(例如，更长或更短)。在所示实施例中，CLS 115通过中间光纤长度111和121的总和与CLS 125分离，中间光纤长度111和121例如可以从几毫米到数十米变化。中间光纤长度111和121可以被最小化，例如以减少光纤系统内的SRS或其他影响。或者，如下面进一步描述的，纤维长度111和121中的至少一者可以包括显著长度的服务环，其可以例如促进光纤系统的制造和/或增强其可用性。
值得注意的是，在光纤系统10中，在CLS 115和125之间只有光纤和拼接105，在拼接105和CLS封装之间没有其他系统组件。而在其他实施例中，一个或多个其他系统部件可以位于拼接105和CLS 115和/或CLS 125之间，根据本文实施例的拼接的封装与仅包括相对于任何特定光纤拼接任意定位的两个或多个包层光剥离器的系统相区别。例如，在一些实施例中，光纤系统10封装在外壳150内，光纤101和102离开外壳150并在外壳150外部延伸任意长度以耦合到各种外部目的地。这样，光纤系统10可以被实施为例如转换器盒。即使在没有封装在单个外壳内的情况下，也可以预期本文的实施例具有紧邻拼接的相对侧的包层光剥离器。例如，可以将CLS 115和125之间的纤维长度限制为小于10m，并且有利地小于5m。
在一些实施例中，光纤拼接紧邻或邻接封装CLS的一部分。对于这样的实施例，在拼接的至少一侧上，在拼接和CLS之间没有中间纤维长度。拼接和CLS的集成可以例如减少拼接封装所需的光纤并简化系统制造，因为外部光纤包层可以在准备拼接和形成包层光剥离器时去除一次。图1B是根据一些这样的实施例的光纤系统11的示意图，其示出了由一个或多个包层光剥离器封装的光纤拼接的示例。在系统11中，具有与在系统10(图1A)的上下文中引入的特征相同的附图标记的特征可以具有上述特性中的任一者或全部。如图1B中所示，拼接105再次通过中间光纤长度111与CLS 115分离。然而，拼接105与CLS 125是连续的。因此，系统11与系统10(图1A)的不同之处在于中间长度121被减小到零，并且拼接105位于CLS 125的端。对于非零中间光纤长度111，CLS 115保持与CLS 125分离。在未示出的可选实施例中，拼接105同样可以通过中间长度121与CLS 125分离，而中间长度111改为减小到零，使得拼接105与CLS 115是连续的。
在一些进一步的实施例中，光纤拼接被封装CLS直接包围。对于这样的实施例，在CLS和拼接的任一侧之间没有中间光纤长度。然后，拼接基本上嵌入在单个CLS内，而不是定位在分立的包层光剥离器之间。图1C是根据一些这样的实施例的光纤系统12的示意图，其示出了由一个或多个包层光剥离器封装的光纤拼接的示例。在系统12中，具有与在系统10(图1A)的上下文中引入的特征相同的附图标记的特征可以具有上述特性中的任一者或全部。如图1C中所示，拼接105与CLS 115是连续的并且与CLS 125是连续的。因此，系统12与系统11(图1B)的不同之处在于中间长度111被减小到零，并且拼接105被嵌入CLS 115和CLS125内。对于CLS 115和CLS 125具有基本上相同架构的一些实施例，拼接105可以是CLS 115和CLS 125之间的唯一分界，使得CLS 115和CLS 125可以被认为仅仅是单个包层光剥离器的分离的长度或部分。对于CLS 115和CLS 125具有不同结构的其他实施例，CLS 115和CLS125仍然可以被认为是两个不同的包层光剥离器。
在一些实施例中，CLS封装拼接包括光纤过渡，其中第一光纤具有不同于第二光纤的第二架构的第一架构。虽然任何光纤结构或特性可以在拼接处转变，但是在一些示例性多包层光纤实施例中，纤芯尺寸或内包层尺寸中的至少一者在拼接处转变。例如，尺寸差可以包括纤芯和内包层中的一者或两者的直径的阶跃或步降。
图2A是根据一些实施例的纤维101的截面视图，其中纵向纤维轴线在页面的平面中。图2B是根据一些实施例的光纤101的横截面图，其中光纤轴垂直于页面的平面。光纤101可以具有适合于多包层光纤的任何折射率分布(RIP)。如本文所用，术语“折射率分布”或“RIP”是指作为沿着线(例如，图2B中的x或y轴)或在垂直于纤维轴(例如，图2A中的z轴)的平面(例如，图2B中的x-y平面)中的位置的函数的折射率。在图2A和图2B所示的示例中，光纤101是方位角对称的，在这种情况下，1D RIP对于任何方位角都是相同的。或者，例如对于双折射光纤结构，RIP可以作为方位角的函数而变化。
在图2A和2B所示的示例中，光纤101具有径向对称的RIP，其具有中心纤芯205和包围纤芯205的环形内包层210。内包层210由环形外包层215包围。纤芯205、内包层210和外包层215每个都可以具有任何RIP，包括但不限于阶跃折射率和渐变折射率。“阶跃折射率光纤”具有在光纤芯205内基本平坦(折射率与位置无关)的RIP。内包层210还可以在DClad,1上具有基本平坦的RI，然后光纤101的RIP在纤芯205和内包层210之间的界面处阶跃。图2A示出了适用于光纤激光器的一个示例性阶梯RIP的示例。或者，芯205和内包层210中的一者或多者可以具有“渐变折射率”，其中RI随着径向位置的增加(即随着离芯和/或包层轴的距离的增加)而变化(例如减小)。纤芯205可适于光的单模或多模传播。内包层210可以具有大于芯的面积，也可以具有更高的NA(数值孔径)并且可以支持大量传播模式。芯205和内包层210可以具有任何合适的组成(例如，玻璃)。例如，外包层215可以是聚合物或玻璃。
尽管将芯205和内包层210示出为同心的(即，中心芯)，但不必是同心的。芯205包层210中的一者或多者也可以是除圆形之外的各种形状，诸如但不限于环形、多边形、弓形、椭圆形或不规则形状。所示实施例中的纤芯205和内包层210是同轴的，但也可以具有相互偏置的轴。如图2A中所示，内包层210具有直径DClad,1，而芯205具有直径DCore,1。该DClad,1和DCore,1被示为在纵向(图2A中的z轴)上关于中心纤维轴是常数。直径DClad,1和DCore,1可替代地在纤维101的纵向长度上变化。在一些示例性实施例中，光纤101是多模(MM)光纤，并且纤芯直径Core,1在10-100微米(μm)的范围内，内包层直径DClad,1在200-1000μm的范围内，尽管每个直径的其他值也是可能的。
图3A是根据一些实施例的纤维102的截面视图，其中纵向纤维轴线在页面的平面中。图3B是根据一些实施例的光纤102的截面图，其中光纤轴垂直于页面的平面。对于光纤101，光纤102还可以具有适用于多包层光纤的任何RIP。在图3A和图3B所示的示例中，光纤102具有也是方位角对称的RIP，尽管光纤102可替换地具有作为方位角的函数而变化的RIP。在所示示例中，光纤102具有径向对称RIP，其具有中心芯305和内包层310，内包层310是环形的并包围芯305。内包层310由环形外包层315包围。芯305、内包层310和外包层315可以各自具有任何RIP，包括但不限于阶跃折射率和渐变折射率。图3A所示的示例性阶梯状RIP与光纤101的阶梯状RIP基本相同。在光纤102中，所示实施例中的芯305和内包层310也是同轴的，但也可以具有相互偏移的轴，例如以匹配光纤101的轴。在光纤102中，芯205和内包层210可以具有任何合适的组成(例如，玻璃)。例如，外包层215可以是聚合物或玻璃。
在一些示例性实施例中，由包层光剥离器封装的拼接是差动拼接，其中RIP、芯直径或内包层直径中的至少一者在光纤101和光纤102之间变化。芯305具有纤芯直径DCore,2，且包层310具有包层直径DClad,2。DCore,1和DClad,1中的一者或两者分别不同于DCore,2和DClad,2。在图3A和图3B所示的示例中，DCore,1小于DCore,2，且DClad,1大于DClad,2。在光纤101是MM光纤的一些示例性实施例中，光纤102也是MM光纤。在一些这样的实施例中，纤芯直径DCore,2也在10-100微米(μm)的范围内，并且内包层直径DClad,2也在200-1000μm的范围内，尽管每一个的其他值也是可能的。在一些具体实施例中，其中DCore,1小于50μm，DCore,2大于50μm。在一些这样的实施例中，其中DClad,1大于400μm，DClad,2小于400μm。
图4A进一步描述了示例性光纤拼接的横截面图，其中在光纤101和102之间存在不同的包层拼接(例如，DClad,1不同于DClad,2)，每个具有以上在图2A-3B的上下文中介绍的结构。如图4A中所示，假设在纤芯205、305中传播的光束440具有从左到右的参考方向，如粗箭头所示，拼接105可以被认为是从光纤101(具有较大的包层直径)到光纤102(具有较小的包层直径)的步降光纤过渡。在没有根据本文的实施例的封装CLS的情况下，在包层210内传播的包层光445的一部分可以作为包层光446在包层310内继续传播。利用步降过渡，包层光445的一部分也可以在拼接105处消散为拼接损耗447，这可能不能很好地控制。在没有根据本文的实施例的封装CLS的情况下，在包层310内传播的包层光448也可以预期进入包层210，对在包层205内传播的包层光作出贡献。拼接105可以进一步引起一些核心光440作为包层光449进入包层310，并且在DCore,1小于DCore,2的情况下，在核心305中传播的核心光的一些部分(例如，从拼接105的下游往回反射)可以作为附加的包层光450进入包层210。
图4B还描绘了根据一些实施例的在存在封装CLS 115和125的情况下的光纤拼接105的横截面图。如图所示，CLS 115、125分别剥离包层光445、446，从而减少包层光穿越拼接105。同样，在拼接105处进入包层的芯光(例如，包层光449和/或450)可以类似地被CLS125和115分别剥离。这样，拼接105的CLS封装可以改善束质量和/或改善拼接105处的热管理。
图5是根据一些实施例的在不同结构的两个光纤之间的拼接105的相对侧上包括包层光剥离器115和125的光纤系统501的示意图。光纤系统501包括光纤101和102，它们具有上述特征中的任何一者或全部。例如，光纤101和102可以具有不同的纤芯和/或包层直径，诸如在图4A和图4B的上下文中描述的步降差分包层拼接。如图5进一步所示，系统501包括接收将在光纤101的纤芯中传播的光束的光输入端。CLS 115包括光纤长度505，并且拼接105和CLS 115之间是保留作为服务环路555的光纤的中间长度。光纤101在接合光纤长度510的一端的拼接105处终止。CLS 125包括光纤长度510，使得CLS 125与拼接105形成一体。光纤102还包括在CLS 125和用于输出在光纤102的纤芯中传播的光束的光输出之间的第二服务环路565。
例如，服务环路555可用作CLS 115下游的光纤长度的缓冲器，其或多或少可被消耗以实施拼接105。服务环路555的长度可以小于(例如，1-3m等)。为了实现期望的光纤过渡质量，可以在将光纤系统501放置在场中之前一次或多次形成拼接105，并且结果，可以消耗更多或更少的服务环路555而不会影响CLS115。将拼接105定位在CLS 125的端而不是在拼接105和CLS 125的端之间引入第二服务环路可有利地避免在拼接105的第二侧上引起与光纤102相关联的额外的光纤缓冲长度。
可以在实施光纤拼接之前，同时或之后形成一个或多个CLS。图6A是示出根据一些实施例的拼接两个光纤的方法601的方框图。方法601开始于方框602，其中接收第一光纤。第一光纤(例如，图5中的光纤101)可以包括通过服务环路555与第一光纤(例如，图5中的光纤101)的端分离的第一CLS(例如，CLS 115)。在方法601的上游，第一CLS可以根据任何合适的技术在第一光纤中形成为期望CLS架构的函数，并且然后第一光纤被截短适合于拼接缓冲器(例如，服务环路555)的某一预定距离(例如，1-3m)。在一些进一步的实施例中，通过沿着第一光纤的第一长度去除围绕内包层的外包层而暴露内包层来形成第一CLS。然后可以在暴露的内包层上施加一种或多种材料。或者，可以在内包层中形成一个或多个结构，这些结构可用于去除在内包层中传播的包层光。
方法601在方框604处继续，在此接收第二光纤(例如，图5中的光纤102)。在方框606处，第一光纤和第二光纤的端根据任何合适的技术(例如，熔合等)拼接。一旦满意地完成接合(例如，拼接105)，方法601在方框608继续，其中形成第二CLS(例如，CLS 125)，其开始于接合处并在第二光纤的长度上延伸。在一些进一步的实施例中，通过沿着第一光纤的第二长度去除围绕内包层的外包层而暴露内包层来形成第二CLS。然后可以在暴露的内包层上施加一种或多种材料。或者，可以使用任何合适的技术(例如，可用于去除在内包层中传播的包层光的结构)在内包层中形成一个或多个结构。
图6B是示出根据一些实施例的拼接两个光纤的方法651的方框图。方法651开始于方框652，其中接收第一光纤。第一光纤(例如，图5中的光纤101)可能还不包括第一CLS(例如，CLS 115)和第一光纤。第一光纤可以包含适合于拼接缓冲器(例如，服务环路555等)的某个长度(例如，1-3m)。方法651在方框654处继续，在此接收第二光纤(例如，图5中的光纤102)。在方框656，第一光纤和第二光纤的末端根据任何合适的技术(例如，熔合等)拼接。一旦令人满意地完成拼接(例如，拼接105)，方法651在方框658处继续，其中在香料的相对侧上形成第一CLS(例如，拼接115)和第二CLS(例如，拼接125)。该CLS可以根据任何合适的技术根据所希望的CLS架构形成在该第一光纤和第二光纤中。在一些进一步的实施方式中，通过分别沿着第一光纤的第一长度和第二光纤的第二长度暴露内包层(例如，通过去除围绕内包层的外包层)来形成第一CLS和第二CLS。去除外包层可以作为方框656的一部分进行，以便于拼接。在方框658处，然后可以将一种或多种材料施加在第一段和第二段光纤内的暴露的内包层上。或者，可以使用任何合适的技术(例如，可用于去除在暴露的内包层中传播的包层光的结构)在内包层中形成一个或多个结构。
在方法601或651的下游可以执行任何合适的光纤处理，例如在光纤102是光纤激光处理系统的传送光纤的实施例中，将光纤102耦合到处理头。
图7是根据一些实施例的多模光纤激光处理系统701的示意图。在图7中，系统701包含具有有效长度的第一光纤101。种子光源例如在输入耦合器处耦合到光纤101。种子光源可以是例如二极管泵浦固态激光器、量子级联激光器、被动q开关激光器、二极管激光器、锁模激光器、光纤激光器或其组合。种子光源可以可操作用于例如连续波输出、脉冲输出或波长啁啾脉冲输出中的任何一者。作为一个具体示例，种子光源是Nd:YAG激光器。
对于光纤101的有效长度，稀土掺杂剂例如存在于光纤的芯内，使得存在至少部分地与种子光源的光谱重叠的光学增益光谱。例如，镱可以用作适合于包含1030nm和1090nm之间的波长的种子激光源的稀土掺杂剂。在其他实施例中，可以使用其他稀土掺杂剂。在一些示例性实施例中，光纤101是双包层光纤，其中通过在围绕纤芯的内包层内传播的泵浦光在纤芯中放大种子光。该光泵具有与光纤101的有效长度的吸收光谱至少部分重叠的输出光谱。例如，在选择镱作为稀土掺杂剂的情况下，光泵可以是可操作以发射近976纳米的光纤耦合激光二极管。来自光泵浦源的输出可以用任何已知的泵浦组合器光耦合到光纤101的有效长度。例如，该泵可以反向传播配置被操作，或者可以在光纤101的有效长度的上游被引入，使得来自种子光源的光和泵浦光在光纤101的有效长度内共同传播。
在一些示例性实施例中，光纤101耦合到光纤102，该光纤102可作为传送光纤操作以进一步耦合到处理头。在一些实施例中，例如根据本文别处描述的参数，光纤101和光纤102通过由CLS封装的拼接105耦合，该CLS包括在拼接105的第一侧上的光纤长度505和在拼接105的第二侧上的光纤长度510。在一些其他示例性实施例中，光纤101耦合到光纤102，该光纤102将进一步耦合到信号组合器，例如其中组合多个光纤激光器以增加输出功率电平。
图8是示出根据一些实施例的操作在拼接的两侧上包括包层光剥离器(CLS)的光纤系统的方法801的方框图。方法801可以在诸如光纤激光处理系统701(图7)的合适的光纤系统的操作期间执行。方法801开始于方框802，其中光束被接收到第一光纤中。在示例性实施例中，光束被接收到多包层光纤(例如，图7的光纤101)中。在方框804处，使用包括第一光纤的长度的任何合适的CLS从第一光纤的包层剥离包层光的第一部分。在方框806处，光束穿过第一光纤和第二光纤的纤芯之间的拼接耦合。在示例性实施例中，光束耦合到第二多包层光纤(例如，图7的光纤102)中，该第二多包层光纤可以具有不同直径的至少另一内包层。方法801在方框808处继续，其中使用包括一定长度的第二光纤的任何合适的CLS将包层光的第二部分从第二光纤的包层剥离。
在一些实施例中，例如在拼接是差动包层拼接的情况下，方框804还包括沿着光纤的第一长度剥离来自内包层的光，该光从光纤的第二长度进入(例如，反向反射)。在一些进一步的实施例中，例如，在拼接是差分纤芯拼接的情况下，方框808进一步包括从内包层沿着第二光纤长度剥去在第一光纤长度内传播通过纤芯的光束的一部分。
方法801之后可以是任何合适的方法，诸如但不限于，以适合于给定应用(例如，光学远程通信、材料处理、化学或物理感测、医疗或生物应用)的任何方式传送来自第二多包层光纤的光束。
虽然已经参照各种实施方式描述了本文阐述的某些特征，但是该描述不旨在被解释为限制性的。因此，对于本公开所属领域的技术人员显而易见的对本文描述的实施方式的各种修改以及其他实施方式被认为落入本公开的精神和范围内。应当认识到，本发明不限于如此描述的实施例，而是可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下进行修改和改变。上述实施例可以包括仅仅采用这些特征的子集、采用这些特征的不同顺序、采用这些特征的不同组合，和/或采用与明确列出的那些特征不同的附加特征。

Claims (26)

1.一种光纤系统，包括：
一个或多个包层光剥离器(CLS)；
第一多包层光纤；
第二多包层光纤，通过其间的拼接耦合到所述第一多包层光纤，其中，所述一个或多个CLS包括在所述拼接的第一侧上的第一长度的光纤和在所述拼接的第二侧上的第二长度的光纤。
2.根据权利要求1所述的光纤系统，其中：
所述第一多包层光纤包括包围第二直径的纤芯的第一直径的包层；
所述第二多包层光纤包括包围第四直径的纤芯的第三直径的包层；以及
其中，以下中的至少一者：
所述第一直径与所述第三直径不同；或
所述第二直径与所述第四直径不同。
3.根据权利要求2所述的光纤系统，其中，所述第一直径和所述第三直径不同，并且所述拼接是差动包层拼接。
4.根据权利要求3所述的光纤系统，其中，所述第二直径和所述第四直径不同。
5.根据权利要求2所述的光纤系统，其中，所述第二直径和所述第四直径不同。
6.根据权利要求2所述的光纤系统，其中，所述第一多包层光纤是第一双包层光纤，所述第二多包层光纤是第二双包层光纤。
7.根据权利要求1所述的光纤系统，其中，所述拼接位于所述第一长度的多包层光纤或所述第二长度的多包层光纤中的至少一者的端。
8.根据权利要求1所述的光纤系统，其中，所述一个或多个CLS包括：
包括所述第一长度的多包层光纤的第一CLS；
包括所述第二长度的多包层光纤的第二CLS；以及
其中，所述第一多包层光纤或第二多包层光纤中的至少一者的中间长度在所述第一CLS和所述第二CLS之间。
9.根据权利要求8所述的光纤系统，其中，所述中间长度是在所述拼接的第一侧上。
10.根据权利要求9所述的光纤系统，其中，所述拼接位于所述第二长度的多包层光纤的端。
11.根据权利要求8所述的光纤系统，其中，所述中间长度小于5m。
12.根据权利要求1所述的光纤系统，其中，所述CLS包括所述第一长度的多包层光纤内和所述第二长度的多包层光纤内的一种或多种材料或结构，所述一种或多种材料或结构可操作以从所述第一长度的多包层光纤和所述第二长度的多包层光纤去除包层光。
13.根据权利要求12所述的光纤系统，其中，所述CLS包括在所述第一长度的多包层光纤内和所述第二长度的多包层光纤内的一个或多个结构，并且其中，所述结构包括包围纤芯的包层，所述包层被自由空间包围。
14.根据权利要求12所述的光纤系统，其中，所述一种或多种材料或结构将包层光引导或散射出所述第一段和第二段多包层光纤。
15.根据权利要求1所述的光纤系统，其中，所述第一长度的多包层光纤在所述拼接和激光器之间，并且所述第二长度的多包层光纤在所述拼接和传送光纤之间。
16.根据权利要求1所述的光纤系统，其中，所述第一长度的多包层光纤在所述拼接和激光器之间，所述第二长度的多包层光纤在所述拼接和信号组合器之间。
17.根据权利要求1所述的光纤系统，进一步包括容纳所述一个或多个CLS和所述拼接的壳体，其中，所述第一和所述第二长度的多包层光纤离开所述壳体。
18.一种激光系统，包括：
源激光器；
耦合到所述源激光器的第一光纤，其中，所述第一光纤具有由两个或多个包层包围的芯；
第二光纤，通过差动包层拼接耦合到所述第一光纤，其中，所述第二光纤具有由两个或多个包层包围的芯；以及
一个或多个包层光剥离器(CLS)，其中，一个或多个CLS包括在所述拼接的第一侧上的第一长度的光纤和在所述拼接的第二侧上的第二长度的光纤。
19.根据权利要求18所述的激光系统，其中，所述源激光器具有至少为3KW的功率输出。
20.根据权利要求18所述的激光系统，其中，所述拼接是在所述光纤的一端或在所述第二光纤的一端。
21.一种拼接两根多包层光纤的方法，所述方法包括：
接收具有第一端的第一纤维；
接收具有第二端的第二纤维；
将所述第一端结合到所述第二端；以及
形成包层光剥离器(CLS)，其在所述光纤的所述第一光纤内具有第一长度并且在所述光纤的所述第二光纤内具有第二长度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述光纤中的所述第一光纤包括具有与所述第一端分开的第一长度的第一包层光剥离器(CLS)，并且所述光纤中的所述第二光纤包括具有包括所述第二端的第二长度的第二CLS。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，形成所述CLS进一步包括通过以下步骤形成所述第一CLS和第二CLS：
通过沿着所述第一长度和沿着所述第二长度去除围绕所述内包层的外包层来暴露内包层；以及
在所述内包层上施加一种或多种材料，或者在所述内包层中形成一种或多种结构，所述一种或多种材料可操作以去除包层光。
24.一种在两个多包层光纤之间耦合光的方法，所述方法包括：
将光束接收到所述光纤中的第一光纤中；
在所述光纤中的所述第一光纤的长度上从第一内包层剥离光；
跨越所述光纤中的所述第一光纤的纤芯与所述光纤中的第二光纤的纤芯之间的拼接耦合所述光束的至少一部分；以及
在所述光纤中的所述第二光纤的长度上剥离来自第二内包层的光。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述拼接是差动包层拼接，并且所述方法进一步包括剥离来自所述第一内包层的从所述第二内包层反向传播的光。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述拼接是差动芯拼接，并且所述方法进一步包括从所述第二内包层剥离所述光束的一部分。
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