CN115220146A - 用于有效光束组合的成形光纤 - Google Patents

Abstract

在一些实施方式中，光纤光学组合器可以包括具有一几何形状的包封管绑在包封管内成束的多个光纤。在一些实施方式中，多个光纤包括至少一根具有纤芯和围绕纤芯的非圆形包层的光纤。相对于全部具有圆形包层的多个光纤，非圆形包层可以导致多个光纤具有更大的管填充因子和更低的预期光束参数乘积增加因子。

Description

用于有效光束组合的成形光纤

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有于2021年4月20日提交的美国临时专利申请第63/201,243号的优先权，该申请题为“SHAPED FIBERS FOR HIGH EFFICIENCY BEAM COMBINATION”在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合到本专利申请中。

技术领域

本发明总体上涉及一种光束组合器和具有非圆形包层的成形光纤，该非圆形包层使得成形光纤能够在包封管内被有效地成束。

背景技术

在光学系统中，光束质量通常是指在特定条件下(例如，光束发散度有限)激光束聚焦的紧密程度。例如，高光束质量意味着平滑的波前(wavefront)(例如，光束轮廓上的强相位相关性)，使得用透镜聚焦光束使得光束能够聚焦在波前是平面的地方。另一方面，光束质量差的光束可能具有使光束聚焦更加困难的加扰波前(例如，给定光斑尺寸的光束发散度增加)。经常用于量化光束质量的一个度量是光束参数乘积(BPP)，它被定义为光束半径(在光束腰部测量)和光束发散半角(在远场测量)的乘积。通常，波束质量随着BPP值的增加而降低，反之亦然(例如，较高的BPP与较低的波束质量相关联，而较低的BPP与较高的波束质量相关联)。一般来说，可实现的最小BPP值是λ/π，这对应于波长为λ的理想高斯光束。例如，波长为1064纳米(nm)的光束的最小可能BPP值约为0.339毫米乘以毫弧度(mm-mrad)。在一些情况下，当光束通过诸如薄透镜这样的非像差光学器件时，BPP可以保持不变或者可以最小程度地增加(例如，不会变得明显更差)(例如，如果透镜在光束腰部产生具有较小半径或较大半径的焦点，则光束发散将相应地增加或减少)。然而，非理想光学器件会导致BPP值显著增加，从而破坏光束质量。例如，在一个或多个光学部件导致光束半径增加而光束发散半角没有相应减小的情况下，BPP值可以显著增加。

发明内容

在一些实施方式中，光纤光学组合器包括具有一几何形状的包封管和在包封管内成束的多个光纤，其中多个光纤包括至少一个光纤，该光纤具有:纤芯；和围绕纤芯的非圆形包层。

在一些实施方式中，光学组件包括被配置成发射各自光束的多个激光模块；馈送光纤；以及耦合在多个激光器模块和馈送光纤之间的光纤光学组合器，其中该光纤光学组合器包括在包封管内成束的多个光纤，并且其中在包封管内成束的多个光纤每一个包括纤芯和围绕该纤芯的非圆形包层。

在一些实施方式中，一种方法，包括:接收多个预制件，每个预制件具有纤芯和围绕纤芯的圆形包层；通过从围绕多个预制件中的每一个的纤芯的圆形包层去除材料，形成具有非圆形形状的多个光纤；和将多个光纤在具有一几何形状的包封管内成束。

附图说明

图1A-1B是说明光束组合器的一个或多个例子的图。

图2A-2E是图示能够实现有效光束组合的成形光纤的一个或多个示例性实施方式的图

图3是与制造能够实现有效光束组合的成形光纤相关的示例过程的流程图。

具体实施方式

以下示例性实施方式的详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

各种激光器架构允许高功率激光源以高光束质量(例如，高辐射率或亮度)工作。然而，现有的激光器结构具有局限性，并且一些激光器应用需要比通过任何已知的激光器技术可获得激光功率和/或亮度的更高的激光功率和/或亮度。在需要高激光功率的激光应用中出现的另一个问题是，高功率激光系统的开发和制造数量很少，使得设备成本很高。解决高功率激光系统中的挑战和/或限制的一个潜在解决方案是使用光束组合，这是指一种光学系统，其中来自多个激光源(例如，在激光阵列中)的输出被组合以获得单个输出光束。因此，使用可扩展的光束组合技术可以产生功率可扩展的激光源，即使单个激光器是不可扩展的。

例如，图1A-1B是示出光束组合器的一个或多个示例100的示意图，该光束组合器可用于缩放多千瓦(multi-kilowatt)光纤激光器中的功率。如图1A所示，可以使用激光模块和组合器方法来配置一个或多个激光模块110以获得最大功率，然后可以通过光纤光学组合器120组合多个激光模块110，以获得更大的总系统功率。在激光模块和组合器方法中使用的常见策略是将几个输入光纤130熔合成束，将该束装入包封管(例如玻璃管)中，并将管折叠到输入光纤130上。输入光纤130可以在锥形化区域122上被蚀刻和/或逐渐锥形化，以获得目标初始直径(例如，直到输入光纤130的纤芯尺寸与输出光纤140匹配)。然后，在光纤束中熔合的输入光纤130可以在锥形腰部124(例如，光纤光学组合器120的直径最小的位置)被劈开，然后，成束的输入光纤130可以被拼接到输出光纤140。

例如，如图1A所示，所示的光纤光学组合器120是3∶1组合器，其中三根输入光纤130作为一束被装入玻璃管或另一合适的包封管136中。每个输入光纤130包括圆形纤芯132和围绕圆形纤芯132的圆形包层134。该组件然后可以被熔合并逐渐锥形化，这导致光从纤芯132泄漏到相应的包层134中。因此，熔合包层134被离开激光模块110的光照射。如图1A进一步所示，熔合且锥形化的组件的直径与输出光纤140(例如，目标馈送光纤)的纤芯142的直径尺寸匹配。组合束和输出光纤140然后被拼接，完成光纤光学组合器120。可选地，输入光纤130(例如，来自激光模块110的输出光纤)可以被蚀刻和熔合，但是不是锥形的。在这种情况下，光可以保留在输入光纤130的纤芯132中，并且输出(馈送)光纤140的纤芯直径与包围纤芯132的熔合包层138相匹配。具体而言，本文中可能仅参考锥形化情况来描述一些实施方式，但是应当理解，本文中描述的实施方式也适用于蚀刻和熔合情况。

在使用光束组合的光学组件或光学系统中，一个设计目标是倍增输出功率，但是另一个重要的设计目标是保持光束质量，使得辐射率几乎与输出功率一样增加。因此，在使用图1A所示的激光模块和组合器方法的光学系统中，典型的目标是组合激光模块110，使得光束参数乘积(beam parameter product：BPP)尽可能小地增加并且没有功率损失。例如，如上所述，BPP通常指光束半径和光束发散角的乘积。BPP类似于或类似于熵，因为对于大多数材料加工应用，具有较低BPP的光束是优选的。此外，BPP通常很容易增加，但是很难或不可能减少。

在组合了N个激光模块110的光学系统中，理论上完美的组合器120将输出BPP增加为单个输入激光模块110的BPP的

倍。定性地说，BPP增加的发生是因为总光束面积增加了N倍，而发散角保持不变，并且BPP缩放为面积的平方根。完美的组合器120将与来自激光模块110的输入光纤130和与组合器120拼接的馈送光纤140的组合光束区域精确匹配。相反，在图1A所示的3∶1组合器中，接收馈送光纤140的纤芯142比被组合的光束具有更大的面积。入射光的总光束面积是输入光纤130的包层134面积的3倍，而接收馈送光纤140的纤芯142的面积由包围所有入射光束的圆决定。例如，如图1B所示，附图标记150表示在锥形化期间被照射的入射光的总光束面积(例如，在组合器120中被成束的输入光纤130的包层134的组合面积)，附图标记152表示包围所有入射光束的圆的面积，所述入射光束被锥形化以匹配接收馈送光纤140的纤芯142。因此，如图1B中进一步所示，附图标记154示出了输入光纤130之间和周围的空气间隙(例如，未被占据的空间)，这指示了在组合器120和馈送光纤140之间的拼接中将增加多少波束面积，由于波束半径的快速增加而导致BPP因而增加(例如，BPP惩罚(BPP penalty))，而没有相应地减少波束发散。无论气隙154是否通过包封管136的软化和塌缩而沿着组合器密封，或者气隙154是否沿着组合器保持未密封，都会发生这种情况。BPP的增加可能显著降低光束质量，因为具有低BPP(例如，小光束半径和低发散度)的光束通常聚焦得更好，并且在更长的距离内保持聚焦(例如，更接近理想光束)。

因此，在N∶1光束组合器(其中N大于或等于2)中，随着输入光纤130更有效地成束或以其他方式封装到要拼接到馈送光纤140的纤芯142上的空间中，性能通常会提高。相关地，当输入光纤130被低效地封装到将被拼接到馈送光纤140的纤芯142上的空间中时，性能通常会下降。低效封装的输入光纤130性能下降问题对于2:1组合器来说是最糟糕的，这种组合器对任何圆内圆(circle-in-circle：例如，一个或多个单位圆内接在最小可能的较大圆内)几何结构的封装效率最低。例如，将两个圆形输入光纤130最佳地装配到具有圆形横截面的包封管136中导致0.5或50％的填充因子(或填充密度)。因此，与

的理论最佳情况相比，简单地将两个输入光纤130封装到圆管136中导致BPP至少增加2倍。此外，如附图标记160所示，当管136塌缩和/或当光纤束熔合时，2∶1组合器具有高度椭圆形的形状，这使得处理和/或拼接到圆形馈送光纤140更加困难。

本文描述的一些实施方式涉及组合具有非圆形包层的成形光纤，这通过减少包封管内的死(例如，未被占据的)空间而允许更有效地封装到包封管中。例如，如本文所述，成形光纤可包括纤芯和围绕纤芯的非圆形包层，其中非圆形包层的形状或几何结构基于将在可能具有一几何形状的包封管内成束的成形光纤的数量。例如，在2:1光纤光学组合器的情况下，两个成形光纤可以具有允许管被更有效地填充的D形包层(例如，D形包层是具有平坦边缘的近似圆形)。例如，可以通过平坦深度参数来量化D形包层，该参数的值等于成形光纤的外半径和从成形光纤的中心到成形光纤的平坦边缘的距离之间的差。更一般地，非圆形包层具有由一个或多个参数量化的形状，这些参数定义了完美圆的一个或多个被去除部分，以实现非圆形包层的目标形状。例如，4∶1光纤组合器可以使得四(4)根各自具有四分之一圆几何结构的光纤成束，或者6∶1光纤组合器可以使得六(6)根各自具有三角形几何结构的光纤成束。通常，成形光纤的几何结构可以通过减少管中未被占据的区域来增加管填充因子。结果，增加的管填充因子可以降低在组合器和馈送光纤之间的拼接处光束面积增加的程度，这降低了BPP增加因子(例如，在组合器和馈送光纤之间的拼接处出现的BPP增加的度量)，从而提高了性能。

图2A-2E是示出实现有效光束组合的成形光纤的一个或多个示例性实施方式200的示意图。在一些实施方式中，成形光纤可以用在光纤光学组合器中，该光纤光学组合器包括在包封管内成束的多个光纤(例如，在光学系统或光学组件中，光纤光学组合器设置在多个激光模块和输出馈送光纤之间，以将功率缩放到多kW级，如上面参考图1A-1B更详细描述的)。

如图2A所示，成形光纤可以包括具有第一半径R₁的圆形内部光纤210和围绕内部光纤210并具有第二半径R的非圆形包层220。或者，在一些方面，内部光纤210可以具有非圆形(例如，椭圆形)形状。在一些实施方式中，图2A所示的成形光纤可以用于2∶1光纤光学组合器，由此非圆形包层220可以具有D形几何结构，以使得两个成形光纤能够比具有圆形形状的两个光纤更有效地填充包封管(例如，两端开口的玻璃管)。在一些实施方式中，包封管可以具有这样的几何形状，其可以是任何合适的形状，其中包封管的横截面包括气孔，气孔可以是适合于特定应用或系统设计的任何封闭形状(例如，圆形、矩形、椭圆形、六边形和/或香蕉形等)。

在一些实施方式中，非圆形包层220的D形几何结构可以是具有平坦边缘的近似圆形。例如，如图2A所示，非圆形包层220的D形可以通过平坦深度参数230,Δ,来量化，该参数基于成形光纤半径的去除部分。例如，如图2A所示，平坦深度参数230的值等于R(非圆形包层220的半径)和从内部光纤210的中心到成形光纤的平坦边缘的距离之间的差。此外，或者可替换地，如附图标记232所示，非圆形包层220的形状可以通过无量纲的“D-ness”参数q来量化，该参数q的值等于Δ(平坦深度参数230的值)和R(非圆形包层220的半径)之间的比，其中q的值为零(0)到一(1)。因此，如附图标记240所示，封装两根D形光纤的包封管可以具有最小包封半径2R–Δ。

以这种方式，如附图标记250所示，将光纤成形为具有非圆形包层220可以提高包封管内的填充效率，这通过降低在将成形光纤成束的管和输出馈送光纤之间的拼接处预期出现的BPP增加来提高性能。例如，相对于两根圆形光纤，具有非圆形(例如，D形)包层220的两根成形光纤可以占据管内空间的更大部分，这降低了预期在包封管和输出馈送光纤之间的拼接处出现的BPP损失。如本文所述，管内被成形光纤占据的空间部分可以被称为管填充因子，并且预期在管和输出馈送光纤之间的拼接处出现的BPP损失可以被称为预期BPP增加因子。一般来说，随着非圆形包层220变得更加呈D形，封装变得更加有效(管填充因子增加)。

例如，图2B是示出与成形光纤相关的提高的效率和改善的光束质量相关的示例曲线图260、262的图。如图2B所示，通过曲线260，管填充因子可以指管内填充有玻璃的面积的百分比。如图所示，平坦深度参数230的值随着非圆形包层220变得更加呈D形而增加(导致更大的q值)，这导致管填充因子增加，并且当平坦深度参数230等于R时接近一(1)，这在理论上导致两个半圆，这两个半圆可以占据具有圆形横截面的管内的所有空间。然而，在实践中，半圆形光纤的极端情况可能不会被使用，因为存在内部光纤210，当管具有圆形横截面时，其可以将管填充因子限制为约0.8(例如，平坦深度参数Δ的值可以被限制为R-R₁，其中R₁是内部光纤210的半径)，并且内部光纤210与包层220同心。在一些实施方式中，成形光纤可以包括相对于包层220不同心的内部光纤210，这使得填充因子为1。此外，如图2B和曲线262所示，随着光纤变得更加呈D形(例如，随着q值的增加)，预期BPP增加因子减小，由此更大的q值提高了性能，因为BPP增加的速率在更大的q值下更低。以这种方式，因为BPP随着面积增加的平方根而增加，或者是管填充因子的平方根的1倍，所以将光纤成形为更加呈D形(例如，在2∶1组合器的情况下具有更大的平坦深度)能够实现更高亮度的组合器。此外，如图所示，相对于使得两根圆形光纤成束的组合器(例如，q值为零)，将两根光纤成形为具有D形(例如，q值大于零)可以具有更高的管填充因子和更低的预期BPP增加因子。

在一些实施方式中，影响组合器性能的另一个因素是锥形几何结构(例如，锥度比和/或锥形长度)。例如，如上所述，使得多个光纤成束的组合器可以从管的输入端到管的输出端逐渐锥形化，并且组合器的锥度比可以指起始直径与最终直径的比(例如，逐渐锥形化之前管的内径与逐渐锥形化之后管的内径的比)。有效的锥形是绝热的，这保持了BPP(例如，降低了预期的BPP增加因子)，因为尺寸的变化足够慢，使得光可以逐渐平滑地从纤芯泄漏到包层。相比之下，非绝热锥形是突然的，并且会导致BPP以类似的方式增加，就像在具有不同尺寸的两个光纤之间的拼接处发生的那样。除了锥度比和锥形长度之外，绝热性还取决于包层直径与纤芯直径的比(例如，光束改变大小的程度)。较大的包层直径与纤芯直径之比需要较长的锥形长度才能绝热。对于组合器，锥度比决定了包封管的内径，因为管通常在锥形腰部(例如，锥度最小的位置)与馈送光纤芯直径匹配。随着光纤越来越呈D形(更大的平坦深度Δ，更大的q)，光纤半径R增加以填充管的内径，增加包层直径与纤芯直径的比率。实际上，系统设计限制将锥形长度限制在几十毫米。在这种约束下，由于非绝热的锥形，使光纤在某个临界点以上更呈D形实际上会增加BPP。例如，图2C示出了示例曲线图270，其包括第一曲线272和第二曲线274，第一曲线272表示作为q的函数的模式平均BPP(单位为毫米乘以毫弧度(mm-mrad))，第二曲线274表示作为q的函数的包层-纤芯有效半径比。如曲线272所示，基于4.5的锥度比，当光纤越来越呈D形时，BPP减小(例如，导致包层-纤芯比增加，保持管的最终内径不变)直到q值满足阈值276。在阈值276以上，由于非绝热锥形，使光纤更呈D形导致BPP增加。因此，如图所示，锥形几何结构(例如，锥度比和锥形长度)可以基于包层-纤芯有效半径比来确定平坦深度参数的最佳值。

以这种方式，通过成形光纤，使得纤芯210被非圆形包层220(例如，在2∶1组合器的情况下为D形包层)包围，当光纤被蚀刻时，平坦深度参数230的值不会改变。典型地，对于这种组合器，光纤以400-500微米(μm)的包层直径被拉制，并且在被成束和封装在管中之前被蚀刻成80-150μm的包层直径。因此，相对于标称外径，可以为平坦深度参数选择较小的值(例如，500μm直径光纤上的50μm平坦深度)。因此，如图2D所示，未蚀刻的光纤大部分是圆形的，可以很容易地拼接成圆形光纤，留下激光模块。当光纤被蚀刻时，光纤变得更呈D形(例如，平坦深度参数230的值不变，但是半径减小，这导致q增加)，以便更有效地填充。如图2D所示，附图标记280，制造或加工D形光纤的技术可以从将圆形预制件的一个边缘磨回到目标平坦深度开始。附加地或替代地，可以通过二氧化碳(CO₂)激光材料去除术、选择性蚀刻或另一种合适的材料去除工艺而将圆形预制件的一个边缘烧蚀到目标平坦深度。如图2D进一步示出的，附图标记282，光纤在拉制后可以通过目标激光材料去除术或另一种合适的技术加工成D形。此外，或者可替换地，可以在光纤尺度下对圆形光纤进行拉制和成形(例如，使用激光烧蚀或选择性蚀刻)，以在一个步骤中实现非圆形包层220的期望形状和/或目标直径。这样，因为光纤光学组合器到输入光纤是圆形的，所以输入光纤可以容易地拼接到输入激光模块。

类似地，对于其他组合器几何结构，成形光纤可以实现更高亮度的光束组合。例如，非圆形包层的形状或几何结构通常取决于要在管内成束的光纤数量，其中图2A-2D描述了适用于2∶1组合器的D形光纤。更一般地，非圆形包层220具有由一个或多个参数量化的形状，这些参数定义了完美圆的一个或多个被去除部分，以实现非圆形包层220的目标形状。例如，图2E示出了4∶1组合器的示例290，其中圆形光纤的两个边缘处的材料可以被去除，然后光纤可以被蚀刻以形成具有近似四分之一圆形状的成形光纤。然后，四根成形的光纤可以在一个包封管内成束，以形成一个4∶1组合器，相对于使四根圆形光纤成束的4∶1组合器，该组合器可以具有更大的管填充因子和更低的预期BPP增加因子。此外，图2E示出了6∶1组合器的示例292，其中圆形光纤的三个边缘处的材料可以被去除，然后光纤可以被蚀刻以形成具有三角形形状的成形光纤。然后，六根成形的光纤可以在一个包封的管内成束，以形成一个6∶1的组合器，相对于使得六根圆形光纤成束的6∶1组合器，该组合器可以具有更大的管填充因子和更低的预期BPP增加因子。一般来说，通过将光纤成形为具有非圆形包层而获得的封装效率的提高会随着组合光纤的数量而降低，其中N＝2的改善最大，但是成形光纤包层可允许非典型的组合器配置(例如，N＝6)，其通常难以封装和/或与较差的封装效率相关联。

如上所述，2A-2E数字是作为例子提供的。其他例子可以与2A-2E图中描述的不同。例如，尽管本文中描述的一些实施方式涉及具有圆形几何结构的封管、馈送光纤和/或内部光纤，但在一些实施方式中，封管、馈送光纤和/或内部光纤中的一个或多个可以具有非圆形(例如椭圆形)几何结构，其中封管的几何结构通常可以与馈送光纤的几何结构相匹配。此外，如本文所述，图2A-2E中所示的部件的数量和布置被提供作为示例。实际上，与图2A-2E中所示的部件相比，可能有更多的部件、更少的部件、不同的部件或不同排列的部件。此外，图2A-2E所示的两个或多个部件可以在单个部件内实现，或者图2A-2E所示的单个部件可以作为多个分布式部件来实现。附加地或替代地，图2A-2E所示的一组部件可以执行被描述为由图2A-2E所示的另一组部件执行的一个或多个功能。

图3是涉及制造能够实现有效光束组合的成形光纤的示例过程300的流程图。

如图3所示，过程300可以包括接收多个预制件，每个预制件具有纤芯和围绕纤芯的圆形包层(方框310)。如图3进一步所示，过程300可以包括通过从多个预制件中的每一个的纤芯的圆形包层去除材料来形成具有非圆形形状的多个光纤(方框320)。如图3进一步所示，过程300可以包括将多个光纤在具有一几何形状的包封管内成束(方框330)。例如，在一些实施方式中，包封管的几何形状可以包括具有封闭空气区域(例如，气孔)的横截面，该封闭空气区域可以是任何封闭形状(例如，圆形、矩形、椭圆形、六边形和/或香蕉形)以及围绕封闭空气区域的封闭材料的一个或多个区域。

过程300可以包括额外的实现，例如下面描述的和/或结合本文别处描述的一个或多个其他过程的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。

在第一实施方式中，将材料从多个预制件中的每一个的圆形包层移除至平坦深度，该平坦深度的值等于多个预制件的半径与从多个预制件的中心到多个预制件的相应平坦边缘的距离之间的差。

在第二实施方式中，单独或与第一实施方式结合，过程300包括在来自多个激光模块的相应输出处将多个光纤拼接到圆形光纤，并且蚀刻多个光纤以减小多个光纤的半径，而不会导致平坦深度值的改变，其中拼接和蚀刻发生在多个光纤在包封管内成束之前。

在第三实施方式中，单独或与第一和第二实施方式中的一个或多个结合，过程300包括拉制一根或多个圆形光纤，并通过激光烧蚀或选择性蚀刻使一根或多个圆形光纤成形，以获得多个光纤的非圆形形状。

在第四实施方式中，单独或与第一至第三实施方式中的一个或多个相结合，具有非圆形形状的多个光纤可以用在光纤光学组合器中，该光纤光学组合器可以耦合在被配置为发射相应光束的多个激光模块和馈送光纤之间。例如，如上所述，光纤光学组合器可以包括在包封管内成束的多个光纤，并且在包封管内成束的每根光纤可以具有纤芯和围绕纤芯的非圆形包层。此外，在一些实施方式中，包封管的输出端可以与耦合到包封管的输出端的馈送光纤的纤芯尺寸匹配和/或形状匹配。

在第五实施方式中，单独或与第一至第四实施方式中的一个或多个结合，多个光纤的非圆形包层可以使多个光纤相对于全部具有圆形包层的多个光纤具有更大的包封管填充因子和更低的预期BPP增加因子(例如，基于多个光纤占据封管内更大百分比的面积或空间)。

在第六实施方式中，单独或与第一至第五实施方式中的一个或多个结合，非圆形包层具有由一个或多个参数量化的形状，这些参数定义了完美圆的一个或多个被去除部分，以实现非圆形包层的目标形状(例如，非圆形包层的形状可以是D形，或者具有平坦边缘的圆形，并且一个或多个参数可以包括平坦深度参数，该平坦深度参数的值等于光纤半径和从光纤中心到平坦边缘的距离之间的差值)。

在第七实施方式中，单独或与第一至第六实施方式中的一个或多个结合，平坦深度参数的值可以基于锥度比(例如，在包封管的输入端的包封管内径与在包封管的输出端的包封管内径的比)和/或锥形长度(例如，包封管从输入端到输出端逐渐锥形化的长度)。

在第八实施方式中，单独或与第一至第七种实施方式中的一个或多个结合，包封管具有基于多个光纤的半径和平坦深度参数值的内半径。

在第九实施方式中，单独或与第一至第八实施方式中的一个或多个结合，多个光纤的几何结构基于在包封管内成束的多个光纤的数量。

虽然图3示出了过程300的示例块，但是在一些实现方式中，过程300可以包括与图3所示的那些块相比的附加块、更少的块、不同的块或者不同排列的块。附加地或替代地，过程300的两个或更多个块可以并行执行。

前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实现都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实现不能被组合的理由。

如这里所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。

即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各个方面的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各个方面的公开包括每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求。如这里所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及具有相同元素的倍数的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c、b-b、b-b-c、b-b-c、c-c和c-c-c或任何其他排序的a,b,和c)。

除非明确描述，否则这里使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用。当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”、“包括”等意在是开放式术语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。

此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“下”、“下方”、“上”、“上方”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且这里使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

Claims (20)

1.一种光纤光学组合器，包括:

具有一几何形状的包封管；和

在包封管内成束的多个光纤，其中多个光纤包括至少一个光纤，该光纤具有:

纤芯；和

围绕纤芯的非圆形包层。

2.根据权利要求1所述的光纤光学组合器，其中所述非圆形包层具有由一个或多个参数量化的形状，所述一个或多个参数定义了完美圆的一个或多个被去除部分，以实现所述非圆形包层的目标形状。

3.根据权利要求2所述的光纤光学组合器，其中所述非圆形包层的形状是具有平坦边缘的近似圆形，并且其中所述一个或多个参数包括平坦深度参数，所述平坦深度参数的值等于所述至少一个光纤的半径与从所述至少一个光纤的中心到所述平坦边缘的距离之间的差。

4.根据权利要求3所述的光纤光学组合器，其中所述包封管的内半径等于所述多个光纤的半径与所述平坦深度参数值之间的差。

5.根据权利要求3所述的光纤光学组合器，其中所述平坦深度参数的值基于所述包封管的输入端处的、所述包封管的第一内径与所述包封管的输出端处、的所述包封管的第二内径的比或者从所述包封管的输入端到所述包封管的输出端的长度中的一个或多个。

6.根据权利要求1所述的光纤光学组合器，其中，所述非圆形包层具有基于在所述包封管内成束的多个光纤的数量的几何结构。

7.根据权利要求1所述的光纤光学组合器，其中，相对于全部具有圆形包层的多个光纤，非圆形包层使得多个光纤具有更大的管填充因子和更低的预期光束参数(BPP)乘积增加因子。

8.根据权利要求7所述的光纤光学组合器，其中所述管填充因子和预期BPP增加因子基于所述包封管中被所述多个光纤占据的面积。

9.根据权利要求1所述的光纤光学组合器，其中所述包封管从所述包封管的输入端到所述包封管的输出端逐渐锥形化。

10.根据权利要求1所述的光纤光学组合器，其中所述包封管的输出端的尺寸与耦合到所述包封管的输出端的馈送光纤的纤芯直径匹配。

11.一种光学组件，包括:

多个激光模块，被配置为发射各自的光束；

馈送光纤；和

光纤光学组合器，耦合在多个激光器模块和馈送光纤之间，其中该光纤光学组合器包括在包封管内成束的多个光纤，并且其中在包封管内成束的多个光纤每一个包括纤芯和围绕该纤芯的非圆形包层。

12.根据权利要求11所述的光学组件，其中所述非圆形包层具有基于在所述包封管内成束的多个光纤的数量的几何结构。

13.根据权利要求11所述的光学组件，其中所述非圆形包层使得所述多个光纤相对于全部具有圆形包层的多个光纤具有更大的管填充因子和更低的预期光束参数乘积增加因子。

14.根据权利要求11所述的光学组件，其中所述非圆形包层具有由一个或多个参数量化的形状，所述一个或多个参数定义了完美圆的一个或多个被去除部分，以实现所述非圆形包层的目标形状。

15.根据权利要求14所述的光学组件，其中所述一个或多个参数包括平坦深度参数，所述平坦深度参数的值基于所述包封管的输入端处的、所述包封管的第一内径与所述包封管的输出端处的、所述包封管的第二内径的比。

16.根据权利要求14所述的光学组件，其中所述一个或多个参数包括平坦深度参数，所述平坦深度参数的值基于从所述包封管的输入端到所述包封管的输出端的长度。

17.一种方法，包括:

接收多个预制件，每个预制件具有纤芯和围绕纤芯的圆形包层；

通过从围绕多个预制件中的每一个的纤芯的圆形包层去除材料，形成具有非圆形形状的多个光纤；和

将多个光纤在具有一几何形状的包封管内成束。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述材料从所述多个预制件中的每一个的圆形包层移除至平坦深度，所述平坦深度的值等于所述多个预制件的半径与从所述多个预制件的中心到所述多个预制件的相应平坦边缘的距离之间的差。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括:

在来自多个激光模块的相应输出处将多个光纤拼接到圆形光纤上；和

蚀刻多个光纤以减小多个光纤的半径，而不引起平坦深度值的变化，其中拼接和蚀刻发生在将多个光纤在包封管内成束之前。

20.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述多个光纤包括:

拉制一根或多个圆形光纤，并通过激光烧蚀或选择性蚀刻使一个或多个圆形光纤成形，以获得多个光纤的非圆形形状。

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