CN204536594U - 光纤耦合器 - Google Patents

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Abstract

提供一种光纤耦合器，其具有管状包裹结构(2)和多根布置在包裹结构(2)中的光纤(5)，光纤分别具有光纤芯(11)和包围光纤芯的光纤包套(12)，以便引导激光射束，并且光纤分别从包裹结构(2)的第一端部(3)延伸至第二端部(4)，其中，包裹结构具有变细部段(10)，变细部段在第一方向上从第一端部(3)向第二端部(4)变细，其中，对于每根光纤在变细部段(10)中，光纤芯(11)的直径与光纤包套(12)的直径的第一比值以及在光纤(5)中引导的激光射束的模场直径与光纤芯(11)的直径的第二比值在第一方向上增大。

Description

光纤耦合器
技术领域
本实用新型涉及一种光纤耦合器，其具有管状的包裹结构和多根布置在包裹结构中的光纤，所述光纤分别具有光纤芯和包围光纤芯的光纤包套，以便引导激光射束，以及所述光纤分别从包裹结构的第一端部延伸至第二端部，其中，包裹结构具有变细部段，所述变细部段在第一方向上从第一端部向第二端部变细。
背景技术
这种用于对在光纤中引导的激光射束进行几何耦合的光纤耦合器例如以如下方式形成：光纤被牵拉和熔合。为了在从光纤耦合器中射出的输出射线集束中获得高亮度，在耦合器中可以使光纤的芯直径与总直径的比值朝向输出侧提高，例如在EP 2 071 376 A1中所介绍的那样。可替换地，可以提高耦合器中在光纤中引导的激光射束的模场直径与芯直径的比值(US 2010/0278486 A1、US 2010/0189 138 A1)，其中，在通过将光纤牵拉至多于三倍而使其变细时，需要复杂的折射率构成，以便获得高亮度。
实用新型内容
基于上述内容，本实用新型的目的在于：提供一种光纤耦合器，其将在光纤中引导的激光射束转换为输出射线集束，其中，从各个光纤中射出的、形成输出射线集束的输出射线的亮度尽可能得以保持。
所述目的通过一种具有管状包裹结构和多个布置于该包裹结构中的光纤的光纤耦合器来实现，光纤分别具有光纤芯和包围光纤芯的光纤包套，以便引导激光射束，以及光纤分别从包裹结构的第一端部延伸至第二端部，其中，包裹结构具有变细部段，变细部段在第一方向上从第一端部朝向第二端部变细，其中，对于每根光纤在变细部段中，光纤芯直径与光纤包套直径的第一比值以及在光纤中引导的激光射束的模场直径与光纤 芯直径的第二比值在第一方向上增大。
凭借这样的光纤耦合器，能够在由射出的激光射束形成的共同的输出射线集束保持最佳可能的亮度的情况下实现从光纤中射出的激光射束(输出射线)所希望的几何耦合。此外，从各个光纤中射出的输出射线的亮度仅不明显地变差(激光射束相互未耦合或仅低程度地耦合)，从而输出射线集束中的输出射线只要需要的话就能够得到分别定位或分别利用。在这里，“不明显的变差”被理解为，亮度为原始亮度的至少90％或者优选至少95％。输出射线集束具有较高的相空间填充度并且基于各个能定位的输出射线实现了有针对性的时间与空间上的射线构型方案，这是因为每个从光纤中射出的激光射线的位置参数和辐射参数都得到明确限定。
在根据本实用新型的光纤耦合器中，分别在各个光纤中引导的输入射线转换为分别射出的输出射线，其中，分别射出的输出射线的亮度尽可能与所分别引导的输入射线相一致。根据本实用新型的光纤耦合器实现了对分别射出的输出射线的有针对性的排布，其中，这种排布方案特别是也实现了对各个输出射线的个性化定位，并且实现了：能够使来自多个分别射出部分的输出射线集束(从光纤中射出的输出射线)以在总量上较高的亮度形成。
于是，例如能够以根据本实用新型的光纤耦合器将呈在两根单独的光纤中引导的基模射束形式的输入射束转换为由两个具有尽可能平行的出射轴线的输出射线组成的一个集束，该集束在包裹结构的第二端部上具有分别射出的输出射线的基模的光腰，其中，所述轴线的间距小于基模直径，并且基模中的功率相当于耦合输入的基模功率的至少90％。
根据本实用新型的光纤耦合器的光纤优选为也适合于在较大的间距之间传输激光射束的光纤。包裹结构可以具有内管结构和起包围作用的包裹管或者由内管结构和包裹管构成。光纤耦合器特别是可以一体地构造。
在根据本实用新型的光纤耦合器中，光纤优选是基模或低模光纤，对应的V参数在2.4与4.5之间。对于阶跃光纤，V参数由芯直径d1、波长λ和数值孔径获得，其中，n1及n2代表芯或包套的折射率： V = π d 1 NA λ .
由此，光纤耦合器的光纤在输入侧(即在变细部段之前)优选具有在2.4与4.5之间、特别是在2.8与4.5之间的V参数。光纤耦合器的光纤的V参数基于变细部段在输出侧优选具有处于1.8至2.0范围的数值。
对于具有较为复杂的折射率构成的光纤，可以相应地使用等效的V参数。
对于1.0-1.1μm的波长，优选使用如下的光纤，其在扩大芯直径与包套直径的比值和/或模场直径与芯直径的比值之前，在模场处于8μm与25μm的情况下具有处于10μm与25μm之间的芯直径和处于125μm与250μm之间的包套直径。另外，光纤的光纤包套优选具有均一不变的折射率构成。
光纤在第二端部上直接和/或借助包裹结构相互熔合。光纤也至少在变细部段中直接和/或借助包裹结构被熔合。光纤在包裹结构以外，在第一端部之前并为相互熔合。
因为光纤在第一端部分别从光纤耦合器引出并且在不存在自由射出界面的情况下引导至经熔合的第二端部，所以根据本实用新型的光纤耦合器被称为一体式光纤耦合器。
优选的是，从未熔合区域到完全熔合区域的过渡在光纤耦合器中的如下部位上进行，在所述部位上，芯直径相对于包套直径的扩大率以及模场直径相对于芯直径的扩大率关于未变细的直径仍低于系数1.2，从而光纤仍具有其原始总直径(石英包套的直径)的80％或更多。由此，以有利的方式实现的是：在熔合时出现的力仅在光纤包套中以及在光纤芯中引起不明显地影响到光纤引导性能的变形。
在根据本实用新型的光纤耦合器中，为了增大第一比值可以在第一方向上减小光纤包套的厚度。这一过程可以容易地例如通过(例如借助蚀刻过程)“移除”光纤的光纤包套来实现。可替换地，光纤包套的折射率构成可以改变，从而光纤包套的一部分作为芯起作用。这例如借助以热学方式引发的扩散过程来实现。
另外，在根据本实用新型的光纤耦合器中，能够以如下方式选取第二比值的最大值：尽管在相邻的光纤中(所引导的)模发生叠加，但在每根光纤中仍存在有单独或者说区别化的射线引导。就此而言，例如确保了： 光纤始终具有均一不变的折射率。这一点通过光纤包套和包裹结构的几何形状及材料的选择或者其他填充光纤之间的空间的材料的选择来实现，从而围绕着每个用于引导光的光纤芯存在具有几乎均一不变的折射率的环(在横截面上看)。
在根据本实用新型的光纤耦合器中，为了增大第二比值可以在第一方向上减小光纤芯的直径。这一过程可以通过牵拉光纤耦合器来实现。为了确保过程可靠性以及避免干扰，应当仅对发生熔合的区域进行牵拉。通过拉长光纤，芯变小并且模场也愈加地延伸到外部区域中，其中，参数被这样选取：模场并非明显地延伸至下一个芯。由此，用以对来自各个光纤的各个激光射束进行叠加的几何空间得到最佳地利用，并且在此同时确保：从各个光纤中射出的输出射线仍能够单独地个别定位或者说定址。
在根据本实用新型的光纤耦合器中，包裹结构可以具有内管结构(其例如构造为多重细管)，内管结构对于每个光纤恰围出一个穿通孔。凭借这样的内管结构能够简便地以所需要的精度制造光纤耦合器。
另外，提供了一种用于制造光纤耦合器的方法，其中，多根光纤(其分别具有光纤芯和包围光纤芯的光纤包套，以便引导激光射束)被以在光纤纵向上减小的包套厚度提供，多根光纤被以如下方式引入管状的包裹结构坯件中：这些光纤彼此挨着，光纤直接和/或借助包裹结构坯件与所引入的光纤芯相熔合并且包裹结构坯件连同所引入的光纤在变细部段中在第一方向上变细，从而对于每根光纤在变细部段中，光纤芯直径与光纤包套直径的第一比值以及在光纤中引导的激光射束的模场直径与光纤芯直径的第二比值均在第一方向上增大。
凭借这种方法，能够以可重现的方式以高精度制造根据本实用新型的光纤耦合器。
在根据本实用新型的方法中，包裹结构坯件可以具有带用于每根光纤的孔的内管结构(例如多重细管)，其中，在每个孔中恰好引入一根光纤。
可替换地，在根据本实用新型的方法中，包裹结构坯件可以具有带孔的管，光纤引入所述孔中，然后直接彼此挨着安置。
特别是一个或多个孔可以先变细地构造，然后在将光纤引入其中。
另外，在熔合光纤时，光纤可以被加载拉应力。另外，管状的包裹结 构坯件也可以被加载拉应力。此外，管或孔可选地可以被加载低压。这种措施有利于避免光纤发生不希望的弯曲。
根据本实用新型的制造方法还可以具有结合根据本实用新型的光纤耦合器加以介绍的制造步骤。
不言而喻的是：前面提到的以及后面还要阐释的特征不仅能够以所给出的组合应用，还能够以其他组合或单独使用，而不离开本实用新型的范围。
附图说明
下面借助于也对本实用新型的重要特征加以公开的附图来详细阐述本实用新型。其中：
图1示出根据本实用新型的光纤耦合器的第一实施方式的透视图；
图2示出根据图1的光纤耦合器的纵剖面；
图3A示出沿图2中的剖面A-A的剖视图；
图3B示出沿图2中的剖面B-B的剖视图；
图3C示出沿图2中的剖面C-C的剖视图；
图4示出带有逐渐变细的包套的光纤；
图5示出具有内管结构的变细的包裹结构坯件的透视图；
图6示出根据图5的具有内管结构的包裹结构坯件的纵剖面；
图7示出根据本实用新型的光纤耦合器的光纤的V参数的图表；
图8示出根据本实用新型的光纤耦合器的侧视图；
图9A示出沿图8中的剖面A-A的侧视图；
图9B示出沿图8中的剖面B-B的侧视图；
图9C示出沿图8中的剖面C-C的侧视图；以及
图10示出根据另一实施方式的光纤耦合器的剖视图。
具体实施方式
在图1至图3C中所示的实施方式中，根据本实用新型的光纤耦合器1包括管状的包裹结构2(其具有两个相对置的端部3、4)以及多根(在这里为7根)光纤5，所述光纤分别具有芯和围绕芯布置的、典型地由石 英玻璃形成的包套，所述光纤彼此挨着布置并且从第一端部3延伸至第二端部4，其中，光纤以第一端部3伸入包裹结构2中，特别是如在图1和图2中所示那样。为了更好理解，缩小了光纤的多余部分并且去掉了前部的包套，以及芯如在图3和图4中那样放大示出。
管状的包裹结构2包括：构造为多重细管6的内管结构，该内管结构针对每根光纤5都具有孔，相应的光纤5嵌入到孔中；以及具有包围多重细管6的包裹管7。包裹管7在第一端部3处略微超出多重细管6。包裹管7的超出的部段形成引入区域8，该引入区域将光纤5仅作为集束而非单个地加以包绕并且在该引入区域中，光纤5不与内管结构6相熔合。
变细区域10与引入区域8相连，其中，两个区域8和10之间的过渡部9的特征在于：在该过渡部中，光纤5与内管结构6的连接状态从完全未发生熔合过渡为完全熔合。过渡部的轴向长度通常小于或等于光纤5之一的直径。在此，光纤的关键的变细过程、但并不是非得每个变细过程都在变细区域中实现。
接下来，变细区域10紧跟着过渡部9在第一方向上延伸至第二端部4并且在这里光纤的外直径在该第一方向上变细或者说变小。
光纤5当然也可以在过渡部9处就已经变细。对于过渡部9而言，关键在于：在该过渡部中，存在从未发生熔合到完全熔合的变化。
光纤5分别具有：光纤芯11，其具有优选旋转对称的折射率构成；以及包围该光纤芯11的、具有均一不变的折射率的光纤包套12。光纤5的折射率构成和几何形状这样选取：所述光纤在并未处于耦合器1中的部段(即图2中耦合器的左边部分)中以及在引入区域8的内部确保激光射束(优选作为基模射束，至多作为低模射束)在光纤芯11中的引导。
另外，光纤5在左边从第一端部3出来的长度可以相比于所示情况更小或者特别是更大。
正如特别是由图2与图3A至图3C中的图示所得悉地，对于每根光纤5在变细区域中(特别是在图2中的剖面A-A与剖面B-B之间)芯直径与总直径的第一比值得到提升。另外，每根光纤5的在光纤5中引导的激光射束的模场直径与芯直径的第二比值得到提升。第二比值的提升优选发生在第二端部4的附近，特别是根据图2自剖面B-B起或者自剖面C-C 起发生提升。
通过构造这样的光纤耦合器1，实现的是：作为输出射线13(通过图1和图2中的箭头示出)在光纤5中引导的激光射束被一直引导至光纤5中的第二端部4并且分别作为输出射线进而作为输出射线集束的一部分射出，其中，每根光纤5以如下方式引导输入射线13：使得其亮度在输出射线中保持尽可能良好地获得。但因为各个光纤5的输出射线在空间上被明显更密集地压缩或者说打包(packen)，所以提供了由各个输出射线形成的共同的输出射线集束14，其亮度明显比光纤耦合器1的第一端部3处的所有输入射线13更佳。另外，输出射线集束14的各个输出射线仍作为单独的基模或低模射线存在，这对于进一步应用或者说利用输出射线可以产生优点，特别是在利用激光射束进行材料加工的领域中，例如对金属工件进行切割或焊接。
在根据本实用新型的光纤耦合器1中，光纤5在整个变细区域10或至少尽可能在整个变细区域10上部分或完全地与多重细管6相熔合。
如在图2中所示地，光纤5的外直径可以在过渡部9处就已经变细并且进而在进入多重细管6的进入部处变细。这提高了过程安全性，因为细管直径与光纤直径能够以如下方式匹配：实现尽可能的型面配合并且光纤在熔合时不能发生移位、变形或弯曲。这还产生如下有利之处：由此，由在制造过程中在熔合时可能出现的表面张力所引起的干扰能够得到非常好地避免。典型的是，光纤5在过渡部9处还未显著变细。典型的是，在这里最多变细至不低于各个光纤5的原始总直径的80％。此外，实现了各根光纤与多重细管在轴向上以明显低于光纤半径的长度完全熔合。
包裹结构2进而还有多重细管6在发生熔合的区域中以如下方式包围各个光纤5，即：光纤芯11的圆形横截面得以保持并且光纤5不发生明显影响到射线引导的弯曲。另外，光纤耦合器1在发生熔合的区域中被这样实施：通过相应地选取包裹结构2以及特别是针对每个单个光纤5包围每个芯的多重细管6的材料，而存在如下区域：这一区域的折射率与在径向上的伸展至少对应光纤5的芯半径的光纤包套的折射率相一致。附加地，所述区域对于所引导的射束优选具有高透过性和低散射性。
光纤耦合器1例如可以在应用事先通过去掉光纤包套12而变细的各 个光纤5的情况下制造，所述光纤被插入预先制造的包裹结构坯件中。
这样的变细的光纤5典型地由具有恒定外直径的光纤以如下方式制造：在纵向上以愈加增多的程度去掉包套材料。包套材料的去除优选在保持芯直径恒定的情况下实施。这例如可以通过化学去除的方法或者可替换地通过等离子或者激光去除来实现。这样的变细的光纤5在图4中示出。
可替换地，光纤以如下方式制备：通过加热纤维实现了配料在包套区域与芯区域之间扩散并且进而折射率以如下方式改变：该折射率与扩大的芯相对应。
包裹结构坯件由在这里具有7个直径恒定的平行孔的多重细管(内管结构)制成，包裹结构以如下方式熔合到该多重细管上：引入区域8由超出多重细管的超出部形成并且多重细管的起始部通过在很短的距离上实现的孔横截面改变而形成了熔合终止部。于是，包裹结构坯件通过受热拉长而变细，从而形成了在图5和图6中所示的包裹结构坯件2’，该包裹结构坯件2’在这里具有7个逐渐变细的通孔16，这些通孔分别从第一端部3延伸至第二端部4。通孔16的直径这样选取：通孔16的直径超出相邻孔16之间的最小壁厚至少5倍。另外，通孔16的直径这样选取：对应每个逐渐变细的通孔16引入逐渐变细的光纤5，然后，孔横截面在通孔16的整个长度上超出光纤横截面最大两倍。而特别是通孔16在背向引入区域8的端部上仅稍微大于所引入的逐渐变细的光纤5，从而在插入光纤5之后的熔合产生了光纤5尽可能小的变形。优选的是，在这一端部上在熔合发生之前在逐渐变细的光纤5与相应变细的通孔16之间形成最大程度的型面配合。
熔合过程优选沿纵向(在轴向上)以向包裹结构坯件2’尽可能旋转对称地进行热量输入来实施。这样的熔合过程可以在包裹结构坯件2’的稍后要去除的区域(该区域具有插入的光纤5并且进而处在所形成的光纤耦合器1的外部)中通过如下的热源来实现：该热源对光纤耦合器在进一步的过程中经过后面的引出区域(第二端部4)直至达到引入区域(第一端部3)地加载热量。在此情况下，多重细管的起始部形成熔合终止部，从而光纤在引入区域8中不受影响。可替换地，可以在成品耦合器中未发生熔合的和要熔合的区域之间的过渡部处开始(熔合)并且然后熔合过程 进一步朝向引出部段(第二端部4)的方向并且超出该端部地进行。
基于光纤5与通孔16之间最大程度的型面配合，可以在通过热源进行旁侧热量输送时避免光纤5由于所出现的表现张力而发生变形。在第一种情形下，所述变形在熔合过程结束时发生，以及在可替换的方法中特别是在熔合过程开始时发生。但因为在(未发生熔合的区域与发生熔合的区域之间的)这样的过渡区域中，旁侧的力未能被完全避免，所以这样的过渡部9在光纤包套12中的变形仅不明显的影响芯传导的位置上是特别有利的。过渡部9优选这样定位，光纤直径大到光纤芯不发生变形的程度。为此，光纤5应当以不小于相应光纤5的原始总直径的80％的程度变细。
熔合(与实施熔合过程的方向无关地)在加载于包裹结构坯件2’和/或光纤5的拉紧力下实施。必要时这一过程还通过通孔16中的低压得到辅助。
通过拉紧力，能够实现的是：使通过拉长耦合器结构让模场直径相对于芯直径如力求的那样升高而附加的变细的过程部分地或者完全在熔合过程期间就已经实现。但优选的是：拉长到最终的几何形状的过程在接在熔合过程之后的过程步骤执行。由此，所要求的参数对应输出射线能够被准确地调整。
对于光纤5可行的V参数在后面应当在结合根据图7的图表情况下得到阐述，在根据图7的图表中，不同的用于表明光纤耦合器1特征的特征参量被与V参数相关地示出。
V参数沿横坐标标绘。曲线K1表示光纤5的芯直径(以μm计)，曲线K2表示在光纤5中引导的激光射束的模场直径(MFD)，曲线K3表示模场直径与芯直径的比值，并且曲线K4表示从光纤5中的一个射出的输出射线的标准化强度，其中，标准化强度的数值沿右侧纵坐标给出，并且曲线K1至K3的数值沿左侧纵坐标示出。根据图2的图表中的所有数值对应各个光纤5的为0.07μm的数值孔径并且对应耦合输入的输入射线的为1.07μm的波长给出。
在输入侧，光纤5的V值处在2.8与4.5之间的范围内。该范围在图7中的图示中作为范围B1表明特征。通过光纤耦合器的根据本实用新型的构成，在第二端部4处，V参数数值处在1.8至2.0之间的范围(范围 B2)内，其中，V参数的改变通过图7中的箭头P1来标示。
V参数在范围B2内的改变使得模场直径仅非常小地改变，从而在第二端部4的区域中拉长光纤耦合器1使得光纤5进而还有输出射线的间距发生明显改变，而模场直径(或射线直径和发散程度)未发生明显改变。由此，能够对填充因数执行精细匹配，而未强烈影响模场直径。
在第二端部4处V参数所处的1.8至2.0的范围是优选的，这是因为大于2.0的数值使得对于相空间的填充度变差，而小于1.8的数值使得相对于高斯分布发生不希望的偏差以及导致可重现性较为糟糕。
不言而喻的是，借助关于理想的阶跃光纤的接近解决方案所阐述的、针对根据本实用新型的耦合器设计方案的基础设想也可以被转用于其他光纤。
引出区域(第二端部4)在熔合和拉长过程结束后通过将与光纤熔合并且拉长的包裹结果2’截去过盈长度来产生。
通过多重细管6的相应构造，能够预先确定光纤5的最大数目及其相对位置。因此，根据本实用新型的光纤耦合器1能够以多于或少于所介绍的7根光纤5并且也有别于光纤5的六边形布置地(例如为方形或环形)实现。
通过在光纤耦合器1的第二端部4处的完全熔合的区域，实现了输入射线集束13的射线构成(或者说模场)的所力求的叠加并且光纤耦合器还提供了稳定耐用而具有灵活性的接口。因为在所述区域中存在对各个光纤5受限的射线引导，所以通过发生熔合的管状包裹结构2凭借对光纤取向的保证以及支撑作用实现了原则上得到改善的射线引导。
同样确保的是：在所述区域内部并未由于内管结构6或由于熔合过程引发对射线引导的干扰，特别是没有由于光纤5的变形引发干扰。这特别是以如下方式实现：未发生熔合或仅部分熔合的区域至完全熔合的区域的过渡受限定地在单根光纤5良好引导射线的区域中实现。特别在所述区域中是如下的情况：其中，光纤5的总直径还未变细至低于原始总直径的80％。由此，实现了光纤5与内管结构6在材料和几何形状方面适当的匹配。
另外，凭借根据本实用新型的光纤耦合器1实现了：使在各根光纤5 中引导的输入射线13在输出区域中(进而稍后在第二端部4处)尽管发生叠加，但是各输入射线13既不会受到周围结构明显的不利影响，也不会受到相邻光纤明显的不利影响。这一点以如下方式实现：虽然输出区域中的模场横截面超过发生熔合的各光纤5的尺寸，但是在该强度显著的区域内，尽可能存在与光纤的包套区域中相同的折射率。为此，内管结构6的材料这样选取：该材料与光纤包套的材料一致并且产生了芯外部对称的有效折射率构成，这样的折射率构成使得：即便是模场直径超出芯直径，激光射线仍不受干扰地直接引导通过芯。在此情况下，所述芯是指与具有均一折射率的材料相区别的区域。于是，该模虽然在相邻的光纤5的包套中具有明显的强度。但在相邻的光纤5的芯中仅具有极小的强度。光纤芯的横截面几何形状应当尽可能不改变。模17的伸展在图9A至图9C中示意地示出，图9A至图9C对于图8中所示的光纤耦合器1对应剖面A-A、剖面B-B和剖面C-C。
相对于具有大量用于容纳各光纤5的圆形孔的内管结构6可替换地，光纤5自身能够以如下方式构造：各个光纤5在耦合器1中的相对位置得到限定并且实现了最大程度的型面配合。在这种情况下，包裹结构2可以不具有多重细管6而具有内管21，其具有唯一的、具备匹配横截面的通孔。
于是，例如具有逐渐变细的六边形外部轮廓的光纤5能够在被包裹管7包围的逐渐变细的内管21中集束，这正如在图10中所示那样。在这里，内管21的起始部也形成了温度阻隔部以及通向带有包裹结构2的光纤的发生熔合的区域的过渡部9。在图10中的图示中，还以虚线示出的是：除了用于引导射线的形成内部集束的光纤5之外，在包裹结构2中还布置有由光纤20组成的包围上述集束的环。附加的光纤20可以是无芯光纤或有芯光纤(例如与内部集束中的光纤相同)。仅须保证的是：由具有均一的、与光纤5的包套材料相一致的折射率的材料形成厚度足够的环。从而在芯的外部实现了对称的有效折射率构成，这使得：激光射线不受干扰地直接引导通过芯。在此情况下，芯区域是指与具有均一折射率的材料区别的区域。以这样的方式围绕内部集束提供的附加材料实现了即便是当模场直径超出各原始光纤5的直径时，仍不受干扰地引导射线。附加地，外部 光纤20确保与内部光纤5尽可能的型面配合，从而内部光纤5在与包裹结构2熔合时不发生变形或仅不明显地变形。
另外，在根据本实用新型的光纤耦合器1中，为了制造而允许在包裹结构坯件2’与所引入的光纤5之间存在空腔。在这种情况下，使用如下的光纤5，在所述光纤中，包套材料的玻璃化温度低于芯材料，从而在熔合过程中，包套材料填满空隙并且光纤芯11在此既不在横截面上变形也不弯曲，从而未对射线引导产生不利影响。作用于光纤5的拉紧力确保：光纤芯11(特别是在过渡区域(其中在该变型中，芯横截面与总横截面较小的比值在包套变型方面使得弯曲风险提高)中)不发生光纤弯曲。
可以将传导光的结构(优选为光学纤维)直接联接到光纤耦合器1并且进而联接到第二端部4上。因为第二端部4的引出面发生完全熔合并且进而能被灵活变形地制备，所以引导光的结构能够直接联接到该引出面上。引导光的结构的光学纤维可以是指如下的多模光纤，这种多模光纤被设计为：使整个输出射线集束14耦合或者说越过界面耦合(überkoppeln)输入多模光纤的芯中，其中，多模光纤优选这样设计：使得输出射线集束14的亮度当在多模光纤中引导时得到最大可能的保持。也可以涉及如下的双芯光纤，其特别是具有嵌于多模芯中的基模芯，从而输出射线集束14的中心射线耦合输入到中心芯中，并且其余射线耦合输入到周围的芯中。在不用双芯的情况下，也提供了中心芯带有处于周围的环的应用，周围的环分别耦合输入一个或多个射线。于是，射线引导可以在芯和环中分开进行。原则上，也可以联接有适当的多芯光纤，从而例如每根光纤5都对应多芯光纤中的一根芯。
可替换地，可以实现输出射线集束14经由自由射出段耦合输入引导光的结构(特别是光纤)中。自由射出段可以有选择地具有一个或多个成像元件。另外可行的是，将成像元件直接联接到光纤耦合器1的第二端部4上。
根据本实用新型的光纤耦合器1确保：出射轴保持取向不变并且输出射线具有小于其发散角的角度容差，从而输出射线在输出端或者说在端部4上仍能够分别定位。
根据本实用新型的光纤耦合器1也用于：使输出射线在耦合器1的外 部还是很好地传播，即不发生降级。
在可替换的实施方式中，光纤耦合器1可以在第二端部4上设有所谓的端帽。这例如由石英玻璃或不带芯的光纤段构成并且用于使输出射线发散。这使得激光射束的强度降低并且光纤边界层的损伤阈值提高，从而可以将抗反射层或过滤层加设到端帽的引出面上。

Claims (11)

1.一种光纤耦合器，具有管状的包裹结构(2)和多根布置在所述包裹结构(2)中的光纤(5)，所述光纤分别具有光纤芯(11)和包围所述光纤芯的光纤包套(12)，以便引导激光射束，并且所述光纤分别从所述包裹结构(2)的第一端部(3)延伸至第二端部(4)，其中，所述包裹结构具有变细部段(10)，所述变细部段在第一方向上从所述第一端部(3)向所述第二端部(4)变细，其中，对于每根光纤在所述变细部段(10)中，所述光纤芯(11)的直径与所述光纤包套(12)的直径的第一比值以及在所述光纤(5)中引导的激光射束的模场直径与所述光纤芯(11)的直径的第二比值都在所述第一方向上增大，其中，为了增大所述第二比值，所述光纤芯(11)的直径在所述第一方向上减小。
2.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，所述光纤耦合器(5)在所述第二端部(4)直接和/或借助所述包裹结构完全地相互熔合。
3.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，所述光纤(5)在所述变细部段(10)中直接和/或借助所述包裹结构(2)完全地相互熔合。
4.根据权利要求2所述的光纤耦合器，其中，从未发生熔合的区域到完全熔合的区域的过渡部处在所述光纤耦合器(1)中的如下部位：在所述部位上，所述光纤(5)最多变细至其原始总直径的80％。
5.根据权利要求3所述的光纤耦合器，其中，从未发生熔合的区域到完全熔合的区域的过渡部处在所述光纤耦合器(1)中的如下部位：在所述部位上，所述光纤(5)最多变细至其原始总直径的80％。
6.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，为了增大所述第一比值，所述光纤包套(12)的厚度在所述第一方向上减小。
7.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，所述第二比值的最大值以如下方式选取：使得尽管在相邻的光纤(5)中发生模的叠加，但在每根光纤(5)中仍存在单独的射线引导。
8.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，在所述第二端部(4)处，在所述光纤(5)的芯之间存在与包套材料的折射率一致的、均一的折射率。
9.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，在所述第二端部(4)处，围绕着所述光纤(5)的每根芯，在具有与到相邻的芯的间距一致的外直径的横截面之上存在均一的、与所述光纤(5)的包套材料一致的折射率。
10.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，所述光纤构造为基模光纤或低模光纤。
11.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其中，所述包裹结构(2)具有多重细管(6)，所述多重细管(6)对应每根光纤(5)恰好具有一个通孔(16)。
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