TWI695196B - 可調整射束特性 - Google Patents

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TWI695196B
TWI695196B TW106133704A TW106133704A TWI695196B TW I695196 B TWI695196 B TW I695196B TW 106133704 A TW106133704 A TW 106133704A TW 106133704 A TW106133704 A TW 106133704A TW I695196 B TWI695196 B TW I695196B
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optical fiber
fiber
rip
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達夫Ａ Ｖ 凱琳娜
羅德 費洛
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美商ｎ萊特股份有限公司
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Abstract

本文揭示者係方法、設備與系統，其用於擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的光束的一個或多個射束特性，將經擾動的光束耦合到第二長度的光纖之中，且在第二長度的光纖之內而維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分。

Description

可調整射束特性
本文揭示的技術係關於光纖雷射與光纖耦合式雷射。更特別而言，此揭示的技術係關於用於調整及維持在一種光纖雷射或光纖耦合式雷射的輸出之經調整的光束特性(光點尺寸、發散輪廓(profile)、空間輪廓、或射束形狀、或類似者或其任何組合)之方法、裝置與系統。
相關申請案
此申請案係主張在西元2016年9月29日所提出的美國臨時申請案第62/401,650號之利益，且為相關於在西元2017年5月26日所提出之標題為“可調整射束特性”的美國專利申請案(代理人檔案號碼7830-98720-01、7830-98720-02、與7830-98720-03)。此等申請案係以參照方式而整體納入本文。
對於諸如材料處理、切割、焊接、及/或附加製造之種種的應用而言，高功率的光纖耦合式雷射之使用係持續受到歡迎。此等雷射係包括例如光纖雷射、碟型雷射、二極體雷射、二極體激生固態雷射、以及燈激生固態雷射。在此等系統中，光功率係經由一個光纖而從雷射遞送到一個工件。
種種的光纖耦合式雷射材料處理任務係需要不同射束特性(例如：空間輪廓及/或發散輪廓)。舉例來說，切割厚的金屬與焊接係通常比切割薄的金屬而需要較大的光點尺寸。理想而言，雷射束性質係將可調整以致能針對於此等不同任務之最佳化的處理。習用上，使用者係具有二個選擇：(1)運用具有固定射束特性的一種雷射系統，其可使用於不同的任務，但對於其大部分者而言係非最佳(即：在性能與彈性之間的折衷)；或(2)取得其提供可變射束特性之一種雷射系統或配件，但其增加顯著的成本、尺寸、重量、複雜度、且或許有性能降級(例如：光學損失)或可靠度降級(例如：減少的強健性或可操作時間)。能夠改變射束特性之目前可用的雷射系統係需要使用自由空間光學器件或其他的複雜與昂貴的附加機構(例如：變焦透鏡、反射鏡、可平移或機動化的透鏡、合併器、等等)以便改變射束特性。提供於射束特性的期望可調整性而且使關於使用自由空間光學器件或其他額外構件的依賴減到最少或免除之解決方式係不存在，自由空間光學器件或其他額外構件係增加在成本、複雜度、性能、及/或可靠度方面之顯著的不利。何為所需者係用於提供改變的射束特性之一種光纖內的裝置，其不需要自由空間光學器件之使用或減到最少且其可避免顯著的成本、複雜度、性能折衷、及/或可靠度降級。
本文所至少揭示者係用於改變光束特性之方法、系統與設備。該方法係可包括：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到第二長度的光纖之中；及，在 其具有一個或多個局限(confinement)區域之第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分。該種方法係可更包括：響應於該第一長度的光纖的第一折射率輪廓(RIP,refractive index profile)或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束。在一些實例中，經擾動的光束的一個或多個射束特性係基於該第一長度的光纖的一個或多個核心尺度或該第二長度的光纖的一個或多個局限區域尺度或其組合之選擇而調整，以響應於擾動該第一長度的光纖而產生一個經調整的光束，在該第二長度的光纖之一個輸出，該經調整的光束係具有特別調整的：射束直徑、發散分佈、射束參數乘積(BPP,beam parameter product)、強度分佈、亮度、M2值、數值孔徑(NA,numerical aperture)、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。在一些實例中，該種方法係包括擾動該光束，藉由：彎曲第一長度的光纖以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖之一個彎曲區域的長度或其組合，俾使該光束的一個或多個模態係相關於該第一長度的光纖之一個縱向軸而徑向移位，其中，該第二長度的光纖係具有其界定第一局限區域與第二局限區域之一個RIP。在一些實例中，經調整的一個或多個射束特性係藉由將該光束局限在該第二長度的光纖之二個或多個局限區域而產生。該等實例的方法係可更包含：從該第一長度的光纖而將經擾動的光束發射到該第一局限區域或第二局限區域或其組合之中，俾使該光束之一個或多個經移位的模態係選擇性地耦合到且維持在該第一局限區域或第二局限區域或其組合之中。本文所揭示的方法係可包括擾動該光束的一個或多個射束特性，藉由：擾動該第一長度的光纖 或在該第一長度的光纖之中的光束或其組合，以調整在該第二長度的光纖之一個輸出的光束之至少一個射束特性。擾動該第一長度的光纖係可包括：彎曲、於一個特定長度之彎曲、微彎曲、施加聲音光學激發、熱擾動、拉伸、或施加壓電擾動、或其任何組合。該第二長度的光纖係可包含其包含一個中央核心的第一局限區域、與其包含一個環形核心的第二局限區域，該環形核心係包圍該第一局限區域。調整該光束的一個或多個射束特性係可包括：在該調整之後，選擇該第一長度的光纖之一個RIP以產生一個最低階模態、一個或多個較高階模態、或其組合之一個期望模態形狀。在一些實例中，該第一長度的光纖係具有一個核心，其具有徑向跨越該核心的一部分或全部之一個拋物線折射率輪廓。該第一長度的光纖之一個RIP係可選擇以響應於擾動該光束而增大或減小最低階模態、較高階模態、或其組合的一個寬度。該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係可包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。該等局限區域係可由一個或多個包覆(cladding)結構所分開，其中該發散結構係可配置在其和包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。在一些實例中，該第二長度的光纖係可為方位角不對稱。
本文所揭示的設備係可包括一種光束遞送裝置，其包含：一個第一長度的光纖，其包含一個第一RIP，該第一RIP係形成以藉由一個擾動裝置而致能一個光束的一個或多個射束特性之修改；及，一個第二長度的光纖，其具有一個第二RIP且耦合到該第一長度的光纖，該第二RIP係形成以將該光束之經修改的射束特性之至少一部分局限在一個或多個局限 區域內。在一些實例中，該第一RIP與第二RIP係不同。在一些實例中，該第二長度的光纖係包含複數個局限區域。該擾動裝置係可耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖或其組合為整體。該第一長度的光纖係可包含在至少一個徑向中央部分之中的一個梯度折射率RIP，且該第二長度的光纖係具有其包含一個中央核心的一個第一局限區域與其為環形且包圍該第一局限區域的一個第二局限區域。該第一局限區域與第二局限區域係可由一個包覆結構所分開，該包覆結構係具有一個折射率，其為低於該第一局限區域與第二局限區域的折射率。該包覆結構係可包含一種氟矽酸鹽材料。該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係可包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該發散結構係可包含第一種材料，其具有比包圍該發散結構之第二種材料為低的折射率。該第二長度的光纖係可為方位角不對稱，且可包含其包含第一核心的一個第一局限區域與其包含第二核心的一個第二局限區域。在一些實例中，該第一局限區域與第二局限區域係可為同軸。在其他實例中，該第一局限區域與第二局限區域係可為非同軸。在一些實例中，該第二局限區域係可為新月形。該第一RIP係可在其具有第一半徑的一個第一部分之中為拋物線狀。在一些實例中，該第一RIP係可在其具有第二半徑的一個第二部分之中為固定，其中該第二半徑係大於第一半徑。該第一RIP係可包含其延伸到該第一長度的光纖之一個核心的邊緣之一個徑向梯度折射率，其中該第一RIP係形成以響應於藉由該擾動裝置的該等射束特性之修改而增大或減小該光束之一個或多個模態的寬度。該第一長度的光纖係可具有延伸到第一半徑之一個徑向梯度折射率的核心且接著為延伸到第二半徑之一個固定折射率 部分，其中該第二半徑係大於第一半徑。在一些實例中，該第二長度的光纖係包含其具有直徑在大約0至100微米的範圍中之一個中央核心、包圍該中央核心且具有直徑在大約10至600微米的範圍中之一個第一環形核心、與其具有直徑在大約20至1200微米的範圍中之一個第二環形核心。該擾動裝置係可包含一個彎曲組件，其裝配以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖或其組合的一個彎曲長度而修改該光束的射束特性。在一些實例中，該擾動裝置係可包含一個彎曲組件、心軸(mandrel)、在該光纖之中的微彎曲、聲音光學換能器、熱裝置、光纖拉伸器、或壓電裝置、或其任何組合。該第一長度的光纖與第二長度的光纖係其經疊接在一起之分開的無源(passive)光纖。
本文所揭示的系統係可包括一種光束遞送系統，其包含：一個光纖，其包括第一與第二長度的光纖；及，一個光學系統，其耦合到該第二長度的光纖且包括一個或多個自由空間光學器件，該一個或多個自由空間光學器件係裝配以接收及發射其包含經修改的一個或多個射束特性之一個光束。該第一長度的光纖係可包括一個第一RIP，其係形成以藉由一個擾動組件而至少部分致能一個光束的一個或多個射束特性之修改，該擾動組件係配置以修改該一個或多個射束特性，該擾動組件係可耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖、或其組合為整體。該第二長度的光纖係可耦合到該第一長度的光纖且可包括一個第二RIP，該第二RIP係形成以將藉由該擾動組件所修改之光束的一個或多個射束特性之至少一部分保持在一個或多個第一局限區域內。在一些實例中，該第一RIP與第二RIP係不同。
該光束遞送裝置係可更包括其耦合在一個第一處理頭與該光學系統之間的一個第一處理光纖，其中第一處理光纖係裝配以接收其包含經修改的一個或多個射束特性之光束。該第一處理光纖係可包含一個第三RIP，其裝配以將該光束之經修改的一個或多個射束特性之至少一部分保持在該第一處理光纖的一個或多個第二局限區域內。在一個實例中，該等自由空間光學器件之至少一部分係可裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。該一個或多個射束特性係可包括射束直徑、發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、M2值、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。該第三RIP係可為相同於或不同於第二RIP。該第三RIP係可裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。在一些實例中，該一個或多個第二局限區域之至少一者係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。該發散結構係可包含比該第二局限區域者為低的折射率材料之一個區域。
該光束遞送系統係可更包括：一個第二處理光纖，其具有一個第四RIP且被耦合在該光學系統與一個第二處理頭之間，其中該第二處理光纖係可裝配以將包含經修改的一個或多個射束特性之光束接收在該第二處理光纖的一個或多個第二局限區域內。在一些實例中，該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係可裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。該第二處理光纖係可包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。該第二處理光纖係可包含由該一個或多個第二局限區域之至少一者所圍繞的一個中央核心，其中該核心與第二局限區域係由其具有第一折射率之一個包覆結構所分開，該第一折射率係低於該 中央核心的第二折射率與該第二局限區域的第三折射率，其中該第二局限區域係可包括該至少一個發散結構。該至少一個發散結構係可包含比該第二局限區域者為低的折射率材料之一個區域。在一個實例中，該第二RIP係可為不同於第三RIP或第四RIP或其組合。替代而言，該第二RIP係可為相同於第三RIP或第四RIP或其組合。可經修改的該一個或多個射束特性係可包括射束直徑、發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、M2值、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。
在一些實例中，該等自由空間光學器件之至少一部分係可裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。該第一處理光纖係可耦合在一個第一處理頭與該光學系統之間，其中該第一處理光纖係裝配以接收其包含二次修改的一個或多個射束特性之光束。該第一處理光纖係可具有一個第三RIP，其裝配以將該光束之二次修改的一個或多個射束特性之至少一部分保持在該第一處理光纖的一個或多個第二局限區域內。該第三RIP係可為不同於第二RIP，其中該第三RIP係裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。
在一些實例中，該第一處理光纖係可包括一個發散結構，其裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。在一些實例中，一個第二處理光纖係可耦合在該光學系統與一個第二處理頭之間，其中該第二處理光纖係裝配以接收經二次修改的一個或多個射束特性。
在一些實例中，該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係可包括至少一個發散結構，其裝配以進一 步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。該光學系統係可為一種光纖對光纖式耦合器、光纖對光纖式開關或處理頭、或類似者或其組合。
100‧‧‧VBC光纖
102‧‧‧光束(射束)
104‧‧‧第一長度的光纖
106‧‧‧擾動區域
108‧‧‧第二長度的光纖
110‧‧‧擾動裝置
112‧‧‧經擾動的射束
200‧‧‧VBC光纖
202‧‧‧光束(射束)
204‧‧‧第一長度的光纖
206‧‧‧接合面
208‧‧‧第二長度的光纖
210‧‧‧擾動組件
212‧‧‧第一RIP
214‧‧‧第二RIP
216、218、220‧‧‧局限區域
222、224‧‧‧障壁層
226‧‧‧經調整的射束
250‧‧‧滾輪
400‧‧‧曲線圖
402‧‧‧光纖彎曲半徑
404‧‧‧VBC光纖核心的中心
406、408、410、412、414、416‧‧‧曲線
1100‧‧‧第一長度的光纖
1102‧‧‧階變折射率輪廓
1200‧‧‧第一長度的光纖
1202‧‧‧台座RIP
1300‧‧‧第一長度的光纖
1302‧‧‧多重台座RIP
1400‧‧‧第一長度的光纖
1402‧‧‧梯度折射率輪廓
1404‧‧‧降低摻雜區域
1406‧‧‧第一長度的光纖
1408‧‧‧降低摻雜區域
1410‧‧‧發散結構
1412‧‧‧輪廓
1414‧‧‧梯度折射率輪廓
1418‧‧‧梯度折射率輪廓
1500‧‧‧第一長度的光纖
1502‧‧‧拋物線折射率的中央區域
1504‧‧‧固定折射率的區域
1506‧‧‧較低折射率的環狀層
1510‧‧‧RIP
1600‧‧‧第一長度的光纖
1604、1606、1608、1616‧‧‧導引區域
1610、1612、1614‧‧‧較低折射率層
1700‧‧‧第二長度的光纖
1702‧‧‧RIP
1704、1706、1708‧‧‧局限區域
1710、1712‧‧‧較低折射率層
1800‧‧‧第二長度的光纖
1802‧‧‧RIP
1804、1806‧‧‧較低折射率層
1808、1810、1812‧‧‧局限區域
1900‧‧‧第二長度的光纖
1902‧‧‧RIP
1904、1906、1908、1910‧‧‧局限區域
1912、1914、1916‧‧‧障壁層
2000‧‧‧第二長度的光纖
2002‧‧‧RIP
2004、2006、2008‧‧‧局限區域
2010、2012、2016‧‧‧障壁層
2014‧‧‧發散結構
2100‧‧‧第二長度的光纖
2102‧‧‧RIP
2104、2106、2108‧‧‧局限區域
2110、2112、2116‧‧‧障壁層
2114、2118‧‧‧發散結構
2200‧‧‧雷射系統
2202‧‧‧VBC光纖組件
2204‧‧‧處理光纖
2206‧‧‧處理頭
2208‧‧‧自由空間光學器件(組件)
2210‧‧‧射束
2212‧‧‧饋送光纖
2214‧‧‧經調整的射束
2216‧‧‧射束耦合器
2224‧‧‧二次調整的射束
2240‧‧‧VBC遞送光纖
2300‧‧‧雷射系統
2302‧‧‧VBC光纖組件
2304、2320、2322‧‧‧處理光纖
2306、2324、2326‧‧‧處理頭
2308、2316、2318‧‧‧自由空間光學器件(組件)
2310‧‧‧射束
2312‧‧‧饋送光纖
2314、2328、2330‧‧‧經調整的射束
2332‧‧‧射束開關(FFS)
2340‧‧‧VBC遞送光纖
2402‧‧‧心軸
2404‧‧‧微彎曲
2406‧‧‧可撓配管
2408‧‧‧聲音光學換能器(AOT)
2410‧‧‧熱裝置
2412‧‧‧壓電換能器
2414‧‧‧格柵
2416‧‧‧夾具
2418‧‧‧壓電換能器
2420‧‧‧控制器或驅動器
2422‧‧‧控制器
2424‧‧‧電極
2426‧‧‧台架
2428‧‧‧控制器
2430‧‧‧扣件
2432‧‧‧軌道
2434‧‧‧平台
2436‧‧‧致動器
2440‧‧‧控制器
2442‧‧‧軌道
2444‧‧‧控制器
2446‧‧‧平台
2448‧‧‧控制器
2450‧‧‧控制器
2502-2508‧‧‧方塊
2600‧‧‧橢圓形光纖
2602‧‧‧第一方位角度
2604‧‧‧第一RIP
2606‧‧‧第二方位角度
2608‧‧‧第二RIP
2610‧‧‧第三方位角度
2612‧‧‧第三RIP
2700‧‧‧多核心光纖
2702‧‧‧第一方位角度
2704‧‧‧第一RIP
2706‧‧‧第二方位角度
2708‧‧‧第二RIP
2800‧‧‧光纖
2802‧‧‧第一方位角度
2804‧‧‧第一RIP
2806‧‧‧第二方位角度
2808‧‧‧第二RIP
伴隨圖式係納入且構成此說明書的一部分，且連同說明來解說本發明所揭示的技術之優點與原理，其中，同樣的參考標號係代表同樣的元件。在該等圖式中：圖1係說明用於提供具有可變射束特性的雷射束之一個實例的光纖結構；圖2係描繪用於遞送具有可變射束特性的射束之一個實例的光纖結構之橫截面圖；圖3係說明擾動一個光纖結構以提供具有可變射束特性的射束之一個實例的方法；圖4係曲線圖，其說明針對於不同的光纖彎曲半徑之用於第一長度的光纖之最低階模態(LP01)的計算空間輪廓；圖5係說明在一個接面的二維強度分佈之一個實例，當用於改變射束特性的一個光纖係幾乎平直時；圖6係說明在一個接面的二維強度分佈之一個實例，當用於改變射束特性的一個光纖係以其選取為優先激發第二長度的光纖之特定局限區域的一個半徑而彎曲時；圖7至10係描繪實驗結果以說明對於在圖2所示之用於改變射束特性的一種光纖之種種彎曲半徑的進一步輸出射束；圖11至16係說明實例的第一長度的光纖之橫截面圖，第一長度的光 纖係用於致能在一個光纖組件中的射束特性之調整；圖17至19係說明實例的第二長度的光纖(“局限光纖”)之橫截面圖，第二長度的光纖係用於局限在一個光纖組件中的調整射束特性；圖20與21係說明實例的第二長度的光纖之橫截面圖，第二長度的光纖係用於改變在其裝配以提供可變射束特性之一個光纖組件中的一個調整射束的一個發散角度且局限該調整射束；圖22A係說明一個實例的雷射系統，其包括裝配以提供可變射束特性且配置在一個饋送光纖與處理頭之間的一個光纖組件；圖22B係說明一個實例的雷射系統，其包括裝配以提供可變射束特性且配置在一個饋送光纖與處理頭之間的一個光纖組件；圖23係說明一個實例的雷射系統，其包括裝配以提供可變射束特性且配置在一個饋送光纖與多個處理光纖之間的一個光纖組件；圖24係說明用於根據在本文所提供的種種實例而提供可變射束特性之種種的擾動組件之實例；圖25係說明用於調整及維持一個光束的修改特性之一個實例的方法；且圖26至28係橫截面圖，其說明用於局限在一個光纖組件中的調整射束特性之實例的第二長度的光纖(“局限光纖”)。
如在本文所使用，在此揭露內容及在申請專利範圍中，單數的形式“一個(a)”、“一個(an)”、與“該(the)”係包括複數的形式，除非上下文係明確另外規定。此外，術語“包括”係意指“包含”。再者，術語“耦合”係不排除在所耦合的項目之間的中間元件之存在。此外，術語“修改”與“調整” 係可互換使用以意指“改變”。
在本文所述的系統、設備、與方法係不應視為任何限制。反而，單獨且於種種組合以及彼此的次組合而言，本揭露內容係針對於種種揭示實施例之所有新穎且非顯而易知的特徵與觀點。揭示的系統、方法、與設備係不受限於任何特定觀點或特徵或其組合，揭示的系統、方法、與設備係亦不要求存在任一個或多個特定優點或是問題被解決。任何的操作理論係有利於解說，但所揭示的系統、方法與設備係不受限於該等操作理論。
雖然一些揭示的方法之操作係為了方便呈現而以特定順序來描述，應瞭解的是，此種方式之描述係涵蓋重新安排，除非一個特定的順序係由下文陳述的明確語言所要求。舉例來說，依序描述的操作係可在一些情形為重新安排或同時實行。甚者，為了簡化，隨附的圖式係可能未顯示其中所揭示的系統、方法、與設備可協同其他的系統、方法、與設備一起使用之種種方式。此外，描述係有時使用如同“產生”與“提供”之術語來描述所揭示的方法。此等術語係其經實行之實際操作的高階的抽象概念。對應於此等術語之實際操作係將取決於特定實施而變化且為由熟習此技藝的一般人士所易於認知。
在一些實例中，數值、程序、或設備係稱作為“最低”、“最佳”、“最小值”、或類似者。將理解的是，該等描述係意圖指出在諸多使用的功能替代者之中的一個選擇為可作出，且該等選擇係無須對於其他選擇而言為較佳、較小、或者是較佳。實例係關於指示為“在之上”、“在之下”、“上方”、“下方”、與類似者之方向而描述。此等術語係為了方便描述而使用， 而並非暗示任何特定的空間方位。
定義
以下的字詞與術語之定義係使用在本文：
1.術語“射束特性”係指其使用以描述一個光束之以下術語的一者或多者。概括而言，最為關注的射束特性係取決於該應用或光學系統的詳細情況。
2.術語“射束直徑”係定義為沿著一個軸而跨過射束的中心之距離，針對於該軸，輻射照度(強度)係等於最大輻射照度之1/e2。儘管本文所揭示的實例係概括為使用其以方位角對稱的模態而傳播之射束，橢圓形或其他的射束形狀係可使用，且射束直徑係可沿著不同軸而為不同。圓形的射束係特徵為單一個射束直徑。其他射束形狀係可具有沿著不同軸之不同的射束直徑。
3.術語“光點尺寸”係從最大輻射照度的中心點到1/e2點之徑向距離(半徑)。
4.術語“射束發散分佈”係功率對全圓錐角。此量係有時稱為“角度分佈”或“NA分佈”。
5.一個雷射系統之術語“射束參數乘積(BPP)”係定義為射束半徑(在射束腰部所測量)與射束發散的半角度(於遠場所測量)之乘積。BPP的單位係典型為mm-mrad。
6.一種“局限(confinement)光纖”係定義為其佔有一個或多個局限區域之一種光纖，其中，一個局限區域係包含一個較高折射率的區域(核心區域)，其為由一個較低折射率的區域(包覆區域)所圍繞。一個局限光纖的RIP 係可包括由較低折射率的區域(包覆區域)所圍繞之一個或多個較高折射率的區域(核心區域)，其中，光線被導引在較高折射率的區域中。各個局限區域與各個包覆區域係可具有任何RIP，其包括而不受限於階變折射率與梯度折射率。該等局限區域係可能或可能不是同心，且可為種種的形狀，諸如：圓形、環形、多邊形、拱形、橢圓形、或不規則狀、或類似者或其任何組合。在一個特定局限光纖中的局限區域係可均具有相同的形狀或可為不同的形狀。甚者，局限區域係可為同軸或可具有相關於彼此為偏離的軸。局限區域係可關於朝縱向方向的一個中央軸而為均勻厚度，或厚度係可關於朝縱向方向的中央軸而變化。
7.術語“強度分佈”係指作為沿著一條直線(1D輪廓)或在一個平面上(2D輪廓)的位置之一個函數的光學強度。該直線或平面係通常垂直於光線的傳播方向所取得。此為一個量化的性質。
8.“亮度”係朝一個既定方向所行進的光線之每單位面積的發光強度之一個光度測量。
9.“M2因數”(亦稱為“射束品質因數”或“射束傳播因數”)係用於量化雷射束的射束品質之一個無尺度的參數，其中，M2=1係一個繞射有限的射束，且較大的M2值係對應於較低的射束品質。M2係等於BPP除以λ/π，其中，λ係以微米計之射束的波長(若BPP係以mm-mrad的單位來表示)。
10.一個光學系統之術語“數值孔徑(NA,numerical aperture)”係一個無尺度的數目，其描述該系統可接受或發出光線的角度範圍之特徵。
11.術語“光學強度”係並非一個法定(SI)單位，但係使用以表示在一個表面上或通過一個平面之每單位面積的入射功率。
12.術語“功率密度”係指每單位面積的光學功率，雖然此係亦稱作為“光學強度”。
13.術語“徑向射束位置”係指在一個光纖中之一個射束的位置，其相關於朝垂直於光纖軸的一個方向之光纖核心的中心所測量。
14.“輻射率”係由一個光源(例如：雷射)的單位面積而朝一個既定方向之每單位的立體角所發出的輻射。輻射率係可藉由改變射束強度分佈及/或射束發散輪廓或分佈而變更。改變一個雷射束的輻射輪廓之能力係意指改變BPP之能力。
15.術語“折射率輪廓(RIP)”係指作為沿著一條直線(1D)或在一個平面中(2D)的位置之一個函數的折射率，該直線或平面係垂直於光纖軸。諸多光纖係方位角對稱，在該種情形，1D RIP係對於任何方位角度而言為相同。
16.一種“階變折射率(step-index)光纖”係具有其在光纖核心內為均等的一個RIP(折射率係無關於位置)。
17.一種“梯度折射率(graded-index)光纖”係具有其折射率為隨著增大徑向位置(即：隨著增大自光纖核心的中心之距離)而減小的一個RIP。
18.一種“拋物線折射率(parabolic-index)光纖”係一種梯度折射率光纖的一個特定情形，其中折射率係隨著增大自光纖核心的中心之距離而二次減小。
用於改變射束特性的光纖
本文揭示者係裝配以提供一種光纖之方法、系統、與設備，該光纖係可運作以提供具有可變射束特性(VBC,variable beam characteristics)之一個雷射束，本文揭示者係可降低上述的習用方法之成 本、複雜度、光學損失、或其他缺陷。此種VBC光纖係裝配以改變種種不同的光束特性。該等射束特性係可使用VBC光纖而受控制，因此允許使用者來調整種種的射束特性以適用廣泛的種種的雷射處理應用之特定要求。舉例來說，一種VBC光纖係可使用以調整：射束直徑、射束發散分佈、BPP、強度分佈、M2因數、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、光點尺寸、或類似者、或其任何組合。
概括而言，本文揭示的技術係需要將一個雷射束耦合到一個光纖之中，其中，在光纖中的雷射束的特性係可調整，藉由種種方法(例如：彎曲該光纖或引入一個或多個其他擾動)之任一者來擾動雷射束及/或擾動第一長度的光纖且在第二長度的光纖之中而完全或部分地維持經調整的射束特性。第二長度的光纖係特別裝配以維持及/或進一步修改經調整的射束特性。在一些情形，第二長度的光纖係保存經調整的射束特性，透過雷射束之遞送到其最終用途(例如：材料處理)。第一與第二長度的光纖係可包含相同或不同的光纖。
本文揭示的技術係相容於光纖雷射與光纖耦合式雷射。光纖耦合式雷射係典型為經由一種遞送光纖來遞送一個輸出，遞送光纖係具有一個階變折射率的折射率輪廓(RIP)，即：在光纖核心內的一個平直或固定折射率。實際上，視光纖之設計而定，遞送光纖的RIP係可能非完全平直。重要的參數係光纖核心直徑(dcore)與NA。核心直徑係典型為在10-1000微米之範圍中(雖然其他值係可能)，且NA係典型為在0.06-0.22之範圍中(雖然其他值係可能)。出自雷射之一個遞送光纖係可直接路由到處理頭或工件，或可為路由到一個光纖對光纖式耦合器(FFC,fiber-to-fiber coupler)或光 纖對光纖式開關(FFS,fiber-to-fiber switch)，其將出自遞送光纖的光線耦合到一個處理光纖之中，處理光纖係將射束傳送到處理頭或工件。
尤其是高功率(>1kW)者之大多數的材料處理工具係運用多模態(MM,multimode)光纖，但一些係運用單模態(SM,single-mode)光纖，其為在dcore與NA範圍的下端。出自一種SM光纖的射束特性係由光纖參數所獨特確定。然而，出自一種MM光纖的射束特性係可改變(單元對單元及/或作為雷射功率與時間的函數)，取決於來自耦合到光纖中之雷射源的射束特性、到光纖中的發射或疊接條件、光纖RIP、以及光纖的靜態與動態幾何形狀(彎曲、捲繞、運動、微彎曲、等等)。針對於SM與MM遞送光纖二者，射束特性係可能對於一個既定材料處理任務而言為並非最佳，且不太可能對於一系列的任務而言為最佳，促使期望能夠有系統地改變射束特性以便針對於一個特定處理任務而使其為客製化或最佳化。
在一個實例中，VBC光纖係可具有第一長度與第二長度且可經裝配為插入而作為在遞送光纖與處理頭之間的一個光纖內(in-fiber)的裝置以提供射束特性之期望的可調整性。為了致能射束之調整，一種擾動裝置及/或組件係配置為緊鄰及/或耦合於VBC光纖且為負責用於擾動在第一長度中的射束，俾使該射束的特性係在第一長度的光纖中為改變，且經改變的特性係隨著該射束傳播在第二長度的光纖中而保持或進一步改變。經擾動的射束係發射到第二長度的VBC光纖，其裝配以保存所調整的射束特性。第一與第二長度的光纖係可為相同或不同的光纖，且/或第二長度的光纖係可包含一個局限光纖。由第二長度的VBC光纖所保存之射束特性係可包括以下的任一者：射束直徑、射束發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、 M2值、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、光點尺寸、或類似者、或其任何組合。
圖1係說明一個實例的VBC光纖100，用於在不需要自由空間光學器件的使用以改變射束特性之情況下而提供具有可變射束特性的一個雷射束。VBC光纖100係包含一個第一長度的光纖104與一個第二長度的光纖108。第一長度的光纖104與第二長度的光纖108係可為相同或不同的光纖且可具有相同或不同的RIP。第一長度的光纖104與第二長度的光纖108係可由一個疊片所接合在一起。第一長度的光纖104與第二長度的光纖108係可用其他方式而耦合，可為隔開，或可為經由諸如另一個長度的光纖、自由空間光學器件、黏膠、折射率匹配材料、或類似者、或其任何組合之一個插入構件而連接。
一個擾動裝置110係配置為鄰近且/或包覆擾動區域106。擾動裝置110係可為一種裝置、組件、光纖內(in-fiber)結構、及/或其他的特徵。擾動裝置110係至少擾動在第一長度的光纖104或第二長度的光纖108或其組合之中的光束102，以便調整光束102的一個或多個射束特性。響應於由擾動裝置110的擾動之射束112的調整係可發生在第一長度的光纖104或第二長度的光纖108或其組合之中。擾動區域106係可延伸於種種的寬度，且可延伸到第二長度的光纖108之一部分或否。隨著射束112係傳播在VBC光纖100之中，擾動裝置110係可實際作用在VBC光纖100以擾動該光纖且調整射束102的特性。替代而言，擾動裝置110係可直接作用在射束102以變更其射束特性。在經調整之後，經擾動的射束112係具有不同於射束102的射束特性，其將為完整或部分保存在第二長度的光纖108 之中。在另一個實例中，擾動裝置110係不必配置在靠近一個疊片之處。甚者，可能根本不需要一個疊片，舉例來說，VBC光纖100係可為單一個光纖，第一長度的光纖與第二長度的光纖係可隔開、或固定有一個小的間隙(空氣隔開或填充有諸如光學接合劑或折射率匹配材料之一種光學材料)。
經擾動的射束112係發射到第二長度的光纖108之中，其中，經擾動的射束112的特性係大部分為維持或隨著經擾動的射束112傳播而繼續逐步形成以產生在第二長度的光纖108之輸出的調整射束特性。在一個實例中，新的射束特性係可包括一個經調整的強度分佈。在一個實例中，一個經改變的射束強度分佈係將保存在第二長度的光纖108之種種的結構界限的局限區域中。因此，射束強度分佈係可調整到針對於一個特定雷射處理任務所最佳化的一個期望射束強度分佈。概括而言，經擾動的射束112之強度分佈係將隨著其傳播在第二長度的光纖108而逐步形成，響應於在第一長度的光纖104之中的條件與由擾動裝置110所導致的擾動而將經擾動的射束112被發射到其中的局限區域填滿。此外，角度分佈係可隨著射束傳播在第二光纖之中而逐步形成，視發射條件與光纖特性而定。概括而言，光纖係大部分為保持輸入發散分佈，但若輸入發散分佈係窄且/或若光纖係具有擾動該發散分佈之不規則性或蓄意的特徵，該分佈係可加寬。第二長度的光纖108之種種的局限區域、擾動、與光纖特點係更為詳述於下文。射束102與112係意圖來說明一個射束可如何傳播通過VBC光纖100以提供可變射束特性之抽象概念，而非為意圖來嚴密模擬一個特定光束之行為。
VBC光纖100係可由種種的方法所製造，包括：電漿化學 氣相沉積(PCVD,Plasma Chemical Vapor Deposition)、外側氣相沉積(OVD,Outside Vapor Deposition)、氣相軸向沉積(VAD,Vapor Axial Deposition)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD,Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)、及/或直接奈米粒子沉積(DND,Direct Nanoparticle Deposition)。VBC光纖100係可包含種種的材料。舉例來說，VBC光纖100係可包含SiO2、摻雜有GeO2的SiO2、鍺矽酸鹽、五氧化二磷、磷矽酸鹽、Al2O3、鋁矽酸鹽、或類似者、或其任何組合。局限區域係可由摻雜有氟、硼、或類似者、或其任何組合之包覆所界定。其他的摻雜劑係可添加到有源(active)光纖，包括諸如Er3+(鉺)、Yb3+(鐿)、Nd3+(釹)、Tm3+(銩)、Ho3+(鈥)、或類似者、或其任何組合之稀土離子。局限區域係可由具有比其具有氟或硼摻雜之局限區域為低的折射率之包覆所界定。替代而言，VBC光纖100係可包含光子晶體光纖或微結構式光纖。
VBC光纖100係適用於種種纖維、光纖、或光纖雷射裝置之任一者，該等雷射裝置係包括連續波與脈衝式的光纖雷射、碟形雷射、固態雷射、或二極體雷射(脈衝率為無限，除非是受到實體限制)。再者，以一種平面的波導或其他型式的波導且不僅僅是光纖之實施係均在本發明所主張的技術之範疇內。
圖2係描繪一個實例的VBC光纖200的橫截面圖，其用於調整一個光束的射束特性。在一個實例中，VBC光纖200係可為一個處理光纖，因為其可將該射束遞送到一個處理頭以供材料處理。VBC光纖200係包含一個第一長度的光纖204，其在接合面206而疊接到一個第二長度的光纖208。一個擾動組件210係配置為鄰近於接合面206。擾動組件210係 可為種種裝置之任一者，其被裝配以致能傳播在VBC光纖200之中的一個光束202的射束特性之調整。在一個實例中，擾動組件210係可為一種心軸及/或另一種裝置，其可提供用於改變靠近疊片之VBC光纖200的彎曲半徑及/或彎曲長度之方式。擾動裝置的其他實例係關於圖24而論述於下文。
在一個實例中，第一長度的光纖204係具有如由左側的RIP圖所指出之一個拋物線折射率的RIP 212。當光纖204係平直或幾乎平直，射束202之大部分的強度分佈係集中在光纖204的中心。第二長度的光纖208係一種局限光纖，其具有如在右側的RIP圖所示之RIP 214。第二長度的光纖208係包括局限區域216、218與220。局限區域216係一個中央核心，其為由二個環形(或環狀)的局限區域218與220所圍繞。層222與224係在局限區域(216、218與220)之間的較低折射率材料的結構障壁，其通常稱作為“包覆”區域。在一個實例中，層222與224係可包含氟矽酸鹽的環狀物；在一些實施例中，氟矽酸鹽的包覆層係相當薄。其他的材料係可同樣使用且本發明所主張之標的係不受限於此。
在一個實例中，隨著射束202係沿著VBC光纖200而傳播，擾動組件210係可實際作用在光纖208及/或射束202以調整其射束特性且產生經調整的射束226。在目前實例中，射束202的強度分佈係由擾動組件210所修改。在射束202的調整之後，調整的射束226之強度分佈係可集中在外圍的局限區域218與220，且相當小的強度係在中央的局限區域216之中。因為局限區域216、218及/或220之各者係由在障壁層222與224之中的較低折射率材料之薄層所隔離，第二長度的光纖208係可實質維持調整射束226的調整射束特性。隨著沿著第二長度的光纖208而傳播，該射束 係將典型成為方位角分佈在一個既定的局限區域內而將不會在局限區域之間有(顯著)轉變。因此，調整射束226的調整射束特性係大部分為保存在隔離的局限區域216、218及/或220之內。在一些情形，可能合意的是令射束226的功率為分割在局限區域216、218及/或220之間而不是集中在單一個區域中，且此條件係可藉由產生一個適當調整的射束226而達成。
在一個實例中，核心局限區域216以及環形局限區域218與220係可由熔矽玻璃所構成，且其界定該等局限區域之包覆222與224係可由氟矽酸鹽玻璃所構成。其他材料係可使用以形成種種的局限區域(216、218與220)，包括：鍺矽酸鹽、磷矽酸鹽、鋁矽酸鹽、或類似者、或其組合，且本發明所主張之標的係並未如此受限。其他材料係可使用以形成障壁環(222與224)，包括：熔矽石、硼矽酸鹽、或類似者、或其組合，且本發明所主張之標的係並未如此受限。在其他實施例中，光纖或波導係包括或由種種的聚合物或塑膠或晶體材料所構成。概括而言，核心局限區域係具有折射率為大於相鄰的障壁/包覆區域之折射率。
在一些實例中，可能為合意的是在第二長度的光纖之中增加若干個局限區域來提高在射束位移上的射束控制之顆粒性以供微調一個射束輪廓。舉例來說，局限區域係可裝配以提供階級式的射束位移。
圖3係說明一種用於提供一個光束的可變射束特性而擾動光纖200之實例的方法。改變一個光纖的彎曲半徑係可改變在該光纖內的一個射束之徑向射束位置、發散角度、及/或輻射輪廓。藉由使用一種階級式的心軸或圓錐，VBC光纖200的彎曲半徑係可在疊合接面206的附近為從第一彎曲半徑R1而減小到第二彎曲半徑R2。附加或替代而言，在心軸或 圓錐上的接合長度係可改變。滾輪250係可運用以使VBC光纖200為接合跨於擾動組件210。在一個實例中，滾輪250和光纖200之接合的量係已經證明為以一個固定的心軸半徑而將強度輪廓的分佈移位到光纖200之外圍的局限區域218與220。用於改變光纖200的彎曲半徑之種種其他方法係存在，諸如：使用一個夾住組件、可撓管路、或類似者、或其任何組合，且本發明所主張之標的係不受限於此。在另一個實例中，針對於一個特定的彎曲半徑，VBC光纖200被彎曲的長度係亦可為以一種受控制、可複製的方式而改變射束特性。在實例中，改變彎曲半徑及/或光纖為以一個特定的彎曲半徑而被彎曲的長度係亦修改射束的強度分佈，俾使一個或多個模態係可遠離一個光纖核心的中心而徑向移位。
維持跨過接合面206之光纖的彎曲半徑係確保的是，諸如光束202的徑向射束位置與輻射輪廓之經調整的射束特性係在射束202被發射到第二長度的光纖208之前而將不會返回到其未擾動的狀態。甚者，包括經調整的射束226之位置、發散角度、及/或強度分佈之經調整的徑向射束特性係可基於在VBC光纖200的彎曲半徑的減小程度及/或彎曲長度的限度而變化。因此，特定的射束特性係可使用此種方法而得到。
在目前實例中，具有第一RIP 212之第一長度的光纖204係在接合面206而疊接到其具有第二RIP 214之第二長度的光纖208。然而，可能使用單一個光纖，其具有單一個RIP而形成以致能射束202的射束特性之擾動(例如：藉由微彎曲)且致能經調整的射束之保存。該種RIP係可類似於在圖17、18、及/或19所示的光纖中所顯示的RIP。
圖7至10係提供對於(在圖2與3所示的)VBC光纖200的 實驗結果且進一步說明當一個擾動組件210作用於VBC光纖200以彎曲該光纖而對於VBC光纖200的擾動之一個射束響應。圖4至6係模擬且圖7至10係實驗結果，其中，來自一個SM 1050nm來源的一個射束係發射到其具有40微米的核心直徑之一個輸入光纖(未顯示)。該輸入光纖係疊接到第一長度的光纖204。
圖4係一個實例的曲線圖400，其說明針對於不同光纖彎曲半徑402之用於第一長度的光纖204之最低階模態(LP01)的計算輪廓，其中一個擾動組件210係涉及使VBC光纖200彎曲。隨著光纖彎曲半徑係減小，傳播在VBC光纖200之中的一個光束係調整，俾使該模態係遠離一個VBC光纖200核心的中心404(r=0微米)而徑向移位朝向核心/包覆介面(在此實例中為位在r=100微米)。較高階模態(LPIn)係亦隨著彎曲而移位。因此，一種平直或幾乎平直的光纖(極大的彎曲半徑)，對於LP01之曲線406係置中在或靠近VBC光纖200的中心。於大約6cm的一個彎曲半徑，對於LP01之曲線408係移位到離VBC光纖200的中心406之大約40μm的一個徑向位置。於大約5cm的一個彎曲半徑，對於LP01之曲線410係移位到離VBC光纖200的中心406之大約50μm的一個徑向位置。於大約4cm的一個彎曲半徑，對於LP01之曲線412係移位到離VBC光纖200的中心406之大約60μm的一個徑向位置。於大約3cm的一個彎曲半徑，對於LP01之曲線414係移位到離VBC光纖200的中心406之大約80μm的一個徑向位置。於大約2.5cm的一個彎曲半徑，對於LP01之曲線416係移位到離VBC光纖200的中心406之大約85μm的一個徑向位置。注意，模態的形狀係維持相當固定(直到其接近核心的邊緣)，此為一種拋物線RIP的一個特定性質。雖然此 性質係可在一些情況中為合意，其對於VBC功能性而言係非必要，且其他的RIP係可運用。
在一個實例中，若VBC光纖200係拉直，LP01模態係將移位回到朝向光纖的中心。因此，第二長度的光纖208之目的係使該射束之經調整的強度分佈為“陷落”或局限在其為自VBC光纖200的中心而位移之一個局限區域中。在光纖204與208之間的疊接係包括在彎曲區域中，因此移位的模態輪廓係將優先發射到環狀的局限區域218與220之一者或分佈在該等局限區域之間。圖5與6係說明此效應。
圖5係說明當VBC光纖200為幾乎平直時而在第二長度的光纖208之內的接面206之一個實例的二維的強度分佈。LP01與LPIn之一個有效部分係在光纖208的局限區域216之內。圖6係說明在第二長度的光纖208之內的接面206之二維強度分佈，當VBC光纖200係以其選取為優先激發第二長度的光纖208之局限區域220(最外圍的局限區域)的一個半徑而彎曲時。LP01與LPIn的一個顯著部分係在光纖208的局限區域220之內。
在一個實例中，第二長度的光纖208之局限區域216係具有直徑為100微米，局限區域218係直徑在120微米與200微米之間，且局限區域220係直徑在220微米與300微米之間。局限區域216、218、與220係由10μm厚的環之氟矽酸鹽所分開，提供用於該等局限區域之0.22的NA。用於該等局限區域之其他的內徑與外徑、分開該等局限區域之環的厚度、用於該等局限區域的NA值、以及局限區域的數目係可運用。
再次參考圖5，由於提到的參數，當VBC光纖200係平直 時，大約90%的功率係包含在中央局限區域216之內，且大約100%的功率係包含在局限區域216與218之內。參考圖6，當該光纖200係彎曲以優先激發第二環的局限區域220，幾乎75%的功率係包含在局限區域220之內，且超過95%的功率係包含在局限區域218與220之內。此等計算係包括LP01與二個較高階的模態，其典型為在一些2-4kW的光纖雷射之中。
由圖5與6而為明顯的是，在一個擾動組件210係作用在VBC光纖200以彎曲該光纖之情形，彎曲半徑係決定第一長度的光纖204和第二長度的光纖208之不同導引局限區域(216、218、與220)的模態強度分佈之空間重疊。改變該彎曲半徑係可因此改變在第二長度的光纖208之輸出的強度分佈，因而改變射束的直徑或光點尺寸，且因此亦改變其輻射與BPP值。光點尺寸之此種調整係可在一種全光纖結構中而達成，不涉及任何的自由空間光學器件且因此可減少或免除上述的自由空間光學器件之缺點。該種調整係亦可藉著其他擾動組件而作成，其改變彎曲半徑、彎曲長度、光纖張力、溫度、或下文論述的其他擾動。
在一種典型的材料處理系統(例如：一種切割或焊接工具)中，處理光纖的輸出係藉由處理頭而成像在或接近於工件。改變如圖5與6所示的強度分佈係因此致能在該工件的射束輪廓之變化，以便在期望時而調整及/或最佳化該處理。用於該二個光纖的特定RIP係為了上述計算目的而假設，但其他RIP係可能，且本發明所主張之標的係不受限於此。
圖7至10係描繪實驗結果(測量強度分佈)以說明對於在圖2所示的VBC光纖200之種種彎曲半徑的進一步輸出射束。
在圖7之中，當VBC光纖200係平直時，射束係幾乎完全 局限在局限區域216之中。隨著該彎曲半徑係減小，強度分佈係轉移到較高的直徑(圖8至10)。圖8係描繪當VBC光纖200的彎曲半徑被選取以將強度分佈優先轉移到局限區域218之時的強度分佈。圖9係描繪當彎曲半徑被進一步縮小及選取以將強度分佈朝外轉移到局限區域220與局限區域218之時的實驗結果。在圖10之中，於最小的彎曲半徑，該射束係幾乎為一種“甜甜圈模態”，大部分的強度係在最外的局限區域220之中。
儘管從在疊合接面206的一側的局限區域之激發，強度分佈係幾乎為方位角對稱，因為隨著射束係傳播在VBC光纖200之內而在該等局限區域內之攪拌。雖然射束係將典型為隨著其傳播而方位角攪拌，種種的結構或擾動(例如：線圈)係將包括以利於此處理。
針對於在圖7至10所示的實驗中所使用的光纖參數，特定的局限區域係非排他式激發，因為某個強度係可能存在於多個局限區域中。此特徵係可致能有利的材料處理應用，其為藉由具有一種平整或分散的射束強度分佈而最佳化。在需要一個既定局限區域之較純淨激發的應用中，不同的光纖RIP係可運用以致能此特徵。
在圖7至10所示的結果係關於使用在此實驗中的特定光纖且詳情係將取決於實施的具體情況而變化。尤其，輸出射束的空間輪廓與發散分佈以及關於彎曲半徑之其相依性係將取決於所運用的特定RIP、疊接參數、與其發射到第一光纖之中的雷射源的特性。
不同於在圖2所示者的光纖參數係可使用且仍為在本發明所主張之標的的範疇內。明確而言，不同的RIP以及核心尺寸與形狀係可使用以利於和不同的輸入射束輪廓之相容性且致能不同的輸出射束特性。 除了在圖2所示的拋物線折射率輪廓之外，用於第一長度的光纖之實例的RIP係包括其他梯度折射率輪廓、階變折射率、台座(pedestal)設計(即：具有隨著離光纖的中心之距離增大而逐漸較小的折射率之巢狀核心)、以及具有對於中央核心與周圍環為相同的折射率值而為不同的NA值之巢狀核心的設計。除了在圖2所示的輪廓之外，用於第二長度的光纖之實例的RIP係包括局限光纖為具有不同數目個局限區域、非均勻的局限區域厚度、對於圍繞該等局限區域的環的厚度之不同及/或非均勻的值、對於該等局限區域之不同及/或非均勻的NA值、對於RIP的高折射率與低折射率部分之不同的折射率值、非圓形的局限區域(諸如：橢圓形、卵形、多邊形、方形、矩形、或其組合)、以及如關於圖26至28所進一步詳述的其他設計。再者，VBC光纖200與本文所述之一種VBC光纖的其他實例係不限於二個光纖之使用。在一些實例中，實施係可包括一個光纖或超過二個光纖之使用。在一些情形，光纖係可能並非軸向均勻；舉例來說，其可包括光纖布拉格(Bragg)格柵或長週期的格柵，或直徑係可沿著光纖的長度而改變。此外，該等光纖係無須為方位角對稱，例如：核心係可具有方形或多邊形的形狀。種種光纖塗層(緩衝物)係可運用，包括高折射率或折射率匹配的塗層(其除去在玻璃-聚合物介面的光線)與低折射率的塗層(其藉由全內反射而導引在玻璃-聚合物介面的光線)。在一些實例中，多個光纖塗層係可使用在VBC光纖200之上。
圖11至16係說明第一長度的光纖之實例的橫截面圖，針對於致能其響應於傳播在第一長度的光纖中的光束之擾動而在一個VBC光纖中的射束特性之調整。可在第一長度的光纖中調整之射束特性的一些實例 係：射束直徑、射束發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、M2因數、NA、光學強度輪廓、功率密度輪廓、徑向射束位置、輻射率、光點尺寸、或類似者、或其任何組合。在圖11至16所描繪且在下文所述之第一長度的光纖係僅為實例，且並非提出其可利用以致能在一個VBC光纖組件中的射束特性調整之種種的第一長度的光纖之詳盡列舉。材料之選擇、適當的RIP、以及針對於在圖11至16所示之第一長度的光纖之其他變數係至少取決於期望的射束輸出。因此，本發明所主張之標的係不受限於本文提出的實例。
在圖11之中，第一長度的光纖1100係包含一個階變折射率輪廓1102。圖12係說明一種第一長度的光纖1200，其包含一個“台座(pedestal)RIP”(即：一個核心係包含一個階變折射率區域，其由一個較大的階變折射率區域所圍繞)1202。圖13係說明一種第一長度的光纖1300，其包含一個多重台座RIP 1302。
圖14A係說明第一長度的光纖1400，光纖1400係包含一個梯度折射率輪廓1418，其由一個降低摻雜區域1404所圍繞。當光纖1400係擾動時，在光纖1400之中，模態係可徑向朝外移位(例如：在光纖1400之彎曲期間)。梯度折射率輪廓1402係可設計以促進模態形狀之維持或甚至壓縮。此設計係可促進其傳播在光纖1400之中的一個射束之調整，以產生其具有集中在光纖外周邊(即：在其從光纖軸所移開之光纖核心的一部分)的射束強度分佈之一個射束。如上文所論述，當經調整的射束係耦合到其具有局限區域之一個第二長度的光纖之中，經調整的射束之強度分佈係可陷落在最外的局限區域中，提供一種甜甜圈形狀的強度分佈。具有一個較窄的外部局限區域之一個射束光點係可為有用以致能某些材料處理作用。
圖14B係說明第一長度的光纖1406，類似於光纖1400，光纖1406係包含一個梯度折射率輪廓1414，其由一個降低摻雜區域1408所圍繞。然而，光纖1406係包括一個發散結構1410(一個較低折射率區域)，如可在輪廓1412所看出。發散結構1410係具有比環繞的核心者為低的折射率之材料的一個區域。隨著射束係發射到第一長度的光纖1406之中，從發散結構1410之折射係導致在第一長度的光纖1406之中的射束發散增大。增大的發散量係取決於射束和發散結構1410的空間重疊量以及在發散結構1410與核心材料之間的折射率差異大小。發散結構1410係可具有種種的形狀，其取決於輸入發散分佈與期望的輸出發散分佈。在一個實例中，發散結構1410係具有一個三角形或梯度的折射率形狀。
圖15係說明一種第一長度的光纖1500，其包含一個拋物線折射率的中央區域1502，中央區域1502係由一個固定折射率的區域1504所圍繞，且固定折射率的區域1504係由一個較低折射率的環狀層1506所圍繞。較低折射率的環形物1506係有助於導引其傳播在光纖1500之中的一個射束。當傳播的射束係受到擾動時，在光纖1500之中，模態係徑向朝外移位(例如：在光纖1500之彎曲期間)。隨著一個或多個模態係徑向朝外移位，拋物線折射率的區域1502係促成模態形狀之保留。當該等模態係到達RIP 1510之固定折射率的區域，則將被壓縮於低折射率的環1506，此可致使在第二光纖中的最外局限區域之優先激發(相較於在圖14所示的第一光纖RIP)。在一個實施中，此種光纖設計係和其具有一個中央的階變折射率核心與單一個環狀核心之一種局限光纖為一起運作。該RIP之拋物線折射率的區域1502係和局限光纖之中央的階變折射率核心為重疊。固定折射 率部分1504係和局限光纖之環狀核心為重疊。第一光纖之固定折射率部分1504係意圖使得較易於藉由彎曲來將射束移動成為和環狀核心為重疊。此種光纖設計係和其他設計的局限光纖為一起運作。
圖16係說明一種第一長度的光纖1600，其包含由較低折射率層1610、1612、與1614所限定之導引區域1604、1606、1608、與1616，其中，較低折射率層1610、1612、與1614的折射率係階變式，或更概括而言為並非均具有相同值。階變折射率層係可作用以當擾動組件210(參閱：圖2)作用於光纖1600而將射束強度限定到某些導引區域(1604、1606、1608、與1616)。以此方式，經調整的射束光線係可透過一系列的擾動作用(諸如：透過一系列的彎曲半徑、一系列的彎曲長度、一系列的微彎曲壓力、及/或一系列的聲音光學訊號)而陷落在導引區域中，在一個射束強度分佈被移位到在光纖1600之中的一個較遠的徑向位置之前而允許某個程度的擾動容許度。因此，射束特性的變化係可為以一種階級式的方式而控制。導引區域1604、1606、1608、與1616係可經調整以達到一個期望的環寬度，如可能為某個應用所需要。此外，若期望時，一個導引區域係可具有一個較厚的徑向寬度以利於引入射束輪廓之較大部分的陷落。區域1606係該種設計的一個實例。
圖17至21係描繪光纖的實例，其裝配以致能在第二長度的光纖(例如：光纖208)之中的經調整的射束特性之維持及/或局限。此等光纖設計係稱作為“環形局限光纖”，因為其含有由環狀或環形的核心所圍繞的一個中央核心。此等設計係僅為實例且並非其可使用以致能在一個光纖內的調整射束特性之維持及/或局限的種種光纖RIP之詳盡列舉。因此，本發明 所主張之標的係不受限於本文提出的實例。甚者，關於圖11至16之上述的第一長度的光纖之任一者係可和在圖17至21所述的第二長度的光纖之任一者而組合。
圖17係說明一個實例之第二長度的光纖之橫截面圖，第二長度的光纖係用於維持及/或局限在一個VBC光纖組件中的經調整的射束特性。由於經擾動的射束係從第一長度的光纖而耦合到第二長度的光纖1700，第二長度的光纖1700係可在局限區域1704、1706、及/或1708的一者或多者之內而維持其響應於在第一長度的光纖中之擾動而作調整的射束特性之至少一部分。光纖1700係具有一個RIP 1702。局限區域1704、1706、及/或1708之各者係由一個較低折射率層1710及/或1712所劃界。此種設計係致使第二長度的光纖1700能夠維持所調整的射束特性。結果，由光纖1700所輸出的一個射束係將實質維持如同在第一長度的光纖中所修改之接收的調整射束，提供輸出射束該經調整的射束特性，其可針對於一個處理任務或其他應用而定製。
同理，圖18係描繪一個實例之第二長度的光纖1800之橫截面圖，第二長度的光纖1800係用於維持及/或局限其響應於在一個VBC光纖組件中之第一長度的光纖中之擾動而調整的射束特性。光纖1800係具有一個RIP 1802。然而，局限區域1808、1810、及/或1812係具有不同於局限區域1704、1706、與1708的厚度。局限區域1808、1810、及/或1812之各者係由一個較低折射率層1804及/或1806所劃界。改變該等局限區域(及/或障壁區域)的厚度係致能一個局限的調整輻射輪廓之調適或最佳化，藉由選擇在其中局限一個調整射束之特定徑向位置。
圖19係描繪一個實例之第二長度的光纖1900之橫截面圖，第二長度的光纖1900係具有RIP 1902，用於維持及/或局限在其裝配以提供可變射束特性之一種VBC光纖組件中的一個調整射束。在此實例中，局限區域1904、1906、1908、與1910的數目與厚度係不同於光纖1700與1800，且障壁層1912、1914、與1916係同樣為可變的厚度。再者，局限區域1904、1906、1908、與1910係具有不同的折射率，且障壁層1912、1914、與1916係同樣為具有不同的折射率。此種設計係可進而致能一個調整射束輻射到光纖1900之內的特定徑向位置之局限及/或維持的一種更為顆粒式或最佳化的調適。隨著擾動的射束係從第一長度的光纖而發射到第二長度的光纖，射束的修改射束特性(具有經調整的強度分佈、徑向位置、及/或發散角度、或類似者、或其組合)係由第二長度的光纖1900之局限區域1904、1906、1908、及/或1910的一者或多者而局限在一個特定半徑內。
如先前所指出，一個射束的發散角度係可保持或調整且接著保持在第二長度的光纖中。現有種種的方法以改變一個射束的發散角度。以下係光纖的實例，其裝配以致能從一個光纖組件中之第一長度的光纖而傳播到第二長度的光纖之一個射束的發散角度之調整以供改變射束特性。然而，此等者係僅為實例而非其可用以致能一個射束的發散之調整的種種方法之詳盡列舉。因此，本發明所主張之標的係不受限於本文提供的實例。
圖20係描繪一個實例之第二長度的光纖2000之橫截面圖，第二長度的光纖2000係具有RIP 2002，用於修改、維持、及/或局限其響應於在第一長度的光纖中之擾動所調整的射束特性。在此實例中，第二長度的光纖2000係類似於前述之第二長度的光纖，且形成如上所述之用於遞送 可變射束特性的VBC光纖組件之一部分。第二長度的光纖2000係具有三個局限區域2004、2006、與2008以及三個障壁層2010、2012、與2016。第二長度的光纖2000係還具有位在於局限區域2006之內的一個發散結構2014。發散結構2014係具有比環繞的局限區域者為低的折射率之材料的一個區域。隨著射束係發射到第二長度的光纖2000之中，從發散結構2014之折射係導致在第二長度的光纖2000之中的射束發散增大。增大的發散量係取決於射束和發散結構2014的空間重疊量以及在發散結構2014與核心材料之間的折射率差異大小。藉由調整接近進入到第二長度的光纖2000之中的發射點之射束的徑向位置，發散分佈係可改變。射束之經調整的發散係保持在光纖2000之中，光纖2000係裝配以將經調整的射束遞送到處理頭、另一個光學系統(例如：光纖對光纖式耦合器或光纖對光纖式開關)、工件、或類似者、或其組合。在一個實例中，發散結構2014係可具有相關於環繞材料之大約10-5-3×10-2的折射率下降。在此揭露內容的範疇內，其他值的折射率下降係可運用，且本發明所主張之標的係不受限於此。
圖21係描繪一個實例的第二長度的光纖2100之橫截面圖，第二長度的光纖2100係具有一個RIP 2102，用於修改、維持、及/或局限其響應於在第一長度的光纖中之擾動所調整的射束特性。第二長度的光纖2100係形成一種用於遞送具有可變特性的射束之VBC光纖組件的一部分。在此實例中，具有三個局限區域2104、2106、與2108以及三個障壁層2110、2112、與2116。第二長度的光纖2100係還具有複數個發散結構2114與2118。發散結構2114與2118係梯度的較低折射率材料之區域。隨著射束係從第一長度的光纖而發射到第二長度的光纖2100之中，從發散結構 2114與2118之折射係導致射束發散增大。增大的發散量係取決於該射束和發散結構的空間重疊量以及分別在發散結構2114及/或2118和局限區域2106與2104的環繞的核心材料之間的折射率差異大小。藉由調整接近進入到第二長度的光纖2100之中的發射點之射束的徑向位置，發散分佈係可改變。在圖21所示的設計係藉由選擇一個特定的局限區域與在該局限區域內的發散分佈(因為各個局限區域係可包括一個發散結構)而允許強度分佈與發散分佈為獨立地稍微改變。射束之經調整的發散係保持在光纖2100之中，光纖2100係裝配以將經調整的射束遞送到處理頭、另一個光學系統、或工件。形成其具有梯度或非固定的折射率之發散結構2114與2118係致能其傳播在光纖2100之中的射束的發散輪廓之調整。諸如輻射輪廓及/或發散輪廓之一個經調整的射束特性係可隨著射束為由第二光纖所遞送到一個處理頭而保持。替代而言，諸如輻射輪廓及/或發散輪廓之一個經調整的射束特性係可隨著射束為由第二光纖所路由通過一個光纖對光纖式耦合器(FFC)及/或光纖對光纖式開關(FFS)且到一個處理光纖而保持或進一步調整，該處理光纖係將射束遞送到處理頭或工件。
圖26至28係說明光纖與光纖RIP的實例之橫截面圖，該等光纖與光纖RIP係裝配以致能其傳播在一個方位角不對稱的第二長度的光纖中之一個射束的調整射束特性之維持及/或局限，其中該等射束特性係藉由一個擾動裝置110而響應於其耦合到第二長度的光纖之第一長度的光纖之擾動及/或射束的擾動來調整。此等方位角不對稱的設計係僅為實例而非其可用以致能在一個方位角不對稱光纖內的調整射束特性之維持及/或局限的種種光纖RIP之詳盡列舉。因此，本發明所主張之標的係不受限於本 文提供的實例。甚者，種種的第一長度的光纖(例如：如同上述者)之任一者係可和任何方位角不對稱的第二長度的光纖(例如：如同在圖26至28所述者)而組合。
圖26係說明穿過一個橢圓形光纖2600之一個橫截面的種種方位角度之RIP。在第一方位角度2602，光纖2600係具有第一RIP 2604。在其為從第一方位角度2602而旋轉45°之第二方位角度2606，光纖2600係具有第二RIP 2608。在其為從第二方位角度2606而旋轉另一個45°之第三方位角度2610，光纖2600係具有第三RIP 2612。第一、第二與第三RIP2604、2608與2612係均為不同。
圖27係說明穿過一個多核心光纖2700之一個橫截面的種種方位角度之RIP。在第一方位角度2702，光纖2700係具有第一RIP 2704。在第二方位角度2706，光纖2700係具有第二RIP 2708。第一與第二RIP 2704與2708係不同。在一個實例中，擾動裝置110係可作用於多個平面，藉以將經調整的射束發射到一個方位角不對稱的第二光纖之不同區域中。
圖28係說明穿過其具有至少一個新月形核心的一個光纖2800之一個橫截面的種種方位角度之RIP。在一些情形中，新月形的角隅係可經修圓、平坦化、或用其他方式而成形，其可使得光學損失為最小。在第一方位角度2802，光纖2800係具有第一RIP 2804。在第二方位角度2806，光纖2800係具有第二RIP 2808。第一與第二RIP 2804與2808係不同。
圖22A係說明一種雷射系統2200的一個實例，雷射系統2200係包括一個VBC光纖組件2202，其裝配以提供可變的射束特性。VBC 光纖組件2202係包含一個第一長度的光纖104、第二長度的光纖108、與一個擾動裝置110。VBC光纖組件2202係配置在饋送光纖2212(即：出自雷射源的輸出光纖)與VBC遞送光纖2240之間。VBC遞送光纖2240係可包含第二長度的光纖108或第二長度的光纖108之一個延伸，其修改、維持、及/或局限調整的射束特性。射束2210係經由饋送光纖2212而耦合到VBC光纖組件2202之中。光纖組件2202係裝配以根據上述的種種實例而改變射束2210的特性。光纖組件2202的輸出係經調整的射束2214，其耦合到VBC遞送光纖2240之中。VBC遞送光纖2240係將經調整的射束2214遞送到自由空間光學組件2208，其接著將射束2214耦合到一個處理光纖2204。經調整的射束2214係接著由處理光纖2204而遞送到處理頭2206。該處理頭係可包括導引波光學器件(諸如：光纖與光纖耦合器)、諸如透鏡、反射鏡、光學濾波器、繞射格柵之自由空間光學器件、諸如檢流計掃描器、多邊鏡掃描器、或其他掃描系統之射束掃描組件，其係用以使射束2214成形且將成形的射束遞送到一個工件。
在雷射系統2200之中，組件2208的自由空間光學器件之一者或多者係可配置於一種FFC或其他的射束耦合器2216以實行一個經調整的射束2214(以不同於射束2210之虛線形式而表示於圖22A)之種種的光學操縱。舉例來說，自由空間光學組件2208係可保持射束2214之調整的射束特性。處理光纖2204係可具有如同VBC遞送光纖2240的相同RIP。因此，經調整的射束2214之調整射束特性係可全程保持到處理頭2206。處理光纖2204係可包含類似於上述之第二長度的光纖之任一者的一個RIP，包括局限區域。
替代而言，如在圖22B所示，自由空間光學組件2208係可藉由例如增大或減小射束2214的發散度及/或光點尺寸(例如：藉由放大或縮小射束2214)且/或者是進一步修改經調整的射束2214而改變射束2214的調整射束特性。再者，處理光纖2204係可具有不同於VBC遞送光纖2240的一個RIP。是以，處理光纖2204的RIP係可選擇以保持藉由組件2208的自由空間光學器件所作成之調整射束2214的另外調整而產生一個二次調整的射束2224(以不同於射束2214之虛線形式而表示於圖22B)。
圖23係說明一種雷射系統2300的一個實例，其包括經配置在饋送光纖2312與VBC遞送光纖2340之間的VBC光纖組件2302。在操作期間，射束2310係經由饋送光纖2312而耦合到VBC光纖組件2302之中。根據上述的種種實例，光纖組件2302係包括第一長度的光纖104、第二長度的光纖108、與一個擾動裝置110且被裝配以改變射束2310的特性。光纖組件2302係產生由VBC遞送光纖2340所輸出之經調整的射束2314。根據上述的種種實例(參閱例如圖17-21)，VBC遞送光纖2340係包含第二長度的光纖108，用於修改、維持、且/或局限在一個光纖組件2302之中的調整射束特性。VBC遞送光纖2340係將經調整的射束2314耦合到射束開關(FFS)2332，其接著將其種種的輸出射束耦合到多個處理光纖2304、2320、與2322之一者或多者。處理光纖2304、2320、與2322係將經調整的射束2314、2328、與2330遞送到個別的處理頭2306、2324、與2326。
在一個實例中，射束開關2332係包括一組或多組自由空間光學器件2308、2316、與2318，其係裝配以實行經調整的射束2314之種種的光學操縱。自由空間光學器件2308、2316、與2318係可保存或改變射 束2314的調整射束特性。因此，經調整的射束2314係藉由自由空間光學器件所維持或進一步調整。視是否合意為保存或進一步修改其從自由空間光學組件2308、2316、與2318而通過到個別的處理光纖2304、2320、與2322之一個射束而定，處理光纖2304、2320、與2322係可具有如同VBC遞送光纖2340之相同或不同的RIP。在其他實例中，射束2310的一個或多個射束部分係在沒有調整的情況下而耦合到一個工件，或不同的射束部分係耦合到個別的VBC光纖組件，使得關聯於複數個射束特性的射束部分係可提供以供同時的工件處理。替代而言，射束2310係可切換到一組VBC光纖組件之一者或多者。
透過自由空間光學組件2308、2316、與2318之任一者來路由該經調整的射束2314係致能種種另外調整的射束之遞送到處理頭2306、2324、與2326。因此，雷射系統2300係提供另外的自由度以改變一個射束的特性、而且將該射束切換在處理頭之間(“時間分享”)及/或同時將該射束遞送到多個處理頭(“功率分享”)。
舉例來說，在射束開關2332之中的自由空間光學器件係可將經調整的射束2314指引到自由空間光學組件2316，其被裝配以保存射束2314之經調整的特性。處理光纖2304係可具有如同VBC遞送光纖2340之相同的RIP。因此，經遞送到處理頭2306的射束係將為一個保存的調整射束2314。
在另一個實例中，射束開關2332係可將經調整的射束2314指引到自由空間光學組件2318，其被裝配以保存經調整的射束2314之調整特性。處理光纖2320係可具有不同於VBC遞送光纖2340的一個RIP且可 被裝配為具有如同關於圖20與21所述的發散變更結構以提供對於射束2314的發散分佈之另外的調整。因此，經遞送到處理頭2324的射束係將為一個二次調整的射束2328，其具有不同於調整的射束2314之一個射束發散輪廓。
處理光纖2304、2320、及/或2322係可包含其類似於上述之第二長度的光纖之任一者的RIP，包括局限區域或種種不同的其他RIP，且本發明所主張之標的係不受限於此。
在又一個實例中，自由空間光學器件開關2332係可將經調整的射束2314指引到自由空間光學組件2308，其被裝配以改變經調整的射束2314之射束特性。處理光纖2322係可具有不同於VBC遞送光纖2340的一個RIP且可被裝配以保存(或者是進而修改)射束2314之新的進一步調整的特性。因此，經遞送到處理頭2326的射束係將為一個二次調整的射束2330，其具有不同於調整的射束2314之射束特性(歸因於經調整的發散輪廓及/或強度輪廓)。
在圖22A、22B、與23之中，在FFC或FFS之中的光學器件係可藉由在射束2214發射到處理光纖之前而將其放大或縮小來調整空間輪廓及/或發散輪廓。該等光學器件係亦可經由其他的光學變換來調整空間輪廓及/或發散輪廓。該等光學器件係亦可調整進入到處理光纖之中的發射位置。此等方法係可單獨或結合使用。
圖22A、22B、與23係僅提供對於射束特性的調整之組合的實例，其使用自由空間光學器件與種種組合的光纖RIP以保存或修改調整的射束2214與2314。以上所提供的實例係並非詳盡且意指僅為說明目 的。因此，本發明所主張之標的係不受限於此。
圖24係說明擾動裝置、組件或方法(為了簡化而在本文集體稱為“擾動裝置110”)之種種實例，用於根據在本文所提供的種種實例而擾動一個VBC光纖200及/或傳播在VBC光纖200之中的一個光束。擾動裝置110係可為裝配以致能其傳播在VBC光纖200之中的一個射束的射束特性之調整的種種裝置、方法、及/或組件之任一者。在一個實例中，擾動裝置110係可為一個心軸2402、在VBC光纖之中的一個微彎曲2404、可撓配管2406、聲音光學換能器2408、熱裝置2410、壓電裝置2412、格柵2414、夾具2416(或其他的扣件)、或類似者、或其任何組合。此等者係僅為擾動裝置110的實例而非為擾動裝置110的詳盡列舉，且本發明所主張之標的係不受限於此。
心軸2402係可使用以擾動VBC光纖200，藉由提供關於VBC光纖200可經彎曲的一種形式。如上文所論述，縮小VBC光纖200的彎曲半徑係將射束的強度分佈徑向朝外移動。在一些實例中，心軸2402係可為梯級或圓錐形以提供離散的彎曲半徑層級。替代而言，心軸2402係可包含不具有梯級的一個圓錐形狀而提供連續的彎曲半徑，以供彎曲半徑之更為顆粒式的控制。心軸2402之曲度半徑係可為固定(例如：一種圓柱狀的形式)或非固定(例如：一種橢圓形的形式)。同理，可撓配管2406、夾具2416(或其他種種的扣件)、或滾輪250係可使用以導引及控制VBC光纖200於心軸2402之彎曲。再者，改變該光纖為以一個特定彎曲半徑所彎曲於其之長度係亦可修改射束的強度分佈。VBC光纖200與心軸2402係可裝配以可預測地改變在第一光纖內的強度分佈(例如：正比於光纖被彎曲於其的長 度及/或彎曲半徑)。滾輪250係可沿著在平台2434之上的一個軌道2442而上下移動以改變VBC光纖200的彎曲半徑。
夾具2416(或其他的扣件)係可使用以在具有或沒有心軸2402之情況下而引導及控制VBC光纖200之彎曲。夾具2416係可沿著一個軌道2442或平台2446而上下移動。夾具2416係亦可轉動以改變VBC光纖200之彎曲半徑、張力、或方向。控制器2448係可控制夾具2416的移動。
在另一個實例中，擾動裝置110係可為可撓配管2406且可在具有或沒有心軸2402之情況下而引導VBC光纖200之彎曲。可撓配管2406係可包住VBC光纖200。配管2406係可由種種的材料所作成且可使用由控制器2444所控制的壓電換能器來操縱。在另一個實例中，夾具或其他的扣件係可使用以移動可撓配管2406。
在VBC光纖中的微彎曲2404係由在光纖上的側向機械應力所導致的局部擾動。微彎曲係可導致從在一個光纖內的一個局限區域到另一個局限區域之模態耦合及/或轉變，造成其傳播在一個VBC光纖200之中的射束的變化射束特性。機械應力係可由一個致動器2436所施加，致動器2436係由控制器2440所控制。然而，此係僅為用於引起在光纖200之中的機械應力之一種方法的一個實例，且本發明所主張之標的係不受限於此。
聲音光學換能器(AOT,acousto-optic transducer)2408係可用以使用聲波來引起其傳播在VBC光纖中的一個射束之擾動。擾動係由光纖的折射率之修改所導致，藉由一個聲波的振盪機械壓力。聲波的週期與強 度係相關於聲波頻率與振幅，允許聲音擾動之動態控制。因此，包括AOT2408之一個擾動組件110係可經裝配以改變其傳播在光纖中的一個射束之射束特性。在一個實例中，壓電換能器2418係可產生聲波且可由控制器或驅動器2420所控制。在AOT 2408所引起的聲波係可調變以即時改變及/或控制在VBC 200之中的光束的射束特性。然而，此係僅為用於作成及控制一個AOT 2408之一種方法的一個實例，且本發明所主張之標的係不受限於此。
熱裝置2410係可用以使用熱量來引起其傳播在VBC光纖中的一個射束之擾動。該擾動係由熱量所引起之光纖的RIP的修改所導致。擾動係可藉由控制其轉移到光纖的熱量以及該熱量所施加在其上的長度而動態控制。因此，包括熱裝置2410之一個擾動組件110係可經裝配以改變一系列的射束特性。熱裝置2410係可由控制器2450所控制。
壓電換能器2412係可用以使用壓電作用來引起其傳播在VBC光纖中的一個射束之擾動。該擾動係由其附接到光纖之一種壓電材料所引起之光纖的RIP的修改所導致。形式為圍繞裸光纖的一個外罩之壓電材料係可將張力或壓縮施加到光纖，經由在密度的造成變化而修改其折射率。擾動係可藉由控制對於壓電裝置2412的一個電壓而動態控制。因此，包括壓電換能器2412之一個擾動組件110係可裝配以關於一個特定範圍而改變射束特性。
在一個實例中，壓電換能器2412係可裝配以取決於種種的因素而使VBC光纖200朝種種的方向(例如：軸向、徑向、及/或側向)位移，該等因素係包括：壓電換能器2412如何被附接到VBC光纖200、壓電材料 之極化方向、施加的電壓、等等。此外，使用壓電換能器2412，VBC光纖200之彎曲係可能。舉例來說，驅動其具有包含相反電極的多段之一個長度的壓電材料係可致使一個壓電換能器2412朝一個側向方向而彎曲。由電極2424所施加到壓電換能器2412的電壓係可由控制器2422所控制以控制VBC光纖200之位移。位移係可經調變以即時改變及/或控制在VBC光纖200之中的光束的射束特性。然而，此係僅為一種使用壓電換能器2412來控制VBC光纖200的位移之方法的一個實例，且本發明所主張之標的係不受限於此。
格柵2414係可使用以引起其傳播在一個VBC光纖200之中的一個射束之擾動。格柵2414係可藉由將折射率的週期變化刻印到核心中而寫入到一個光纖中。諸如光纖布拉格(Bragg)格柵之格柵2414係可操作為光學濾波器或作為反射器。一種長週期的格柵係可引起在共同傳播的光纖模態之間的轉變。由一個或多個模態所構成之一個射束的輻射、強度輪廓、及/或發散輪廓係可使用一種長週期的格柵以將原始模態的一者或多者耦合到其具有不同輻射及/或發散輪廓之一個或多個不同模態而因此調整。調整係藉由改變折射率格柵的週期性或振幅而達成。諸如改變溫度、彎曲半徑、及/或光纖布拉格格柵的長度(例如：拉伸)之方法係可用於該種調整。具有格柵2414之VBC光纖200係可耦合到台架2426。台架2426係可裝配以執行種種功能的任一者且可由控制器2428所控制。舉例來說，台架2426係可用扣件2430而耦合到VBC光纖200且可被裝配以使用槓桿作用的扣件2430來拉伸及/或彎曲VBC光纖200。台架2426係可具有一個嵌入式的熱裝置且可改變VBC光纖200的溫度。
圖25係說明其用於調整及/或維持在一個光纖內的射束特性之一個實例的方法2500，其並未使用自由空間光學器件以調整射束特性。在方塊2502，一個第一長度的光纖及/或一個光束係擾動以調整一個或多個光束特性。方法2500係進行到方塊2504，其中，光束係發射到一個第二長度的光纖之內。方法2500係進行到方塊2506，其中，具有調整的射束特性之光束係傳播在第二長度的光纖之中。方法2500係進行到方塊2508，其中，光束的一個或多個射束特性之至少一部分係維持在第二長度的光纖之一個或多個局限區域內。第一與第二長度的光纖係可由相同的光纖所構成，或其可為不同的光纖。
本發明所揭露的技術之實例的概括與特定理念係已經描述且說明，應為顯而易見的是，該等實例係可能在沒有脫離該等理念的情況下而於配置及細節作修改。本發明人係主張出自以下申請專利範圍的精神與範疇之所有修改與變化。
100‧‧‧VBC光纖
102‧‧‧光束(射束)
104‧‧‧第一長度的光纖
106‧‧‧擾動區域
108‧‧‧第二長度的光纖
110‧‧‧擾動裝置
112‧‧‧經擾動的射束

Claims (73)

  1. 一種用以調整光束特性的光束遞送裝置，其包含：一個第一長度的光纖，其包含一個第一折射率輪廓(RIP,refractive index profile)，該第一RIP係形成以藉由一個擾動裝置而致能一個光束的一個或多個射束特性之修改；及一個第二長度的光纖，其具有一個第二RIP且耦合到該第一長度的光纖，該第二RIP係形成以將該光束之經修改的射束特性之至少一部分局限在一個或多個局限區域內，其中該第一RIP與第二RIP係不同且該第二長度的光纖係包含至少二個局限區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖整合，或該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖且和該第一長度的光纖整合。
  3. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一長度的光纖係包含在至少一個徑向中央部分之中的一個梯度折射率RIP，且該第二長度的光纖係具有其包含一個中央核心的一個第一局限區域與其為環形且包圍該第一局限區域的一個第二局限區域。
  4. 如申請專利範圍第3項之光束遞送裝置，其中該第一局限區域與第二局限區域係由一個包覆結構所分開，該包覆結構係具有一個折射率，其為低於該第一局限區域與第二局限區域的折射率。
  5. 如申請專利範圍第4項之光束遞送裝置，其中該包覆結構係包含一種氟矽酸鹽材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一長度的光纖或第 二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該發散結構係包含第一種材料，其具有比包圍該發散結構之第二種材料為低的折射率。
  7. 如申請專利範圍第6項之光束遞送裝置，其中該第二長度的光纖係方位角不對稱，且包含其包含第一核心的一個第一局限區域與其包含第二核心的一個第二局限區域。
  8. 如申請專利範圍第7項之光束遞送裝置，其中該第一局限區域與第二局限區域係同軸。
  9. 如申請專利範圍第7項之光束遞送裝置，其中該第一局限區域與第二局限區域係非同軸。
  10. 如申請專利範圍第9項之光束遞送裝置，其中該第二局限區域係新月形。
  11. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一RIP係在其具有第一半徑的一個第一部分之中為拋物線狀。
  12. 如申請專利範圍第11項之光束遞送裝置，其中該第一RIP係在其具有第二半徑的一個第二部分之中為固定，其中該第二半徑係大於第一半徑。
  13. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一RIP係延伸到該第一長度的光纖之一個核心的一個邊緣之徑向梯度折射率，其中該第一RIP係形成以響應於藉由該擾動裝置的該等射束特性之修改而增大或減小該光束之一個或多個模態的寬度。
  14. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一長度的光纖係具 有延伸到第一半徑之一個徑向梯度折射率的核心且接著為延伸到第二半徑之一個固定折射率部分，其中該第二半徑係大於第一半徑。
  15. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第二長度的光纖係包含其具有直徑在大約0至100微米的範圍中之一個中央核心、其包圍該中央核心且具有直徑在大約10至600微米的範圍中之一個第一環形核心、與其具有直徑在大約20至1200微米的範圍中之一個第二環形核心。
  16. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該擾動裝置係一個彎曲組件，其裝配以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖的彎曲長度或改變一個彎曲半徑且改變該第一長度的光纖的彎曲長度以修改該光束的射束特性。
  17. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係經疊接在一起之分開的無源光纖。
  18. 如申請專利範圍第1項之光束遞送裝置，其中該擾動裝置係包含一個彎曲組件、心軸、在該光纖之中的微彎曲、聲音光學換能器、熱裝置、光纖拉伸器、或壓電裝置、或其任何組合。
  19. 一種光束遞送裝置，其包含：一個第一長度的光纖，其包含一個第一折射率輪廓(RIP,refractive index profile)，該第一RIP係形成以藉由一個擾動裝置而致能一個光束的一個或多個射束特性之修改；及一個第二長度的光纖，其具有一個第二RIP且耦合到該第一長度的光纖，該第二RIP係形成以將該光束之經修改的射束特性之至少一 部分局限在一個或多個局限區域內，其中該第二長度的光纖係包含至少二個局限區域。
  20. 如申請專利範圍第19項之光束遞送裝置，其中該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖整合，或該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖且和該第一長度的光纖整合。
  21. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；及在具有二個或多個局限區域之該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其更包含：響應於該第一長度的光纖的第一折射率輪廓(RIP)或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束。
  23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該經擾動的光束的一個或多個射束特性係基於該第一長度的光纖的一個或多個核心尺度或該第二長度的光纖的一個或多個局限區域尺度或該第一長度的光纖的核心尺度或該第二長度的光纖的一個或多個局限區域尺度的組合之選擇而調整，以響應於擾動該第一長度的光纖而產生一個經調整的光束，在該第二長度的光纖之一個輸出，該經調整的光束係具有特別調整的：射束直 徑、發散分佈、射束參數乘積(BPP)、強度分佈、亮度、M2因數、數值孔徑(NA)、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。
  24. 如申請專利範圍第22項之方法，其中，擾動該光束係更包含：彎曲該第一長度的光纖以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖之一個彎曲區域的長度或其組合，俾使該光束的一個或多個模態係相關於該第一長度的光纖之一個縱向軸而徑向移位，其中該第二長度的光纖係具有其界定第一局限區域與第二局限區域之一個RIP。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該經調整的一個或多個射束特性係藉由將該光束局限在該第二長度的光纖之二個或多個局限區域而產生。
  26. 如申請專利範圍第24項之方法，其更包含：從該第一長度的光纖而將該經擾動的光束發射到該第一局限區域或第二局限區域或其組合之中，俾使該光束之一個或多個經移位的模態係選擇性地耦合到且維持在該第一局限區域或第二局限區域或其組合之中。
  27. 如申請專利範圍第21至26項中任一項之方法，其中，擾動該光束的一個或多個射束特性係更包含：擾動該第一長度的光纖或在該第一長度的光纖之中的光束或其組合，以調整在該第二長度的光纖之一個輸出的光束之至少一個射束特性。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中，擾動該第一長度的光纖係更包含：彎曲、於一個特定長度之彎曲、微彎曲、施加聲音光學激發、熱擾動、拉伸、或施加壓電擾動、或其任何組合。
  29. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第二長度的光纖係包含其包含一個中央核心的第一局限區域與其包含一個環形核心的第二局限區域，該環形核心係包圍該第一局限區域。
  30. 如申請專利範圍第21項之方法，其中，調整該光束的一個或多個射束特性係更包含：在該調整之後，選擇該第一長度的光纖之一個RIP以產生一個最低階模態、一個或多個較高階模態、或其組合之一個期望模態形狀。
  31. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第一長度的光纖係具有一個核心，其具有徑向跨越該核心的一部分或全部之一個拋物線折射率輪廓。
  32. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第一長度的光纖之一個RIP係選擇以響應於擾動該光束而增大或減小最低階模態、較高階模態、或其組合的一個寬度。
  33. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。
  34. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該等局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  35. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第二長度的光纖係方位角不對稱。
  36. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含： 擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；及在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP且該第二長度的光纖係包含至少二個局限區域。
  37. 如申請專利範圍第36項之方法，其更包含：響應於該第一長度的光纖的第一RIP或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束。
  38. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該經擾動的光束的一個或多個射束特性係基於該第一長度的光纖的一個或多個核心尺度或該第二長度的光纖的一個或多個局限區域尺度或其組合之選擇而調整，以響應於擾動該第一長度的光纖而產生一個經調整的光束，該經調整的光束係在該第二長度的光纖之一個輸出而具有特別調整的：射束直徑、發散分佈、射束參數乘積(BPP)、強度分佈、亮度、M2因數、數值孔徑(NA)、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。
  39. 如申請專利範圍第37項之方法，其中，擾動該光束係更包含：彎曲該第一長度的光纖以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖之一個彎曲區域的長度或其組合，俾使該光束的一個或多個模態係相關於該第一長度的光纖之一個縱向軸而徑向移位，其中該第二長度的光纖係 具有其界定第一局限區域與第二局限區域之一個RIP。
  40. 如申請專利範圍第39項之方法，其中該經調整的一個或多個射束特性係藉由將該光束局限在該第二長度的光纖之一個或多個局限區域而產生。
  41. 如申請專利範圍第36至40項中任一項之方法，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。
  42. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該第二長度的光纖係方位角不對稱。
  43. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；及在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該一個或多個局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  44. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP；及響應於該第一長度的光纖的第一RIP或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該一個或多個局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  45. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；及 在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP，其中該經擾動的光束的一個或多個射束特性係基於該第一長度的光纖的一個或多個核心尺度或該第二長度的光纖的一個或多個局限區域尺度或其組合之選擇而調整，以響應於擾動該第一長度的光纖而產生一個經調整的光束，該經調整的光束係在該第二長度的光纖之一個輸出而具有特別調整的：射束直徑、發散分佈、射束參數乘積(BPP)、強度分佈、亮度、M2因數、數值孔徑(NA)、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該一個或多個局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  46. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP； 及響應於該第一長度的光纖的第一RIP或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束，其中，擾動該光束係更包含：彎曲該第一長度的光纖以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖之一個彎曲區域的長度或其組合，俾使該光束的一個或多個模態係相關於該第一長度的光纖之一個縱向軸而徑向移位，其中該第二長度的光纖係具有其界定第一局限區域與第二局限區域之一個RIP，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該一個或多個局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  47. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的方法，其包含：擾動傳播在一個第一長度的光纖之內的一個光束，以調整在該第一長度的光纖或一個第二長度的光纖或其組合之中的該光束的一個或多個射束特性；將經擾動的光束耦合到該第二長度的光纖之中；在該第二長度的光纖內，維持一個或多個經調整的射束特性之至少一部分，其中該第一長度的光纖與第二長度的光纖係具有不同RIP； 及響應於該第一長度的光纖的第一RIP或該第二長度的光纖的第二RIP或其組合之選擇，從具有經調整的射束特性之該第二長度的光纖而產生一個選擇的輸出射束，其中，擾動該光束係更包含：彎曲該第一長度的光纖以改變一個彎曲半徑或改變該第一長度的光纖之一個彎曲區域的長度或其組合，俾使該光束的一個或多個模態係相關於該第一長度的光纖之一個縱向軸而徑向移位，其中該第二長度的光纖係具有其界定第一局限區域與第二局限區域之一個RIP，其中該經調整的一個或多個射束特性係藉由將該光束局限在該第二長度的光纖之一個或多個局限區域而產生，其中該第一長度的光纖或第二長度的光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓，且其中該一個或多個局限區域係由一個或多個包覆結構所分開，且其中該發散結構係配置在其和該包覆結構為分開的至少一個局限區域之內且包含具有比其相鄰該發散結構的局限區域為低的折射率之材料。
  48. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的光束遞送系統，其包含：一個光纖，其包括：一個第一長度的光纖，其包含一個第一折射率輪廓(RIP,refractive index profile)，該第一RIP係形成以藉由一個擾動組件而至少部分致能一個光束的一個或多個射束特性之修改，該擾動組件係配置以修改該 一個或多個射束特性，該擾動組件係耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖整合，或該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖且和該第一長度的光纖整合；及一個第二長度的光纖，其耦合到該第一長度的光纖且具有一個第二RIP，該第二RIP係形成以將藉由該擾動組件所修改之該光束的一個或多個射束特性之至少一部分保持在一個或多個第一局限區域內，其中該第二長度的光纖係包含至少二個局限區域且該第一RIP與第二RIP係不同；及一個光學系統，其耦合到該第二長度的光纖且包括一個或多個自由空間光學器件，該一個或多個自由空間光學器件係裝配以接收及發射其包含經修改的一個或多個射束特性之一個光束。
  49. 一種調整光束特性和傳送經調整的光束的光束遞送系統，其包含：一個光纖，其包括：一個第一長度的光纖，其包含一個第一折射率輪廓(RIP,refractive index profile)，該第一RIP係形成以藉由一個擾動組件而至少部分致能一個光束的一個或多個射束特性之修改，該擾動組件係配置以修改該一個或多個射束特性，該擾動組件係耦合到該第一長度的光纖或和該第一長度的光纖整合，或該擾動裝置係耦合到該第一長度的光纖且和該第一長度的光纖整合；及一個第二長度的光纖，其耦合到該第一長度的光纖且具有一個第二RIP，該第二RIP係形成以將藉由該擾動組件所修改之該光束的一個或多個射束特性之至少一部分保持在一個或多個第一局限區域內，其 中該第一RIP與第二RIP係不同；一個光學系統，其耦合到該第二長度的光纖且包括一個或多個自由空間光學器件，該一個或多個自由空間光學器件係裝配以接收及發射其包含經修改的一個或多個射束特性之一個光束；及耦合在一個第一處理頭與該光學系統之間的一個第一處理光纖，其中該第一處理光纖係裝配以接收包含經修改的一個或多個射束特性之光束。
  50. 如申請專利範圍第49項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖係包含一個第三RIP，其裝配以將該光束之經修改的一個或多個射束特性之至少一部分保持在該第一處理光纖的一個或多個第二局限區域內。
  51. 如申請專利範圍第48至50項中任一項之光束遞送系統，其中該等自由空間光學器件之至少一部分係裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。
  52. 如申請專利範圍第48項之光束遞送系統，其中該一個或多個射束特性係包括射束直徑、發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、M2因數、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。
  53. 如申請專利範圍第50項之光束遞送系統，其中該第三RIP係相同於第二RIP。
  54. 如申請專利範圍第50項之光束遞送系統，其中該第三RIP係不同於第二RIP，其中該第三RIP係裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。
  55. 如申請專利範圍第54項之光束遞送系統，其中該一個或多個第二局限區域之至少一者係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。
  56. 如申請專利範圍第55項之光束遞送系統，其中該至少一個發散結構係包含比該第二局限區域者為低的折射率材料之一個區域。
  57. 如申請專利範圍第50項之光束遞送系統，其更包含：一個第二處理光纖，其具有一個第四RIP且被耦合在該光學系統與一個第二處理頭之間，其中該第二處理光纖係裝配以將包含經修改的一個或多個射束特性之光束接收在該第二處理光纖的一個或多個第二局限區域內。
  58. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。
  59. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該第二處理光纖係包括至少一個發散結構，其裝配以修改該光束的一個發散輪廓。
  60. 如申請專利範圍第59項之光束遞送系統，其中該第二處理光纖係包含由該一個或多個第二局限區域之至少一者所圍繞的一個中央核心，其中該核心與第二局限區域係由其具有第一折射率之一個包覆結構所分開，該第一折射率係低於該中央核心的第二折射率與該第二局限區域的第三折射率，其中該第二局限區域係包括該至少一個發散結構。
  61. 如申請專利範圍第60項之光束遞送系統，其中該至少一個發散結構係包含比該第二局限區域者為低的折射率材料之一個區域。
  62. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該第二RIP係不同於第 三RIP或第四RIP或其組合。
  63. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該第二RIP係相同於第三RIP或第四RIP或其組合。
  64. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該一個或多個射束特性係包括射束直徑、發散分佈、BPP、強度分佈、亮度、M2因數、NA、光學強度、功率密度、徑向射束位置、輻射率、或光點尺寸、或其任何組合。
  65. 如申請專利範圍第57項之光束遞送系統，其中該等自由空間光學器件之至少一部分係裝配以進一步修改該光束之經修改的一個或多個射束特性。
  66. 如申請專利範圍第65項之光束遞送系統，其更包含：耦合在一個第一處理頭與該光學系統之間的一個第一處理光纖，其中該第一處理光纖係裝配以接收其包含二次修改的一個或多個射束特性之光束。
  67. 如申請專利範圍第66項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖係具有一個第三RIP，其裝配以將該光束之二次修改的一個或多個射束特性之至少一部分保持在該第一處理光纖的一個或多個第二局限區域內。
  68. 如申請專利範圍第66項之光束遞送系統，其中該第三RIP係不同於第二RIP，其中該第三RIP係裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。
  69. 如申請專利範圍第66項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖係包括一個發散結構，其裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。
  70. 如申請專利範圍第66項之光束遞送系統，其更包含：耦合在該光學系統與一個第二處理頭之間的一個第二處理光纖，其中該第二處理光纖係裝配以接收經二次修改的一個或多個射束特性。
  71. 如申請專利範圍第70項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。
  72. 如申請專利範圍第70項之光束遞送系統，其中該第一處理光纖或第二處理光纖或其組合係包括至少一個發散結構，其裝配以進一步修改該光束之二次修改的一個或多個射束特性。
  73. 如申請專利範圍第48項之光束遞送系統，其中該光學系統係一種光纖對光纖式耦合器、一種光纖對光纖式開關或處理頭或其組合。
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