[發明專利]用于千瓦級光纖激光器的高包層功率模場適配器

在審

• 申請號: 202211294012.0
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN116148979A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 朱功文;孫冠
• 申請（專利權）人: 朗美通經營有限責任公司
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/255
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛青

如在此所述，模場適配器(MFA)包括第一光纖，該第一光纖包括與基模場直徑相關聯的纖芯和直徑朝向腰部減小的包層。MFA包括第二光纖，該第二光纖包括纖芯和包層，該纖芯與在腰部處匹配第一光纖的基模場的基模場直徑相關聯，該包層的直徑在腰部處與第一光纖的包層的直徑匹配并且從第二光纖的腰部增加?？梢越^熱地蝕刻第一光纖的包層，使得第一光纖的纖芯與包層的比率在第一光纖的長度上變化，并且第二光纖的纖芯和包層可以被絕熱地錐形化，使得第二光纖的纖芯與包層的比率在第二光纖的長度上是恒定的。

相關申請的交叉引用

本專利申請要求于2021年11月22日提交的題為“HIGH?CLADDING?POWER?MODEFIELD?ADAPTER?FOR?KILOWATT?FIBER?LASERS(用于千瓦級光纖激光器的高包層功率模場適配器)”的第63/264,431號美國臨時專利申請的優先權。該在先申請的公開內容被認為是本專利申請的一部分，并通過引用結合到本專利申請中。

技術領域

本公開總體上涉及模場適配器(MFA)，并且涉及匹配輸入光纖和輸出光纖的纖芯基模場和包層尺寸以便處理高功率包層光并保持亮度的MFA。

背景技術

模場適配器(MFA)(有時稱為模場轉換器)是一種光學裝置，其可用于在橫向空間維度上擴展或收縮模式，以便連接具有不同纖芯直徑、不同包層直徑和/或數值孔徑的兩根光纖。例如，在輸入光纖和輸出光纖具有不同纖芯尺寸的光學系統(例如，高功率光纖激光器或光纖放大器)中，兩個不對稱光纖幾何形狀之間的標準接合(splice)可能導致高插入損耗和降低的光束質量。因此，MFA可以用作輸入光纖的纖芯基模與較大輸出光纖之間的橋接器。例如，MFA可以使用兩根光纖之間的絕熱地錐形化來逐漸擴展或壓縮輸入光纖和輸出光纖之間的模場。例如，MFA可用于有效地擴展單模光纖或大模場面積(LMA)光纖的模場以匹配較大LMA光纖的纖芯基模(其在本文中可稱為LP01模)和/或擴展保偏(PM)光纖的模場以匹配保偏LMA(PLMA)光纖的LP01模。此外，MFA可以是雙向的，由此當輸出端用作輸入時，MFA可以反向使用以壓縮模場。因此，當MFA被接合到光束傳送系統或另一高功率設置中時，相對于標準接合，可以改善信號傳輸和/或光束質量。

發明內容

在一些實施方式中，模場適配器包括：第一光纖，其包括與基模場直徑相關聯的纖芯和圍繞第一光纖的纖芯的包層，包層的直徑朝向第一光纖的腰部減小，其中圍繞第一光纖的纖芯的包層被絕熱蝕刻，使得第一光纖的纖芯與圍繞纖芯的包層之間的比率在第一光纖的長度上變化；以及第二光纖，其包括與在第二光纖的腰部處匹配第一光纖的基模場直徑的基模場直徑相關聯的纖芯和圍繞第二光纖的纖芯的包層，包層的直徑在第二光纖的腰部處與第一光纖的包層的直徑匹配并且從第二光纖的腰部增加，其中第二光纖的纖芯和圍繞纖芯的包層被絕熱地錐形化，使得第二光纖的纖芯與圍繞第二光纖的纖芯的該包層之間的比率在第二光纖的長度上是恒定的。

在一些實施方式中，光學系統包括：第一光學裝置，其具有用于攜帶纖芯光的纖芯和圍繞纖芯的用于攜帶高功率包層光的包層；第二光學裝置，其具有用于攜帶纖芯光的纖芯和圍繞纖芯的用于攜帶高功率包層光的包層，其中第一光學裝置的纖芯和第二光學裝置的纖芯具有不同的基模場；以及耦合在第一光學裝置和第二光學裝置之間的模場適配器，其中該模場適配器包括：輸入光纖，輸入光纖具有纖芯和包層，該包層圍繞輸入光纖的纖芯并且具有絕熱地減小的直徑，其中圍繞輸入光纖的纖芯的該包層被絕熱地蝕刻，使得輸入光纖的纖芯和圍繞纖芯的包層之間的比率在第一光纖的長度上變化；以及輸出光纖，輸出光纖具有纖芯和包層，該包層圍繞輸出光纖的纖芯并且該包層的直徑在輸出光纖的腰部處與輸入光纖的包層的直徑匹配，其中，輸入光纖的纖芯基模在輸出光纖的腰部處與輸出光纖的纖芯基模匹配，其中，輸出光纖的包層的直徑絕熱地增加，并且其中輸出光纖的纖芯和圍繞纖芯的包層被絕熱地錐形化，使得輸出光纖的纖芯與圍繞輸出光纖的纖芯的包層之間的比率在第二光纖的長度上是恒定的。