[发明专利]用于千瓦级光纤激光器的高包层功率模场适配器

说明书

如在此所述，模场适配器(MFA)包括第一光纤，该第一光纤包括与基模场直径相关联的纤芯和直径朝向腰部减小的包层。MFA包括第二光纤，该第二光纤包括纤芯和包层，该纤芯与在腰部处匹配第一光纤的基模场的基模场直径相关联，该包层的直径在腰部处与第一光纤的包层的直径匹配并且从第二光纤的腰部增加。可以绝热地蚀刻第一光纤的包层，使得第一光纤的纤芯与包层的比率在第一光纤的长度上变化，并且第二光纤的纤芯和包层可以被绝热地锥形化，使得第二光纤的纤芯与包层的比率在第二光纤的长度上是恒定的。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2021年11月22日提交的题为“HIGH CLADDING POWER MODEFIELD ADAPTER FOR KILOWATT FIBER LASERS(用于千瓦级光纤激光器的高包层功率模场适配器)”的第63/264,431号美国临时专利申请的优先权。该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

本公开总体上涉及模场适配器(MFA)，并且涉及匹配输入光纤和输出光纤的纤芯基模场和包层尺寸以便处理高功率包层光并保持亮度的MFA。

背景技术

模场适配器(MFA)(有时称为模场转换器)是一种光学装置，其可用于在横向空间维度上扩展或收缩模式，以便连接具有不同纤芯直径、不同包层直径和/或数值孔径的两根光纤。例如，在输入光纤和输出光纤具有不同纤芯尺寸的光学系统(例如，高功率光纤激光器或光纤放大器)中，两个不对称光纤几何形状之间的标准接合(splice)可能导致高插入损耗和降低的光束质量。因此，MFA可以用作输入光纤的纤芯基模与较大输出光纤之间的桥接器。例如，MFA可以使用两根光纤之间的绝热地锥形化来逐渐扩展或压缩输入光纤和输出光纤之间的模场。例如，MFA可用于有效地扩展单模光纤或大模场面积(LMA)光纤的模场以匹配较大LMA光纤的纤芯基模(其在本文中可称为LP01模)和/或扩展保偏(PM)光纤的模场以匹配保偏LMA(PLMA)光纤的LP01模。此外，MFA可以是双向的，由此当输出端用作输入时，MFA可以反向使用以压缩模场。因此，当MFA被接合到光束传送系统或另一高功率设置中时，相对于标准接合，可以改善信号传输和/或光束质量。

发明内容

在一些实施方式中，模场适配器包括：第一光纤，其包括与基模场直径相关联的纤芯和围绕第一光纤的纤芯的包层，包层的直径朝向第一光纤的腰部减小，其中围绕第一光纤的纤芯的包层被绝热蚀刻，使得第一光纤的纤芯与围绕纤芯的包层之间的比率在第一光纤的长度上变化；以及第二光纤，其包括与在第二光纤的腰部处匹配第一光纤的基模场直径的基模场直径相关联的纤芯和围绕第二光纤的纤芯的包层，包层的直径在第二光纤的腰部处与第一光纤的包层的直径匹配并且从第二光纤的腰部增加，其中第二光纤的纤芯和围绕纤芯的包层被绝热地锥形化，使得第二光纤的纤芯与围绕第二光纤的纤芯的该包层之间的比率在第二光纤的长度上是恒定的。

在一些实施方式中，光学系统包括：第一光学装置，其具有用于携带纤芯光的纤芯和围绕纤芯的用于携带高功率包层光的包层；第二光学装置，其具有用于携带纤芯光的纤芯和围绕纤芯的用于携带高功率包层光的包层，其中第一光学装置的纤芯和第二光学装置的纤芯具有不同的基模场；以及耦合在第一光学装置和第二光学装置之间的模场适配器，其中该模场适配器包括：输入光纤，输入光纤具有纤芯和包层，该包层围绕输入光纤的纤芯并且具有绝热地减小的直径，其中围绕输入光纤的纤芯的该包层被绝热地蚀刻，使得输入光纤的纤芯和围绕纤芯的包层之间的比率在第一光纤的长度上变化；以及输出光纤，输出光纤具有纤芯和包层，该包层围绕输出光纤的纤芯并且该包层的直径在输出光纤的腰部处与输入光纤的包层的直径匹配，其中，输入光纤的纤芯基模在输出光纤的腰部处与输出光纤的纤芯基模匹配，其中，输出光纤的包层的直径绝热地增加，并且其中输出光纤的纤芯和围绕纤芯的包层被绝热地锥形化，使得输出光纤的纤芯与围绕输出光纤的纤芯的包层之间的比率在第二光纤的长度上是恒定的。