模式混合光纤以及使用其的方法和系统技术方案

本公开主要涉及模式混合光纤，所述模式混合光纤可用于例如提供具有期望波束乘积参数和波束分布的光纤激光输出。在一个方面中，本公开提供一种模式混合光纤，所述模式混合光纤包含具有折射率分布的芯和围绕所述芯设置的包层。所述模式混合光纤的所述芯支持在波长的至少两个(例如，至少五个)引导模式。所述模式混合光纤被配置为大体上在多个引导模式间分配在其中传播(例如，在其输入端输入或在芯内生成或放大)的具有所述波长的光辐射(例如，将在其中传播的具有所述波长的光辐射的大部分从其较低阶引导模式分配到其较高阶引导模式)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模式混合光纤以及使用其的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求于2016年2月5日提交的第62/291,953号美国临时专利申请以及2016年2月15日提交的第62/295437号美国临时专利申请的优先权的权益，它们中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
本公开大体上涉及光纤和光纤激光器及放大器。本公开更具体地涉及模式混合光纤，其可用于，例如提供具有期望波束乘积参数和波束分布的光纤激光器及放大器输出，以及用于构造激光器系统及放大器系统。
技术介绍
高功率激光器及光学放大器在各种行业中广泛使用以用于各种目的，比如对不同材料的激光切削、焊接和加工。对稀土掺杂光纤的研究和发展，以及例如大模面积(LMA)光纤的专用光纤设计的发现，引发了对各种高功率光纤激光器和放大器模块的采用。多千瓦激光器和放大器已经实现并具有极高的效率，刺激了激光材料处理的发展。当然，其它类型的高功率激光器，比如固态激光器，同样在材料处理应用中经常使用。材料处理领域中使用的激光器和放大器在输出功率和波束分布方面合意地满足了具体需求。就功率而言，激光器或放大器系统合意地传送具有波长的辐射以及足够高来处理所需材料的能量，通常是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于传送具有波长的光辐射的模式混合光纤，所述模式混合光纤具有输入端、输出端、中心线以及折射率分布，所述模式混合光纤包括：芯，所述芯具有折射率分布；以及包层，所述包层围绕所述芯设置；其中所述模式混合光纤的所述芯支持在所述波长的至少两个(例如，至少五个)引导模式，并且其中所述模式混合光纤被配置为大体上在多个引导模式间分配在其中传播(例如，在其输入端输入或在所述芯内生成或放大)的具有所述波长的光辐射(例如，将在其中传播(例如，在其输入端输入或在所述芯内生成或放大)的具有所述波长的所述光辐射的一部分从其较低阶引导模式分配到其较高阶引导模式)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.05 US 62/291,953;2016.02.15 US 62/295,4371.一种用于传送具有波长的光辐射的模式混合光纤，所述模式混合光纤具有输入端、输出端、中心线以及折射率分布，所述模式混合光纤包括：芯，所述芯具有折射率分布；以及包层，所述包层围绕所述芯设置；其中所述模式混合光纤的所述芯支持在所述波长的至少两个(例如，至少五个)引导模式，并且其中所述模式混合光纤被配置为大体上在多个引导模式间分配在其中传播(例如，在其输入端输入或在所述芯内生成或放大)的具有所述波长的光辐射(例如，将在其中传播(例如，在其输入端输入或在所述芯内生成或放大)的具有所述波长的所述光辐射的一部分从其较低阶引导模式分配到其较高阶引导模式)。2.根据权利要求1所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤被配置为大体上将光辐射分配为使得所述光辐射的至少10％(例如，至少20％、至少30％、至少40％，或甚至至少50％)在除了基本模式之外的模式下被引导。3.根据权利要求1或权利要求2所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤能够被配置为将具有所述波长的光辐射从大体上在所述基本模式下被引导(例如，至少70％、至少80％、至少90％或者甚至至少95％在所述基本模式下，优选地至少90％在所述基本模式下)分配为大体上在多个引导模式间分配(例如，使得所述光辐射的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或甚至至少50％，优选地至少50％)在除了所述基本模式之外的模式下被引导)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤被配置为大体上将光辐射分配成使得所述光辐射的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或甚至至少50％(优选地至少40％)在除了所述基本模式或第一较高阶模式(即，相比于所述基本模式为下一个较高阶模式的模式，例如LP11模式或LP02模式)之外的模式下被引导。5.根据权利要求1至4中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤被配置为大体上将光辐射分配成使得所述光辐射的不超过90％、不超过80％、不超过70％、不超过60％或甚至不超过50％(优选地不超过70％)在任意两个引导模式下被引导。6.根据权利要求1至5中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯具有中心线，所述中心线定位成大体上不与所述光纤的所述中心线共线。7.根据权利要求1至6中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯具有大体圆形的横截面形状。8.根据权利要求1至6中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯具有大体非圆形的横截面形状，例如，例如矩形、正方形、三角形或六边形的多边形。9.根据权利要求1至8中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯包含一个或多个大体低掺杂区域。10.根据权利要求9所述的模式混合光纤，其中至少一个所述大体低掺杂区域围绕所述芯的所述中心线对称地设置。11.根据权利要求9或权利要求10所述的模式混合光纤，其中所述一个或多个大体低掺杂区域中的一个或多个围绕所述芯的所述中心线不对称地设置。12.根据权利要求1至11中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯包含一个或多个大体高掺杂区域。13.根据权利要求12所述的模式混合光纤，其中所述一个或多个大体高掺杂区域中的一个或多个围绕所述芯的所述中心线不对称地设置。14.根据权利要求1至10中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤的横截面轮廓并不是成圆形对称的。15.根据权利要求14所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤的所述横截面轮廓沿其长度形成为螺旋形。16.根据权利要求1至15中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯的直径在约50μm至约3000μm范围内，例如，在约50μm至约2000μm、或约50μm至约1000μm、或约50μm至约600μm、或约100μm至约3000μm、或约100μm至约2000μm、或约100μm至约1000μm、或约100μm至约600μm、或约200μm至约3000μm、或约200μm至约2000μm、或约200μm至约1000μm、或约200μm至约600μm(优选地约50μm至约1000μm，更优选地约100μm至约600μm)的范围内。17.根据权利要求1至16中任一项所述的模式混合光纤，具有在约100μm至约3600μm范围内的外径，例如，在约100μm至约3000μm、或约100μm至约2500μm、或约100μm至约1500μm、或约100μm至约1000μm、或约100μm至约800μm、或约100μm至约600μm、或约200μm至约3600μm、或约200μm至约3000μm、或约200μm至约2500μm、或约200μm至约1500μm、或约200μm至约1000μm、或约200μm至约800μm、或约200μm至约600μm的范围内的外径。18.根据权利要求1至17中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤的所述外径为所述芯的所述外径的至少约1.2倍，例如，在所述模式混合光纤的所述芯的所述外径的约1.2至约5倍、或约1.2至约3倍、或约1.2至约2倍的范围内。19.根据权利要求1至18中任一项所述的模式混合光纤，其中所述光纤的长度在约1m至约100m的范围内，例如，在约1m至约50m、或约1m至约40m、或约1m至约50m、或约1m至约20m、或约1m至约10m、或约1m至约5m、或约5m至约100m、或约5m至约100m的范围内，例如，在约5m至约50m、或约5m至约40m、或约5m至约50m、或约5m至约20m、或约10m至约100m、或约10m至约50m、或约10m至约40m的范围内。20.根据权利要求1至19中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤的散度在约40mrad、60mrad或80mrad直到所述芯的数值孔径的范围内，例如，在约40mrad至约600mrad、或约40mrad至约300mrad、或约40mrad至约160mrad、或约40mrad至约140mrad、或约40mrad至约120mrad、或约40mrad至约100mrad、或约40mrad至约80mrad、约60mrad至约600mrad、或约60mrad至约300mrad、或约60mrad至约160mrad、或约60mrad至约140mrad、或约60mrad至约120mrad、或约60mrad至约100mrad、或约60mrad至约80mrad、或约80mrad至约600mrad、或约80mrad至约300mrad、或约80mrad至约160mrad、或约80mrad至约140mrad、或约80mrad至约120mrad、或约80mrad至约100mrad、或约100mrad至约200mrad、或约100mrad至约400mrad、或约100mrad至约600mrad、或约200mrad至约600mrad(优选地约40mrad至约100mrad，更优选地约60mrad至80mrad)的范围内。21.根据权利要求1至20中任一项所述的模式混合光纤，被配置为输出波束(即，如在5％的峰值强度下由外围所限定)，所述波束在其平均强度的约20％内、约15％内或者甚至约10％内具有其横截面积的至少70％、至少80％或甚至至少90％。22.根据权利要求1至21中任一项所述的模式混合光纤，所述模式混合光纤具有在约0.1至约0.60的范围内的数值孔径，例如，在约0.10至约0.40、或约0.10至0.30、或约0.10至约0.22、或约0.15至约0.60、或约0.15至约0.40、或约0.15至约0.30的范围内的数值孔径。23.根据权利要求1至22中任一项所述的模式混合光纤，其中所述芯支持在所述波长的至少7个模式、至少10个模式、至少20个模式、至少30个模式、至少40个模式、或至少50个模式。24.根据权利要求1至23中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤被配置为提供具有强度分布(即，如在5％的峰值强度下由外围所限定)的引导辐射(即，在所述波长)，所述引导辐射在其平均强度的约20％内、约15％内或者甚至约10％内具有其横截面积的至少70％、至少80％或甚至至少90％。25.根据权利要求1至24中任一项所述的模式混合光纤，被配置为多包层光纤并且进一步包括围绕所述芯的泵浦芯。26.根据权利要求1至25中任一项所述的模式混合光纤，其中所述模式混合光纤的所述芯为有源芯，并且其中所述泵浦芯被配置为引导具有适合于泵激所述有源芯的波长的辐射。27.根据权利要求26所述的模式混合光纤，其中所述模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：C乔利韦特，K法利，J艾布拉姆茨克，M康罗伊，K坦卡拉，P艾哈迈迪，E林，
申请(专利权)人：纽弗恩，
类型：发明
国别省市：美国,US