瞄准光束的自由空间耦合的制作方法

1.本公开一般涉及将瞄准光束(例如，可见光谱中波长的光束)从瞄准光 束光纤耦合到光纤，以有利于光纤的激光输出的瞄准。


背景技术：

2.高功率光纤激光器是一种能够提供相对较高输出功率的光纤激光器。例 如，高功率光纤激光器的输出功率可以在几十瓦到几千瓦的范围内。高功率 光纤激光器包括一个或多个光学器件，这些光学器件使得高功率光纤激光器 能够传送这种相对高的输出功率。例如，高功率光纤激光器可以包括光纤光 束组合器，该光纤光束组合器从多个激光器模块接收多个光输入(例如，经 由各自的输入光纤)，并且组合这些多个光输入以在单个输出光纤中形成光 输出(例如，使得来自多个光输入的光功率在光输出中被组合)。


技术实现要素：

3.在一些实施方式中，光纤包括：被配置为传输激光的芯；以及围绕芯的 包层，其中：包层的外表面区域是呈锥形的，并且其中包层的外表面区域被 配置为：使得以第一入射角入射到包层的外表面区域上的瞄准光束以第二入 射角入射到芯的外表面区域上，以允许瞄准光束耦合到芯中。
4.在一些实施方式中，光纤包括：被配置为传输激光的芯；以及围绕芯的 包层，其中：包层的外表面区域包括以周期性图案布置的多个凹口，并且其 中包层的外表面区域被配置为：使得以第一入射角入射到包层的外表面区域 上的瞄准光束以第二入射角入射到芯的外表面区域上，以允许瞄准光束耦合 到芯中。
5.在一些实施方式中，光纤系统包括：一个或多个输入光纤；传输光纤； 输出光纤；瞄准光束光纤；瞄准光束入口区域；以及光学元件，其中：所述 一个或多个输入光纤被配置成使得一个或多个输入光束经由所述一个或多 个输入光纤的相应芯传播到传输光纤；传输光纤被配置成使得一个或多个输 入光束作为传输光束经由传输光纤的芯传播到输出光纤；输出光纤被配置成 使得传输光束经由输出光纤的芯传播到输出光纤的发射端；瞄准光束光纤被 配置为经由光学元件在瞄准光束入口区域发射瞄准光束；光学元件被配置成 将瞄准光束聚焦在瞄准光束入口区域上；并且瞄准光束入口区域是呈锥形的 或者包括以周期性图案布置的多个凹口，其中瞄准光束入口区域被配置成使 得瞄准光束耦合到一个或多个输入光纤的相应芯、传输光纤的芯或者输出光 纤的芯中的至少一个中，以允许瞄准光束传播到输出光纤的发射端。
附图说明
6.图1a-1b是本文描述的示例光纤的示意图。
7.图2a-2b是本文描述的示例光纤的示意图。
8.图3是本文描述的示例光纤的示意图。
9.图4是本文描述的示例光纤的示意图。
10.图5a-5f是本文描述的示例光纤系统的示意图。
11.图6是示出了已经耦合到本文描述的光芯中的瞄准光束的功率量的示例 图的示意图。
具体实施方式
12.以下示例性实施方式的详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标 记可以标识相同或相似的元件。
13.高功率光纤激光器(例如iv光纤激光器)可以在可见光谱之外的光谱 区域工作，因此人眼不可见。例如，掺镱光纤激光器在大约1微米(μm)的 波长下工作，这对于人眼是不可见的。当光纤激光器用于材料加工应用(例 如，切割、雕刻、标记、焊接和/或类似应用)时，这可能是有问题的，因为 在材料加工期间，激光输出需要对准期望的位置。这里，由于激光输出对于 人眼是不可见的，所以激光输出的精确瞄准是困难的或不可能的。为了解决 这个问题，可见光谱(这里称为瞄准光束)中的低功率激光(例如，第一类 激光器)可以耦合到光纤激光，使得激光输出包括激光束和瞄准光束的至少 部分。这里，瞄准光束的部分使得激光输出可见，从而能够瞄准。
14.在某些情况下，可以实现瞄准光束到光纤激光的外部耦合。在这种情况 下，自由空间中的激光束和瞄准光束被一个或多个透镜准直，并且分色镜用 于组合瞄准光束和激光束。另一个透镜将合成光束聚焦到输出光纤中。然而， 这种自由空间光学方法复杂且难以制造，因为多个自由空间光学部件需要以 高精度布置和对准。此外，这种自由空间光学方法在光学上是低效的，因此 在实践中是不可取的。
15.在某些情况下，可以使用熔融光纤组合器将瞄准光束耦合到光纤激光。 在这种情况下，瞄准光束光纤和激光束光纤在被拉伸的同时被加热，以便产 生熔合在一起的光纤。在操作中，瞄准光束可以通过瞄准光束光纤和激光束 光纤熔合在一起的区域耦合到激光束光纤。然而，熔融光纤组合器复杂且难 以制造，并且导致功率损失、光束质量下降和加热问题，从而降低了光纤激 光器的性能。例如，融合瞄准光束光纤和激光束光纤可能导致对激光束光纤 的芯的扰动(其中高功率激光器被限制)，从而导致激光束的功率损失，这可 能严重降低激光束的性能，特别是在千瓦(kw)光纤激光器的情况下。
16.在某些情况下，使用侧耦合结构可以实现瞄准光束与光纤激光的耦合。 侧耦合结构可以允许未涂覆的瞄准光束光纤和未涂覆的馈送光纤之间的侧 接触，以允许瞄准光束与激光束的耦合。然而，虽然侧耦合结构相对不太复 杂并且制造起来不太困难(例如，与上述自由空间光学器件和熔融光纤组合 器方法相比)，但是侧耦合结构需要组装过程(例如，包括胶合、封装等)， 以允许和/或保持瞄准光束光纤和馈送光纤之间的侧接触。此外，侧耦合结构 不允许瞄准光束耦合到馈送光纤的芯中。
17.这里描述的一些实施方式提供了瞄准光束到光纤的芯中的自由空间耦 合，而不干扰激光束在光的芯中的传播，以允许激光束的瞄准。在一些实施 方式中，当光纤包层的外表面区域是呈锥形的和/或包括以周期性图案布置的 多个凹口时，实现瞄准光束到光纤的芯的自由空间耦合。例如，包层的外表 面区域可以使得以第一入射角入射到包层的外表面区域上的瞄准光束以第 二入射角入射到光纤的芯的外表面区域上，以允许瞄准光束耦
合到芯中。在 一些实施方式中，芯的外表面区域可以是呈锥形的，以便于瞄准光束耦合到 芯中。
18.这样，这里描述的一些实施方式允许将瞄准光束耦合到光纤的芯中，而 无需专用的光耦合器和/或修改光纤的配置。与上述传统瞄准光束耦合技术相 比，这降低了光纤的复杂性，因此制造难度和/或成本较低。此外，这里描述 的一些实施方式允许耦合瞄准光束，而不影响光纤的性能。因此，这防止或 减少了使用传统瞄准光束耦合技术可能导致的功率损耗问题、光束质量下降、 加热问题(例如，可能干扰信号光纤的芯)等。因此，本文所述的一些实施 方式确保了没有施加到激光束上的损耗，这对于高功率光纤激光器系统尤其 重要。
19.图1a-1b是本文描述的示例光纤100的示意图。在一些实施方式中，光 纤100可以传播激光，例如与千瓦激光器相关联的高功率光束，该激光器将 用于材料加工应用，例如切割、焊接、雕刻、标记等。如图1a所示，光纤 100可以包括芯102、包层104和/或光纤护套106。芯102可以包括玻璃和/ 或被配置为传输激光(例如，从光纤100的输入端到光纤100的输出端)的 另一种合适的材料。包层104可以围绕(例如，周向围绕)芯102，并且可 以被配置为限制激光(例如，限制在芯102内)。光纤护套106可以围绕(例 如，周向围绕)包层104，并且可以包括被配置为保护和/或屏蔽芯102和/或 包层104的材料(例如，塑料材料，例如聚乙烯)。
20.如图1a进一步所示，光纤100可以包括输入端区域108、瞄准光束入 口区域110和输出端区域112。激光可以在芯102内从输入端区域108经由 瞄准光束入口区域110传播到输出端区域112。瞄准光束入口区域110可以 被配置成使得瞄准光束114耦合到芯102中，如本文进一步详细描述的。
21.瞄准光束光纤116可以是被配置为在瞄准光束入口区域110发射瞄准光 束114的光纤。瞄准光束114可以是可见光谱中的自由空间光束(例如，具 有比上述高功率光束相对更低的功率)。在一些实施方式中，瞄准光束光纤 116可以被配置成经由光学元件118在瞄准光束入口区域110发射瞄准光束 114。光学元件118可以包括透镜或类似的光学元件，其被配置为将瞄准光 束114引导和/或聚焦在瞄准光束入口区域110上。
22.如图1a进一步所示，瞄准光束入口区域110可以包括包层104的外表 面区域120。在一些实施方式中，瞄准光束入口区域110和/或外表面区域120 可以以锥角呈锥形。例如，如图1a所示，包层104的直径可以在包层104 上的与输出端区域112相关联的位置处最大，并且可以在包层104上的与瞄 准光束入口区域110相关联的距输出端区域112渐远的一个或多个位置处逐 渐减小(例如，对应于锥角)，其中直径在包层104上与输入端区域108相 关联的位置处最小。在一些实施方式中，包层104可以被蚀刻(例如，使用 一个或多个蚀刻过程)以使得瞄准光束入口区域110和/或外表面区域120以 锥角呈锥形。
23.如图1a进一步所示，瞄准光束114可以从瞄准光束光纤116发射，并 且可以传输(例如，在自由空间中)到光学元件118，光学元件118可以将 瞄准光束114引导和/或聚焦在瞄准光束入口区域110的外表面区域120上。 因此，瞄准光束114可以以第一入射角入射到瞄准光束入口区域110和/或外 表面区域120上。
24.当第一入射满足(例如，小于或等于)第一入射角阈值时，瞄准光束入 口区域110和/或外表面区域120(例如，当以锥角呈锥形时)可以使得瞄准 光束114的轨迹改变，以允
许瞄准光束114进入包层104。这可以使得瞄准 光束114从包层104的外表面区域120穿过包层104传播到芯102的外表面 区域122。例如，如图1a所示，瞄准光束114可以通过反射于包层104的 一个或多个内表面区域而从包层104的外表面区域120间接传播通过包层 104，到达芯102的外表面区域122。瞄准光束114在传播通过包层104之 后，可以以第二入射角入射到芯102的外表面区域122上。当第二入射角满 足(例如，小于或等于)第二入射角阈值时，瞄准光束114可以耦合到芯102 中。例如，瞄准光束114可以进入芯102(例如，经由外表面区域122)并且 可以在芯102内传播，其传播损耗满足(例如，小于或等于)传播损耗阈值 (例如，泄漏模式阈值)。
25.以这种方式，瞄准光束114可以耦合到芯102中，以允许瞄准光束114 通过芯102与激光(例如，高功率光束)一起传输到光纤100的输出端。瞄 准光束114与激光一起可以从光纤100的输出端发射，这有助于激光的瞄准 (例如，因为激光将包括可见光谱中的光)。这可以提高与在材料加工应用 中使用光纤100相关的安全性、精度、效率等。
26.图1b示出了当与光纤100周围的空气相关联的折射率(n1)为1、与包 层104相关联的折射率(n2)为1.457、与芯102相关联的折射率(n3)为 1.4735时，间接耦合到芯102中的瞄准光束114的示例。因此，芯102可以 具有0.22的数值孔径(na)，并且当激光束以大约81.4
°
至90
°
的角度(称为 全内反射(tir)范围)入射到芯102的内表面区域上时，激光束(例如瞄 准光束、高功率光束等)可以传播通过芯102。如图1b中进一步示出的，瞄 准光束入口区域110可以以19.5
°
的锥角呈锥形(例如，与光纤100的输出 端区域112处的包层104的外表面的一部分相关联的法线成70.5
°
)。
27.如图1b中进一步示出的，瞄准光束114可以在自由空间中相对于水平 方向以大约22.1
°
(例如，在公差范围内，平行于光纤100的输入端区域108 或输出端区域112处的包层104的外表面的一部分)传输，并且可以以41.6
°ꢀ
的入射角(例如，与法线成48.4
°
)入射到瞄准光束入口区域110的外表面区 域120上。瞄准光束114的一部分(例如，99.6％)可以进入包层104，并且 可以弯折(例如，由于n1和n2之间的差异可以折射)，使得瞄准光束114可 以相对于与外表面区域120相关联的法线以30.9
°
的第一传播角传播通过包 层104(在图1b中显示为θ2)。瞄准光束114可以通过包层104传播到瞄准 光束入口区域110的内表面区域124，其可以被配置为将瞄准光束114反射 到芯102。瞄准光束114可以以20.1
°
的入射角(例如，与内表面区域124相 关的法线成69.9
°
)入射到内表面区域124上，并且可以相对于与内表面区 域124相关的法线以69.9
°
的第二传播角传播通过包层104(在图1b中也显 示为与内表面区域124成20.1
°
，相对于与包层104的外表面的一部分相关 的法线成89.4
°
)。瞄准光束114可以通过包层104传播到芯102的外表面区 域122，并且可以以89.4
°
的入射角入射到外表面区域122上。如图1b进一 步所示，瞄准光束114可以进入芯102，并且可以弯折(例如，由于n3和n2之间的差异而折射)，使得瞄准光束114可以在芯102内以81.4
°
的反射角反 射(例如，在上述全内反射范围附近)。这可以允许瞄准光束114耦合到芯 中，并在芯102内传播，其传播损耗满足(例如，小于或等于)传播损耗阈 值(例如，泄漏模式阈值)。
28.如上所述，提供图1a-1b作为例子。其他示例可以与关于图1a-1b描 述的不同。
29.图2a-2b是本文描述的示例光纤200的示意图。在一些实施方式中，光 纤200可以传播激光(例如，以与本文参照图1a-1b描述的光纤100类似的 方式)。如图2a所示，光纤200可以包括芯202、包层204和/或光纤护套 206，它们可以分别与本文参照图1a-1b描述的芯
102、包层104和/或光纤 护套106相同或相似。如图2a进一步所示，光纤200可以包括输入端区域 208、瞄准光束入口区域210和输出端区域212。激光可以在芯202内从输入 端区域208经由瞄准光束入口区域210传播到输出端区域212。瞄准光束入 口区域210可以被配置成使得瞄准光束214耦合到芯202中，如本文进一步 详细描述的。
30.瞄准光束光纤216(其与本文结合图1a-1b描述的瞄准光束光纤116相 同或相似)可以是被配置为在瞄准光束入口区域210发射瞄准光束214的光 纤。瞄准光束214可以是可见光谱中的自由空间光束(例如，与瞄准光束114 相同或相似)。在一些实施方式中，瞄准光束光纤216可以被配置成经由光 学元件218在瞄准光束入口区域210发射瞄准光束214。光学元件218(例 如，与本文结合图1a-1b描述的光学元件218相同或相似)可以包括透镜或 相似的光学元件，其被配置为将瞄准光束214引导和/或聚焦在瞄准光束入 口区域210上。
31.如图2a进一步所示，瞄准光束入口区域210可以包括包层204的外表 面区域220。在一些实施方式中，瞄准光束入口区域210和/或外表面区域220 可以以一锥角呈锥形(例如，以与参考图1a-1b在此描述的瞄准光束入口区 域110和/或外表面区域120相同或相似的方式)。例如，如图2a所示，包 层204的直径可以在包层204上的与输出端区域212相关联的位置处最大， 并且可以在包层204上在与瞄准光束入口区域210相关联的距输出端区域 212渐远的一个或多个位置处逐渐减小(例如，对应于锥角)，其中直径在包 层204上在与输入端区域208相关联的位置处最小。在一些实施方式中，包 层204可以被蚀刻(例如，使用一个或多个蚀刻过程)以使得瞄准光束入口 区域210和/或外表面区域220以锥角呈锥形。
32.如图2a进一步所示，瞄准光束214可以从瞄准光束光纤216发射，并 且可以传输(例如，在自由空间中)到光学元件218，光学元件218可以将 瞄准光束214引导和/或聚焦在瞄准光束入口区域210的外表面区域220上。 因此，瞄准光束214可以以第一入射角入射到瞄准光束入口区域210和/或 外表面区域220上。
33.当第一入射满足(例如，小于或等于)第一入射角阈值时，瞄准光束入 口区域210和/或外表面区域220(例如，当以锥角呈锥形时)可以使得瞄准 光束214的轨迹改变，以允许瞄准光束214进入包层204。这可以使得瞄准 光束214从芯202的外表面区域220传播通过包层204到达外表面区域222。 例如，如图2a所示，瞄准光束214可以直接穿过包层204从包层204的外 表面区域220传播到芯202的外表面区域222，而不反射于包层204的一个 或多个内表面区域。瞄准光束214在传播通过包层204之后，可以以第二入 射角入射到外表面区域222或芯202上。当第二入射角满足(例如，小于或 等于)第二入射角阈值时，瞄准光束214可以耦合到芯202中。例如，瞄准 光束214可以进入芯202(例如，经由外表面区域222)并且可以在芯202内 传播，其传播损耗满足(例如，小于或等于)传播损耗阈值(例如，泄漏模 式阈值)。
34.以这种方式，瞄准光束214可以耦合到芯202中，以允许瞄准光束214 与激光(例如，高功率光束)一起经由芯202传输到光纤200的输出端。瞄 准光束214与激光一起可以从光纤200的输出端发射，这有助于激光的瞄准 (例如，因为激光将包括可见光谱中的光)。这可以提高与在材料加工应用 中使用光纤200相关的安全性、精度、效率等。
35.图2b示出了当与光纤200周围的空气相关的折射率(n1)为1，与包层 204相关的折射率(n2)为1.457，与芯202相关的折射率(n3)为1.4735 时，瞄准光束214直接耦合到芯202中的例子。因此，芯202可以具有0.22na， 并且当激光束以大约81.4
°
至90
°
的角度(称为全
内反射范围)入射到芯202 的内表面区域上时，激光束(例如瞄准光束、高功率光束等)可以传播通过 芯202。如图2b中进一步示出的，瞄准光束入口区域210可以以46.1
°
的锥 角呈锥形(例如，相对于与光纤200的输出端区域212处的包层204的外表 面的一部分相关联的法线成43.9
°
)。
36.如图2b进一步所示，瞄准光束214可以以2.3
°
的入射角(例如，相对 于与外表面区域220相关联的法线成87.7
°
，在图2b中显示为θ3)入射到瞄 准光束入口区域210的外表面区域220上。瞄准光束214的一部分可以进入 包层204，并且可以弯折(例如，由于n1和n2之间的差异可以折射)，使得 瞄准光束214可以相对于与外表面区域220相关联的法线以43.3
°
的传播角 传播通过包层204(在图2b中显示为θ2)。瞄准光束214可以通过包层204 传播到芯202的外表面区域222，并且可以以89.4
°
的入射角入射到外表面区 域222上。如图2b进一步所示，瞄准光束214可以进入芯202，并且可以 弯折(例如，由于n3和n2之间的差异而折射)，使得瞄准光束214可以在芯 202内以81.4
°
的反射角反射(例如，在上述全内反射范围附近)。这可以允 许瞄准光束214耦合到芯中，并在芯202内传播，其传播损耗满足(例如， 小于或等于)传播损耗阈值(例如，泄漏模式阈值)。
37.如上所述，提供图2a-2b作为例子。其他示例可以与关于图2a-2b描 述的不同。
38.图3是本文描述的示例光纤300的示意图。在一些实施方式中，光纤300 可以传播激光(例如，以与在此参照图1a-1b描述的光纤100类似的方式)。 如图3所示，光纤300可以包括芯302、包层304和/或光纤护套306，它们 可以分别与本文参照图1a-1b描述的芯102、包层104和/或光纤护套106相 同或相似。如图3进一步所示，光纤300可以包括输入端区域308、瞄准光 束入口区域310和输出端区域312。激光可以在芯302内从输入端区域308 经由瞄准光束入口区域310传播到输出端区域312。瞄准光束入口区域310 可以被配置成使得瞄准光束314耦合到芯302中，如本文进一步详细描述 的。
39.瞄准光束光纤316(其与本文结合图1a-1b描述的瞄准光束光纤116相 同或相似)可以是被配置成在瞄准光束入口区域310发射瞄准光束314的光 纤。瞄准光束314可以是可见光谱中的自由空间光束(例如，与瞄准光束114 相同或相似)。在一些实施方式中，瞄准光束光纤316可以被配置成经由光 学元件318在瞄准光束入口区域310发射瞄准光束314。光学元件318(例 如，与本文结合图1a-1b描述的光学元件318相同或相似)可以包括透镜或 相似的光学元件，其被配置为将瞄准光束314引导和/或聚焦在瞄准光束入 口区域310上。
40.如图3进一步所示，瞄准光束入口区域310可以包括包层304的外表面 区域320。在一些实施方式中，瞄准光束入口区域310和/或外表面区域320 可以包括多个凹口322。多个凹口322可以以周期大约为10至1000微米(例 如，周期大于或等于10微米且小于或等于1000微米)的周期性图案布置。 在一些实施方式中，多个凹口322可以充当透射光栅，或者可以被配置为当 瞄准光束314经由瞄准光束入口区域310和/或外表面区域320进入包层304 时弯折瞄准光束314。当多个凹口322充当透射光栅时，多个凹口322的性 能可以由以下等式表示：a[sin(θm)-sin(θi)]＝mλ，其中a是透射光栅的 周期，m是整数，θi是瞄准光束314在光栅上的入射角，θm是m
th
衍射级的 衍射角。在一些实施方式中，包层304可以被蚀刻(例如，使用一个或多个 蚀刻过程)以使得瞄准光束入口区域310和/或外表面区域320包括多个凹 口322。
[0041]
如图3中进一步所示，瞄准光束314可以从瞄准光束光纤316发射，并 且可以传输
(例如，在自由空间中)到光学元件318，光学元件318可以将 瞄准光束314引导和/或聚焦在瞄准光束入口区域310的外表面区域320上。 因此，瞄准光束314可以以第一入射角入射到瞄准光束入口区域310和/或 外表面区域320上。
[0042]
当第一入射满足(例如，小于或等于)第一入射角阈值时，瞄准光束入 口区域310和/或外表面区域320(例如，包括多个凹口322)可以使得瞄准 光束314的轨迹改变，以允许瞄准光束314进入包层304。这可以使得瞄准 光束314从包层304的外表面区域320穿过包层304传播到芯302的外表面 区域324。例如，如图3所示，瞄准光束314可以直接穿过包层304从包层 304的外表面区域320传播到芯302的外表面区域324，而不反射于包层304 的一个或多个内表面区域。瞄准光束314在传播通过包层304之后，可以以 第二入射角入射到芯302的外表面区域324上。当第二入射角满足(例如， 小于或等于)第二入射角阈值时，瞄准光束314可以耦合到芯302中。例如， 瞄准光束314可以进入芯302(例如，经由外表面区域324)并且可以在芯 302内传播，其传播损耗满足(例如，小于或等于)传播损耗阈值(例如， 泄漏模式阈值)。如图3进一步所示，当瞄准光束进入芯302时和/或当瞄准 光束314在芯302内传播时(例如，具有传播损耗)，瞄准光束314的泄漏 部分326可以离开芯302。
[0043]
以这种方式，瞄准光束314可以耦合到芯302中，以允许瞄准光束314 通过芯302与激光(例如，高功率光束)一起传输到光纤300的输出端。瞄 准光束314以及激光可以从光纤300的输出端发射，这有助于激光的瞄准 (例如，因为激光将包括可见光谱中的光)。这可以提高与在材料加工应用 中使用光纤300相关的安全性、精度、效率等。
[0044]
如上所述，图3作为示例提供。其他示例可以与关于图3描述的不同。
[0045]
图4是本文描述的示例光纤400的示意图。在一些实施方式中，光纤400 可以传播激光(例如，以与在此参照图1a-1b描述的光纤100类似的方式)。 如图4所示，光纤400可以包括芯402、包层404和/或光纤护套406，它们 可以分别与本文参照图1a-1b描述的芯102、包层104和/或光纤护套106相 同或相似。如图4进一步所示，光纤400可以包括输入端区域408、瞄准光 束入口区域410和输出端区域412。激光可以在芯402内从输入端区域408 经由瞄准光束入口区域410传播到输出端区域412。瞄准光束入口区域410 可以被配置成使得瞄准光束414耦合到芯402中，如本文进一步详细描述 的。
[0046]
瞄准光束光纤416(其与本文结合图1a-1b描述的瞄准光束光纤116相 同或相似)可以是被配置成在瞄准光束入口区域410发射瞄准光束414的光 纤。瞄准光束414可以是可见光谱中的自由空间光束(例如，与瞄准光束114 相同或相似)。在一些实施方式中，瞄准光束光纤416可以被配置成经由光 学元件418在瞄准光束入口区域410发射瞄准光束414。光学元件418(例 如，与本文结合图1a-1b描述的光学元件418相同或相似)可以包括透镜或 相似的光学元件，其被配置为将瞄准光束414引导和/或聚焦在瞄准光束入 口区域410上。
[0047]
如图4进一步所示，瞄准光束入口区域410可以包括包层404的外表面 区域420。在一些实施方式中，瞄准光束入口区域410和/或外表面区域420 可以以第一锥角呈锥形(例如，以与本文关于图1a-1b描述的瞄准光束入口 区域110和/或外表面区域120相同或相似的方式)。例如，如图4所示，包 层404的直径可以在包层404上与输出端区域412相关联的位置处最大，并 且可以在包层404上在与瞄准光束入口区域410相关联的距输出端区域412 渐远的一个或多个位置处逐渐减小(例如，对应于第一锥角)，其中直径在包 层404上与输入端区域408相关联的位置处最小。在一些实施方式中，瞄准 光束入口区域410可以包括芯
402的外表面区域422，并且外表面区域422 可以以第二锥角呈锥形。例如，如图4所示，芯402的直径可以在芯402上 与输出端区域412相关联的位置处最大，并且可以在芯402上在与瞄准光束 入口区域410相关联的距输出端区域412渐远的一个或多个位置处逐渐减小 (例如，对应于第二锥角)，其中直径在芯402上与输入端区域408相关联 的位置处最小。第二锥角可以匹配第一锥角(例如，与第一锥角相同或相似)， 使得第一锥角和第二锥角之间的差满足(例如，小于或等于)阈值。在一些 实施方式中，芯402和/或包层404可以被加热和/或拉动，以使得瞄准光束 入口区域410和/或包层404的外表面区域420以第一锥角呈锥形，并且芯 402的外表面区域422以第二锥角呈锥形。
[0048]
如图4中进一步所示，瞄准光束414可以从瞄准光束光纤416发射，并 且可以传输(例如，在自由空间中)到光学元件418，光学元件418可以将 瞄准光束414引导和/或聚焦在瞄准光束入口区域410的外表面区域420上。 因此，瞄准光束414可以以第一入射角入射到瞄准光束入口区域410和/或
[0049]
当第一入射满足(例如，小于或等于)第一入射角阈值时，瞄准光束入 口区域410和/或外表面区域420(例如，当以第一锥角呈锥形时)可使得瞄 准光束414的轨迹改变，以允许瞄准光束414进入包层404。这可以使得瞄 准光束414从芯402的外表面区域420传播通过包层404到达外表面区域422。 例如，如图4所示，瞄准光束414可以直接穿过包层404从包层404的外表 面区域420传播到芯402的外表面区域422，而不反射于包层404的一个或 多个内表面区域。瞄准光束414在传播通过包层404之后，可以以第二入射 角入射到芯402的外表面区域422上。当第二入射角满足(例如，小于或等 于)第二入射角阈值时，芯402的外表面区域422(例如，当以第二锥角呈 锥形时)可以使得瞄准光束414的轨迹改变，以允许瞄准光束414耦合到芯 402中。例如，瞄准光束414可以进入芯402(例如，经由外表面区域422) 并且可以经由tir在芯402内传播，或者可以在芯402内传播而其传播损耗 满足(例如，小于或等于)传播损耗阈值(例如，泄漏模式阈值)。
[0050]
以这种方式，瞄准光束414可以耦合到芯402中，以允许瞄准光束414 通过芯402与激光(例如，高功率光束)一起传输到光纤400的输出端。瞄 准光束414与激光一起可以从光纤400的输出端发射，这有助于激光的瞄准 (例如，因为激光将包括可见光谱中的光)。这可以提高与在材料加工应用 中使用光纤400相关的安全性、精度、效率等。
[0051]
如上所述，图4作为示例提供。其他示例可以与关于图4描述的不同。
[0052]
图5a-5f是本文描述的示例光纤系统500的示意图。在一些实施方式 中，光纤系统500可以传播和/或组合激光，例如与kw激光器相关联的一个 或多个高功率光束，其将用于材料处理应用，例如切割、焊接、雕刻、标记 等。如图5a-5f所示，光纤系统500可以包括一个或多个输入光纤502、传 输光纤504和输出光纤506。一个或多个输入光纤502可以被配置成使得一 个或多个输入光束经由一个或多个输入光纤502的相应芯传播到传输光纤 504。传输光纤504可以被配置成使一个或多个输入光束作为传输光束(例 如，通过将一个或多个输入光束组合成传输光束)经由传输光纤504的芯传 播到输出光纤506。输出光纤506可以被配置成使得传输光束经由输出光纤 506的芯传播到输出光纤506的发射端(例如，允许传输光束被发射以用于 材料加工应用)。
[0053]
如图5a-5f所示，瞄准光束光纤508(例如，与本文描述的瞄准光束光 纤116、瞄准光束光纤216、瞄准光束光纤316或瞄准光束光纤416相同或 相似)可以被配置成在瞄准光
束入口区域512(例如，通过光学元件，其未 示出)发射瞄准光束510(例如可见光谱中的自由空间光束)，所述瞄准光束 入口区域512与一个或多个输入光纤502、传输光纤504和输出光纤506中 的特定光纤相关联。因此，特定光纤可以与本文描述的光纤100、光纤200、 光纤300或光纤400相同或相似。瞄准光束入口区域512可以被配置成使瞄 准光束510耦合到特定光纤的芯中(例如，以与本文参照图1a-1b、2a-2b、 3和/或4描述的方式类似的方式)。
[0054]
如图5a-5b所示，瞄准光束入口区域512可以与传输光纤504相关联。 因此，瞄准光束光纤508可以相对于传输光纤504定位，以使瞄准光束光纤 508在瞄准光束入口区域512发射瞄准光束510，从而使瞄准光束510以允 许瞄准光束510进入传输光纤504的包层、传播通过包层，并且耦合到传输 光纤504的芯中(例如，以类似于本文参照图3和4的1a-1b、2a-2b描述 的方式)的入射角入射到瞄准光束入口区域512。瞄准光束510然后可以在 传输光纤504的芯内传播(例如，利用传输光束)到输出光纤506的芯，可 以在输出光纤506的芯内传播(例如，利用传输光束)到输出光纤506的发 射端，并且可以从输出光纤506的发射端发射(例如，利用传输光束)。这有 助于传输光束的瞄准(例如，因为传输光束与瞄准光束一起发射)。这可以提 高与在材料加工应用中使用光纤系统500相关的安全性、精度、效率等。
[0055]
如图5c-5d所示，瞄准光束入口区域512可以与输出光纤506相关联。 因此，瞄准光束光纤508可以相对于输出光纤506定位，以使瞄准光束光纤 508在瞄准光束入口区域512发射瞄准光束510，从而使瞄准光束510以允 许瞄准光束510进入输出光纤506的包层、传播通过包层，并且耦合到输出 光纤506的芯中(例如，以类似于本文参照图3和4中的1a-1b、2a-2b描 述的方式)。瞄准光束510然后可以在输出光纤506的芯内传播(例如，利 用传输光束)到输出光纤506的发射端，并且可以从输出光纤506的发射端 发射(例如，利用传输光束)。这有助于传输光束的瞄准(例如，因为传输光 束与瞄准光束一起发射)。这可以提高与在材料加工应用中使用光纤系统500 相关的安全性、精度、效率等。
[0056]
如图5e-5f所示，瞄准光束入口区域512可以与一个或多个输入光纤502的一输入光纤502相关联。因此，瞄准光束光纤508可以相对于输入光 纤502定位，以使瞄准光束光纤508在瞄准光束入口区域512发射瞄准光束 510，从而使瞄准光束510以一入射角入射到瞄准光束入口区域512，所述入 射角允许瞄准光束510进入输入光纤502的包层、传播通过包层，并且耦合 到输入光纤502的芯中(例如，以类似于本文参照图3和4的1a-1b、2a
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2b描述的方式)。瞄准光束510然后可以在输入光纤502的芯内传播(例如， 利用输入光束)到传输光纤504的芯，可以在传输光纤504的芯内传播(例 如，利用包括输入光束的传输光束)到输出光纤506的芯，可以传播(例如， 利用传输光束)在输出光纤506的芯内发射到输出光纤506的发射端，并且 瞄准光束510可以从输出光纤506的发射端发射(例如，具有传输光束)。 这有助于传输光束的瞄准(例如，因为传输光束与瞄准光束一起发射)。这可 以提高与在材料加工应用中使用光纤系统500相关的安全性、精度、效率等。
[0057]
如上所述，图5a-5f作为例子提供。其他示例可以不同于关于图5a-5f 所描述的。
[0058]
图6是示例曲线图600的图，其示出了已经耦合到本文所述的光纤(例 如，光纤100、光纤200、光纤300或光纤400、输入光纤502、传输光纤504 或输出光纤506)的芯中的瞄准光束(例如，红色瞄准光束)的功率量(例 如，毫瓦(mw))。在该示例中，瞄准光束光纤(例如，瞄准光束光纤116、 瞄准光束光纤216、瞄准光束光纤316、瞄准光束光纤416或瞄准光束光纤 508)发射具有大约62.2毫瓦功率的瞄准光束，该瞄准光束耦合到光纤的芯 中(例如，
以类似于本文关于图1a-1b、2a-2b、3、4和/或5a-5f所述的方 式)。如图6所示，在瞄准光束已经耦合到光纤的芯中之后，瞄准光束的功 率与光纤的na成正相关关系。例如，当na约为0.05时，瞄准光束具有约 0.25毫瓦的功率，当na约为0.22时，瞄准光束具有约2毫瓦的功率(例 如，对应于光纤100的na，如图1b所示，以及光纤200的na，如图2b 所示)。
[0059]
如上所述，图6作为示例提供。其他示例可以不同于关于图6所描述的。
[0060]
前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所 公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实施方式 的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实现都可以被组合，除非 前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的理由。
[0061]
如本文所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于 阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。
[0062]
即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些 组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以 权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出 的每个从属权利要求可能直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的 公开包括每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求。如本文 所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合， 包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a
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c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。
[0063]
除非明确说明，否则此处使用的任何元素、动作或指令都不应被解释为 关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一个”旨在包括一个或多个项目， 并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与 冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此 外，如本文所用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、 不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使 用。当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本 文所用，术语“有”、“具有”、“带有”等意在是开放式术语。此外，短语“基于
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意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或
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在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说 明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述， 本文可以使用空间上相对的术语，例如“方”、“下方”、“上”、“上方”等，来描 述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的 方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不 同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且本文 使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。
[0064]
相关申请
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本技术要求享有于2020年12月17日提交的美国临时专利申请第 63/127,000号的优先权，该申请题为“system for free space couplingof an aiming beam”，其内容通过引用整体结合于此。