(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112352176 A(43)申请公布日 2021.02.09
(21)申请号 201980033555.7(22)申请日 2019.05.04(30)优先权数据
62/667,345 2018.05.04 US(85)PCT国际申请进入国家阶段日2020.11.19(86)PCT国际申请的申请数据
PCT/US2019/030758 2019.05.04(87)PCT国际申请的公布数据WO2019/213633 EN 2019.11.07(71)申请人 努布鲁有限公司地址 美国科罗拉多州森特尼尔(72)发明人 伊恩·李
权利要求书3页 说明书8页 附图2页
(74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限
公司 44202
代理人 郝传鑫(51)Int.Cl.
G02B 6/40(2006.01)
(54)发明名称
三包层光纤(57)摘要
提供了一种用于减少和消除有害的激光‑污
以及制造这些染物相互影响的多包层光纤组件，
组件的方法。提供了一种具有污染物的光学连接器，通过防止激光‑污染物相互作用，该污染物在激光束传输期间被屏蔽而不会引起有害的热效应。提供了一种用于减少和消除有害的激光‑污染物相互影响的多包层光纤组件，以及制造这些组件的方法。提供了一种具有污染物的光学连接器，通过防止激光‑污染物相互作用，该污染物在激光束传输期间被屏蔽而不会引起有害的热效应。
CN 112352176 ACN 112352176 A
权 利 要 求 书
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1.一种光纤连接器组件，包括：a.三包层光纤，其具有近端和远端，在所述近端和所述远端之间限定长度；所述光纤包括纤芯、与所述纤芯直接接触的内包层、邻近所述内包层的第二包层和邻近所述第二包层的外包层；
b.其中沿着所述光纤的所述长度的近端部分，所述外包层已被去除，从而限定所述光纤的近端长度并暴露所述第二包层的沿着所述近端长度的外表面，所述外表面包含污染物；和，
c.所述近端长度位于连接器的内腔中，由此所述污染物位于所述连接器的内表面与所述第二包层的所述外表面之间；
d.由此，所述污染物被所述第二包层屏蔽，使所述污染物不受所述内包层中的激光能量影响；从而最大程度降低来自激光-污染物相互作用的有害热效应。
2.根据权利要求1所述的光纤连接器组件，其中所述连接器包括端盖，并且所述光纤的所述近端光学连接到所述端盖。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述光纤的所述近端光学连接到单包层光纤。4.根据权利要求3所述的组件，其中所述光学连接是接头。5.根据权利要求2所述的组件，其中所述单包层光纤包括模态消除器。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的组件，其中所述污染物覆盖所述光纤的所述近端长度的超过约5％的表面。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述污染物覆盖与所述连接器的内表面接触的超过约10％的外部光纤表面。
8.一种光纤连接器组件，包括：a.光纤，其具有近端和远端，在所述近端和所述远端之间限定长度；所述光纤包括纤芯、与所述纤芯直接接触的内包层、邻近所述内包层的第二包层；
b.所述第二包层包括沿所述光纤的所述长度的区域，其中所述光纤的外表面被污染物污染，所述污染物在与激光束相互作用时导致所述光纤的热降解；从而限定外部污染区域；和，
c.所述外部污染区域与连接器的内表面直接接触；由此，所述污染物被所述第二包层屏蔽，使所述污染物不受所述内包层中的激光能量的影响；从而防止所述光纤的热降解。
9.一种通过权利要求1或9所述的组件来传输激光束的方法；其中所述激光束的功率为约1W至约10kW，波长在蓝色波长、蓝绿色波长或绿色波长范围内，并且其中所述组件不会发生热降解。
10.一种制造受污染的光学连接器的方法，所述光学连接器在传输激光束时不会热降解，所述方法包括：
a.获得三包层光纤；所述光纤包括纤芯、邻近所述纤芯的内包层、邻近所述内包层的第二包层和邻近所述第二包层的外包层；
b.去除所述外包层的一部分，从而暴露所述第二包层的表面；所述第二包层的表面包含污染物，从而限定了受污染的外表面；和，
c.将所述光纤的近端插入连接器；其中所述受污染的表面的至少一部分与所述连接器的内表面直接接触；
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权 利 要 求 书
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d.由此，所述污染物被所述第二包层屏蔽，使所述污染物不受所述内包层中的激光能量影响；从而防止来自激光-污染物相互作用的有害热效应。
11.通过包含三包层光纤的受污染的光学连接器组件来传输功率为约10W至约20kW的激光束，而不会因所述组件中的污染对光纤或连接器造成有害的热效应。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述污染物位于所述光纤的外表面和所述连接器的主体的内表面之间。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中传输所述激光能量至少1000小时的总持续时间而不会引起有害的热效应。
14.根据权利要求11所述的方法，其中传输所述激光能量至少100小时的总持续时间而不会引起有害的热效应。
15.根据权利要求11所述的方法，其中传输所述激光能量至少500小时的总持续时间而不会引起有害的热效应。
16.根据权利要求11所述的方法，其中传输所述激光能量至少1000小时的总持续时间而不会引起有害的热效应。
17.一种组装用于激光系统的部件的方法，所述部件被配置用于具有约50W至约50kW功率的激光束，所述方法包括：
a.提供光纤，所述光纤具有纤芯、包围所述纤芯的第一包层、包围所述第一包层的第二包层和包围所述第二包层的外层；
b.去除所述外层，从而暴露所述第二包层的外表面；由此污染物与所述外表面相关；c.将所述光纤插入具有空腔的结构中，所述空腔限定了内表面；d.留下至少约100％的与所述外表面相关的所述污染物；e.将所述光纤插入所述空腔，由此所述污染物位于所述外表面和所述内表面之间；f.其中所述光纤能够接收和传送功率为约50W至约50kW的激光束，而不会被所述激光束与所述污染物之间的相互作用损坏。
18.根据权利要求17所述的方法，其中不能清洁所述外表面。19.根据权利要求17所述的方法，其中不抛光所述外表面。20.根据权利要求17所述的方法，其中所述内表面具有与其相关的污染物。21.根据权利要求17所述的方法，其中不清洁所述内表面。22.根据权利要求17所述的方法，其中留下90％的所述污染物。23.根据权利要求17所述的方法，其中留下80％的所述污染物。24.根据权利要求17所述的方法，其中留下50％的所述污染物。25.根据权利要求17所述的方法，其中留下20％的所述污染物。26.根据权利要求17所述的方法，其中所述污染物在所述外表面上。27.根据权利要求17所述的方法，其中所述污染物嵌入所述外表面中。28.根据权利要求17所述的方法，其中在插入之后，所述污染物嵌入所述内表面和所述外表面中。
29.根据权利要求17所述的方法，其中所述结构是套圈。30.根据权利要求17所述的方法，其中所述内表面和所述外表面直接接触。31.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率为约50W至1kW。
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权 利 要 求 书
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32.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率为约100W至约500W。33.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率为约100W至约200W。34.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率为约150W。35.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率为约1kW至约20kW。
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说 明 书三包层光纤
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[0001]
本申请要求2018年5月4日提交的美国临时申请号62/667,345的申请日的权益，其
全部公开内容通过引用结合于本文。
技术领域
[0002]本发明涉及光纤、光耦合到光纤以及增强光耦合到光纤的光纤配置。
背景技术
[0003]基于红外(IR)(例如，波长大于700nm，特别是波长大于1000nm)的增材制造系统(additive manufacturing systems)，除了其他方面，存在两个缺点，这限制了构建体积和构建速度。
[0004]如本文所用，除非另有明确说明，否则“UV”、“紫外光”、“UV光谱”和“光谱的UV部分”以及类似术语，应赋予其最广泛的含义，并且包括波长约10nm至约400nm和10nm至400nm的光。
[0005]如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“高功率”、“多千瓦”和“多kW”激光和激光束以及类似的此类术语表示和包括激光束、以及提供或传送激光束的系统，该激光束具有至少1kW(非低功率，例如，不少于1kW)、至少2kW(例如，不少于2kW)、至少3kW(例如，不小于3kW)、大于1kW、大于2kW、大于3kW、约1kW至约3kW、约1kW至约5kW、约2kW至约10kW的功率和在这些范围内的其他功率以及更大的功率。[0006]如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“可见”、“可见光谱”和“光谱的可见部分”以及类似术语，应赋予其最广泛的含义，并且包括波长约380nm至约750nm和约400nm至700nm的光。
[0007]如本文所用，除非另有说明，否则“光学连接器”、“光纤连接器”、“连接器”和类似术语将被赋予其最广泛的可能含义，并且包括激光束被或可被从其传送的任何部件，激光束可传送到其内的任何部件，和传送或接收或传送和接收与例如自由空间(其包括真空、气体、液体、泡沫和其他非光学部件材料)相关的激光束的任何部件，光学部件，波导，光纤以及前述部件的组合。[0008]如本文所用，除非另有明确说明，否则部件(例如光纤)的术语“近端”是指当部件与激光源进行光学通信时，最靠近激光源的一端，例如接收激光束的一端。如本文所用，除非另有明确说明，否则部件(例如光纤)的术语“远端”是指当部件与激光源进行光学通信时，光学上离激光源最远的一端，例如从其发射或传送激光束的一端。[0009]如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“蓝色激光束”、“蓝色激光”和“蓝色”应给出其最广泛的含义，并且通常指的是提供激光束的系统，激光束，提供(例如传送)激光束的激光源，例如激光器和二极管激光器，或波长为约400nm至约500nm的光。[0010]如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“绿色激光束”、“绿色激光”和“绿色”应给出其最广泛的含义，并且通常指的是提供激光束的系统，激光束，提供(例如传送)激光束的激光源，例如激光器和二极管激光器，或波长为约500nm至约575nm的光。
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说 明 书
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通常，除非另有说明，否则本文所用的术语“约”意在涵盖±10％的方差或范围，涵
盖与得到所述值相关的实验或仪器误差，并且优选地涵盖其中较大者。[0012]除非另有说明，否则本文的数值范围的叙述仅旨在作为一种单独地指代落入该范围内的每个单独值的速记方法。除非本文另有说明，否则在范围内的每个单独值均并入到说明书中，如在本文中被单独引用一样。
[0013]本发明背景部分旨在介绍与本发明的实施例相关的本领域的各个方面。因此，本节前面的讨论为更好地理解本发明提供了框架，而不应视为对现有技术的承认。发明内容
[0014]本发明使本领域进步并解决了长期存在的将光，特别是高功率激光束有效耦合到光纤中并通过这些光纤来传输光的需求。本发明通过提供本文所教导和公开的制品、设备和工艺，尤其是使本领域进步并解决了这些问题和需求。[0015]提供了使用三包层光纤来保护激光，以免激光与壳体或壳体中的材料的相互作用。
[0016]进一步地，还提供了二次包层的使用，以保护光，以免光与污染物或其他材料相互作用，这样的相互作用会导致对光纤的热损伤、光损伤或损伤。由于包层界面处的光相互作用，材料从污染物中脱气(outgassing)而产生的功能。[0017]此外，还提供了带有可选端盖的三包层光纤设计。[0018]还更进一步地，提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、光纤和组件：其中包层限定外表面；并且，其中该外表面具有污染物。[0019]还提供了一种光纤连接器组件，其具有：具有近端和远端的三包层光纤，在近端和远端之间限定了长度；该光纤具有纤芯、与纤芯直接接触的内包层、邻近内包层的第二包层和邻近第二包层的外包层；其中沿着光纤长度的近端部分，外包层已经被去除，从而限定光纤的近端长度并暴露沿着近端长度的第二包层的外表面，该外表面具有污染物；并且，该近端长度位于连接器的内腔中，由此污染物位于连接器的内表面和第二包层的外表面之间；由此，污染物被第二包层屏蔽，使污染物不受内包层中的激光能量的影响；从而最大程度降低来自激光-污染物相互作用的有害热效应。[0020]另外，提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、光纤和组件：其中连接器具有端盖，光纤的近端光学连接到端盖；其中光纤的远端光学连接到单包层光纤；其中光学连接是接头；其中单包层光纤具有模态消除器；其中污染物覆盖光纤的近端长度的超过约5％的表面；并且其中污染物覆盖与连接器的内表面接触的超过约10％的外部光纤表面。[0021]此外，提供了一种光纤连接器组件，其具有：具有近端和远端的光纤，在近端和远端之间限定了长度；该光纤具有纤芯、与纤芯直接接触的内包层、邻近内包层的第二包层；该第二包层具有沿光纤的长度的区域，其中光纤的外表面被污染物污染，所述污染物在与激光束相互作用时导致光纤的热降解；由此限定外部的受污染区域；并且，外部的受污染区域与连接器的内表面直接接触；由此，污染物被第二包层屏蔽，使污染物不受内包层中的激光能量影响；从而防止光纤的热降解。[0022]另外，提供了通过这些组件来传输激光束的方法；其中所述激光束具有一个或多个以下特征：约1W至约10kW的功率；约1W至50kW的功率；约5W至2kW的功率；蓝色波长；蓝绿
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色波长；绿色波长；并且其中组件不会发生热降解。[0023]此外，提供了一种制造受污染的光学连接器的方法，该光学连接器在传输激光束时不会热降解，该方法包括：获得三包层光纤；该光纤具有纤芯、邻近纤芯的内包层、邻近内包层的第二包层和邻近第二包层的外包层；去除外包层的一部分，从而暴露第二包层的表面；第二包层的表面具有污染物，从而限定了受污染的外表面；以及，将光纤的近端插入连接器中；其中受污染表面的至少一部分与连接器的内表面直接接触；由此，污染物被第二包层屏蔽，使污染物不受内包层中的激光能量影响；从而防止激光-污染物相互作用的有害热效应。
[0024]更进一步，提供了通过具有三包层光纤的受污染的光学连接器组件来传输功率为约10W至约20kW的激光束，而不会由于组件中的污染而对光纤或连接器造成有害的热效应。[0025]此外，提供了具有一个或多个以下特征的方法、光纤和组件：如权利要求11的方法，其中污染物位于光纤的外表面和连接器的主体的内表面之间。[0026]此外，提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、光纤和组件：其中激光能量被传输至少1000小时的总持续时间，而不会引起有害的热效应；其中激光能量被传输至少100小时的总持续时间，而不会引起有害的热效应；其中激光能量被传输至少500小时的总持续时间，而不会引起有害的热效应；其中激光能量被传输至少1000小时的总持续时间，而不会引起有害的热效应；其中激光束被传输激光系统的1至500个工作循环(duty cycle)，而不会引起有害的热效应；其中激光束被传输激光系统的1至2000个工作循环，而不会引起有害的热效应；其中激光束被传输激光系统的超过500个工作循环，而不会造成有害影响；其中激光束被传输激光系统的超过1000个工作循环，而不会引起有害的热效应；并且其中激光束被传输激光系统的超过5000个工作循环，而不会引起有害的热效应。[0027]更进一步，提供了一种组装用于激光系统的组件的方法，该组件被配置用于具有约50W至约50kW功率的激光束，该方法具有以下步骤：提供具有纤芯、包围纤芯的第一包层、包围第一包层的第二包层和包围第二包层的外层的光纤；去除外层，从而暴露第二包层的外表面；由此污染物与外表面相关；将光纤插入具有空腔的结构中，空腔限定了内表面；留下至少约100％的与外表面相关的污染物；将光纤插入空腔，由此污染物位于外表面和内表面之间；其中所述光纤能够接收和传送功率为约50W至约50kW的激光束，而不会被激光束和污染物之间的相互作用损坏。[0028]更进一步，提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、光纤和组件：其中外表面不能被清洁；其中外表面不被抛光；其中内表面具有与其相关的污染物；其中内表面不被清洁；其中90％的污染物被留下；其中80％的污染物被留下；其中50％的污染物被留下；其中20％的污染物被留下；其中污染物在外表面上；其中污染物嵌入外表面中；其中在插入之后，污染物嵌入内表面和外表面中；其中该结构是套圈；其中内表面和外表面直接接触；其中激光功率为约50W至1kW；其中激光功率为约1W至10W；其中功率为约100W至约500W；其中功率为约100W至约200W；其中功率为约150W；并且其中功率为约1kW至约20W。附图说明
[0029]图1是现有技术光纤的透视图，示出了这些光纤的问题。[0030]图2是根据本发明的光纤的实施例的透视图。
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图3是根据本发明的光纤连接器的实施例的截面图。
[0032]图4是根据本发明的光纤接头的实施例的截面图。[0033]图5是根据本发明的包层光模态消除器(cladding light mode stripper)的实施例的截面图。
具体实施方式[0034]通常，本发明涉及光纤的配置，特别是用于传输高功率激光束的光纤的配置。本发明的实施例涉及光纤、光学连接器、光学耦合器和光纤接头的配置，用于减缓和消除位于光纤纤芯的外部的污染物的决定性影响。[0035]因此，一般而言，光纤可以具有纤芯、包层，并且可以具有另外的包层，以及涂层和其他保护层。例如，光纤可以是空芯光子晶体或实芯光子晶体。通常地，光纤包层包围纤芯，并且涂层(如果存在)包围包层，而其它保护层(如果存在)包围涂层。纤芯通常地具有圆形截面，尽管也预期有其他形状，例如正方形。在实施例中，光纤或光纤的一段长度没有包层。[0036]光纤可以是单模或多模的。如果是多模的，实施例的数值孔径(NA)可以在0.1至0.6的范围内。
[0037]纤芯可由熔融石英组成。纤芯可以具有从约5微米(μm)至约1500μm、约10μm至约1000μm、约8μm至约65μm的截面，例如直径，包括在该范围内的所有直径以及更大和更小的直径。
[0038]包层可以由掺氟熔融石英或其他材料组成，例如掺有折射率改变离子(例如锗)的熔融石英。包层厚度在一定程度上取决于纤芯的直径，然而，包层厚度可以是从约10μm至约300μm，约40μm至约250μm，以及约20μm至约150μm，包括该范围内的所有厚度以及更大和更小的厚度。如本文中关于多层结构所使用的，术语“厚度”是指层的内径(或内表面)和其外径(或外表面)之间的距离。包层的厚度取决于单模或多模配置，并且可以与纤芯尺寸和预期波长相关。通常，包层的外径应该是纤芯外径的1.1至1.2倍或更多倍。[0039]通常地，在阶跃折射率光纤的实施例中，纤芯的折射率是恒定的，包层的折射率低于纤芯的折射率。在多包层光纤中，包层的折射率可以变化。在实施例中，光纤可以是梯度折射率光纤，其中典型地，纤芯的折射率随着离光纤的光轴(例如，中心)的距离增加而降低。
[0040]涂层可以是例如丙烯酸酯聚合物、聚酰亚胺或其他材料。[0041]通常，当光(例如激光束)以及蓝色、蓝绿色和绿色激光束耦合(例如发射)到光纤(例如典型的阶跃折射率光纤)中时，一些光进入包层以及纤芯。由于光被发射到包层中，光与包层中、包层表面上或两者存在的污染物相互作用。污染物也可能存在于部件的内表面上，其中该内表面与光纤的外表面直接接触，例如当光纤插入套圈中时。[0042]例如，在组装各种激光器和光学系统时，会剥去光纤的外部非玻璃包层材料，例如涂层和保护层。这样做有各种原因，包括防止因与激光的相互作用而对这些外部非玻璃层造成的损坏。这种相互作用会导致散射，散射导致进一步的相互作用、加热和热反应以及其他有害现象，从而损坏光纤、系统的部件以及两者。[0043]然而，当移除这些层时，通常会留下污染物。这些污染物可以是例如灰尘、环氧树脂或抛光化合物，它们截留在光纤上或光纤中，或者存在于光纤的外表面与光纤所处于的
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部件(例如套圈)的内表面之间。因此，例如，这些污染物可能位于连接器套圈和光纤之间。[0044]据认为，物理去除这些污染物，而且以不损害光纤物理和光学特性的方式进行，是非常困难和昂贵的，有时也是不切实际的。[0045]在一些系统中，由于光纤近端的发射条件或光纤远端的背反射，大量功率会在光纤包层中传送。这可能导致光纤热损坏或从套圈材料的脱气，从而导致光纤退化。脱气后的材料也会沉积在光纤表面，导致光纤功能的丧失。[0046]由于构造过程的缘故，截留在光纤周围的材料不能轻易地缓和。[0047]因此，转到图1，其是现有光纤的实施例的透视示意图，示出了包层激光能量与和包层相关的污染物相互作用的问题。光纤100具有被包层102包围的纤芯101。包层具有外表面103，具有在外表面103、包层102之上、之中的污染物104a、104b或以其他方式机械地、化学地或两者与外表面103、包层102或两者相关的污染物104a、104b，或在外表面103、包层102之上、之中的污染物104a、104b以及以其他方式机械地、化学地或两者与外表面103、包层102或两者相关的污染物104a、104b。箭头106所示的包层光能可以逸出包层，如箭头106a、106b、106c和106d所示。从包层逸出的这种光与污染物104a、104b相互作用，引起不需要的热相互作用108，这种热相互作用108会使光纤退化和损坏。
[0048]本发明的实施例通过减少并优选消除包层激光能量与这种污染物的相互作用来解决这个问题。以这种方式，避免了这种有害的相互作用，而不需要去除污染物。[0049]转到图2，示出了解决、减轻并优选消除这些有害的激光-污染物相互作用的光纤配置的实施例的透视示意图。该问题的解决方案可以通过使用三包层光纤200的实施例来实现。三包层包括诸如丙烯酸酯的非玻璃材料。在光纤连接器组装过程中，该非玻璃层从光纤的小区域(因此在图中未示出)移除。光纤200具有纤芯201、第一包层202和第二包层203，第二包层203具有外表面204。光纤具有污染物205a、205b。污染物205a、205b可以在表面205、包层203之中、之上或以其他方式机械地、化学地或两者与表面205、包层203相关，或者污染物205a、205b可以在表面205、包层203之中、之上以及以其他方式机械地、化学地或两者与表面205、包层203相关。应当理解，通常污染物在表面205上。通过确定第一包层和第二包层的尺寸，例如外径为230μm至250μm的第一包层和直径为280μm的第二包层，在光纤中正确发射或通过背反射聚焦回光纤的光可以主要由第一包层包含，而光的很小一部分在第二包层中。可以是更高功率的包层光能207可以发射到第一包层202中，非常弱的包层光能208也能发射到第二包层203中。第二包层203屏蔽任何污染物，例如205a、205b，使污染物不与更高功率的包层光能207相互作用。包层203还屏蔽污染物，使污染物免受发射到纤芯201的光能影响，该光能可能泄漏到第一包层202中。在预期的(例如，规定的)光纤使用功率水平下，第二包层中功率传输的减少最大程度降低了并且优选地消除了材料脱气或对光纤热损伤的可能性。该实施例的光纤构造减少、最大程度降低并优选消除了有害的热效应，否则该热效应会由与光纤外表面相关的污染物引起。以这种方式，如本说明书的其他实施例和教导所进一步说明的，尽管在光纤的表面上具有污染物，例如，在光纤的接触或邻近与光纤相关的光学设备表面的表面上的污染物，本发明光纤的实施例可以安全、成功和有效地用于连接器、耦合器和其他光学器件或接口。因此，尽管如此，避免复杂和昂贵的清洗步骤可能无法成功地消除这些污染物。此外，应当理解，在一些情况下(例如关键用途应用)，这种清洁步骤可以用作提高本发明光纤质量的生产步骤，但不是必需的。
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本发明的实施例采用这种三包层光纤配置，作为各种激光器和光学系统中的部件
或配置的一部分，在这些部件或配置中，仅举几个例子来说，光纤连接到其他部件，激光束被发射或接收，背反射被接收，以及进行光纤到光纤的连接。[0051]转到图3，示出了光纤连接器结构300的实施例的截面示意图，该光纤连接器结构300解决、减轻并优选消除了这些有害的激光-污染物相互作用。光纤309包括直径为200μm、标称NA为0.22的光芯310，由外径为250μm、NA为0.24的第一包层311包围。第一包层311允许发射的高功率激光束在光芯310中传送。第二包层312的外径为280μm，NA为0.26。第二包层312包含第一包层中的光，使得光在第一包层中传输，并最大程度降低第二包层312中的任何光传送。光纤长度足够长以保护具有任何相关的污染物303a、303b的光纤连接器302和套圈307结构，之后将其拼接到常规的单包层光纤，然后可以与光纤模态消除器(fiber optic mode stripper)相互作用。
[0052]示出了三包层光纤309的外部非玻璃层370。可以看出，对于光纤309的在连接器主体302内的部分，该层370已经从光纤309剥离。
[0053]光纤连接器结构300具有连接器主体302，连接器主体302容纳端盖301、套圈307和光纤309。光纤309与端盖301光学连通。优选地，光纤309机械地和光学地连接到端盖301。[0054]污染物在图中以较暗的线和虚线示出，例如303a、303b。污染物位于光纤的第二包层312的外表面330与套圈207的内表面340之间。[0055]转到图4，示出了光纤接头结构400的实施例的截面示意图，该光纤接头结构400解决、减轻并优选消除有害的激光-污染物相互作用。在该实施例中，具有光纤连接器结构400a。光纤409包括直径为200μm、标称NA为0.22的光芯410，光芯410由外径为250μm、NA为0.24的第一包层411包围。第一包层411允许发射的高功率激光束在光芯410中传送。第二包层412外径为280μm、NA为0.26。第二包层412将光包含在第一包层中，使得光在第一包层中传输，并最大程度降低第二包层412中的任何光的传送。(可以使用其他光芯直径和包层厚度，例如本说明书中所述的那些。)
[0056]光纤连接器结构400a具有连接器主体402，连接器主体402容纳端盖401、套圈407和光纤409。光纤409与端盖401光学连通。优选地，光纤409机械地和光学地连接到端盖401。[0057]污染物在图中以较暗的线条和虚线表示，例如403a、403b。污染物位于光纤409的外表面430和套圈407的内表面440之间。
[0058]光纤409的长度足够长以保护具有相关污染物403a、403b的光纤连接器402和套圈407结构，之后将接头430拼接到传统的单包层光纤450(具有纤芯410a和包层451)。[0059]如箭头420所示，包层411中光能的行进方向远离端盖401，朝向并穿过接头430并进入包层451。因此，在该实施例中，包层光通过接头发射到第二光纤的包层中。应当理解，纤芯可以具有更大的直径，并因此使来自双包层光纤的内包层的包层光入射到单包层光纤的纤芯中。
[0060]考虑了具有两个、三个或更多个(“n”个)包层、光学连接到例如拼接到具有n-1或n-2个包层的光纤的光纤的所有组合，激光优选地从具有较多包层的光纤传送到具有较少包层的光纤。实施例也可以具有光学连接的两个光纤，这两个光纤具有相同数量的包层。[0061]转到图5，图5是模态消除器和接头配置的实施例的截面示意图，该模态消除器和接头配置解决、减轻并优选消除有害的激光-污染物相互作用。在该实施例中，光纤接头结
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构400(来自图4的实施例，所有结构都是相同的，为了简单起见，省略了引线，相同的数字表示相同的结构)具有其单包层光纤450，该单包层光纤450具有模态消除器区域500。区域500具有模态消除器510，该模态消除器510从包层移除包层光，将包层光传递到散热元件502，在散热元件502中，该能量转换成热量并消散或以其他方式移除。[0062]在图5所示的示意图的实施例中，通过位于接头450附近的模态消除器500来移除从内包层412传送的光。除了模态消除器500之外，光纤450可以用丙烯酸酯或硅树脂包层和缓冲材料来缓冲。
[0063]本发明的实施例减少并优选消除了去除与光纤的外表面(例如包层的外表面、在组件中接收外表面的空腔的内表面，以及两者)相关的污染物的需要。以这种方式，在组件的制造中，最大程度降低、减少并且优选地消除对昂贵、耗时和潜在破坏性的清洁和抛光步骤的需求。
[0064]在实施例中，100％、约5％至约99％、约10％、约20％、约25％至约90％、约50％或更多、约70％或更多、约60％至100％以及这些范围内的所有百分比的污染物可在组件制造期间与表面相关，并保留在最终组件中，而不会在激光束传送期间引起激光-污染物相互作用。因此，例如，与接口装置的内表面(例如套圈内表面或连接器内表面)直接接触的光纤外表面的1％至100％，会有污染物在其上。此外，该外部光纤表面的约1％至约25％、约5％至约70％、约15％至约30％和约20％至约80％可能具有污染物在其上，从而在激光束传送过程中引起激光-污染物相互作用。
[0065]本实施例可应用于高功率激光系统，例如焊接、切割、增材制造、增-减材制造和其他激光处理系统，包括工业、制造业、电信和医疗系统。它们适用于所有波长的激光能量，其中包括光的激光能量，包括UV、可见的和红外波长的激光束。它们适用于各种功率激光束的激光系统，例如0.01kW至0.1kW、0.1kW至0.5kW、0.5kW、约1kW、约5kW、约10kW、约20kW、约50kW、约1kW至约20kW、约5kW至约50kW、约10kW至约40kW，以及这些范围内的所有功率以及高功率和低功率。
[0066]在这些多包层光纤的实施例的示例中，光纤接头和包层光模态消除器配置成在利用100W至200W范围内，优选地为150W的激光能量的系统中操作。该系统可以是例如激光焊接系统或3D打印机、激光焊接机、激光切割机和类似类型的激光制造系统。[0067]在实施例中，使用本发明的光纤、连接器和接头结构的系统的优选波长是蓝色波长和绿色波长，包括450nm、515nm的波长。在实施例中，蓝色波长和绿色波长光束具有21mm mrad至12mm mrad、10mm mrad至70mm mrad、15mm mrad至小于1mm mrad、小于约15mm mrad、小于约10mm mrad、小于约5mm mrad和约1mm mrad的光束质量，以及这些范围内的所有值以及更大和更小的值。[0068]应注意，不需要提供或提出强调作为本发明的实施例的主题或与本发明的实施例相关的新的和开创性的过程、材料、性能或其它有利特征和性质的理论。然而，在本说明书中提供了各种理论以进一步在该领域中推进技术。除非另有明确指出说明，否则在本说明书中提出的理论决不限定、限制或缩小要求保护的发明的保护范围。这些理论很多不是利用本发明所需的或实践的。还应理解，本发明可以引起新的、迄今未知的理论来解释本发明的方法、制品、材料、装置以及系统的实施例的功能特征；如此后来发展起来的理论不应限制本发明的保护范围。
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除了这里阐述的那些之外，本说明书中阐述的系统、设备、技术、方法、活动以及操
作的各种实施例可用于各种其他活动和其他领域中。另外，例如，这些实施例可与以下一起使用：将来可开发的其他设备或活动；并且，基于本说明书的启示，可部分地改进的现有设备或活动。进一步地，本说明书中阐述的各种实施例可以不同的各种结合彼此一起使用。因此，例如，本说明书的各种实施例中提供的配置可彼此一起使用；并且，本发明的保护范围不应局限于在特定实施例，特定实施例、示例或特定附图中的实施例中阐述的配置或布置。[0070]不脱离本发明的精神或必要特征，本发明能体现为不同于这里具体公开的形式的其他形式。所描述的实施例应视为在所有方面都只是阐述性的而非限制性的。
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