專利名稱：改善聚合物光導(dǎo)纖維功率處理能力的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸纖維，如已廣泛使用于工業(yè)及醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域中光傳輸和照明用的由聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA等)制造的低熔解溫度的纖維。更具體地，本發(fā)明涉及這種光傳輸纖維的功率處理能力。
以下
背景技術(shù)：
的描述代表發(fā)明人的知識并不一定代表該技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員的知識。
低熔解溫度的、由聚合物制造的纖維具有大數(shù)值孔徑，機(jī)械柔性及低成本的優(yōu)點(diǎn)。通常光直接從聚焦光源或從另外的光纖或光纖束通過鄰接耦合(“對接耦合”)耦合到這種光纖中。
由于這種聚合物的低熔化溫度及它們的光吸收特性，聚合物纖維的功率處理能力相對地低。限制能被傳輸?shù)墓饪偭康年P(guān)鍵參數(shù)是由纖維中的吸收光產(chǎn)生的溫度升高，雖然可以忽略地小，但它將引起“熱逸散”及聚合物纖維的熔化。纖維端面逐漸溶化的原因不僅包括光吸收，而且也包括非傳輸光轉(zhuǎn)換成熱，后者是由于光源及聚合物纖維之間參數(shù)及數(shù)值孔徑不匹配引起的。
光吸收與局部功率強(qiáng)度有關(guān)。其結(jié)果是強(qiáng)度分布形狀是聚合物光纖熔化時輸入功率的主要確定因素，該強(qiáng)率分布通常為高斯分布。此外，如果未使用適當(dāng)?shù)臑V光來消除UV及IR光，纖維將變色及其傳輸能力下降，后者受高光強(qiáng)度及非傳輸光產(chǎn)生的熱而加速變差。
通過在光源及聚合物纖維之間增加空間濾波可獲得改善?？臻g濾波器可由散熱器和置于聚合物纖維和光源的輸入界面上的孔徑組成，或由短玻璃或石英纖維組成，它們的數(shù)值孔徑等于或小于聚合物纖維的數(shù)值孔徑及其長度足夠消除未制導(dǎo)的光模。后者對于譬如1mm直徑的PMMA纖維其聚合物纖維的功率傳輸性能可從100mW范圍改善到300mW至400mW的范圍。但是，與類似的玻璃纖維或石英纖維相比，這種聚合物纖維的低熔化溫度嚴(yán)重地限制了能耦合到單根聚合物纖維或纖維束中的最大功率。對于典型3mm或更大的大直徑單根纖維，在本技術(shù)領(lǐng)域中公知可在光源及聚合物纖維之間插入玻璃纖維束。美國專利US4,986,622(Martinez)傳授使用玻璃纖維束從光源向塑性聚合物纖維束傳輸光。雖然知道這種空間濾波器可增加能通過塑料纖維傳輸?shù)墓舛鵁o損害，但是如不修改高斯分布的形狀要消除未制導(dǎo)的光模，空間濾波能力受到限制。
雖然空間濾波能消除未制導(dǎo)的光模，輸入光具有類似高斯的強(qiáng)度分布，其中峰值功率在光束中心最強(qiáng)，而在光束外圍最低。其結(jié)果是，聚合物纖維端面中心處的強(qiáng)度成為纖維功率處理能力的限制因素，因?yàn)楦哂谖臻撝档母叻逯倒β蕦⒁鹄w維的損壞。
本發(fā)明將通過擴(kuò)寬或修改高斯強(qiáng)度分布來增加功率處理能力而不明顯地使光耦合到聚合物纖維中的耦合效率下降。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，整體強(qiáng)度分布更均勻及峰值強(qiáng)度變低。這能使更多的總功率耦合到聚合物纖維中而不使聚合物纖維的輸入界面熔化。該公開之方法有助于功率傳輸?shù)娘@著改善例如可使超過1瓦的功率通過1mm直徑的PMMA纖維傳輸。
本發(fā)明提供了一種新的方案，它包括一種修改了光強(qiáng)度分布以致增加了吸收引起熱耗散時的閾值輸入功率。該裝置在光耦合到單個聚合物纖維或纖維束中以前增寬了光源的輸出強(qiáng)度分布。通過增寬強(qiáng)度分布，在高斯強(qiáng)度分布的中心處的能量被分散到四周，由此降低了峰值功率強(qiáng)度。因?yàn)槲杖Q于每個單元區(qū)域的能量，吸收能量的下降使達(dá)到聚合物開始熔化時的溫度閾值的可能性減小。因此，在其上聚集的熱量減小，如果高斯分布未被修改則會發(fā)生聚集熱量的增加，由此保證了在很高輸入功率時纖維的安全。這就增加了聚合物纖維可傳輸?shù)?、不會熱損傷的最大功率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于增加聚合物纖維功率處理能力的方法包括以下步驟a)發(fā)射光，該光已濾去波長低于約400nm及高于約700nm的光并具有來自纖維光源的高斯強(qiáng)度分布；b)使高斯強(qiáng)度分布變寬，以使得高斯強(qiáng)度分布中心的能量被分配到高斯分布的四周，以便在光發(fā)射到聚合物纖維前降低發(fā)射光的峰值功率強(qiáng)度；c)將發(fā)射光傳送到至少一根聚合物纖維中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，保持高斯強(qiáng)度分布，以便發(fā)射(即傳輸)到至少一根聚合物纖維中的全部能量基本上未改變，但峰值功率強(qiáng)度減小。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，使高斯強(qiáng)度分布擴(kuò)寬的步驟包括在發(fā)射光及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置一個擴(kuò)散器一該擴(kuò)散器最好是一個熔接的纖維束。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，熔接纖維束的端面在一個角度上。
這種擴(kuò)寬裝置的有利功能特征是，對于來自光源的給定功率強(qiáng)度、例如來自光導(dǎo)纖維的光或來自弧光燈的光的給定功率強(qiáng)度，入射到聚合物纖維表面上的總能量必須未改變，但峰值功率必須減小。事實(shí)上，必須執(zhí)行的轉(zhuǎn)換是將中心小角度的光散射到四周成為大角度的光，由此使高斯分布中心上每點(diǎn)處的局部功率密度減小。
從以下結(jié)合附圖及權(quán)利要求書對優(yōu)選實(shí)施例的描述中，將會使本發(fā)明的上述和另外優(yōu)點(diǎn)、特征及各方面更易于理解。
本發(fā)明以例子的形式表示在附圖中但不受附圖的限制，其中相似的標(biāo)記表示相似的部分，附圖為

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的概要側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的概要側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的成角度輸入端面熔接束的輸出強(qiáng)度分布圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明多個實(shí)施例的本發(fā)明布置的概要側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明一個替換實(shí)施例的概要側(cè)視圖；及圖6是本發(fā)明另一替換實(shí)施例的概要側(cè)視圖。
本發(fā)明的構(gòu)思是，功率強(qiáng)度分布的變換及擴(kuò)寬借助擴(kuò)散器來實(shí)現(xiàn)，例如借助全息光柵，或微透鏡陣列，或聚光拋物面聚光器，或旋轉(zhuǎn)三棱鏡，或劈光器。但是，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是使用熔接纖維束，它被設(shè)計(jì)成作為擴(kuò)散器工作而不是作為光導(dǎo)器件。
一個熔接的纖維束譬如可以具有幾千根小直徑的纖維，每根具有的直徑范圍約為10m至50m。熔接束的設(shè)計(jì)依賴了光耦合到其中的聚合物纖維的數(shù)值孔徑。為了獲得強(qiáng)度分布的擴(kuò)寬及通過聚合物纖維的高光傳輸率的一般規(guī)格依賴于熔接束及聚合物纖維的相對數(shù)值孔徑及熔接纖維束的長度。在熔接束的輸入端面上，每一小纖維截獲從光源出射的光束的一部分，并將它傳輸?shù)嚼w維束的輸出端。熔接束的輸出分布是每單根纖維的輸出強(qiáng)度分布的和，它依賴于每單根纖維的數(shù)值孔徑。
如果熔接束短于其直徑的7倍左右，光將以包層模方式(如未制導(dǎo)光)被傳送到遠(yuǎn)端，然后將來自每根纖維的發(fā)射強(qiáng)度分布擴(kuò)散。熔接束相對其直徑的實(shí)際長度依賴于芯體包層率及相對數(shù)值孔徑。最終效果是在輸出端面上建立比輸入端面上峰值強(qiáng)度低的寬高斯分布，甚至當(dāng)輸入光的數(shù)值孔徑與熔接束中各纖維的數(shù)值孔徑相同時也如此。通常，熔接束的有效數(shù)值孔徑選擇成大于聚合物纖維的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑愈大，輸出分布愈平，與光源直接耦合，這又使得聚合物纖維傳送更大功率。實(shí)際上，光從中心分散到高斯分布的邊緣，減小了發(fā)生熔化的吸收閾值及峰值功率。由于包層模的光量依賴于熔接纖維束的長度，該熔接束的長度可被調(diào)節(jié)，以控制以包層模方式傳送的光量，并由此根據(jù)需要再擴(kuò)散該強(qiáng)度分布。通過控制熔接束的數(shù)值孔徑和其長度之一或這兩者，可獲得最佳輸出強(qiáng)度分布。
進(jìn)入低熔化溫度的聚合物纖維的光應(yīng)在可能的程度上被濾波，以除去能被纖維強(qiáng)烈吸收并可能導(dǎo)致纖維本身光傳輸性能永久損傷的頻譜帶寬。典型地，這些帶寬包括UV(＜400nm)及IR(＞700nm)波長范圍，但實(shí)際截止頻率依賴聚合物纖維的頻譜特性。例如，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，使用PMMA纖維，低于410nm及高于700nm的光被濾去。對于Rohm及Hass Optiflex聚丙烯酸酯纖維，截止點(diǎn)約為430nm及700nm。
濾光可在電源內(nèi)部完成，在作為光源的單光傳輸纖維的輸入端，或在熔接束及至少一根聚合物纖維之間的界面上完成濾波。濾光可使用在透射或反射表面上的非傳導(dǎo)性涂層一例如設(shè)計(jì)用于收集、聚光及將光聚焦到單根光纖端面上用于發(fā)送光的鏡面。熔接束的端面可以涂以非傳導(dǎo)性涂層以僅傳輸400nm及300nm之間的波長的光，以減少對聚合物纖維的損壞。實(shí)際波長的選擇將取決于聚合物纖維的吸收特性。另一方式是，可將帶通濾波器施加在熔接束的一端或兩端，用于限制光帶寬以減少對聚合物纖維損壞或控制它的具體光應(yīng)用的帶寬。例如，對于一個具體應(yīng)用如激勵藥物或化學(xué)品需要光的具體帶寬為630nm-690nm，該熔接束的輸入及輸出端面可以分別非傳導(dǎo)性地涂以低通(＜690nm)及高通(＞630nm)涂層，以產(chǎn)生所需的光帶寬。又一作法是，非傳導(dǎo)性涂層可施加在作為光源的光導(dǎo)纖維的一端或兩端，以產(chǎn)生濾波光。類似地，可使用對將光耦合到聚合物纖維中而不損壞它的光傳輸特性結(jié)構(gòu)中的各種光元件上涂層的組合；例如，設(shè)計(jì)用于將光收集、會聚及聚焦到單根光纖端面及熔接束一個端面上的鏡反射面。如果不使用熔接束，則可使用如上所述的用于擴(kuò)散光的替換裝置，對于這些擴(kuò)散器也可以象對濾光器一樣施加非傳導(dǎo)性涂層。
圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施例，如上所述，它具有一個熔接纖維束200，該纖維束具有大致垂直的端面210及220，例如在每端拋光成零度。如圖所示，纖維光源100直接將光射入纖維束200。然后纖維束200將光射入聚合物纖維300。可以考慮聚合物纖維可包括單根纖維或纖維束。
圖2表示另一實(shí)施例，其中端面210形成一角度A。在圖2中，相似標(biāo)記表示相似部分。聚合物纖維300的功率處理能力通過將光發(fā)射到熔接束200進(jìn)一步地得到改善，該熔接束具有拋光成相對于垂直線Y大于零度的角度。增加輸入角的作用是減小熔接束200輸入側(cè)的有效數(shù)值孔徑(NA)，以增加由包層模傳輸?shù)墓饬浚霸谳敵鰝?cè)上將強(qiáng)度分布的中心稱向纖維周圍，由此形成非對稱強(qiáng)度分布。所產(chǎn)生的相對熔接束X軸的非對稱分布將有助于散熱器(未示出)的更有效使用，以在纖維中集聚能量前將能量更快地散射出去。
本發(fā)明考慮，其輸入強(qiáng)度分布被修改的聚合物纖維300可為單根聚合物纖維或纖維束，這取決于光源及聚合物特性。輸入光源100可為來自單根纖維的光或聚焦光源。此外，如上所討論的，使強(qiáng)度分布散布或擴(kuò)散的纖維束可由另外能提供類似散布的裝置替換，盡管不是最佳的，如包括用于空間采樣的光器件，諸如二進(jìn)制光器件、集成光器件或適當(dāng)設(shè)計(jì)的非粘接纖維束。最后，除了本發(fā)明將光發(fā)射到聚合物纖維中的功率處理方面的優(yōu)點(diǎn)外，該光裝置也能用于將高強(qiáng)度光射入聚合物纖維束中并同時減少束中各纖維間的輸出功率偏差。
圖4概要說明包括用于變換及擴(kuò)寬強(qiáng)度分布的擴(kuò)散器D的本發(fā)明實(shí)施例。除了在優(yōu)選實(shí)施例中的纖維束擴(kuò)散器外，擴(kuò)散器D可涉及另外的一些擴(kuò)散器，如全息光柵、微透鏡陣列、聚光拋物面聚光器、旋轉(zhuǎn)三棱鏡或劈光器。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，應(yīng)如何基于本發(fā)明公開的內(nèi)容結(jié)合這些其它的擴(kuò)散器。
以下討論本發(fā)明多個示例結(jié)構(gòu)。下面的表1適用于多個這種結(jié)構(gòu)。
表1相對熔接束輸入角的耦合效率及最大輸出功率


光源纖維780μm芯體直徑，0.68NA熔接纖維束＜8mm長，1mm直徑，0.57NA，塑料纖維4’長，1mm直徑，0.5NA。
表1表示對于同一類型光源纖維、纖維束及塑料纖維在不同輸入端面角時的耦合效率及最大輸出功率。
現(xiàn)在來討論展示圖1所示實(shí)施例一種形式的第一示例結(jié)構(gòu)。在該第一例中，輸入光源是0.78mm直徑、0.68NA及具有高斯輸出強(qiáng)度分布的單根石英纖維。來自它的光被發(fā)射到短截熔接玻璃纖維束中，后者約小于8mm長(例如約7mm)具有0.57NA并具有幾千根20μm直徑的纖維。表1包括屬于這類結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。如表1所示，在熔接束輸出端面上耦合效率的測量確定出包層模的存在，因?yàn)樵诿勘砻嫔衔ㄒ挥^察出的損耗是由菲涅耳(Fresnel)損耗引起的。在此第一實(shí)施例中，熔接束的端面相對垂直軸Y被拋光為約零度。熔接束輸出被對接地耦合到PMMA纖維(1mm直徑，0.5NA)。如表1所示，該類結(jié)構(gòu)通過4英尺長度塑料纖維傳送的最大功率約為600mW；當(dāng)這種熔接束不存在時該最大值實(shí)際上約大于300mW。當(dāng)0.57NA的熔接束被具有較大數(shù)值孔徑的0.66NA的熔接束替代時(其中0.66NA熔接束仍具有相同長度、相同直徑，及相同直徑的纖維)，相同的PMMA纖維可傳輸1.3瓦的光功率而不熔化。強(qiáng)度分布的小變化可促使通過PMM纖維傳送光而不引起損壞的實(shí)質(zhì)性程度變化。
現(xiàn)在來討論展示該實(shí)施例的一個替換例，來自濾波的300W氙弧燈的光被聚焦到3mm直徑、0.66NA熔接束的端面上，它接著被耦合到3mm直徑的聚丙烯酸酯單纖維(由Rohm及Hass生產(chǎn)的“Optiflex”)上。高至4.5瓦的光被耦合到聚合物纖維中而不損傷聚合物纖維。相反地，將濾波的氙燈光直接地耦合到3mm聚丙烯酸酯單纖維中時，約在兩(2)分鐘內(nèi)引起纖維熔化。使用小NA熔接束或較長長度的0.66NA熔接束將類似地降低聚合物纖維的壽命。耦合到聚合物纖維端面中的強(qiáng)度分布愈寬，則能通過纖維傳輸而不損壞的光強(qiáng)度愈大。類似的，使用相同的或較大NA及具有小于3倍其直徑的長度的第二熔接束作為與起空間濾波器作用的第一熔接束結(jié)合的擴(kuò)散器來產(chǎn)生很好限定的高斯分布，將進(jìn)一步改善聚合物纖維的輸入強(qiáng)度分布，由此減少聚合物纖維的損壞。這兩個擴(kuò)散器均拋光成垂直于它們各自光軸。第二熔接束200’的例子被概要地描繪在圖5中。另一方式是，可使用包層的玻璃桿(光莖)來取代第一擴(kuò)散器，使光從光源、如氙弧燈耦合到熔接束。這種包層玻璃桿R的例子被概要地表示在圖6中。對于較小直徑纖維，插在光源及聚合纖維之間的熔接束當(dāng)其長度小于過濾空間未制導(dǎo)光模所需長度時將起到擴(kuò)散器的作用。這種熔接束擴(kuò)散器的性能在它的NA等于或大于聚合物纖維的NA時作用最佳。
現(xiàn)在來討論展示圖2所示實(shí)施例的一種形式的第二示例結(jié)構(gòu)。該第二例表示聚合物纖維對輸入強(qiáng)度分布及光源功率密度的光傳輸敏感性。如所指出的，圖2表示進(jìn)一步增加聚合物纖維功率處理能力的優(yōu)選技術(shù)。當(dāng)將光發(fā)射到具有斜角輸入端面210的熔接束時，輸出強(qiáng)度分布被移動，以致光束強(qiáng)度分布的峰值移向與垂直軸Y成大于零度的角度上。通常具有0度入射角的光能有效地移到其入射的角度上；其結(jié)果是，通常在熔接束中具有最小數(shù)目內(nèi)部反射的光被移到其入射角上并產(chǎn)生了大量在纖維內(nèi)部的內(nèi)部反射。由于對于高斯分布在0度上出現(xiàn)強(qiáng)度分布峰值，內(nèi)部反射數(shù)量的增加使輸出端強(qiáng)度分布峰值擴(kuò)寬。通過將峰值強(qiáng)度散布開，聚合物纖維內(nèi)部的峰值功率減小并使峰值吸收也減少。因?yàn)榉逯祻?qiáng)度移動引起了不對稱強(qiáng)度分布，分布的中心更靠近聚合物纖維周圍。這種移動可更有效地進(jìn)行散熱，以便更快地散除熱量。圖3表示具有不同端面210的角度的熔接束輸出強(qiáng)度分布(基于如表1中的結(jié)構(gòu))。曲線0、15及25表示分別傾斜0、15及25度的輸入端面210的強(qiáng)度分布。具有輸入角為0、15、20及25度及具有0.57數(shù)值孔徑(NA)的塑料纖維熔接束的最大輸出功率被列在表1中。
本發(fā)明不僅增加了聚合物纖維的最大功率處理能力—正是纖維的功率處理能力限制了自身的應(yīng)用，而且也可用于無論何時出于安全或另外原因調(diào)節(jié)最大光輸出。通過調(diào)節(jié)熔接束輸入端面的角度，即通過控制聚合物纖維端面的最大功率輸入，可以設(shè)置入射到聚合物纖維面上光強(qiáng)度的上限，由此可防止通過聚合物纖維傳輸過大的功率。
雖然對于本發(fā)明是參照現(xiàn)在認(rèn)為是最佳發(fā)明實(shí)施方式的優(yōu)選實(shí)施例作出圖解及說明的，但應(yīng)理解，在不偏離這里公開的及由以下權(quán)利要求書限定的寬廣發(fā)明構(gòu)思的情況下，將本發(fā)明應(yīng)用于各種實(shí)施方式可作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于增加聚合物纖維的功率處理能力的方法，包括下列步驟a)發(fā)射來自纖維光源具有高斯強(qiáng)度分布的光；b)使高斯強(qiáng)度分布變寬，以使得高斯強(qiáng)度分布中心的能量被分配到高斯分布的四周，以便降低發(fā)射光的峰值功率強(qiáng)度；c)將發(fā)射光傳送到至少一根聚合物纖維中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述擴(kuò)寬高斯強(qiáng)度分布的步驟包括使傳送到至少一根聚合物纖維的總能量基本保持不變，但減少峰值功率強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述擴(kuò)寬高斯強(qiáng)度分布的步驟包括在發(fā)射光及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置擴(kuò)散器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述設(shè)置擴(kuò)散器的步驟涉及設(shè)置從以下組中選擇的一個擴(kuò)散器，該組由全息光柵、微透鏡陣列、聚光拋物面聚光器、旋轉(zhuǎn)三棱鏡、劈光器及熔接纖維束組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述設(shè)置擴(kuò)散器的步驟涉及提供一個熔接纖維束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括通過對熔接纖維束端面施加非傳導(dǎo)性涂層過濾進(jìn)入聚合物纖維的光的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括設(shè)置具有多個小直徑纖維的所述熔接纖維束，每個纖維具有約10μm至50μm的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括使所述熔接纖維束成型，以使光在其中以包層模方式傳送由此進(jìn)一步擴(kuò)展強(qiáng)度分布的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括設(shè)置其長度小于其直徑八倍的所述熔接束的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括使熔接束的數(shù)值孔徑設(shè)置得大于至少一根聚合物纖維的數(shù)值孔徑的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括形成輸入端面及輸出端面使其基本上垂直于熔接束的中心軸的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中熔接束的所述端面被拋光成相對于所述軸成90度。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括將熔接束輸入端面相對熔接束中心軸形成小于90度的角度的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括使熔接束輸入端面相對熔接束中心軸形成小于90度并相對所述軸形成大于或等于約65度的角度的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述設(shè)置所述熔接束的步驟包括由熔接玻璃纖維設(shè)置所述熔接束。
16.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述至少一根聚合物纖維是單根PMMA纖維及還包括使熔接束的輸出端與PMMA纖維對接耦合的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述PMMA纖維的直徑約小于1mm。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括傳輸0.5瓦光功率而不使PMMA纖維熔化的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括使來自熔接纖維束周圍的光散熱的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)射光的步驟包括由單根纖維設(shè)置所述纖維光源。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)射光的步驟包括由聚焦光源設(shè)置所述纖維光源。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述發(fā)射光傳送到至少一根聚合物纖維中的步驟包括將所述至少一根聚合物纖維設(shè)置成單根聚合物纖維。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述發(fā)射光傳送到至少一根聚合物纖維中的步驟包括將所述至少一根聚合物纖維設(shè)置成聚合物纖維束。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使高斯強(qiáng)度分布變寬的步驟包括在纖維光源及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置全息光柵。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使高斯強(qiáng)度分布變寬的步驟包括在纖維光源及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置微透鏡陣列。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使高斯強(qiáng)度分布變寬的步驟包括在纖維光源及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置聚光拋物面聚光器。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使高斯強(qiáng)度分布變寬的步驟包括在纖維光源及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置旋轉(zhuǎn)三棱鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使高斯強(qiáng)度分布變寬的步驟包括在纖維光源及至少一根聚合物纖維之間設(shè)置劈光器。
29.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括對進(jìn)入至少一根聚合物纖維的光進(jìn)行濾波的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述濾波步驟包括消除被至少一根聚合物纖維顯著吸收而引起至少一根聚合物纖維損壞的光波長。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述濾波步驟包括消除低于預(yù)定波長的光波長及高于預(yù)定波長的光波長，以產(chǎn)生特定的光帶寬。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述濾波步驟包括消除低于約400nm及高于約700nm的光波長。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)射具有高斯強(qiáng)度分布的光的步驟包括提供來自被耦合到熔接束的弧光燈的光。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)射具有高斯強(qiáng)度分布光的步驟包括提供來自被耦合到包層玻璃桿的弧光燈的光。
全文摘要
聚合物纖維的功率處理能力通過擴(kuò)寬通常為高斯分布的輸入強(qiáng)度分布而增大,而不會顯著減小光耦合到聚合物纖維中的效率。增加聚合物纖維功率處理能力的方法包括以下步驟:a)發(fā)射來自纖維光源具有高斯強(qiáng)度分布的光:b)使高斯強(qiáng)度分布變寬,以使得高斯強(qiáng)度分布中的能量分配到其四周,以便在將光發(fā)射到聚合物纖維中前降低發(fā)射光的峰值功率強(qiáng)度;c)將發(fā)射光傳送到至少一根聚合物纖維中。最好使用熔接束來擴(kuò)寬強(qiáng)度分布,及最好熔接束具有斜角輸入端面。結(jié)果是,更多的總功率可被耦合到聚合物纖維中而保持低于由光吸收引起的熔化閾值,例如,可使得通過1mm直徑的PMMA纖維傳送超過1瓦的功率。
文檔編號G02B6/26GK1251658SQ98803705
公開日2000年4月26日 申請日期1998年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日
發(fā)明者欽福·鄭, 道格拉斯·M·布倫納 申請人:考金特光學(xué)技術(shù)公司