本發(fā)明涉及光纖領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有從光纖末端突出的光束整形部件的光纖組件。

背景技術(shù)：

光纖被用來引導(dǎo)光以用于大量應(yīng)用。在標準單模光纖中，引導(dǎo)的光以一種可用的模式傳播，在該模式中，光在空間上分布，使得其強度限定在橫向于光纖的縱軸方向上的高斯分布，即強烈類似于高斯形狀的橫向光分布。多模光纖的基本模式也限定高斯形狀。

對于一些應(yīng)用，可能期望從光纖輸出的光具有不同的空間分布。例如，對于加工應(yīng)用，通常優(yōu)選的是，光束具有帶有尖銳過渡的明確限定的分布，例如“平頂”分布，其在光束的邊緣處具有盡可能尖銳的過渡，并且在這些邊緣之間具有恒定的光強度。平頂分布也可用于將光耦合到集成光波導(dǎo)中。在其他可能的形狀中，例如在光學(xué)顯微鏡、塑料加工和激光捕獲應(yīng)用中，光束分布限定圍繞暗或低強度中心的更高強度的環(huán)的“環(huán)形”形狀也是令人感興趣的。

本領(lǐng)域已知各種技術(shù)將由典型光纖引導(dǎo)的高斯光束轉(zhuǎn)換為平頂光束或不同于標準高斯分布的其它形狀。

幾種這樣的技術(shù)涉及使用設(shè)置在光纖輸出下游的體元件，例如透鏡、濾光器、衍射元件等。各種構(gòu)造的非球面透鏡通常用于該目的。然而，自由空間解決方案存在若干缺陷。它們通常體積大，它們可能嚴重依賴于部件的對準，具有低的制造公差，并且通常具有低的效率。

mayehetal.(“l(fā)aserbeamshapingandmodeconversioninopticalfibers”,photonicsensors(2011)vol.1no.2:187–198)教導(dǎo)了一種光束轉(zhuǎn)換方案，其中通過反蝕刻修改單模光纖的端部以形成凹錐尖。蝕刻的圓錐體可以限制在纖維的芯部或者延伸到包層中。該方法可以提供來自單模光纖中傳播的高斯光束的一定的平頂形狀的輸出。

涉及攜帶光束的光纖的變換的其他光束整形方法包括在光纖中提供lpg(長周期光柵)(參見例如us2009/00907807(gu等))或尖銳的錐形(tianetal.“l(fā)aserbeamshapingusingasingle-modefiberabrupttaper”,opticslettersvol.34,no.3:229(february1,2009))。然而，這兩種方法都可能遭受重大損失，并且lpg還具有固有的波長依賴性，這可能對幾種應(yīng)用是不利的。

zhuetal.(“coherentbeamtransformationsusingmultimodewaveguides”,opticsexpress7506,vol.18,no.7,29march2010)教導(dǎo)使用固定在光纖端部的短片圓柱形多模波導(dǎo)將高斯光束轉(zhuǎn)換為不同形狀的光束，例如頂帽、環(huán)形、錐形和貝塞爾光束。該技術(shù)基于在波導(dǎo)的添加片中的多模干擾(mmi)原理。然而，這種方法可能受到多模波導(dǎo)長度上嚴格的制造公差的制約。

仍然需要一種有效、簡單和低成本的光束整形方案，用于將通常由光纖承載的高斯形狀的光束的空間分布轉(zhuǎn)換成平頂或其它期望的形狀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個方面，提供了一種光纖組件，該光纖組件包括光纖，該光纖支持具有限定第一形狀的空間分布的引導(dǎo)模式。光學(xué)組件還包括光束整形部件，該光束整形部件具有固定并光學(xué)聯(lián)接到光纖的末端的第一端部和與第一端部相對的第二端部。光束整形部件限定了第一和第二端部之間的光路，并且具有包括大于內(nèi)部折射率值的外部折射率值的橫向折射率分布。光束整形部件將在第一端部和第二端部中的一個處注入并且沿著光路傳播的光束的空間分布在第一端部處的第一形狀與在第二端部處的與第一形狀不同的第二形狀之間變換。

光纖可以是單?；蚨嗄?。在一些實施例中，光束整形部件可以熔合到光纖的末端。

有利地，在一些變型中，光束整形部件可以將來自光纖的光束從高斯形狀變換為非高斯形狀，例如“平頂”或“環(huán)形”形狀。

在一些實施方式中，光束整形部件可以具有以內(nèi)部折射率值為特征的內(nèi)部區(qū)域和以外部折射率值為特征的外部區(qū)域。例如，在光纖為二氧化硅基光纖的情況下，光束整形部件的外部區(qū)域可以由二氧化硅玻璃制成，并且內(nèi)部區(qū)域由摻雜有至少一種降低折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃制成。降低折射率的摻雜劑可以例如包括bore、fluor或其組合。在一些變型中，內(nèi)部區(qū)域可以同心地包括芯部、第一環(huán)和第二環(huán)。

參考附圖閱讀優(yōu)選實施例將更好地理解其它特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖1a是光纖的側(cè)剖視圖；圖1b是包括光纖和光束整形部件的光學(xué)組件的側(cè)剖視圖。

圖2a是根據(jù)一個實施例的光束整形部件的端視圖；圖2b是圖2a的光束整形部件的橫向折射率分布的曲線圖。

圖3a示出了如圖2a所示的光束整形部件中的光束的模擬傳播和變換；圖3b是從模擬光束整形部件設(shè)計的不同長度獲得的輸出非高斯形狀的曲線圖。

圖4a示出了通過改變光束整形部件的內(nèi)部區(qū)域的直徑而獲得的不同形狀；圖4b示出了對于幅度和寬度歸一化的相同形狀；圖4c示出了獲得的光束形狀的側(cè)邊緣的計算的歸一化斜率。圖4d示出了光束整形部件的不同折射率差的歸一化光束分布。

圖5a是根據(jù)另一實施例的光束整形部件的端視圖；圖5b是圖5a的光束整形部件的橫向折射率分布的曲線圖。

圖6示出了如圖5a所示的光束整形部件中的光束的模擬傳播和變換。

圖7是比較從圖5b和2b的各折射率分布獲得的輸出非高斯形狀的曲線圖。

圖8a示出了從具有兩個不同長度的光束整形部件的光學(xué)組件獲得的實驗輸出光束分布；圖8b示出了使用1.1mm長度的光束整形部件的準直光束分布。

圖9a示出了根據(jù)另一實施例的光束整形部件的折射率；圖9b示出了離開如圖9a所示的光束整形部件的模擬光束分布。

圖10是根據(jù)另一實施例的光束整形部件的折射率。

圖11a示出了具有縱向錐形部分的光束整形部件中的光束的模擬傳播；圖11b示出了三個不同錐度比的相應(yīng)的輸出光束空間分布；使用圖11c示出了圖11b的分布的歸一化斜率。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了具有固定到光纖末端的光束整形部件的光學(xué)組件。

圖1a(現(xiàn)有技術(shù))示出了光纖22和通過這樣的光纖輸出的光束的典型分布21。典型的光纖包括波導(dǎo)芯部26和包層28，并且還可以包括多個包層和/或保護套或涂層(未示出)。

光纖22可以支持一個或多個引導(dǎo)模式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的，表述“模式”是指光通過空間分布的方式。由光纖攜帶或支持的模式通常是橫向模式，即，與光束相關(guān)聯(lián)的電場沿著橫向于光束傳播方向的方向振蕩。因此，光纖中的每個引導(dǎo)模式具有由沿著橫向于光纖縱向軸線的平面的光強分布表征的空間分布。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將進一步理解的，表述“引導(dǎo)模式”是指在光纖結(jié)構(gòu)中有效引導(dǎo)的模式。因此，光可以通常在光纖芯部中長距離傳播，具有低損耗并保持其模式分布。在光纖或其他類型的波導(dǎo)中，通常通過提供高于外部折射率值的內(nèi)部折射率值來支持引導(dǎo)模式，其類似于在幾何光學(xué)中具有全內(nèi)部折射。

本領(lǐng)域已知的光纖可以是單模式的，即，波導(dǎo)芯部26僅支持一種引導(dǎo)模式。通常，由這種光纖輸出的光束的空間分布具有高斯形狀，如圖1a所示。其他類型的光纖可以是多模的，因此，波導(dǎo)芯部26和/或包層28支持多個引導(dǎo)模式，包括通常具有限定高斯形狀的空間分布的基本模式。在本說明書中，單模光纖的單一引導(dǎo)模式和多模光纖的基本模式將被稱為由光纖支持的“基本模式”。此外，這里使用的表述“高斯形狀”或“高斯分布”旨在覆蓋足以被感知到的類似于高斯曲線的類似高斯的光分布樣式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，典型的光纖被認為具有高斯基本模式，即使其中的光分布不完全再現(xiàn)高斯曲線。

根據(jù)一些實施方式，可能需要將由光纖輸出的光束的空間分布從對應(yīng)于光纖的引導(dǎo)模式的形狀(通常為高斯形狀)變換為更適合于光束預(yù)定的應(yīng)用的另一形狀。如上所述，具有尖銳過渡的明確分布(例如平頂分布)的光束可用于一些應(yīng)用，例如機械加工或?qū)⒐怦詈系郊晒獠▽?dǎo)中。在其他可能的形狀中，例如在光學(xué)顯微鏡、塑料加工和激光捕獲應(yīng)用中，光束分布限定圍繞暗或低強度中心的更高強度的環(huán)的“環(huán)形”形狀也是令人感興趣的。這樣的分布和應(yīng)用僅作為示例給出，不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的范圍的限制。

在其他實施方式中，具有與光纖的引導(dǎo)模式的空間分布不同的空間分布的光束可能需要被變換為更接近由光纖支持的引導(dǎo)模式的形狀，以便于插入光纖中。這種實施方式的示例是將來自半導(dǎo)體二極管的光耦合到光纖中?？梢允褂霉馐儞Q裝置來適應(yīng)二極管的模式分布，以獲得更好的光纖耦合效率。

參考圖1b，示意性地示出了根據(jù)一個實施例的光學(xué)組件20。光學(xué)組件20包括光纖22和光束整形部件24。光纖22具有波導(dǎo)芯部26和包層28。在一些實施例中，光纖可以包括多個包層和/或保護套或涂層(未示出)。在一些實施例中，光纖可以是標準鍺摻雜光纖，例如用于電信等。在其他實施方式中，光纖可以通過例如保偏光纖、中空芯部光纖或微結(jié)構(gòu)纖維等專用光纖實現(xiàn)。光纖可以由合適的材料制成，例如二氧化硅玻璃、氟化物或硫族化物，并且可以具有任何數(shù)量的摻雜劑，例如鍺、鋁、硼、氟。此外，光纖可以附加地或替代地含有一種或多種活性摻雜劑，例如鐿、鉺、銩或任何其它產(chǎn)生或放大光的稀土或其它元素。

光纖22具有限定第一形狀的空間分布21的引導(dǎo)模式。在一些實施例中，光纖可以是單模，在這種情況下，引導(dǎo)模式的空間分布21的第一形狀可以是高斯的。在其它實施方式中，光纖22可以是多模的。根據(jù)一個變型，具有第一形狀的多模光纖的引導(dǎo)模式可以是基本模式，并且第一形狀可以例如是高斯形狀。在其它變型中，具有第一形狀的引導(dǎo)模式可以是高階模式或包層模式。

仍參考圖1b，并且如上所述，光學(xué)組件20包括光束整形部件24。光束整形部件24具有第一端部30和與第一端部30相對的第二端部32。第一端部30固定到光纖22的末端23，并與其光學(xué)聯(lián)接，以便從光纖22接收引導(dǎo)模式。光束整形部件24可以以各種方式固定到光纖22的末端23。在一些實施方式中，根據(jù)已知的熔接技術(shù)，光束整形部件24的第一端部30與光纖22的末端23熔合。在其它變型中，可以使用環(huán)氧樹脂、膠、溶膠凝膠或機械固定裝置將光束整形部件24固定到光纖。如將容易理解的，用于將光束整形部件固定到光纖的方法應(yīng)當確保這兩個部件之間的合適的光學(xué)聯(lián)接，即，允許光以低損耗或與光學(xué)組件預(yù)定的應(yīng)用的要求兼容的損耗水平從一個傳播到另一個。

在一些實施方式中，光束整形部件24具有圓柱形形狀并且與光纖22同軸。在這樣的實施例中，第一端部30和第二端部32由圓柱形形狀的相對的圓形面限定。在各種實施例中，光束整形部件24的直徑可以大于、等于或小于光纖22的直徑。在其他實施例中，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，光束整形部件可以具有不同于圓柱形的形狀。

光束整形部件24限定在第一和第二端部30、32之間的光路34，沿著該光路34具有橫向折射率分布。如本領(lǐng)域眾所周知的，表述“折射率”是指確定光如何通過其傳播的材料的固有特性。表述“橫向分布”被理解為在本示例中橫向于光傳播方向(即橫向于光路34)的平面中的折射率的變化。

光纖通常具有橫向折射率分布，其有助于光沿著波導(dǎo)芯部的引導(dǎo)，其涉及芯部具有大于周圍包層的折射率，使得行進光在兩者之間的界面處被反射。在本文所述的光學(xué)組件20的一個方面，光束整形部件24的折射率分布包括大于內(nèi)部折射率值的外部折射率值。沿著光路34行進的光不在由較低折射率值限定的區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)；因此光束由于衍射而逐漸發(fā)散，這導(dǎo)致當光束傳播時光束直徑越來越大。如下面將進一步解釋的，這樣的折射率分布允許光束整形部件將注入到第一和第二端部的一個處的并且沿著光路傳播的光束的空間分布21在第一端部處的第一形狀和第二端部處的不同于第一形狀的第二形狀之間變換。

參見圖2a和2b，示出了根據(jù)一個實施例的光束整形部件24的剖視圖，以及相應(yīng)的橫向折射率分布36。在該實施例中，光束整形部件24包括內(nèi)部區(qū)域38和外部區(qū)域40。光束整形部件24的橫向折射率分布36的特征在于內(nèi)部區(qū)域38中具有恒定的內(nèi)部折射率值42，外部區(qū)域中具有恒定的外部折射率值44。如上所述，外部折射率值44大于內(nèi)部折射率值42。在一些實施方式中，例如在光纖是二氧化硅基光纖的情況下，光束整形部件24的外部區(qū)域40由二氧化硅玻璃制成。外部區(qū)域40的玻璃材料可以例如是純二氧化硅，或者可以摻雜一種或多種摻雜劑如鍺或鋁，或活性摻雜劑如鐿、鉺、銩或任何其它稀土。摻雜可以影響玻璃材料的折射率值，這在本領(lǐng)域是眾所周知的。光束整形部件24的內(nèi)部區(qū)域38優(yōu)選地由與外部區(qū)域40相同的二氧化硅玻璃制成，另外摻雜至少一種降低折射率的摻雜劑。降低折射率的摻雜劑可以是例如bore、fluor或兩者。摻雜水平越高，所得到的折射率越低，這又將不同地影響光束變換。然而，應(yīng)當理解，在一些實施例中，內(nèi)部折射率值和外部折射率值之間的等于或大于1×10^-5的差可能足以獲得在光束整形部件中傳播的光束的空間分布的期望形狀。例如，如圖2b所示，外部區(qū)域40內(nèi)的外部折射率值是波長為1μm左右的純硅的折射率n2＝1.4504，而通過摻雜有降低折射率的摻雜劑獲得的內(nèi)部折射率值是n1＝1.4503。

有利地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本文所述的一些實施例的光束整形部件可以將在第一端部處具有高斯形狀的引導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換為在第二端部處的非高斯形狀，例如接近平頂或圓環(huán)的形狀?？梢赃x擇光束整形部件的第一和第二端部之間的長度以提供期望的平頂形狀或環(huán)形形狀。為了說明這一點，圖3a示出了高斯光束通過具有如圖2b所示的折射率分布的光束整形部件的光束傳播模擬的結(jié)果。在該模擬示例中，從芯部直徑為20μm和在1064nm的波長下操作的數(shù)值孔徑(na)為0.10的光纖22接收高斯光束。數(shù)值孔徑是代表光可以進入或退出的接受錐的無尺寸參數(shù)，并且取決于內(nèi)部和外部區(qū)域的折射率。光束整形部件具有直徑為23μm的內(nèi)部區(qū)域38，并且具有0.02的負na，“負”是指內(nèi)部區(qū)域38的折射率低于外部區(qū)域40的折射率的事實。所得到的曲線圖示出了沿著光束整形部件24的長度從左向右的光束的空間分布的演變。因此，為波束整形部件24選擇給定長度可以為行進光的輸出空間分布提供相應(yīng)的形狀。圖3b示出了通過選擇1000μm、1235μm或1500μm的輸入和輸出之間的長度可以獲得的三個空間分布。可以看出，所獲得的形狀是非高斯的，并且接近具有比高斯形狀的側(cè)邊緣更尖銳的側(cè)邊緣的平頂形狀。在1235μm的長度處獲得的平頂形狀在側(cè)邊緣之間具有基本上恒定的值，而在1500μm處獲得的形狀呈現(xiàn)在側(cè)邊緣之間的中心凹下。從圖3a所示的模擬可以看出，較長的傳播長度將導(dǎo)致看起來像環(huán)形的形狀。

除了光束整形部件的長度之外，內(nèi)部和外部區(qū)域的直徑也可以是影響在組件的輸出處獲得的非高斯形狀的因素。在圖3a的示例中，與光纖的125μm相比，光束整形部件的外部區(qū)域的直徑設(shè)定為400μm，這有利地確保沿著光路傳播的光在其變換所需的傳播長度期間不受光束整形部件的外表面與周圍介質(zhì)(通常為空氣、丙烯酸酯或聚合物)之間的外部界面影響。然而，在其他實施方式中，光束整形部件可以具有較小的直徑，并且即使傳播光受到外部界面的影響，也可能有效地發(fā)生光束變換。

參見圖4a至4d，示出了內(nèi)部區(qū)域的不同直徑的模擬結(jié)果。對于與內(nèi)部和外部區(qū)域的上述折射率相同的值，模擬具有三個不同直徑的內(nèi)部區(qū)域的光束整形部件，即，比光纖的波導(dǎo)芯部的直徑小(10μm)、相同(20μm)和大(30μm)。對于每種情況獲得的光學(xué)形狀如圖4a所示，幅度歸一化。值得注意的是，對應(yīng)于最佳可用“平頂”形狀的光束整形部件的長度確實表現(xiàn)出相對于光纖的芯部的直徑、對光束整形部件的內(nèi)部區(qū)域的直徑的依賴性。圖4b示出了以幅度歸一化還相對于形狀的半最大的寬度歸一化的相同的光束形狀。圖4c示出了每個曲線的20％和80％之間的邊緣并且除以光束的半寬度的計算的歸一化斜率?？梢钥闯?，內(nèi)部區(qū)域的直徑小于光纖芯部的直徑的情況導(dǎo)致平頂形狀的邊緣比其他兩個測試情況更不尖銳。雖然等直徑和較大直徑的形狀看起來類似于平頂，但是斜率計算表明，內(nèi)部區(qū)域的直徑與光纖的波導(dǎo)芯部的直徑相同的情況提供了更尖銳的側(cè)邊緣。

在光束整形部件的輸出處潛在地影響光束的橫向分布的形狀的另一因素是其內(nèi)部和外部區(qū)域之間的折射率差(dn)，有時以數(shù)值孔徑(na)表示。圖4d示出了作為光束整形部件的dn的函數(shù)的輸出光束的空間分布?？梢钥闯?，空間分布的形狀的陡度可以隨光束整形部件的na而變化，同時也影響中心振蕩。

參考圖5a和5b，示出了根據(jù)另一實施例的光束整形部件24的設(shè)計。與圖2a的實施例一樣，光束整形部件24包括內(nèi)部區(qū)域38和外部區(qū)域40。然而，內(nèi)部區(qū)域38同心地包括芯部46、第一環(huán)48和第二環(huán)50。優(yōu)選地，外部區(qū)域40和第一環(huán)48分別具有比芯部46和第二環(huán)50更高的折射率。在一個變型中，光束整形部件的外部區(qū)域40和第一環(huán)48可以由二氧化硅玻璃制成，而光束整形部件的內(nèi)部區(qū)域的芯部46和第二環(huán)56由摻雜有至少一種降低折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃制成。如上所述，降低折射率的摻雜劑可以是例如bore、fluor或兩者。在該示例中，第二環(huán)56比芯部46更重地摻雜，使得第二環(huán)56中的折射率低得多；芯部46中的折射率分布相對于第一環(huán)48中純二氧化硅的折射率僅略微下降。在一個變型中，芯部46和第一環(huán)48可以由相同的材料制成，因此限定了具有恒定折射率值的大芯部結(jié)構(gòu)，而不顯著影響光束變換。

圖6示出了圖5b的折射率分布的傳播模擬的結(jié)果。如可以觀察到的，第一環(huán)48和第二環(huán)50之間的折射率差導(dǎo)致在第一環(huán)48中傳播的光束的引導(dǎo)。然而，仍然可以說，在該實施例中，光束整形部件包括大于內(nèi)部折射率值(在第二環(huán)50中)的外部折射率值(在外部區(qū)域40中)。從由lp01和lp02模式的第一環(huán)48引導(dǎo)的兩個模式的疊加周期性地獲得平頂。圖7以點劃線示出了圖6中模擬的光束整形部件獲得的空間分布的示例，對應(yīng)于圖5b的折射率分布?？梢钥闯?，即使與用于比較示出的通過圖2b的折射率分布獲得的平頂形狀相比，獲得的整體形狀提供了具有非常尖銳的側(cè)邊緣的平頂。

在圖6所示的實施例中，假設(shè)光纖是支持通過光束整形部件進行變換的附加模式的多模光纖。光束整形部件的橫向折射率分布提供了在第一端部注入并朝向光束整形部件的第二端部傳播時這些附加模式中的每一個的空間分布的變換。每個附加模式從第一端部處的初始形狀變換到第二端部處的與第一形狀不同的最終形狀。在該實施例中，在光束整形部件中發(fā)射的附加模式將激發(fā)沿光束整形部件的傳播長度引導(dǎo)的幾種模式。與注入的光束分布相比，這幾種模式在給定長度上干涉并形成修改的光束分布。有利的是，這種配置對光束整形部件的長度的靈敏度與諸如zhu(“coherentbeamtransformationsusingmultimodewaveguides”,opticsexpress7506,vol.18,no.7,29march2010)所示的多模裝置相比較小。由光束整形元件引導(dǎo)的模式的數(shù)量可以小于二十，并且可以小至二，例如在圖6的具體情況下。

圖8a和8b示出了使用根據(jù)一個實施例的具有光纖和光束整形部件的光學(xué)組件的實驗演示獲得的結(jié)果。光纖具有20μm直徑的芯部，數(shù)值孔徑na為0.12，二氧化硅包層的直徑為125μm并且支持高斯lp01模式。如上所述，光束整形部件接合到光纖的輸出端。光束整形部件具有由氟摻雜二氧化硅制成的內(nèi)部區(qū)域，其直徑為23μm，負na為-0.023。光束整形部件還具有直徑為125μm的由二氧化硅制成的外部區(qū)域。圖8a示出了在兩個不同長度的光束整形部件的輸出處的光束的空間分布?？梢杂^察到，0.3mm的短光束整形比較太小而不影響光束，分布保持高斯。然而，使用長度為1.1mm的光束整形部件提供變換為平頂狀光束分布的期望的光束。在光束空間分布中可以看到小的凹下，但是這樣的特征對于多種應(yīng)用是不利的。

在圖8a所示的結(jié)果中，離開光纖后1mm至35mm測量光束的空間分布。光束分布用光束輪廓儀測量。圖8b示出了從長度為1.1mm的光束整形元件獲得的分布，但是在使用焦距為11mm的衍射極限非球面透鏡準直光束之后。光纖尖端被放置在透鏡焦點附近。使用其焦距的準直透鏡等效于執(zhí)行光束分布的傅立葉變換，因為菲涅爾近似適用于該光束傳播。圖8b示出了圖8a的光束整形部件為1.1mm的光束分布的計算的傅立葉變換。實驗光束分布與圖8b并列。在實驗和模擬之間獲得相關(guān)性，示出了模式中的旁瓣。然后使用250mm焦距的透鏡重新聚焦準直光束。在聚焦透鏡后面，圖8a的平頂光束分布再次通過幾十毫米的傳播獲得。圖8a因此表示離開光束整形部件的或者使用靠近其焦點使用的準直和聚焦透鏡重新成像的平頂狀光束分布。理論上，平頂光束在250mm的透鏡的焦點處重新成像。但在實踐中，平頂光束在透鏡后面330毫米左右被重新成像，可能是由于不完美的準直。使用具有不同焦距的光學(xué)元件的不同類型的透鏡或透鏡狀系統(tǒng)將獲得類似的結(jié)果。通過在其焦距外使用透鏡，可以將圖8a的平頂光束變換為其它形狀。例如，通過在250mm的焦距的聚焦透鏡之后測量400mm的光束分布來觀察三角形。

圖9a示出了根據(jù)另一實施例的光束整形部件的折射率分布。在該實施方式中，折射率分布具有負梯度折射率形狀。圖9b示出了圖9a的折射率分布的光束變換結(jié)果的示例。使用來自20μm芯部直徑和0.10na光纖的lp01高斯光束分布，具有2.5mm長度并具有圖9a的折射率分布的光束整形部件附著到光纖的末端。所使用的折射率具有0.04的負峰值na和20μm的半峰寬半值。圖9b的輸出光束空間分布示出了在通過光束整形部件傳播2.5mm之后，輸入高斯光束被變換為環(huán)形光束。對于長度為1mm的光束整形部件，獲得了類似的輸出空間分布，這似乎表明在該實施方式中光束輸出空間分布對光纖長度不是很敏感。事實上，模擬表明，大量的光束變換發(fā)生在500μm的傳播之后。對于該模擬，光束整形部件的直徑設(shè)定為400μm。

圖10示出了根據(jù)另一實施例的模擬光束整形部件的折射率分布。該折射率分布再次呈現(xiàn)大于內(nèi)部折射率值的外部折射率值，其中兩者之間具有尖銳的轉(zhuǎn)變，并且內(nèi)部區(qū)域的折射率朝向中心逐漸增加。

根據(jù)其他實施方式，光束整形部件可以沿著光路逐漸變細，也就是說，其外徑可以沿著傳播方向逐漸增加。這樣的實施例可以用于進一步優(yōu)化光束變換。參考圖11a，對于與圖3a所示的配置類似的配置，示出了模擬結(jié)果，但是假設(shè)光束整形部件具有加寬的錐形形狀，而不是外部區(qū)域具有恒定的直徑。圖11b分別示出了具有錐形比為1,2和3的光束整形部件的輸出光束的空間分布。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的，錐形比為3意味著光束整形部件的外徑在其輸出端部是在其輸入端部處的三倍大。光束整形部件的折射率分布在直徑上與錐形的直徑變化成比例地縮放。通過計算圖11b中的空間分布的歸一化轉(zhuǎn)變斜率，可以觀察到使用錐形影響平頂光束分布的陡度，如圖11c的曲線圖示出了作為輸出內(nèi)部區(qū)域芯部直徑的函數(shù)的側(cè)邊緣斜率。應(yīng)當注意，雖然對于這里所示的模擬，錐形的分布線性地變化，但是在其他變型中(marcuse,“modeconversioninopticalfiberswithmonotonicallyincreasingcoreradius”,journaloflightwavetechnology,vol.lt-5,no.1,1987)可以使用不同的錐形形狀，例如升余弦或改變的指數(shù)形狀。輸出直徑小于輸入的反向情況也可以完成。

應(yīng)注意的是，雖然通過示例的方式呈現(xiàn)了將光束變換為平頂狀或圓環(huán)狀光束分布的示例，但是對于其他實施方式，可以使用光束整形部件中的不同折射率分布來實現(xiàn)對其它空間分布的轉(zhuǎn)換。

當然，在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述實施例進行多種修改。