[发明专利]双非对称光纤耦合器

说明书

描述了一种光纤耦合器，其通常具有：第一光纤，该第一光纤具有纵向延伸的多模引导区域和在第一光纤的第一位置与第二位置之间纵向延伸的第一锥形部分，第一锥形部分具有沿着第一锥形方向从第一位置到第二位置逐渐减小的尺寸；第二光纤，该第二光纤具有纵向延伸的多模引导区域和在第二光纤的第三位置与第四位置之间纵向延伸的第二锥形部分，第二锥形部分具有沿着第二锥形方向从第三位置到第四位置逐渐减小的尺寸；以及耦合区域，在该耦合区域中，第一锥形部分的至少一部分光学耦合至第二锥形部分的至少一部分，且第一锥形方向与第二锥形方向彼此相反。

技术领域

改进通常涉及光纤耦合器，更具体地，涉及用于多模光信号的提取和/或注入的光纤耦合器。

背景技术

光纤耦合器被使用于多种类型的成像和/或传感系统中。这样的耦合器通常通过将第一光纤的一部分热熔合和/或锥形化到第二光纤的一部分来制造，以使得在它们各自的引导区域中被引导的光相互作用，从而留下四个不同的端口。

授予Boudoux等人的序列号为8792757B2的美国专利描述了对称光纤耦合器的一个示例，该对称光纤耦合器具有两个熔合在一起并且锥形化的双包层光纤。该光纤耦合器具有第一端口和第二端口，在第一端口处可以注入相干照明信号，而从第二端口输出相干照明信号，第二端口还收集包括相干单模分量以及漫射多模分量的输出光信号。第一光纤和第二光纤具有相同的尺寸和/或结构，因此光纤耦合器被称为是对称的。已知这样的对称光纤耦合器具有理论均分极限，该理论均分极限将能够从第二端口提取到第三端口或从第三端口注入到第二端口的多模分量的量限制在进入的多模信号的50％。事实上，即使达到接近或高于43％也被证明是具有挑战性的。

授予Godbout等人的序列号为9753222B2的美国专利描述了非对称光纤耦合器的一个示例，该非对称光纤耦合器旨在增强这样的多模信号提取和/或注入率。更具体地，该光纤耦合器具有第一双包层光纤，该第一双包层光纤以一种使得参考Boudoux等人所讨论的理论均分极限不再适用的方式与不同尺寸和/或结构的第二光纤熔合。通过这种方式，能够获得多模提取和/或注入率远高于50％的光纤耦合器。

尽管现有的光纤耦合器在一定程度上被证明是令人满意的，但仍存有改进的空间。

发明内容

光学扩展量限定为光纤的横截面的表面与其数值孔径的平方(或等效地，立体角)的乘积。光学扩展量守恒是一种适用于线性光学系统的物理原理，其指出，当光信号通过线性光学系统传播时，光学扩展量不能够在不引起该光信号的光学损耗的情况下减小。由于以上讨论的光纤耦合器是线性光学系统，因此它们服从光学扩展量守恒。

关于Boudoux等人描述的光纤耦合器，从第二端口传播到第三端口的多模光信号将沿着第一光纤和第二光纤彼此熔合的区域经历恒定的光学扩展量。更具体地，在第一光纤上的熔合区域的入口位置处的光学扩展量将类似于在第二光纤上的熔合区域的出口位置处的光学扩展量，因为第一光纤和第二光纤都具有相同的尺寸和/或结构。因此，尽管受到以上讨论的理论均分极限的约束，但发现，使用这样的光纤耦合器可以以可忽略的光学损耗发生多模提取和/或注入。

虽然使用Godbout等人描述的光纤耦合器可以实现更大的多模提取和/或传输率，但是由这样的光纤耦合器提供的光学扩展量守恒可能并不令人满意。例如，在第一光纤上的熔合区域的入口位置处的光学扩展量可能大于在第二光纤上的熔合区域的出口位置处的光学扩展量，因为第一光纤与第二光纤实际上具有不同的尺寸和/或结构。在这种情况下，光学损耗可能很大。

发明人发现了一种提供光纤耦合器的方法，该光纤耦合器能够帮助实现大于理论均分极限的多模提取和/或注入率，同时仍然实现令人满意的光学损耗。