CN1237359C

CN1237359C - 包含在单光纤光波导与多根单光纤光波导之间传导光的耦合装置的光学系统

Info

Publication number: CN1237359C
Application number: CNB018068898A
Authority: CN
Inventors: 李健志
Original assignee: Cogent Light Technologues Inc
Current assignee: Cogent Light Technologues Inc
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: WO2001075492A2; US6385371B1; MXPA02009732A; WO2001075492A3; EP1272879A2; KR20020093020A; JP2003529793A; AU2001261001A1; CN1419657A; BR0109564A; CA2405110A1; TW499580B

Abstract

一种光学系统包括在一根单光纤光波导和多根单光纤光波导之间传导光的耦合装置。耦合单光纤光波导到多根单光纤光波导的交界面具有多边形横截面形状，单光纤光波导的交界面基本上由多根单光纤光波导的交界面覆盖。单光纤光波导在耦合装置的一侧和多根单光纤光波导在耦合装置的相对侧各具有平滑地斜形的接触部分，从各自的交界面向外伸展。

Description

包含在单光纤光波导与多根单光纤光波导之间传导光的耦合装置的光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统，包括在单光纤光波导与多根单光纤光波导之间有效且损失最小地传导光的耦合器。

发明背景

近来在许多应用中使用了粗芯光纤，这些应用包括建筑照明、远距离照明以及装饰照明。这些光纤通常具有圆形横截面形状，并由单根高透明的芯材料构成，所述芯材料涂有由折射率低于芯材料折射率的材料构成的覆层，使得光可以沿着光纤长度引导。在该粗芯光纤的许多实际应用的实施中的一个问题是不能有效地从单光纤输入或光源提供多光纤输出，反之亦然。人们已经开发并实现了各种光耦合方案，而且大多数都遭受输出光纤中光能的不均匀分解或者额外损耗，或者两者都有。

例如，在图1和图2中示出了将光能从单输入光纤分离到多输出光纤的一般方法。构造单根输出光纤12的光纤束10，并将输入光纤和照明器的光束输入到成束光纤12的前端16。如图1所示，由于单根光纤12的圆形横截面形状，光纤束10内的相邻光纤之间形成了光纤之间的间隙14。由于光纤的圆形横截面形状，该光纤之间的间隙14是不可避免的，并且通常以环氧树脂填充，用以在光纤束10内将单根光纤12固定在一起。这样，间隙14无助于光传导，因此造成了光能损耗。

另外，如图2所示，正如以“A”表示的分布曲线所表示的，在照明器的输出端或者在输入光纤的末端得到的输入光束其强度分布通常是不均匀的。于是能够理解耦合到各个输出光纤12的光量会因光纤不同而不同。输出1中的光量与输出2中的光量完全不同，这取决于输入光束的强度分布A和输出1和2的相对位置。

在美国专利第5857041号中描述了在一个单光纤光波导与多根单光纤光波导之间耦合光的另一种耦合方法。美国专利第5857041号中描述的装置利用了以透镜阵列排列的多个透镜，构成所述透镜阵列使输入光束的整个截面被透镜所覆盖。每一个透镜都与一根输出光纤相对应。在美国专利第5857041号所示的装置中，虽然在输入光纤的输出区域与组合的输出光纤的输入区域之间的不匹配可能很小，但是增加的透镜引入了额外的菲涅耳(Freshel)反射损耗和象差，因此降低了传导光的亮度。此外，每根光纤的输出也取决于光的输入强度的分布而可能不同。

美国专利第5341445号公开了使用多边形耦合器将光从光源耦合到多根输出光纤的方案，从而使输入光纤的输出强度分布是均匀的。因此，光纤到光纤的输出功率是均匀的。虽然光纤到光纤的输出功率是均匀的，但由于如上所述的输出光纤间的空隙，其效率是低的。

因此，需要一种光学系统，具有能在单光纤光波导与多根单光纤光波导之间传导光的一个耦合装置，能避免由于光纤间的间隙造成的损耗，并能避免由于输入光强度分布的不均匀性导致的光纤到光纤输出功率的变化。

发明内容

光学系统包括第一耦合器，它具有包含单光纤光波导的第一传导部分，多边形横截面形状的第一交界面，以及连接第一传导部分与第一交界面的第一过渡部分，所述第一过渡部分的横截面形状从第一传导部分的横截面形状平滑地变到第一交界面的横截面形状。该系统还包括第二耦合器，它具有两根以上的单光纤光波导，每根单光纤光波导包括第二传导部分，多边形横截面形状的第二交界面，以及连接第二传导部分与第二交界面的第二过渡部分，所述第二过渡部分的横截面形状从第二传导部分的横截面形状平滑地变到第二交界面的横截面形状。第一耦合器与第二耦合器光学连通。第二耦合器的两根以上的单光纤光波导以相互横向并列的方式布置，其第二交界面可操作地安置向或从第一耦合器的第一交界面传导光，并且两根以上单光纤光波导的第二交界面的相邻交界面之间间隙最小。第二耦合器的两根以上单光纤光波导的第二交界面的组合横截面的面积基本上等于第一耦合器的第一交界面的横截面的面积，从而第一交界面基本上被第二耦合器的两根以上单光纤光波导的第二交界面所覆盖。

来自与第一耦合器的第一传导部分光学地耦合的单输入光纤的光可传导到第二耦合器，并划分到与第二耦合器的第二传导部分光耦合的多根输出光纤中。可以选择的是，来自与第二耦合器的第二传导部分光学地耦合的多根输入光纤的光可聚合到与第耦合器的第一传导部分耦合的单根输出光纤中。

第一耦合器的第一交界面的多边形横截面形状产生更加均匀的强度分布，于是将更加均匀的光量传导给第二耦合器的每根单光纤。第二耦合器的第二交界面的多边形横截面形状允许第二耦合器的两根以上的单光纤光波导以相邻光波导间几乎没有光纤间的间隙设置。此外，因为第二交界面基本上覆盖了第一交界面，因此第一和第二交界面间的传导可能几乎没有损耗。

参照附图在考虑下面的说明和所附的权利要求书能使本发明的其它目的、特征和特性更加清楚，所有这些内容构成了说明书的一部分，其中类似的标记指示各个附图中的对应部件。

附图说明

本发明的实施例将参照附图描述，其中各个附图中的类似部件和特征用类似标记表示。

图1是将单光纤输入的光输出划分到多根单光纤中的现有技术光纤束的端视图。

图2是图1的现有技术光束的侧视图；

图3是本发明的耦合器的透视图；

图3A-3G表示该耦合器的光波导平面的可替代的横截面形状。

图4是包括与光源、抛物面镜和聚焦透镜组合的本发明的耦合器的光学系统的示意图。

图5是包括与光源和椭圆形反射器组合的本发明的耦合器的光学系统的示意图。

图6是包含与光源、一次反射器和反向反射器组合的本发明的耦合器的光学系统的示意图。

图7是本发明耦合器的第二实施例的透视图。

图8是包含与光源、两个抛物面反射器部分和反向反射器组合的、依照本发明第二实施例的耦合器的光学系统的示意图。

图9是安排使得两个以上光源的光输出耦合到单光纤光波导上的本发明耦合器的侧视图。

图10是包括串连布置的两个光耦合器的光耦合组件的侧视图。

图11是包括串联布置的两个光耦合器的另一种光耦合器组件的侧视图。

本发明的详细叙述

现在参照附图描述本发明的示范性实施例。这些实施例阐明了本发明的原理，但其不应当被解释为对本发明范围的限制。

在图3中一般用标记20指示在一根单光纤光波导与多根单光纤光波导之间传导光的光耦合装置。光耦合装置20包括细长的光传导体，该光传导体包括第一耦合器22和第二耦合器30。第一耦合器22包括第一传导部分24，该传导部分包括接收来自单个光源或来自单光纤输入的光的一部分单光纤光波导。可以选择的是，传导部分24可在相反方向朝着单光纤输出或其它照明装置传导光。

尽管一般将第一传导部分24描述为具有大体恒定的横截面积和大体圆形的横截面形状的轴向长度较短的光波导前端，但第一传导部分24可包括实际上轴向较长的光波导，或者它可仅仅包括没有轴向长度的光学传导平面。如图3所示，传导部分24的横截面形状可以是圆形的，或者它可以是椭圆形的(图3G)。可以选择的是，传导部分24的横截面形状可以是多边形，例如方形、长方形、三角形、五边形、六边形、八边形(图3A-3F)等。

第一耦合器22具有多边形的横截面形状的第一交界面26。在所示的实施例中，第一交界面26的横截面积大于第一传导部分24的横截面积。可以选择的是，第一交界面26的横截面积可以小于或者等于第一传导部分24的横截面积，取决于输出要求。在优选实施例中，如图3所示，第一交界面26的横截面形状为方形，但也可以采用其它的多边形形状，例如长方形、三角形、五边形、六边形、八边形(参见图3B-3F)等等。

第一过渡部分28将第一传导部分24与第一交界面26连接，并具有从第一传导部分24的横截面形状和面积平滑地变到第一交界面26的横截面形状和面积的横截面形状和面积，这样传导功率的损耗最小。

第二耦合器30包括两根以上的单光纤光波导32，它们以彼此并列的方式布置。每一根单光纤光波导32包括第二传导部分34、第二交界面36和第二过渡部分38，第二交界面36具有多边形的横截面形状和横截面积大于(或者，可以选择的是小于或等于)第二传导部分34的横截面积，第二过渡部分38连接第二传导部分34和第二交界面36，并具有从第二传导部分34的横截面形状和面积平滑地变到第二交界面36的横截面形状和面积的横截面形状和横截面积，这样传导功率损耗最小。如图3所示，光纤波导32的第二交界面36优选为方形，但它也可以是其它的多边形，例如长方形、三角形、五边形、六边形、八边形(如图3B-3F)等。如图3所示，第二传导部分34可以是圆形，或者它可以是椭圆形(图3G)或多边形，例如长方形、三角形、五边形、六边形、八边形(如图3B-3F)等。

第一耦合器22与第二耦合器30光学连通，以便光可通过第一交界面26和第二交界面36的公共平面从第一耦合器22传导到第二耦合器30，反之亦然。

第二耦合器30的光学光波导32以彼此横向并列的方式布置，以便使第二交界面36与第一交界面26毗邻，因此第二交界面被安置用于从或者向第一交界面26传导光。另外，由于第二交界面36的多边形横截面形状，安排光纤光波导32使其各第二交界面36之间基本上没有光纤间的间隙。另外，光纤光波导32的第二交界面36的组合的横截面积基本上等于第一耦合器22的第一交界面26的横截面积，并且安排第二交界面36使第一交界面26的整个横截面积基本上被光纤光波导32的第二交界面覆盖。

因此，当从第一耦合器22向第二耦合器30传导光、从而第一耦合器22是输入耦合器而将第二耦合器30是输出耦合器时，由于没有光纤间间隙实现最小或无输出损耗。

具有多边形的第一交界面26和至少一部分第二过渡部分28的多边形横截面形状的输入耦合器22利用多边形光波导的光扰频(scrambling)机制，从而在光通过波导传播期间的多次内反射导致相对均匀的输出强度分布。对于方形波导这是特别符合的。在光从第一传导部分24传导到第二交界面26期间，优选地通过实验确定过渡长度，使强度损耗位于可接受的范围内。通常，过渡越长且越平滑，过渡越绝热。另一方面，随着过渡长度变长，诸如吸收和衍射损耗的其它损耗更大。因此，在选择过渡长度时，必需考虑绝热过渡和吸收与衍射损耗之间的平衡以及第一传导部分和第一交界面各自的横向尺寸和数值孔径。

在图3所示的实施例中，第二耦合器30中有四根单光纤波导32。每根波导32包括第二传导部分38，但是，当第二耦合器30包括输出耦合器时，输入(即第二交界面36)是方形，而输出(即第二传导部分34)是圆形。每个第二交界面36都覆盖第一交界面26的四分之一输出面积，因此它捕捉四分之一的输出功率。还安排光纤波导32的第二传导部分38用于绝热地将方形输入转换成圆形输出，而没有额外功率损耗。可以使斜度量(如果斜度对不同横截面积的部分之间的平滑过渡是必要的)适合输出面积(即交界面)和数值孔径的要求。也就是说，为了保存亮度，横向尺寸(例如，圆的直径，或者方形的宽度)和数值孔径的乘积是恒定的。因此，每个第二交界面36的尺寸和每个第二过渡部分38的斜率可以限定成完全覆盖第一交界面26，并能在第二耦合器30内获得希望的数值孔径。

第一和第二耦合器22和30的材料可以是玻璃、石英、塑料或者丙烯腈纤维。第一交界面26与第二交界面36之间的界面可利用提供机械稳定性并消除菲涅耳反射的光学环氧树脂接合在一起。可以选择的是，第一和第二耦合器22、30可以是单一部件的集成部分。

光耦合装置20还可用于将光从第二耦合器30传导到第一耦合器22，正如下面所述的，在该情况下它成为多端口照明装置。

图4表示采用依照本发明的光耦合装置20的光学系统。该系统包括灯50，优选为诸如水银弧光灯或者钠弧光灯的弧光灯，放置在抛物面反射器52的焦点上。由反射器52聚集的光进行准直，并且沿平行于反射器光轴54离开反射器。在抛物面反射器52的输出设置聚焦透镜56，由此所有准直的光引导向透镜56的焦点58。

放置和定向光耦合装置20，使得放置第一耦合器22的第一传导部分24以便接收在焦点58上聚焦的光，然后将光传导给第二耦合器30，在此光被分配到各光纤波导32中，然后在第二传导部分34输出。在图4所示的安排中，第一传导部分24的横截面形状优选地是与聚焦灯50的图像适当匹配的圆形。第二传导部分34的横截面形状可以制成圆形，以便与圆形输出光纤(为示出)匹配。

图5表示一种光学系统，包括灯60和具有第一焦点64及第二焦点66的椭圆形反射器62。灯60放置在第一焦点64上，以便使由反射器62聚集的光聚焦在第二焦点66。定位光耦合装置20，使第一传导部分24位于第二焦点66上，用于接收由反射器62反射的光。

图6表示在离轴系统中的光耦合装置20的实现，其中球形、环形或者椭球形的一次反射器70将灯74来的图像以1∶1的放大倍数投射到耦合装置20的第一传导部分24。该系统中还可以包括反向反射器76，将来自灯74对侧的光反射回弧光灯本身，然后反射给一次反射器70，以增强聚焦图像的总亮度，结果增大了总输出功率。在图6所示的安排中，包括灯74、一次反射器70和反向反射器76的聚光系统没有对称的轴，因此焦点72的输出是灯74的弧形的直射图像，通常它不是圆的。结果，为了捕捉具有最大亮度的灯弧全部输出，对于第一传导部分24能与灯弧的强度分布相匹配的非圆形横截面形状是优选的。适合的非圆形横截面形状包括长矩形或椭圆形。

图7表示在其第一传导部分24’具有非圆形、长方形横截面形状的光耦合装置20’的安排。长方形的第一传导部分24’通过第一过渡部分28’与第一交界面26’相连，所述第一交界面26的横截面形状优选地为方形。在所示实施例中第二耦合器30与图1中所示的第一实施例的第二耦合器30相同，包括四个单光纤波导32，每个波导具有优选的横截面形状为方形的第二交界面36和连接第二交界面36到第二传导部分34的第二过渡部分38，第二传导部分34的形状优选为圆形。

图6的聚光系统还产生光入射到第一传导部分24’的夹角，这是与竖直和水平方向不同的入射角。结果，第一过渡部分28’可设计成使第一耦合器22’的方形第一交界面26’处的输出数值孔径作得在水平和竖直方向是相同的。

通常，第一交界面26’的形状不需要是方形的。根据垂直和水平方向上的变换，它可以是长方形。因此，第二耦合器30不需要是2×2光纤波导32的阵列，取而代之，例如它可以是2×3阵列，取决于整体设计。

图8表示采用具有非圆形第一传导部分24’的光耦合装置20’的光学系统的另一实施例。图8的系统采用两个反射器80和82，每个反射器都包含一部分回转的抛物面。安排反射器80、82使它们各自的光轴89、91一般是共线。灯84安置在第一抛物面80的第一焦点88上。来自灯84的光由第一抛物面80准直，然后以平行于它的光轴的方向反射。反向反射器86可用于捕获从灯84输出的附加光，从而增强第一抛物面80的准直的输出强度。反向反射器86反射回光，通过第一焦点88并朝向第一抛物面80。准直的射线由第二抛物面82反射到它的焦点90上。放置光线耦合装置20’使其第一传导部分24’位于第二抛物面82的焦点90上。由于第二焦点90上的图像优选为灯84的1∶1图像，为了优化耦合，第一传导部分24’的横截面形状优选为非圆形。

虽然每一个上述实施例都用于提供多端口照明能力，但当反向使用耦合装置20(20’)时，它们可用于组合多个光源的输出而没有亮度损失。图9表示这种实施例的例子。相对耦合装置20安排可能是上述一种光源类型或上述系统的组合的第一光源92和第二光源94，每一个光源都将它们聚集的光聚焦到第二耦合器30的单光纤波导32的相应的第二传导部分34。因此，第二耦合器30是输入耦合器，第一耦合器22是输出耦合器，而第一传导部分24是输出表面。第一传导部分24的形状可以是圆形或多边形，取决于光学照明的应用。

可组合使用多个耦合器。例如，如图10所示，可利用具有第一耦合器22和第二耦合器30的第一耦合器装置20将多个输入92、94耦合成第一传导部分24上的一个中间输出，所述第一耦合器22具有第一传导部分24、第一交界面26和第一过渡部分28，第二耦合器30具有光波导32，每个光波导32具有第二传导部分34、第二交界面36和第二过渡部分38。第二耦合器装置120具有第三耦合器122和第四耦合器130，所述第三耦合器122具有第三传导部分124、第三交界面126和第三过渡部分128，第四耦合器130具有光波导132，每个光波导132具有第四传导部分134、第四交界面136和第四过渡部分138。第二耦合装置120可用于将传导部分24上的中间输出作为传导部分124上的单输入耦合成输出光纤132的传导部分134的多个最终输出。输入量可以等于、小于或大于最终输出量。

图11表示组合的光耦合装置220和320。耦合装置320具有第一耦合器322，该耦合器322具有第一传导部分324、第一交界面326和第一过渡部分328。耦合装置320还包括第二耦合器330，它具有光波导332，每个光波导332具有第二传导部分334、第二交界面336和第二过渡部分338。第一交界面326的横截面积基本上与第一传导部分324的横截面积相同，于是第一过渡部分328基本上是直的和无斜度的。第一和第二交界面326、336具有多边形(例如三角形、长方形、方形、五边形、六边形、八边形等)的横截面形状。

耦合装置220具有第三光耦合器222，该第三光耦合器具有第三传导部分224、第三交界面226和第三过渡部分228。耦合装置222还包括第四光耦合器230，该第四光耦合器230具有光波导232，每个光波导232具有第四传导部分234、第四交界面326和第四过渡部分238。第三交界面226的横截面积基本上与第三传导部分224相同，于是第三过渡部分328基本上是直的和无斜度的。第三和第四交界面226、236优选地具有多边形(例如，三角形、长方形、方形、五边形、六边形、八边形等)的横截面形状。

注意，基本上为直形的第一和第三过渡部分328、228限定基本上直的、连续的过渡部分，它连接第一和第三交界面326、226(因此也连接第二和第四交界面336、236)。当然，可混合使用直形和锥形的过渡部分。这就是第一过渡部分328可以基本上是直形的，而第三过渡部分228是锥形的(向内或向外)，反之亦然。

用作图9、10和11中的输入92、94的灯可以是不同的，并且可以组合不同类型的灯以获得希望的输出特性。例如，将汞灯和钠灯组合能够给出比浅蓝色汞灯或黄色钠灯更接近日光的输出。

多个输入光纤可以与多个对应的灯一起使用作为烧坏或出故障的一个灯的备用装置或备件。

虽然所示的每个实施例都包括具有四根单光纤波导32的第二耦合器30，但光耦合装置20(或20’)的第二耦合器30中的单光纤波导的数量可以是两根以上的任何数量。另外，虽然在所示实施例中每根光纤波导的第二交界面36的横截面形状和面积相同，但每个第二交界面36的各自尺寸和形状不需要是相同的。可以使用各种尺寸和形状，只要第一交界面26(或26’)的整个面积被覆盖，从而没有光纤间的间隙。

虽然已经结合目前认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但要懂得，本发明不限制于公开的实施例，相反，它是要覆盖所附加的权利要求书的精神和范围内包含的各种改进和等效方案。因此，要懂得，能够做出限定本发明使用的特定参量的变化，而不会脱离权利要求书限定的本发明的新颖性方面。

Claims

1.一种光学系统，包括：

第一耦合器，它包括：

包含单光纤光波导的第一传导部分，

具有多边形的横截面形状的第一交界面，以及

第一过渡部分，连接所述第一传导部分和所述第一交界面并具有从所述第一传导部分的横截面形状平滑地变到所述第一交界面的横截面形状的横截面形状；以及

第二耦合器，包括至少两个单光纤光波导，每个所述单光纤光波导包括：

第二传导部分，

具有多边形的横截面形状的第二交界面，以及

第二过渡部分，连接所述第二传导部分和所述第二交界面并具有从所述第二传导部分的横截面形状平滑地变到所述第二交界面的横截面形状的横截面形状，

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列设置，所述第二交界面被放置用于在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，并且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面的相邻交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面具有综合的横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，由此所述第一交界面被所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖。

2.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一交界面的横截面积大于所述第一传导部分的横截面积。

3.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一交界面的横截面积等于所述第一传导部分的横截面积。

4.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述至少两个单光纤光波导的每一个单光纤光波导的所述第二交界面的横截面积大于所述第二传导部分的横截面积。

5.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面形状是从以下形状组成的组中选出的多边形：三角形、方形、长方形、五边形、六边形、八边形。

6.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二交界面的横截面形状是从以下形状组成的组中选出的多边形：三角形、方形、长方形、五边形、六边形、八边形。

7.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一传导部分的横截面形状是圆形的。

8.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一传导部分的横截面形状是椭圆形的。

9.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一传导部分的横截面形状是多边形的。

10.根据权利要求9的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一传导部分的横截面形状是从以下形状组成的组中选出的多边形：三角形、方形、长方形、五边形、六边形、八边形。

11.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二传导部分的横截面形状是圆形的。

12.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二传导部分的横截面形状是椭圆形的。

13.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二传导部分的横截面形状是多边形的。

14.根据权利要求13的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二传导部分的横截面形状是从以下形状组成的组中选出的多边形：三角形、方形、长方形、五边形、六边形、八边形。

15.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面的横截面形状和面积是相同的。

16.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一过渡部分是线性锥体。

17.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第一耦合器的所述第一过渡部分是非线性锥体。

18.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二过渡部分是线性锥体。

19.根据权利要求1的所述光学系统，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导中每一个单光纤光波导的所述第二过渡部分是非线性锥体。

20.根据权利要求1的所述光学系统，还包括聚焦光源，该光源被构造和布置成将光波引导向所述光源的焦点，所述第一耦合器被布置得使它的所述第一传导部分位于所述焦点上，以接收来自所述聚焦光源的光，从而将所述聚焦光源的光输出分到所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的每一个单光纤光波导中。

21.根据权利要求20的所述光学系统，其中所述聚焦光源包括：

具有焦点的抛物面形的反射器；

在所述抛物面形的反射器的所述焦点上的灯，用于产生从所述抛物面形的反射器反射的准直的光射线；以及

聚焦透镜，被构造和布置用于接收从所述抛物面反射器反射的准直射线，并将这些射线朝着所述聚焦光源的所述焦点聚焦。

22.根据权利要求20的所述光学系统，其中所述聚焦光源包括：

椭圆形的反射器，具有第一和第二焦点，所述第二焦点与所述聚焦光源的所述焦点重合；以及

灯，在所述第一焦点上，用于产生由所述椭圆形的反射器朝着所述第二焦点反射的光射线。

23.根据权利要求20的所述光学系统，其中所述聚焦光源包括：

一次反射器，至少具有与所述聚焦光源的焦点对应的一个焦点；

灯，相对所述一次反射器设置，以便将由所述一次反射器反射的光聚焦到所述聚焦光源的所述焦点上，以及

反向反射器，放置在与所述一次反射器相对的所述灯的一侧，用于捕获附加光并将附加光反射回所述一次反射器。

24.根据权利要求20的所述光学系统，其中所述聚焦光源包括：

第一和第二抛物面反射器，具有各自的第一和第二焦点以及各自的第一和第二光轴，安排所述第一和第二抛物面反射器彼此相对打开，使得它们各自的第一和第二光轴共线；

灯，放置在所述第一抛物面反射器的所述第一焦点上，使得由所述第一抛物面反射器反射的光被准直并在平行于所述第一和第二光轴的方向朝着所述第二抛物面反射器反射，其中所述第二焦点与所述聚焦光源的焦点对应；以及

反向反射器，放置在与所述第一抛物面反射器相对的所述灯的一侧，构造和布置用于捕获附加光并将该附加光朝着所述第一抛物面反射器向回反射通过所述第一焦点。

25.根据权利要求1的所述光学系统，还包括与所述至少两个单光纤光波导的每一个单光纤光波导相关的聚焦光源，每个所述聚焦光源被构造和布置将光引导朝向它们的焦点，所述第二耦合器与放置在每个所述相关聚焦光源的所述焦点上的所述至少两个单光纤光波导的每一个单光纤光波导的所述第二传导部分一起放置，从而将所述聚焦光源的光输出组合到所述第一耦合器的所述单光纤光波导中。

26.根据权利要求25的所述光学系统，其中每个所述相关聚焦光源包括灯，其中同类型的灯包括每个所述相关聚焦光源的灯。

27.根据权利要求25的所述光学系统，其中每个所述相关的聚焦光源包括灯，其中至少两个所述相关的聚焦光源具有不同类型的灯。

28.根据权利要求1的所述光学系统，进一步包括：

第三耦合器，它包括：

第三过渡部分，包括定位用于接收来自所述第一耦合器的所述第一传导部分的光的单光纤光波导，

具有多边形的横截面形状的第三交界面，以及

第三过渡部分，连接所述第三传导部分和所述第三交界面，并具有从所述第三传导部分的横截面形状平滑地变到所述第三交界面的横截面形状的横截面形状；以及

第四耦合器，包括至少两个单光纤光波导，每个所述单光纤光波导包括：

第四传导部分，

具有多边形的横截面形状的第四交界面，以及

第四过渡部分，连接所述第四传导部分和所述第四交界面并具有从所述第四传导部分的横截面形状平滑地变到所述第四交界面的横截面形状的横截面形状，

所述第三耦合器与所述第四耦合器光学连通，从而所述第四耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第四交界面彼此横向并列排列，所述第四交界面被放置，以便在所述第四耦合器的所述第四交界面与所述第三耦合器的所述第三交界面之间传导光，并且在所述至少两个单光纤光波导的第四交界面相邻的交界面之间没有间隙，其中所述第四耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第四交界面具有组合的横截面积，该面积等于所述第三耦合器的所述第三交界面的横截面积，因此所述第三交界面由所述第四耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第四交界面覆盖。

29.根据权利要求28的所述光学系统，其中所述第一交界面的横截面积与所述第一传导部分的横截面积相同。

30.根据权利要求28的所述光学系统，其中所述第一交界面的横截面积大于所述第一传导部分的横截面积。

31.根据权利要求28的所述光学系统，其中所述第三交界面的横截面积与所述第三传导部分的横截面积相同。

32.根据权利要求28的所述光学系统，其中所述第三交界面的横截面积大于所述第三传导部分的横截面积。

33.一种光学系统，包括：

第一耦合器，它包括具有多边形的横截面形状的第一交界面；以及

第二耦合器，包括至少两个单光纤光波导，每个所述单光纤光波导包括具有多边形的横截面形状的第二交界面，

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列排列，所述第二交界面被放置，以便在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面相邻的交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面具有组合的横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，从而所述第一交界面由所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖。

34.一种光学系统，包括：

第一耦合器，包括具有多边形的横截面形状的第一交界面；以及

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列排列，所述第二交界面被放置，以便在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面相邻的交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面有组合的横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，从而所述第一交界面被所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖；

第一和第二抛物面反射器，它们具有各自的第一和第二焦点和各自的第一和第二光轴，安排所述第一和第二抛物面反射器彼此相对打开，于是它们各自的第一和第二光轴是共线的；

灯，定位于所述第一抛物面反射器的所述第一焦点上，因此准直由所述第一抛物面反射器反射的光，并在平行于所述第一和第二光轴的方向朝所述第二抛物面反射器反射，其中定位所述第一耦合器在所述第二焦点上，以便接收由所述第一和第二抛物面反射器聚焦的光；以及

反向反射器，放置在与所述第一抛物面反射器相对的所述灯的一侧，构造和布置用于捕获附加光，并将该附加光朝所述第一抛物面反射器向回反射通过所述第一焦点。

35.一种光学系统，包括：

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列排列，定位所述第二交界面，以便在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面相邻的交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面有组合的横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，从而所述第一交界面被所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖；

具有焦点的抛物面形的反射器；

灯，定位于所述抛物面形的反射器的所述焦点上，产生从所述抛物面形的反射器反射的准直光射线；以及

聚焦透镜，构造和布置用于接收从所述抛物面反射器反射的准直光射线，并将该射线朝它的焦点聚焦，定位所述第一耦合器在所述聚焦透镜的所述焦点上，以接收由所述聚焦透镜聚焦的光。

36.一种光学系统，包括：

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列排列，定位所述第二交界面，以便在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面相邻的交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面有组合的横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，使得所述第一交界面由所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖；

椭圆形的反射器，具有第一和第二焦点，以及

灯，定位于所述第一焦点上，用以产生由所述椭圆形的反射器朝所述第二焦点反射的光射线，定位所述第一耦合器在所述椭圆形的反射器的所述第二焦点上，用于接收由所述椭圆形的反射器聚焦的光。

37.一种光学系统，包括：

所述第一耦合器与所述第二耦合器光学连通，从而所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导与其所述第二交界面彼此横向并列排列，定位所述第二交界面，以便在所述第二耦合器的所述第二交界面与所述第一耦合器的所述第一交界面之间传导光，且在所述至少两个单光纤光波导的第二交界面的相邻交界面之间没有间隙，其中所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的所述第二交界面有组合横截面积，该面积等于所述第一耦合器的所述第一交界面的横截面积，以致所述第一交界面由所述第二耦合器的所述至少两个单光纤光波导的第二交界面覆盖；

一次反射器，具有至少一个焦点，以及

灯，其相对所述一次反射器设置，以便由所述一次反射器反射的光朝着所述焦点聚焦，定位所述第一耦合器在所述一次反射器的所述焦点上，用于接收由所述一次反射器聚焦的光；以及

反向反射器，放置在与所述一次反射器相对的所述灯的一侧上，用于捕获附加光，并将其朝所述一次反射器反射回去。