CN101854020A

CN101854020A - 光纤保持构造

Info

Publication number: CN101854020A
Application number: CN201010155081A
Authority: CN
Inventors: 新子谷悦宏; 宫原利雄; 江森芳博; 中村正伸
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: EP2251943A3; US8340482B2; EP2251943A2; CN101854020B; EP2251943B1; US20100247055A1

Abstract

本发明提供一种光纤保持构造，具有用于保持处于以彼此不重合的方式卷绕的状态的光纤的表面，至少该表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。或者具有用于卷绕并保持光纤的外周表面，至少该外周表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。优选的是，热传导性成形体，压缩强度以峰值计为10～30N/cm²，以稳定值计为3～10N/cm²。优选的是，热传导性成形体，热传导率为1.0W/mK以上，且ASKER C硬度为25～40。

Description

光纤保持构造

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月31日提交的日本专利申请第2009-087355号和2009年3月31日提交的日本专利申请第2009-087360号的优先权，它们的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及光纤保持构造。

背景技术

目前，已提案一种光纤激光器，其以将镱(Yb)和铒(Er)等稀土类元素作为光放大物质添加到芯线部的放大光纤为放大介质，具备在该放大光纤的两端连接光纤光栅而形成的法布里-珀罗型光谐振器(例如参照专利文献1)。

该光纤激光器采用双包层型的放大光纤，可利用更高输出的激励光源，实现例如100W以上的高输出化。而且，这样的高输出光纤激光器例如作为光通信用的光源被利用。另外，近年来，与光纤中的非线性光学效应高的非线性光纤组合，通过非线性光纤效应进行各种光信号处理的光信号处理装置中，也利用这种高输出的光纤激光器。

专利文献1：(日本)特开2007-273600号公报

在上述那样的光纤激光器所使用的放大光纤、或非线性光纤中，传输的光的强度极强。其结果是，即使光纤中的光损耗小，随之损失的光能量也增大，因此，光纤容易发热。这样的发热有时成为使光纤的温度依赖性高的光学特性变动、或使光纤及使用其的装置的可靠性降低的原因。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地解决现有技术中的问题。

本发明一方面提供一种光纤保持构造，其特征在于，具有用于保持处于以彼此不重合的方式卷绕的状态的光纤的表面，至少该表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。

本发明另一方面提供一种光纤保持构造，其特征在于，具有用于卷绕并保持光纤的外周表面，至少该外周表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。

由此，可以得到散热性高，并且可以以低光损耗保持光纤的光纤保持构造。

当结合附图考虑时，通过阅读下面对本发明的目前优选的实施方式的详细说明，可以更好地理解本发明的上述及其它的目的、特征、优点及技术和工业上的重要性。

附图说明

图1是使用实施方式1的光纤保持构造的光纤激光器的示意图；

图2是图1所示的放大光纤的与长度方向垂直的截面的示意剖面图；

图3是图1所示的保持构造的示意立体图；

图4是图3所示的保持构造的A-A线剖面图；

图5是表示实施例1～7的光纤激光器的热传导性成形体的特性及光纤温度(ΔT)以及线圈形状稳定性的图；

图6是表示比较例1～5的光纤激光器的热传导性成形体的特性及光纤温度(ΔT)以及线圈形状稳定性的图；

图7是变形例1的保持构造的示意透视立体图；

图8是变形例2的保持构造的示意立体图；

图9是图8所示的保持构造的B-B线剖面图；

图10是使用实施方式2的光纤保持构造的光纤激光器的示意图；

图11是图10所示的放大光纤的与长度方向垂直的截面的示意剖面图；

图12是图10所示的保持构造的外周表面附近的示意剖面图；

图13是表示实施例8～14的光纤激光器的热传导性成形体的特性及其线圈形状保持性、光纤温度(ΔT)的图；

图14是表示比较例6～10的光纤激光器的热传导性成形体的特性及其线圈形状保持性、光纤温度(ΔT)的图；

图15是变形例4的保持构造的外周表面附近的示意剖面图；

图16是变形例5的保持构造的示意图；

图17是变形例6的保持构造的示意图。

符号说明

1激励光源

1₁～1_n半导体激光器

2₁～2_n多模光纤

3TFB

4多模光纤

5、7光纤光栅

6放大光纤

6a芯线部

6b内侧包层部

6c外侧包层部

8输出端子

8a单模光纤

9、19、29保持构造

9a、19a基体

9b热传导性成形体

19b～19d配管

29b～29g热传导性片

51光栅部

71光栅部

100光纤激光器

C1～C4连接点

L1激光

101激励光源

101₁～101_n半导体激光器

102₁～102_n多模光纤

103TFB

104多模光纤

105、107光纤光栅

106放大光纤

106a芯线部

106b内侧包层部

106c外侧包层部

108输出端子

108a单模光纤

109、119、129、139保持构造

109a、129a基体

109b热传导性成形体

109c热传导性片

129b～129d配管

151光栅部

171光栅部

200光纤激光器

C101～C104连接点

L101激光

具体实施方式

基于附图对将本发明具体化了的各实施方式进行说明。另外，各实施方式的说明中，对相同的部位标注同一符号，省略重复的说明。

下面，参照附图对本发明的光纤保持构造的实施方式进行详细说明。另外，本发明不受该实施方式限定。

(实施方式1)

图1是使用本发明实施方式1的光纤保持构造的光纤激光器100的示意图。如图1所示，该光纤激光器100具备：设n为1以上的整数，具备输出波长975±5nm的激励光的多模半导体激光器，即半导体激光器1₁～1_n的激励光源1、多模光纤2₁～2_n、TFB(Tapered Fiber Bundle)3、多模光纤4、形成有具有折射率周期性变化的构造的光栅部51的光纤光栅5、放大光纤6、形成有光栅部71的光纤光栅7、具有单模光纤8a的光连接器等输出端子8。另外，该光纤激光器100具备放大光纤6的保持构造9。

多模光纤2₁～2_n以导波半导体激光器1₁～1_n输出的激励光的方式连接。另外，TFB3以将多模光纤2₁～2_n导波的各激励光耦合并从多模光纤4输出的方式构成。另外，光纤光栅5在连接点C1与多模光纤4熔接。另外，放大光纤6在连接点C2与光纤光栅5熔接。另外，光纤光栅7在连接点C3与放大光纤6熔接。另外，输出端子8的单模光纤8a在连接点C4与光纤光栅7熔接。

图2是图1所示的放大光纤6的与长度方向垂直的截面的示意剖面图。该放大光纤6是双包层型的放大光纤，其具备：由添加锗并且同时添加了作为光放大介质的铒(Er)和镱(Yb)的石英玻璃构成的芯线部6a、形成于芯线部6a的外周且由折射率比芯线部6a低的石英玻璃构成的内侧包层部6b、形成于内侧包层部6b的外周且由折射率比内侧包层部6b低的树脂构成的外侧包层部6c。另外，放大光纤6的外径例如为250μm。

另外，光纤光栅5也是具有与放大光纤6相同的截面构造，在芯线部添加有锗的双包层型光纤。另外，光纤光栅7不是双包层型，而是具有下述构造，即，在图2所示的放大光纤6的构造中，将由内侧包层部6b和外侧包层部6c构成的包层部置换为一层包层部，进而在该包层部的外周具备用于保护光纤的玻璃部分的树脂包覆。

另外，单模光纤8a也为具有与光纤光栅7相同构造的光纤。另外，多模光纤2₁～2_n、4具有具备芯线部和包层部的通常的构造，是芯线部的芯线径例如为105μm的多模光纤，以通过多模传输激励光的波长光的方式构成。另外，作为多模光纤4，也可以使用双包层型的光纤。

另外，形成于光纤光栅5、7的光栅部51、71被设定间距等，以具有以添加到放大光纤6的芯线部6a的光放大物质即Er的发光频带内的规定的波长、例如1556nm附近的波长为中心的反射频带。另外，光栅部51的最大反射率约为100％，光栅部71的最大反射率约为10～30％。

接着，对保持构造9进行说明。图3是图1所示的保持构造9的示意立体图。该保持构造9具备例如由铝等金属构成的基体9a和以覆盖基体9a的上面至少一部分的方式密接形成的片状的热传导性成形体9b。热传导性成形体9b的厚度例如为0.5～10mm。另外，该保持构造9安装于该光纤激光器100的框体内。或者，该框体的一部分兼作基体9a。而且，该保持构造9在热传导性成形体9b的表面保持有处于以彼此不重合的方式卷绕成同心圆状的状态的放大光纤6。

接着，对该光纤激光器100的动作进行说明。首先，当半导体激光器1₁～1_n输出波长975±5nm的激励光时，多模光纤2₁～2_n将各激励光导波，TFB3将导波的各激励光耦合并向多模光纤4输出。多模光纤4通过多模传输耦合后的激励光。之后，光纤光栅5透过在多模光纤4传输的激励光到达放大光纤6。

到达放大光纤6的激励光边在放大光纤6的内侧包层部6b内以多模传输，边经由添加在放大光纤6的芯线部6a中的Yb将Er进行光激励，使具有包含波长1560nm的波长频带的荧光发光。该荧光边在光纤光栅5、7构成的光谐振器内以单模往复，边通过Er受激发射作用放大，在振荡波长1560nm进行激光振荡。然后，光纤激光器100从输出端子8输出例如光强度100W的激光L1。

在此，在放大光纤6中，由于存在激励光和激光振荡光，故而光强度极强。因此，放大光纤6因其中的光损耗而发热。另外，在放大光纤6的情况下，在其中从激励光向激光振荡光的转换以规定的能量转换效率进行。因此，在该转换时损失的能量成为热，所以特别容易发热。

但是，在该光纤激光器100中，放大光纤6的热传导率为0.5W/mK以上，且以卷绕于ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体9b上的状态保持于保持构造9。其结果是，放大光纤6由于以不产生弯曲带来的过剩的光损耗的方式被保持，故而不会产生过剩的热，且产生的热被迅速地散热。因此，放大光纤6的温度上升被抑制，防止能量转换效率的降低，也可维持可靠性。

图4是图3所示的保持构造9的A-A线剖面图。如图4所示，在保持构造9中，放大光纤6适度地沉入具有适宜的硬度的热传导性成形体9b，以不产生微小的弯曲等的状态保持，因此，不会产生弯曲损耗等的过剩的光损耗。另外，在放大光纤6产生的热通过热传导性成形体9b的高的热传导率而被迅速地散热。另外，该保持构造9由于以按照相互不重合的方式卷绕成同心圆状的状态保持放大光纤6，故而也可以防止放大光纤6的互相重叠带来的弯曲损耗。

另外，通常，光纤的芯体主要可由石英玻璃构成，具有某一定的弹性。另外，光纤在其制造时卷绕在线轴及卷筒上，且以该状态一直保管至下一次使用时。由于这样的保管状态及期间，主要是光纤外周的树脂包覆层受到的卷绕时的应力及应变缓和，经常产生某种“卷取痕迹”残留的情况。因此，例如光纤激光器等中，为了向装置的框体收容，即使以卷绕成同心圆状的状态保持光纤，也会因光纤自身的弹性及卷取痕迹而从所希望的形状产生巨变。因此，在使用热传导性成形体进行光纤的散热时，为防止这样的形状的巨变，对于热传导性成形体要求用于将光纤固定为所希望的形状的某种粘接性。

但是，在现有的热传导性成形体的情况中，由于大量含有热传导性填充剂，因此，硬度及受到压缩应力时的应变量等不适当，不能期望上述那样的用于固定光纤的粘接性。或者也可以想出在现有的热传导性成形体表面设置粘接层来固定光纤的方法，但由于不能对具有一定以上的粘接力的粘接层赋予足够的热传导性，故而热传导性下降。

另一方面，也可以想出降低热传导性成形体的硬度，使相对于压缩的反作用弹性极其低的方法，但在不具有适宜的硬度及对于压缩应力的应变量的热传导性成形体上保持光纤的情况下，虽然不会产生形状的巨变，但在进行线圈状态的成形时或装置的组装时，光纤上容易产生局部的弯曲，且以产生该弯曲后的状态保持，由此，光纤可能产生弯曲损耗。

与之相对，本实施方式1中，在保持构造9中，通过使用热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体9b，实现不产生微小的弯曲等的状态下的放大光纤6的保持，且确保充分的散热性。

另外，作为热传导性成形体9b的特性，更优选的是，压缩强度以峰值计为10～30N/cm²，以稳定值计为3～10N/cm²。另外，更优选的是，热传导率为1.0W/mK以上，且ASKER C硬度为25～40。另外，进一步优选的是，热传导率为1.5W/mK以上，ASKER C硬度为25～35，压缩强度以峰值计为15～25N/cm²。

另外，具有上述特性的热传导性成形体9b例如可如下实施，对于以规定的配合比配合有丙烯酸橡胶和热塑性弹性体的基础橡胶，含有规定量的氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁等热传导性填料，且优选将适宜含有软化剂的热传导性组合物成形为片状。

如以上所说明，本实施方式1的光纤保持构造9散热性高，并且可以以低光损耗保持放大光纤6。

(实施例1～7、比较例1～5)

接着，基于实施例、比较例对本发明进行更详细说明，但本发明不限于此。

作为本发明的实施例1～7、比较例1～5，制作了与图1所示的结构相同的光纤激光器。此时，作为保持构造，设定为在由铝构成的板状的基体的表面贴附有厚度3mm的片状热传导性成形体的构造。而且，设定为在该保持构造上同心圆状地卷绕有长度20m的放大光纤的状态，对放大光纤同样施加规定的压力，按压固定在热传导性成形体上。另外，将从18个半导体激光器输出的激励光的强度分别设定为10W，以使从输出端子输出的激光的强度为100W的方式构成光纤激光器。

在此，各实施例、比较例中，使用不同组成的热传导性成形体，且使其热传导率、ASKER C硬度、压缩强度不同。具体而言，使用的热传导性成形体为，对于丙烯酸橡胶和热塑性弹性体的配合比不同的基础橡胶100质量份，作为热传导填料，配合仅规定质量份的选自形状为球状且平均粒径为35μm的氧化铝A、形状为圆形且平均粒径为22μm的氧化铝B、以及形状为不规则形且平均粒径为8μm的氢氧化铝的至少一种，进而作为软化剂，配合仅规定质量份的聚醚脂系油即油A、链烷烃系油即油B，将它们进行混炼，制作热传导性橡胶组合物，进而将该热传导性橡胶组合物用挤压机挤压成厚度3mm的片状，制成热传导性成形体。

另外，对于这样制作的热传导性成形体，热传导率、ASKER C硬度、压缩强度如下测定。首先，根据JIS R 2616规定的热线法，利用京都电子工业社制的迅速热传导率计，将各实施例、比较例的热传导性成形体重合两个，以厚度6mm的状态测定热传导率。另外，使用高分子计器公司制的ASKER C型硬度计测定ASKER C硬度。

另外，对于压缩强度，将各实施例、比较例的热传导性成形体作成3mm×20mm×20mm大小的试样，用市售的压缩试验机以5mm/分钟的速度压缩各试样，测定压缩厚度的30％的时刻的峰值及保持该状态经过10分钟时的稳定值。

而且，对制作好的各实施例、比较例的光纤激光器进行以下的评价。

<光纤温度(ΔT)>

在此，光纤温度(ΔT)是指在用NEC Avio红外线technology公司制的带可见及红外切换功能的温度记录仪(サ一モトレ一サTH9260)从外部观察放大光纤的温度分布时，温度记录仪的视场中的最高的温度和室温的温度差。

<线圈形状稳定性>

线圈形状稳定性是指能否维持如图3、4所示那样配置的放大光纤的同心圆状的线圈形状的初始配置。该评价通过每隔规定时间目视观察放大光纤的状态，确认有无从初始配置偏移(移动)来执行。

<结果>

图5是表示实施例1～7的光纤激光器的热传导性成形体的特性及光纤温度(ΔT)以及线圈形状稳定性的图。如图5所示，在该实施例1～7中，热传导性成形体的热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50，因此，光纤温度被抑制得较低。另外，实施例3及4中，由于热传导率为1.0W/mK以上，所以光纤温度的上升被抑制得更低，进而在实施例5～7中，由于热传导率为1.5W/mK以上，所以光纤温度的上升被抑制得较低。并且，实施例4～7中，ASKER C硬度为更优选的范围即25～40，且压缩强度的峰值为更优选的范围即15～25N/cm²，因此，保持光纤时的粘接性处于最佳状态。认为这一点也有助于光纤温度的抑制。另外，对于线圈形状稳定性，任何的实施例中，240小时后都没有发现放大光纤从初始配置偏移。即，线圈形状稳定。

另一方面，图6是表示比较例1～5的光纤激光器的热传导性成形体的特性及光纤温度(ΔT)以及线圈形状稳定性的图。如图6所示，比较例1、2中，由于热传导性成形体的热传导性不足，故而放大光纤的温度大致一样地上升，光纤温度(ΔT)增大。特别是在比较例2中，预想到，光纤温度(ΔT)达到+70℃，在该状态下连续使用时，带来放大光纤的外侧包层的劣化、进而装置寿命的低下。另外，关于比较例5，由于热传导性成形体过于柔软，因此，放大光纤产生局部的弯曲，在该部分产生大的温度上升即光纤温度(ΔT)的增大。另外，关于比较例3、4，线圈形状稳定性成为光纤的配置偏移初始配置、中断光纤的温度(ΔT)测定的结果。关于比较例1、2、5，任何的比较例中，在240小时后，都没有发现放大光纤偏移初始配置。即，线圈形状稳定。

(变形例)

可以在上述实施方式1中使用的保持构造不限于图1所示的构造。下面，对可以在实施方式1中使用的保持构造的变形例进行说明。

(变形例1)

图7是变形例1的保持构造的示意性透视剖面图。如图7所示，变形例1的保持构造19与图1所示的保持构造9相同，具备由铝等金属构成的基体19a和热传导性成形体9b。但是，与保持构造9不同，在该保持构造19上，在基体19a上配设有作为冷却装置的配管19b～19d。另外，该保持构造19以夹在热传导性成形体9b的表面和基体19a的表面之间的方式保持处于以彼此不重合的方式卷绕成同心圆状的状态的放大光纤6。另外，由于放大光纤6沉入具有适宜的硬度的热传导性成形体9b，所以基体19a和热传导性成形体9b成为密接的状态。

在此，配管19b、19c分别其一端与配置于外部的泵等给排水机构连接，另一端与配管19d连接。另外，配管19d遍布于基体19a的内部。而且，配管19b将从给排水机构供给的冷却水导入配管19d，配管19d使冷却水在基体19a内流动，配管19b将冷却水从配管29d向给排水机构排水。此时，配管19d内流动的冷却水对热传导性成形体9b进行冷却，因此，在放大光纤6中产生的热被更进一步迅速地散热。另外，也可以使用冷却液等冷却介质代替冷却水。

另外，放大光纤6形成以彼此不重合的方式卷绕的状态，但对于放大光纤6中取出到外部的部分，与卷绕的状态的部分产生重合(图7中由符号X表示的部分)。但是，该重合是轻微的，且由于放大光纤6沉入热传导性成形体9b，因此，在该部分X的放大光纤6的重合带来的弯曲损耗轻微，可以忽视。

另外，该变形例1中，由于热传导性成形体9b为与基体19a相同的面积，因此，散热性高，所以优选。但是，对于热传导性成形体9b，如果为覆盖放大光纤6那样的形状，则在保持性及散热性方面足够。因此，作为热传导性成形体，例如也可以使用与安置有放大光纤6的区域的形状相适合的环形的热传导性成形体。

(变形例2)

图8是变形例2的保持构造的示意立体图。如图8所示，变形例2的保持构造29中，在基体9a的上面堆积形成有作为热传导性成形体的多个热传导性片29b～29g。该热传导性片29b～29g与实施方式1的热传导性成形体9b相同，热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50。

图9是图8所示的保持构造29的B-B线剖面图。如图9所示，该保持构造29以夹在热传导性片29b～29g的对向的表面间的方式保持放大光纤6。另外，由于放大光纤6沉入具有适宜的硬度的热传导性片29b～29g，所以热传导性片29b～29g彼此成为密接的状态。另外，放大光纤6在热传导性片29b～29g之间分别为一重卷绕的状态。因此，放大光纤6彼此间被保持为彼此不重合。这样的保持构造29也成为散热性高并且能够以低光损耗保持光纤的结构。

另外，上述实施方式1及变形例2中，也可以将基体9a置换为配设有配管19b～19d的变形例1的基体19a。另外，作为冷却装置，不限于变形例1那样的使用配管19b～19d和冷却水的装置，例如也可以在保持构造的外表面配设珀尔帖元件作为冷却装置使用。

另外，在上述实施方式及其变形例中，保持构造是保持放大光纤的部件，但要保持的光纤不限于此。例如，利用四波混频作为非线性效应的非线性光纤，是使高强度的光输入的光纤，是利用有温度依赖性的零色散波长特性的光纤。因此，如果应用本发明的光纤的保持构造，则可防止零色散波长的变动，因此，可防止四波混频的发生效率的下降，还可以维持非线性光纤及使用其的装置的可靠性。

(实施方式2)

图10是使用本发明实施方式2的光纤保持构造的光纤激光器200的示意图。如图10所示，该光纤激光器200具备：将n设定为1以上的整数，具备输出波长975±5nm的激励光的多模半导体激光器即半导体激光器101₁～101_n的激励光源101、多模光纤102₁～102_n、TFB(Tapered FiberBundle)103、多模光纤104、形成有具有折射率周期性变化的构造的光栅部151的光纤光栅105、放大光纤106、形成有光栅部171的光纤光栅107、具有单模光纤108a的光连接器等输出端子108。另外，该光纤激光器200具备放大光纤106的保持构造109。

多模光纤102₁～102_n以将半导体激光器101₁～101_n输出的激励光导波的方式连接。另外，TFB103以将多模光纤102₁～102_n导波的各激励光耦合并从多模光纤104输出的方式构成。另外，光纤光栅105在连接点C101与多模光纤104熔接。另外，放大光纤106在连接点C102与光纤光栅105熔接。另外，光纤光栅107在连接点C103与放大光纤106熔接。另外，输出端子108的单模光纤108a在连接点C104与光纤光栅107熔接。

图11是图10所示的放大光纤106的与长度方向垂直的截面的示意剖面图。该放大光纤106是双包层型的放大光纤，其具备：由添加锗并且同时添加了作为光放大介质的铒(Er)和镱(Yb)的石英玻璃构成的芯线部106a、形成于芯线部106a的外周且由折射率比芯线部106a低的石英玻璃构成的内侧包层部106b、形成于内侧包层部106b的外周且由折射率比内侧包层部106b低的树脂构成的外侧包层部106c。另外，放大光纤106的外径例如为250μm。

另外，光纤光栅105也具有与放大光纤106相同的截面构造，是在芯线部添加有锗的双包层型光纤。另外，光纤光栅107不是双包层型，而具有下述构造，即，在图11所示的放大光纤106的构造中，将由内侧包层部106b和外侧包层部106c构成的包层部置换为一层包层部，进而在该包层部的外周具备用于保护光纤的玻璃部分的树脂包覆。

另外，单模光纤108a也为具有与光纤光栅107相同构造的光纤。另外，多模光纤102₁～102_n、104具有具备芯线部和包层部的通常的构造，是芯线部的芯线径例如为105μm的多模光纤，以通过多模传输激励光的波长光的方式构成。另外，作为多模光纤104，也可以使用双包层型的光纤。

另外，形成于光纤光栅105、107的光栅部151、171被设定间距等，以具有以添加到放大光纤106的芯线部106a的光放大物质即Er的发光频带内的规定的波长、例如1556nm附近的波长为中心的反射频带。另外，光栅部151的最大反射率约为100％，光栅部171的最大反射率约为10～30％。

另外，保持构造109具有圆柱形状，在例如由铝等金属构成的圆柱形状的基体109a的外周卷绕片状的热传导性成形体109b而构成。热传导性成形体109b的厚度例如为0.5～10mm。而且，保持构造109在由其热传导性成形体109b构成的外周表面，以按照彼此不重合的方式一重卷绕成线圈状的状态保持放大光纤106。

接着，对该光纤激光器200的动作进行说明。首先，当半导体激光器101₁～101_n输出波长975±5nm的激励光时，多模光纤102₁～102_n将各激励光导波，TFB103将导波来的各激励光耦合并向多模光纤104输出。多模光纤104通过多模传输耦合后的激励光。之后，光纤光栅105透过在多模光纤104中传输的激励光到达放大光纤106。

到达放大光纤6的激励光边在放大光纤106的内侧包层部106b内以多模传输，边经由放大光纤106的芯线部106a中添加的Yb将Er进行光激励，使具有包含波长1560nm的波长频带的荧光发光。该荧光边在光纤光栅105、107构成的光谐振器内以单模往复，边通过Er受激发射作用放大，在振荡波长1560nm进行激光振荡。然后，光纤激光器200从输出端子108输出例如光强度100W的激光L101。

在此，在放大光纤106中，由于存在激励光和激光振荡光，故而光强度极强。因此，放大光纤106因其中的光损耗而发热。另外，在放大光纤106的情况下，在其中从激励光向激光振荡光的转换以规定的能量转换效率进行。因此，在该转换时损失的能量成为热，所以特别容易发热。

但是，在该光纤激光器200中，放大光纤106的热传导率为0.5W/mK以上，且以卷绕于ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体109b上的状态保持于保持构造109。其结果是，放大光纤106由于以不产生弯曲带来的过剩的光损耗的方式保持，故而不会产生过剩的热，且产生的热被迅速的散热。因此，放大光纤106的温度上升被抑制，防止能量转换效率的降低，也可维持可靠性。

图12是图10所示的保持构造109的外周表面附近的示意性剖面图。如图12所示，在保持构造109中，放大光纤106适度地沉入具有适宜的硬度的热传导性成形体109b，以不产生微小的弯曲等的状态保持，因此，不会产生弯曲损耗等过剩的光损耗。另外，在放大光纤106产生的热通过热传导性成形体109b的高的热传导率而被迅速地散热。另外，该保持构造109由于以相互不重合的方式保持放大光纤106，故而也可以防止放大光纤106的重合带来的弯曲损耗。另外，根据该保持构造109，由于在以同一卷绕直径卷绕的状态保持放大光纤106，因此，例如能够以比同心圆状卷绕并保持的情况小的设置面积保持放大光纤106，且在放大光纤106中取出到外部的部分可以避免因与卷绕的状态的部分重合而可能产生的弯曲损耗。

另外，通常，光纤的芯体主要可由石英玻璃构成，具有某一定的弹性。另外，光纤在其制造时卷绕在线轴及卷筒上，且在该状态下一直保管至下一次使用时。由于这样的保管状态及期间，主要是光纤外周的树脂包覆层受到的卷绕时的应力及应变缓和，经常产生某种“卷取痕迹”残留的情况。因此，例如光纤激光器等中，为了向装置的框体收容，即使将光纤卷绕到其它线轴等上并保持规定的线圈状，也会因光纤自身的弹性及卷取痕迹而从所希望的形状产生巨变。因此，在使用热传导性成形体进行光纤的散热时，为防止这样的形状的巨变，对于热传导性成形体要求用于将光纤固定为所希望的线圈状的某种粘接性。

但是，在现有的热传导性成形体的情况中，由于大量含有热传导性填充剂，因此，硬度及受到压缩应力时的应变量等不适当，不能期望上述那样的用于固定光纤的粘接性。或者也可以想出在现有的热传导性成形体表面设置粘接层来固定光纤的方法，但由于不能对具有一定以上的粘接力的粘接层赋予充分的热传导性，故而热传导性低下。

另一方面，也可以想出降低热传导性成形体的硬度，使相对于压缩的反作用弹性极其低的方法，但在不具有适宜的硬度及相对于压缩应力的应变量的热传导性成形体上保持光纤的情况下，虽然不会产生形状的巨变，但在进行线圈状态的成形时或装置的组装时，光纤上容易产生局部的弯曲，且以产生该弯曲的状态保持，由此，光纤可能产生弯曲损耗。

与之相对，本实施方式2中，在保持构造109中，通过使用热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体109b，实现不产生微小的弯曲等的状态下的放大光纤106的保持，且确保充分的散热性。

另外，作为热传导性成形体109b的特性，更优选的是，压缩强度以峰值计为10～30N/cm²，以稳定值计为3～10N/cm²。另外，更优选的是，热传导率为1.0W/mK以上，且ASKER C硬度为25～40。另外，进一步优选的是，热传导率为1.5W/mK以上，ASKER C硬度为25～35，压缩强度以峰值计为15～25N/cm²。

另外，具有上述特性的热传导性成形体109b例如可如下实施，对于以规定的配合比配合有丙烯酸橡胶和热塑性弹性体的基础橡胶，含有规定量的氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁等热传导性填料，且优选将适宜含有软化剂的热传导性组合物成形为片状。

(实施例8～14、比较例6～10)

作为本发明的实施例8～14、比较例6～10，制作了与图10所示的结构相同的光纤激光器。此时，作为保持构造，在由铝构成的外径30cm的卷筒上以一定张力卷绕厚度3mm的热传导性成形体，且在其上以一定张力卷绕并固定长度20m的放大光纤。另外，将从18个半导体激光器输出的激励光的强度分别设为10W，以使从输出端子输出的激光的强度为100W的方式构成光纤激光器。

在此，各实施例、比较例中，使用不同组成的热传导性成形体，且使其热传导率、ASKER C硬度、压缩强度不同。具体而言，使用的热传导性成形体为，相对于丙烯酸橡胶和热塑性弹性体的配合比不同的基础橡胶100质量份，作为热传导填料，配合仅规定质量份的选自形状为球状且平均粒径为35μm的氧化铝A、形状为圆形且平均粒径为22μm的氧化铝B、以及形状为不规则形且平均粒径为8μm的氢氧化铝的至少一种，进而作为软化剂，配合仅规定质量份的聚醚脂系油即油A、链烷烃系油即油B，将它们混炼，制作热传导性橡胶组合物，进而将该热传导性橡胶组合物用挤压机挤压成厚度3mm的片状，制成热传导性成形体。

另外，对于这样制作的热传导性成形体，热传导率、ASKER C硬度、压缩强度如下测定。首先，根据JIS R 2616规定的热线法，利用京都电子工业社制的迅速热传导率计，将各实施例、比较例的热传导性成形体重合两个，以厚度6mm的状态测定热传导率。另外，ASKER C硬度使用高分子计器公司制的ASKER C型硬度计测定。

<线圈形状保持性>

在此，线圈形状保持性是指保持构造可以在何种程度时间内保持放大光纤的线圈形状。该线圈形状保持性的评价是通过如下方式进行的，即在将放大光纤成形为线圈形状并固定后的经过时间内，每隔规定时间进行目视观察，确认有无从最初的线圈形状产生巨变，例如放大光纤的松解及脱离保持构造等。另外，目视观察在固定为线圈形状后经过4、24、72、120、240小时后进行。

<光纤温度(ΔT)>

<结果>

图13是表示实施例8～14的光纤激光器的热传导性成形体的特性及其线圈形状保持性、光纤温度(ΔT)的图。如图13所示，在该实施例8～14中，热传导性成形体的热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50，因此，线圈保持形状无变化，光纤温度被抑制得较低。另外，实施例10及11中，由于热传导率为1.0W/mK以上，所以光纤温度的上升被抑制得更低，进而在实施例12～14中，由于热传导率为1.5W/mK以上，所以光纤温度的上升被抑制得特别低。并且，实施例11～14中，ASKER C硬度为更优选的范围即25～40，且压缩强度的峰值为更优选的范围即15～25N/cm²，因此，保持光纤时的粘接性处于最佳状态。认为这一点也有助于线圈形状保持性及光纤温度的抑制。

另一方面，图14是表示比较例6～10的光纤激光器的热传导性成形体的特性及其线圈形状保持性、光纤温度(ΔT)的图。如图14所示，比较例6、7中，由于热传导性成形体的热传导性不足，故而放大光纤的温度大致一样地上升，光纤温度(ΔT)增大。特别是在比较例7中，可预想到，光纤温度(ΔT)达到十81℃，在该状态下连续使用时，带来放大光纤的外侧包层的劣化、进而装置寿命的低下。另外，比较例8、9中，ASKER C硬度和压缩强度不适当，没有足够的粘接性，因此，不能保持线圈形状，在经过24小时后，放大光纤脱离保持构造。另外，关于比较例10，由于热传导性成形体过于柔软，因此，放大光纤产生局部的弯曲，在该部分产生大的温度上升即光纤温度(ΔT)的增大。

(变形例)

可以在上述实施方式2中使用的保持构造不限于图10所示的构造。下面，对可以在实施方式2中使用的保持构造的变形例进行说明。

(变形例4)

图15是变形例4的保持构造的外周表面附近的示意剖面图。如图15所示，变形例4的保持构造119具有与图10所示的保持构造109相同的基体109a和热传导性成形体109b，并且还具备热传导性片109c。该热传导性片109c以覆盖卷绕于热传导性成形体109b的外周表面的放大光纤106的方式卷绕，与热传导性成形体109b相同，热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50。另外，热传导性片109c的厚度例如为0.5～10mm。根据该保持构造119，放大光纤106通过热传导性成形体109b和热传导性片109c以不产生过剩的光损耗的方式更可靠地保持，并且，产生的热比仅热传导性成形体109b的情况更快地被散热。

另外，作为本变形例4的进一步的变形例，也可以为下述结构，从图15所示的结构中删除热传导性成形体109b，将放大光纤106卷绕于基体109a，以覆盖放大光纤106的方式卷绕热传导性片109c。

(变形例5)

图16是变形例5的保持构造的示意图。如图16所示，变形例5的保持构造129与图10所示的保持构造109相同，具有由铝等金属构成的基体129a和热传导性成形体109b。另外，放大光纤106卷绕于热传导性成形体109b的外周表面。但是，与保持构造109不同，在基体129a上配设有作为冷却装置的配管129b～129d。在此，配管129b、129c分别为：其一端与配置于外部的泵等给排水机构连接，另一端与配管129d连接。另外，配管129d遍布于基体129a内部的外周附近。而且，配管129b将从给排水机构供给的冷却水导入配管129d，配管129d使冷却水在基体129a内流动，配管129b将冷却水从配管129d向给排水机构排水。此时，配管129d内流动的冷却水对热传导性成形体109b进行冷却，因此，在放大光纤106中产生的热被更进一步迅速地散热。另外，也可以使用冷却液等冷却介质代替冷却水。

(变形例6)

图17是变形例6的保持构造的示意图。如图17所示，变形例6的保持构造139具有圆柱形状，由热传导率为0.5W/mK，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。而且，放大光纤106被卷绕于由该保持构造139的热传导性成形体构成的外周表面。这样的保持构造139也为散热性高并且可以以低光损耗保持光纤的结构。

另外，上述变形例4的热传导性片109c也可以适用于变形例5、6的保持构造129、139。另外，变形例5的配管129b～129d也可以适用于变形例6的保持构造139。另外，作为冷却装置，不限于使用变形例5那样的配管129b～129d和冷却水，例如也可以在保持构造的外表面配设珀尔帖元件作为冷却装置。

另外，在上述实施方式及其变形例中，保持构造为圆柱形状，但只要是要保持的光纤不产生弯曲损耗的形状即可，例如也可以为椭圆柱形状。另外，保持构造不限于实心的圆柱形状，也可以为中空。

另外，上述实施方式及其变形例中，保持构造是保持放大光纤的构造，但用于保持的光纤不限于此。例如，利用四波混频作为非线性效应的非线性光纤是输入高强度的光的光纤，利用有温度依赖性的零色散波长特性。因此，如果应用本发明的光纤的保持构造，则可防止零色散波长的变动，因此，可防止四波混频的发生效率的下降，还可以维持非线性光纤及使用其的装置的可靠性。

虽然为了完整和清楚公开而相对于特定实施方式描述了本发明，但是所附的权利要求书并不因此而局限于此，而是应该理解为涵盖所有修改和替代结构，这些修改和替代结构完全落入在此描述的基本教导内而对本领域技术人员来说是可以构想到的。

Claims

1.一种光纤保持构造，其特征在于，具有用于保持处于以彼此不重合的方式卷绕的状态的光纤的表面，至少该表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。

2.如权利要求1所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，压缩强度以峰值计为10～30N/cm²，以稳定值计为3～10N/cm²。

3.如权利要求1所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，热传导率为1.0W/mK以上，且ASKER C硬度为25～40。

4.如权利要求1所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，热传导率为1.5W/mK以上，ASKER C硬度为25～35，压缩强度以峰值计为15～25N/cm²。

5.如权利要求1所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体堆积多个热传导性片而形成，以夹在该热传导性片的对向的表面之间的方式保持所述光纤。

6.如权利要求1所述的光纤保持构造，其特征在于，还具备配设于该保持构造的内部或外表面的冷却装置。

7.一种光纤保持构造，其特征在于，具有用于卷绕并保持光纤的外周表面，至少该外周表面由热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50的热传导性成形体构成。

8.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，压缩强度以峰值计为10～30N/cm²，以稳定值计为3～10N/cm²。

9.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，热传导率为1.0W/mK以上，且ASKER C硬度为25～40。

10.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，所述热传导性成形体，热传导率为1.5W/mK以上，ASKER C硬度为25～35，压缩强度以峰值计为15～25N/cm²。

11.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，具备圆柱形状的基体，且所述热传导性成形体设于所述基体的外周。

12.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，还具备热传导性片，其以覆盖卷绕于所述外周表面的光纤的方式设置，热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50。

13.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，由具有圆柱形状的热传导性成形体构成。

14.一种光纤保持构造，其特征在于，具备用于卷绕并保持光纤的圆柱形状的基体和热传导性片，该热传导性片以覆盖所述卷绕的光纤的方式设置，热传导率为0.5W/mK以上，且ASKER C硬度为20～50。

15.如权利要求7所述的光纤保持构造，其特征在于，还具备配设于该保持构造的内部或外表面的冷却装置。