CN102124383A - 用于光纤部件的高功率运行的能量消散封装 - Google Patents

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Abstract

一种用于消散来自装置的光纤部件的热功率或光功率的至少一个的封装。所述封装包括：用于容纳所述光纤部件的散热器封装容器，所述散热器封装容器具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔。根据一个方面，所述封装可包括用于消散热功率或光功率的功率消散性材料，所述功率消散性材料在所述空腔内延伸并围绕光纤部件的所述温度敏感部分。根据另一方面，封装可包括在空腔和散热器封装容器的末端之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触，用于消散来自光纤部件的热功率及/或光功率。

Description

用于光纤部件的高功率运行的能量消散封装
技术领域
本发明涉及用于光纤部件的封装。尤其是，涉及用于使来自装置的光纤部件的热功率或光功率中的至少一个消散的封装。
背景技术
在许多工业应用中，光纤激光器已经成为被选择的激光器。这些应用越来越需要激光器在千瓦功率水平上发光，这使激光器组件的功率掌控能力受到严峻考验。这个革新的关键元件是图1中所展示出的双包层光纤(DCOF)的发展。这些光纤用作在从信号导件1出来的高亮度/高光束质量信号和低亮度/低光束质量多模态泵浦二极管之间的亮度转换器。
在光纤激光器中产生故障的最常见的原因之一是在光纤的联接处的高折射率丙烯酸脂保护护套4和低折射率聚合物泵浦导件包层3以及泵浦导件2的热退化。在这些联接处，由于光纤熔接而产生的光学扰动将一些光学能量转换到不再被光纤波导结构引导的模态中。尽管熔接的过度损失可以被熔接之后的未包覆的光纤的玻璃—空气界面引导，任何在优于所述低折射率聚合物的数值孔径的数值孔径下行进的光线在它到达已包覆光纤界面时都被立刻剥除且被吸收在低折射率聚合物3和丙烯酸脂保护护套4中。接着，由此导致的过热可能引起光纤的低折射率聚合物3和丙烯酸酯保护护套4的热退化，使得他们甚至更多地吸收光线，最终引起熔接燃烧或融化和引发光纤激光器的灾难性的故障。Di Giovanni等人的美国专利6,515,994描述了一种用于检测作为对光纤传递的光线的吸收的结果而从光纤熔接发出的热功率的技术。
另一种在光纤激光器中的常见模式的故障出现在放大光纤在泵浦功率的进入点之后的最初几厘米中。在掺杂的光纤芯中，量子数亏损导致在玻璃主基质中泵浦辐射被转变为热量。例如，镱离子激光伴随着大约20％的泵浦功率被转变成热量。在光纤芯中的相关温度升高接着导致低折射率聚合物3和光纤的丙烯酸酯保护护套4的温度升高。对丙烯酸酯光纤覆层的寿命研究建议将覆层温度保持在80度以下。因此，商用高功率光纤激光器经常不得不设计成避免此类问题，方法是通过分配泵浦功率在多个进入点处从而防止覆层温度超过其工作温度。
图2示出光纤装置的示例性光纤部件，并且指出由于热退化而引起的灾难性故障的可能位置。
Wetter等人的公开号2007/0206909的美国专利申请描述了一种用于高功率消散的光纤部件封装。图3示出根据Wetter的一种用于光纤装置12’的封装10’。该光纤部件封装具有包围光纤装置12’的高导热的封装基板18’和20’，并且在每个端部具有固定光纤装置到所述基板上的粘合粘接部14’和16’。制造所述粘合粘接部的材料具有在湿热中的高透明度以及高玻璃化转变温度，并且能够承受100度以上的温度。然而，在Wetter文献中建议的粘合剂是热的不良导体，它可能导致热退化和故障。在F Séguin等人的“Tapered fused bundle coupler package for reliable high optical power dissipation”(光纤激光器III：技术、系统和应用，SPIE公报6102卷，2006)中已经确认了粘合粘接部是热故障的常见原因这一事实。理想地，粘合粘接部应该是热的良导体并且是光学透明的。然而，就本发明人所知，同时是热的良导体和光学透明的粘合材料目前是无法得到的。
考虑到上述情况，仍需要一种简单的能防止光纤部件在高功率运行时热退化的装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于消散来自装置的光纤部件的热功率或光功率的至少一个的封装，所述封装包括：
-用于容纳所述光纤部件的散热器封装容器，所述散热器封装容器包括：
-用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；
-用于容纳光纤部件的输入端的第一端；及
-用于容纳光纤部件的输出端的第二端；及
-用于消散热功率或光功率的至少一个的功率消散性材料，所述功率消散性材料在所述空腔内延伸并围绕光纤部件的所述温度敏感部分。
根据一个实施例，所述功率消散性材料可包括光学透明材料，所述光学透明材料具有的增进在光纤部件内的光线的全内反射光学引导的折射率。根据另一实施例，功率消散性材料可包括用于模态剥除的光学透明材料，其折射率等于或大于光纤部件的温度敏感部分的折射率。根据又一实施例，功率消散性材料包括可导热材料。
散热器封装容器可包括在空腔和散热器封装容器的所述第一端或所述第二端之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触以消散来自光纤部件的热功率或光功率的至少一个。
所述封装可包括靠近散热器封装容器的第一端和第二端的每一个的粘合剂，所述粘合剂用于将光纤部件固定到散热器封装容器。
散热器封装容器优选包括散热器基板和散热器盖，它们以基本匹配的关系接合而限定所述空腔。
根据本发明的第二方面，提供一种用于消散来自装置的光纤部件的热功率或光功率的至少一个的封装，其中光纤部件具有导光芯和围绕所述芯的包层。所述封装包括用于容纳所述光纤部件的散热器封装容器，所述散热器封装容器包括：
-用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；
-用于容纳光纤部件的输入端的第一端；
-用于容纳光纤部件的输出端的第二端；及
-在空腔和所述第一端及第二端中任一之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触以消散来自光纤部件的热功率或光功率的至少一个。
所述封装可包括用于固定光纤部件到散热器封装容器的粘合剂，所述粘合剂放在位于所述至少一个通道内并且远离空腔的粘合剂粘接位置。所述粘合剂的折射率可大于光纤部件的包层的折射率。所述粘合剂优选是光学透明且耐热的。
所述空腔可包括围绕光纤部件的温度敏感部分的对热不敏感的气体。
空腔可包含用于消散热功率或光功率的至少一个的功率消散性材料，所述功率消散性材料围绕光纤部件的温度敏感部分。
光纤部件的可被空腔接受的温度敏感部分可被剥除包层。
散热器封装容器优选包括散热器基板和散热器盖，它们以基本匹配的关系接合而限定所述空腔。
根据本发明的第三方面，提供一种对装置的高功率光纤部件进行封装以消散来自器的热功率或光功率的至少一个的方法。所述方法包括下述步骤：
-将光纤部件插入到散热器基板中，所述散热器基板具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；
-将功率消散性材料引入到空腔中，所述功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分以消散热功率或光功率的至少一个；及
-将散热器盖放置成与散热器基板成基本匹配的关系，由此围起光纤部件并封装所述光纤部件。
所述引入功率消散性材料到空腔内的步骤可包括液态地填充功率消散性材料到空腔内和使功率消散性材料固化在适当位置。
所述方法还包括下述步骤：在靠近散热器基板的末端的粘合剂粘接位置使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板。
在插入光纤部件的步骤之前，所述方法还包括重新涂覆光纤部件的温度敏感部分的之前去覆层的部分的步骤
根据本发明的第四方面，提供一种对装置的高功率光纤部件进行封装以消散来自其的热功率或光功率的至少一个的方法，其中光纤部件具有导光芯和围绕所述芯的包层。所述方法包括下述步骤：
-将光纤部件插入到散热器基板中，所述散热器基板具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔并具有在所述空腔和散热器基板的一端之间延伸的用于接受光纤部件的端部的至少一个通道，所述端部被安放成与所述至少一个通道紧密接触以消散来自光纤部件的端部的热功率或光功率的至少一个；及
-将散热器盖放置成与散热器基板成基本匹配的关系，由此围起光纤部件并封装所述光纤部件。
所述插入光纤部件的步骤包括定位光纤部件使得光纤部件的包层不会延伸到所述空腔中。
所述封装方法可还包括下述步骤：在位于通道内并远离空腔的粘合剂粘接位置处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板。
根据一个实施例，所述方法可还包括将对热不敏感的气体引入到空腔中的步骤。
根据另一实施例，所述方法可包括引入功率消散性材料到空腔中的步骤，所述功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分以消散来自其的热功率或光功率的至少一个。所述引入功率消散性材料到空腔内的步骤可包括液态地填充功率消散性材料到空腔内并使功率消散性材料固化在适当位置。
在插入光纤部件的步骤之前，所述方法可还包括重新涂覆光纤部件的温度敏感部分的之前去覆层的部分的步骤。
参考附图并阅读优选实施例，可更好地理解本发明的其他特征和优点。
附图说明
为了更好地理解本发明以及展示出如何实施本发明，参考作为示例的以下附图，其中：
图1(现有技术)示出典型的双包层光纤。
图2(现有技术)示出光纤装置的示例性光纤部件以及由于热退化而引起的灾难性故障的可能位置。
图3(现有技术)示出用于光纤部件的现有技术封装的透视图。
图4A示出本发明的第一优选实施例；图4B为图4A的部分A的细节图。
图5A示出本发明的第二优选实施例；图5B为图5A的部分A的细节图。
图6A示出本发明的第三优选实施例；图6B为图6A的部分A的细节图。
图7A示出本发明的第四优选实施例；图7B为图7A的部分A的细节图。
图8A示出本发明的第五优选实施例；图8B为图8A的部分A的细节图。
具体实施方式
以下参考附图，更具体地说，参考图4A到8B，来更全面地描述本发明，在附图中相同的附图标记从始至终指代相同的元件。
本领域技术人员应该理解，下面的实施例仅作为示例给出并且所给出的特性绝非要限制本发明的范围。
用于光纤部件的封装
参考图4A到8B，本发明提供封装10，用于消散来自装置的光纤部件的热功率和光功率的至少一个，从而有利地防止或限制光纤部件的退化，由此保持组件及装置的整体性能。
贯穿本申请，术语“功率”被理解为一般指能量传递的速度。热量是由于温度差异的原因，能量从一个主体或系统到另一个主体或系统的传递。因此“热功率”指能量在此类主体或系统之间传递的速度。所述热传递可以通过传导(原子相互作用)、辐射(发出电磁辐射)和对流(传导及流体流动的结合效果)而发生。另一方面，“光功率”，有时也被叫做“辐射功率”，一般用来指通过电磁辐射运输能量的平均速度，即，每单位时间运输的光能的量，例如呈现在光纤中一个位置处的光线的功率。
应该注意到，此处术语包层和覆层被可互换地使用以指代围绕光纤的导光芯的层。
光纤部件
光纤部件可包括，但不限于，光纤、在光纤之间的熔接、光纤布拉格光栅(FBG)、增益光纤、泵浦组合器、光纤锥形(taper)或模态栏适配器(mode field adaptor)、诸如锥形的光纤束(TFB)的信号或泵浦组合器、光束输送光纤等，或者上述内容的任意组合。此处使用的术语“光学”指电磁光谱，并且不限于电磁光谱的可见光部分。
散热封装容器
封装包括用于容纳光纤部件的散热器封装容器。如在图4A中示出的封装的典型实施例中看到的那样，散热器容器19具有用于接受光纤部件30的温度敏感部分的空腔24并且优选包括散热器基板18和匹配的散热器盖20。
空腔24可以是在散热器封装容器19内的中空部分，所述中空部分成形和定尺寸以容纳光纤部件30的温度敏感部分。
光纤部件30的温度敏感部分是光纤部件中的这样的部分：其容易遭受过热(并且因而装置或光纤部件的热退化)或者是过热的起因，所述装置与例如剥除了覆层的一段光纤、光纤熔接或者在泵浦功率的进入点之后的放大光纤的部分等光纤部件相关。在光纤接合处(例如光纤熔接处)的光功率损失可能导致能量从光纤的芯中的被引导光线模式转换成在包层中的辐射模式，因此包层的过度加热导致包层的热退化。由于和泵浦光子至信号光子的转变有关的量子数亏损，在泵浦功率的进入点之后的放大光纤的部分也产生热量。此热量通过热传导从导光的光纤芯消散出去，并转而加热光纤覆层。在特定水平上，热量会引起光纤覆层的机械和光学特性的永久退化。
因此，所述温度敏感部分直接或间接接触散热器封装容器的材料，以允许传导来自温度敏感部分的过多热量—由此散热器封装容器19用来保护光纤部件不受过多热量的损害。因此，散热器封装容器19优选具有良好的导热性。它优选由导热的金属、金属合金或复合材料构成。为了便于制造散热器封装容器19，散热器封装容器19优选由容易机加工的材料制成，所述材料例如但不限于铝或铜。有利的是，散热器基板18和盖20还充当光纤部件的机械防护部件。
功率消散材料
根据本发明的一个方面，封装可包括用于消散热功率及/或光功率的功率消散性材料。应该理解，功率消散包括(被动的或主动的)减弱、分散、移除及/或抽出以及功率的控制，因此功率消散性材料可用于减弱(包括例如防止或最小化热功率和光功率的损失)、分散、移除、抽出以及以其他方式控制功率。
功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分。功率消散性材料可以填充整个空腔或仅仅填充空腔的一部分。有利的是，功率消散性材料25可充当固定光纤部件30到散热器封装容器19的手段。
在图8A和8B中示出封装的一个示例性实施例中，其中功率消散性材料可用于消散、减弱或移除光功率。在此实施例中，封装用于保护围绕两个光纤12A和12B之间的光纤熔接11的温度敏感部分。光纤12A和12B的紧邻熔接11的部分已经在溶解准备工序期间被除去覆层。空腔24可以用功率消散性材料25填充，所述材料包括光学透明材料，该光学透明材料具有适当的折射率而有助于在光纤部件内通过全内反射引导光线，由此使光学损失和有害的发热最小化。因此，光学透明材料的折射率优选低于或等于光纤12A和12B的包层或覆层的折射率。这允许光线在有覆层的光纤22A和22B内的芯内传播以继续被光纤12A和12B的芯引导，以及允许在有覆层的光纤22A和22B的包层或覆层中的任何过多的热量被消散掉。可选地，空腔24可以用功率消散性材料25填充，所述材料包括围绕温度敏感部分的光学透明材料，其用于剥除光线即将光线辐射开，例如，剥除源自注入到光纤22A的包层中的过多功率的包层光线、从光纤12A和12B的芯移除高阶模态光线、在光纤熔接11的适当位置处辐射开(radiating away)光功率损失。光学透明材料的折射率等于或大于光纤部件的温度敏感部分的折射率。还可选择的，功率消散性材料25可具有吸收能力以吸收在光纤部件内行进的光线，例如，吸收在光纤熔接11的适当位置处的源自从光纤12A行进到12B的光信号的光功率峰。镓展现出这种吸收能力，并且可以充当此种功率消散性材料。
功率消散性材料可包括导热材料，例如金属、金属合金或复合物。导热材料应该具有良好的导热性。导热材料可以以液态形式被引入到空腔中并允许其固化在适当位置处。导热材料优选具有较低熔点，以避免在导热材料的液体填充期间损坏空腔中的光纤部件。如在图7A和7B中所看到的那样，为了从泵浦包层移走过多的泵浦功率，包层光纤22已经被放在空腔24中并且从其上去除了泵浦包层的一部分。在此例中作为良好的导热体的功率消散性材料25被引入到空腔中。因而无覆层的光纤12被放置成与导热体接触。导热体吸收从光纤22的包层进入空腔24的过多的泵浦包层功率以及由此产生的热量，由此减少传递到泵浦光纤22的在另一端处的泵浦包层的泵浦功率和热量的量。
通道
根据本发明的另一方面，散热器封装容器可包括在空腔和散热器封装容器的一端之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触，用于消散来自光纤部件的热功率及/或光功率。
通道不需要在沿通道所有处均和包层紧密接触，但是接触长度越长，功率消散的效果越好。如对图4A和4B中的例子所看到的那样，通道可以是散热基板18中进一步由散热器盖20限定的槽。它不需要在全长上都是相同的直径，它的长度改变以适于将光纤部件30放在其中。优选地，散热器封装容器19包括进入通道17A和离开通道17B。进入通道17A在散热器封装容器19的第一端19A和空腔24之间延伸，并且和光纤部件的输入端30A紧密接触，用于消散来自光纤部件30的输入端30A的热功率及/或光功率。类似地，离开通道17B在散热器封装容器19的第二端19B和空腔24之间延伸，并且和光纤部件30的输出端30B紧密接触，用于消散来自光纤部件30的输出端的热功率及/或光功率。
封装10可包括位于散热器封装容器19的端部19A和19B附近的粘合剂粘接位置14和16处的粘合剂，用于将光纤部件30固定到散热器封装容器19，并优选为远离包含光纤部件30的温度敏感部分的空腔24。以这种方式，任何在粘合剂位置处吸收的热量都远离温度敏感部分，从而防止对温度敏感部分造成热损坏。同样优选地，所用的粘合剂是透明的和耐高温的，以便将热量从光纤部件30的外层(覆层/包层)消散到散热器封装容器19。粘合剂的折射率可以进一步大于光纤部件的包层/覆层的折射率，以便从光纤部件30的外层(覆层/包层)剥除不想要的光功率。
有利的是，在空腔简单地被填充了对温度不敏感的气体25B(例如空气或惰性气体(例如氮))-所述气体不算是理想的导热体的情况中，通道17在光纤部件30的输入及/或输出端30A和30B处提供需要的功率消散。
示例性实施方式
根据本发明的封装的几个示例性实施方式被示出在图4A至8B中，并在下面对其进行讨论。
在图8A和8B中示出根据本发明的第一优选实施方式的光纤封装。封装10包括散热器封装容器19，该容器由散热器基板19和匹配的散热器盖20构成，用于容纳光纤部件30。散热器容器19用来保护光纤部件30不受组件产生的过多的热量的损害。通过让光纤部件30直接或间接接触散热器容器19，过多的热量通过热传导从组件上消散掉。散热器容器19具有用于接受光纤部件30的温度敏感部分的腔24。它可包括通向腔24的用于接受光纤部件30的有覆层光纤(22A和22B)的至少一个通道17。该封装用于保护光纤部件30，尤其是围绕两个光纤12A和12B之间的光纤熔接11的温度敏感部分。应该注意到，在这个实施例中，光纤12A、12B的紧邻熔接11的部分保留未覆层的状态。腔24用功率消散性材料25填充，所述材料是光学透明材料并且其折射率低于或等于光纤12A和12B的包层或覆层的折射率(例如，在如图2所示的典型光纤中，折射率低于或等于泵浦引导包层的低折射率聚合物3)，以保证光能，即，在光纤12A和12B中行进的光线留在光纤内并且减弱/减小产生的热功率的量。(光纤部件30的位于腔24中的部分被用虚线画出，以表示功率消散性材料25的存在。)功率消散性材料25可以是UV固化的低折射率聚合物，例如SSCP PC 373或DSM Desotech Desolite DF0007或环氧树脂(例如Angstrom Bond EX 1128)。在粘合剂粘接位置14和16处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板18，以分别将光纤12A和12B的有覆层的部分22A和22B固定到其上。所用的粘合剂可以是具有高折射率的光学环氧树脂，例如Epoxy Technology 353ND化合物。粘合剂粘接位置14和16放置在离热量敏感部分22A、12A、11、12B、22B足够远处，以允许在散热器容器19中适当抽离热量。可选地，功率消散性材料25自身可被用于固定光纤在散热器封装容器19中。在这样的实施例中，不需要存在粘合剂粘接位置14和16。光纤封装也可以装备主动散热器(未示出)，例如但不限于热电冷却器(TEC)。
参考图5A和5B，示出了根据本发明第二优选实施例的光纤封装。光纤封装10包括散热器容器19，其具有散热器基板18和匹配的散热器盖20，并且优选由具有良好的导热性并且容易机加工的材料(例如但不限于铝或铜)制成。该封装用于保护在两个光纤12A和12B(在熔接位置处以虚线示出)之间的光纤熔接11(以虚线示出)。之前在光纤熔接11的准备工序中是无覆层的光纤12A和12B，被用再涂材料13(例如但不限于，UV固化的低折射率聚合物)重新涂覆。使用的UV固化的低折射率聚合物可以是例如SSCP PC 373或DSM Desotech Desolite DF0007。使用优选为既光学透明又耐热的粘合剂，在粘合剂粘接位置14和16将光纤固定到散热器18。粘合剂粘接位置放置成离热量敏感部分22A、12A、11、12B、22B足够远，以允许在散热器18中适当抽离热量，例如它们放置在远离空腔24的通道17的端部处。为了分别消散再涂材料13和光纤12A和12B的覆层22A和22B中的热量，空腔24被为热的良导体的功率消散性材料25填充。(光纤部件30的位于空腔24内的部分以虚线示出，以表示功率消散性材料25的存在。)导热材料可以由金属、金属合金或任何适合的复合物制成。为了用导热体填充空腔24，可以首先将导热体加热到其熔点之上，再灌入以填充腔24。然后让导热体冷却并固化在空腔24内。像这样的情况，导热体优选是具有低熔点的材料，例如镓，以便防止液体的导热体对温度敏感的熔接11造成损害。
参考图4A和4B，示出了根据本发明第三优选实施例的光纤封装。光纤封装10包括具有散热器基板18的散热器容器9，散热器容器19用于容纳光纤装置组件并引导热量离开所述光纤装置组件，以及用于将光纤装置围在散热器容器19中的匹配的散热器盖20。散热器容器19具有用于接受光纤部件30的温度敏感部件的空腔24，并包括进入通道17A和离开通道17B。进入通道17A在散热器封装容器19的第一端19A和空腔24之间延伸，并且和光纤部件的输入端30A紧密接触，用于消散来自光纤部件的输入端30A的热功率及/或光功率。类似地，离开通道17B在散热器封装容器19的第二端19B和空腔24之间延伸，并且与光纤部件30的输出端30B紧密接触，用于消散来自光纤部件30的输出端的热功率及/或光功率。通过将过多的热量从部件消散开，散热器基板18和散热器盖20用来保护光纤装置部件不受部件产生的过多的热量损害。因此，散热器18和20优选由具有良好的导热性且容易机加工的材料(例如但不限于，铝或铜)制成。有利的是，散热器容器和盖还充当光纤装置部件的机械防护结构。该封装用于保护光纤装置部件30，尤其是在两个光纤12A和12B之间的光纤熔接11。应该注意到，光纤12A和12B的紧邻熔接11的部分是无覆层的。为了消散光纤12A和12B的光纤覆层22A和22B中的热量，光纤的有覆层部分位于建立在散热器基板18中的足够长的通道17A和17B中，这些通道与覆层紧密接触以促使它们之间有足够的热交换。优选地，光纤的覆层22A和22B没有任何部分从散热器18的通道突出到空腔24中。用空气或任何对热不敏感的气体25B(例如惰性气体像氮)填充空腔24。在粘合剂粘接位置14和16使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板18，以固定光纤12A和12B的有覆层部分在通道17A和17B的最远离空腔24的端部处。所用的粘合剂可以例如是光学环氧树脂例如Epoxy Technology 353 ND化合物。粘合剂粘接位置14和16放置成离空腔24足够远，以允许在散热器容器19的通道17A和17B中适当抽离热量。
参考图6A和6B，示出了根据本发明第四优选实施例的光纤封装。光纤封装10包括散热器封装容器19，其具有散热器基板18和散热器盖20并优选由容易机加工的导热良好的材料(例如但不限于，铝或铜)制成。该封装用于保护两个光纤12A和12B之间的光纤熔接11。为了消散光线覆层22A和22B中的热量，有覆层的光纤位于散热器基板18内足够长的通道17中，在那里使用高折射率光学粘合剂分别在粘合剂粘接位置14和16将有覆层的光纤固定在通道17内并且在通道17的离空腔最远的端部处。所述高折射率光学粘合剂的折射率大于光纤的聚合物覆层的折射率并充当对覆层中传播的光功率的模式剥除器。优选地，所述高折射率光学粘合剂是高度透明的、高度耐热的并且具有最小的厚度。在优选实施例中，所用的光学粘合剂可以是例如Epoxy Technology 353ND。用空气或任何对热不敏感的气体25B(例如但不限于，氮)来填充空腔24。
参考图7A和7B，示出了根据本发明的第五优选实施例的用于除去过多光功率的光纤封装。该光纤封装可用于除去例如放大的自发辐射(ASE)及/或光信号的一部分，及/或未吸收的残余泵浦功率。就像前面的示例性实施方式一样，光纤封装10包括散热器封装容器19，其具有散热器基板18和散热器盖20并优选由容易机加工的导热良好的材料(例如但不限于，铝或铜)制成。封装10用于从光纤部件30除去过多的泵浦功率。为了除去过多的泵浦功率，从光纤上去掉一段覆层。光纤的去覆层的区域12被放在空腔24内，而空腔24被功率消散性材料25尤其是低熔点的导热体(例如但不限于，镓)填充。(应该注意到，光纤部件30的位于空腔24中的部分被用虚线画出，以表示功率消散性材料25的存在。)可选地，可以用折射率等于或高于泵浦导件的折射率的聚合物材料重新涂覆所述无覆层区域12。在优选实施例中，所用的聚合物可以是例如DSM Desotech DSM950-200。为了用导热体填充空腔24，首先将导热体加热至超过其熔点，再将其灌入空腔24中。然后让导热体冷却并再次变为固态。为了提高从光纤部件的功率抽离效率，可以将光纤路径做成弯曲的以引入弯曲损失。在粘合剂粘接位置14和16处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板18。
封装方法
根据本发明的一个方面，还提供对应的封装所述装置的光纤部件的方法，以用于消散来自所述光纤部件的热功率或光功率的至少一个。大致上，所述方法包括下列步骤：
-将光纤部件插入到散热器基板中，所述基板具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；及
-安放散热器盖使其与散热器基板是基本匹配的关系，由此围起光纤部件并封装光纤部件。
通过将温度敏感部分放在提供在散热器基板内的空腔中，使光纤部件被插入到散热器封装容器的散热器基板中。如果散热器基板包括在空腔和散热器基板之间延伸的通道，那么光纤部件的端部被插入到这个通道中使其与通道紧密接触，以用于从光纤部件的端部消散热功率及/或光功率。光纤部件可以定位成使得光纤部件的包层不会延伸到空腔中，从而使能进入空腔的过多热量的量最少。在光纤部件的温度敏感部分已经被剥除(即，去除)了其覆层/包层的情形中，在插入光纤部件到散热器基板之前，光纤部件的温度敏感部分的之前无覆层/去包层的部分可以被重新涂覆/重新包层。
为了固定光纤部件到散热器基板，粘合剂被放在靠近散热器基板的端部的粘合剂粘接位置。如果散热器基板设置有一个或更多通道，则粘合剂可以放在位于通道的离空腔最远的端部处的粘合剂粘接位置。所用的粘合剂可以是光学透明且耐热的。它的折射率可以等于或大于光纤部件的包层/覆层的折射率，以便从光纤部件的包层/覆层除去过多的功率。
所述对应的方法还可包括下述步骤：引入功率消散性材料到空腔内，所述功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分，用于消散来自其上的热功率及/或光功率。所述功率消散性材料可以在液态形式下引入到空腔中并被允许固化在适当位置。优选地，功率消散性材料的熔化温度足够低以便不会损坏光纤部件。在散热器基板包括从空腔延伸的至少一个功率消散通道的情形中，空腔可以简单地用对热不敏感的气体(例如空气或惰性气体像氮)来填充。引入周围气体不需要专门的技术。然而，优选的是一旦封装被组装完就进行惰性气体的引入。可以使用注射器将它注入到空腔中，或者可以在惰性气体氛围中完成封装以保证空腔被惰性气体填充。
为了完成光纤部件的封装，散热器盖被放置成与散热器基板成基本匹配的关系，由此将光纤部件封在封装内。
本领域技术人员应该认识到，本发明提供有效且简单的装置以防止光纤部件的热退化。
有利的是，本发明允许将热功率及/或光功率从光纤部件的温度敏感部分消散开。
同样有利的是，本发明允许除去在光学装置部件的光纤包层中行进的光功率。
有利的是，通过将散热器安放为与遭受过多加热的材料直接接触同时将粘合剂粘接移到离关键区域足够远的距离处，本发明能够减小热退化的风险。
当然，可以不偏离本发明的范围对上面描述的实施例作出各种修改。

Claims (40)

1.一种用于消散来自装置的光纤部件的热功率或光功率的至少一个的封装，所述封装包括：
-用于容纳所述光纤部件的散热器封装容器，所述散热器封装容器包括：
-用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；
-用于容纳光纤部件的输入端的第一端；及
-用于容纳光纤部件的输出端的第二端；及
-用于消散热功率或光功率的至少一个的功率消散性材料，所述功率消散性材料在所述空腔内延伸并围绕光纤部件的所述温度敏感部分。
2.根据权利要求1所述的封装，其中所述功率消散性材料包括光学透明材料，所述光学透明材料具有增进在光纤部件内的光线的全内反射光学引导的折射率。
3.根据权利要求1所述的封装，其中功率消散性材料包括用于模态剥除的光学透明材料，所述光学透明材料的折射率等于或大于光纤部件的温度敏感部分的折射率。
4.根据权利要求1所述的封装，其中功率消散性材料具有吸收在光纤部件内行进的光线的吸收能力。
5.根据权利要求1所述的封装，其中功率消散性材料包括镓。
6.根据权利要求1所述的封装，其中功率消散性材料包括导热材料。
7.根据权利要求1所述的封装，其中所述导热材料包括金属或金属合金。
8.根据权利要求1所述的封装，其中功率消散性材料填充所述空腔。
9.根据权利要求1所述的封装，其中散热器封装容器还包括在空腔和散热器封装容器的所述第一端或所述第二端之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触以用于消散来自光纤部件的热功率或光功率的至少一个。
10.根据权利要求1所述的封装，其中散热器封装容器还包括：
-在第一端和空腔之间延伸的进入通道，所述进入通道与光纤部件的输入端紧密接触，用于消散来自光纤部件的输入端的热功率或光功率的至少一个；及
-在第二端和空腔之间延伸的离开通道，所述离开通道与光纤部件的输出端紧密接触，用于消散来自光纤部件的输出端的热功率或光功率的至少一个。
11.根据权利要求1所述的封装，还包括靠近散热器封装容器的第一端和第二端的每一个的粘合剂，所述粘合剂用于将光纤部件固定到散热器封装容器。
12.根据权利要求11所述的封装，其中所述粘合剂是光学透明且耐热的。
13.根据权利要求1所述的封装，其中散热器封装容器包括以大致匹配的关系接合以限定所述空腔的散热器基板和散热器盖。
14.根据权利要求13所述的封装，其中散热器基板和散热器盖由导热的金属或金属合金构成。
15.根据权利要求14所述的封装，其中所述导热的金属或金属合金包括铝或铜。
16.一种用于消散来自装置的光纤部件的热功率或光功率的至少一个的封装，光纤部件具有导光芯和围绕所述芯的包层，所述封装包括：
-用于容纳所述光纤部件的散热器封装容器，所述散热器封装容器包括：
-用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；-用于容纳光纤部件的输入端的第一端；-用于容纳光纤部件的输出端的第二端；及-在空腔和所述第一端及第二端中任一端之间延伸的至少一个通道，所述通道与光纤部件的包层紧密接触，用于消散来自光纤部件的热功率或光功率的至少一个。
17.根据权利要求16所述的封装，还包括用于固定光纤部件到散热器封装容器的粘合剂，所述粘合剂放在位于所述至少一个通道内并且远离空腔的粘合剂粘接位置处。
18.根据权利要求16所述的封装，其中所述至少一个通道包括在第一端和空腔之间延伸的进入通道和在第二端和空腔之间延伸的离开通道。
19.根据权利要求18所述的封装，还包括用于固定光纤部件到散热器封装容器的粘合剂，所述粘合剂放在分别位于所述进入通道和所述离开通道内且远离空腔的粘合剂粘接位置处。
20.根据权利要求17或19所述的封装，其中所述粘合剂是光学透明且耐热的。
21.根据权利要求17或19所述的封装，其中所述粘合剂的折射率大于光纤部件的包层的折射率。
22.根据权利要求16所述的封装，其中所述空腔包括围绕光纤部件的温度敏感部分的对热不敏感的气体。
23.根据权利要求22所述的封装，其中所述围绕光纤部件的温度敏感部分的所述对热不敏感的气体是空气或惰性气体。
24.根据权利要求16所述的封装，其中空腔包含用于消散热功率或光功率的至少一个的功率消散性材料，所述功率消散性材料围绕光纤部件的温度敏感部分。
25.根据权利要求16所述的封装，其中散热器封装容器包括以大致匹配的关系接合以限定所述空腔的散热器基板和散热器盖。
26.根据权利要求25所述的封装，其中散热器基板和散热器盖由导热的金属材料构成。
27.一种对装置的高功率光纤部件进行封装的方法，所述方法包括下述步骤：
-将光纤部件插入到散热器基板中，所述散热器基板具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔；
-将功率消散性材料引入到空腔中，所述功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分，用于消散热功率或光功率的至少一个；和
-将散热器盖放置成与散热器基板成大致匹配的关系，由此围起光纤部件并封装所述光纤部件。
28.根据权利要求27所述的封装方法，还包括下述步骤：在靠近散热器基板的末端的粘合剂粘接位置处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板。
29.根据权利要求27所述的封装方法，其中插入光纤部件的步骤还包括将光纤部件的端部插入到在空腔和散热器基板的一端之间延伸的通道内，所述端部安放成与所述通道紧密接触。
30.根据权利要求29所述的封装方法，还包括下述步骤：在位于通道内且远离空腔的粘合剂粘接位置处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板。
31.根据权利要求28或30所述的封装方法，其中所述粘合剂是光学透明且耐热的。
32.根据权利要求27所述的封装方法，其中所述引入功率消散性材料到空腔内的步骤包括液态地填充功率消散性材料到空腔内和使功率消散性材料固化在适当位置。
33.根据权利要求27所述的封装方法，还包括在插入光纤部件的步骤之前重新涂覆光纤部件的温度敏感部分的之前去覆层的部分的步骤。
34.一种对装置的高功率光纤部件进行封装的方法，其中光纤部件具有导光芯和围绕所述导光芯的包层，所述方法包括下述步骤：
-将光纤部件插入到散热器基板中，所述散热器基板具有用于接受光纤部件的温度敏感部分的空腔，并且具有在所述空腔和散热器基板的一端之间延伸的用于接受光纤部件的端部的至少一个通道，所述端部被安放成与所述至少一个通道紧密接触；和
-将散热器盖放置成与散热器基板成大致匹配的关系，由此围起光纤部件并封装所述光纤部件。
35.根据权利要求34所述的封装方法，其中所述插入光纤部件的步骤包括定位光纤部件使得光纤部件的包层不会延伸到所述空腔中。
36.根据权利要求34所述的封装方法，还包括下述步骤：在位于通道内并远离空腔的粘合剂粘接位置处使用粘合剂将光纤部件固定到散热器基板。
37.根据权利要求34所述的封装方法，还包括将对热不敏感的气体引入到空腔中的步骤。
38.根据权利要求34所述的封装方法，还包括引入功率消散性材料到空腔中的步骤，所述功率消散性材料在空腔内延伸并围绕光纤部件的温度敏感部分。
39.根据权利要求38所述的封装方法，其中引入功率消散性材料到空腔内的步骤包括液态地填充功率消散性材料到空腔内并使功率消散性材料固化在适当位置。
40.根据权利要求34所述的封装方法，还包括在插入光纤部件的步骤之前重新涂覆光纤部件的温度敏感部分的之前去覆层的部分的步骤。
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