FI125306B - Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents
Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI125306B FI125306B FI20106091A FI20106091A FI125306B FI 125306 B FI125306 B FI 125306B FI 20106091 A FI20106091 A FI 20106091A FI 20106091 A FI20106091 A FI 20106091A FI 125306 B FI125306 B FI 125306B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- fiber optic
- light
- optical element
- zone
- optic component
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/241—Light guide terminations
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/36—Mechanical coupling means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
- H01S3/0064—Anti-reflection devices, e.g. optical isolaters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
- H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49826—Assembling or joining
Description
Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi Keksinnön ala
Keksintö koskee kuituoptisia komponentteja ja erityisesti niiden paketointia. Keksintö koskee myös menetelmää kuituoptisen komponentin valmistamiseksi. Keksintö soveltuu erityisen hyvin ehkäisemään korkeatehoisten laserkomponenttien vikoja.
Keksinnön tausta
Kuitulasereita ja kuituvahvistimia voidaan nykyään käyttää korkeilla tehotasoilla sadoista wateista kilowatteihin optista tehoa. Tällaisilla laserlähteillä on monia teollisia sovelluksia, kuten erilaisten materiaalien merkitseminen, leikkaus ja hitsaus. Korkeatehoiset kuitulaserit ja -vahvistimet ovat puhtaasti piioksidirakenteita, mikä tekee niistä vakaita ympäristötekijöitä vastaan. Ne myös vaativat vain minimaalisesti huoltoa verrattuna muihin teollisuudessa käytettäviin lasertyyppeihin.
Kuitulaserin optinen resonaattorionkalo rakennetaan yleensä komponenteista, kuten vahvistuskuidusta, Braggin hiloista kuidussa ja pumppuyhdistimistä, jotka liitetään yhteen muodostamaan onkalo. Vaikka onkalon rakennelma on yleensä pelkkää lasia, tarkoittaen että lasersignaalin säteily resonaattorin sisällä on rajoitettu piioksidilasin sisään aina, on tilanteita, jolloin jonkin verran säteilyä vuotaa ulos lasikomponentista vapaaseen tilaan. Esimerkkinä jotkut pumppuyhdistinrakennelmat ovat sellaisia, että osa säteilystä, joka tulee yhdistimeen päinvastaiseen suuntaan, eli pumppaus säteilyn vastakkaiseen suuntaan, vuotaa ulos komponentin lasirakennelmasta avoimeen tilaan ilmaan. Vastakkaissuuntainen säteily saattaa tulla esim. takaisinheijastumisena materiaaliprosessointikohteesta tai säteilystä, joka kytkeytyy vahvistuskuidun kuoreen. Avoimeen tilaan tulevan säteilyn teho komponentin paketin sisällä voi helposti olla kymmenistä satoihin watteihin korkeatehoisessa kuitulaserissa, joka toimii kW-tehoalueilla.
Esimerkkiyhdistimiä ja -rakenteita tuodaan esiin esim. julkaisuissa US 2010/0142894, US 7,492,993 ja US 6,546,169.
Komponentin paketin sisään tuleva vapaan tilan säteily on potentiaalinen riski komponentille. Tarkemmin ottaen täysin lasinen komponentti on yleensä kiinnitetty koteloon suojaamaan komponenttia mekaanisilta ja ympäristötekijöiltä. Komponentin kiinnittäminen tehdään yleensä liimalla tai jollain muulla polymeerimateriaalilla. Kun vapaan tilan säteily osuu polymeeriin, se absorboituu ainakin osittain siihen. Polymeerillä on suhteellisen huono lämmönjohtavuus, ja siksi se kuumentuu absorboidusta säteilystä. Kuumentuminen saattaa olla niin ankaraa, että polymeerin lämpötila ylittää polymeerin hajoamislämpötilan. Tämä tilanne johtaa lämpötilan karkaamisprosessiin, polymeerin hiiltymiseen ja lopulta komponentin lasin sulamiseen. Toisin sanoen komponentti tuhoutuu, ja kuitulaser, jonka osa komponentti on, myös vioittuu.
Esimerkillinen kuituoptinen yhdistinrakenne on esitetty kuviossa la, joka esittää tunnettua tekniikkaa. Se käsittää joukon sisääntulokuituja 11 (joista kaksi on näkyvissä), yhdistinrakenteen 12 ja ulostulokuidun 13. Optinen säteily vastakkaiseen suuntaan (nuoli 18') tulee sisään yhdistimeen ulostulokuidusta. Tämä säteily voi johtua absorboimattomasta pumppaus säteilystä onkalon toiselta puolelta, kuitujatkoksista tai muista epätäydellisyyksistä lähtöisin olevasta kuorisäteilystä, tai takaisinheijastuksista kohdemateriaalista, kun kuitulaseria käytetään todellisen maailman sovelluksissa. Suuri osa tästä säteilystä voi edetä ulostulokuidun lasikuoressa. Vastakkaissuuntainen etenevä säteily leviää yhdistinrakenteen 12 lasirakenteen sisällä (nuolet 18"). Kun säteily saavuttaa yhdistinrakenteen päätepinnan, osa siitä säteilee avoimeen tilaan sisääntulokuitujen välissä ja ulkopuolella, kuten kuviossa la on esitetty (nuolet 18"'). Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että samalla, kun komponentti yleensä suunnitellaan toimimaan korkealla säteilyn siirrolla etusuuntaan, siirto vastakkaiseen suuntaan ei yleensä ole läheskään yhtä hyvä. Koska vastakkaissuuntaisella etenevällä säteilyllä voi olla matala numeerinen aukko tai matala poikkeama, siitä avoimeen tilaan säteilevä osa voi muodostaa lähes kollimoidun valonsäteen.
Kuviossa Ib näkyy paketoitu kuituoptinen yhdistin. Paketti 15 tehdään tyypillisesti metallista, ja siinä on ura tai viilto, johon komponentti asennetaan. Yhdistin kiinnitetään koteloon molemmista päistä polymeerialueilla 16A, 16B, jotka ovat optista epoksia tai samankaltaista liimamateriaalia. Vapaan tilan vastakkaissuuntainen säteily 18 yhdistinrakenteesta etenee kohti liimaa paketin sisääntulokuidun päässä, ja osa vapaan tilan vastakkaissuuntaisesta säteilystä 18 osuu liimaan ja absorboituu siihen. Tulee huomata, että vaikka kirkkaita optisia epokseja käytetään liimana, niiden absorptio on silti riittävän korkea, jotta absorboitu säteily kykenee kuumentamaan liiman korkeisiin lämpötiloihin. Tämä pitää eritoten paikkansa yhdistimille, jotka toimivat korkeatehoisissa kuitulaserjärjestelmissä, joissa vapaan tilan säteilyn teho saattaa olla useita kymmeniä watteja. Usein vapaan tilan säteily on myös melko kollimoitua ja saattaa siten tuottaa o tehotiheyksiä alueella kW/cm . Siksi, vaikka kotelo olisikin lämpönieluna liimalle, säteily saattaa kuumentaa liimaa ankarasti. Tyypillisten optisten liimojen pettämislämpötilat ovat 100°C:n paikkeilla, ja sen yläpuolella voi tapahtua lämmön karkaamista. Pettämislämpötila voidaan määrittää polymeerin lasimuutoslämpötilasta tai materiaalin lämpötilariippuvaisista absorptio-ominaisuuksista. Pettäminen voi olla näkyvää polymeerin fyysisen voiman luhistumisena tai lämmön karkaamisena ja lopulta materiaalin höltymisenä. Molemmat prosessit yleensä johtavat hauraan lasikomponentin vioittumiseen. US 2003/0103753 esittelee paketoidun optisen yhdistinlaitteen, joka sisältää kvartsisubstraatin ripustettuna paketoidun komponentin kylkisivuille ja joka on suunniteltu kuljettamaan vuotanutta valoenergiaa pois paketoidusta komponentista ja kohti komponentin koteloa, jossa se absorboidaan. Niinpä tämä ratkaisu perustuu oleellisesti komponentin ja sen kotelon välisen välin kasvattamiselle käyttämällä läpinäkyvää lasia, jotta koteloon absorboituvan valon paikallinen intensiteetti vähenisi. Tällä ratkaisulla on se haittapuoli, että paketin mitat kasvavat ja se ei suojaa laitetta vastakkaissuuntaiselta säteilyltä, joka vuotaa yhdensuuntaisesti laitteen kuitujen kanssa. Erityisesti alue, jossa kuidut asennetaan pakettiin, ei ole suojattu vastakkaissuuntaiselta säteilyltä.
Keksinnön tiivistelmä
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan sellainen pakkaus ja pakkausmenetelmä kuituoptisille komponenteille, joilla vapaan tilan vastakkaissuuntaisen säteilyn vahingollisia vaikutuksia voidaan välttää tai suuresti lievittää.
Keksinnön tavoite saavutetaan itsenäisten patenttivaatimusten mukaisella tuotteella ja menetelmällä.
Keksinnön mukainen kuituoptinen komponentti käsittää - kotelon, - vähintään yhden ensimmäisen optisen elementin, joka kykenee ohjaamaan valoa ja jolla on ulostulopää, siten, että kyseinen ensimmäinen optinen elementti on kiinnitetty mainittuun koteloon asennusalueella, - vähintään yhden toisen optisen elementin, joka on optisesti kytketty ensimmäiseen optiseen elementtiin kytkentäalueella vastaanottamaan valoa ensimmäisen optisen elementin ulostulopäästä, - vähintään yhden alueen valoa sirottavaa materiaalia järjestettynä ensimmäisen optisen elementin läheisyyteen alueelle kytkentäalueen ja asennusalueen välille.
Ensimmäisenä optisena elementtinä voi olla yksi tai edullisesti useita optisia kuituja, joista valo kytketään toiseen optiseen elementtiin, joka voi käsittää yksittäisen ulostulokuidun. Sisään- ja ulostulokuituja voi yhdistää kapeneva yhdistinelementti.
Kotelo voi olla metallipaketti tai mikä tahansa muu runko, joka tukee ja/tai suojaa sen sisään järjestettyjä optisia elementtejä.
Keksinnön edulliset sovellutusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.
Keksintö tarjoaa myös uudenlaisen käytön hiukkastyyppiselle sironta-aineelle, kuten S1O2, AI2O3 tai T1O2, kuituoptisen yhdistimen, jolla on sisääntulopuoli ja ulostulopuoli, paketissa vastakkaissuuntaisen säteilyn sirottamiseksi yhdistimen sisääntulopuolella.
Keksinnön keinoilla saavutetaan huomattavia etuja. Mikä tärkeintä, keksintöä voidaan käyttää varmistamaan, että komponentin liima-alueiden lämpötila pysyy reilusti alle liimamateriaalin suurimman sallitun lämpötilan. Muuten on olemassa riski tuhoisalle komponentti vialle johtuen liiman lämpötilan ryöstäytymisestä. Kokemus on osoittanut, että liiman merkittävä pettämismekanismi aiheutuu vapaan tilan säteilystä komponenttipaketin sisällä. Niinpä keksintö ratkaisee vapaan tilan säteilyn tuhoisien vaikutusten välttämisen ongelman.
Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää kaikissa olemassa olevissa rakenteissa, joissa on vapaan säteilyn alue optisen sisääntuloelementin ja sen paketin välissä, jotta vältettäisiin vastakkaissuuntaisen säteilyn vaikutukset. Valmistaminen on myös suhteellisen helppoa, ja keksinnön lisäkustannus on matala.
Keksintö on suunnattu erityisesti kuituoptisiin komponentteihin, jotka toimivat 100 W -kW -tehoalueella. Erityisesti komponentin suoritusteho voi olla vähintään 100 W, erityisesti vähintään 1 kW, ja se voidaan kytkeä vastaavaan energialähteeseen.
Erityisiä etuja saavutetaan komponenteissa, jotka on suunnattu tai joita käytetään laserhitsauksessa ja laserleikkauksessa, koska efektiivinen tehotaso, ja siten vastakkaissuuntaisen säteilyn taso, on korkea näissä sovelluksissa.
Komponentin sisääntulokuidut voivat olla tai voidaan kytkeä kuitulasereihin. Erään sovellutusmuodon mukaan komponentti on kuitulaserpumppuyhdistin. Esillä olevia periaatteita voidaan kuitenkin soveltaa mihin tahansa paketoituun kuituoptiseen komponenttiin, jossa vastakkaissuuntaisen säteilyn osuus on merkittävä, erityisesti vähintään 2 %, tyypillisesti vähintään 5 % (mitä tulee intensiteettiin vs. sisään tuleva valo). Joissakin tapauksissa vastakkaissuuntaisen säteilyn osuus voi olla 10% tai jopa korkeampi.
Mitä tulee absoluuttiseen tehoon, tyypillisessä pumppuyhdistimessä sisään tulevan valon teho on vähintään 1 kW ja vastakkaissuuntaisen säteilyn teho on vähintään 50 W.
Termiä ”sirontamateriaali” käytetään viittaamaan mihin tahansa materiaaliin, materiaaliyhdistelmään ja materiaali(e)n järjestykseen, joka kykenee sirottamaan valoa eli jakamaan satunnaisesti sisään tulevaa materiaaliin osuvaa valoa. Termi ”sironta-aine” viittaa erityiseen aineeseen sirontamateriaalissa, ja sillä on valon sirottamisominaisuus. Sirontamateriaali voi käsittää yhden tai useamman sironta-aineen erilaisissa muodoissa. Kuitenkin erään edullisen sovellutusmuodon, joka selostetaan yksityiskohtaisemmin jäljempänä, mukaan sirontamateriaali käsittää hiukkastyyppisen epäorgaanisen sironta-aineen huokoisessa rakenteessa, ja joissakin sovellutusmuodoissa oleellisesti koostuu siitä. Sirontamateriaali on myös edullisesti oleellisesti optisesti ei-absorboivaa sirontamateriaalin itsensä liiallisen kuumenemisen välttämiseksi.
Termi “asennusalue” viittaa laitteessa alueeseen, joka mekaanisesti liittää kuitukomponentin sen koteloon (tai pakettiin). “Kytkentäalue” viittaa mihin tahansa rakenteeseen, joka optisesti kytkee kaksi kuituoptista komponenttia toisiinsa, tyypillisesti jatkokseen kahden kuituoptisen elementin välissä. Tyypillisesti vähintään osa vastakkaissuuntaisesta säteilystä vuotaa ulos komponenteista kytkentäalueelta. Vastakkaissuuntainen säteily voi yleisesti ottaen ainakin osittain johtua absorboimattomasta pumppaus säteilystä onkalon toiselta puolelta, kuitujatkoksista tai muista epätäydellisyyksistä lähtöisin olevasta kuorisäteilystä, tai takaisinheijastuksista kohdemateriaalista, johon kuituohjattu laservalo suunnataan, joitakin lähteitä mainitaksemme.
Seuraavaksi keksinnön sovellutusmuotoja kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten mukaan liitettyihin piirroksiin.
Piirrosten lyhyt kuvaus
Kuvioissa la ja Ib näkyy tunnetun tekniikan mukainen paketoimaton (a) ja paketoitu (b) kuituoptinen yhdistin.
Kuvio 2 kuvaa keksinnön erään sovellutusmuodon mukaisen paketoidun kuituoptisen komponentin.
Kuvio 3 kuvaa hiukkastyyppisen sironta-aineen toimintaperiaatetta optisten kuitujen ympärillä.
Sovellutusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus
Keksintöä voidaan käyttää esimerkiksi kuituoptisissa yhdistimissä. Yhdistin voi olla N-> 1 -yhdistin, missä N > 2.
Kuviossa 2 näkyy keksinnön erään sovellutusmuodon mukainen paketoitu kuituoptinen yhdistin. Komponentti käsittää lukuisia sisääntulokuituja 21 (kaksi näkyvissä) liitettynä ulostulopäistään kapenevalla yhdistinosalla 22, joka on edelleen liitetty ulostulokuituun 23. Koko rakenne on sijoitettu paketin 25 sisään siten, että vapaata tilaa 24 jää yhdistimen optisten komponenttien 21, 22 ja 23 ja paketin 25 väliin. Paketin kummassakin päässä on liima-alueet 26A, 26B yhdistimen kiinnittämiseksi pakettiin 25. Nuolta 28 käytetään ilmaisemaan vapaan tilan säteilyä, joka etenee vastakkaiseen suuntaan (oikealta vasemmalle kuviossa 2) suhteessa sisään tulevaan valoon (vasemmalta oikealle).
Kuvatussa rakenteessa suurin osa vapaan tilan säteilystä poistuu vapaaseen tilaan 24 kytkentäalueella sisääntulokuitujen 21 ja yhdistinosan 22 välissä. Keksinnön mukaan, jotta vältettäisiin tai lievennettäisiin vapaan tilan säteilyn vahingollisia vaikutuksia, sirontamateriaali 29 järjestetään vapaaseen tilaan sisääntulokuidun 21 päässä pakettia olevan liima-alueen 26A ja yhdistinrungon 22 väliin. Sirontamateriaalin aine estää vapaan tilan säteilyä pääsemästä liima-alueelle 26A, ainakin sen täydellä intensiteetillä johtuen sen kyvystä suunnata merkittävä osa valosta ulos komponentin ytimestä. Niinpä liima-alueelle 26A suuntautunut säteilyteho vähenee.
Sisääntulo- ja/tai ulostulokuidut ovat edullisesti päällystettyjä kuituja, erityisesti yksi- tai kaksoispäällysteisiä kuituja. Sironta-aine voidaan järjestää olemaan kosketuksessa sisääntulokuitujen lasikuoren kanssa.
Kuitulaserpumppuyhdistimen tapauksessa sisääntulokuidut voivat olla monimuotopumppauskuituja, tai yleisemmin minkälaisia tahansa kuituja. N-> 1 (N > 2) -kuituyhdistimen tapauksessa kuidut voivat käsittää minkälaisia tahansa kuitutyyppisiä valonohj äimiä.
Erään sovellutusmuodon mukaan sirontamateriaali käsittää epäorgaanisen materiaalin, tai oleellisesti koostuu siitä, edullisesti hiukkasmuodossa. Soveltuvia sironta-aineita ovat esimerkiksi S1O2, AI2O3 ja T1O2.
Erään sovellutusmuodon mukaan sirontamateriaalilla on korkea läpinäkyvyys, eli edullisesti vähintään 90%, erityisesti vähintään 97% käytetyn valon aallonpituudelle/-pituuksille, edullisesti vähintään kaikille aallonpituuksille lähellä infrapuna-aluetta.
Erään sovellutusmuodon mukaan sirontamateriaali on itse ei-absorboivaa lämpökuorman vähentämiseksi sirontamateriaalin alueella. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä korkean puhtauden sironta-ainetta. Puhtaus on edullisesti vähintään 95%.
Erään sovellutusmuodon mukaan sirontamateriaalin alue sirottaa säteilyä kaikkiin suuntiin, edullisesti suuntauksettomasti eli samalla intensiteetillä riippumatta suunnasta. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä lukuisia pieniä sirontahiukkasia, jotka saavat säteilyn siroamaan lukuisia kertoja hiukkasesta hiukkaseen ja lopulta ulos sirontamateriaalista. Näin materiaali tehokkaasti sirottaa kaiken siihen saapuvan vapaan tilan säteilyn kaikkiin spatiaalisiin suuntiin. Niinpä aluksi kollimoitu säteily muuttuu hajanaiseksi lähes tasaisella tehon kulmajakaumalla. Suurin osa tehosta vapaan tilan säteilyssä tallettuu näin kotelomateriaaliin ja haihtuu siellä kotelossa käytetyllä aktiivisella tai passiivisella jäähdytyksellä. Kuvio 3 kuvaa tätä periaatetta. Nämä yllä mainitut edulliset sirontamateriaalin ominaisuudet tekevät liimaan osuvasta säteilyn tehotiheydestä huomattavasti pienempää verrattuna tilanteeseen, jossa mitään sironta-ainetta ei käytetä. Niinpä komponentin vauriokynnys vastakkaissuuntaiselle säteilylle kasvaa edelleen suuresti.
Sironta-aine muodostuu edullisesti pienistä hiukkasista sirontamateriaalia. Hiukkaskoko ei ole kovin kriittinen parametri, ja se voi olla esimerkiksi 100 nm:n ja 10 pm:n välillä. Muita hiukkaskokoja voidaan myös käyttää, ja mainittua kokoaluetta ei tule ottaa rajoitteena tälle keksinnölle.
Kotelo voidaan suunnitella sisältämään piirre, johon sironta-aine asetetaan, auttamaan sironta-aineen jakamisessa kotelon sisään. Piirre voi rajoittaa sironta-aineen jakautumista komponentin pitkittäissuunnassa. Yksi esimerkki tästä piirteestä on syvennys tai leventymä kotelon urassa, joka on tarkoitettu komponentille, siten, että syvennys tai ura kykenee pitämään sironta-aineen paikallaan.
Seuraavaksi annetaan esimerkki sironta-alueen valmistamisesta.
Ensiksi sironta-aine sekoitetaan haihtuvan komponentin, kuten puhtaan etanolin, isopropyylialkoholin tai veden, kanssa muodostamaan liete, joka on helppo jakaa oikeaan kohtaan kotelossa. Seuraavaksi liete lisätään asiaankuuluvaan osaan koteloa, edullisesti sen jälkeen, kun kuituoptinen komponentti on asetettu koteloon. Tämän jälkeen haihtuva komponentti haihdutetaan pois jättäen huokoisen mutta virtaamattoman alueen sironta-ainetta, joka pysyy paikallaan sironta-aineen hiukkasten välisten pienten vetovoimaisten vuorovaikutusten avulla.
Koska sirontamateriaali kokonaisuutena on hyvin puhdasta, optisen säteilyn absorptio on minimaalista, ja sironta-aine ei kuumene niin paljon, että se olisi riski optiselle komponentille.
Sironta-aine sijoitetaan edullisesti sille komponentin alueelle, jossa ei ole polymeeriä, ja niinpä tällä alueella maksimilämpötilan raja voidaan asettaa paljon korkeampiin arvoihin kuin liima-alueella 26A. Silti käytäntö on osoittanut, että käyttämällä puhtaita materiaaleja sironta-aineessa sironta-alueen lämpötilan nousu vastakkaissuuntaisesta säteilystä on hyvin minimaalista.
Vaiheita sisääntulo- ja ulostulokuitujen liittämisessä käyttökelpoisen kuituyhdistimen tekemiseksi ei tässä käsitellä tarkemmin sellaisenaan, koska sopivia liittämistekniikoita sinänsä tunnetaan.
Yllä annetut sovellutusmuodot ja esimerkit, samoin kuin mukaan liitetyt piirrokset, on annettu havainnollistavassa tarkoituksessa eivätkä rajoita keksintöä, joka tulee tulkita seuraavien patenttivaatimusten täydessä laajuudessa ottaen huomioon ekvivalentit ratkaisut.
Claims (16)
1. Kuituoptinen komponentti, joka käsittää - kotelon (25), - vähintään yhden ensimmäisen optisen elementin (21), joka kykenee ohjaamaan valoa ja jolla on ulostulopää, siten, että kyseinen ensimmäinen optinen elementti (21) on kiinnitetty mainittuun koteloon (25) asennusalueella (26A), - vähintään yhden toisen optisen elementin (22, 23), joka on optisesti kytketty ensimmäiseen optiseen elementtiin (21) kytkentäalueella (27) vastaanottamaan valoa ensimmäisen optisen elementin (21) ulostulopäästä, tunnettu siitä, että se käsittää vähintään yhden alueen (29) valoa sirottavaa materiaalia jäljestettynä ensimmäisen optisen elementin (21) läheisyyteen alueelle kytkentäalueen (27) ja asennusalueen (26A) välissä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että asennusalue (26A) käsittää polymeerimateriaalin, kuten epoksin, käytettynä kotelon (25) ja ensimmäisen optisen elementin (21) väliin.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että alue (29) valoa sirottavaa materiaalia oleellisesti täyttää tilan kotelon (25) ja ensimmäisen optisen elementin (21) välissä vähintään tietyllä pituudella mainittua aluetta kytkentäalueen (27) ja asennusalueen (26A) välissä.
4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että mainittu valoa sirottava materiaali käsittää hiukkastyyppisen valoa sirottavan aineen.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että mainittu valoa sirottava aine on epäorgaanista materiaalia, kuten S1O2, AI2O3 tai T1O2, tai niiden seos.
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että mainitun valoa sirottavan aineen keskimääräinen hiukkaskoko on välillä 100 nm ja 10pm.
7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että hiukkastyyppinen valoa sirottava aine muodostaa huokoisen rakenteen.
8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että valoa sirottava materiaali on oleellisesti ei-absorboivaa valolle.
9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että valoa sirottava materiaali mukautetaan sirottamaan valoa kaikkiin suuntiin, edullisesti oleellisesti suuntauksettomasti.
10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että se käsittää vähintään yhden vapaan tilan alueen (24), joka ympäröi ensimmäistä optista elementtiä (21) kotelon (25), kytkentäalueen (27) ja asennusalueen (26A) välissä.
11. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että on vähintään kaksi ensimmäistä optista elementtiä (21) jotka ovat optisia kuituja siten, että kyseiset vähintään kaksi ensimmäistä optista elementtiä on optisesti kytketty yksittäiseen toiseen optiseen elementtiin, joka on optinen kuitu.
12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kuituoptinen komponentti, tunnettu siitä, että se on kuitulaserpumppuyhdistin tai N->1 -kuituyhdistin, missä N > 2.
13. Menetelmä kuituoptisen komponentin valmistamiseksi käsittäen sen, että - tuodaan kotelo (25), - tuodaan kuituoptinen yhdistin, joka käsittää vähintään yhden ensimmäisen optisen elementin (21), joka kykenee ohjaamaan valoa ja jolla on ulostulopää, ja vähintään yhden toisen optisen elementin (22, 23), joka on optisesti kytketty ensimmäiseen optiseen elementtiin (21) kytkentäalueelta (27) vastaanottamaan valoa ensimmäisen optisen elementin (21) ulostulopäästä, - asennetaan kuituoptinen yhdistin koteloon (25) kiinnittämällä ensimmäinen optinen elementti (21) koteloon (25) asennusalueen (26A) avulla, tunnettu siitä, että - tuodaan vähintään yksi alue (29) valoa sirottavaa materiaalia ensimmäisen optisen elementin (21) läheisyyteen kytkentäalueen (27) ja asennusalueen (26A) väliselle alueelle.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu alue (29) valoa sirottavaa materiaalia tuodaan siten, että - lisätään sekoitus vähintään osittain haihtuvaa matriisimateriaalia ja hiukkastyyppistä sironta-ainetta onkaloon, joka on jäljellä kotelon ja ensimmäisen optisen elementin välissä, - haihdutetaan vähintään osa matriisimateriaalista siten, että muodostuu huokoinen rakenne hiukkastyyppistä sironta-ainetta onkaloon.
15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuituoptinen komponentti valmistetaan jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukaisesti.
16. Hiukkastyyppisen sironta-aineen, kuten S1O2, AI2O3 tai T1O2, käyttäminen jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukaisen kuituoptisen komponentin, jolla on sisääntulopuoli ja ulostulopuoli, paketissa sirottamaan vastakkaissuuntaista säteilyä komponentin sisään-tulopuolella.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20106091A FI125306B (fi) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| JP2013534353A JP5648131B2 (ja) | 2010-10-21 | 2011-10-20 | パッケージ化した光ファイバ部品及びその製造方法 |
| CN201180050431.3A CN103189769B (zh) | 2010-10-21 | 2011-10-20 | 封装的光纤部件及其制造方法 |
| PCT/FI2011/050916 WO2012052620A1 (en) | 2010-10-21 | 2011-10-20 | Packaged fiber-optic component and method of manufacturing thereof |
| US13/824,391 US9081143B2 (en) | 2010-10-21 | 2011-10-20 | Packaged fiber-optic component and method of manufacturing thereof |
| EP11833922.5A EP2630530B1 (en) | 2010-10-21 | 2011-10-20 | Packaged fiber-optic component and method of manufacturing thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20106091A FI125306B (fi) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| FI20106091 | 2010-10-21 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20106091A0 FI20106091A0 (fi) | 2010-10-21 |
| FI20106091A FI20106091A (fi) | 2012-04-22 |
| FI20106091L FI20106091L (fi) | 2012-04-22 |
| FI125306B true FI125306B (fi) | 2015-08-31 |
Family
ID=43064249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20106091A FI125306B (fi) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9081143B2 (fi) |
| EP (1) | EP2630530B1 (fi) |
| JP (1) | JP5648131B2 (fi) |
| CN (1) | CN103189769B (fi) |
| FI (1) | FI125306B (fi) |
| WO (1) | WO2012052620A1 (fi) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10069271B2 (en) | 2014-06-02 | 2018-09-04 | Nlight, Inc. | Scalable high power fiber laser |
| US10310201B2 (en) | 2014-08-01 | 2019-06-04 | Nlight, Inc. | Back-reflection protection and monitoring in fiber and fiber-delivered lasers |
| US9634462B2 (en) | 2014-10-15 | 2017-04-25 | Nlight, Inc. | Slanted FBG for SRS suppression |
| US9837783B2 (en) | 2015-01-26 | 2017-12-05 | Nlight, Inc. | High-power, single-mode fiber sources |
| US10050404B2 (en) | 2015-03-26 | 2018-08-14 | Nlight, Inc. | Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss |
| WO2017008022A1 (en) | 2015-07-08 | 2017-01-12 | Nlight, Inc. | Fiber with depressed central index for increased beam parameter product |
| US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
| WO2017091505A1 (en) | 2015-11-23 | 2017-06-01 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
| US10278785B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-05-07 | Novartis Ag | Method of making diverging-light fiber optics illumination delivery system |
| DE102016116779A1 (de) | 2016-09-07 | 2018-03-08 | Rofin-Sinar Laser Gmbh | Resonatorspiegel für einen optischen Resonator einer Laservorrichtung und Laservorrichtung |
| US10732439B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Fiber-coupled device for varying beam characteristics |
| US10730785B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
| US10663767B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-05-26 | Nlight, Inc. | Adjustable beam characteristics |
| JP6814776B2 (ja) * | 2018-10-12 | 2021-01-20 | 株式会社フジクラ | 光デバイス及びレーザ装置 |
| JP7164460B2 (ja) * | 2019-02-14 | 2022-11-01 | 株式会社フジクラ | 光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法 |
| JP7406421B2 (ja) | 2020-03-19 | 2023-12-27 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ部品、光ファイバ部品の製造方法、及び、レーザ装置 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179610A (en) | 1991-04-19 | 1993-01-12 | Trimedyne, Inc. | Connector for coupling of laser energy |
| US5291570A (en) | 1992-09-09 | 1994-03-01 | Hobart Laser Products, Inc. | High power laser - optical fiber connection system |
| DE4305313C1 (de) | 1993-02-20 | 1994-03-31 | Haas Laser Gmbh | Lichtleiteranordnung für Laserstrahlen |
| US5431647A (en) * | 1994-07-13 | 1995-07-11 | Pioneer Optics Company | Fiberoptic cylindrical diffuser |
| US6270492B1 (en) * | 1994-09-09 | 2001-08-07 | Cardiofocus, Inc. | Phototherapeutic apparatus with diffusive tip assembly |
| US6428217B1 (en) * | 1999-04-07 | 2002-08-06 | Jds Uniphase Corporation | Apparatus and method for encapsulation of an optical fiber splice |
| US6535671B1 (en) | 2000-02-29 | 2003-03-18 | Eigenlight Corporation | Optical fiber tap with integral reflecting surface and method of making same |
| US6546169B1 (en) | 2000-05-22 | 2003-04-08 | Calmar Optcom, Inc. | Pump couplers for double-clad fiber devices |
| US6597853B2 (en) | 2000-12-21 | 2003-07-22 | Lucent Technologies Inc. | Device packaging and method |
| US7090411B2 (en) * | 2002-02-22 | 2006-08-15 | Brown Joe D | Apparatus and method for diffusing laser energy that fails to couple into small core fibers, and for reducing coupling to the cladding of the fiber |
| JP4991173B2 (ja) | 2005-04-27 | 2012-08-01 | 京セラ株式会社 | 発光素子搭載用基体ならびにこれを用いた発光装置 |
| US7306376B2 (en) * | 2006-01-23 | 2007-12-11 | Electro-Optics Technology, Inc. | Monolithic mode stripping fiber ferrule/collimator and method of making same |
| JP5089950B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2012-12-05 | 株式会社フジクラ | マルチポートカプラ、光増幅器及びファイバレーザ |
| US7703945B2 (en) | 2006-06-27 | 2010-04-27 | Cree, Inc. | Efficient emitting LED package and method for efficiently emitting light |
| US7539377B2 (en) | 2007-01-11 | 2009-05-26 | Gonthier Francois | Method and device for optically coupling optical fibres |
| US7437046B2 (en) * | 2007-02-12 | 2008-10-14 | Furukawa Electric North America, Inc. | Optical fiber configuration for dissipating stray light |
| JP2008275996A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Fujifilm Corp | 光導波部材 |
| DE102008062847A1 (de) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Jt Optical Engine Gmbh + Co. Kg | Spleißverbindung zwischen zwei optischen Fasern sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Spleißverbindung |
-
2010
- 2010-10-21 FI FI20106091A patent/FI125306B/fi active IP Right Grant
-
2011
- 2011-10-20 CN CN201180050431.3A patent/CN103189769B/zh active Active
- 2011-10-20 JP JP2013534353A patent/JP5648131B2/ja active Active
- 2011-10-20 EP EP11833922.5A patent/EP2630530B1/en active Active
- 2011-10-20 WO PCT/FI2011/050916 patent/WO2012052620A1/en active Application Filing
- 2011-10-20 US US13/824,391 patent/US9081143B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103189769B (zh) | 2016-07-06 |
| FI20106091A (fi) | 2012-04-22 |
| US20130272657A1 (en) | 2013-10-17 |
| JP2013540288A (ja) | 2013-10-31 |
| CN103189769A (zh) | 2013-07-03 |
| JP5648131B2 (ja) | 2015-01-07 |
| EP2630530A4 (en) | 2018-01-03 |
| WO2012052620A1 (en) | 2012-04-26 |
| US9081143B2 (en) | 2015-07-14 |
| EP2630530B1 (en) | 2019-10-09 |
| FI20106091L (fi) | 2012-04-22 |
| FI20106091A0 (fi) | 2010-10-21 |
| EP2630530A1 (en) | 2013-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI125306B (fi) | Paketoitu kuituoptinen komponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi | |
| JP5865413B2 (ja) | 高出力光ファイバ部材用エネルギ放散パッケージ及びパッケージング方法 | |
| ES2886920T3 (es) | Sistema láser de fibra de ultra-alta potencia con acoplador de fibra mulitmodo-multimodo | |
| US9276370B2 (en) | High-power liquid-cooled pump and signal combiner | |
| JP6580995B2 (ja) | 低モード高パワーファイバ結合器 | |
| JP4954737B2 (ja) | 光増幅システム、これを用いた光ファイバレーザ及び光ファイバ増幅器 | |
| US8433161B2 (en) | All glass fiber laser cladding mode stripper | |
| US20110249935A1 (en) | Method and apparatus for in-line fiber-cladding-light dissipation | |
| US9690050B2 (en) | Laser unit and optical fiber laser | |
| WO2016002947A1 (ja) | 光ファイバレーザ装置 | |
| KR101944433B1 (ko) | 분산 모드 흡수기를 구비한 고출력 광섬유 레이저 시스템 | |
| Wetter et al. | Tapered fused-bundle splitter capable of 1kW CW operation | |
| US9435945B2 (en) | High power metal clad mode absorber | |
| US10833470B2 (en) | Optical fiber and fiber laser | |
| US10101550B1 (en) | Packaging of an optical fiber combiner | |
| JP2015132773A (ja) | 光デバイスおよびその製造方法 | |
| JP2015505162A (ja) | 高パワー金属クラッドモードアブソーバ | |
| WO2020196626A1 (ja) | 光学部品および半導体レーザモジュール | |
| CA3106552C (en) | Active fiber package | |
| JP2013020086A (ja) | 光ファイバの終端構造および光ファイバ機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: ROFIN SINAR LASER GMBH |
|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 125306 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |