JP2014139686A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージに、光ファイバ部材30の温度影響部位(コーティングされていない部分)を収容するキャビティ24を有したヒートシンク収容容器19を備える。パッケージは光パワーを放散するパワー放散材25を有し、パワー放散材25がキャビティ24内に行き渡り、光ファイバ部材30の温度影響部位を取り囲む。また、パッケージ19は、キャビティ24とヒートシンク収容容器19の端部との間に延びる少なくとも1つのチャネル部17を有し、チャネル部17が光ファイバ部材30のクラッドと直接接触することで、光ファイバ部材30から熱パワー又は光パワーを放散させる。
【選択図】図8A
Description
上記のように、高出力の運用下で光ファイバ部材の熱劣化を防止できる簡易な装置の要求が依然として存在する。
前記光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティ、
前記光ファイバ部材の入力端部を収容する第1端部、
及び前記光ファイバ部材の出力端部を収容する第2端部、
を有して、前記光ファイバ部材を収容するヒートシンク収容容器と、
前記キャビティ内に設けられ、少なくとも前記光ファイバ部材の前記コーティングされていない部分を取り囲んでおり、光パワーを放散させる固体又は液状の低融点熱伝導体からなるパワー放散材と、
を備えるパッケージが提供される。
当該パッケージは光ファイバ部材を収容するヒートシンク収容容器を備え、当該ヒートシンク収容容器は、光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティと、光ファイバ部材の入力端部を収容する第1端部と、光ファイバ部材の出力端部を収容する第2端部と、キャビティとヒートシンク収容容器の第1端部及び第2端部のいずれか一方との間に延び、光ファイバ部材のクラッドと直接接触して光ファイバ部材から熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散する少なくとも1つのチャネル部と、を有する。
当該方法は、光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティを有するヒートシンク基板に当該光ファイバ部材を挿入するステップと、
光ファイバ部材から光パワーを放散すべく、少なくとも光ファイバ部材のコーティングされていない部分を取り囲むようにキャビティ内部に設けられる固体又は液状の低融点熱伝導体からなるパワー放散材を、キャビティ内に導入するステップと、
ヒートシンク基板と実質的な相補関係をもってヒートシンクカバーを組み合わされることにより、光ファイバ部材を封入しパッケージングするステップと、を有している。
当該方法は、
ヒートシンク基板に前記光ファイバ部材を挿入するステップであり、当該ヒートシンク基板は、光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティ、及び当該キャビティとヒートシンク基板の端部との間に延び光ファイバ部材の端部を収容する少なくとも1つのチャネル部を有し、光ファイバ部材端部が少なくとも1つの当該チャネル部と直接接触するステップと、
ヒートシンク基板と実質的な相補関係をもってヒートシンクカバーを組み合わせることにより、光ファイバ部材を封入しパッケージングするステップと、を有している。
以下、添付図面を参照して本発明について詳しく説明する。具体的には図4Aから図8Bを参照し、これらの図において同様の部材は同じ符号で示されている。
下記実施例は一例として挙げたものであり、その特徴は本発明の範囲に対して何ら限定を与えるものではないことは、当業者に明らかである。
図4Aから図8Bを参照すると、本発明は、デバイスの光ファイバ部材から少なくとも光パワーを放散するためのパッケージ10を提供する。これにより、光ファイバ部材の劣化の防止又は抑制を効果的に行って、部材及び装置の全体的な性能を維持することができる。
熱は温度の違いによる一方の物体又は組織から他方の物体又は組織へのエネルギの移動である。従って「熱パワー」とは、そのような物体又は組織間のエネルギの移動の速度をいう。この熱伝達は伝導(原子相互作用)、放射(電磁波の放射)、及び対流(伝導と流体流動との複合効果)を介して生じるものである。
なお、ここではクラッド及びコーティングなる用語は、光ファイバの光導波コアを取り囲む層のことを互換性をもって示すものである。
光ファイバ部材は、光ファイバ、光ファイバ間の接合部、ファイバブラッググレーティング部(FBG)、ゲインファイバ、ポンプコンバイナ、光ファイバテーパー又はモードフィールドアダプタ、例えばテーパードファイババンドル(TFB)のようなシグナルポンプコンバイナ、ビーム出力ファイバ等、又はこれらの組み合わせを含んでいてもよいが、これに限られるものではない。ここで用いられている「光」という用語は電磁スペクトルをいうが、それは電磁スペクトルの可視部分に限定されるものではない。
パッケージには、光ファイバ部材を収容するためのヒートシンク収容容器が含まれている。図4Aに示されるパッケージの実施例のように、ヒートシンク収容容器19は、光ファイバ部材30の温度影響部位を収容するキャビティ24を備え、ヒートシンク基板18とこれと対となるヒートシンクカバー20とを備えているのが好ましい。
光ファイバ部材30の温度影響部位は、光ファイバ部材において過熱しやすい部分、即ち過熱の原因となって、それにより光ファイバ部材や光ファイバ部材と組み合わせて用いる装置を熱劣化させる部分、例えばコーティングを剥した部分、接合部、又はポンプパワーの入力部下流側の増幅部分である。
この熱は、熱伝導により光導波ファイバコアから放出され、ファイバコーティングを加熱する。この熱があるレベルに達すると、ファイバコーティングの機械的及び光学的特性に永続的な劣化を招くこととなる。
さらに、ヒートシンク基板18とカバー20が、光ファイバ部材を物理的に保護する機能も有していることも有効である。
本発明の特徴の1つによれば、パッケージは、熱パワー及び/又は光パワーを放散させるためのパワー放散材を有している。パワーの放散とは、(パッシブ又はアクティブな)減衰、分散、除去及び/又は抽出、並びにパワーの制御を含んでおり、それ故、パワー放散材は減衰(例えば熱パワー及び光パワーの損失の防止又は抑制(最小化)を含む)、分散、除去、抽出、或いはパワーの制御に用いられるものと、考えられるべきである。
本実施例では、パッケージは、2つの光ファイバ12A、12Bの接合部11を取り囲み、光ファイバ温度影響部位を保護するのに用いられている。
光ファイバ12A、12Bにおける接合部11の直近部分は、接合部の準備段階ではコーティングが取り除かれている。
従って、当該光透過材料は、光ファイバ12A、12Bのクラッド又はコーティングの屈折率以下の屈折率であることが好ましい。これにより、光ファイバのコーティングされている部分22A、22B(クラッドやコーティング部)のコア内部を伝搬する光が、光ファイバ12A、12Bのコア部にて引き続き案内されるとともに、光ファイバ12A、12Bにおいてコーティングされているクラッド22A、22Bやコーティング部の過剰な熱を放散させることが可能となる。
本発明の別の特徴として、ヒートシンク収容容器は、キャビティとヒートシンク収容容器の端部との間に延びる少なくとも1つのチャネル部を備えている。当該チャネル部は、光ファイバ部材のクラッドと直接接触して光ファイバ部材から熱パワー及び/又は光パワーを放散させる。
例えば図4A、4Bに示すように、チャネル部は、ヒートシンク基板18に設けられた溝であり、ヒートシンクカバー20により形状が定められている。チャネル部は、全長に亘って均一な径でなくともよく、長さは内部に光ファイバ部材を配置できるように調整されるものである。
当該接着剤は、光ファイバ部材30の温度影響部位を収容するキャビティ24から離れた部分に設けるのが好ましい。この場合、接着部分にて吸収される熱は、温度影響部位から離れていることから温度影響部位に熱損傷を与えない。
さらに接着剤は、光ファイバ部材30の外層(コーティング/クラッド)から不要な光パワーを取り除くため、光ファイバ部材のクラッド/コーティングの屈折率よりも大きな屈折率を有していてもよい。
本発明のパッケージに係るいくつかの実施例が図4Aから8Aに示されており、以下説明する。
パッケージ10は、光ファイバ部材30を収容するヒートシンク収容容器19を有しており、当該ヒートシンク収容容器19はヒートシンク基板18及びこれと対のヒートシンクカバー20から構成されている。
ヒートシンク収容容器19は、光ファイバ部材30の温度影響部位を収容するキャビティ24を有する。ヒートシンク収容容器19は、光ファイバ部材30の光ファイバ(12A、12B)を収容すべく、キャビティ24に連設された少なくとも1つのチャネル部17を有していてもよい。
なお、この実施例においては、光ファイバ12A、12Bの接合部11の直近部分は、コーティングされない状態のままとなっている。
光ファイバ12A、12Bのそれぞれのコーティング部22A、22Bが、接着接合部14、16に接着剤を適用してヒートシンク基板18に固着されることにより、光ファイバ部材がヒートシンク基板に固定される。
接着接合部14、16は、ヒートシンク収容容器19に良好に熱を放出できる程度に、光ファイバ部材30の温度影響部位(接合部11及びその周辺)から十分に離間して配置されている。
また、光ファイバパッケージは、これに限られるものではないが熱電クーラー(TEC)のような能動的なヒートシンク(図示せず)を設けてもよい。
光ファイバパッケージ10は、ヒートシンク基板18及びこれと対のヒートシンクカバー20を備えるヒートシンク収容容器19を有している。当該ヒートシンク基板18及びヒートシンクカバー20は、良好な熱伝導性を有し、これに限られるものではないがアルミや銅等のような機械加工が容易な材料により形成されている。
光ファイバ12A、12Bは、光ファイバ接合部11の準備工程で予めコーティングが除去されており、これに限られるものではないが紫外線硬化型の低屈折率ポリマーのようなコーティング剤13が再コーティングされる。
光透過性及び耐熱性の両方を有するのが好ましい接着剤を用いて、光ファイバがヒートシンク基板18の接着接合部14、16に固定される。
当該接着接合部は、例えばキャビティ24から離れたチャネル部17の端部等、ヒートシンク基板18に良好に熱を放出できる程度に、光ファイバ部品の温度影響部位から十分に離間して配置されている。
熱伝導体としては、液状の熱伝導体が熱の影響を受ける接合部11に損傷を与えないようにするため、例えばガリウム等の低融点のものが好ましい。
光ファイバパッケージ10は、光ファイバ部材を収容して、光ファイバ部材からの熱を伝導放射するヒートシンク収容容器19を有し、当該ヒートシンク収容容器19はヒートシンク基板18と、これと対をなすヒートシンクカバー20とにより構成され、光ファイバ部材を封入する。
パッケージは、光ファイバ部材30、即ち2つの光ファイバ12A、12Bの間の光ファイバ接合部11を保護するのに用いられる。
なお、接合部11の直近となる光ファイバ12A、12Bの部分は、コーティングされていない。
光ファイバのコーティング部22A、22Bは、ヒートシンク基板18のチャネル部からキャビティ24内に突出しないようにするのが好ましい。
光ファイバ12A、12Bにおいてコーティングされた部分が、キャビティ24から最も離れているチャネル部17A、17Bの端部にて固定されるように、接着接合部14、16に接着剤を用い、光ファイバ部材がヒートシンク基板18に固定される。使用される接着剤としては、例えば、Epoxy technology 353ND混合物等のような光学エポキシが使用可能である。接着接合部14、16は、ヒートシンク収容容器19のチャネル部17A、17Bにて良好に熱を放出できる程度に、キャビティ24から十分に離間して配置されている。
光ファイバパッケージ10は、ヒートシンク基板18及びこれと対のヒートシンクカバー20を備えるヒートシンク収容容器19を有している。当該ヒートシンク基板18及びヒートシンクカバー20は、良好な熱伝導性を有し、これに限られるものではないがアルミや銅等のような機械加工が容易な材料により形成されている。
光ファイバのコーティング部22A、22Bの熱を放散するため、光ファイバのコーティング部は十分な長さを有してヒートシンク基板18に設けられたチャネル部17内に配置されている。そして、この光ファイバのコーティング部は、キャビティから最も離れた位置にあるチャネル部17の端部にて、高屈折率な接着剤を接着接合部14、16にそれぞれ用いることにより当該チャネル部17内に固定されている。
また、キャビティ24には、空気又は窒素等の断熱ガス25Bが満たされている。
光パッケージには、例えば、光信号及び/又は自然放射増幅光(ASE)の一部、及び/又は非吸収残留ポンプパワー等の放出に用いられる。
パッケージ10は光ファイバ部材30からの余剰なポンプパワーを放出するのに用いられる。余剰なポンプパワーを放出するため、光ファイバからコーティング部分が一部除去されている。
キャビティ24に熱伝導体を満たすため、熱伝導体はまずその融点を超えるまで加熱され、キャビティ24内に注入される。その後、熱伝導体は冷却され、再び硬化する。
そして、当該光ファイバ部材は、接着接合部14、16に接着剤を用いることによりヒートシンク基板18に固定されている。
本発明の特徴によれば、熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散するための、光ファイバ装置を構成する光ファイバ部材をパッケージングする方法が提供される。
全般的にこの方法は、
光ファイバ部材の温度影響部位を収容するためのキャビティを有するヒートシンク基板内に当該光ファイバ部材を挿入するステップと、
ヒートシンク基板に実質的な相補関係をもってヒートシンクカバーを組み合わせることにより光ファイバ部材を封入し、パッケージングするステップと、を有する。
ヒートシンク基板がキャビティとヒートシンク基板の端部との間にチャネル部を有している場合は、光ファイバ部材の端部が当該チャネル部と直接接触するように当該チャネル部内に挿入され、熱パワー及び/又は光パワーが当該光ファイバ部材の端部から放散されることとなる。
光ファイバ部材の温度影響部位においてそのコーティング/クラッドが剥がされている、即ち除去されている場合、ヒートシンク基板内に光ファイバ部材を挿入する前に、光ファイバ部材の温度影響部位において予めコーティングが除去された部分/クラッドが除去された部分に再びコーティング/クラッドを施してもよい。
ヒートシンク基板に1つ以上のチャネル部が形成されている場合、接着剤は、キャビティから最も離れたチャネル部の端部にある接着接合部に設けられる。
特に、本発明によれば光ファイバ部材の温度影響部位から熱パワー及び/又は光パワーを放散することができる点で有効である。
さらには、本発明によれば、光部材のクラッド内を伝搬する光パワーを放出することができる点でも有効である。
なお、当然に本発明の範囲を逸脱することなく上述の各実施例に様々な変更を加えることができる。
Claims (14)
- 光ファイバ装置を構成する光ファイバ部材から光パワーを放散するパッケージであって、
前記光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティ、
前記光ファイバ部材の入力端部を収容する第1端部、
及び前記光ファイバ部材の出力端部を収容する第2端部、
を有して、前記光ファイバ部材を収容するヒートシンク収容容器と、
前記キャビティ内に設けられ、少なくとも前記光ファイバ部材の前記コーティングされていない部分を取り囲んでおり、光パワーを放散させる固体又は液状の低融点熱伝導体からなるパワー放散材と、
を備えることを特徴とするパッケージ。 - 前記パワー放散材が、ガリウムからなることを特徴とする請求項1記載のパッケージ。
- 前記パワー放散材は金属又は合金であることを特徴とする請求項1記載のパッケージ。
- 前記ヒートシンク収容容器はさらに、前記キャビティと当該ヒートシンク収容容器の第1端部又は第2端部との間に延びるチャネル部を少なくとも1つ有しており、当該チャネル部は、前記光ファイバ部材のクラッドと直接接触し、前記光ファイバ部材から熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパッケージ。
- 前記ヒートシンク収容容器はさらに、
前記第1端部と前記キャビティとの間に延び、前記光ファイバ部材の入力端部と直接接触し、当該光ファイバ部材の入力端部から熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散する入口チャネル部と、
前記第2端部と前記キャビティとの間に延び、前記光ファイバ部材の出力端部と直接接触し、当該光ファイバ部材の出力端部から熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散する出口チャネル部と、
を備える請求項1から3のいずれかに記載のパッケージ。 - 前記ヒートシンク収容容器の第1端部及び第2端部のそれぞれの近傍に、前記ヒートシンク収容容器に光ファイバ部材を固着するための、光透過性及び耐熱性を有した接着剤をさらに備える請求項1から5のいずれかに記載のパッケージ。
- 前記ヒートシンク収容容器は、実質的な相補関係をもって組み合わされることにより前記キャビティを形成するヒートシンク基板とヒートシンクカバーからなることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のパッケージ。
- 前記ヒートシンク基板とヒートシンクカバーは、アルミニウム又は銅からなる熱伝導性のある金属又は合金からなることを特徴とする請求項7記載のパッケージ。
- 高出力光ファイバ装置を構成する光ファイバ部材のパッケージング方法であって、
当該光ファイバ部材のコーティングされていない部分を収容するキャビティを有するヒートシンク基板に当該光ファイバ部材を挿入するステップと、
前記光ファイバ部材から光パワーを放散すべく、少なくとも前記光ファイバ部材のコーティングされていない部分を取り囲むように前記キャビティ内部に設けられる固体又は液状の低融点熱伝導体からなるパワー放散材を、前記キャビティ内に導入するステップと、
前記ヒートシンク基板に実質的に相補関係をもってヒートシンクカバーを組み合わせることにより、前記光ファイバ部材を封入しパッケージングするステップと、
を備えることを特徴とするパッケージング方法。 - 前記ヒートシンク基板の端部近傍の接着接合部にて接着剤を用いて前記光ファイバ部材を固着するステップをさらに備えることを特徴とする請求項9記載のパッケージング方法。
- 前記光ファイバ部材を挿入するステップは、前記光ファイバ部材の端部を、前記キャビティと前記ヒートシンク基板の端部との間に延びるチャネル部内に挿入し、前記光ファイバ部材の端部が当該チャネル部と直接接触させるステップと、前記キャビティから離間して前記チャネル部内に位置している接着接合部にて、接着剤を用いてヒートシンク基板に前記光ファイバ部材を固着するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項9記載のパッケージング方法。
- 前記接着剤は光透過性及び耐熱性を有することを特徴とする請求項10又は11記載のパッケージング方法。
- 前記パワー放散材をキャビティ内部に導入するステップは、液状のパワー放散材を前記キャビティ内に満たし、当該パワー放散材を所定位置で硬化させるステップを備えることを特徴とする請求項9記載のパッケージング方法。
- 前記パワー放散材はガリウムを含むことを特徴とする請求項9から13のいずれかに記載のパッケージング方法。
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