JP2018509659A - ナノ粒子ヒートシンクを含む光学コンポーネント - Google Patents

Abstract

光ファイバアセンブリは、第１端から該第１端の反対側の第２端へと光を送達するように構成された少なくとも１つの光学コンポーネントを含んでいる。該少なくとも１つの光学コンポーネントは、少なくとも１つの局在感熱領域を含み、局在感熱領域は、光が局在感熱領域を通り抜けることに応答して、該少なくとも１つの光学コンポーネントの残りの領域に対して上昇された温度を発する。当該光ファイバアセンブリは更にナノ粒子ヒートシンクを含んでおり、該ナノ粒子ヒートシンクが上記少なくとも１つの光学コンポーネントから熱を放散するよう、該ナノ粒子ヒートシンクは、上記光学コンポーネントに接触するとともに上記局在感熱領域を完全に取り囲む。

Description

本発明は、光学コンポーネントに関し、より具体的には、１つ以上のナノ粒子ヒートシンクを有する光学コンポーネントに関する。

光ファイバアセンブリは伝統的に、光学的な光を所望の光路に沿って伝えるために、例えば光ファイバ及び／又は光ファイバカプラなどの光学コンポーネントを使用している。レーザビーム応用に関して、パワーレベルは、例えば２ワット（Ｗ）から１０００ｋＷのどこかに到達し得る。しかしながら、レーザビームは、光ファイバアセンブリの様々な局在した領域で温度上昇を生じさせ得る。従来の光ファイバアセンブリは典型的には、光ファイバの広い領域にわたって熱を放散するように構成されたヒートシンクを実装している。しかしながら、これら従来のヒートシンクは、光ファイバの局在領域又は集中領域で熱を放散することに成功していない。

例えば、２つ以上の光ファイバが共に継ぎ合わされる用途では、典型的に、それら光ファイバ内の継ぎ合わされたコア間の境界に局在化された熱領域が見られる。経時的に、上昇した温度は、光ファイバを弱体化させるとともにコアの継ぎ合わせ境界においてクラック形成を誘起することがあり、それが、光ファイバアセンブリ全体の性能及び品質を低下させる。光カプラが利用される場合、熱伝導性のハウジングの中で光ファイバが支持される。光ファイバの入力端をハウジングに対して保持するために、典型的にエポキシが使用される。レーザ光を光ファイバに送り届けるとき、レーザ光の一部がハウジングの外表面に衝突して、レーザ光入射点で局所加熱が起こり得る。上昇した温度は、光ファイバの入力端にクラックが生じさせるとともにエポキシを燃焼させることがあり、それにより、光ファイバ保持を弱めたり損傷させたりし得る。加えて、エポキシは、加熱されたときにガス放出を起こす傾向にあり、それにより、光学コンポーネントの表面を汚染させ得る。

非限定的な一実施形態によれば、光ファイバアセンブリは、第１端から該第１端の反対側の第２端へと光を送達するように構成された少なくとも１つの光学コンポーネントを含んでいる。該少なくとも１つの光学コンポーネントは、少なくとも１つの局在感熱領域を含み、局在感熱領域は、光が局在感熱領域を通り抜けることに応答して、該少なくとも１つの光学コンポーネントの残りの領域に対して上昇された温度を発する。当該光ファイバアセンブリは更にナノ粒子ヒートシンクを含んでおり、該ナノ粒子ヒートシンクが上記少なくとも１つの光学コンポーネントから熱を放散するよう、該ナノ粒子ヒートシンクは、上記光学コンポーネントに接触するとともに上記局在感熱領域を完全に取り囲む。

更なる特徴が、本発明の技術を通じて実現される。本発明の他の実施形態及び態様が、ここに詳細に記載され、特許請求される発明の一部と見なされる。これらの利点及び特徴を持つ本発明のより十分な理解のため、明細書及び図面を参照する。

この開示のより完全なる理解のため、ここで、添付の図面及び詳細な説明に関連させて、以下の簡単な説明を参照する。似通った参照符号は同様の部分を表す。
非限定的な一実施形態に従った、継ぎ合わせ境界を形成するように共に継ぎ合わされた一対の光ファイバ上に形成されたナノ粒子ヒートシンクを含む光ファイバアセンブリの透視図である。 非限定的な他の一実施形態に従った、継ぎ合わせ境界を形成するように共に継ぎ合わされた一対の光ファイバ上に形成されたナノ粒子ヒートシンクを含む光ファイバアセンブリの透視図である。 非限定的な一実施形態に従った、テーパ状の光ファイバ上に形成されたナノ粒子ヒートシンクを含む光ファイバアセンブリの透視図である。 直線Ａ−Ａ’に沿って取られた図１Ｃに示される光ファイバアセンブリの断面図である。 非限定的な一実施形態に従った、光ファイバと該光ファイバを冷却するヒートチューブアセンブリとを収容した一体化ナノ粒子ヒートシンクを含む光カプラを示して 非限定的な一実施形態に従った、直線Ａ−Ａ’に沿って取られた図２Ａの光カプラの断面図であり、光カプラの容積を充填する熱伝導性ナノ粒子に埋め込まれたヒートチューブアセンブリ及び光ファイバを示している。 非限定的な一実施形態に従った、光カプラに含められたヒートチューブの断面図である。 複数のばらのファイバ端を持つほころびマルチコア光ファイバと、該ほころびマルチコア光ファイバに継ぎ合わされることが可能な隙間なしマルチコア光ファイバと、を含む光ファイバハーネスの分解図である。 直線Ａ−Ａ’に沿って取られた図４Ａに例示されるばらのファイバ端の断面図である。 ほころびマルチコア光ファイバ及び隙間なしマルチコア光ファイバの周りに熱伝導性ナノ粒子を保持するナノ粒子ヒートシンクを含む図４Ａの光ファイバハーネスを例示している。 直線Ａ−Ａ’に沿って取られた、図４Ｃに例示される光ファイバハーネスのばらされた端部の断面図であり、熱伝導性ナノ粒子に埋め込まれた光ファイバハーネスのばらのファイバ端を示している。 直線Ｂ−Ｂ’に沿って取られた図４Ｃの光ファイバハーネスのコア部の断面図であり、熱伝導性ナノ粒子に埋め込まれた隙間なしマルチコア光ファイバを示している。 非限定的な一実施形態に従った、複数のばらのファイバ端を持つほころびマルチコア光ファイバと、該ほころびマルチコア光ファイバに継ぎ合わされることが可能な隙間なしコア光ファイバと、を含む光ファイバハーネスの分解図である。

本発明の様々な実施形態は、ナノ粒子ヒートシンクを含む光ファイバアセンブリを提供する。ナノ粒子ヒートシンクは、局在化した加熱及び上昇した温度の影響を受けやすい光学コンポーネントの１つ以上の部分に接して形成される。ナノ粒子ヒートシンクは、放熱を促進する複数の熱伝導性のナノ粒子を収容する。ナノ粒子ヒートシンクは、例えば２つ以上の継ぎ合わされた（スプライスされた）光ファイバ間の継ぎ合わせ（スプライス）境界などの、局在した加熱の影響を受けやすい光学コンポーネントの１つ以上の感熱領域に接してナノ粒子を保持するケーシング（覆い）を含む。斯くして、局在感熱領域における放熱が達成され、それにより、光ファイバによって現実となる熱応力及びクラック形成が抑制される。さらに、少なくとも１つの実施形態は、局在加熱を現実とする１つ以上の領域において光ファイバの外表面を完全に取り囲むナノ粒子ヒートシンクを提供する。斯くして、光ファイバの加熱がいっそう均等に消散され、それにより、光ファイバ及びアセンブリ全体のパワー処理能力が高まる。

ここで、図１Ａを参照するに、本発明の非限定的な一実施形態に従った光ファイバアセンブリ１００が例示されている。光ファイバアセンブリ１００は、例えば光ファイバなどの１つ以上の光学コンポーネントを含んでいる。一実施形態によれば、光ファイバアセンブリ１００は、第１のファイバコア１０４ａを持つ第１の光ファイバ１０２ａと、第２のファイバコア１０４ｂを持つ第２の光ファイバ１０２ｂとを含んでいる。少なくとも１つの実施形態によれば、第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂは、自身を通じて例えばレーザ光などの光学的な光を伝えるように構成された、以下に限られないが、ガラス、押出ガラス（シリカ）、及びプラスチックで製造された透明ファイバを含む、透明材料の１本以上のフレキシブルストランドから形成されたハイパワー光ファイバを含む。

第１のファイバコア１０４ａは、第２のファイバコア１０４ｂと共に継ぎ合わされて、継ぎ合わせ境界１０６を形成している。当業者によって理解されるように、ファイバコア１０４ａ−１０４ｂを共に継ぎ合わせるための様々な方法が使用され得る。この実施形態では、例えば、レーザ光が、第１の光ファイバ１０２ａの第１端から、継ぎ合わせ境界１０６を通じて、第２の光ファイバ１０２ｂの第２端へと進行する。継ぎ合わせ境界１０６は、例えばレーザ光などのハイパワー光信号が通り抜けるときに、局在加熱の影響を受けやすい感熱領域を形成し得る。

非限定的な一実施形態によれば、光ファイバアセンブリ１００は更に、第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの底部に結合されたヒートシンク１０８を含んでいる。斯くして、第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂは、ヒートシンク１０８に直に接触することができる。ヒートシンク１０８は、これに限られないが金属材料を含む様々な熱伝導材料から形成され得る。斯くして、一般に光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの外表面から放出される熱が、それに従って光ファイバ１０２ａ−１０２ｂから放散され得る。

光ファイバアセンブリ１００は更に、ナノ粒子ヒートシンク１１０を含んでいる。ナノ粒子ヒートシンク１１０は、ヒートシンク１０８に結合されるとともに複数のナノ粒子１１２を収容する容積を画成するケーシング１１１を有している。ケーシング１１１は更に、その中に光ファイバ１０２ａ−１０２ｂが収まることができる溝１１３を含み得る。斯くして、光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの１つ以上の部分を、複数のナノ粒子１１２に埋め込むことができる。少なくとも１つの実施形態によれば、ケーシング１１１は、局在加熱の影響を受けやすい第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの１つ以上の領域に対して位置付けられる。図１Ａに更に示されるように、例えば、ケーシング１１１は継ぎ合わせ境界１０６に対して位置付けられる。例えばレーザ光などのハイパワーの光学的な光が第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂを通り抜けるとき、ファイバ継ぎ合わせ境界１０６で局在加熱が起こる。ケーシング１１１それ自体が、放熱特性を持つヒートシンクとして構成されるように、ケーシング１１１も熱伝導材料で形成され得る。

ナノ粒子１１２は、以下に限られないが、銅（Ｃｕ）のナノ粒子、ニッケル−コバルト鉄合金のナノ粒子、ダイヤモンド、又は他の様々な熱伝導性ナノ粒子の組み合わせを含め、様々な熱伝導性ナノ粒子１１２から形成される。熱伝導性ナノ粒子１１２は、好ましくは１ナノメートル（ｎｍ）からおよそ１０ｎｍまでの範囲のサイズを持つ。しかしながら、理解されるように、熱伝導性のナノ粒子１１２は、本発明の範囲を逸脱することなく、例えば、およそ１マイクロメートル（μｍ）に至るサイズにされてもよい。非限定的な一実施形態によれば、ナノ粒子の混合物は、例えばガラスといった光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの材料と同等の熱膨張係数を持つ。斯くして、金属部分とガラス部分との間の膨張整合シールを達成することができる。また、光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの材料の熱膨張係数と同等の又は実質的に一致する熱膨張係数を持つナノ粒子を融合させることは、継ぎ合わせ境界１０６における応力を低減し、パワー処理能力を向上させる。

一実施形態によれば、ナノ粒子１１２は、光ファイバ１０２ａ−１０２ｂを取り囲むようにケーシング１１１内に詰め込まれる粉末材料として形成される。斯くして、光ファイバアセンブリ１００の将来的な手直しが必要な場合に、光ファイバアセンブリ１００を分解することができ、また、ナノ粒子ヒートシンク１１０の一部（すなわち、粉末ナノ粒子１１２の部分）を取り除くことができる。しかしながら、他の一実施形態によれば、キャリア溶液を用いてナノ粒子１１２を塗布してもよく、その後、酸化を防止するようにナノ粒子１１２が焼結される。別の一選択肢は、ケーシング１１１に収容された各光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの部分と一体的に形成された固形の熱伝導体を形成するように（図１Ｂ参照）、ナノ粒子１１２を真空下で焼結するものである。何れの場合にも、局在加熱の影響を受けやすい光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの１つ以上の領域（例えば、継ぎ合わせ境界１０６）が、熱伝導性のナノ粒子１１２によって完全に取り囲まれる。斯くして、局在領域における熱をケーシング１１１に効果的に伝達して、光ファイバアセンブリ１００から放散させることができる。従って、局在加熱の影響を受けやすい光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの領域における熱応力及びクラック形成が抑制される。また、ナノ粒子ヒートシンク１１０とヒートシンク１０８との組み合わせは、ホットスポットを抑制し、従来の光ファイバアセンブリと比較して、いっそう均一な放熱を達成する。

他の一実施形態によれば、ナノ粒子１１２を含む液体溶液が、光ファイバ１０２ａ−１０２ｂを取り囲むように、ケーシング１１１内に配されて、その中に収容され得る。上述した実施形態とは異なり、ナノ粒子１１２は焼結されない。斯くして、粒子酸化を防止しながら追加の放熱が提供される。この液体は、以下に限られないが、ナノ粒子１１２を含有するのに使用され得る油又はその他の液体を含み得る。

次いで図１Ｃ−１Ｄを参照するに、非限定的な他の一実施形態に従った光ファイバアセンブリ１００が例示されている。この光ファイバアセンブリ１００は、第１のファイバコア部分１０４ａと第２のファイバコア部分１０４ｂとを有する光ファイバ１０２を含んでいる。少なくとも１つの実施形態によれば、第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂは、自身を通じて例えばレーザ光などの光学的な光を伝えるように構成された、以下に限られないが、ガラス、押出ガラス（シリカ）、及びプラスチックで製造された透明ファイバを含む、透明材料の１本以上のフレキシブルストランドから形成されたハイパワー光ファイバを含む。

第１のファイバコア部分１０４ａは第１の直径を持ち、第２のファイバコア部分１０４ｂは、第１の直径よりも大きい第２の直径を含んでいる。第１のファイバコア部分１０４ａと第２のファイバコア部分１０４ｂとの間にテーパ部１０５が延在している。この実施形態では、例えば、レーザ光が、第１のファイバコア部分から、テーパ部１０５を通じて、第２のファイバコア部分１０４ｂへと進行する。テーパ部１０５は、例えばレーザ光などのハイパワー光信号が通り抜けるときに、局在加熱の影響を受けやすい感熱領域を形成し得る。

光ファイバアセンブリ１００は更に、ナノ粒子ヒートシンク１１０を含んでいる。ナノ粒子ヒートシンク１１０は、複数のナノ粒子１１２を収容する容積を画成するケーシング１１１を有している。ケーシング１１１は更に、その中に光ファイバ１０２ａ−１０２ｂが収まることができる溝１１３を含み得る。斯くして、光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの１つ以上の部分を、複数のナノ粒子１１２に埋め込むことができる。少なくとも１つの実施形態によれば、ケーシング１１１は、局在加熱の影響を受けやすい第１及び第２の光ファイバ１０２ａ−１０２ｂの１つ以上の領域に対して位置付けられる。図１Ｃ−１Ｄに更に示されるように、例えば、ケーシング１１１はテーパ部１０５に対して位置付けられる。例えばレーザ光などのハイパワーの光学的な光が光ファイバ１０２を通り抜けるとき、テーパ部１０５で局在加熱が起こる。従って、ナノ粒子１１２は、テーパ部１０５からの熱をいっそう効果的に放散させることができる。ケーシング１１１はまた、ケーシング１１１それ自体が放熱特性を持つヒートシンクとして構成されるように、熱伝導材料で形成され得る。ナノ粒子１１２は、詳細に上述したようにサイズを定められて適用され得る。また、ナノ粒子１１２は、詳細に上述したように、粉末形態で、又は焼結されたナノ粒子として、ケーシング１１１内に置かれることができる。

図２Ａ−２Ｂを参照するに、非限定的な他の一実施形態に従った光ファイバアセンブリ２００が例示されている。この場合の光ファイバアセンブリ２００は、光カプラ２００として構成されている。光カプラ２００は、１つ以上の光ファイバ２０４と、１つ以上のヒートパイプ２０６と、ナノ粒子ヒートシンク２０８とを支持するように構成されたハウジング（筐体）２０２を含んでいる。ハウジング２０２は、入口２１０ａと出口２１０ｂとの間を延在してハウジング長を画成している。光ファイバ２０４は、以下に限られないがガラス、押出ガラス（シリカ）、及びプラスチックを含む透明材料から形成されたフレキシブルストランドである。ハウジング２０２はまた、ハウジング２０２それ自体が放熱特性を持つヒートシンクとして構成されるように、熱伝導材料で形成され得る。

光ファイバ２０４は、入力端２１２ａと出力端２１２ｂとの間を延在してファイバ長を画成している。入力端２１２ａはハウジング入口２１０ａと位置を揃えられ、出力端２１２ｂはハウジング出口２１０ｂと位置を揃えられる。入力端２１２ａ及び出力端２１２ｂは、それぞれ、ハウジング入口２１０ａ及びハウジング出口２１０ｂに結合される。例えばレーザ光２１４などの光学的な光が、ハウジング入口２１０ａに入って入力端２１２ａで受けられ、それが、光ファイバ２０４の長さに沿って送られ、そして、出力端２１２ｂへと送達される。

１つ以上のヒートパイプ２０６が、ハウジング２０２内に置かれて、光ファイバ２０４の外表面に接触するように配置される。ヒートパイプ２０６は、光ファイバ２０４の外表面から熱を受け取るとともに、光ファイバ２０４から熱を除去する熱サイクルを実行するように構成される。しかしながら、本発明の光カプラ２００は、局在加熱の影響を受けやすい光ファイバ２０４の領域を完全に取り囲んでハウジング２０２内に埋め込まれたナノ粒子ヒートシンク２０８を含んでいる。

ハウジング入口２１０ａに入るレーザ光２１４の一部が、ハウジング２０２の外表面に衝突ことは一般的なことである。結果として、温度上昇は典型的に、ハウジング入口２１０ａ及び入力端２１２ａに局在化される。しかしながら、図２Ｂに更に例示されるように、ナノ粒子ヒートシンク２０８が、ハウジング入口２１０ａを完全に取り囲んで入力端２１２ａの全表面に接触する複数の熱伝導性ナノ粒子２１１を含んでいる。熱伝導性ナノ粒子２１１は、好ましくは１ナノメートル（ｎｍ）からおよそ１０ｎｍまでの範囲のサイズを持つ。しかしながら、理解されるように、熱伝導性のナノ粒子２１１は、本発明の範囲を逸脱することなく、例えば、およそ１マイクロメートル（μｍ）に至るサイズにされてもよい。

一実施形態によれば、ナノ粒子２１１は、光ファイバ２０４を取り囲むようにハウジング２０２内に詰め込まれる粉末材料として形成される。斯くして、光カプラ２００の将来的な手直しが必要な場合に、光カプラ２００を分解することができ、また、ナノ粒子ヒートシンク２０８の一部（すなわち、粉末ナノ粒子２１１の部分）を取り除くことができる。しかしながら、他の一実施形態によれば、ハウジング２０２に収容された光ファイバ２０４と一体的に形成された固形の熱伝導体を形成するように、ナノ粒子２１１が溶融され得る。何れの場合にも、局在加熱の影響を受けやすい１つ以上の感熱領域（例えば、入力端２１２ａ）が、熱伝導性のナノ粒子２１１によって完全に取り囲まれる。故に、例えば入力端２１２ａに局在化された熱が効果的に放散され、それにより、光ファイバ２０４上の熱応力が抑制される。さらに、ナノ粒子２１１は、ヒートパイプ２０６の外表面を完全に取り囲んでいる。故に、ヒートパイプ２０６によって排出される冷却温度が、ハウジング２０２の外表面へと迅速に伝達され、光カプラ２００から効果的に排出される。

他の一実施形態によれば、ナノ粒子２１１を含む液体溶液が、光ファイバ２０４を取り囲むように、ハウジング２０２内に配されて、その中に収容され得る。上述した実施形態とは異なり、ナノ粒子２１１は焼結されない。斯くして、やはり粒子酸化を防止しながら追加の放熱が提供される。この液体は、以下に限られないが、ナノ粒子２１１を含有するのに使用され得る油又はその他の液体を含み得る。

図２Ａに更に例示されるように、少なくとも１つの実施形態は、熱伝導性のフィン２１６へと直接一体的に形成された端部を有する１つ以上のヒートパイプ２０６を含み得る。フィン２１６はまた、ハウジング２０２の外部の領域に置かれる外部ヒートシンク２１８と一体的に形成されることができる。フィン２１６及びヒートシンク２１８は、例えば銅（Ｃｕ）を含め、様々な熱伝導材料から形成される。ヒートパイプ２０６からの熱は、それぞれのフィン２１６に伝達され、そしてヒートシンク２１８に送り届けられ、ここで、熱が表面領域にわたって均等に分配されてそこから放出されることで、ヒートパイプ２０６の冷却が更に促進される。理解されることには、フィン２１６単独でも、熱をハウジング２０２の外部領域に排出することができる。他の一実施形態によれば、フィン２１６は、ヒートパイプから形成されることができ、あるいは、ヒートパイプを当該フィン２１６の内部に埋め込むことができ、それにより、外部ヒートシンク２１８への熱伝達を向上させ得る。

図２Ｂに更に例示されるように、フィン２１６／ヒートシンク２１８の組み合わせは、ハウジング２０２を取り囲む花のような形状を画成するように配置されることができる。しかしながら、理解されることには、フィン２１６／ヒートシンク２１８の組み合わせは、本発明の範囲を逸脱することなく、様々なその他の形状を画成するように配置され得る。

次に図３を参照するに、非限定的な一実施形態に従った、光カプラ２００に含められたヒートパイプ２０６が例示されている。ヒートパイプ２０６は、外側ケーシング３００及びウィック構造３０２を含んでいる。外側ケーシング３００は、これに限られないが金属を含め、様々な熱伝導材料から形成される。ウィック構造３０２は、ケーシング３００の内壁に接して形成されるとともに、内側蒸気キャビティ３０４を画成する。当業者に理解されるように、ウィック３０２は、以下に限られないが、焼結金属粉末、スクリーン、及びパイプ軸に平行な一連の溝を有する複数の溝付きウィックを含め、様々な構造として形成され得る。

ヒートパイプ２０６は、その中に部分的に作動流体を充填して封止されている。作動流体は、光ファイバ２０４の動作レンジで蒸気と液体の双方を含むことができる何らかの流体を含むことができる。光ファイバ２０４からの熱が、ヒートパイプ２０６によって吸収されて、作動流体を蒸発させるために使用される。ヒートパイプ２０６の高温接触面で、熱伝導性の固体表面と接触している液体が、その表面から熱を吸収することによって蒸気へと変化する。次いで、この蒸気が、ヒートパイプ２０６に沿って低温接触面へと進み、凝縮して液体に戻り、潜熱を放出する。そして、この液体が、毛管作用（例えば、ウィック３０２を介して）、遠心力、又は重力を通じて高温接触面へと戻り、このサイクルが繰り返される。蒸気キャビティ型のヒートパイプ２０６を記述しているが、理解されることには、例えば循環冷却液ヒートパイプなどのその他のタイプのヒートパイプが使用されてもよい。

次いで図４Ａ−４Ｅを参照するに、非限定的な一実施形態に従った、光ファイバハーネス４００として形成された光ファイバアセンブリ４００が例示されている。光ファイバハーネス４００は、ほころび（フレイド）マルチコア光ファイバ４０２と、隙間なし（ソリッド）マルチコア光ファイバ４０４とを含んでいる。ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４は、自身を通じて例えばレーザ光などの光学的な光を伝えるように構成された、以下に限られないが、ガラス、押出ガラス（シリカ）、及びプラスチックで製造された透明ファイバを含む、透明材料の１本以上のフレキシブルストランドから形成される。

ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４は各々、それぞれ、複数のファイバコア４０６ａ及び４０６ｂを含んでいる。７本のコア４０６ａ−４０６ｂを有するマルチコア光ファイバ４０２−４０４が示されているが、理解されることには、マルチコアファイバ４０２−４０４は、より多数又は少数のコア４０６ａ−４０６ｂを有し得る。ほころびマルチコア光ファイバ４０２は更に、それらの間に空所を画成する複数のばらの（ルース）端部４０８ａ−４０８ｇを含んでいる。ばらの端部４０８ａ−４０８ｇは各々、その中に配置されたそれぞれのファイバコア４０６ａを含んでいる（図４Ｂ参照）。端部がばらされた複数の光ファイバ４０８ａ−４０８ｇを含んだほころびマルチコア光ファイバ４０２とは異なり、隙間なしマルチコア光ファイバ４０４は、複数のファイバコア４０６ｂをその中に束ねる単一の光ファイバである。ほころびマルチコア光ファイバ４０２の個々のファイバコア４０６ａの各々が、隙間なしマルチコア光ファイバ４０４に収容された対応するファイバコア４０６ｂと共に継ぎ合わされて、複数の継ぎ合わせ境界を形成する。従って、ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４は基本的に、ノード４０９において共に継ぎ合わされる。また、一部のマルチコアファイバは、その点での継ぎ合わせ（図示せず）を排除して異なる点に他のマルチコアファイバと接続する継ぎ合わせ（図示せず）を有し得る複数のファイバから融着される又は引き出されることができる。

図４Ｃを参照するに、非限定的な一実施形態に従った、ナノ粒子ヒートシンク４１０を含む光ファイバハーネス４００が例示されている。ナノ粒子ヒートシンク４１０は、ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４の周囲に、熱伝導性のナノ粒子４１２を保持するように構成される。熱伝導性ナノ粒子４１２は、以下に限られないが、銅（Ｃｕ）、ニッケル−コバルト鉄合金、ダイヤモンド、又は他の様々な熱伝導性ナノ粒子の組み合わせを含め、光ファイバ４０２−４０４からの均一な放熱を促進する様々な熱伝導材料から形成されることができる。熱伝導性ナノ粒子４１２も、好ましくは１ナノメートル（ｎｍ）からおよそ１０ｎｍまでの範囲のサイズを有し得る。しかしながら、理解されることには、熱伝導性のナノ粒子４１２は、本発明の範囲を逸脱することなく、例えば、およそ１マイクロメートル（μｍ）に至るサイズにされてもよい。

一実施形態によれば、ナノ粒子ヒートシンク４１０は、その中に熱伝導性ナノ粒子４１２を収容するケーシング４１４を含んでいる。ケーシング４１４は、ケーシング４１４それ自体が、放熱特性を持つヒートシンクとして構成されるように、熱伝導材料から形成され得る。斯くして、熱伝導性ナノ粒子４１２が、ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４の外表面に接して保持される。斯くして、熱伝導性ナノ粒子は、局在加熱の影響を受けやすいノード４０９を完全に囲んで保持されることができる。ナノ粒子４１２はまた、光ファイバ４０２−４０４の材料（例えば、ガラス）と一致する又は同等である熱膨張係数を有し得る。斯くして、金属部分とガラス部分との間の膨張整合シールを達成することができ、それにより、ノード４０９における応力を低減し、パワー処理能力を向上させる。

一実施形態によれば、ナノ粒子４１２は、ケーシング４１４内、及びばらの光ファイバ４０８ａ−４０８ｇの部分間に存在する空所内に詰め込まれる粉末材料として形成される。斯くして、将来的なハーネスの手直しのために、光ファイバハーネス４００を分解することができ、また、ナノ粒子ヒートシンク４１０の一部（すなわち、粉末にされたナノ粒子４１２の部分）を取り除くことができる。しかしながら、他の一実施形態によれば、固形の熱伝導体を形成するように、ナノ粒子４１２が溶融又は焼結され得る。斯くして、熱伝導体が、ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４と一体的に形成される。

他の一実施形態によれば、ナノ粒子４１２を含む液体溶液が、光ファイバ４０２−４０４を取り囲むように、ケーシング４１４内に配されて、その中に収容され得る。上述した実施形態とは異なり、ナノ粒子４１２は焼結されない。斯くして、やはり粒子酸化を防止しながら追加の放熱が提供される。この液体は、以下に限られないが、ナノ粒子４１２を含有するのに使用され得る油又はその他の液体を含み得る。

図４Ｄを参照するに、非限定的な一実施形態に従った、直線Ａ−Ａ’に沿って取られたほころびマルチコア光ファイバ４０２の断面図が例示されている。ほころびマルチコア光ファイバ４０２は、ナノ粒子ヒートシンク４１０内に保持された熱伝導性ナノ粒子４１２に埋め込まれた、複数のばらの光ファイバ４０８ａ−４０８ｇを含んでいる。上述のように、ばらの光ファイバ４０８ａ−４０８ｇは各々、その中に配置されたそれぞれのファイバコア４０６ａを含んでいる。ナノ粒子４１２は、各光ファイバ４０８ａ−４０８ｇの外表面の全体に接して形成される。斯くして、それぞれの光ファイバ４０８ａ−４０８ｇを通り抜ける例えばレーザ光などの光信号に応答して生成される熱が、そこから均等に放散される。

図４Ｅを参照するに、直線Ｂ−Ｂ’に沿って取られた図４Ｃの光ファイバハーネス４００の断面図が、熱伝導性ナノ粒子４１２に埋め込まれた隙間なしマルチコア光ファイバ４０４を示している。上述のように、隙間なしマルチコア光ファイバ４０４は、その中に配置された複数の束ねられたファイバコア４０６ｂを収容している。隙間なしマルチコア光ファイバ４０４に含まれる束ねられたファイバコア４０６ｂの各々が、ほころびマルチコア光ファイバ４０２に含まれるそれぞれのファイバコア４０６ａと共に継ぎ合わされる。斯くして、ばらのファイバコア４０６ａは基本的に、隙間なしマルチコア光ファイバ４０４内のファイバコア４０６ｂの単一集団へとハーネス化される。また、ナノ粒子４１２は、ほころびマルチコア光ファイバ４０２と隙間なしマルチコア光ファイバ４０４とを継ぎ合せるノード４０９に直に接して形成される。従って、熱は、ほころびマルチコア光ファイバ４０２及び隙間なしマルチコア光ファイバ４０４から均等に放散されることができ、また、例えば継ぎ合わされたノード４０９などの、局在加熱の影響を受けやすい１つ以上の領域で効果的に放散されることができる。

次いで図４Ｆを参照するに、他の一実施形態に従った光ファイバハーネス４００が例示されている。このケースでは、ほころびマルチコア光ファイバ４０２に含まれるばらのファイバコア４０６ａの各々が、継ぎ合わせノード４０９において、隙間なし光ファイバ部４１８に含まれる単一のコア４１６に継ぎ合わされる。斯くして、ばらのファイバコア４０６ａは基本的に、隙間なし光ファイバ４１８内の単一の光ファイバコアとしてハーネス化される。

詳細に上述した本発明の様々な実施形態は、ナノ粒子ヒートシンクを含んだ、例えば１つ以上の光ファイバ、光カプラ、光アイソレータ、テーパなどの、光ファイバアセンブリを提供する。ナノ粒子ヒートシンクは、例えば光ファイバなどの光学コンポーネントの１つ以上の局在感熱領域に接して形成される。ナノ粒子ヒートシンクは、それら局在感熱領域のうちの１つ以上に接して保持されることが可能な複数の熱伝導性ナノ粒子を収容する。斯くして、局在感熱領域における放熱が改善され、それにより、光ファイバによって現実となる熱応力及びクラック形成が抑制される。

以下の請求項中の全てのミーンズ・プラス・ファンクション要素又はステップ・プラス・ファンクション要素の対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的にクレーム記載される他のクレーム要素と組み合わさってその機能を実行する如何なる構造、材料、又は動作をも含むことが意図される。本発明の記述は、例示及び説明の目的で提示されており、網羅的であること又は開示された形態での発明に限定されることは意図されていない。本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、数多くの変更及び変形が当業者に明らかになる。これらの実施形態は、本発明の原理及び実際の適用を最もよく説明するために、及び当業者が、企図される特定の用途に適した様々な変更とともに様々な実施形態に関して本発明を理解することを可能にするために、選択されて記述されている。

本発明の様々な実施形態について記述したが、理解されるように、当業者は、現時及び将来の双方において、以下に続く請求項の範囲に入る様々な変更及び改良を為し得る。これらの請求項は、最初に記載された発明に対する適正な保護を維持するように解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 第１端から該第１端の反対側の第２端へと光を送達するように構成された少なくとも１つの光学コンポーネントであり、当該少なくとも１つの光学コンポーネントは、少なくとも１つの局在感熱領域を含み、該局在感熱領域は、光が該局在感熱領域を通り抜けることに応答して、当該少なくとも１つの光学コンポーネントの残りの領域に対して上昇された温度を発する、少なくとも１つの光学コンポーネントと、
   前記少なくとも１つの光学コンポーネントに接触し且つ前記少なくとも１つの局在感熱領域を完全に取り囲むナノ粒子ヒートシンクであり、前記少なくとも１つの光学コンポーネントから熱を放散するように構成されたナノ粒子ヒートシンクと、
   を有する光ファイバアセンブリ。
2. 前記少なくとも１つの光学コンポーネントは、第１のファイバコアを持つ第１の光ファイバと、前記第１のファイバコアに継ぎ合わされて継ぎ合わせ境界を画成する第２のファイバコアを持つ第２の光ファイバとを含む、請求項１に記載の光ファイバアセンブリ。
3. 前記ナノ粒子ヒートシンクは、前記少なくとも１つの局在感熱領域と位置合わせされて前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバを取り囲むケーシングを含む、請求項２に記載の光ファイバアセンブリ。
4. 前記ケーシングは、複数の熱伝導性のナノ粒子を含有し、且つ前記継ぎ合わせ境界に直に接触させて前記ナノ粒子を保持する、請求項３に記載の光ファイバアセンブリ。
5. 前記ナノ粒子は、銅（Ｃｕ）、ニッケル−コバルト鉄合金、及びダイヤモンドからなる群から選択されており、前記第１及び第２の光ファイバは、ガラス、シリサイド、及びプラスチックからなる群から選択された材料を有する、請求項４に記載の光ファイバアセンブリ。
6. 前記ナノ粒子は、前記第１及び第２の光ファイバの前記材料に対応する第２の熱膨張係数に一致する第１の熱膨張係数を持つ、請求項５に記載の光ファイバアセンブリ。
7. 前記ケーシングは、前記少なくとも１つの局在感熱領域を完全に取り囲んで前記第１及び第２の光ファイバと一体的に形成された固体熱伝導体を収容している、請求項３に記載の光ファイバアセンブリ。
8. 当該光ファイバアセンブリは更に、前記少なくとも１つの光学コンポーネントを完全に取り囲むハウジングを有し、該ハウジングはその入口と出口との間を延在している、請求項１に記載の光ファイバアセンブリ。
9. 前記少なくとも１つの光学コンポーネントは、前記入口に結合された入力端と、前記出口に結合された出力端とを有する光ファイバを含み、前記入力端が、少なくとも１つの局在感熱領域を画成している、請求項８に記載の光ファイバアセンブリ。
10. 前記ナノ粒子ヒートシンクは、前記ハウジング内に完全に埋め込まれている、請求項９に記載の光ファイバアセンブリ。
11. 前記ナノ粒子ヒートシンクは、前記ハウジングを充填して前記光ファイバの前記入力端を完全に取り囲む複数の熱伝導性のナノ粒子を含む、請求項１０に記載の光ファイバアセンブリ。
12. 前記ナノ粒子は、銅（Ｃｕ）、ニッケル−コバルト鉄合金、及びダイヤモンドからなる群から選択されており、前記光ファイバは、ガラス、シリサイド、及びプラスチックからなる群から選択された材料を有する、請求項１１に記載の光ファイバアセンブリ。
13. 前記ナノ粒子は、前記光ファイバの前記材料に対応する第２の熱膨張係数に一致する第１の熱膨張係数を持つ、請求項１２に記載の光ファイバアセンブリ。
14. 前記ハウジングはその中に、前記少なくとも１つの局在感熱領域を完全に取り囲んで前記光ファイバと一体的に形成された固体熱伝導体を収容している、請求項１０に記載の光ファイバアセンブリ。
15. 当該光ファイバアセンブリは更に、ばらされた端部と、コア部とを有し、前記ばらされた端部は、各々がその中にそれぞれのばらのファイバコアを配置した複数のばらの光ファイバを含み、前記コア部は、その中に配置された複数の束ねられたファイバコアを含む、請求項２に記載の光ファイバアセンブリ。
16. 各ばらのファイバコアが、それぞれの束ねられたファイバコアに継ぎ合わされている、請求項１５に記載の光ファイバアセンブリ。
17. 前記ナノ粒子ヒートシンクは、前記ばらされた端部の少なくとも一部と、前記コア部の少なくとも一部とを覆っている、請求項１６に記載の光ファイバアセンブリ。
18. 前記熱伝導性のナノ粒子の一部が、前記複数のばらの光ファイバ間の空所内に配置されている、請求項１７に記載の光ファイバアセンブリ。
19. 前記ばらされた端部のナノ粒子ヒートシンク及び前記コア部のナノ粒子ヒートシンクが各々、複数のナノ粒子を含み、該ナノ粒子は、銅（Ｃｕ）、ニッケル−コバルト鉄合金、及びダイヤモンドからなる群から選択されている、請求項１８に記載の光ファイバアセンブリ。
20. 前記ナノ粒子は、前記ばらされた端部及び前記コア部の材料に対応する第２の熱膨張係数に一致する第１の熱膨張係数を持つ、請求項１９に記載の光ファイバアセンブリ。

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