JP5268472B2

JP5268472B2 - 光増幅装置

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Publication number: JP5268472B2
Application number: JP2008190867A
Authority: JP
Inventors: 浩之田谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP2010028016A

Description

本発明は、光伝送装置や光ファイバレーザ装置に用いられる光増幅装置に関し、さらに詳しくは、発熱した増幅用光ファイバを効率的に冷却することができる機能を備えた光増幅装置に関するものである。

近年、光ファイバを用いて光信号を直接増幅する技術が、光伝送装置や光ファイバレーザ装置などで盛んに用いられている。
この光増幅装置は、光信号を増幅するためにエルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）をドープした増幅用光ファイバ（ダブルクラッドファイバなど）に対して、光信号とともに増幅用のポンプ光を入力し、光信号を直接増幅することができる装置である。

しかしながら、光増幅装置では、光信号の増幅時に増幅用光ファイバ内で増幅に使用されなかったポンプ光の一部が熱となり、増幅用光ファイバの温度を上昇させるという問題がある。増幅用光ファイバが高温となった場合、増幅用光ファイバの周囲を覆っている樹脂被覆が劣化し、光増幅効果に影響を及ぼすため、増幅用光ファイバを冷却する技術が必要となる。

光増幅に用いられる増幅用光ファイバは、希土類元素がドープされたコアと、コアの周囲を覆う第１のクラッドと、第１のクラッドの周囲を覆う第２のクラッドとを備えたダブルクラッドファイバである。このダブルクラッドファイバでは、信号光はコア内を伝播し、励起光は第１のクラッド内を伝播する。このダブルクラッドファイバは、通常の通信用光ファイバ（外径１２５μｍ）よりも外径が大きくなるため、ダブルクラッドファイバを同心円状に巻き回して容器の中などに収納する場合、ファイバの曲率を小さくし過ぎると、曲げ応力によりファイバが破断するおそれがある。したがって、ダブルクラッドファイバを巻き回して収納する場合、その曲率を大きめにする必要がある。また、増幅用光ファイバの曲率が小さくなるにしたがって、増幅用光ファイバの伝送損失は大きくなるため、曲率を小さくしてダブルクラッドファイバを巻き回すことはできない。

そのため、通常、ダブルクラッドファイバは直径が１００ｍｍ以上となるように巻き回されて収納される。これにより、増幅用光ファイバの伝送損失の増加という問題は解決されるものの、依然として増幅用光ファイバ自体の発熱による樹脂被覆の劣化という問題は解決されない。そこで、従来、ヒートシンクに設けられた溝に増幅用光ファイバを収納、固定して、ヒートシンクを用いて増幅用光ファイバを冷却することにより、樹脂被覆の劣化を防止した光増幅装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１１４７６９号公報

ヒートシンクを用いた増幅用光ファイバの冷却構造にあっても、ダブルクラッドファイバは直径が１００ｍｍ以上となるように巻き回されて収納されるため、ヒートシンクの大きさは１００ｍｍ角以上必要になる。さらに、このヒートシンク全体を均一に冷却するためには、外径１００ｍｍ以上の冷却ファンを用いる必要がある。したがって、ヒートシンクと冷却ファンを収納するために、光増幅装置内部には大きなスペースが必要となり、装置全体が大型化するという問題があった。
また、今後、高出力の光ファイバレーザ装置や光増幅伝送装置が要求されると思われるが、その場合、増幅用光ファイバに入力されるポンプ光のパワーが増加するとともに、増幅用光ファイバの発熱量も増加するため、増幅用光ファイバを冷却する技術が益々重要となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、増幅用光ファイバの冷却効率に優れ、かつ、小型化が可能な光増幅装置を提供することを目的とする。

本発明の光増幅装置は、略円形に湾曲した形状をなし、作動流体を内部に有するヒートパイプと、該ヒートパイプの湾曲形状に略等しい形状をなして同心円状に巻き回され、かつ、前記ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備え、前記増幅用光ファイバの光出力端部が前記ヒートパイプの放熱部側に配置されたことを特徴とする。

本発明の光増幅装置は、螺旋形状をなし、作動流体を内部に有するヒートパイプと、該ヒートパイプの螺旋形状に沿って配置されるとともに、該ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備え、前記増幅用光ファイバの光出力端部が前記ヒートパイプの放熱部側に配置されたことを特徴とする。

前記増幅用光ファイバの光入力端部が、前記増幅用光ファイバの光出力端部よりも重力方向において下側に配置されたことが好ましい。

前記ヒートパイプの表面に、その軸方向に沿って延びる溝状の凹部が設けられ、該凹部に前記増幅用光ファイバが収容されたことが好ましい。
前記増幅用光ファイバを囲むように複数本のヒートパイプが配置されたことが好ましい。
前記ヒートパイプの軸方向に沿って、その中央に中空部が設けられ、該中空部内に前記増幅用光ファイバが挿通されたことが好ましい。

本発明の光増幅装置は、略円形に湾曲した形状をなすヒートパイプと、該ヒートパイプの湾曲形状に略等しい形状をなして同心円状に巻き回され、かつ、前記ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備えたので、増幅用のポンプ光を入力することによって発生した増幅用光ファイバの熱を、ヒートパイプに吸収させて、効率的に増幅用光ファイバを冷却することができるから、増幅用光ファイバの樹脂被覆の劣化による光増幅効果の低下を防止できる。また、ヒートパイプの冷却は、その一端部に設けられた放熱部を冷却すればよいので、大型の冷却ファンが不要になり、冷却に要するエネルギーを従来よりも低減することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。さらに、略円形に湾曲した形状をなすヒートパイプのみを冷却すればよいので、円形の中心部の空間は他の部品の実装に利用でき、この空間を有効に活用することができる。

本発明の光増幅装置は、螺旋形状をなすヒートパイプと、該ヒートパイプの螺旋形状に沿って配置されるとともに、該ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備えたので、増幅用のポンプ光を入力することによって発生した増幅用光ファイバの熱を、その全長に渡ってヒートパイプに吸収させて、より効率的に増幅用光ファイバを冷却することができるから、増幅用光ファイバの樹脂被覆の劣化による光増幅効果の低下を防止できる。また、ヒートパイプの冷却は、その一端部に設けられた放熱部を冷却すればよいので、大型の冷却ファンが不要になり、冷却に要するエネルギーを従来よりも低減することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。さらに、螺旋形状をなすヒートパイプのみを冷却すればよいので、螺旋形の中心部の空間は他の部品の実装に利用でき、この空間を有効に活用することができる。

本発明の光増幅装置の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（１）第一の実施形態
図１は、本発明の光増幅装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態の光増幅装置１０は、ヒートパイプ１１と、このヒートパイプ１１に接するように設けられた増幅用光ファイバ１２と、ヒートパイプ１１の一方の端部１１ａに設けられた放熱部１３と、放熱部１３に対向するように配置された冷却ファン１４とから概略構成されている。

ヒートパイプ１１は、略円形状に湾曲した湾曲部と、この湾曲部に続く直線状の直管部とから構成されており、その円形の直径が１００ｍｍ程度となっている。
また、増幅用光ファイバ１２は、ヒートパイプ１１の湾曲形状に略等しい形状をなして同心円状に巻き回されている。すなわち、増幅用光ファイバ１２は、その直径が１００ｍｍ程度となるように、同心円状に巻き回されている。

また、ヒートパイプ１１に増幅用光ファイバ１２が接するように配置されているとは、言い換えれば、ヒートパイプ１１の表面に、巻き回された増幅用光ファイバ１２が接するように配置されていることを言う。すなわち、巻き回されて束ねられ、その束ねられた状態の増幅用光ファイバ１２がヒートパイプ１１の表面に接するように配置されている。

さらに、増幅用光ファイバ１２の光出力端部１２ａが、放熱部１３が設けられたヒートパイプ１１の一方の端部１１ａ側に配置され、一方、増幅用光ファイバ１２の光入力端部１２ｂが、ヒートパイプ１１の他方の端部１１ｂ側に配置されている。
光増幅装置１０では、増幅用光ファイバ１２の光入力端部１２ｂの温度が最も高くなり、光出力端部１２ａに向かって徐々に温度が低くなる。このような温度の低下は、増幅用光ファイバ１２に、その光入力端から入力された増幅用のポンプ光が、増幅用光ファイバ１２内を伝播するうちに、伝送損失によって減衰していくことに起因する。また、ヒートパイプは、その原理から長手方向に温度分布がある場所に用いられる。言い換えれば、ヒートパイプは、その一端と他端との間で温度差がないと機能しない。そこで、増幅用光ファイバ１２の光出力端部１２ａを、放熱部１３が設けられたヒートパイプ１１の一方の端部１１ａ側に配置し、一方、増幅用光ファイバ１２の光入力端部１２ｂを、ヒートパイプ１１の他方の端部１１ｂ側に配置して、ヒートパイプ１１を効率よく動作させて、増幅用光ファイバ１２を冷却する。

ヒートパイプ１１は、周知のものであって、金属管などのからなる容器と、毛細管作用を有するウイックと、容器内に封入された水などの凝縮性の液体からなる作動流体とから概略構成されている。
また、この例では、ヒートパイプ１１は、その放熱部１３が設けられた一方の端部１１ａが冷却部となり、他方の端部１１ｂが加熱部となっている。

このヒートパイプ１１では、加熱部側にて増幅用光ファイバ１２の熱が作動流体に伝わると、作動流体が蒸発して、この作動流体の蒸気が低温・低圧の冷却部に流動し、冷却部にて、この蒸気が放熱して凝縮する。ここで、蒸発潜熱の受け渡しが行われ、凝縮した作動流体は、容器内のウイックの毛細管作用により加熱部に還流する。この作動流体による熱の受け渡しが繰り返されることにより、ヒートパイプ１１の加熱部から冷却部への熱の伝達が行われ、これに伴って、増幅用光ファイバ１２の冷却が行われる。

増幅用光ファイバ１２としては、希土類元素がドープされたコアと、コアの周囲を覆う第１のクラッドと、第１のクラッドの周囲を覆う第２のクラッドとを備えたダブルクラッドファイバが挙げられる。

放熱部１３としては、特に限定されないが、ヒートパイプ１１の冷却効率を上げるためには、その表面積が大きいものが好ましく、例えば、複数の矩形状の放熱フィンが所定の間隔をおいて配置された構成のものが挙げられる。
また、放熱部１３の材料としては、アルミニウムなどの金属が用いられる。

冷却ファン１４としては、特に限定されないが、放熱部１３の大きさに応じて、その大きさが決定され、冷却ファン１４によって発生した空気の流れが放熱部１３全体に当たるようになっている。

また、光増幅装置１０では、増幅用光ファイバ１２が、熱伝導率の高い樹脂を介して、ヒートパイプ１１に接するように配置されていることが好ましい。
増幅用光ファイバ１２がヒートパイプ１１に接するように配置された状態を維持するためには、接着剤などの樹脂により、増幅用光ファイバ１２をヒートパイプ１１の表面に固定することが好ましいが、ヒートパイプ１１による増幅用光ファイバ１２の冷却効率を上げるためには、熱伝導率の高い樹脂を用いることが好ましい。

また、増幅用光ファイバ１２が、ヤング率の低い樹脂を介して、ヒートパイプ１１に接するように配置されていることが好ましい。
ヒートパイプ１１と増幅用光ファイバ１２とでは、熱膨張係数が異なるので、ヤング率の高い硬い樹脂を用いて、増幅用光ファイバ１２をヒートパイプ１１の表面に固定すると、ヒートパイプ１１の熱膨張に伴って増幅用光ファイバ１２が引っ張られて破断するおそれがある。したがって、増幅用光ファイバ１２の破断を防止するためには、ヤング率の低い軟らかい樹脂を用いることが好ましい。
このような熱伝導率が高く、しかも、ヤング率の低い樹脂としては、例えば、アルミニウム粉末などの金属粉末を多量に充填したゴム変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。

また、増幅用光ファイバ１２が、その周囲を覆っている樹脂被覆よりも屈折率が低い樹脂を介して、ヒートパイプ１１に接するように配置されていることが好ましい。
ダブルクラッドファイバは、光ファイバの周囲を覆っている樹脂被覆の内側近傍にも増幅用のポンプ光が伝播しているため、樹脂被覆よりも屈折率が高い樹脂を用いると、増幅用のポンプ光が光ファイバの外に漏れて増幅に使用できなくなる。したがって、増幅用光ファイバ１２から増幅用のポンプ光が漏れないようにするためには、増幅用光ファイバ１２の周囲を覆っている樹脂被覆よりも屈折率が低い樹脂を用いることが好ましい。

さらに、ヒートパイプ１１の表面は、増幅用光ファイバ１２を伝播する増幅用のポンプ光と同じ波長域の光を吸収する色相をなしていることが好ましい。
上述のように、増幅用光ファイバ１２を、その周囲を覆っている樹脂被覆よりも屈折率が低い樹脂を介して、ヒートパイプ１１に接するように配置すると、増幅用光ファイバ１２の不純物や微少な曲がりによって、増幅用光ファイバ１２に入力された増幅用のポンプ光の一部が、増幅用光ファイバ１２の外に漏れる。この増幅用のポンプ光は、増幅装置１０内の他の部品に当たって熱に変化し、その部品の温度を上げて、その部品を故障させる危険がある。すなわち、増幅用光ファイバ１２の発熱は、増幅用光ファイバ１２自体の発熱と、増幅用光ファイバ１２から漏れた光が他の部品に吸収されて熱に変わることに起因する。したがって、この増幅用光ファイバ１２から漏れた光をヒートパイプ１１に吸収させ、他の部品における発熱を抑えるためには、ヒートパイプ１１の表面を、増幅用光ファイバ１２を伝播する増幅用のポンプ光（通常は、赤外線）と同じ波長域の光を吸収する色相とすることが好ましい。

この実施形態の光増幅装置１０によれば、略円形に湾曲した形状をなすヒートパイプ１１と、このヒートパイプ１１の湾曲形状に略等しい形状をなして同心円状に巻き回され、かつ、ヒートパイプ１１に接するように配置された増幅用光ファイバ１２と、ヒートパイプ１１の一方の端部１１ａに設けられた放熱部１３と、を備えたので、増幅用のポンプ光を入力することによって発生した増幅用光ファイバ１２の熱を、ヒートパイプ１１に吸収させて、効率的に増幅用光ファイバ１２を冷却することができるから、増幅用光ファイバ１２の樹脂被覆の劣化による光増幅効果の低下を防止できる。また、ヒートパイプ１１の冷却は、その一方の端部１１ａに設けられた放熱部１３を冷却すればよいので、大型の冷却ファンが不要になり、冷却に要するエネルギーを従来よりも低減することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。さらに、ヒートパイプ１１のみを冷却すればよいので、その円形の中心部の空間は他の部品の実装に利用でき、この空間を有効に活用することができる。

（２）第二の実施形態
図２は、本発明の光増幅装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態の光増幅装置２０は、ヒートパイプ２１と、このヒートパイプ２１に接するように設けられた増幅用光ファイバ２２と、ヒートパイプ２１の一方の端部２１ａに設けられた放熱部２３と、放熱部２３に対向するように配置された冷却ファン２４とから概略構成されている。

光増幅装置２０では、ヒートパイプ２１が、螺旋形状をなしており、その螺旋形の円の直径が１００ｍｍ程度となっている。
また、増幅用光ファイバ２２は、ヒートパイプ２１の螺旋形状に沿って、ヒートパイプ２１に接するように配置されている。すなわち、増幅用光ファイバ２２は、ヒートパイプ２１の表面にて、その直径が１００ｍｍ程度となるように、同心円状に巻き回されている。

また、ヒートパイプ２１に増幅用光ファイバ２２が接するように配置されているとは、言い換えれば、増幅用光ファイバ２２同士が重なることなく、ヒートパイプ２１の螺旋形状に沿って配置されるとともに、ヒートパイプ２１の表面に接して配置されていることを言う。

さらに、増幅用光ファイバ２２の光出力端部２２ａが、放熱部２３が設けられたヒートパイプ２１の一方の端部２１ａ側に配置され、一方、増幅用光ファイバ２２の光入力端部２２ｂが、ヒートパイプ２１の他方の端部２１ｂ側に配置されている。
この光増幅装置２０においても、増幅用光ファイバ２２の光出力端部２２ａを、放熱部２３が設けられたヒートパイプ２１の一方の端部２１ａ側に配置し、一方、増幅用光ファイバ２２の光入力端部２２ｂを、ヒートパイプ２１の他方の端部２１ｂ側に配置して、ヒートパイプ２１を効率よく動作させて、増幅用光ファイバ２２を冷却している。
また、この例では、ヒートパイプ２１は、その放熱部２３が設けられた一方の端部２１ａが冷却部となり、他方の端部２１ｂが加熱部となっている。

さらに、光増幅装置２０では、増幅用光ファイバ２２の光入力端部２２ｂが、増幅用光ファイバ２２の光出力端部２２ａよりも重力方向において下側に配置されることが好ましい。
ヒートパイプ２１（特に内部にウイックが設けられていないもの）では、温度の高い部分（他方の端部２１ｂ）を重力方向（図２の矢印方向）に対して下側に配置し、温度の低い部分（一方の端部２１ａ）を重力方向に対して上側に配置した方が、熱伝導効果が高くなる。なぜならば、ヒートパイプ２１内の作動流体が冷却部（一方の端部２１ａ）で冷却されて液化した際、その重量により、作動流体が加熱部（他方の端部２１ｂ）に戻りやすくなるからである。したがって、増幅用光ファイバ２２の光入力端部２２ｂを、増幅用光ファイバ２２の光出力端部２２ａよりも重力方向において下側に配置することにより、増幅用光ファイバ２２を効率的に冷却することができる。

ヒートパイプ２１、増幅用光ファイバ２２、放熱部２３、冷却ファン２４としては、先の実施形態と同様のものが用いられる。

また、光増幅装置２０では、増幅用光ファイバ２２が、熱伝導率の高い樹脂を介して、ヒートパイプ２１に接するように配置されていることが好ましい。
また、増幅用光ファイバ２２が、ヤング率の低い樹脂を介して、ヒートパイプ２１に接するように配置されていることが好ましい。

また、増幅用光ファイバ２２が、その周囲を覆っている樹脂被覆よりも屈折率が低い樹脂を介して、ヒートパイプ２１に接するように配置されていることが好ましい。
さらに、ヒートパイプ２１の表面は、増幅用光ファイバ２２を伝播する増幅用のポンプ光と同じ波長域の光を吸収する色相をなしていることが好ましい。

また、図３に示すように、ヒートパイプ２１の表面に、その軸方向（長手方向）に沿って延びる、溝状の凹部２１ｃを設け、この凹部２１ｃに増幅用光ファイバ２２を収容してもよい。
ヒートパイプ２１は、円柱状をなしており、その表面に増幅用光ファイバ２２を沿わせた状態で固定することが難しい。したがって、ヒートパイプ２１の表面に、その軸方向に沿って、凹部２１ｃを設け、この凹部２１ｃに増幅用光ファイバ２２を収容することにより、ヒートパイプ２１の表面に増幅用光ファイバ２２を沿わせた状態で容易に固定することができる。その結果、増幅用光ファイバ２２の冷却効率が向上する。
なお、このようにヒートパイプの表面に、その軸方向に沿って延びる、溝状の凹部を設け、この凹部に増幅用光ファイバを収容する構成は、上述の第一の実施形態にも適用するこができる。

また、図４に示すように、外径の大きいヒートパイプ２１を作製し、その外周面（側面）２１ｄに、増幅用光ファイバ２２を螺旋状に巻き付けてもよい。この場合、ヒートパイプ２１の外径は、巻き付けた増幅用光ファイバ２２の伝送損失が増加しない大きさであることが好ましく、より好ましくは１００ｍｍ程度である。
このようにすれば、ヒートパイプ２１の表面に増幅用光ファイバ２２を沿わせた状態で容易に固定することができ、増幅用光ファイバ２２の冷却効率を向上することができるとともに、増幅用光ファイバ２２に対して、ヒートパイプ２１の長さを短くすることができる。

また、図５（ａ）に示すように、１本の増幅用光ファイバ２２を囲むように３本のヒートパイプ２１を配置してもよく、または、図５（ｂ）に示すように、１本の増幅用光ファイバ２２を囲むように４本のヒートパイプ２１を配置してもよい。
図２に示したように、１本のヒートパイプ２１に、１本の増幅用光ファイバ２２を沿わせるように配置すると、ヒートパイプ２１では、増幅用光ファイバ２２と接している部分にしか熱が伝わらないため、熱吸収効果が低い。したがって、１本の増幅用光ファイバ２２を囲むように複数本のヒートパイプ２１を配置することにより、ヒートパイプ２１による熱吸収効果を高めて、増幅用光ファイバ２２の冷却効率を向上することができる。

さらに、図６に示すように、ヒートパイプ２１の軸方向（長手方向）に沿って、その中央に中空部２１ｄを設け、この中空部２１ｄ内に増幅用光ファイバ２２を挿通してもよい。
このようにすれば、ヒートパイプ２１の中空部２１ｄ内に増幅用光ファイバ２２を沿わせた状態で容易に固定することができるとともに、増幅用光ファイバ２２の冷却効率を向上することができる。

この実施形態の光増幅装置２０によれば、螺旋形状をなすヒートパイプ２１と、このヒートパイプ２１の螺旋形状に沿って配置されるとともに、ヒートパイプ２１に接するように配置された増幅用光ファイバ２２と、ヒートパイプ２１の一方の端部２１ａに設けられた放熱部２３と、を備えたので、増幅用のポンプ光を入力することによって発生した増幅用光ファイバ２２の熱を、その全長に渡ってヒートパイプ２１に吸収させて、第一の実施形態の光増幅装置１０よりも効率的に増幅用光ファイバ２２を冷却することができるから、増幅用光ファイバ２２の樹脂被覆の劣化による光増幅効果の低下を防止できる。また、ヒートパイプ２１の冷却は、その一方の端部２１ａに設けられた放熱部２３を冷却すればよいので、大型の冷却ファンが不要になり、冷却に要するエネルギーを従来よりも低減することができるとともに、装置の小型化を図ることができる。さらに、ヒートパイプ２１のみを冷却すればよいので、ヒートパイプ２１の螺旋形の中心部の空間は他の部品の実装に利用でき、この空間を有効に活用することができる。

以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

「実験例１」
長さ１ｍのダブルクラッドファイバを、直径１００ｍｍで同心円状に巻き回した。
次いで、この巻き回されたダブルクラッドファイバに、５０Ｗの増幅用のポンプ光を入力し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約１２０℃であった。
この状態のダブルクラッドファイバを、熱伝導性の樹脂を介して、厚み４０ｍｍ×縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍのヒートシンクに固定した。
次いで、このヒートシンクを、厚みが３２ｍｍ、外径が１２０ｍｍの冷却ファンにより、風量２．５ｍ^３／ｍｉｎで冷却し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約８０℃であった。
また、サーモビュアにより、ダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、最も温度の低い光出力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約５０℃であり、最も温度の高い光入力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約８０℃であり、光出力端部と光入力端部の温度差が約３０℃であった。

「実験例２」
直径１００ｍｍの円状に加工した、太さ６ｍｍ、長さ５００ｍｍのヒートパイプを用意した。
次いで、ヒートパイプの一方の端部に、放熱フィンとして、厚み１ｍｍ×縦６０ｍｍ×横６０ｍｍのアルミ板を５ｍｍ間隔で４枚取り付けた。
次いで、長さ１ｍのダブルクラッドファイバを、直径１００ｍｍで同心円状に巻き回した。
次いで、ヒートパイプの表面に、熱伝導性の樹脂を介して、巻き回されたダブルクラッドファイバを固定した。
次いで、このダブルクラッドファイバに、５０Ｗの増幅用のポンプ光を入力し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約１２０℃であった。
次いで、ヒートパイプの放熱フィンを、厚みが３２ｍｍ、外径が６０ｍｍの冷却ファンにより、風量１．２ｍ^３／ｍｉｎで冷却し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約６０℃であった。
また、サーモビュアにより、ダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、最も温度の低い光出力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約５０℃であり、最も温度の高い光入力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約６０℃であり、光出力端部と光入力端部の温度差が約１０℃であった。

「実験例３」
螺旋形状をなすように、長さ１ｍのヒートパイプを加工した。この時、螺旋形の円の直径を１００ｍｍとした。
次いで、ヒートパイプの一方の端部に、放熱フィンとして、大きさが縦６０ｍｍ×横６０ｍｍのアルミ板を取り付けた。
次いで、長さ１ｍのダブルクラッドファイバを、ヒートパイプの螺旋形状に沿って配置するとともに、ヒートパイプの表面に接して配置した。
次いで、このダブルクラッドファイバに、５０Ｗの増幅用のポンプ光を入力し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約１２０℃であった。
次いで、ヒートパイプの放熱フィンを、外径が６０ｍｍの冷却ファンにより冷却し、この時のダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、約６０℃であった。
また、サーモビュアにより、ダブルクラッドファイバの温度を測定したところ、最も温度の低い光出力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約５０℃であり、最も温度の高い光入力端部近傍におけるダブルクラッドファイバの温度は約６０℃であり、光出力端部と光入力端部の温度差が約１０℃であった。

以上の結果から、ヒートパイプに接するようにダブルクラッドファイバを配置して、ヒートパイプの一方の端部に設けた放熱フィンを冷却ファンで冷却することにより、ヒートシンクを用いたダブルクラッドファイバの冷却よりも、効率的にダブルクラッドファイバを冷却することができることが分かった。
また、実験例１においてヒートシンクを使用した場合には、ヒートシンクの体積５７６ｃｍ^３（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×４０ｍｍ）と、冷却ファンの体積約３６１ｃｍ^３（３．１４×６０ｍｍ×６０ｍｍ×３２ｍｍ）とを合わせて約９３７ｃｍ^３のスペースが必要であった。
一方、実験例２においてヒートパイプを使用した場合には、ヒートパイプの体積約１４ｃｍ^３（３．１４×３ｍｍ×３ｍｍ×５００ｍｍ）と、アルミ板４枚分のスペース約６８ｃｍ^３（６０ｍｍ×６０ｍｍ×１９ｍｍ）と、冷却ファンの体積約９０ｃｍ^３（３．１４×３０ｍｍ×３０ｍｍ×３２ｍｍ）とを合わせて約１７２ｃｍ^３のスペースが必要であった。
したがって、実験例２では、ダブルクラッドファイバの冷却に必要なスペースを、実験例１に対して１／５以下とすることができる。

本発明の光増幅装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。本発明の光増幅装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。本発明の光増幅装置の第二の実施形態において、ヒートパイプに増幅用光ファイバを固定する構造の一例を示す概略断面図である。本発明の光増幅装置の第二の実施形態において、ヒートパイプに増幅用光ファイバを固定する構造の他の例を示す概略斜視図である。本発明の光増幅装置の第二の実施形態において、１本の増幅用光ファイバを囲むように複数本のヒートパイプを配置した例を示す概略断面図である。本発明の光増幅装置の第二の実施形態において、ヒートパイプの軸方向に沿って設けられた中空部内に増幅用光ファイバを挿通した例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０，２０・・・光増幅装置、１１，２１・・・ヒートパイプ、１２，２２・・・増幅用光ファイバ、１３，２３・・・放熱部、１４，２４・・・冷却ファン。

Claims

略円形に湾曲した形状をなし、作動流体を内部に有するヒートパイプと、該ヒートパイプの湾曲形状に略等しい形状をなして同心円状に巻き回され、かつ、前記ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備え、前記増幅用光ファイバの光出力端部が前記ヒートパイプの放熱部側に配置されたことを特徴とする光増幅装置。
螺旋形状をなし、作動流体を内部に有するヒートパイプと、該ヒートパイプの螺旋形状に沿って配置されるとともに、該ヒートパイプに接するように配置された増幅用光ファイバと、前記ヒートパイプの一端部に設けられた放熱部と、を備え、前記増幅用光ファイバの光出力端部が前記ヒートパイプの放熱部側に配置されたことを特徴とする光増幅装置。
前記増幅用光ファイバの光入力端部が、前記増幅用光ファイバの光出力端部よりも重力方向において下側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光増幅装置。
前記ヒートパイプの表面に、その軸方向に沿って延びる溝状の凹部が設けられ、該凹部に前記増幅用光ファイバが収容されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光増幅装置。
前記増幅用光ファイバを囲むように複数本のヒートパイプが配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載の光増幅装置。
前記ヒートパイプの軸方向に沿って、その中央に中空部が設けられ、該中空部内に前記増幅用光ファイバが挿通されたことを特徴とする請求項２または３に記載の光増幅装置。