JP5865413B2 - 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

Description

本発明は、光ファイバ部材のパッケージに関する。詳しくは、デバイスの光ファイバ部材から光パワーを放散させるためのパッケージ及びパッケージング方法に関する。

ファイバレーザは多くの産業で好んで適用されるレーザーとなりつつある。このような適用においては、キロワットレベルのパワーを放射可能なレーザーの要求が増加しており、このようなパワーは、レーザー部材のパワー処理能力に負担がかかるものとなる。このような変革の重要な要素として、図１に示すようなダブルクラッド光ファイバ（ＤＣＯＦ）が開発されている。このファイバは、低輝度／低ビームクオリティのマルチポンプダイオード光と、シグナルガイド１から放出される高輝度／高ビームクオリティの光信号との間で輝度変換器としての機能を有している。

ファイバレーザの不具合のうち最も一般的な原因の一つとして、ファイバ間の接合部における、ポンプガイド２、低屈折率ポリマーポンプガイドクラッド３、及び高屈折率アクリレート保護ジャケット４の熱劣化がある。このつなぎ部分では、ファイバ間の接合部から生じる光学的撹乱により、光パワーの一部が光導波路部分により案内されない状態となってしまう。

この接合部における過剰損失は、接合部下流側のコーティングされていない部分におけるガラスと空気との界面によって案内されることもあるが、低屈折率ポリマー層の開口数よりも大きい開口数で通過するいかなる光も、コートティングされたファイバの界面に達するや否や分離され、低屈折率ポリマー層３とアクリレート保護ジャケット４に吸収される。そして、これによって生じる過熱により、ファイバの低屈折率ポリマー層３とアクリレート保護ジャケット４とが熱劣化し、さらに光の吸収を増大させ、最終的には接合部の焼損や溶融を生じさせ、ファイバレーザの致命的な故障を引き起こすことになる。

ディ・ジョバンニ等による米国特許６５１５９９４号（特許文献１）には、ファイバが伝搬する光の吸収によりファイバの接合部に生じる熱エネルギを検出する技術が示されている。

ファイバレーザにおける他の一般的な不具合としては、ポンプパワー入力部の下流側における、増幅ファイバの最初の数センチで生じるものがある。ドープファイバコアでは量子欠損によりポンプ放射が生じ、ガラス主体母材（ガラスホストマトリックス）内で熱に変換される。

例えば、イッテルビウム（Yb）イオンを用いたレーザー光の発生では、約２０％のポンプパワーが熱に変換される。これによるファイバコアの温度上昇は、低屈折率ポリマー層３やファイバにおけるアクリレート保護ジャケット４の温度上昇につながる。アクリレートファイバコーティングの寿命に関する研究ではコーティングの温度を約８０℃以下に維持することが推奨されている。従って、業務用高出力ファイバレーザにはこのような問題を解決するため、ポンプパワーを複数の入力部に分散して、コーティングの温度が実用温度を越えることがないよう求められている。

図２は、光ファイバを用いた典型的な光ファイバ装置を示しており、熱劣化による甚大な障害が生じる可能性のある位置が示されている。

ウェッター等による米国公開公報2007/026909号（特許文献２）には、光ファイバ部材における大きなパワー放散のためのパッケージが記載されている。図３には、ウェッターによる光ファイバ部材１２’のパッケージ１０’が示されている。この光ファイバ部材パッケージは、光ファイバ部材１２’を取り囲む高熱伝導率パッケージング基板１８’、２０’と、当該基板の両端部分に光ファイバ部材を固定する接着剤１４’、１６’とを備えている。当該接着剤は、高いガラス転移温度を有するだけでなく、高湿高温下で高透明度を有し、１００℃を超える温度に耐えうる材料で作られている。

米国特許６５１５９９４号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２６９０９号明細書

しかし、ウェッターが提案する接着剤は熱伝導性が低く、熱劣化や故障の原因となるおそれがある。接着剤が熱劣化の一般的な原因であるという事実は、Ｆ・セガン等の「Tapered fused bundle coupler package for reliable high optical power dissipation, Fiber Lasers III: Technology, Systems, and Applications, Proceedings of SPIE Vol. 6102, 2006」にて確認されている。理想的には、接着剤は熱伝導性がよく光透過性を有しているべきである。

しかしながら、発明者が知る限りにおいては、良好な熱伝導性と光透過性とを同時に有する接着剤材料は、現在のところ入手可能ではない。
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。

本発明の第１の特徴によれば、光ファイバ装置を構成する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であり、且つガリウム、金属、又は合金である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。

ヒートシンク収容容器は、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つ有していてもよく、この場合当該チャネル部は、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。

パッケージは、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、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接着剤を備えてもよい。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のが好ましい。

本発明の第２の特徴によれば、光ファイバ部材が光を案内するコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有し、光ファイバ装置を構成する当該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。

前記パッケージは、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接着剤を備えていてもよく、当該接着剤は、チャネル部内に位置するとともにキャビティと離間している接着接合部に配置される。接着剤は、光ファイバ部材のクラッドの屈折率よりも大きい屈折率を備えるものでもよい。また、接着剤は光透過性及び耐熱性を有していることが好ましい。

キャビティは、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断熱ガスを有してもよい。キャビティは、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み熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散する、パワー放散材を含んでもよい。キャビティ内に収容可能な光ファイバ部材のコーティングされていない部分は、クラッドが取り去られていてもよい。上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を有しているのが好ましい。

本発明の第３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高出力光ファイバ装置の構成部材のパッケージング方法が提供される。
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であり、且つガリウム、金属、又は合金である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。

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キャビティ内に満たし、所定位置で当該パワー放散材を硬化させることを含んでもよい。前記方法はさらに、ヒートシンク基板の端部に近接する接着接合部にて、接着剤を用いて当該ヒートシンク基板に光ファイバ部材を固着するステップを含めてもよい。前記方法はさらに、光ファイバ部材を挿入するステップの前に、光ファイバ部材のコーティングされていない部分における予めコーティングを除去した範囲を再びコーティングするステップを有してもよい。

本発明の第４の特徴によれば、光ファイバ部材が光を案内するコアと当該コアを取り囲むクラッドからなり、熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散する高出力光ファイバ装置を構成する当該光ファイバ部材におけるパッケージング方法が提供される。
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。

光ファイバ部材を挿入するステップは、光ファイバ部材のクラッドがキャビティ内まで延びないように光ファイバ部材を配置するステップを含むのが好ましい。上記パッケージング方法は、さらに、上記パッケージング方法は、さらにキャビティから離間してチャネル部内に位置する接着接合部にて、接着剤を用いて光ファイバ部材をヒートシンク基板に固着するステップを含めてもよい。

一つの態様として、上記方法に、さらにキャビティ内に断熱ガスを導入するステップを含んでもよい。また、他の態様として、キャビティ内に設けられ、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み、熱パワー及び光パワーの少なくとも一方を放散するパワー放散材を、キャビティ内に導入するステップを含んでもよい。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キャビティ内に満たし、当該パワー放散材を所定の位置で硬化させることを含んでもよい。さらに、光ファイバ部材を挿入するステップの前に、光ファイバ部材のコーティングされていない部分における予めコーティングを除去した範囲を再コーティングするステップを含んでもよい。

本発明に係るその他の特徴及び利点は、添付した図面を参照しつつ、好ましい実施形態の記載からより理解できる。

従来技術における一般的なダブルクラッド光ファイバを示す図である。 従来技術における一般的な光ファイバ装置を構成する光ファイバ部材を示すとともに、熱劣化による甚大な障害が発生しうる箇所を示す図である。 従来技術における光ファイバ部材用パーケージの斜視図である。 本発明の第１の実施例を示す図である。 図４ＡのＡ部分を示す詳細図である。 本発明の第２の実施例を示す図である。 図５ＡのＡ部分を示す詳細図である。 本発明の第３の実施例を示す図である。 図６ＡのＡ部分を示す詳細図である。 本発明の第４の実施例を示す図である。 図７ＡのＡ部分を示す詳細図である。 本発明の第５の実施例を示す図である。 図８ＡのＡ部分を示す詳細図である。

本発明をよりよく理解するため、及び本発明がどのように実行されるかを示すため、添付図面に示す例を参照する。
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。

＜光ファイバ部材のパッケージ＞
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。

本願の全体を通して、「パワー」という用語は、エネルギが伝達される速度として用いていると理解されるものである。
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。

一方で、時には「放射電力」と称されることもある「光パワー」は、一般的に電磁波放射によるエネルギの移動平均速度、即ち、単位時間当たりに移動した光エネルギの量であり、例えば、光ファイバ内のある位置で得られる光のパワーである。
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＞
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。

＜ヒートシンク収容容器＞
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。

キャビティ２４は、ヒートシンク収容容器１９内にて形成された中空部であり、光ファイバ部材３０の温度影響部位を収容可能な大きさをなしている。
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。

光ファイバの接合部のようなつなぎ部分における光パワーの損失は、ファイバコア内の導光モードからクラッド内での放射モードへのエネルギ転換を生じさせ、それ故、クラッドの過熱によりクラッドの熱劣化を生じる。ポンプパワー入力部下流側の増幅部も、シグナル光子内へのポンプ光子の変換に伴う量子欠損によって発熱する。
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。

そこで、温度影響部位をヒートシンク収容容器に直接的又は間接的に接触させ、温度影響部位からの過剰となった熱の伝導を可能とすることにより、ヒートシンク収容容器１９が過剰な熱から光ファイバ部材を保護する。このため、ヒートシンク収容容器１９は優れた熱伝導性を有しているのが好ましい。つまり、ヒートシンク収容容器１９は熱伝導性金属、合金、又は複合材料で構成されていることが好ましい。

また、ヒートシンク収容容器１９の製造を容易にするため、ヒートシンク収容容器１９は、アルミニウム又は銅等の容易に機械加工可能な材料からなるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
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。

＜パワー放散材＞
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。

パワー放散材はキャビティ内に行き渡っており、光ファイバ部材の温度影響部位を取り囲んでいる。パワー放散材はキャビティ全体に満たされても良いし、一部に満たされていても良い。当該パワー放散材２５は、ヒートシンク収容容器１９に光ファイバ部材３０を固着する手段としても用いることができる。

パワー放散材が光パワーの放散、減衰又は除去等に用いられるパッケージの実施例は図８Ａ、８Ｂに示されている。
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。

キャビティ２４は、パワー放散材２５で満たされており、当該パワー放散材２５は全反射による光ファイバ部材内の光の伝搬を可能とする屈折率を有する光透過材料からなる。これにより光学的損失及び有害な発熱等を最小限とすることができる。
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。

これに代え、キャビティ２４は、クラッドからの光をストリッピング、即ち放出させて、これにより光ファイバ１２Ａのクラッド２２Ａに注入された余剰なパワーに起因したクラッドの光を放出させ、光ファイバ１２Ａ、１２Ｂのコアからの高いモードの光を除去し、接合部１１での光パワーの損失を放出すべく、温度影響部位を取り囲んで光透過材料を有するパワー放散材２５で満たされていてもよい。この光透過材料は、光ファイバ部材の温度影響部位の屈折率以上の屈折率を有する。

またこれに代え、パワー放散材２５は、光ファイバ部材内を移動する光を吸収する吸収機能があってもよい。当該吸収機能は、例えば、ファイバ１２Ａからファイバ１２Ｂに光信号が伝搬される際に、ファイバ接合部１１の部分にて漏れる光パワーを吸収する機能である。ガリウムはこのような吸収機能を有しており当該パワー放散材として用いることができる。

パワー放散材は、金属、合金、又は複合材料のような熱伝導体を含有していてもよい。熱伝導体は良好な熱伝導性を有する必要がある。熱伝導体は、液状でキャビティに導入され、適切な位置で硬化するものでよい。熱伝導体は、液状の熱伝導体を満たす際にキャビティ内にある光ファイバ部材を損傷させないよう、低融点であることが好ましい。

図７Ａ、７Ｂを参照すると、ポンプクラッドからの余剰なポンプパワーを除去するため、クラッド２２がキャビティ２４内に配置された上で、ポンプクラッドが部分的に除去されている。この場合、良好な熱伝導体であるパワー放散材２５がキャビティ２４内に導入されており、コーティングされていない光ファイバ１２は、熱伝導体と接触して配置されることとなる。この熱伝導体は、光ファイバのクラッド２２からキャビティ２４内に入る余剰なポンプクラッドパワーを吸収し、そこで熱が生じることでポンプパワーが減少し、他端側の光ファイバのポンプクラッド２２に伝達される熱が減少する。

＜チャネル部＞
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。

チャネル部は、チャネル部の全てをクラッドと直接接触させる必要はないが、接触範囲が長くなるほどパワーの放散性が向上する。
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。

ヒートシンク収容容器１９は入口チャネル部１７Ａ及び出口チャネル部１７Ｂを有するのが好ましい。入口チャネル部１７Ａはヒートシンク収容容器１９の第１端部１９Ａとキャビティ２４との間に延びており、光ファイバ部材３０の入力端部３０Ａと直接接触して当該光ファイバ部材３０の入力端部３０Ａから熱パワー及び／又は光パワーを放散する。同様に、出口チャネル部１７Ｂはヒートシンク収容容器１９の第２端部１９Ｂとキャビティ２４との間に延びており、光ファイバ部材３０の出力端部３０Ｂと直接接触して当該光ファイバ部材３０の出力端部から熱パワー及び／又は光パワーを放散する。

パッケージ１０は、光ファイバ部材３０をヒートシンク収容容器１９に固着するため、ヒートシンク収容容器１９の端部１９Ａ、１９Ｂ近傍の接着接合部１４、１６に接着剤を有する。
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。

使用される接着剤としては、光ファイバ部材３０の外層（コーティング／クラッド）からヒートシンク収容容器１９に熱を効果的に放散できるように、光透過性及び耐熱性を有しているのが好ましい。
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。

熱伝導率が理想的な熱伝導率よりも低い、空気や、窒素等の不活性ガスのような断熱ガス２５Ｂによりキャビティが単純に満たされている場合、チャネル部１７は光ファイバ部材３０の入力端部３０Ａ及び／又は出力端部３０Ｂにて必要なパワー放散を提供する。

＜実施例＞
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。

本発明の第１実施例に係る光ファイバパッケージが図８Ａ、８Ｂに示されている。
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。

ヒートシンク基板１８は光ファイバ部材３０で生じる過剰な熱から光ファイバ部材３０を保護する。光ファイバ部材３０を直接的又は間接的にヒートシンク基板１８に接触させることにより、過剰な熱が熱伝導により光ファイバ部材から外へ放散される。
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。

パッケージは、光ファイバ部材３０を保護するのに用いられるものであり、具体的には２つの光ファイバ１２Ａ、１２Ｂと接合部１１を取り囲んで、温度影響部位を保護している。
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。

キャビティ２４は光透過材料からなるパワー放散材２５で満たされている。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部２２Ａ、２２Ｂの屈折率以下の屈折率（例えば、図２に一例として示したような光ファイバの場合、ポンプガイドクラッドの低屈折率ポリマー層３の屈折率以下の屈折率）を有している。これにより、光ファイバ１２Ａ、１２Ｂ内を伝搬する光エネルギ、即ち光が当該ファイバ内に留まることとなり、発生する熱パワーが減衰／減少することとなる（パワー放散材２５の存在を示すため、キャビティ２４内に位置する光ファイバ部材３０の部分は仮想線で示している）。

パワー放散材２５には、SSCP PC 373、DSM Desotech DesoliteDF0007、又はAngstromBond EX1128のようなエポキシ等の紫外線硬化型の低屈折率ポリマーが使用可能である。
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。

使用される接着剤としては、例えば、Epoxy technology 353ND混合物等のような高い屈折率を有する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。

これに代え、光ファイバをヒートシンク収容容器１９に固定するのにパワー放散材２５自体を、使用することもできる。この場合、本実施例の接着接合部１４、１６を必ずしも設ける必要はない。
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。

図５Ａ、５Ｂを参照すると、本発明の第２実施例に係る光ファイバ部材が示されている。
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。

当該パッケージは、２つの光ファイバ１２Ａ、１２Ｂ（接合部の部分が仮想線で示されている）の光ファイバ接合部１１（仮想線で示されている）を保護するのに用いられる。
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。

使用される紫外線硬化型ポリマーは、例えばSSCP PC 373、又はDSM Desotech DesoliteDF0007等である。
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。

コーティング剤１３及び各光ファイバ１２Ａ、１２Ｂのコーティング部２２Ａ、２２Ｂの熱を放散させるため、キャビティ２４には、良好な熱伝導体であるパワー放散材２５が満たされている。（キャビティ２４内に位置する光ファイバ部材３０の部分は、パワー放散材２５の存在を示すために仮想線で示されている。）当該熱伝導体としては、金属、合金、又は任意の適切な複合材料からなる。

キャビティ２４に熱伝導体を満たすため、熱伝導体はまずは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、キャビティ２４内で硬化する。
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。

図４Ａ、４Ｂを参照すると、本発明の第３実施例に係る光ファイバ部材が示されている。
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。

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を有し、入口チャネル部１７Ａと出口チャネル部１７Ｂとを有している。入口チャネル部１７Ａは、ヒートシンク収容容器１９の第１端部１９Ａとキャビティ２４との間に延び、光ファイバ部材の入力端部３０Ａと直接接触して、光ファイバ部材の入力端部３０Ａから熱パワー及び／又は光パワーを放散する。同様に、出口チャネル部１７Ｂは、ヒートシンク収容容器１９の第２端部１９Ｂとキャビティ２４との間に延び、光ファイバ部材の出力端部３０Ｂと直接接触して、光ファイバ部材の出力端部３０Ｂから熱パワー及び／又は光パワーを放散する。

ヒートシンク基板１８とヒートシンクカバー２０とは、過剰な熱を光ファイバ部材から放散させることによって、光ファイバ部材から生じる過剰な熱から光ファイバ部材を保護する機能を有している。このため、ヒートシンク基板１８、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機械加工が容易な材料からなるのが好ましい。

また、ヒートシンク基板とカバーとは、光ファイバ部材を物理的に保護する機能も有する。
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１２Ａ、１２Ｂの光ファイバコーティング部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、ヒートシンク基板１８にて十分な長さを有して設けられたチャネル部１７Ａ、１７Ｂ内に配置されている。当該チャネル部はコーティング部と直接接触して両者の間で適切な熱交換を促進するようになっている。
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。

キャビティ２４には空気又は例えば窒素のような不活性ガス等の断熱ガス２５Ｂが満たされている。
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。

図６Ａ、６Ｂを参照すると、本発明の第４実施例に係る光ファイバ部材が示されている。
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。

当該パッケージは、２つの光ファイバの間の光ファイバ接合部１１を保護するのに用いられる。
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。

当該高屈折率な接着剤は、光ファイバのポリマーコーティングの屈折率より大きな屈折率を有し、コーティング内を伝搬する光パワーモードストリッパとして機能する。この高屈折率な接着剤は、光透過性が高く、耐熱性も高く、最小限の厚さをなすものが好ましい。本実施例では、使用される接着剤として、例えば、Epoxy technology 353ND混合物等のような光学エポキシを使用可能である。
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。

図７Ａ、７Ｂを参照すると、光パワーを放出させるための、本発明の第５実施例に係る光ファイバ部材が示されている。
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。

これまでに述べた各実施例と同様に、光ファイバパッケージ１０は、ヒートシンク基板１８と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を有しており、良好な熱伝導性を有し、これに限られないがアルミや銅等の機械加工が容易な材料からなるのが好ましい。
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。

光ファイバにおいてコーティングされていない範囲１２はキャビティ２４内に配置されており、当該キャビティはパワー放散材２５で満たされている。パワー放散材２５としては、これに限られるものではないが、具体的にはガリウム等の低融点熱伝導体が使用される。（キャビティ２４内の光ファイバ部材３０の部分は、パワー放散材２５の存在を示すため仮想線で示されている。）

これに代えて、このコーティングされていない範囲１２には、ポンプガイドの屈折率以上の屈折率のポリマーで再コーティングすることができる。好ましい実施例としては、ポリマーに例えばDSM Desotech DSM-950-200,を使用可能である。
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。

光ファイバ部材からのパワー取り出し効率を向上させるため、光ファイバを曲線状にして曲げ損失を生じることもできる。
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。

＜パッケージング方法＞
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。

ヒートシンク基板に形成されたキャビティ内に温度影響部位を配置するよう、光ファイバ部材がヒートシンク収容容器のヒートシンク基板内に挿入される。
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。

光ファイバ部材は、キャビティに入る過剰な熱を最小限にするために、光ファイバ部材のクラッドがキャビティ内まで延びないようにして配置してもよい。
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。

光ファイバ部材をヒートシンク基板に固定するため、接着剤がヒートシンク基板の端部近傍の接着接合部に設けられる。
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。

接着剤としては、光透過性及び耐熱性を有しているものが使用可能である。また接着剤が、クラッド／コーティングの屈折率以上の屈折率を有することにより光ファイバ部材のクラッド／コーティングから過剰なパワーを放出するようにしてもよい。

当該方法は、パワー放散材をキャビティ内に導入するステップを有してもよく、当該パワー放散材は、キャビティ内に行き渡り、光ファイバ部材の温度影響部位を取り囲むことで、熱パワー及び／又は光パワーを放散する。このパワー放散材はキャビティ内に液状で導入され、適当な位置で硬化するようにしてもよい。また当該パワー放散材は、光ファイバ部材を損傷しないよう融点が十分に低いことが好ましい。

ヒートシンク基板がキャビティから延びる少なくとも１つのパワー放散チャネル部を有している場合、当該キャビティは、空気または窒素等の不活性ガスのような断熱ガスにより単純に満たされていてもよい。大気中の空気を導入するならば特別な技術を要しない。但し、不活性ガスの導入はパッケージを組み立てる際に行うのが好ましい。これは、注入器を用いてキャビティ内に導入してもよいし、不活性ガス雰囲気内でパッケージングを行うことで、確実にキャビティ内に不活性ガスを満たすようにしてもよい。

光ファイバ部材のパッケージングを完成させるため、ヒートシンクカバーが実質的に相補的な関係をもってヒートシンク基板に組み合わされることで、光ファイバ部材がパッケージ内に封入される。

当業者であれば正しく認識できるように、本発明は簡易に光ファイバ部材の熱劣化を防ぐことができる効果的で簡易な装置を提供する。
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。

また、本発明では、問題となる領域から十分離間した位置に接着接合部を移動するとともに、過剰な熱に晒される部分にヒートシンクを直接接触させたことで、熱劣化の危険性を低減することができる。
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 (11)

1. 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であり、且つガリウム、金属、又は合金である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。
2. 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に記載のパッケージ。
3. 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に記載のパッケージ。
4. 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３のいずれかに記載のパッケージ。
5. 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４のいずれかに記載のパッケージ。
6. 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５記載のパッケージ。
7. 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であり、且つガリウム、金属、又は合金である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。
8. 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７記載のパッケージング方法。
9. 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７記載のパッケージング方法。
10. 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８又は９記載のパッケージング方法。
11. 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７記載のパッケージング方法。

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