JP2004214325A - Optical fiber heat sink and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類等を光ファイバに添加して、ファイバ型光増幅器またはファイバ型レーザとして使用する場合における光ファイバの放熱装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
希土類等を光ファイバに添加して、ファイバ型光増幅器またはファイバ型レーザ(アップコンバージョンファイバレーザ)として使用する場合に、光ファイバの温度により光増幅の利得が変化することが知られている(例えば、非特許文献1参照)。このため安定した光出力を得るためには、光ファイバの温度を一定に保つことが望ましい。
【0003】
また、光ファイバの放熱性向上のため、2枚の金属板で光ファイバを挟み込み、熱伝導性グリースを充填した構造をとることにより、ペルチェ素子による冷却や冷風を吹き付ける等の特別な冷却手段を用いることなしに、光ファイバの温度を室温付近で、一定に維持できる簡易な温度制御法が既に提案されている(例えば、特許文献1)。
【0004】
【非特許文献1】
須藤昭一編「エルビウム添加光ファイバ増幅器」、(株)オプロトニクス社、1999/11
【0005】
【特許文献1】
特開2001−274489号公報(図1、図2、段落[0016]、要約)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に開示されているような2枚の金属板で光ファイバを挟み込んで熱伝導グリースを充填した構造では、防湿性が低く、光ファイバが大気中の水分子と反応して特性が劣化する問題がある。
【0007】
この発明の目的は、防湿性の高いファイバ収納構造を用い、耐湿信頼性の高い光ファイバ放熱装置及びその製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ファイバ出入口と充填材入口を備えた金属筐体の内部に光ファイバを用いた光学要素を配置し、前記金属筐体内部を疎水性の液体または柔軟性を有する樹脂で充填し、前記金属筐体内部を密閉したことを特徴とする光ファイバ放熱装置である。
【0009】
また本発明は、概ね直方体の六面体状であって、少なくとも一面が取り外し可能に形成された金属筐体と、この金属筐体内に収容され、励起光が入力されることで、励起光の波長とは異なる波長の光または励起光のエネルギーを増幅可能な励起ファイバと、前記金属筐体の任意の一面に設けられた少なくとも2つの開口を介して前記励起ファイバと接続される入力用および出力用ファイバと、この入力用および出力用ファイバのそれぞれを、上記2つの開口の所定位置に固定する樹脂材料と、前記金属筐体内に満たされる充填材と、この充填材が前記励起ファイバからの熱により膨張した際に前記金属筐体内の圧力が所定の圧力よりも上昇することを抑止可能な弁機構と、を有することを特徴とする光ファイバ放熱装置である。
【0010】
さらに本発明は、少なくとも一面が蓋状に取り外し可能に形成された金属筐体内に励起光が入力されることで、励起光の波長とは異なる波長の光、または励起光のエネルギーを増幅可能な励起ファイバを収容し、金属筐体の任意の一面に設けられた少なくとも2つの開口を介して入力用光ファイバと出力用光ファイバを金属容器内に案内し、それぞれ、励起ファイバの両端部と接続し、入力用光ファイバと出力用光ファイバのそれぞれを、2つの開口に対して樹脂材料により固定し、シール材を介して金属筐体内を気密かつ防湿可能に密閉し、充填材充填用の開口から充填材を満たし、充填材が満たされた金属筐体に圧力弁を取り付ける、ことを特徴とする光ファイバ放熱装置の製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態が適用される光ファイバ放熱装置の一例を説明する。
【0012】
図1は、本発明の光ファイバ放熱装置を説明する概略斜視図である。
【0013】
図1に示されるように、光ファイバ放熱装置101は、概ね直方体の六面体状に形成された筐体103を有している。筐体103の任意の一面は、蓋105として、筐体103に対して着脱可能に形成されている。なお、筐体103および蓋105には、耐熱性、耐候性あるいは放熱効果を高めるために、銅またはアルミニウム合金が用いられる。また、それぞれの表面がアルマイト皮膜処理されても良い。
【0014】
筐体103の所定の位置には、入力用光ファイバ201が案内される第1の開口(ファイバ口)107と出力用光ファイバ211が案内される第2の開口(ファイバ口)109が設けられている。なお、それぞれの光ファイバ201,211は、対応する開口107,109に挿入された状態で、例えばエポキシ樹脂である封止材111が個々の開口に満たされることにより気密されると共に、筐体103に、強固に固着されている。また、封止材111は、開口107,109内を通るそれぞれの光ファイバ201,211に、不所望に圧力が掛かることを抑止可能である。
【0015】
筐体103の内部には、例えば周知のアップコンバージョンファイバレーザとして用いられる励起用ファイバ301が設けられている。なお、励起用ファイバ301は、筐体103内において、破損せずに、かつ支障のない径で、径方向に積層されるように所定回数、巻かれた状態にある。また、励起用ファイバ301は、例えば複数のフッ化物が混合されたガラスに、Tm3+,Er3+,Ho3+等のイオンが適量添加されたものである。なお、赤色(R)用光源の場合は、添加イオンは無く、緑色(G)用光源の場合はTm3+を、青色(B)用光源の場合はEr3+またはHo3+を添加したファイバが用いられる。なお、筐体103に収容される光学要素としては、励起用ファイバ301に限らず、光増幅あるいはファイバ型レーザとして動作する上で必要なファイバ形式の光学部品、例えばファイバグレーティング等であっても良い。
【0016】
励起用ファイバ301には、その両端部に、光コネクタ303,305が固着されている。光コネクタ303,305には、それぞれ、入力用光ファイバ201の端部に固着されている光コネクタ203と出力用光ファイバ211の端部に固着されている光コネクタ213を介して、入力用光ファイバ201と出力用光ファイバ211が、接続される。
【0017】
筐体103の蓋105が位置される面以外の任意の一面には、後段に説明する疎水性の充填材が充填されるための第3の開口(充填材注入口)113が設けられている。
【0018】
筐体103の蓋105と接する部分、すなわち図1においては上方に示されている四面が連続した所定の領域に、蓋105により筐体103内を気密に保持可能とするための気密部材、例えばOリング401が装着可能なOリング案内部115が設けられている。
【0019】
筐体103内部にはまた、蓋105がOリング401を介して気密に保持された状態で、充填材注入口113から充填材501が注入される。なお、充填材としては、疎水性の液体、例えば鉱物油やシリコーンオイル等、または柔軟性の高い樹脂等が用いられる。
【0020】
充填材501が充填された筐体103は、圧力弁601により、密閉される。なお、圧力弁601は、例えば耐油性の高いゴム製であり、励起用ファイバ301からの熱により充填材501が僅かに膨張して筐体103内の圧力が増大した場合に、自身が変形することにより、圧力を吸収可能である。
【0021】
図2ないし図9は、図1に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程を説明する概略図である。
【0022】
図2に示すように、予め形成された筐体103を用意し、第1の開口107と第2の開口109から、入力用光ファイバ201と出力用光ファイバ211とを筐体103内に案内する。
【0023】
次に、図3に示すように、それぞれファイバ201と211が案内されている開口107,109内に封止材111を満たして硬化させ、光ファイバ201,211を固定する。
【0024】
続いて、図4に示すように、筐体103内に、予め両端部に光コネクタ303と305が取り付けられている励起用ファイバ301を用意する。
【0025】
次に、図5に示すように、ファイバ201の端部に設けられている光コネクタ203およびファイバ211の端部に設けられている光コネクタ213とを、筐体103内で、励起用ファイバ301の端部に設けられている光コネクタ303および305と相互に接続する。
【0026】
続いて、図6に示すように、筐体103のOリング案内部115に、Oリング401をセットし、図7に示すように、図示しないねじ等を用い、蓋105を、Oリング115を介して筐体103に固定する。これにより、気密(防湿)可能な六面体が得られる。
【0027】
以下、図8に示すように、充填材注入口113から充填材501が所定量注入され、図9に示すように、圧力弁601が注入口113に装着されることで、光ファイバ放熱装置101が出来上がる。
【0028】
なお、上述した励起用ファイバ301が気密(防湿)に封入されたファイバ放熱装置101においては、入力用光ファイバ201が案内される第1の開口107と出力用光ファイバが案内される第2の開口109を封止材111によって封止したとしても、わずかながら水分子が筐体103内に浸入する(水分子が筐体103内に侵入することを完全には阻止できない)。すなわち、水分子が全く内部に到達できない筐体および蓋を構成するためには、コストが増大する。
【0029】
しかし、入力用光ファイバ201、出力用光ファイバ211、励起用ファイバ301は、筐体105内で、充填材601すなわち、疎水性の液体で水分子との接触が阻止されているので、個々のファイバへ水分子が到達することはなく、各ファイバが吸湿して劣化することを抑えることができる。また、励起用ファイバ301の周囲に満たされている充填材113は、熱伝導性が高く、励起用ファイバ301で発生した熱を、筐体103および蓋105に、容易に伝えることができ、励起用ファイバ301で発生した熱を効率よく外部へ導くことができる。
【0030】
しかも、励起用ファイバ301の熱により充填材501の体積が膨張したとしても、圧力弁601により筐体103内の圧力が所定の範囲内に維持されるので、励起用ファイバ301や入力用光ファイバ201、出力用光ファイバ211が不所望に圧力を受けることもない。また、封止材111やOリング401にも、不所望な圧力が生じることもなく、耐久性が低下することもない。
【0031】
このように、本発明によれば、希土類が添加された光ファイバを気密性の金属筐体の内部に配置して、更に筐体内部を疎水性液体または柔軟性の高い樹脂で充填することにより、外気中の水分子が光ファイバに到達して光ファイバが劣化することが抑止される。
【0032】
また、光ファイバで発生した熱は、疎水性液体または柔軟性の高い樹脂を介して金属筐体に伝播され、筐体の表面より外気へ放出される。
【0033】
従って、光ファイバの温度を室温付近で一定に保つことができ、かつファイバの吸湿劣化を抑え、信頼性の高い光ファイバ放熱装置が得られる。
【0034】
なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ放熱装置及びその製造方法によれば、希土類等を添加した光ファイバを、ファイバ型光増幅器またはファイバ型レーザとして室温近傍の温度で動作させる場合に、光ファイバの温度を室温付近で一定に維持でき、しかも、ファイバが吸湿して劣化することも防止できる。これにより、ファイバ型光増幅器またはファイバ型レーザの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバ放熱装置の一例を説明する概略図。
【図2】図1に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程の一例を説明する概略図。
【図3】図2に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図4】図3に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図5】図4に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図6】図5に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図7】図6に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図8】図7に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【図9】図8に示した光ファイバ放熱装置を形成する工程に引き続く工程の一例を説明する概略図。
【符号の説明】
101…光ファイバ放熱装置、103…筐体、105…蓋、107…第1の開口(ファイバ口)、109…第2の開口(ファイバ口)、111…封止材、113…第3の開口(充填材注入口)、115…Oリング、201…入力用光ファイバ、211…出力用光ファイバ、301…励起用ファイバ、401…Oリング、501…充填材(疎水性液体)、601…圧力弁。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat dissipation device for an optical fiber when a rare earth element or the like is added to an optical fiber and used as a fiber type optical amplifier or a fiber type laser, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
When a rare-earth element or the like is added to an optical fiber and used as a fiber-type optical amplifier or a fiber-type laser (up-conversion fiber laser), it is known that the gain of optical amplification changes depending on the temperature of the optical fiber (for example, , Non-Patent Document 1). Therefore, in order to obtain a stable optical output, it is desirable to keep the temperature of the optical fiber constant.
[0003]
In order to improve the heat dissipation of the optical fiber, a special cooling means such as cooling by a Peltier element or blowing cold air is adopted by sandwiching the optical fiber between two metal plates and filling it with thermal conductive grease. A simple temperature control method that can keep the temperature of an optical fiber constant near room temperature without using it has already been proposed (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
Shoichi Sudo, Erbium-doped optical fiber amplifier, Oprotonix, Inc., 1999/11
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-274489 A (FIGS. 1 and 2, paragraph [0016], abstract)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a structure in which an optical fiber is sandwiched between two metal plates and filled with thermal conductive grease as disclosed in Patent Document 1, the moisture resistance is low, and the optical fiber reacts with water molecules in the atmosphere to obtain a characteristic. There is a problem of deterioration.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical fiber heat radiator having high humidity resistance and reliability, using a fiber storage structure having high moisture resistance, and a method of manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention arranges an optical element using an optical fiber inside a metal casing having a fiber entrance and a filler entrance, filling the inside of the metal casing with a hydrophobic liquid or a resin having flexibility, An optical fiber heat radiator wherein the inside of the metal casing is sealed.
[0009]
Further, the present invention is a substantially rectangular parallelepiped hexahedron, a metal housing formed at least one surface is detachable, housed in the metal housing, the excitation light is input, the wavelength of the excitation light and A pump fiber capable of amplifying the energy of light or pump light of different wavelengths, and input and output fibers connected to the pump fiber via at least two openings provided on any one surface of the metal housing. A resin material for fixing the input and output fibers to predetermined positions of the two openings, a filler filled in the metal housing, and the filler expanded by heat from the excitation fiber. An optical fiber heat radiating device, comprising: a valve mechanism capable of preventing the pressure in the metal housing from rising above a predetermined pressure when the pressure is increased.
[0010]
Furthermore, the present invention can amplify light of a wavelength different from the wavelength of the excitation light or energy of the excitation light by inputting the excitation light into a metal housing having at least one surface detachably formed in a lid shape. The pumping fiber is housed therein, and the input optical fiber and the output optical fiber are guided into the metal container through at least two openings provided on any one surface of the metal housing, and are respectively connected to both ends of the pump fiber. Then, each of the input optical fiber and the output optical fiber is fixed to the two openings with a resin material, and the inside of the metal casing is hermetically and moisture-proofly sealed via a sealing material. , And a pressure valve is attached to a metal housing filled with the filler.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an optical fiber radiator to which an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an optical fiber heat radiator of the present invention.
[0013]
As shown in FIG. 1, the optical fiber
[0014]
At a predetermined position of the
[0015]
An
[0016]
[0017]
A third opening (filler inlet) 113 for filling with a hydrophobic filler described later is provided on an arbitrary surface other than the surface on which the
[0018]
An airtight member for allowing the inside of the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
FIGS. 2 to 9 are schematic views illustrating steps of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG.
[0022]
As shown in FIG. 2, a
[0023]
Next, as shown in FIG. 3, the
[0024]
Subsequently, as shown in FIG. 4, an
[0025]
Next, as shown in FIG. 5, the
[0026]
Subsequently, as shown in FIG. 6, the O-
[0027]
Hereinafter, as shown in FIG. 8, a predetermined amount of the
[0028]
In the
[0029]
However, since the input
[0030]
Moreover, even if the volume of the
[0031]
As described above, according to the present invention, by arranging the optical fiber to which the rare earth is added inside the airtight metal housing, and further filling the inside of the housing with a hydrophobic liquid or a highly flexible resin. Further, deterioration of the optical fiber due to water molecules in the outside air reaching the optical fiber is suppressed.
[0032]
Further, the heat generated in the optical fiber is transmitted to the metal housing via the hydrophobic liquid or the highly flexible resin, and is released from the surface of the housing to the outside air.
[0033]
Therefore, the temperature of the optical fiber can be kept constant at around room temperature, and the deterioration of moisture absorption of the fiber can be suppressed, and a highly reliable optical fiber radiator can be obtained.
[0034]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made at the stage of implementation without departing from the scope of the invention. In addition, the embodiments may be implemented in appropriate combinations as much as possible. In such a case, the effects of the combinations are obtained.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical fiber heat dissipation device and the method of manufacturing the same of the present invention, when operating an optical fiber doped with rare earth or the like as a fiber optical amplifier or a fiber laser at a temperature near room temperature, the optical fiber The temperature of the fiber can be kept constant around room temperature, and the fiber can be prevented from deteriorating due to moisture absorption. Thus, the reliability of the fiber optical amplifier or the fiber laser can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an optical fiber heat dissipation device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating an example of a process of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiating device shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic view illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator illustrated in FIG. 7;
9 is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of forming the optical fiber heat radiator illustrated in FIG.
[Explanation of symbols]
101 optical fiber heat dissipation device, 103 housing, 105 lid, 107 first opening (fiber opening), 109 second opening (fiber opening), 111 sealing material, 113 third opening (Filler inlet), 115 O-ring, 201 input optical fiber, 211 output optical fiber, 301 excitation fiber, 401 O-ring, 501 filler (hydrophobic liquid), 601 pressure valve.
Claims (13)
この金属筐体内に収容され、励起光が入力されることで、励起光の波長とは異なる波長の光または励起光のエネルギーを増幅可能な励起ファイバと、
前記金属筐体の任意の一面に設けられた少なくとも2つの開口を介して前記励起ファイバと接続される入力用および出力用ファイバと、
この入力用および出力用ファイバのそれぞれを、上記2つの開口の所定位置に固定する樹脂材料と、
前記金属筐体内に満たされる充填材と、
この充填材が前記励起ファイバからの熱により膨張した際に前記金属筐体内の圧力が所定の圧力よりも上昇することを抑止可能な弁機構と、
を有することを特徴とする光ファイバ放熱装置。A substantially rectangular parallelepiped hexahedral shape, a metal housing formed at least one surface is removable,
An excitation fiber that is housed in the metal housing and is capable of amplifying light of a wavelength different from the wavelength of the excitation light or energy of the excitation light when the excitation light is input,
Input and output fibers connected to the excitation fiber through at least two openings provided on any one surface of the metal housing,
A resin material for fixing each of the input and output fibers at predetermined positions of the two openings;
Filler filled in the metal housing,
A valve mechanism capable of preventing the pressure in the metal housing from rising above a predetermined pressure when the filler expands due to heat from the excitation fiber,
An optical fiber heat radiating device comprising:
金属筐体の任意の一面に設けられた少なくとも2つの開口を介して入力用光ファイバと出力用光ファイバを金属容器内に案内し、それぞれ、励起ファイバの両端部と接続し、
入力用光ファイバと出力用光ファイバのそれぞれを、2つの開口に対して樹脂材料により固定し、
シール材を介して金属筐体内を気密かつ防湿可能に密閉し、
充填材充填用の開口から充填材を満たし、
充填材が満たされた金属筐体に圧力弁を取り付ける、
ことを特徴とする光ファイバ放熱装置の製造方法。When the excitation light is input into a metal housing having at least one surface detachably formed like a lid, the excitation light accommodates light having a wavelength different from the wavelength of the excitation light or an excitation fiber capable of amplifying the energy of the excitation light. ,
The input optical fiber and the output optical fiber are guided into the metal container through at least two openings provided on any one surface of the metal housing, and connected to both ends of the excitation fiber,
Each of the input optical fiber and the output optical fiber is fixed to the two openings with a resin material,
Seal the inside of the metal housing airtightly and moisture-proof via the sealing material,
Fill the filler from the filler filling opening,
Attach a pressure valve to a metal housing filled with filler,
A method for manufacturing an optical fiber heat radiating device.
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