(57)【要約】【課題】光ファイバケーブルの端面の発熱を効果的に抑制することができる光ファイバ冷却装置を提供する。【解決手段】光ファイバケーブル１２の両端を支持する第一のファイバ支持部１３及び第二のファイバ支持部１４を有し、冷媒槽２の励起光の入光部分に第一の窓板３を設け、光ファイバケーブル１２の一端を支持する第一のファイバ支持部１３にて光ファイバケーブル１２の一端を第一の窓板３に密着させる。同様に、冷媒槽２の出光部分に第二の窓板４を設け、光ファイバケーブル１２の他端を支持する第二のファイバ支持部１４にて光ファイバケーブル１２の他端を第二の窓板４に密着させる。光ファイバケーブル１２の一端及び他端は略半球面状をなしており、第一のファイバ支持部１３及び第二のファイバ支持部１４は、光ファイバケーブル１２の一端及び他端をそれぞれ第一の窓板３及び第二の窓板４に圧着させる圧着部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が充填されている冷媒槽と、
冷媒に浸漬された光ファイバケーブルと
を備え、光ファイバケーブルを冷却する光ファイバ冷却装置において、
前記光ファイバケーブルの両端を支持する第一のファイバ支持部及び第二のファイバ支持部を有し、
前記冷媒槽の励起光の入光部分に第一の窓板を設け、前記光ファイバケーブルの一端を支持する前記第一のファイバ支持部にて前記光ファイバケーブルの一端を前記第一の窓板に密着させ、
前記冷媒槽の出光部分に第二の窓板を設け、前記光ファイバケーブルの他端を支持する前記第二のファイバ支持部にて前記光ファイバケーブルの他端を前記第二の窓板に密着させ、
前記光ファイバケーブルの一端及び他端は略半球面状をなしており、前記第一のファイバ支持部及び前記第二のファイバ支持部は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端をそれぞれ前記第一の窓板及び前記第二の窓板に圧着させる圧着部を備えることを特徴とする光ファイバ冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒槽は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端の近傍へ冷媒を供給する供給路と、前記光ファイバケーブルの一端及び他端の反対側に供給された冷媒を回収する回収路とを備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ冷却装置。
【請求項３】
前記供給路は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端へ冷媒が直接供給される方向に向かって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブルを用いてレーザ光の発振、増幅等を行う光ファイバレーザ装置の使用時に発熱しやすい光ファイバケーブルの端部を効果的に冷却することができる光ファイバ冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光の媒体として光ファイバケーブルを用いたレーザ装置、いわゆる光ファイバレーザ装置が多々開発されている。光ファイバレーザ装置は、光ファイバケーブルのコアに添加された希土類イオン等のレーザ媒質に対して、半導体レーザ等の励起光源から励起光を入光させることにより、レーザ光を発振させる、あるいは増幅させる装置である。
【０００３】
光ファイバケーブルの両端には、一般的な固体レーザと同じく、反射ミラーと出力ミラーとが配置されており、各ミラーと光ファイバケーブルの端面との間には、ミラーからの光を光ファイバケーブル内に確実に誘導するためのレンズが配置されている。
【０００４】
ところで、光ファイバレーザ装置では、レーザ光の発振等により光ファイバケーブルの温度が上昇し、特に光ファイバケーブルの端面は発熱しやすく、熱損傷が生じる可能性も高い。したがって、いかに光ファイバケーブルを冷却するかは、安定したレーザ特性、増幅特性等を発揮するための重要な課題の１つである。
【０００５】
斯かる課題を解決するために、例えば特許文献１では、熱伝導性グリースが充填された熱伝導性の高い金属板にて巻き回された光ファイバを挟んで保持する光ファイバ放熱装置が開示されている。光ファイバが熱伝導性が高い材料で覆われることにより、室温付近で一定となるよう簡易な温度制御を行うことができる。
【０００６】
一方、特許文献２では、光ファイバを配置してある金属筐体の内部を疎水性液体又は樹脂で充填してある光ファイバ放熱装置が開示されている。光コネクタごと光ファイバが疎水性液体又は樹脂中に浸漬しており、防湿性を高めるとともに簡易な温度制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７４４８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１では、発熱しやすい光ファイバケーブルの端面はグリースで覆われておらず、熱損傷の生じる可能性を低減することができない。一方、特許文献２では、発熱しやすい光ファイバケーブルの端面もコネクタごと疎水性液体又は樹脂中に浸漬させることで熱損傷の生じる可能性を低減することはできる。しかし、光ファイバケーブルの端面がコネクタで覆われていること、及び充填してある疎水性液体又は樹脂には、熱対流以外に流れを生じさせる手段が無いことから、光ファイバケーブルの端面が発熱し、コネクタ、疎水性液体又は樹脂の温度が上昇した場合には、放熱効果が低減し、光ファイバケーブルの端面の温度制御が困難になるという問題点が残されていた。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバケーブルの端面の発熱を効果的に抑制することができる光ファイバ冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために第１発明に係る光ファイバ冷却装置は、冷媒が充填されている冷媒槽と、冷媒に浸漬された光ファイバケーブルとを備え、光ファイバケーブルを冷却する光ファイバ冷却装置において、前記光ファイバケーブルの両端を支持する第一のファイバ支持部及び第二のファイバ支持部を有し、前記冷媒槽の励起光の入光部分に第一の窓板を設け、前記光ファイバケーブルの一端を支持する前記第一のファイバ支持部にて前記光ファイバケーブルの一端を前記第一の窓板に密着させ、前記冷媒槽の出光部分に第二の窓板を設け、前記光ファイバケーブルの他端を支持する前記第二のファイバ支持部にて前記光ファイバケーブルの他端を前記第二の窓板に密着させ、前記光ファイバケーブルの一端及び他端は略半球面状をなしており、前記第一のファイバ支持部及び前記第二のファイバ支持部は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端をそれぞれ前記第一の窓板及び前記第二の窓板に圧着させる圧着部を備えることを特徴とする。
【００１１】
第１発明では、光ファイバケーブルの両端を支持する第一のファイバ支持部及び第二のファイバ支持部を有しており、冷媒槽の励起光の入光部分に第一の窓板を設け、出光部分に第二の窓板を設けている。光ファイバケーブルの一端を支持する第一のファイバ支持部にて光ファイバケーブルの一端を第一の窓板に密着させ、光ファイバケーブルの他端を支持する第二のファイバ支持部にて光ファイバケーブルの他端を第二の窓板に密着させている。光ファイバケーブルの一端及び他端は略半球面状をなしており、第一のファイバ支持部及び第二のファイバ支持部は、光ファイバケーブルの一端及び他端をそれぞれ第一の窓板及び第二の窓板に圧着させる圧着部を備える。光ファイバケーブルは、端部も含めて全体が冷媒槽の中に浸漬されていることから、レーザ光の発振等による光ファイバケーブルの発熱を抑制することができる。また、光ファイバケーブルの端部が略半球面状をなしていることから、窓板に圧着させられた場合であっても、冷媒が端面の直近まで浸入するとともに、窓板を通じた間接冷却効果も期待することができ、光ファイバケーブルの端面における発熱も効果的に抑制することが可能となる。
【００１２】
また、第２発明に係る光ファイバ冷却装置は、第１発明において、前記冷媒槽は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端の近傍へ冷媒を供給する供給路と、前記光ファイバケーブルの一端及び他端と反対側に供給された冷媒を回収する回収路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明では、冷媒槽は、光ファイバケーブルの一端及び他端の近傍へ冷媒を供給する供給路と、光ファイバケーブルの一端及び他端と反対側に供給された冷媒を回収する回収路とを備えることにより、冷媒が供給路から回収路へと流れ、冷媒槽内部を移動する。したがって、冷媒が熱量を吸収して温かくなった場合、例えば外部に設けてあるチラー等により再度冷媒を冷却して冷媒槽へ流し込むことで、冷媒槽の中の温度を低温に維持することができ、光ファイバケーブル及びその端面の冷却効果を高めることが可能となる。
【００１４】
また、第３発明に係る光ファイバ冷却装置は、第１又は第２発明において、前記供給路は、前記光ファイバケーブルの一端及び他端へ冷媒が直接供給される方向に向かって形成されていることを特徴とする。
【００１５】
第３発明では、供給路は、光ファイバケーブルの一端及び他端へ冷媒が直接供給される方向に向かって形成されていることにより、外部のチラー等で冷却された冷媒を発熱の度合いが高い光ファイバケーブルの端部へ直接的に流し込むことができ、冷却効果をより高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、光ファイバケーブルは、端部も含めて全体が冷媒槽の中に浸漬されていることから、レーザ光の発振等による光ファイバケーブルの発熱を抑制することができる。また、光ファイバケーブルの端部が略半球面状をなしていることから、窓板に圧着させられた場合であっても、冷媒が端面の直近まで浸入するとともに、窓板を通じた間接冷却効果も期待することができ、光ファイバケーブルの端面における発熱も効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置の構成を示す平面模式図である。
【図２】光ファイバケーブルの長手方向に直交する面での断面図及び斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置のホルダの構成を示す部分平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図４】光ファイバケーブルの端面と窓板との関係を示す光ファイバケーブルの長手方向に直交する面での断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置の供給路の構成を示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置の構成を示す平面模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置１は、筒状のボビン（筒体）１１を冷媒槽２の内部に備えている。ボビン１１は、アルミ、銅等の熱伝導率が高い材料で構成されることが好ましい。ボビン１１の周壁部に巻き回す光ファイバケーブル１２の冷却効果を高めるためである。冷媒槽２には、冷媒が充填されている。冷媒としては、水分による光ファイバケーブルの劣化を防止するため、フロリナート等の疎水性の流体が用いられる。
【００２０】
ボビン１１の周壁部には、光ファイバケーブル１２が巻き回してあり、光ファイバケーブル１２の両端には、光ファイバケーブル１２を支持するホルダ（支持部）１３、１４が配設されている。ホルダ１３は、光ファイバケーブル１２の励起側のホルダ（第一のファイバ支持部）であり、光ファイバケーブル１２の端面を第一の窓板３に圧着している。励起光源１３１から発せられた励起光は、レンズ１３２、１３３を経由して集約され、第一の窓板３を介して光ファイバケーブル１２の励起側の端部へ集約される。
【００２１】
ホルダ１４は、光ファイバケーブル１２の終端側のホルダ（第二のファイバ支持部）であり、光ファイバケーブル１２の端面を第一の窓板３に圧着している。光ファイバケーブル１２の終端側から放出されたレーザ光は、第二の窓板４を介してレンズ１４１へ入光してミラー１４２で全反射し、レンズ１４１にて集約され、再度第二の窓板４を介して光ファイバケーブル１２の終端側から励起側へと戻る。終端側のミラー１４２にて反射されたレーザ光は、光ファイバケーブル１２内を透過し、第一の窓板３を介してレンズ１３３へ入光してダイクロイックミラー１３４へ誘導される。
【００２２】
ダイクロイックミラー１３４は、励起光源１３１からの励起光は透過するが、光ファイバケーブル１２の終端側のミラー１４２にて反射されたレーザ光は透過することなく反射する。ダイクロイックミラー１３４で反射したレーザ光を出力として、種々の目的に使用する。
【００２３】
図２は、光ファイバケーブル１２の長手方向に直交する面での断面図及び斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光ファイバケーブル１２は、コア１２１とクラッド１２２とで構成されている。コア１２１内には、希土類イオン等のレーザ媒質が添加されている。コア１２１に添加されたレーザ媒質は、励起光源１３１から発せられた励起光により励起され、レーザ光を出力する。出力するレーザ光のレベルに応じて励起光源１３１の数は調整すれば良い。
【００２４】
図１に戻って、ホルダ１３、１４を挿入して光ファイバケーブル１２を第一の窓板３又は第二の窓板４まで誘導する誘導路１５、１６が冷媒槽２に形成してあり、光ファイバケーブル１２の端面は、第一の窓板３又は第二の窓板４に圧着される。すなわち、ホルダ１３、１４は圧着部として機能する。図３は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置１のホルダ１３（１４）の構成を示す部分平面図及びＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は、本実施の形態に係る光ファイバ冷却装置１のホルダ１３の構成を示す部分平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）示すホルダ１３のＡ−Ａ断面図である。ホルダ１４は、図面に向かって左右が逆転すると考えればよい。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、ホルダ１３は、中心部を光ファイバケーブル１２が貫通し、第一ホルダ１３５と、第二ホルダ１３６と、第一ホルダ１３５と第二ホルダ１３６との間に挟持してある付勢部材（バネ）１３７とで構成されている。光ファイバケーブル１２の端部近傍は、第一ホルダ１３５のファイバホルダ１３５１及びファイバ押さえ１３５２でネジ止めされて固着されている。第一ホルダ１３５の押さえ部材１３５３は、ファイバホルダ１３５１を、光ファイバケーブル１２の長手方向に摺動することが可能となるように冷媒槽２へネジ止めしている。一方、第二ホルダ１３６の押さえ部材１３６２は、ファイバホルダ１３６１を冷媒槽２へネジ止めして固着しているが、光ファイバケーブル１２は長手方向に摺動することが可能となっており固着されてはいない。
【００２６】
したがって、付勢部材（バネ）１３７の付勢力により、ファイバホルダ１３５１が第一の窓板３側へ付勢され、光ファイバケーブル１２の端面が第一の窓板３に密着する。図４は、光ファイバケーブル１２の端面と第一の窓板３との関係を示す光ファイバケーブル１２の長手方向に直交する面での断面図である。
【００２７】
図４に示すように、光ファイバケーブル１２の端面は略球面状をなしており、コア１２１のみが第一の窓板３に接触するようになっている。したがって、冷媒はコア１２１の近傍まで回りこみ、クラッド１２２を覆うように供給されるので、特に発熱の度合いが高い光ファイバケーブル１２の端部をより効果的に冷却することができる。光ファイバケーブル１２の端面と第二の窓板４との関係も同様である。
【００２８】
図１に戻って、誘導路１５、１６には、それぞれ冷媒を供給する供給路１７、１８が連結されており、誘導路１５、１６が設けられている冷媒槽２の反対側の面には、冷媒を回収する回収路１９が設けてある。光ファイバケーブル１２の端面が発熱して生じた熱量を吸収して温かくなった冷媒は、ポンプ２２によって冷媒路２０を通って吸引され、チラー２１で冷却され再度低温の冷媒として冷媒路２０を通って供給路１７、１８へ供給される。
【００２９】
供給路１７、１８の冷媒槽２内部への開口部分は、光ファイバケーブル１２の端部の近傍であることから、チラー２１によって冷却された冷媒を直接的に光ファイバケーブル１２の端部へ流し込むことができ、冷却効果を高めることができる。また、冷媒槽２内部に冷媒の流れが生じることから、熱量を吸収した冷媒が冷媒槽２内部に滞留することが無く、熱量の吸収効率をより高めることができる。
【００３０】
なお、供給路１７、１８は誘導路１５、１６に略直交する直線的な流路であることに限定されるものではない。図５は、本発明の他の実施の形態に係る光ファイバ冷却装置１の供給路１７（１８）の構成を示す部分平面図である。供給路１８は、図面に向かって左右が逆転すると考えればよい。
【００３１】
図５に示すように供給路１７の冷媒槽２内部への開口部分が、可能な限り光ファイバケーブル１２の端部、すなわち第一の窓板３と接触する部分に近接することが好ましいことから、供給路１７の冷媒槽２内部への開口部分が第一の窓板３に接するよう、供給路１７を傾斜させて設けても良い。また、冷媒槽２内部にて曲線的に第一の窓板３側へ向かうように供給路１７を形成しても良く、光ファイバケーブル１２の端部へ冷媒が直接供給される方向に向かって形成されていれば足りる。これにより、外部のチラー２１等で冷却された冷媒を発熱の度合いが高い光ファイバケーブル１２の端部へ直接的に流し込むことができ、冷却効果をより高めることが可能となる。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、光ファイバケーブル１２は、端部も含めて全体が冷媒槽２の中に浸漬されていることから、レーザ光の発振等による光ファイバケーブル１２の発熱を抑制することができる。また、光ファイバケーブル１２の端部が略半球面状をなしていることから、第一の窓板３又は第二の窓板４に圧着させられた場合であっても、冷媒が端面の直近まで浸入するとともに、第一の窓板３又は第二の窓板４を通じた間接冷却効果も期待することができ、光ファイバケーブル１２の端面における発熱も効果的に抑制することが可能となる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、光ファイバケーブル１２を用いた光ファイバレーザ発振器を例に挙げて説明しているが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、例えば光ファイバケーブル１２を用いてレーザ動作させる装置、例えば光ファイバレーザ増幅器等に適用された場合であっても同様の効果を奏することができる。
【００３４】
その他、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１  光ファイバ冷却装置
３  第一の窓板
４  第二の窓板
１１  ボビン（筒体）
１２  光ファイバケーブル
１３  ホルダ（第一のファイバ支持部、圧着部）
１４  ホルダ（第二のファイバ支持部、圧着部）
１７、１８  供給路
１９  回収路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010182726.tif 000005
【図４】
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【図５】
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