(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学段サブアセンブリ(76)と、
前記少なくとも１つの光学段サブアセンブリ(76)を囲んで収容しているハウジング(62)とを具備し、
前記各光学段サブアセンブリ(76)が、
熱放散を助ける材料で構成されている構造プレート(78)と、
前記構造プレート(78)上に支持されている光ファイバの複数の巻回(34, 38)と、
前記光ファイバ(34, 38)に対する光コネクタ(64)とを備えており、
前記構造プレート(78)はその表面に環状トラック(80)が設けられており、
前記光ファイバの巻回(34, 38)は、その光ファイバの巻回(34, 38)全体が硬化された保護カプセル材料(86)中に埋設されて光ファイバ環状体(84)として構成されて構造プレート(78)の前記環状トラック(80)に取付けられている光ファイバ装置パッケージ構造。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光学段サブアセンブリ(76)は、２以上の光学段サブアセンブリ(76a,b,c) を含んでいる請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項３】
さらに、前記複数の光ファイバの巻回(34, 38)に囲まれた内部で前記構造プレート(78)に取付けられた光処理装置(98)と、
光ファイバ(34, 38)と前記光処理装置(98)との間の相互接続部(100) とを具備している請求項１または２記載のパッケージ構造。
【請求項４】
光ファイバ(34, 38)は、保護カプセル材料(86)により取囲まれた光ファイバの複数の巻回を含む自立光ファイバ環状体(84)として形成される請求項１乃至３のいずれか１項記３載のパッケージ構造。
【請求項５】
ハウジング(62)は、
シャシー(66)と、カバー(70)と、前部プレート(72)とを含んでいる請求項１乃至４のいずれか１項記載のパッケージ構造。
【請求項６】
少なくとも１つの前記光学段サブアセンブリ(76)は、ハウジング(62)中にスライド式で受けられるように構成されている請求項１乃至５のいずれか１項記載のパッケージ構造。
【請求項７】
パッケージ構造に使用される全材料が宇宙空間の使用条件に合った材料である請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項８】
第１の光学段サブアセンブリ(76a) および第２の光学段サブアセンブリ(76b) と、
第１の光学段サブアセンブリ(76a) および第２の光学段サブアセンブリ(76b) を並べて対面して配置した状態で取囲んで収容しているハウジング(62)とを具備し、
前記各光学段サブアセンブリ(76)は、
熱放散を助ける材料で構成されている構造プレート(78)と、
前記構造プレート(78)上に支持されている光ファイバの複数の巻回(34, 38)で構成された環状体(84)と、
前記光ファイバ(34, 38)に対する光コネクタ(64)とをそれぞれ具備し、
前記構造プレート(78)はその表面に環状トラック(80)が設けられており、
前記光ファイバの巻回(34, 38)はその光ファイバの巻回(34, 38)全体が硬化された保護カプセル材料(86)中に埋設されて光ファイバ環状体(84)として構成されて前記構造プレート(78)の前記環状トラック(80)に取付けられており、
前記ハウジング(62)は、側壁(69)とこの側壁(69)から内方に突出している支持フランジ(74)とを備え、光学段サブアセンブリ(76)の１つはこの支持フランジ(74)上に受けられており、
前記ハウジング(62)はさらに、側壁(69)に取付けられた取外し可能なカバー(70)と、側壁(69)に取付けられた取外し可能な前部プレート(72)とを備えている光ファイバ装置パッケージ構造。
【請求項９】
第１の光学段サブアセンブリ(76a) および第２の光学段サブアセンブリ(76b) の少なくとも一方はさらに、
光ファイバの複数の巻回で構成された環状体(84)が光ファイバの複数の巻回の第１の環状体(84a) と光ファイバの複数の巻回の第２の環状体(84b) とを備え、
この第２の環状体(84b) は第１の環状体(84a) の直径より小さい直径を有し、第２の環状体(84b) の周囲に第１の環状体(84a) が位置している請求項８記載のパッケージ構造。
【請求項１０】
光ファイバの複数の巻回の環状体(84)の内側で光学段サブアセンブリ(76)に取付けられた光処理装置(98)と、
光ファイバ(34, 38)と前記光処理装置(98)との間の相互接続部(100) とを備えている請求項８記載のパッケージ構造。
【請求項１１】
パッケージ構造に使用される全材料が宇宙空間の使用条件に合った材料である請求項８記載のパッケージ構造。
【請求項１２】
第１の光学段サブアセンブリ(76a) および第２の光学段サブアセンブリ(76b) と、
第１の光学段サブアセンブリ(76a) および第２の光学段サブアセンブリ(76b) を並べて対面して収容しているハウジング(62)とを具備し、
各光学段サブアセンブリ(76)は、
熱放散を助ける材料で構成されている構造プレート(78)と、
前記構造プレート(78)上に支持されている光ファイバの複数の巻回(34, 38)の環状体(84a,b) と、
前記光ファイバ(34, 38)に対する光コネクタ(64)と、
光ファイバの複数の巻回(34, 38)の環状体(84a,b) の内側において光学段サブアセンブリ(76)に取付けられた光処理装置(98)とをそれぞれ具備し、
前記構造プレート(78)はその表面に環状トラック(80)が設けられており、
前記光ファイバの巻回(34, 38)はその光ファイバの巻回(34, 38)全体が硬化された保護カプセル材料(86)中に埋設されて光ファイバ環状体(84)として構成されて前記構造プレート(78)の前記環状トラック(80)に取付けられており、
前記光学段サブアセンブリ(76)の少なくとも１つはさらに、
前記光ファイバの複数の巻回で構成された環状体(84)が光ファイバの複数の巻回の第１の環状体(84a) と光ファイバの複数の巻回の第２の環状体(84b) とを備え、
前記第２の環状体(84b) は前記第１の環状体(84a) の直径より小さい直径を有し、第２の環状体(84b) の周囲に第１の環状体(84a) が位置しており、
前記ハウジング(62)は、側壁(69)とこの側壁(69)から内方に突出している支持フランジ(74)とを備え、光学段サブアセンブリ(76)の１つはこの支持フランジ(74)上に受けられており、
前記ハウジング(62)はさらに、側壁(69)に取付けられた取外し可能なカバー(70)と、側壁(69)に取付けられた取外し可能な前部プレート(72)とを備えている光ファイバ装置パッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバに関し、とくに、光ファイバ装置がパッケージ化される構造に関する。
【従来の技術】
光ファイバ技術は、直径が比較的小さいガラスファイバを通る光の伝搬に基づいている。一般的に、光ファイバは、光学ガラスのコアと、ガラス外被から形成されている。光はコアを通って進行し、ガラス外被からの全反射によってコアに閉込められる。この構造により、光信号は、信号強度をほとんど損失せずに長距離にわたって伝搬されることができる。いくつかの光ファイバにおいて、高分子（たとえばアクリラート）バッファ層がコアおよび外被を保護するためにこれらの上に重ねられている。
【０００２】
ここにおいて使用されている“光ファイバ”という用語は、光が伝搬され、発生され、あるいは処理される微視的に光透過性のファイバを含んでいる。光ファイバには、たとえばレーザ、増幅器および二重クラッド増幅器ファイバのような適用に対するたとえばマルチモード、単一モード、偏光維持、および特別にドープされたファイバが含まれる。光ファイバには、この目的のために、集積された光導波体構造は含まれない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバは、通信および信号処理のような多くの分野において使用されている。これらの適用のいくつかにおいて、光ファイバは、長さが数十乃至数百メートルに達する細長い形態で使用されている。１つの問題は、保護バッファ層を備えていても、この長さの光ファイバは組立てまたはサービス中に損傷を受ける可能性があることである。したがって、各光ファイバは、ひっかきやよじれ等による損傷を光ファイバに与えず、許容できないほど大量の応力を光ファイバに加えないようにパッケージ化されなければならない。物理的な損傷または過度の応力はいずれも光ファイバの動作に悪影響を与える。
【０００４】
実用的な形態および構成で光ファイバを提供し、一方においてファイバを保護する光ファイバパッケージ構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
本発明はこの要求を満足させ、それに関連した利点を提供する。
本発明は、光ファイバを支持する光ファイバ装置パッケージ構造を提供し、適用のために必要とされる場合には、カップラ、波長分割マルチプレクサ、アイソレータ、および、またはコネクタのような光ファイバに光学的に接続された光処理装置を提供する。パッケージ構造は、光ファイバ装置の設計、展開、組立て、試験と、故障が見つかった段の修理および、または交換を容易にするモジュラ段サブアセンブリに組込まれる。各段サブアセンブリは、基本的な段設計を変更せずに、広範囲のタイプ、直径および長さの光ファイバを埋設する。パッケージ構造は、宇宙空間での使用条件に合った材料から構成されている場合は、十分に宇宙空間用として使用できる。
【０００５】
本発明によると、光ファイバ装置パッケージ構造は、１以上の、好ましくはいくつかの光学段サブアセンブリを含んでいる。各光学段サブアセンブリは、熱／構造プレートと、この熱／構造プレート上に支持されている光ファイバの複数の巻回と、および光ファイバへの光コネクタとを含んでいる。光ファイバの巻回は、熱伝導性のＲＴＶエポキシまたはＲＴＶシリコンのような保護カプセル材料内に埋設され、環状の自立構造体を形成することが望ましい。さらに、パッケージ構造は、ハウジングが各光学段サブアセンブリを取り囲んで収容するように、光学段サブアセンブリが受けられるハウジングを含んでいる。
【０００６】
各光学段サブアセンブリ上に付加的な光ファイバ環状体が支持されていてもよく、また、多数の光学段サブアセンブリが存在していてもよい。光学段サブアセンブリの１以上のものが、それに取付けられた光処理装置を、好ましくは光ファイバ環状体に囲まれた内部に有していてもよい。光ファイバに対する光学接続は必要とされたときに設けられる。光学接続は、外部光ファイバ、別の光学段サブアセンブリ、または取付けられた装置に延在することができる。本発明の方法は非常にフレキシブルであり、種々の異なった光ファイバシステムにより使用されることができる。これは、モジュラ設計において、広範囲にわたる適用、光ファイバのタイプ、光処理装置、ならびにその他の素子および構成が可能なためである。種々のサブシステムが個々の光学段サブアセンブリ上に組立てるために設計されてもよく、修理または交換を容易にする。
【０００７】
本発明のハウジングは、光ファイバ構造ならびに任意の光学装置および相互接続部を物理的および化学的損傷から保護し、所望された場合には密封されてもよい。それはまた、放射線損傷から内部構造を保護するために遮蔽を行う。
【０００８】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明および本発明の原理を例示している添付図面から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の技術的範囲は、この好ましい実施形態に制限されるものではない。
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によりパッケージ化されることができる光増幅器２０を示している。この光増幅器２０は例示のために使用されており、本発明のパッケージ構造はこの適用に制限されるものではない。
【０００９】
光増幅器２０は、偏光制御装置２４への低パワー入力２２を含み、この偏光制御装置２４の出力はカップラ２６に供給される。増幅器２０への入力パワーは、パワーモニタ２７によって測定される。
【００１０】
光信号は、カップラ２６からアイソレータ３０および波長分割マルチプレクサ３２を通って増幅器の第１の段２８に送られる。信号は、一般に長さが約３０ｍであるエルビウム：イッテルビウムドープされた増幅ファイバ３４に送られる。増幅ファイバ３４の出力は波長分割マルチプレクサ３６によってイッテルルビウムドープされた二重クラッドレーザファイバ３８の出力と多重化され、このレーザファイバ３８はレーザダイオードファイバのファイバ束４２によって光学遷移部４０を通って駆動されている。二重クラッドレーザファイバ３８の長さは一般に約３０ｍである。第１の段２８の出力は、カップラ４６を通って第２の段４４に送られる。第１の段２８のパワー出力は、パワーモニタ４８によって監視される。
【００１１】
増幅器の第２の段４４は、構造が第１の段２８のものに類似している。図１において、第２の段４４の対応した素子は第１の段２８のものと同じ符号の末尾に“ａ”を付けて示されており、前の説明のとおりである。第２の段４４の出力は、カップラ４６ａ  を通って第３の段５０に送られる。
【００１２】
増幅器の第３の段５０は、構造が第１の段２８および第２の段４４のものに類似している。図１において、第３の段５０の対応した素子は第１の段のものと同じ符号の末尾に“ｂ”を付けて示されており、前の説明と同じであるから説明は省略する。入力２２から３オーダーの大きさだけ増幅された第３の段５０の出力が次に使用するために利用できる。
【００１３】
この増幅器２０は、本発明の方法を使用して容易にパッケージ化される。それは３つの段２８、４４および５０を含んでいる。各段には、少なくとも１個の、この場合は２個の光ファイバラン３４および３８が存在している。各段には、アイソレータ３０、マルチプレクサ３２および３６、ならびにパワーモニタ４８のようないくつかの光処理装置もまた存在している。これらの素子は損傷を受けやすく、したがってそれらをパッケージ構造中に収容することが望ましい。
【００１４】
図２は、光増幅器２０およびその他の動作可能な装置による使用に適したパッケージ構造６０を示している。パッケージ構造６０は、光学段２８、４４および５０を取囲んで収容するハウジング６２と外部光コネクタ６４とを含んでいる。
【００１５】
図３は、図２のパッケージ構造６０の分解図である。この場合ハウジング６２は、一体の底部６８および一体型の側壁６９を有する一体のシャシー６６を含んでいる。シャシー６６に対してカバー７０および前部プレート７２が設けられている。シャシー６６の側壁６９の内側に沿って支持フランジ７４がこのシャシー６６内に一体に延在している。支持フランジ７４は、平坦な部品をスライドイン方式で支持する位置に設けられ、大きさを定められている。この場合は、２個のこのような支持フランジ７４が設けられている。ハウジング６２は、アルミニウムから形成されることが好ましい。
【００１６】
３個の段サブアセンブリ７６ａ−７６ｃ  は、シャシー６６の内側にスライド式で受けられる。第１の段サブアセンブリ７６ａ  は、ハウジング６２の底部６８に位置される。２個の付加的な段サブアセンブリ７６ｂ  および７６ｃ  は、各支持フランジ７４上に位置されている。段サブアセンブリをシャシーに組込むために、前部プレート７２が取除かれて、段サブアセンブリ７６がスライド挿入され、前部プレート７２がもとの位置に戻される。各段サブアセンブリ７６は、外部接続部６４を有している。
【００１７】
各段サブアセンブリ７６は、各段２８、４４および５０のそれぞれの素子を支持し、したがって３個の段サブアセンブリ７６は類似した構造的アーキテクチャを有している。すなわち、光学素子の一般的な構成、配置は類似しているが、光学素子自身は同じである必要がなく、あるいは類似すらしていなくてもよい。以下、段サブアセンブリの１つを詳細に説明するが、その他の段サブアセンブリが実質的に同じ構成を有していることが理解される。
【００１８】
段サブアセンブリ７６の１つは、図４において分解斜視図で示され、図５には分解前の部分断面図で示されている。段サブアセンブリ７６は、熱放散を助けるようにアルミニウムから形成されていることが好ましい熱／構造プレート７８を含んでいる。熱／構造プレート７８は、熱／構造プレート７８ａ  がハウジング６２の底部６８の内側に位置するために段サブアセンブリ７６ａ  の最下部において使用される場合には平坦な底部を有している。熱／構造プレート７８は、上方の２つの段アセンブリ７６ｂ  および７６ｃ  において使用される場合には熱／構造プレート７８ｂ  および７８ｃ  は各支持フランジ７４上に位置する大きさにされる。それによって３個の構造プレート７８ａ  、７８ｂ  および７８ｃ  は、ハウジング６２中に組込まれたときに、示されているように平行に間隔を隔てられて配置される。
【００１９】
熱／構造プレート７８の上面上には、２個の環状の（平面図で見た場合）トラック８０ａ  および８０ｂ  が形成されている。トラック８０ａ  および８０ｂ  は、３つの環状の壁８２ａ−８２ｃ  によって形成され、この場合は真ん中の壁８２ｂ  は共有される。第１の環状トラック８０ａ  の直径は、第２の環状トラック８０ｂ  の直径より大きい。第１の光ファイバ環状体８４ａ  は、第１のトラック８０ａ  の壁８２ａ  と８２ｂ  との間で下方へスライドさせることによってこの第１のトラック８０ａ  内に適合する大きさにされている。第２の光ファイバ環状体８４ｂ  は、第２のトラック８０ｂ  内にその壁８２ｂ  と８２ｃ  との間で下方へスライドさせることによって適合する大きさにされている。すなわち、第２の光ファイバ環状体８４ｂ  は、その円の直径が第１の光ファイバ環状体８４ａ  の直径よりも小さい。図１の光増幅器２０に関連して示されている実施形態において、第１の光ファイバ環状体８４ａ  は、レーザファイバ３８の複数の巻回を含み、第２の光ファイバ環状体８４ｂ  は、増幅器ファイバ３４の複数の巻回を含んでいる。
【００２０】
光ファイバ３４および３８は、好ましくはエポキシ樹脂または珪素樹脂の保護カプセル材料８６中に埋設され、各光ファイバ環状体８４ａ  および８４ｂ  を形成している。各光ファイバ環状体８４ａ  および８４ｂ  は、巻枠の周囲に光ファイバの複数の巻回を形成し、液体の硬化していない形態の保護カプセル材料中に巻かれた光ファイバ群を浸漬してその保護カプセル材料を硬化することにより自立光ファイバ環状体として処理されることが好ましい。それによって、光ファイバ環状体８４ａ  および８４ｂ  中に封入された光ファイバは完全に保護されるため、段サブアセンブリ７６への組立て中その取扱いが容易になる。その代りに、光ファイバ環状体８４ａ  および８４ｂ  は光ファイバを各トラック中に巻いて、その後液体保護カプセル材料を付加することによって処理されてもよい。この後者の方法はあまり好ましくない。
【００２１】
一般に、各光ファイバ環状体中には光ファイバの多数の巻回が存在しているため、長さの長い光ファイバが小さい体積内に捕捉されている。任意の光ファイバに対して、最小許容屈曲直径は、光ファイバの直径およびその構成材料を含むいくつかの要因によって規定される。各トラック８０の円の直径は、各光ファイバ環状体８４を構成している光ファイバの最小許容屈曲直径より大きいように選択される。保護カプセル材料が大きい応力を与えずに光ファイバの位置を保持する。光ファイバは、機械的な衝撃による振動を与えられずに堅牢に保持される。光増幅器２０のような適用に対して、光ファイバ中で実質的な熱が発生する場合、保護カプセル材料８６は、光ファイバ中で発生した熱を放散するように良好な熱伝導率を有するように選択される。良好な熱伝導率を有する許容可能な保護カプセル材料８６は、ＲＴＶエポキシ樹脂またはＲＴＶ珪素樹脂である。
【００２２】
光増幅器２０による使用に対して設計されたパッケージ構造６０の好ましい実施形態では、２個の光ファイバ環状体８４ａ  および８４ｂ  が存在している。パッケージ構造内に含まれている装置の要求に応じて、２個より多いまたは少ない光ファイバ環状体が使用されてもよい。
【００２３】
図３および４に示されているように、光処理装置９８は、接着剤または機械的な固定具により最も内側のトラック８０ｂ  の内側の熱／構造プレート７８に取付けられることが望ましい。この光処理装置９８は、光増幅器２０またはその他の光学装置に必要とされる光ファイバ以外のディスクリートな素子を含んでいる。光相互接続（スプライス）１００  は、必要に応じて光ファイバと光処理装置９８との間に設けられる。熱／構造プレート７８は熱沈めとして機能して、光ファイバ環状体８４中において巻かれた光ファイバ束からだけでなく、プレート７８上に取付けられた光処理装置９８からの熱も除去する。
【００２４】
いくつかの適用に対して、パッケージ構造６０および光増幅器２０は、全て宇宙空間での使用条件に合った材料から構成されており、その組立ては宇宙空間での使用条件に合ったプロセスによって行われる。すなわち、素子および組立ては、ＡＳＴＭ５９５に規定れている、温度能力、低いガス放出および振動中および振動後の動作能力のような宇宙空間ハードウェアに対する適用可能な規格の全てを満足させなければならない。許容可能な方法を使用して組立てられた場合、ガラス、半導体および金属素子はこれらの規格を満足させる。保護カプセル材料８６のような任意の有機成分は、宇宙空間での使用条件に合うように選択される。好ましいＲＴＶエポキシ樹脂およびＲＴＶ珪素樹脂を含む多数の宇宙空間での使用条件に合った有機化合物が知られている。
【００２５】
本発明の動作能力を試験するために、単一の段サブアセンブリが構成された。単一の環が２４ｍのエルビウムドープされた光ファイバで巻かれ、その光ファイバを通して信号が送られた。サブアセンブリは、−１５℃乃至＋５５℃の温度範囲にわたって、４℃／分の傾斜率および温度の上限および下限のそれぞれにおける３０分の休止時間で８サイクル運転された。信号性能の劣化は観察されなかった。
【００２６】
以上、本発明の特定の実施形態を説明のために詳細に示してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の修正および強化を行うことが可能である。したがって、本発明は添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用するパッケージ化に適した光ファイバ装置のブロック図。
【図２】好ましいパッケージ構造の外側斜視図。
【図３】図２のパッケージ構造の分解図。
【図４】図３のパッケージ構造の段の１つの分解図。
【図５】光ファイバ段サブアセンブリの概略断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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