(57)【要約】  光発熱式チップ及びその製造方法。発熱式チップは、ファイバまたは導波路の先端で高光出力ビームを伝導するためのものである。熱を生成するために、ファイバまたは導波路からの光がエンドチップで吸収される。次いで熱を様々な応用例で使用することができる。
2007514117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバまたは導波路中を伝わる高い光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
前記高出力光エネルギーを受けるコア部と、
前記ファイバまたは導波路の端部に隣接する吸収体であって、それによって光エネルギーが前記吸収体に入射して、散乱用終端チップを生成し、前記吸収体が少なくとも１００℃の温度まで加熱される、吸収体とを含む、光発熱式チップ。
【請求項２】
前記吸収体が、前記光エネルギーを散乱及び吸収する第１伝導層を含む、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項３】
前記吸収体が、第２伝導層と、前記第１伝導層及び前記第２伝導層の間の誘電体とをさらに含む、請求項２に記載の光発熱式チップ。
【請求項４】
前記吸収体が、レーザ・プラズマ・タイプの吸収体を含む、請求項２に記載の発熱式チップ。
【請求項５】
前記コア部が、円錐形の端部を有する請求項２に記載の発熱式チップ。
【請求項６】
前記吸収体が、前記高出力光エネルギーを受ける散乱用コア部と、前記散乱用コア部を少なくとも部分的に取り囲んで、前記散乱用コア部から遠ざかる方向に前記高出力エネルギーを伝導する吸収層とを含む、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項７】
前記吸収層が、前記散乱用コア部から最大１００ミクロンの距離に配置される、請求項６に記載の光発熱式チップ。
【請求項８】
前記吸収層が、前記散乱用コア部の表面積の約１００倍の表面積を有する、請求項６に記載の光発熱式チップ。
【請求項９】
前記吸収層が、黒色塗料と黒色エポキシとの少なくとも一方を含む、請求項６に記載の光発熱式チップ。
【請求項１０】
前記吸収層が、タンタルとモリブデンとの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１１】
前記散乱用コア部が、ファイバ・ヒューズ・タイプのコアを含む、請求項６に記載の光発熱式チップ。
【請求項１２】
前記散乱用コア部と前記吸収層との間に被覆部の層をさらに含む、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１３】
前記吸収体が金属を含む、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１４】
前記吸収体が、１００℃から約１５０℃の温度まで加熱される、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１５】
前記吸収体が、少なくとも１０００℃の温度まで加熱される、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１６】
前記吸収体が、約１０００℃から約１２００℃の温度まで加熱される、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１７】
前記吸収体が、外部表面を加熱するように適合される、請求項１に記載の光発熱式チップ。
【請求項１８】
ファイバまたは導波路中を伝わる高い光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
前記高出力光エネルギーを受ける散乱用コア部と、
前記散乱用コア部を少なくとも部分的に取り囲んで、前記散乱用コア部から遠ざかる方向に前記高出力エネルギーを導く吸収層であって、当該吸収層が前記ファイバまたは導波路と接触する、吸収層とを含む、光発熱式チップ。
【請求項１９】
前記吸収層が、前記散乱用コア部の表面積の約１００倍の表面積を有する、請求項１８に記載の発熱式チップ。
【請求項２０】
前記吸収層が、１００℃から約１５０℃の温度まで加熱される、請求項１８に記載の発熱式チップ。
【請求項２１】
前記吸収層が、約１０００℃から約１２００℃の温度まで加熱される、請求項１８に記載の発熱式チップ。
【請求項２２】
前記吸収層が、タンタル、モリブデン、またはそれらの組合せからできた金属を含む、請求項１８に記載の発熱式チップ。
【請求項２３】
前記散乱用コア部が、ファイバ・ヒューズ・タイプのコアを含む、請求項１８に記載の発熱式チップ。
【請求項２４】
ファイバまたは導波路中を伝わる高光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
前記高出力光エネルギーを受ける散乱用コア部と、
前記散乱用コア部を少なくとも部分的に取り囲んで、前記散乱用コア部から遠ざかる方向に前記高出力エネルギーを導く吸収層であって、当該吸収層は少なくとも１００℃の温度まで加熱される、吸収層とを含む、光発熱式チップ。
【請求項２５】
前記吸収層が、前記散乱用コア部の表面積の約１００倍の表面積を有する、請求項２４に記載の発熱式チップ。
【請求項２６】
前記吸収層が、１００℃から約１５０℃の温度まで加熱される、請求項２４に記載の発熱式チップ。
【請求項２７】
前記吸収体層が、約１０００℃から約１２００℃の温度まで加熱される、請求項２４に記載の発熱式チップ。
【請求項２８】
前記吸収層が、タンタル、モリブデン、またはそれらの組合せからできた金属を含む、請求項２４に記載の発熱式チップ。
【請求項２９】
前記散乱用コア部が、ファイバ・ヒューズ・タイプのコアを含む、請求項２４に記載の発熱式チップ。
【請求項３０】
前記吸収層が、前記ファイバまたは導波路と直接的に接する、請求項２４に記載の光発熱式チップ。
【請求項３１】
前記吸収層が、前記散乱用コア部から最大１００ミクロンの距離だけ間隔を置いて配置される、請求項２４に記載の光発熱式チップ。
【請求項３２】
ファイバまたは導波路中を伝わる高い光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
前記高出力光エネルギーを受ける散乱用コア部と、
前記散乱用コア部を少なくとも部分的に取り囲んで、前記散乱用コア部から遠ざかる方向に前記高出力エネルギーを伝導する吸収層であって、当該吸収層は前記散乱用コア部の表面積の約１００倍の表面積を有する、吸収層とを含む、光発熱式チップ。
【請求項３３】
前記吸収層が、１００℃から約１５０℃の温度まで加熱される、請求項３２に記載の発熱式チップ。
【請求項３４】
前記吸収層が、約１０００℃から約１２００℃の温度まで加熱される、請求項３２に記載の発熱式チップ。
【請求項３５】
前記吸収層が、タンタル、モリブデン、またはそれらの組合せからできた金属を含む、請求項３２に記載の発熱式チップ。
【請求項３６】
前記散乱用コア部が、ファイバ・ヒューズ・タイプのコアを含む、請求項３２に記載の発熱式チップ。
【請求項３７】
前記吸収層が、前記ファイバまたは導波路と直接的に接する、請求項３２に記載の光発熱式チップ。
【請求項３８】
ファイバまたは導波路中を伝わる高い光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
前記高出力光エネルギーを受けるコア部と、
前記ファイバまたは導波路の端部に隣接する第１伝導層であって、前記光学層が第１伝導層に入射して散乱用終端チップを生成する、第１伝導層とを含む、光発熱式チップ。
【請求項３９】
第２伝導層と、当該第２伝導層及び前記第１伝導層の間の誘電体層をさらに含む、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４０】
前記散乱用終端チップが、少なくとも１０００℃の温度まで加熱される、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４１】
前記散乱用終端チップの温度が、約１０００℃から約１２００℃の温度まで加熱される、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４２】
前記第１伝導層が、ロジウム、アルミニウム、金、銀、クロム、ニッケル、またはそれらの組合せからできた金属を含む、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４３】
前記散乱用終端チップが、レーザ・プラズマ・タイプの終端チップを含む、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４４】
前記散乱用終端チップが、外部表面を加熱するように適合される、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４５】
前記散乱用終端チップがコア無し終端チップである、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４６】
前記コア部の端部が円錐形である、請求項３８に記載の発熱式チップ。
【請求項４７】
ファイバまたは導波路中を伝わる高い光エネルギーを吸収する光発熱式チップであって、
熱を生成するために、所定の容積で前記ファイバから光を吸収する手段を含む、光発熱式チップ。
【請求項４８】
前記光を吸収する手段が、散乱用コア部及び吸収層を含む、請求項４７に記載の光チップ。
【請求項４９】
前記光を吸収する手段が導体を含む、請求項４７に記載の光チップ。
【請求項５０】
ファイバまたは導波路の先端で高光出力ビームを伝導する光発熱式チップを製造する方法であって、
熱を生成するために、前記ファイバまたは導波路からの光を終端チップで吸収する工程を含む、方法。
【請求項５１】
前記吸収する工程が、
前記ファイバまたは導波路中に、前記散乱用コア部に入射した光を散乱する散乱用コア部を設ける工程と、
吸収した熱を伝導するために、前記ファイバまたは導波路に隣接する吸収層を設ける工程とを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５２】
前記散乱用コア部を設ける工程が、
高エネルギーレーザを大径のコアのファイバまたは導波路に放射する工程と、
前記放射された光を細められたファイバまたは導波路に通し、その単位面積当たりのパワーを、ファイバ使用閾値より高いレベルに増大させる工程と、
パワーが増大した放射光を汚染堆積部に入射する工程であって、前記細められたファイバまたは導波路に沿ったファイバヒューズ後進効果を開始して、前記細められたファイバまたは導波路のコア部に沿った泡の生成によって、前記細められたファイバまたは導波路を損傷させる、入射する工程とを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記吸収する工程が、
前記高出力光エネルギーを受けるコアを設ける工程と、
前記ファイバまたは導波路の端部に隣接する第１伝導層を設ける工程であって、光学層が前記第１伝導層に入射し、それによって散乱用終端チップを生成する、第１伝導層を設ける工程とを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記散乱用終端チップを作成することが、
所定の閾値を超える光パワーを有する高エネルギーレーザを、前記ファイバまたは導波路のコア部に放射する工程と、
前記放射した光を前記第１伝導層に入射して、前記放射した光の吸収を増大させるプラズマを生成する工程と、
損傷した区間を前記第１伝導層上に生成する工程とを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
ファイバまたは導波路の先端で高い光出力のビームを伝導する光発熱式チップを製造する方法であって、
入射する光を散乱する散乱用コア部を前記ファイバまたは導波路中に設ける工程と、
前記ファイバまたは導波路に隣接して、吸収した熱を伝導する吸収層を設ける工程と、
前記吸収層を少なくとも１００℃の温度まで加熱する工程とを含む、方法。
【請求項５６】
前記散乱用コア部が、
高エネルギーレーザを大径のコアのファイバまたは導波路に放射する工程と、
前記放射した光を細められたファイバまたは導波路に通し、その単位面積当たりの出力を、ファイバ使用閾値より高いレベルに増大させる工程と、
出力が増大した放射光を汚染堆積部に入射して、前記細められたファイバまたは導波路に沿ったファイバヒューズ後進効果を開始して、前記細められたファイバまたは導波路のコアに沿った泡の生成によって、前記細められたファイバまたは導波路を損傷させる工程とを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記加熱が、前記吸収層を１００℃から約１５０℃まで加熱する工程を含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記加熱が、前記吸収層を約１０００℃から約１２００℃まで加熱する工程を含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
ファイバまたは導波路の先端で高光パワービームを伝導する発熱式チップを製造する方法であって、
高出力光エネルギーを受けるコア部を設ける工程と、
前記ファイバまたは導波路の端部に隣接する１伝導層を設けることによって、散乱用終端チップを作成する工程であって、それによって光学層が前記第１伝導層に入射する、散乱用終端チップを作成する工程と、
前記散乱用終端チップを高温に加熱する工程とを含む、方法。
【請求項６０】
前記散乱用終端チップを作成する工程が、
所定の閾値を超える光パワーを有する高エネルギーレーザを、前記ファイバまたは導波路のコア部に放射する工程と、
前記放射した光を前記第１伝導層に入射する工程であって、前記放射した光の吸収を増大させるプラズマを生成する、前記放射した光を前記第１伝導層に入射する工程と、
損傷した区間を前記第１伝導層上に生成する工程とを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記コア部を設ける工程が、円錐形コアを設ける工程を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記散乱用終端チップを作成する工程が、第２伝導層を設ける工程と、前記第１伝導層及び前記第２伝導層の間に誘電体を配置する工程とをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
発熱式チップを使用する方法であって、前記発熱式チップが、ファイバまたは導波路中に、入射する光を散乱及び吸収する散乱用終端チップを有しており、
吸収した熱を吸収体が伝導するように前記散乱用終端チップを加熱する工程と、
前記散乱用終端チップを外部材料と接触させて配置する工程と、
前記外部材料を加熱する工程とを含む、方法。
【請求項６４】
前記外部材料が外部流体であって、前記外部材料を加熱する工程が、前記外部流体を所定の温度に加熱する工程を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記外部材料が燃料空気の混合物であり、前記外部材料を加熱する工程が、前記燃料空気の混合物を加熱する工程を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記加熱する工程が、前記燃料空気の混合物に点火する工程をさらに含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記外部材料が爆薬または火工品であり、前記外部材料を加熱する工程が、前記爆薬または火工品を加熱する工程を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６８】
前記外部材料を加熱する工程が、前記爆薬または火工品に点火する工程をさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記外部材料が生体組織を含み、前記外部材料を加熱する工程が、前記生体組織を光学的に加熱する工程を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項７０】
前記外部材料を加熱する工程が、前記生体組織を切断する工程をさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバまたは導波路用の光学発熱式チップ装置及びそのような装置を生成する方法に関し、詳細には、小さい吸収容積を有するチップにおける高温を全光学的に生成するような装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のファイバレーザは、数ワットのパワーを供給することができ、光パワーで摂氏数百度、さらには千度超まで熱することができる終片を供給する。こうした熱い終片、即ち「発熱式（熱式）チップ」は、例えば、高集中熱流束が必要である医学的局部加熱、燃料点火、弾薬の起爆（デトネーション）で有用である。
【０００３】
２つの種類の終片が注目される。第１は、熱表面からの伝導による加熱であり、第２は、発熱式チップからの光散乱及び発熱式チップを取り囲む媒体による吸収を介して、取り囲む媒体を加熱することである。
【０００４】
発熱式チップは、損傷を受けることなく高出力を扱えるべきであり、様々な種類のレーザの広いスペクトル範囲で動作できるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の広範な目的は、高損傷閾値の高温発熱式チップを提供することである。
本発明の別の目的は、導波路即ち光ファイバ用のシステムの先端で使用する発熱式チップを提供することである。光学的手段または光レーザ放射を使用して発熱式チップの生成を実行することができ、導波路及び他のすべての構成要素が既に製造された後で導波路組立体の内部における（その場での）発熱式チップの作成を可能にする。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、広い範囲の波長で動作する、導波路または光ファイバで使用する発熱式チップを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、導波路または光ファイバで使用する発熱式チップを提供することである。発熱式チップのコア部または中心部分が入射した光を散乱し、ファイバのコア部及び被覆領域を覆うヒートシンクで吸収が行われ、光ファイバまたは導波路部分のコアを極度に加熱することなく高出力運転が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明によれば、大面積の吸収外部ヒートシンクを有する散乱用コア部または散乱中心エリアに導く入力端を有する導波路を備える光発熱式チップ装置が提供される。
【０００８】
したがって、本発明によれば、散乱及び吸収ナノ構造に導く入力端を有する導波路を備える追加の光発熱式チップ装置が提供される。散乱光が吸収粒子に入射し、導波路先端で熱い円盤部が生成される。
【０００９】
準備及び設計のためのいくつかの方法が説明される。ある設計では、光がファイバまたは導波路の先端または遠端で散乱及び吸収され、他の設計は、ファイバまたは導波路の端部の熱いシリンダ部に導く。
【００１０】
以下の利点を実現することができる。
ａ．広帯域であり、すべての光帯域、例えば０．８，１．３，及び１．５μｍの領域に適用することができ、同時に多数の異なる光源に対する発熱式チップとして働くことのできる発熱式チップである。
【００１１】
ｂ．発熱式チップは、非常に高い損傷閾値を有し、長期間にわたって高入力パワーに耐える。
ｃ．パワー放散が小容積ヒートシンクで行われ、高温に耐えることが可能となる。
【００１２】
ｄ．単一モード、多モード、及び定偏光ファイバ、ならびに同様の特性を有する導波路に設計を適用することができる。
ｅ．発熱式チップの生成は、外部レーザ光による生成に基づき、生成プロセスが単純化される。
【００１３】
散乱内部コアが比較的長い散乱体を生成する「ファイバヒューズ」方法（方法Ａ）、または短い散乱体を生成する「レーザプラズマ」方法（方法Ｂ）で生成することができる。
〔散乱内部コア製造のための「ファイバヒューズ」方法（方法Ａ）〕  「ファイバヒューズ」は、光ファイバのコア部の破壊が生じる現象であり、コア部内に非常に散乱性の一連の空泡を生成する。
【００１４】
「ファイバヒューズ」は、コア部内の３×１０６ワット／ｃｍ２程度のレーザパワーで観測されている。「ファイバヒューズ」は、開始点からレーザ源への明るい可視光の伝播によって特徴付けられる。「ファイバヒューズ」という用語は、燃焼ヒューズに外観が類似しているためにその現象に対して採用された。「ファイバヒューズ」は、ファイバの端部が汚染されたときに生じることが示されており、接合部及びコア部内のファイバ格子からも自発的に始まっていた。「ファイバヒューズ」通過後のファイバのコア部は、広範囲にわたる損傷を示す。シリカ製コア部が溶解及び再溶解し、その長さ全体にわたって泡が形成される。「ファイバヒューズ」伝播後にコア部内に観測される損傷領域、すなわち泡は、調査の対象であった。原子間力顕微鏡試験は泡が穴であることを示しており、シリカの蒸発を示している。多くの場合、泡の構造は周期的構造である。ここでは、「ファイバヒューズ」現象は、泡によって入射光の散乱、すなわち方向の変更を生み出すのに使用され、したがって、光を入力ファイバに戻すのではなく、被覆部及び当該被覆部を取り囲む吸収体に反射する、角度的に広がった光源を終端抵抗体（ターミネータ）で生み出す。
【００１５】
「ファイバヒューズ」はほとんどのファイバで容易に開始される。「ファイバヒューズ」は、ファイバ端の開始点からレーザ源に伝播する、明るい白色可視点として見える。ヒューズから放射される光のスペクトルは、ほぼ５４００°Ｋの温度に対応し、「ファイバヒューズ」がプラズマからなる可能性があることを示している。「ファイバヒューズ」伝播速度は、ほとんどのファイバで毎秒約１メートルである。「ファイバヒューズ」は、ファイバを何メートルにもわたって伝わることができる。ファイバは非透過性かつ散乱性となり、したがって、高出力終端抵抗体のための良好な散乱体として働く。
【００１６】
高エネルギーレーザ光（例えば１５５０ｎｍ波長で３０〜３５ｄＢｍ  ＣＷパワーを供給する）が、大径コア部のファイバまたは導波路に供給される。その単位面積当たりのパワーは、「ファイバヒューズ」閾値よりも低い。レーザパワーは、ファイバを通じて細くなっている漏斗状部分（ファネル）に流れる。細くなっている漏斗状部分では、サイズがファイバまたは導波路のより小さいコアサイズまで先細になる。このファイバの端部での汚染の堆積（析出）が、後方に（レーザに向かって）「ファイバヒューズ」を生み出し、その行程でファイバまたは導波路を損傷する。得られる損傷ファイバ、すなわち「ファイバヒューズ」処理後の散乱体は、そのコア部に沿って泡を有する。
【００１７】
〔散乱内部コア製造のための「レーザプラズマ」方法（方法Ｂ）〕  高エネルギーレーザ光（例えば１５５０ｎｍ波長で３０〜３５ｄＢｍ  ＣＷパワーを供給する）が、ファイバまたは導波路のコア部内に供給され、部分的に透過的な伝導層に入射する。この層は非常に薄く（わずか数原子層）、導電性材料製であり、好ましくは、ロジウム、アルミニウム、金、銀、クロム、またはニッケル、あるいはそのような金属の組合せまたは合金などの導電性金属である。
【００１８】
そのような導電性材料の薄層は、その表面の局所的な不規則性のために、その近辺で電界強度を高めることが知られている。表面の不規則性が電場の集中を誘導し、その結果、電気的破壊及び損傷を生み出すのに必要なパワーが低下する。そのようなナノメートル薄層を、ナノ粒子の複数の集合としてモデル化することができる（例えば、Ｍ．Ｑｕｉｎｔｅｎ、「Ｌｏｃａｌ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｃｌｏｓｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ  ７３、２４５〜２５５（２００１）、及びＣ．Ｆ．Ｂｏｈｒｅｎ及びＤ．Ｒ．Ｈｕｆｆｍａｎｎ、書籍「Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ（１９９８）、１２章（数ナノメートル粒子に関する強い電場増大因子（最大１０５）ならびに様々な材料及び形状に関する吸光スペクトルを示す）を参照）。
【００１９】
導電性材料の薄層に所定の閾値を超える光パワーで入射したとき、局所的な電気的破壊を引き起こすことができる強い電場が、金属表面付近の一定の場所で生成される。これにより、可視光放射アーク放電が生じ、プラズマが生成される。生成されたプラズマにより、伝播光の吸収が著しく向上し、強力な放電が、金属表面または金属表面の付近での破局的損傷を生み出す。この損傷は、導電性金属層の両側の導波路区間の端面の凹んだ領域を含む。したがって、導波路は、永続的に非常に散乱性となる。高散乱性材料と埋め込まれた吸収体との組合せにより、高温に加熱される吸収体が生成される。
【００２０】
上記の２つの方法は、発熱式チップのシミュレーションならびにその寸法及び材料の最適化によって実験的に試験された。最適化の目標は、最大の吸収及び高温度運転であった。得られた結果は、１０００℃を超える温度の発熱式チップを示し、数十時間にもわたって１〜２ワットの光パワーを吸収することが続いた。
【００２１】
これから、本発明をより完全に理解できるように、以下の例示的な図を参照しながらいくつかの好ましい実施形態に関連して本発明を説明する。図示する特定の図は、例であり、本発明の好ましい実施形態の例示的議論に過ぎず、本発明の原理及び概念的側面の最も有用かつ容易に理解できる説明であると考えられるものを提供するために提示される。この点で、本発明の基本的理解に必要なものよりも詳細に本発明の構造的細部を示す試みは行っておらず、図面と共に行われる説明により、本発明のいくつかの形態をどのように実際に実施することができるかが当業者には明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここで図１を参照すると、コア部４及び被覆部６を有するファイバ（例えば単一モードシリカＳＭＦ２８ファイバ）から構成される光発熱式チップ装置２が示されている。光は、散乱用コア部８を有する類似の寸法の光ファイバに固定されたコア部４を伝播する。ファイバは、この例のファイバだけではなく、どんなファイバでもよい。散乱用コア部は、例えば「ファイバヒューズ」方法によって生成される。散乱光１０は、シリカ製被覆部６を通じて外側の吸収体に進む。吸収体は、どんな光吸収流体または固体でもよい。吸収体は、黒色エポキシまたは黒色塗料でよい。あるいは、吸収体は、タンタル、モリブデン、またはそれらの組合せなどの金属でもよい。好ましくは、散乱光波長は、効率的に吸収されるように吸収媒体線と一致する。
【００２３】
図２では、コア部４及び被覆部６を有するファイバ（例えば単一モードシリカＳＭＦ２８ファイバ）から構成される光発熱式チップ装置２が示されている。光は、「ファイバヒューズ」方法によって生成された散乱用コア部８を有する同様の寸法の光ファイバに固定されたコア部４を通る。散乱光１０は、シリカ製被覆部６を通じて、被覆部の外部エリア全体を覆う吸収体１２に進む。吸収体１２は、散乱用コア部８の表面積の約１００倍の表面積を有する。吸収体１２の広い面積により、外側へのより良好な熱伝導が可能となる。吸収体１２は、より容易に熱を伝導または対流させるために、ファイバから比較的短距離であるべきである。好ましくは、吸収体１２は、最大で散乱用コア部８から１００ミクロンの距離であるべきである。好ましくは、吸収体は、散乱用コア部８から、約５０ミクロンから７０ミクロンの間の距離であるべきである。吸収体１２は、光学的黒色塗料またはエポキシ塗料でよく、したがって広範な波長を吸収することが可能となる。他の実施形態では、吸収体１２は、タンタル、モリブデン、またはそれらの組合せでできた金属を含む。他の実施形態では、他の金属を使用することができる。
【００２４】
図３に、図２に示す装置と類似の装置を示す。しかし、この場合、発熱式チップ２は、チップの周りの縦方向または横方向の流体の流れ１４に露出され、伝導または対流によって熱が流体に与えられる。
【００２５】
図４に、発熱式チップ生成のレーザプラズマ方法の概略断面図を示す。この場合、ファイバまたは導波路のコア部４からの高エネルギーレーザ光（例えば１５５０ｎｍ波長で３０〜３５ｄＢｍ  ＣＷパワーを供給する）が、部分的に透過的な伝導層１６に入射する。層１６は非常に薄く（わずか数原子層、例えば数ナノメートル）、導電性材料製であり、好ましくは、ロジウム、アルミニウム、金、銀、クロム、またはニッケル、あるいはそのような金属の組合せまたは合金などの導電性金属である。そのような導電性材料の薄層は、その表面の局所的な不規則性のために、その近辺で電界強度を高めることが知られている。表面の不規則性が電場の集中を誘導し、その結果、電気的破壊及び損傷を生み出すのに必要なパワーが低下する。そのようなナノメートル薄層を、ナノ粒子の複数の集合としてモデル化することができる（例えば、Ｍ．Ｑｕｉｎｔｅｎ、「Ｌｏｃａｌ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｃｌｏｓｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ  ７３、２４５〜２５５（２００１）、及びＣ．Ｆ．Ｂｏｈｒｅｎ及びＤ．Ｒ．Ｈｕｆｆｍａｎｎ、書籍「Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ（１９９８）、１２章（数ナノメートル粒子に関する強い電場増大因子（最大１０５）ならびに様々な材料及び形状に関する吸光スペクトルを示す）を参照）。導電性材料の薄層が所定の閾値を超える光パワーで入射したとき、局所的電気的破壊を引き起こすことができる強い電場が、金属表面付近の一定の場所で生成される。これにより、可視光放射アーク放電が生じ、プラズマが生成される。生成されたプラズマにより、伝播光の吸収が著しく向上し、強力な放電が、金属表面または金属表面の付近での破局的損傷を生み出す。この損傷は、導電性金属層の両側の導波路区間の端面での凹んだ領域を含む。したがって、導波路端部は、永続的に非常に散乱性となる。伝導層１６の後に別の誘電体層１８が続き、その後にさらに別の伝導層１６が続くことができる。
【００２６】
高散乱性材料と埋め込まれた吸収体（層１６からの放電によって生成される導電性粒子、または炭素のナノ粒子などの人工的に導入された吸収体）との組合せにより、高温に加熱される吸収容積部２１が生成される。このプロセスが終了した後、コア部４から吸収容積部２１に入射した光が方向２２に散乱し、導電性かつ吸収性粒子に吸収され、したがって吸収容積部２１が１０００℃を超える高温に加熱される。最も熱い点は、対称点２０である。
【００２７】
図５に、図４のプロセス及び方法の結果を示し、長さ約１〜２μｍ及び例えば直径１２５μｍの高散乱性の吸収容積部２４（導体１６及び誘電体層１８を含む）を示す。最も熱い点は、対称点２０である。
【００２８】
図６に、流体または固体２６に浸された図１、図２、図３、図４、図５、及び図７の発熱式チップのいくつかの応用例を示す。物質２６は、例えば内燃機関内の空気または燃料空気の混合物でよく、その場合、発熱式チップ２４は、光学的に励振及び操作される点火装置として働く。物質２６は、例えばロケット・エンジンまたは爆発装置内の爆発材料または火工品材料でよく、その場合、発熱式チップ２４は、光学的に励振及び操作される点火ヒューズとして働く。物質２６は、例えば手術で切断すべき生体組織でよく、その場合、発熱式チップ２４は、光学的に励振及び操作される切断ナイフとして働く。
【００２９】
図７に、入射光の制御可能エリアを用いる、図５の発熱式チップを作成する別の方法を示す。この場合、全体にわたって一定の屈折率を有するファイバ２８が、（例えば融着接続によって）光伝導ファイバ６に結合される。光出力は、屈折ステップによって閉じ込められず、円錐３０内に拡散し、点３２でその最大直径に達する。このようにして、光入射直径が、コア無しファイバ２８の屈折率及び長さによって制御され、コア直径（例えば１０μｍ）から被覆部直径（例えば１２５μｍ以上）までの任意の直径の選択が可能となる。
【００３０】
本発明は上述の実施形態の詳細に限定されず、本発明の精神または本質的な属性から逸脱することなく、本発明を他の特定の形態で実施できることは当業者には明らかであろう。したがって、本実施形態は、すべての点において限定的ではなく例示的であるとみなすべきであり、本発明の範囲は、上述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、したがって特許請求の範囲の均等の意味及び範囲内のすべての変更は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ファイバの端部での円筒型の光発熱式チップの概略断面図である。
【図２】ファイバの端部でヒートシンクを有する円筒型の光発熱式チップの概略断面図である。
【図３】軸に沿った流体の流れを加熱するのに使用される、ファイバの端部でヒートシンクを有する光円筒形発熱式チップの概略断面図である。
【図４】発熱式チップ生成のレーザプラズマ方法の概略断面図である。
【図５】発熱式チップ生成のレーザプラズマ方法の概略断面図である。
【図６】発熱式チップ生成のレーザプラズマ方法及びその応用例の一部の概略断面図である。
【図７】望ましい寸法の拡大発熱式チップの略図である。
【図１】
2007514117.tif 000003
【図２】
2007514117.tif 000004
【図３】
2007514117.tif 000005
【図４】
2007514117.tif 000006
【図５】
2007514117.tif 000007
【図６】
2007514117.tif 000008
【図７】
2007514117.tif 000009
【国際調査報告】
2007514117.tif 000010
2007514117.tif 000011