(57)【要約】【課題】希土類元素がドープされたキロワット級のファイバアンプにおいて、熱損傷を被ることなく数キロワットの励起レーザーパワーを伝達することができる、励起光および信号光の結合器を提供する。【解決手段】本発明の実施形態は、一般に、ファイバオプティクス用途における、高パワーで液体冷却された励起光および信号光の結合器とそれについての方法に関するものである。本発明のある実施形態において、高パワーで熱を分散する光ファイバデバイスは、光を伝搬するように構成された光ファイバの部分と、その光ファイバを十分に密閉する冷却チャンバーと、流体内の光の相互作用と伝搬を制御するために選択された屈折率を有する冷却チャンバー内の流体とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高パワーで熱を分散する光ファイバデバイスであって、
光を伝搬するために構成された光ファイバの部分と、
前記光ファイバを十分に封入する冷却チャンバーと、
前記冷却チャンバー内の熱を分散する流体であって、前記流体内において前記の光の相互作用および伝搬を制御するために選択された屈折率を有する流体と
を有する、光ファイバデバイス。
【請求項２】
前記流体の前記屈折率が、所定の開口数を上回伝搬する前記光を取り除くように選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記所定の開口数が、前記のコーティングされたファイバによってサポートされる開口数と実質的に同じである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記屈折率が、前記光ファイバの外表面の屈折率と実質的に同じか、またはそれより大きい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記屈折率が、前記流体と接触している前記光ファイバの外層のコーティングの外表面の屈折率と実質的に同じか、またはそれより小さい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光ファイバが、コーティングファイバのコーティングが剥がされた部分を有し、前記流体の前記屈折率が、前記裸ファイバの前記外表面の屈折率よりも小さい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記の高パワーで熱を分散している光ファイバデバイスが、１ｋＷより大きい出力を生み出す、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記冷却チャンバーが、その第一の端部と第二の端部におけるシーリング材を有し、前記シーリング材は、前記光ファイバの前記外表面の屈折率と実質的に同じ屈折率からなり、前記光ファイバは前記シーリング材と接触している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
さらに前記冷却チャンバーの表面から伸びる流体入口および流体出口を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
さらに流体が前記冷却チャンバーを流れることを可能にするためのポンプを有し、前記ポンプは、流体が前記流体入口に入り、そして前記流体出口を通って前記冷却チャンバーから出ていくように強制する、請求項９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する記載
本発明は、米国国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）によって許可された契約Ｎｏ．ＨＲ００１１−０８−Ｃ−０１２５に基づき、一部、政府援助によって行われた。政府は本発明に一定の権利を有する。述べられた見解は発明者のものであって、国防総省または合衆国政府の公的方針または立場を反映してはいない。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、ファイバオプティクス用途における、高パワーで液体冷却された励起光および信号光の結合器とそれについての方法に関するものである。より具体的には、本発明の実施形態は、希土類元素をドープしたキロワット級のファイバアンプにおいて、熱損傷を被ることなく数キロワットの励起レーザーパワーを伝達することができる、励起光および信号光の結合器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般に、希土類元素がドープされたファイバアンプの光パワー出力は、１キロワット領域内に制限される。そのようなアンプ出力を高パワー域（すなわち１キロワットより大きい）に持っていく試みが行われてきたが、熱損傷による部品故障の数が原因で、長期運用における成果は得ていない。
【０００４】
高パワー出力の達成には、数キロワットのパワーレベルの励起レーザーパワーを結合することができ、さらに励起光を伝達するために低屈折率コーティングされた受動部品または利得ファイバといった導波路にポンプ放射を供給することができるレーザー励起結合器の使用を必要とする。しかしながら、すでに知られた試みでは、ファイバ表面にある不必要な汚染物質や接合部にある汚染物質および、またはコーティング材による励起パワーの著しいレベルの吸収は、非常に大きな局部温度上昇をもたらし、しばしば、励起光および信号光の結合器の壊滅的な損傷を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
矛盾するアンプと励起光結合器の要求は、全体的なアンプ性能の最適化を困難なものにしている。ほとんどのファイバ用途において、希土類元素がドープされたアンプにとって、ファイバの希土類元素がドープされたコアでのポンプ放射の重複を最大限にするために、小さい外径を持つことおよびアンプファイバの長さを最小限にすることが望ましい。しかしながら、ファイバ外径がより小さい励起光結合器の出力は、光度原理（brightness theorem）によって、より大きい開口数を必要とし、迷光放射および好ましくない局所加熱の可能性を増加する。
【０００６】
高パワー出力を達成するよう試みる際、現在の励起光‐信号光結合器のパッケージ設計が機能しない一つの重要な理由は、テーパー状にされた、ピグテールのファイバが、実質は停滞している大気によって囲まれているという事実から生じている。大気の存在は、局所的な熱点の冷却にとっては非効率であり、一般に不適当である。さらに、大気は非常に低い屈折率の周辺媒体であり、大気が取り囲んでいるところとコーティングが取り囲んでいるところのガラスとの間の推移において、コーティング媒体によってしばしば吸収される高い開口数の光を後押しし、さらには熱損失のための故障の可能性を増加する。
【０００７】
したがって、さらに効率が良く効果的な熱分散を有する高パワーの励起光および信号光の結合器が必要である。この必要性は、液体冷却結合器により満たすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、一般に、ファイバオプティクス用途における、高パワーで液体冷却された励起光および信号光の結合器とそれについての方法に関するものである。より具体的には、本発明の実施形態は、希土類元素がドープされたキロワット級のファイバアンプにおいて、熱損傷を被ることなく数キロワットまたはそれ以上の励起および信号レーザーパワーを伝達することができる、励起光および信号光の結合器やスプライス、端末キャップおよびモードフィールドアダプタといった光ファイバ部品および構造物に関するものである。
【０００９】
本発明の一つの実施形態において、高パワーの冷却された光ファイバデバイスは、光を伝搬するように構成された光ファイバの部分と、光ファイバを十分に封入する冷却チャンバーと、光の特性を変えるために選択された屈折率を有する冷却チャンバー内の流体とを有する。
【００１０】
本発明のもう一つの実施形態において、励起光および信号光の結合器といった光ファイバ部品または構造物のための冷却システムは、少なくとも裸ファイバの部分を含むコーティングされた光ファイバを有し、１キロワットより大きい出力を伝搬することができる部品または構造物と、部品または構造物を十分に封入する冷却チャンバーと、冷却チャンバー内の液体とを有し、液体は、ポンプ放射に対して十分に透過的であり、裸ファイバの屈折率と実質的に同様または小さい屈折率を有する。または、その液体の屈折率は、コーティングの屈折率と同様か、または小さい。
【００１１】
本発明のさらにもう一つの実施形態において、励起光および信号光の結合器の冷却方法は、少なくとも裸ファイバを有する励起光および信号光の結合器を提供すること、流体がポンプ放射に対して十分透過的であり、裸ファイバの屈折率と実質的に同様または小さい屈折率を有する流体を内部に有する冷却チャンバーに励起光および信号光の結合器を封入すること、励起光および信号光の結合器に無視できない量の励起光を取り込こと、および、励起光および信号光の結合器から１キロワットより大きい出力を生成することを有する。
【００１２】
他の実施形態において、コーティングされたファイバは、コーティングの屈折率と同様またはより大きい屈折率を持つ流体を内部に有する冷却チャンバー内に封入される。
【００１３】
上記に列挙した本発明の特徴は、上記では簡単に要約されたものを、添付の図で説明される実施形態を参照することにより、本発明の実施形態のより細かい記述で、詳しく理解することができる。しかしながら、添付の図は、本発明の範囲内に包含される実施形態の代表的な実施形態のみを説明しており、したがって、限定的なものと考えられるべきものではなく、本発明は同様に効果のある他の実施形態を認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態による基本的な励起光および信号光の結合器の概略図を描写している。
【図２】図２は、本発明のもう一つの実施形態による冷却チャンバーを描写している。
【図３】図３は、本発明のもう一つの実施形態による、周囲の流体内にグレーティングといった摂動部分（perturbing segment）を有する裸ファイバを示した概略図を描写している。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態による、垂直な破線によって示された平面でのファイバの摂動（fiber perturbation）を示した概略図を描写している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の様々な実施形態によって記載されたファイバの冷却過程における周辺流体内にあるファイバを示した概略図を描写している。
【図５】図５は、本発明のさらにもう一つの実施形態による、冷却チャンバー内で動作する励起光および信号光の結合器の試験的な実施形態での熱画像を描写している。
【図６】図６は、熱点（hot spots）が本発明の実施形態に適しているパワーアンプシステムの概略図を描写している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で使用される表題は、構成の目的のためにすぎず、説明や特許請求の範囲を制限するために使用されることを意図してはいない。本出願の全体を通して使用されているとおり、“できる（may）”という言葉は、強制的な意味（すなわち、しなければならないという意味）ではなく、許容的な意味（すなわち、可能性を有するという意味）に使用される。同様に、“含む、包含する（include）”、“含んでいる、包含している（including）”,
“含む、包含する（includes）”は、含んでいることを意味しているが、それに制限されてはいない。理解を容易にするため、可能であれば、図に共通する同様の要素を指定するために、同様の参照番号が使用されている。
【００１６】
本発明の実施形態は、一般に、ファイバオプティクス用途における、高パワーで液体冷却された励起光および信号光の結合器とそれについての方法に関するものである。より具体的には、本発明の実施形態は、希土類元素がドープされたキロワット級のファイバアンプにおいて、熱損傷を被ることなく数キロワットの励起レーザーパワーを伝達することができる、励起光および信号光の結合器に関するものである。
【００１７】
本発明の実施形態は、ファイバ光学の組立品において、レーザー励起光および信号光の結合器と一緒の利用に適しているとして、本明細書に記載されている。しかしながら、本発明のさらなる実施形態は、多くの追加的ファイバおよび関連する用途について、本明細書に開示された方法および構造の適用性を十分に認識し、そこに含まれるということを理解されなければならない。例えば、レーザーダイオードまたはアンプ組立品の軍事、産業、医療、遠隔通信などでの利用を含むいかなる種類も、本発明の実施形態とともに運用可することができる。
【００１８】
図１は、本発明の一つの実施形態による、基本的な励起光および信号光の結合器の概略図を描写している。図で示されたとおり、基本的な励起光および信号光の結合器１００は、少なくとも複数の入力励起光および信号光を結合するための入力１１０と、くびれ領域（waist region）１２０と、スプライス領域１５０と、結果としてコーティングされていない、または裸ファイバ部分１３０と、コーティングされたファイバ部分１４０とを有している。本発明の実施形態により、結合器１００に結合されているいかなる数のファイバや信号等も、本発明の実施形態に適しうる。本明細書で使用されるとおり、“裸ファイバ（bare fiber）”は一般に、ガラス表面に機械的な保護を与えるために慣例的に設計されたポリマーコーティングまたはバッファ材料を持たないガラスファイバを意味し、そこで、コーティングの除去の目的は、多くの場合、ガラスとパッケージとの間の熱インピーダンスを減少することであり、吸収する材料を取り除くことである。
【００１９】
本発明の多くの実施形態において、複数の入力信号は、励起レーザーダイオードや、シードレーザー、高パワーレーザーまたはアンプの出力、それらを組み合わせたものなどから生じる。同様に、コーティングされたファイバ１４０は、利得ファイバや受動ファイバといった、本発明の実施形態に適するあらゆる種類のコーティングされたファイバでありうる。
【００２０】
図２は、本発明の別の実施形態による、励起光および信号光の結合器と一緒の使用における冷却チャンバーを描写している。冷却チャンバー２００は、一般に、少なくとも結合器入力２４０と結合器出力２５０を有する中空チャンバー２１０を備えている。動作中、励起光および信号光の結合器は、複数の入力源が入力２４０に送り込まれ、コーティングされたファイバが出力２５０から出ていくというように、中空チャンバー２１０内に組み立てられる。本発明の実施形態の目的のため、図に示された冷却チャンバーよりは、むしろ冷却チャンバーは、流体が、裸の、およびコーティングされた光ファイバ部分と接触するように流体を含みそして誘導する働きをするあらゆる種類の管またはチャンバーを有することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、裸ファイバ部分１３０と、裸ファイバ部分１３０のどちらかまたは両方の端部と直に隣接する、おそらく５〜２０ｍｍのコーティングされたファイバ部分１４０、および、ある事例においては約１０ｍｍのコーティングされたファイバ部分１４０は、流体の入口２２０と流体の出口２３０の間に設置されなければならない。例えば、図３は、本発明のもう一つの実施形態により、裸ファイバ部分の各端部でコーティングの一部を流体が取り囲んでいるのを示した、周辺流体内にある裸ファイバ部分を示す概略図を描写している。
【００２２】
図２に戻って、中空チャンバー２１０は、一般に、冷却チャンバー２００内のファイバおよび部品の光特性に最小の影響を有するガラス、金属またはポリマーベースの毛細管を有することができる。任意に、中空チャンバー２１０は、本明細書に記載された過程をさらに強化するため、その内部で冷却する要素を有する壁を有することができる。一度、励起光および信号光の結合器が中空チャンバー２１０内で組み立てられると、流体に関しては以下に詳しく記載されるが、入力２４０および出力２５０の周りの空間は、屈折率整合材たりうるシーリング材、ゲル、エポキシ、樹脂などで任意に密閉することができる。そのような任意の実施形態では、シーリング材は、励起光および信号光の結合器の光特性に、そこで利用する際、ゼロか、またはほんのわずかな影響を有することができる。
【００２３】
任意に、冷却チャンバー２００は、さらに、流体入口２２０および流体出口２３０を有する。図の実施形態に示されたとおり、流体入口２２０および出口２３０は、中空チャンバー２１０から伸びる突き出たチャンバーの形態で与えることができる。別の実施形態において、流体入口２２０および出口２３０は、本発明の実施形態に適したあらゆる形態をとることができるし、中空チャンバー２１０の外表面あらゆる部分に沿って配置することができる。入口２２０および出口２３０は、チャンバー２００の一部であり続けることができ、またはデバイス組み立てのためだけに存在し、その後、組み立てが完成すれば取り除くことができる。そのような実施形態において、チャンバー２１０の入力ポートは、液体の封じ込めをもたらすために密閉することができる。
【００２４】
一般に、冷却チャンバー２００は、さらに、その内部の流体を有する。流体は、一般に、動作中に、冷却チャンバー２００内でさらされた裸ファイバのための周辺媒体として振る舞うことができる。本明細書で使用されるとおり、硬化ポリマーとは違い、“流体”は、本発明の実施形態を利用するシステムが経験する可能性がある圧力または温度の変化によるデバイスの軸の側方の正味応力といったせん断応力を最小にする。ほとんどの実施形態において、冷却チャンバー２００内に流体が存在することは、流体の熱伝導率特性のため、強化された熱除去能力をもたらす。例えば、優れた自然対流冷却および強制対流冷却は、ここに記載されたとおり、流体によって達成され、その結果、ファイバとパッケージの温度および壊滅的な故障を減少することができる。そのようなものとして、多くの実施形態において、流体は、少なくとも１００Ｗ／ｍ２／ｄｅｇの熱伝導係数を有する。
【００２５】
流体の冷却特性に加えて、本発明の多くの実施形態において、適切な流体は、励起光−信号光結合器の裸ファイバ部品の開口数の制御、またはコーティングの開口数の制御といったデバイスの光特性の変更を可能にする屈折率を有する。そのような変更は、裸の光ファイバからの過度に高い開口数の光の除去を可能にし、その結果、光が一度ファイバのコーティング部分に入ると低屈折率のファイバコーティングによって吸収されたり熱に変換されたりすることを防止することができる。この場合、裸ファイバが有効な導波路であり続けられるように、流体の屈折率は、裸ファイバの屈折率より小さくなければならない。その上、流体の屈折率は、コーティングされた光ファイバと大きく異ならない開口数を生じるように、コーティングと同様かそれより小さくなければならない。その他の事例では、流体の屈折率は、コーティングから効果的に光を奪うように、コーティングと同様かそれより大きくなければならない。コーティングでの光伝搬は、標準的なコーティングの不十分な光透過性に起因する加熱を引き起こすため、多くの場合、好ましくない。そのような光は、コアあるいはクラッド内を誘導された光がコーティング材の内部を伝搬することを引き起こすだろうことを意図するかしないかに関わらず、スプライス、グレーティング、テーパー、または導波路にとってのあらゆる摂動において、コーティングに結合できる。
【００２６】
多くの適切な流体に対して、流体の求められる屈折率は、流体の温度制御によって得ることができる。しかしながら、熱制御を通じて得られる特性に対して求められる調整より前に、適切な流体の選択が最初に必要な場合がある。いくつかの実施形態で、熱伝導および高い開口数を奪い取るために使用される不透明な材料（例えば、マサチューセッツ州ウォバーンにあるＰａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  Ｃｏｒｐ．の事業部であるＣｈｏｍｅｒｉｃｓにより市販用に製造されたＴＨＥＲＭ−Ａ−ＦＯＲＭ  Ｔ６４４のような熱化合物）と同様、流体によって奪われた光が局所的加熱を引き起こさないように、適切な流体はさらに高い透過性を有することができる。
【００２７】
本発明の多くの実施形態において、流体は液体から成る。ある実施形態では、液体は、例えば、ニュージャージー州シダーグローブのＣａｒｇｉｌｌｅ−Ｓａｃｈｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．によって市販用に製造販売されたものといった、特定の屈折率特性を有するように特に設計された屈折率整合液から成る。もう一つの実施形態では、流体は、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造販売されたＫｒｙｔｏｘ（登録商標）といった、油性の流体から成る。さらにもう一つの実施形態では、流体は、水といった自然に存在する流体から成る。本発明のさらなる実施形態では、流体は、制御可能で、かつ、または特定できる熱的および光学的特性、すなわち不透過性／透過性、屈折率などを有するあらゆる液体から成ることができる。
【００２８】
当然のことながら、本発明の様々な実施形態は、様々な屈折率を有する流体を必要とすることができる。各々の励起光および信号光の結合器の組み立ては、裸ファイバといった、流体によって整合されなければならない、表面での特定の屈折率を有する部品を利用することができる。このように、本発明の実施形態を、励起光および信号光の結合器と流体との間での光学特性の関連性を超越して制限されると見なしてはならない。しかしながら、ファイバのコーティングされた、あるいは再コーティングされた領域を冷却するために本発明の実施形態を利用するというように、場合によっては、流体の屈折率は、光学特性において、いずれも、名目上の干渉を伴うそのコーティングよりも大きいかもしれない。
【００２９】
屈折率に加えて、流体は、励起光および信号光の結合器の動作中のポンプ放射に対する透過性のために選択されることができる。ポンプ放射に対して十分に透過的であることにより、流体は、自身が熱源となって好ましくない熱負荷の一因となることを防ぐ。ファイバの光学的摂動（optic perturbation）（スプライス、グレーティング、テーパー等といったもの）の付近で周辺流体媒体を利用する優位な点は、図４Ａにて説明される。図４Ａは、垂直な破線によって表される平面でのファイバの摂動を示す。略図に示されたものは、光屈折率ｎ１を有する光ファイバである（この例では、我々は主としてファイバクラッドを伝搬する励起光に関心があるので、ファイバコアとクラッドの光屈折率の区別はされていない）。ファイバは光屈折率ｎ２＜ｎ１であるコーティングを有し、スプライス領域は、基本的にコーティング材と同じ光屈折率ｎ２を有する再コーティング材で再コーティングされる。
【００３０】
光ファイバコア／クラッド内に束縛された光線の伝搬は、光線ａｂｃｄによって示される。光エネルギーは、基本的にガラスファイバの開口数内にとどまり、ガラスとコーティングの接面で臨界角φｃより大きい角度φ＞φｃを生じる。摂動は、ファイバの開口数を上回る光線を生み、角度φ＜φｃを生じ、それゆえ、光線aｆｇｈで示されるとおりファイバの再コーティング部分を伝搬する。コーティング材は、１．０μｍで吸収係数５００ｍ−１を示す、高吸収となる。したがって、コーティング内の光パワー伝搬は、Ｐ（ｓ）＝Ｐ０ｅｘｐ（−αｃｏａｔｉｎｇ  ｓ）の割合で熱に変換される。ここで、ｓは再コーティング材内の光線経路の長さであり、Ｐ０は光線の初期の光パワーである。
【００３１】
図４Ｂは、本開示で示されたファイバ冷却に利用する周辺流体を説明する。図４Ａの再コーティング材は、ここで、図４Ｂに示された流体によって置き換えられる。流体はガラスの毛細管によりファイバ領域に含まれる。この場合、ファイバのＮＡを上回る摂動によって生成され、臨界角φｃより小さいガラス―流体界面との角度を生じる光線は、ここで光線ａｆｇｈで示されるとおり、透過的な流体内を伝搬する。例えば、水は、光吸収係数αＨ２Ｏ＝１０ｍ−１を有する。したがって、光線ａｆｇｈで光パワーによって流体媒体に生成される熱は、Ｐ（ｓ）＝Ｐ０ｅｘｐ（−αＨ２Ｏ  ｓ）で与えられる。さらに、ガラスの毛細管に当たった光は、ガラス管内に屈折し、流体およびコーティングから離れる方へ向かい、それによりさらに熱負荷は減少する。
【００３２】
周辺流体の形態における熱減少は、周辺再コーティングの形態における熱減少と比較して次の式で簡単に与えられる。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
したがって、透過的な周辺流体媒体は、ポリマーコーティングされたファイバと比較して熱源の強さを１７ｄＢ減少すると同時に、ファイバコア／クラッドでのポンプ放射の誘導を保持する。
【００３５】
多くの実施形態において、流体は、１ｍｍを越える経路長での約１％の光吸収より少ない透過性を有する。しかしながら、ある実施形態では、上の境界として、ファイバ１ｃｍにつき５０Ｗ以上を消滅することは、非常に難易度が高いことである。
【００３６】
実施形態の特性によって、流体は、流れがない、すなわち中空チャンバー２１０内に受動的に存在するか、あるいは動的である、すなわち流体入口２２０と流体出口２３０を経由して中空チャンバー２１０内を動いているかのいずれかとして与えることができる。流体が励起光および信号光の結合器における強制対流冷却効果を有することを意図する多くの実施形態において、流体入口２２０と流体出口２３０は、流体ポンプ（図示されていない）、例えばマイクロポンプに接続されることができ、任意で屈折率制御のために流体温度を制御するために、冷却システム、例えば冷蔵もしくは冷凍システム、または温度制御システムを有し、受動的な場合でも、流体ポンプに接続されることができる。そのような実施形態では、ポンプは、中空チャンバー２１０を通り流体の出口２３０から出て行く流体の流量を流体入口２２０で制御することができる。いくつかの実施形態では、流体の出入口２２０と２３０の位置は、入れ替えができる。閉ざされた流体システムのその他の同様に知られた種類は、本発明の実施形態に従って利用されるであろう。
【００３７】
ある試験的な実施形態では、３つの励起光および信号光の結合器は、例となる流体に浸されることでさらされ、使用された３つの流体は、水、ＫｒｙｔｏｘおよびＣａｒｇｉｌｌｅの屈折率整合流体である。６ヶ月後、業界で当該技術分野における当業者による一般的な予測にもかかわらず、励起光および信号光の結合器部品のいずれもが、著しい膨張を示さず、わずかなあるいは取るに足らない層間剥離のみを示した。加えて、流体環境（例えば、水の出現）が、ガラスファイバのいかなる亀裂成長をも誘導せず、励起光および信号光の結合器でのファイバのストレスのない環境による可能性が高いことを示した。
【００３８】
図４は、本発明のさらにもう一つの実施形態により、冷却チャンバー内で動作する、テーパーファイババンドル（ＴＦＢ）を有する励起光および信号光の結合器の試験的な実施形態の熱画像を描写する。図で示されるとおり、動作中、熱点は、励起光および信号光の結合器内部、とりわけコーティングで生じる。試験的な実施形態は、熱点を冷却するために水を利用した。
【００３９】
図において、上の熱画像は、２００Ｗの励起光パワーで動作している、静止した水を有する冷却チャンバー内の励起光および信号光の結合器を描写する。およそ１ｍｍの吸収長が、１００℃の温度上昇を生み出すのに、たった１００ｍＷの光パワーを必要とするという概算に基づき、冷却チャンバーなしで、組立品の最も問題のある部分（すなわち、コーティング周辺）は、およそ１００℃より高い温度に達することが見込まれるであろう。流体の冷却材は、加熱された光吸収コーティングの温度を大きく減少するように設計される。液体で満たされたチャンバーは、大気で満たされたチャンバーと比較して、水熱伝導率［Ｗ／ｍ−ｄｅｇ−Ｃ］の大気熱伝導率に対する割合、すなわち０．６：０．０２５またはおよそ１３．８ｄＢで減少する局所的な熱点の温度減少をもたらすことが見込まれる。水で満たされた冷却剤チャンバーの中にあるため、加熱されたコーティングの表面温度をＩＲカメラで直接測定することは不可能である。しかしながら、ファイバ片の加熱は、内部の加熱されたファイバ片によって発生する冷却剤チャンバーの表面温度の上昇から推測される。大気で満たされたキャピラリーより広い領域におよぶ熱の分布に起因し、水の熱伝導と自然対流に起因して、熱点は、ＴＦＢにおける光パワー２００Ｗでの冷却チャンバーの表面で２９℃と測定された。
【００４０】
図において、下の画像は、冷却チャンバー内で水の強制流動を有する、同じデバイスを示す。水の強制流動は、冷却チャンバー表面の加熱においてさらなる大幅な減少をもたらし、この例では、およそ４．４℃減少される。測定可能ではないものの、そのような結果は、同様にコーティング表面での温度の起こり得る減少を示す。
【００４１】
本発明の様々な別の実施形態は、ここに開示されたシステムや方法が他の便益に利用されることを許容する。例えば、ある実施形態では、本明細書に開示された手法は、かなり高い励起光または信号光パワー（＞ｋＷ）を伝搬するあらゆる裸ファイバ片と共に利用することができ、そこで、ファイバ片は、屈折率あるいは直径における摂動または不連続性を示し、それによって、ガラス−コーティング界面に対応するファイバの適切なＮＡよりも大きい角度で、かなりの量の光（損傷しきい値より大きい）を散乱する。そのような実施形態において、この摂動は、ファイバコアにブラッググレーティングを配置することに起因し、または二つの異なるファイバのスプライスに起因することができる。
【００４２】
例えば、本発明のいくつか別の実施形態では、本明細書に開示された手法は、図５に描写されたもののように、高パワーファイバアンプにおいて様々な場所に現れるコーティングされたファイバ片を冷却するために利用することができる。そのような実施形態において、様々な“熱点”は、様々な理由で、個別の用途によって、コーティングされた領域とコーティングされていない領域との間でファイバが推移するところで生じうる。
【００４３】
図で示された概略図において、“熱点”は領域によって識別することができる。区分Ａは、低屈折率または高屈折率の再コーティングを有する、レーザーダイオードモジュールのピグテールからＴＦＢのポンプレッグへのスプライスを含み、区分Ｂは、図１に示された実施形態と似た、くびれ領域、スプライス領域、裸ファイバ領域およびコーティングされたファイバ領域を有するＴＦＢを含み、区分Ｃは、異なる光ファイバ間での低屈折率な再コーティングを有するスプライスを含み、区分Ｄは、低屈折率な再コーティングを有するモードアダプターを含み、区分Ｅは、熱を生成する量子欠損領域を有する低屈折率なコーティングをされたイッテイリビウムドープファイバを含み、区分Ｆは、出力の端末キャップにおけるコーティング−裸ファイバの界面を含む。後方反射は、コーティングにおける熱負荷を増加しながら、端末キャップを通じて光をファイバに戻すことができる。連続的な高パワーで動作することが可能なら、これらの妥当な“熱点”の各々は熱破損を被るかもしれないが、本発明の実施形態は、熱破損のいかなる危険も最小にすると同時にシステムがその設計を維持することを可能にするように、そのような熱点に沿って利用することができる。
【００４４】
上記は本発明の実施形態に向けられているものの、他の、および、さらなる本発明の実施形態は、それについて基本的な範囲から外れること無しに案出することができる。さらに当然のことながら、本明細書に記載された様々な実施形態は、記載されたあらゆる他の実施形態との組み合わせにおいて、本明細書に包含される範囲から外れることなしに、利用することができる。加えて、本発明の実施形態は、個別の用途の必要に応じて、追加のクライアントおよびサーバーを許容するために、さらに拡張できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図６】
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【図５】
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【外国語明細書】
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