(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの露出された平坦な金属表面を有する基体を得ることと、
前記基体の前記少なくとも１つの露出された平坦な金属表面上及び光ファイバの少なくとも一部の周りに金属を電着して、前記光ファイバを前記基体に固定するとともに前記光ファイバの少なくとも前記一部を包み込むことであり、前記光ファイバは前記平坦な金属表面と接触し、前記光ファイバは前記平坦な金属表面上でコイル状にされる、ことと
を有し、
前記基体及び前記電着された金属は、前記光ファイバから熱を取り除くように構成される、
方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの露出された平坦な金属表面を有する前記基体を得ることは、
犠牲材料の周りに金属層を電着して、前記平坦な金属表面を形成することと、
前記犠牲材料を除去して、前記電着された金属層中の少なくとも１つの冷却チャネルであって、冷却流体が通り抜けることができる冷却チャネル、を形成することと、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ファイバはポリマーコーティングを有し、
前記金属を電着することは、前記光ファイバの前記ポリマーコーティングの周りに前記金属を電着することを有し、且つ
当該方法は更に、前記光ファイバの一端で前記ポリマーコーティングの一部を除去することを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基体及び前記電着された金属は合計で、前記光ファイバの熱質量を少なくとも約３桁の大きさだけ上回る熱質量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光ファイバの入力及び前記光ファイバの出力で、前記基体及び前記電着された金属をファセット化すること、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属を電着することは、室温で前記金属を電着することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光ファイバの一部が前記電着された金属を通して露出されたままであるようにして、ポートを形成すること、
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光ファイバは前記基体上でコイル状構成を有し、前記光ファイバが、進行方向を反転するまで一方向に面内コイル状経路を辿り、その後、別方向に面内コイル状経路を辿るようにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属を電着することは、前記電着された金属で前記光ファイバを完全に包み込むことを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属を電着することは、前記光ファイバの端部の前記光ファイバの一部のみの周りに前記金属を電着することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
平坦な表面を持つ基体と、
前記平坦な表面と接触した光ファイバであり、前記平坦な表面上でコイル状にされた光ファイバと、
前記基体の前記平坦な表面と接触し且つ前記光ファイバの少なくとも一部を包み込む電着金属と
を有し、
前記基体及び前記電着金属は、前記光ファイバから熱を取り除くように構成されている、
装置。
【請求項１２】
前記光ファイバは、スプライス又は融合ファイバカップラで継ぎ合わされた複数のセグメントを有し、且つ
前記基体及び前記電着金属が、前記スプライス又は融合ファイバカップラを取り囲んでいる、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記基体は、コアと、前記コア上に堆積された金属とを有し、且つ
前記電着金属は、前記基体の前記金属上に位置する、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
当該装置は更に、前記光ファイバの少なくとも一部を取り囲む材料を有し、前記電着金属が該材料の少なくとも一部の周りに位置し、該材料は前記電着金属よりも軟質である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光ファイバはクラッドを有し、且つ
当該装置は更に、前記光ファイバが終端するエンドキャップを有し、前記エンドキャップは、前記基体及び前記電着金属によって少なくとも部分的に包み込まれている、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記基体は、前記平坦な表面を形成する電着金属層を含み、
当該装置は、
前記電着金属層中の少なくとも１つの冷却チャネルであり、冷却流体が通り抜けることができる冷却チャネル、
を更に有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記光ファイバの露出部分の上及び前記電着金属の一部の上に位置する光学膜、
を更に有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記基体及び前記電着金属は合計で、前記光ファイバの熱質量を少なくとも約３桁の大きさだけ上回る熱質量を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
光信号を生成するように構成されたレーザと、
前記光信号を運ぶように構成された、請求項１１乃至１８の何れかに記載の装置と、
を有するシステム。
【請求項２０】
前記基体及び前記電着金属に熱的に結合された伝熱ユニットであり、前記装置から熱を取り除くように構成された伝熱ユニット、
を更に有する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記装置から熱を取り除くために、前記装置内の少なくとも１つの冷却チャネルを通して冷却流体を輸送するように構成された、少なくとも１つの冷却ループ、
を更に有する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
少なくとも１つの露出された平坦な金属表面を有する基体を得ることと、
前記基体の前記少なくとも１つの露出された平坦な金属表面上及び光ファイバの少なくとも一部の周りに金属を堆積して、前記光ファイバを前記基体に固定するとともに前記光ファイバの少なくとも前記一部を包み込むことであり、前記光ファイバは前記平坦な金属表面と接触し、前記光ファイバは前記平坦な金属表面上でコイル状にされる、ことと
を有し、
前記基体及び前記堆積された金属は、前記光ファイバから熱を取り除くように構成される、
方法。
【請求項２３】
前記金属を堆積することは、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、及び化学気相成長技術、のうちの少なくとも１つを用いて前記金属を堆積することを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの露出された平坦な金属表面を有する前記基体を得ることは、
犠牲材料の周りに金属層を堆積して、前記平坦な金属表面を形成することと、
前記犠牲材料を除去して、前記堆積された金属層中の少なくとも１つの冷却チャネルであって、冷却流体が通り抜けることができる冷却チャネル、を形成することと、
を更に有する請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記光ファイバはポリマーコーティングを有し、
前記金属を堆積することは、前記光ファイバの前記ポリマーコーティングの周りに前記金属を堆積することを有し、且つ
当該方法は更に、前記光ファイバの一端で前記ポリマーコーティングの一部を除去することを有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属を堆積することは、室温で前記金属を堆積することを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記光ファイバの一部が前記堆積された金属を通して露出されたままであるようにして、ポートを形成すること、
を更に有する請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記光ファイバは前記基体上でコイル状構成を有し、前記光ファイバが、進行方向を反転するまで一方向に面内コイル状経路を辿り、その後、別方向に面内コイル状経路を辿るようにされる、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、熱管理技術に関する。より具体的には、本開示は、高出力光ファイバの熱マネジメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の装置が、光ファイバを用いて、高出力（ハイパワー）信号の生成、増幅、及び／又は輸送を行っている。例えば、高出力ポンプレーザを用いて、光ファイバのコア内の活性イオンを励起し、エネルギーを付与することができ、そして、それがシグナルビームによって取り出される。ポンプからシグナルへのエネルギー伝達は、当然ながら完全ではなく、結果として熱が生成される。熱は、例えば温度に依存する屈折率や温度勾配によって生じる機械的な応力などのメカニズムを通じて、主要な性能制限要因となる。これらの特性はどちらも、レーザに基づく装置に伴う様々な問題を生み出す。
【０００３】
温度依存性の屈折率に関して、高出力レーザ装置においては、しばしば、高いビーム品質が最も重要なことである。最適なビーム品質を得るためには、全レーザ出力が理想的にシングルモードで搬送され、ビームの断面にわたって振幅及び位相が明確に定められることで、レンズのような単純な光学素子を用いてビームの挙動を操作することができるようにされる。残念ながら、高出力ビームの生成に使用されている従来装置は、２つ以上のモードが存在することを許していることが多い。例えば、大モード面積（Large  Mode  Area；ＬＭＡ）ファイバは、２つ以上のモードを導くことができる。高出力レーザシステムの設計者はしばしば、シングルモードビームが幾つかのモードに分裂するときに起こるものであるモードカップリングを避けるために細心の注意を払っている。温度依存性の屈折率は、モードカップリングを生み出す１つの主要因である。
【０００４】
機械的応力に関して、長期にわたるこれらの応力は、機械的な故障につながり得る。しかしながら、機械的故障が起こる前にも、機械的応力が、モードカップリングひいてはビーム分裂を引き起こす更なるメカニズムであるレンズ効果や応力誘起の複屈折を生じさせる。
【０００５】
結果として、高出力レーザ装置では、しばしば、熱のマネジメントが重要な課題である。１つのコンベンショナルな熱マネジメント技術は、光ファイバを覆って薄い金属の層を堆積することを伴う。金属層の厚さは、光ファイバの寸法に依存して様々であり得る。例えば、金属層の厚さは、５ミクロンから６０ミクロンの間で変わり得る。金属層は典型的に、例えば大きい熱質量を持つ受動的な装置などの、別の構造体上にはんだ付けされる。金属層は、光ファイバからその大きい熱質量へと熱を運び去る。
【０００６】
残念ながら、この手法は様々な欠点を有し得る。例えば、金属層は典型的に、光ファイバから遠ざける熱輸送を制限するボイドを含んでいる。また、より厚い金属層は、デバイス故障をもたらし得るものである剥離応力の増大に悩まされ得る。さらに、金属層と光ファイバのガラスクラッドとの相異なる熱膨張係数に起因して、ファイバ長に限界が存在することが多く、また、高温でのはんだ付けが光ファイバ内に熱応力を生成し得る。一般に、この技術は、デバイス性能を低下させ得る多数の制約及び副次的効果に悩まされる。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、高出力光ファイバの熱マネジメントを提供する。
【０００８】
第１の実施形態において、方法は、少なくとも１つの露出金属表面を有する基体を得ることを含む。この方法はまた、上記基体の上記少なくとも１つの露出金属表面上及び光ファイバの少なくとも一部の周りに金属を電着して、上記光ファイバを上記基体に固定することを含む。上記基体及び上記電着された金属は、上記光ファイバから熱を取り除くように構成される。
【０００９】
第２の実施形態において、装置は、基体と、光ファイバと、上記基体及び上記光ファイバの少なくとも一部の周りに熱的に結合された電着金属とを含む。上記基体及び上記電着金属は、上記光ファイバから熱を取り除くように構成されている。
【００１０】
第３の実施形態において、システムは、光信号を生成するように構成されたレーザと、上記光信号を運ぶように構成された装置とを含む。この装置は、基体と、上記光信号を運ぶように構成された光ファイバと、上記基体及び上記光ファイバの少なくとも一部の周りに熱的に結合された電着金属とを含む。上記基体及び上記電着金属は、上記光ファイバから熱を取り除くように構成されている。
【００１１】
第４の実施形態において、方法は、少なくとも１つの露出金属表面を有する基体を得ることを含む。この方法はまた、上記基体の上記少なくとも１つの露出金属表面上及び光ファイバの少なくとも一部の周りに金属を堆積して、上記光ファイバを上記基体に固定することを含む。上記基体及び上記堆積された金属は、上記光ファイバから熱を取り除くように構成される。特定の実施形態において、上記金属は、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術を用いて堆積される。
【００１２】
その他の技術的特徴が、以下の図面、説明、及び請求項から、当業者には容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
より完全なる本開示及びその特徴の理解のため、ここでは、以下の図を含む添付図面とともに以下の説明を参照する。
【図１Ａ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｂ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｃ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｄ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｅ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｆ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図１Ｇ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。
【図２Ａ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図２Ｂ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図２Ｃ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図２Ｄ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図２Ｅ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図２Ｆ】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。
【図３】本開示に従った光ファイバの熱管理ソリューションを製造するのに使用されるシステムの一例を示している。
【図４Ａ】本開示に従った光ファイバレイアウトの例を示している。
【図４Ｂ】本開示に従った光ファイバレイアウトの例を示している。
【図５】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図６】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図７】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図８】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図９】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図１０】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図１１】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図１２】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図１３】本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。
【図１４】本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する方法の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明される図１Ａ−１４、及び本明細書にて本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に例示によるものであり、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。当業者が理解するように、本発明の原理は、あらゆる種類の好適に構成された装置又はシステムにて実装され得る。
【００１５】
図１Ａ−１Ｇは、本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の一例を示している。図１Ａに示すように、基体１０２が用意され、基体１０２の上又は上方に光ファイバ１０４が配置される。基体１０２は、光ファイバ１０４が例えば高出力レーザシステムなどにおいて使用されるときに、光ファイバ１０４から熱を導き去ることができる。基体１０２は、少なくとも１つの金属から形成されることができ、光ファイバ１０４を部分的あるいは完全に包み込むために、該金属の上に更なる金属が堆積され得る。基体１０２は、例えば、銅基板、又は銅で被覆されたベリリウム若しくはモリブデンの基板など、如何なる好適な金属を含んでいてもよい。基体１０２はまた、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法、例えば約１／８インチ（約３．１７５ｍｍ）の厚さなど、を有していてもよい。
【００１６】
あらゆる好適なタイプの光ファイバ１０４が使用され得る。例えば、１つ又は複数のコアを持つ光ファイバ１０４が使用され得る。また、光ファイバ１０４は、単一の光ファイバ、又は例えばスプライス（継ぎ）を用いることなどによって共に接続された複数の光ファイバを表し得る。使用され得る光ファイバ１０４の具体的なタイプは、溶融石英光ファイバ、及びリン酸塩ドープ光ファイバ若しくはその他のドープト光ファイバを含み得る。
【００１７】
光ファイバ１０４は、当初、支持構造１０６によって、基体１０２の上又は上方で適所に保持され得る。支持構造１０６は、後の金属の堆積が光ファイバ１０４を基体１０２に接続するように基体１０２の上又は近くで光ファイバ１０４を保持することが可能なあらゆる好適構造を表す。例えば、支持構造１０６は、柔軟な不活性シリコーンエラストマから形成された透明なパッド、配管工又はめっき工テープを含み得る。
【００１８】
図１Ｂ−１Ｅに示すように、光ファイバ１０４の一部を包んで、基体１０２上に更なる金属１０８が堆積される。更なる金属１０８は、例えば銅など、あらゆる好適金属を表し得る。また、基体１０２上に更なる金属１０８を堆積することには、例えば、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術など、如何なる好適な堆積技術が使用されてもよい。具体的な一例として、電着技術において、硫酸銅及び硫酸を含有する溶液内に、基体１０２及び光ファイバ１０４が沈められ得る。
【００１９】
更なる金属１０８は、基体１０２の上方に、又は光ファイバ１０４の上方に、好適な高さまで堆積され得る。例えば、一部の実施形態において、更なる金属１０８は、例えば図１Ｄ又は１Ｅに示すように、それが光ファイバ１０４を部分的に包み込むまで堆積され得る。例えば、光ファイバ１０４の少なくとも約５０％が金属で覆われるときなど、如何なる好適な部分的包囲量を得てもよい。他の実施形態において、更なる金属１０８は、例えば図１Ｆ及び１Ｇに示すように、それが光ファイバ１０４を完全に包み込むまで堆積され得る。これらの実施形態においては、所望高さの部分的包囲が得られて光ファイバ１０４が基体１０２に好適に固定されると、支持構造１０６が光ファイバ１０４から取り外され得る。その後、更なる金属１０８の堆積を再開し、更なる金属１０８が基体１０２又は光ファイバ１０４より上の所望の高さを有するまで堆積を続けることができる。
【００２０】
斯くして、基体１０２及び更なる金属１０８が、光ファイバ１０４を少なくとも部分的に包み込む構造を形成する。この構造は、従来手法に付随する問題のうちの１つ、一部、又は全てを回避しながら、光ファイバ１０４から熱を運び去ることにおいて、非常に効果的である。基体１０２及び更なる金属１０８から熱を運び出すために、この構造に１つ以上の受動的又は能動的な冷却装置を結合することができる。このようにして光ファイバ１０４が部分的あるいは完全に包み込まれた後、更なる処理を行い得る。例えば、光ファイバ１０４の端部を研磨することができ、また、装置又はシステムのその他のコンポーネントに光ファイバ１０４を結合するための更なる構造を形成し得る。
【００２１】
図２Ａ−２Ｆは、本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する技術の他の一例を示している。図２Ａに示すように、基体２０２上にマスキング材料２０１及び犠牲材料２０３が形成され、あるいはその他の方法で配される。マスキング材料２０１は、更なる金属が基体２０２上に堆積される空間を画成するために使用され、犠牲材料２０３は、マスキング材料２０１によって画成された空間内に置かれる。しかしながら、マスキング材料２０１の使用は選択的である。犠牲材料２０３は、堆積される金属に包み込まれることが可能であり且つ後に除去されることが可能である材料を表す。例えばワックスプレフォーム又はガリウムプレフォームなど（例えば、約３０℃の融点を持つものなど）、如何なる好適な犠牲材料２０３が使用されてもよい。犠牲材料２０３はまた、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよい。
【００２２】
図２Ｂに示すように、マスキング材料２０１間に、及び犠牲材料２０３を覆って、更なる金属２０８ａが堆積される。如何なる好適量の更なる金属２０８ａが犠牲材料２０３の上に堆積されてもよい。更なる金属２０８ａは、例えば銅など、あらゆる好適金属を表し得る。更なる金属２０８ａはまた、例えば、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術を用いることによるなど、如何なる好適手法で堆積されてもよい。
【００２３】
図２Ｃに示すように、光ファイバ２０４が、この構造の上又は上方に配置され、支持構造２０６を用いて適所に保持される。これらのコンポーネントは、図１Ａ−１Ｇにおける対応するコンポーネント１０４−１０６と同じ又は同様とし得る。次いで、図２Ｄに示すように、光ファイバ２０４の周りに更なる金属２０８ｂを堆積するために、堆積が続けられる。ここでは、更なる金属２０８ｂが光ファイバ２０４を完全に覆っているが、更なる金属２０８ｂは光ファイバ２０４を部分的に覆うのみでもよい。更なる金属２０８ｂは、例えば、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術を用いることによるなど、如何なる好適手法で堆積されてもよい。
【００２４】
元の基体２０２及び更なる金属２０８ａ−２０８ｂが、光ファイバ２０４を囲む構造を形成し、この構造もやはり、従来手法に付随する問題のうちの１つ、一部、又は全てを回避しながら、光ファイバ２０４から熱を運び去ることにおいて、非常に効果的である。基体２０２及び更なる金属２０８ａ−２０８ｂから熱を運び出すために、この構造に１つ以上の受動的又は能動的な冷却装置を結合することができる。
【００２５】
このようにして光ファイバ２０４が部分的あるいは完全に包み込まれた後、更なる処理操作を行い得る。例えば、光ファイバ２０４の端部を研磨することができ、また、装置又はシステムのその他のコンポーネントに光ファイバ２０４を結合するための更なる構造を形成し得る。また、このプロセス中の何らかの時点で、図２Ｅに示すように、マスキング材料２０１を除去することができ、また、図２Ｆに示すように、犠牲材料２０３を除去して冷却チャネル２１０を残すことができる。冷却チャネル２１０は、この構造から熱を取り除くために冷却用の流体がその中を通り抜けることができる構造領域を表す。冷却チャネル２１０は。如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよいが、それらは少なくとも部分的に、犠牲材料２０３と、犠牲材料２０３を周囲の金属の中から除去するために使用される技術とによって定められる。
【００２６】
図１Ａ−２Ｆに示した手法は、その実装に応じて様々な利益を提供することができる。例えば、光ファイバ１０４、２０４を金属で部分的あるいは完全に封入することは、光ファイバを熱マネジメントするための改善された機構を提供する。また、この封入及び光ファイバ１０４、２０４に関連する端面（エンドファセット）ジオメトリは、自由空間及びファイバ結合系の双方をサポートするように制御されることができる。さらに、非常に長い長さを持つ光ファイバをこのようにして封入することができ、従来システムでは典型的に課される長さ制約が緩和される。また、（例えば、電着、金属気相堆積、スパッタリング、又は化学気相成長などにより）低応力的に堆積される金属は、光ファイバとともに従来使用されていた金属層よりも有意に少ないボイドを有し、それにより、堆積された金属の伝熱能力が高められる。それだけでなく、様々な手法（例えば電着など）を用いて、はんだ付けと比較して遥かに低い温度（例えば、室温）で金属を堆積することができ、それにより、遥かに低い応力のみが光ファイバ内に誘起される。加えて、堆積した金属を用いて、共に結合された複数の光ファイバの周りの気密シールを形成することができる。例えば後述するものなど、更なる利益も可能である。
【００２７】
図１Ａ−２Ｆは光ファイバの熱マネジメントを提供する技術例を示しているが、様々な変形が図１Ａ−２Ｆに対して為され得る。例えば、これらの図におけるコンポーネントの相対的なサイズ、形状、及び寸法は、単に例示のためのものである。また、図１Ａ−１Ｇに示した様々な機構が、図２Ａ−２Ｆの中で使用されてもよく、その逆もまた然りである。例えば、マスキング材料２０１又は犠牲材料２０３が、図１Ａ−１Ｇの中で使用されてもよい。さらに、光ファイバ１０４、２０４は、平坦な基体１０２、２０２又は下地金属２０８ａの上に配置されるように図示されているが、基体又は下地金属は平坦である必要はない。例えば、基体１０２、２０２又は下地金属２０８ａが溝を彫られ、その溝の中に光ファイバ１０４、２０４が配置されてもよい。これは、光ファイバと、光ファイバの周りの金属を有する部分との、いっそう容易な配置及び保持を支援する（それにより、金属堆積時間を短縮することができる）。その他に、図１Ａ−２Ｆに示した処理の順序は、実装に応じて変わり得る。加えて、基体１０２、２０２に使用されるとして、及び堆積させる金属として、銅を上述したが、例えば、高導電性金属や、高導電性金属を含有するニッケル銀のような合金など、様々なその他の金属（金属合金を含む）も使用され得る。最後に、ここでは、光ファイバ２０４の下に単一のリセス２０３を示しているが、或る構造は、如何なる数のリセス２０３を如何なる位置に含んでいてもよい。
【００２８】
図３は、本開示に従った光ファイバの熱管理ソリューションを製造するのに使用されるシステム３００の一例を示している。図３に示すように、システム３００は、電鋳溶液３０４を入れる容器３０２を含んでいる。容器３０２は、電鋳溶液を入れる又は保持するように構成されたあらゆる好適構造を表す。電鋳溶液３０４は、例えば銅などの金属を別の構造体上に電着するために使用されることができるあらゆる溶液を表す。具体的な一例として、電鋳溶液３０４は、約１０重量％から約１２重量％の硫酸を含む溶液内に硫酸銅を含み得る。
【００２９】
システム３００はまた、陽極接続３０８及び陰極接続３１０に電気的に結合される電圧源又は電流源３０６を含んでいる。電圧源又は電流源３０６は、電鋳溶液３０４を流れる電流を生成するように構成されたあらゆる好適構造を表す。接続３０８−３１０は、システム３００のその他のコンポーネントをそれに電気的に結合することができるあらゆる好適構造を表す。
【００３０】
金属陽極３１２が、陽極接続３０８に結合されるとともに、陽極バッグ３１４内に収容され得る。金属陽極３１２は、例えば銅などの（１つ以上の）金属から形成され得る。陽極バッグ３１４は、金属陽極３１２の周りに粒子状物質を集めるために使用され得る。電鋳溶液３０４内の銅又はその他の（１つ以上の）金属は、金属陽極３１２を起源とし得る。
【００３１】
この例において、固定治具３１６及びサムスクリュー３１８を用いて、アセンブリ３２０を適所に保持している。アセンブリ３２０は、ここでは、図１Ａ−１Ｇの基体１０２、光ファイバ１０４、及び支持構造１０６を含んでいる。それに代えて、アセンブリ３２０は、図２Ａ−２Ｆの基体２０２、光ファイバ２０４、及び支持構造２０６、又は、基体と少なくとも部分的に包み込まれるべき光ファイバとを含むその他の好適構造を含んでいてもよい。固定治具３１６は、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよく、また、如何なる好適材料から形成されていてもよい。サムスクリュー３１８は、例えばナイロンなどの何らかの好適材料から形成され得る。なお、しかしながら、アセンブリ３２０を電鋳溶液３０４内に保持することには、その他の好適機構が用いられてもよい。
【００３２】
アセンブリ３２０の金属基体が陰極接続３１０に電気的に結合される。金属基体の一部はマスキング材料３２２で覆われている。電流が電鋳溶液３０４を流れるとき、それにより、マスキング材料３２２によって覆われていない金属基体の（１つ以上の）露出表面上に、金属が電着される。マスキング材料３２２は、（１つ以上の）如何なる好適材料から形成されてもよく、また、例えば金属基体の頂面を除く全表面など、金属基体の（１つ以上の）如何なる好適部分を覆っていてもよい。
【００３３】
電鋳溶液３０４は、電着プロセス中、何らかの好適手法で、容器３０２内で撹拌され得る。例えば、容器３０２内の磁性インペラ（羽根車）３２４が、容器３０２の外部の磁気アクチュエータ３２６を用いて動かされ得る。しかしながら、如何なる好適な攪拌機がシステム３００で使用されてもよい。
【００３４】
電着プロセスにおいて、サムスクリュー３１８を用いてアセンブリ３２０が固定治具３１６に固定され、固定治具３１６及びアセンブリ３２０が電鋳溶液３０４の中まで下降され得る。電圧源又は電流源３０６を用いて、電鋳溶液３０４を流れる電流が作り出され、それにより、金属が、アセンブリ３２０の（１つ以上の）露出金属表面上に堆積させられる。
【００３５】
電着は、アセンブリ３２０内の光ファイバ１０４、２０４を、所望の高さまでゆっくりと包み込むことができる。光ファイバの部分的な包囲が望まれる場合、アセンブリ３２０上への金属の堆積は、所望の高さの包囲が得られるまで継続され得る。その点で、電鋳溶液３０４を流れる電流を止めることができ、そして、固定治具３１６及びアセンブリ３２０を容器３０２から取り出すことができる。
【００３６】
光ファイバの完全な包囲が望まれる場合、アセンブリ３２０上への金属の堆積は、望ましい量（例えば、少なくとも約５０％など）だけ光ファイバが包囲されるまで継続され得る。電鋳溶液３０４を流れる電流を止め、固定治具３１６及びアセンブリ３２０を容器３０２から取り出し、そして、アセンブリ３２０を固定治具３１６から取り外すことができる。次いで、支持構造１０６、２０６を有しないアセンブリ３２０を固定治具３１６に固定して、電鋳溶液３０４の中に戻すことができ、あるいは、固定治具３１６を用いずにアセンブリ３２０を電鋳溶液３０４の中に戻すことができる。そして、再び電鋳溶液３０４に電流を与えることによって、光ファイバの包囲を完了させることができる。
【００３７】
電着プロセスに使用される（１つ以上の）金属、並びに該（１つ以上の）金属の厚さ及び密度は、様々なファクタに基づいて選定され得る。例えば、（１つ以上の）金属、厚さ、及び密度は、所望の熱伝導率のレベルに基づいて、及び少なくとも部分的に包み込まれる光ファイバ１０４、２０４に基づいて選定され得る。この選択に影響を及ぼし得る光ファイバの特性は、光ファイバの絶縁パラメータ、光ファイバと金属との間の熱的な接触若しくは界面抵抗、光ファイバのコア及び（１つ以上の）ガラスクラッドのジオメトリの違い、電鋳に先立っての光ファイバの（１つ以上の）ガラスクラッドの表面処理及び活性化、並びに、光ファイバとともに使用されるファイバースプライスのジオメトリ及び材料を含む。光ファイバのコア及び（１つ以上の）ガラスクラッドのジオメトリの違いは、異なるタイプの光ファイバで異なり得るものであるコア及びコア光モードの直径並びにクラッドの直径を含み得る。特定のデバイスに関わる電着プロセスにおける具体的な選定は、実験的に決定されることができ、理想的には、それらの条件は、電着される金属と光ファイバとの界面における微小ボイド形成を抑制あるいは最小化することができるものである。
【００３８】
図３は、光ファイバの熱管理ソリューションを製造するのに使用されるシステム３００の一例を示しているが、様々な変形が図３に対して為され得る。例えば、光ファイバの少なくとも一部の周りに金属を電着することには、その他の好適システムも使用され得る。また、銅を電鋳するとして記述していることが多いが、多様なその他の金属も使用され得る。加えて、上述のように、光ファイバを部分的あるいは完全に包み込むために基体上に金属を堆積させることには、例えば金属気相堆積、スパッタリング、又は化学気相成長などの、その他の堆積技術が使用されてもよい。
【００３９】
図４Ａ及び４Ｂは、本開示に従った光ファイバレイアウト例４００、４５０を示している。光ファイバレイアウト４００、４５０は、基体又は下地金属の上での光ファイバの取り得る構成を表しており、この後に、金属堆積プロセスを用いて光ファイバが部分的あるいは完全に金属で包囲される。
【００４０】
図４Ａに示すように、レイアウト４００は、基体１０２、２０２上にコイル（渦巻き）状のようなやり方で配置された光ファイバ１０４、２０４を含んでいる。光ファイバ１０４、２０４の一端４０２が入力を表し、光ファイバ１０４、２０４の他端４０４が出力を表す。光ファイバ１０４、２０４の端部４０２−４０４で、基体１０２、２０２は、例えば約５°など、角度を付けられてもよい。しかしながら、如何なる好適な（１つ以上の）端面ジオメトリがサポートされてもよい。また、（１つ以上の）端面ジオメトリは、例えば研磨によってなど、如何なる好適手法で形成されてもよい。
【００４１】
入力端４０２から出力端４０４まで移動するに、光ファイバ１０４、２０４は、基体１０２、２０２の中央部４０６付近で進行方向を反転するまで一方向（この例では反時計回り）に、面内コイル状経路を辿っている。その後、光ファイバ１０４、２０４は、出力端４０４に至るまで別方向（この例では時計回り）に、面内コイル状経路を辿っている。
【００４２】
図４Ｂのレイアウト４５０も同様の構成を有している。しかしながら、図４Ｂの光ファイバ１０４、２０４はいっそう長くて多数の巻きを含んでおり、それらの巻きが互いにいっそう近くに配置されている。所与の基体上の光ファイバの最大巻き数は、光ファイバの製造者によって推奨される最小曲げ半径に基づき得る。光ファイバ１０４、２０４の曲げ半径を最小曲げ半径よりも大きく維持することは、マイクロベンド損失を抑制あるいは最小化する助けとなり得る。
【００４３】
図４Ｂにおいて、基体１０２、２０２は、複数のマウント穴４５２を含んでいる。これらの穴４５２は、基体１０２、２０２を所望の位置にマウントするためにボルト又はその他の接続機構を用いることができる領域を表す。各穴４５２、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよい。各穴４５２はまた、例えばドリル加工によるなどの如何なる好適手法で形成されてもよい。加えて、基体には、（１つ以上の）如何なる好適位置で如何なる数のマウント穴４５２が設けられてもよい。なお、しかしながら、マウント穴４５２の使用は選択的であり、その他の機構を用いて基体を所望位置に固定してもよい。
【００４４】
図４Ａ及び４Ｂの双方において、下地の基体１０２、２０２（又は下地金属２０８ａ）は、光ファイバ１０４、２０４のコイル状経路を画成する１つ以上の凹部（リセス）を形成するようにエッチングされ得る。そして、光ファイバ１０４、２０４が、金属堆積プロセスに先立って、（１つ以上の）凹部内に配置され得る。一部の実施形態において、光ファイバ１０４、２０４の小さい部分が、テープ又はその他のコネクタによって、下地の基体又は金属に固定されてもよく、そして、光ファイバを下地の基体又は金属に固定するように金属堆積が行われ得る。その後、テープ又はその他のコネクタを除去することで、それまで覆われていた光ファイバ部分が金属で覆われ得るようにし、金属堆積プロセスが完成され得る。
【００４５】
このように光ファイバ１０４、２０４を巻くことは、幾つかの利益を有し得る。例えば、光ファイバ１０４、２０４を巻くことは、大きい長さのファイバを基体１０２、２０２上に配置することを可能にし得る。これは、下地の基体１０２、２０２のサイズを縮小する助けとなり、それにより、この光ファイバを使用する装置又はシステムの全体サイズ及び重量を有意に低減し得る。しかしながら、いっそう長い長さを持つ光ファイバのみがここで使用され得る光ファイバであるというわけではない。金属への封入の恩恵を受け得るその他のタイプのファイバは、より高いパルスエネルギーの、より短いパルスを有する信号とともに使用される高吸収性の短い光ファイバを含み得る。また、ポリマーコーティングを有する光ファイバは、堆積される金属に直接的に埋め込まれることができる。
【００４６】
図４Ａ及び４Ｂは光ファイバレイアウト例４００、４５０を示しているが、様々な変形が図４Ａ及び４Ｂに対して為され得る。例えば、少なくとも部分的に金属で包み込まれる光ファイバは、その他の如何なる好適なコイル状又は非コイル状のレイアウトを有していてもよい。例には、むき出し（ベア）のファイバ、スラブ導波路、及び規則的若しくは不規則なコイル状ジオメトリが含まれる。
【００４７】
図５−１３は、本開示に従った光ファイバで実装され得る機構例を示している。これらの機構のうちの何れか、又はこれらの機構のうちの何らかの組み合わせが、例えば図１Ａ−２Ｆに示したデバイスとともに使用され得る。
【００４８】
図５に示すように、光ファイバ１０４、２０４の一実施形態例は、コア５０２、ガラスクラッド５０４、及びポリマークラッド５０６を含む。ポリマークラッド５０６は、光ファイバと周囲の金属との間のＣＴＥ不整合を受け入れる弾性ある接合部として作用することができる。また、ポリマークラッド５０６は、周囲の金属の中に完全に埋め込まれることができるので、ポリマークラッド５０６の使用に付随する問題が大いに抑制される。
【００４９】
また、図５に示すように、この構造の端面（エンドファセット）５１０付近の領域で、ポリマークラッド５０６の一部５０８が除去されている。例えばポリマークラッド５０６をのうちの最大で約４０μｍ又はそれより多くなど、ポリマークラッド５０６の如何なる好適部分５０８が除去されてもよい。ポリマークラッド５０６のこの部分５０８の除去は、信号５１４が光ファイバ１０４、２０４に入る箇所でのポリマークラッド５０６の燃焼又は溶融を回避する助けとなり得る。ここで見て取れるように、ポリマークラッド５０６は周囲の金属によって完全に封入されており、故に、金属が、ポリマークラッド５０６の部分５０８が除去された領域の周りに気密シールを形成し得る。
【００５０】
この構造の端面５１０は、光学膜５１２で覆われている。光学膜５１２は、光ファイバ１０４、２０４への信号５１４のカップリングを容易にし得る。光学膜５１２は、例えば反射防止コーティングなどの、（１つ以上の）好適な膜を含んでいる。
【００５１】
光学膜５１２はまた、光ファイバ１０４、２０４が位置する開口（すなわち、光ファイバの露出部分）の外側に、周囲金属上まで延在している。ガラス及び金属の双方の領域を一緒に光学膜でコーティングすることの方が容易であることが多いので、これは有益であり得る。さらに、ガラス及び金属の複合的な大きいファセットを持つことは、後続の洗浄手順を単純化する。というのは、片持ち梁型のファイバ先端を用いるジオメトリとは対照的なことに、ファイバボディの全体が機械的に支持されるからである。
【００５２】
端面５１０は、例えば構造の研磨及び洗浄を行うことなどにより、如何なる好適手法で如何なる好適角度に刻まれてもよい。刻まれる端面５１０付近にポリマークラッド５０６が存在しないことは、端面５１０の研磨及び洗浄を行うことの容易さを増す助けとなる。さらに、ポリマー材料を端面５１０よりも奥に置くことは、高出力動作において有用であり得る。何故なら、ポリマーの脱ガス、溶融、又は燃焼は、ファセットの高出力領域を汚染させてファセットの不具合につながり得るものだからである。ポリマーを奥に追いやることは、ファセットの信頼性を大いに向上させる助けとなる。
【００５３】
信号５１４は、例えばポンプレーザなどの何らかの好適ソースによって提供され得る。信号５１４は、ここでは、実線と破線の双方によって表されている。実線は、光ファイバ１０４、２０４のクラッド５０４に入る信号５１４の部分を表し、破線は、クラッド５０４の外への信号５１４のスピルオーバー（溢れ）を表すとし得る。このスピルオーバーは、ヒートシンクに直に接続されるマウントの金属部分にぶつかるので容易に対処され得る。それは故に、光ファイバ１０４、２０４の加熱を殆ど又は全くもたらさず、ポリマークラッド５０６の燃焼をもたらさない。
【００５４】
光ファイバ１０４、２０４の周りの堆積金属の使用は、端面作成を大いに単純化する助けとなる。堆積された金属は、端面５１０まで至る実効的なヒートシンク機能を提供することができる。さらに、堆積された金属は、端面５１０を形成するための構造の研磨を単純化し得る頑丈（ソリッド）な機械マウントを提供する。また、研磨後に、光ファイバ１０４、２０４と周囲金属との間に平らな接合部が存在することができ、それにより、構造の洗浄が単純化され得る。端面５１０の使用もまた有益であり得る。例えば、端面５１０に鋭いエッジを作り出すことができ、それが、光を散乱し得る意図せぬベベルによる望ましくない影響を抑制あるいは回避する助けとなる。これは、ピグテール型ポンプダイオード、ピグテールアレイ、又はその他同様のタイプのシステムを用いる特定の用途を見出し得る。
【００５５】
また、端面５１０は、反射されたシグナル光がポリマークラッド５０６に侵入することができるように、十分に角度を付けられ得る。ファセット角及びクラッド５０６の屈折率が、この機能をサポートするように連係される。ファセット角が小さすぎる場合、反射された光は、ガラスクラッド５０４とポリマークラッド５０６との界面によって全内部反射され得る。ポリマー侵入の発現に関する閾ファセット角の計算は、ガラスクラッド及びポリマークラッドの所与の屈折率の値に対して簡単である。アクティブファイバーは通常、ガラスクラッドに対する規定の光学開口数（ＮＡ）を有する。そして、上述の閾ファセット角は、ガラスクラッド５０４の屈折率をｎとして、ａｓｉｎ（ＮＡ）／ｎによって与えられる。
【００５６】
端面５１０はまた、望ましくないレーザ発振（レージング）モードである寄生モードの生成を回避する助けとなる。例えば、増幅器が全くレーザ発振しないことになっていても、光ファイバの利得が十分に高い場合にレージングループが生じることがあるが、これは利得媒体からエネルギーを奪うものである。角度を付けた端面の使用により、レージングループが抑圧される。最大の抑圧を得るため、ファセット角が、ポリマークラッド５０６への侵入が起こるのに十分な大きさにされる。この目的のためのポリマークラッド５０６の関連特性は、その屈折率、吸収、及び、活性利得媒体から放出される蛍光の拡散的散乱である。完全に最適化されたシステムにおいては、ポリマーの厚さ及びその弾性特性とともに、これら３つの特性が設計パラメータである。
【００５７】
図６に示すように、光ファイバ１０４、２０４は、図５の光ファイバと同じ構造を有する。しかしながら、この例においては、光ファイバ１０４、２０４の一端に隣接して、エンドキャップ６１６が形成されている。エンドキャップ６１６は、光ファイバ１０４、２０４が終端するところの例えばアンドープのガラスなどの材料の領域を表す。エンドキャップ６１６は、例えば少なくとの約１ｍｍの長さなど、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよい。
【００５８】
エンドキャップ６１６は、光ファイバ１０４、２０４に当接する気密シールを形成することができる。また、エンドキャップ６１６から光ファイバ１０４、２０４への応力下の遷移領域が保護され得る。何故なら、それが、周囲の金属によって完全に封入されているとともに、周囲の金属を用いて完全にヒートシンクされることができるからである。この例においては、信号６１４が、エンドキャップ６１６を通じて光ファイバ１０４、２０４のガラスクラッド５０４に入ることができるとともに、信号６１８が、エンドキャップ６１６を通じて光ファイバ１０４、２０４のコア５０２を退出して広がることができる。故に、大型のエンドキャップ６１６を用いて、光ファイバのクラッド５０４にポンプレーザを結合することができる。ポンプエネルギーのスピルオーバー及び関連する熱生成は、デバイスのバルクのファセットを離れて起こり得る。
【００５９】
なお、エンドキャップ６１６はしばしば、光ファイバ１０４、２０４の残部とは一致しない形状にされることができ、エンドキャップ６１６につながる遷移領域はしばしば、でこぼこな形状を有する。堆積される金属は、従来技術よりも、このような変わりゆく形状に遥かに容易に従うことができ、それにより、製造プロセスが単純化されるとともに、ヒートシンク能力が向上される。
【００６０】
図７は、図５に示したものと同様の構造を示している。しかしながら、図７においては、光ファイバ１０４、２０４を覆う更なる金属１０８、２０８ｂが、１つ以上のポート７０２を含むように変更されている。（１つ以上の）ポート７０２は、実装に応じた１つ以上の目的を果たし得る。
【００６１】
例えば、一部の実施形態において、ポリマークラッド５０６が、信号波長で損失を組み入れ得るとともに、散乱又は拡散を生じさせ得る。また、構造の端面５１０が、反射されガイドされる増幅自然放出（ＡＳＥ）をガラスクラッド５０４又はポリマークラッド５０６に投入するのに十分な大きさのファセット角を有し得る。ポート７０２は、ポリマークラッド５０６中を進行する信号によって生成される蛍光が逃げ出ることを可能にする。
【００６２】
他の実施形態において、光ファイバ１０４、２０４は、ポリマークラッド５０６を欠いていてもよい。結果として、ガラスクラッド５０４と周囲の金属との間の界面で反射される寄生モードの可能性が存在する。複数のポート７０２を用いることにより、光ファイバ１０４、２０４の複数のセクションが、露出されたままにされて（金属で完全に包み込まれずに）、そのような寄生モードに関する反射率を低減あるいは最小化し得る。
【００６３】
ポート７０２の各々は、例えば金属堆積プロセスにおいて光ファイバ１０４、２０４の一部をマスキングすることによってなど、如何なる好適手法で形成されてもよい。また、各ポート７０２は、如何なる好適なサイズ、形状、及び寸法を有していてもよく、例えば光ファイバ１０４、２０４に対して横断方向又は長手方向など、如何なる好適な配置を有していてもよい。
【００６４】
図８は、光ファイバ１０４、２０４が、スプライス（継ぎ）８０６にて継ぎ合わされた複数のセグメント８０２−８０４に分割される一構造例を示している。スプライス８０６は典型的に、２つのファイバ片を局所的に溶融させてそれらを融合することによって作り出される。スプライスは、例えば、ドープされたセグメントとアンドープのセグメントに関して、相異なるドーピング濃度のセグメントに関して、増幅器ファイバに結合されるシグナルファイバ及びポンプファイバの束（テーパードファイバカップラとして知られる）に関して、複数のモードファイバに関して、複数のモード場アダプタに関してなどで、共通又は異なる特性を持つファイバ片同士を継ぎ合わせるために作り出されることができる。スプライス領域は、バルクファイバよりも脆弱な傾向にあるとともに、加熱をもたらすものである散乱光及び場合により吸収を生成する傾向にある。
【００６５】
スプライス８０６は、構造の再被覆セクション８０８の中に置かれている。再被覆セクション８０８とは、光ファイバセグメント８０２−８０４が継ぎ合わされた後に金属堆積技術又はその他の技術によって金属が付加され得る領域を意味する。ここに示すように、スプライス８０６の位置で光ファイバを逃げ出る幾らかの散乱光８１０が存在し、それにより、周囲金属によって取り除かれる熱が生成される。周囲金属はまた、散乱光８１０を終端させるように作用する。堆積される金属の共形性が、構造的及び熱的の双方でスプライス８０６を保護する。
【００６６】
図９において、基体１０２、２０２は、金属層９０４によって少なくとも部分的に取り囲まれたコア９０２を用いて実装されている。コア９０２は、例えばベリリウム又はモリブデンなど、（１つ以上の）如何なる好適材料をも表し得る。コア９０２は、低いＣＴＥと高い熱伝導率とを有し得る。金属層９０４は、例えば銅などのその他の金属が上に堆積されることが可能な、（１つ以上の）好適な金属を含む。金属層９０４はそれ自体、例えば電着によるなど、如何なる好適手法で形成されてもよい。
【００６７】
また、図９において、金属は光ファイバ１０４、２０４上に直接には堆積されていない。むしろ、光ファイバ１０４、２０４は、軟質の材料層９０６によって囲まれており、この材料層９０６の周りに金属が堆積されている。材料層９０６は、例えば銀、鉛、ガリウム、又はインジウムなど、高い熱伝導率を持つ如何なる好適材料を含んでいてもよい。一具体例として、より柔らかいリン酸塩ガラス又はフルオロリン酸塩ファイバとともに使用される金属の展性を高めるように、及びそれらの異なるＣＴＥに基づく物理的な損傷を生じさせないように、鉛めっきが使用され得る。
【００６８】
図１０−１２は、図１Ａ−２Ｆに示した構造を使用し得るシステム例を示している。図１０においては、ポンプレーザ１００２が、少なくとも部分的に金属で包み込まれた光ファイバ１０４に与えられる信号を生成する。信号は、光ファイバ１０４を退出して、出力光学系１００４に与えられ得る。出力光学系１００４は、ミラー、スプリッタ、レンズ、又は、信号を更に変更あるいは案内し得るその他の光学素子を含み得る。
【００６９】
少なくとも１つの伝熱ユニット１００６が、１つ以上の位置で、光ファイバ１０４を取り囲む金属に熱的に結合され得る。各伝熱ユニット１００６は、光ファイバ１０４を取り囲む金属から熱を、如何なる好適手法で取り除いてもよい。例えば、伝熱ユニット１００６は、例えば１つ以上のヒートパイプ、メタルスプレッダ、ヒートシンク、熱電冷却器、又は送風機など、熱を消散するように設計された受動的若しくは能動的な冷却システムを表し得る。
【００７０】
図１１においては、ポンプレーザ１００２が、少なくとも部分的に金属で包み込まれた光ファイバ２０４に与えられる信号を生成する。信号は、光ファイバ２０４を退出して、出力光学系１００４に与えられ得る。この例では、ポンプ１１０２を含んだ冷却ループによって冷却が提供される。ポンプ１１０２は、光ファイバ２０４の周りの金属内に形成された冷却チャネル２１０に、例えば液体又は気体などの流体を送り込むことができる。流体は、光ファイバ２０４の周りの金属から熱を取り除くために使用され得る。如何なる好適な流体が使用されてもよく、ポンプ１１０２は、流体の流れを作り出す如何なる好適構造をも表す。なお、図１１のシステムにおいても、１つ以上の伝熱ユニット１００６が使用されてよい。
【００７１】
図１２においては、光ファイバ２０４を冷却するために複数の冷却ループが使用される。この例では、第１の流体が、ポンプ１２０２によって、光ファイバ２０４を取り囲む金属内の冷却チャネル２１０内でポンプされる。そして、この第１の冷却ループ内の上記流体を冷却するために、第２の冷却ループ１２０４が使用される。特定の実施形態において、第１の冷却ループ内の流体は液体金属を表し、ポンプ１２０２は電磁ポンプを表す。しかしながら、マルチループ冷却システムは、（１つ以上の）如何なる好適な流体及び（１つ以上の）如何なる好適なポンプを含んでいてもよい。なお、また、マルチループ冷却システムは、３つ以上の冷却ループを含んでいてもよい。なお、さらに、図１２のシステムにおいても、１つ以上の伝熱ユニット１００６が使用されてよい。
【００７２】
図１３は、光ファイバ１０４、２０４の全体を覆っての金属の堆積が必ずしも必要でないことを例示している。例えば、図１３では、更なる金属１０８、２０８ｂは、熱の除去が最も必要とされる領域を表し得る光ファイバ１０４、２０４の端部の位置又はその付近のみに堆積され得る。更なる金属１０８、２０８ｂは、基本的に、ヒートシンク又はその他の受動的若しくは能動的な伝熱装置に留められ得るコネクタピースを形成し得る。なお、しかしながら、更なる金属１０８、２０８ｂは、光ファイバ１０４、２０４に沿ったその他の位置又は更なる位置に堆積されてもよい。なお、また、ここでは示されていないが、少なくとも１つのリセス２０３が、光ファイバ１０４、２０４を取り囲む金属内に形成されてもよい。なお、さらに、下地の基体１０２、２０２、又は下地の金属２０８ａは、光ファイバ１０４、２０４の下で連続である必要はなく、同様に指定の位置のみで光ファイバ１０４、２０４を接触していてもよい。
【００７３】
図５−１３は、光ファイバとともに実装され得る機構の例を示しているが、様々な変形が図５−１３に対して為され得る。例えば、図５−１３は、堆積される金属で光ファイバが少なくとも部分的に包み込まれる構造に組み入れられ得る様々な機構を、単に例示することを意図したものである。なお、これらの機構のうちの１つ又は２つ以上が使用され得る。また、ここには示さない更なる機構も使用され得る。
【００７４】
図１４は、本開示に従った光ファイバの熱マネジメントを提供する方法１４００の一例を示している。図１４に示すように、ステップ１４０２にて、基体が取得される。これは、例えば、銅板、銅めっきを有するベリリウム若しくはモリブデンの基体、又はその他の好適な基体１０２、２０２を得ることを含み得る。
【００７５】
場合により、ステップ１４０４にて、基体の上に犠牲材料が配置され、犠牲材料の上に金属が堆積され得る。これは、例えば、基体２０２上に犠牲材料２０３を形成し、あるいはその他の方法で配置し、犠牲材料２０３の上に金属２０８ａを堆積することを含み得る。更なる金属２０８ａは、例えば、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術を用いることによるなど、如何なる好適手法で堆積されてもよい。
【００７６】
ステップ１４０６にて、この基体の上に光ファイバが配置される。これは、例えば、固定治具３１６又はその他の構造を用いて、基体１０２、２０２の上で光ファイバ１０４、２０４を保持することを含み得る。これはまた、エラストマーの又はその他の支持構造１０６、２０６を用いて光ファイバ１０４、２０４上に力を広げることを含み得る。
【００７７】
ステップ１４０８にて、光ファイバの少なくとも一部の周りに金属が堆積される。これは、例えば、堆積プロセスを実行して、光ファイバ１０４、２０４の少なくとも一部の周りに銅又はその他の（１つ以上の）金属１０８、２０８ｂを堆積することを含み得る。これは、下に位置する基体１０２、２０２又は金属２０８ａに光ファイバ１０４、２０４を物理的に接続する助けとなる。例えば、電着技術、金属気相堆積技術、スパッタリング技術、又は化学気相成長技術など、如何なる好適な堆積技術が使用されてもよい。
【００７８】
堆積プロセスは、金属が一定の速さ又は可変の速さで堆積されるように制御され得る。例えば、堆積プロセスは、当初において、光ファイバ１０４、２０４の下側部分に沿ってゆっくりめに金属を堆積し得る。下に位置する基体１０２、２０２又は金属２０８ａに光ファイバ１０４、２０４を固定するための、光ファイバ１０４、２０４の下側部分の十分なカバレッジが達成されると、堆積プロセスは、速めに金属を堆積して当該堆積プロセスを完了させ得る。また、電着プロセスにおいては、堆積される金属内での有意なボイド形成を回避するために、電鋳溶液３０４を流れる電流が、プロセス全体において十分に低く保たれ得る。
【００７９】
場合により、ステップ１４１０にて、犠牲材料が金属から除去される。これは、例えば、ドリル加工又はその他の好適プロセスによって犠牲材料２０３を除去することを含み得る。これは、それを通って冷却流体が流れることが可能な少なくとも１つの冷却チャネル２１０を、金属内に形成する。
【００８０】
望ましい場合には、ステップ１４１２にて、堆積された金属が、１つ以上の伝熱ユニットに熱的に結合される。これは、例えば、封入された光ファイバ１０４、２０４を、１つ以上のヒートパイプ、メタルスプレッダ、ヒートシンク、熱電冷却器、又は送風機に取り付けることを含み得る。この時点で、製造された構造は、何らかの好適な信号を運ぶために使用されることができる。
【００８１】
図１４は、光ファイバの熱マネジメントを提供する方法１４００の一例を示しているが、様々な変形が図１４に対して為され得る。例えば、一連のステップとして示されているが、図１４の様々なステップは、重なり合っていてもよいし、並行して行われてもよいし、異なる順序で行われてもよいし、あるいは複数回にわたって行われてもよい。
【００８２】
なお、光ファイバを少なくとも部分的に囲んで金属を堆積するための異なる技術は、それらの技術がそのように実行されるかに応じて異なる利益を有し得る。例えば、電着技術は、短め及び長めのファイバインターコネクトに等しく適用可能であり、それにより、高出力及び低−中出力の双方の用途オプションに対処し得る。また、電着技術は、チップ型、サンドイッチ型、及び平面型の設計を含め、数多くの半導体レーザ設計とともに使用されることができる。さらに、電着技術を用いて、実質的にボイドのない構造を形成することができ、基体及び堆積金属を厚くすることができ、それらは、光ファイバの熱質量をかなりの量（例えば、少なくとも３桁の大きさ）上回る熱質量を有することができる。その上、電着された金属は、ファイバの絶縁ガラスと金属との間の界面的な熱抵抗を低減あるいは最小化し得るとともに、改善あるいは最適化されたヒートスプレッディング及びヒートシンキングの能力を提供し得る。また、電着は、似ていない材料（例えば、ガラス−銅の組み合わせ）を有するアセンブリにおいて低い残留応力形成を達成し得る。
【００８３】
加えて、電着を用いて、単にランダムな構造ではなく、熱輸送を支援し得る明確に定められた形状を形成することができる。例えば、技術的に優れた金属ヒートシンクは、支配的な熱質量を有し且つ所望の熱拡がりを提供する望ましい断面を有し得るそのベースに主として注目した熱スプレッドモードを提供することができる。そして、ファイバに基づくレーザキャビティは、寄生発振を抑制あるいは最適化して、予測可能なレーザ発振を有することができる。図４Ａ及び４Ｂに示した螺旋パターンは、これの良い一例であり、下に位置する基体（ベース）は、光ファイバ自体の熱質量と比較して大きい熱質量によって特徴付けられる。螺旋構成にて配置された光ファイバと適切にインテグレートされるとき、ファイバループ間の熱勾配が無視できるほど小さくなることができ、ファイバループ内の温度場がほぼ均一になり得る。
【００８４】
電着技術は多数の利益を有するが、本開示は電着技術だけに限定されない。光ファイバを少なくとも部分的に包み込むことには、例えば金属気相堆積、スパッタリング、又は化学気相成長など、その他の堆積技術も使用され得る。これらの堆積技術の各々がそれ自身の強みを有し得る。
【００８５】
本特許文献の全体を通して使用される特定の単語及びフレーズの定義を説明しておくことが有益であるかもしれない。用語“含む”及び“有する”、並びにこれらの派生語は、限定なしでの包含を意味する。用語“又は”は、及び／又はを意味する包括的なものである。“〜と関連付けられる”なる言い回し、及びその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれる、〜と相互接続される、〜を含有する、〜内に含有される、〜に又は〜と接続する、〜に又は〜と結合する、〜と通信可能である、〜と協働する、〜と交互である、〜隣り合う、〜に近接した、〜に又は〜と結合される、〜を有する、〜の特性を有する、〜に又は〜と関係を有する、又はこれらに類するものを意味し得る。“〜のうちの少なくとも１つ”なる言い回しは、アイテムのリストとともに使用されるとき、リストアップされたアイテムのうちの１つ以上の様々な組み合わせが使用され得ることを意味し、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされることもある。例えば、“Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ”は、以下の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、及びＡとＢとＣ、のうちの何れをも含む。
【００８６】
本開示は、特定の実施形態及び概して関連する方法を述べてきたが、これらの実施形態及び方法の改変及び並べ替えが当業者に明らかになる。従って、以上の実施形態例の説明は、本開示を定めたり制約したりするものではない。以下の請求項によって規定される本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、その他の変形、代用、及び改変も可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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