(57)【要約】【課題】ＹＡＧ溶接で溶解した金属飛沫が光アイソレータの光学面に付着することのないインライン光アイソレータを提供する。【解決手段】一対のファイバコリメータ101、102と、これ等間に配置され偏光分離素子とファラデー回転子を含む光アイソレータ103とを備え、光ファイバ1、4とレンズホルダ23、24が収容されるコリメータフェルール31、32先端が光アイソレータの連結部に接合されると共に、コリメータフェルール先端が球面状に成型されかつ円筒状ジョイント軸受け41、42により光アイソレータの連結部が構成されるインライン光アイソレータにおいて、コリメータフェルールに収容された円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側の一部がコリメータフェルールの球面状先端から外方へ突出し、かつ、コリメータフェルールの球面状先端が係合するジョイント軸受けがリング状鍔部51、52を有していることを特徴とする。【選択図】図１
2014041290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと光ファイバから入出射される光を平行光にするコリメートレンズから成る一対のファイバコリメータと、上記一対のファイバコリメータ間に配置されかつ偏光分離素子としての複屈折結晶とファラデー回転子を含む光アイソレータとを備え、光ファイバとレンズホルダが収容されるファイバコリメータのコリメータフェルール先端が上記光アイソレータの連結部に接合されると共に、コリメータフェルール先端が球面状に成型され、かつ、円筒状のジョイント軸受けにより光アイソレータの上記連結部が構成されているインライン光アイソレータにおいて、
上記コリメータフェルールに収容された円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側の一部がコリメータフェルールの球面状先端から外方へ突出し、かつ、コリメータフェルールの球面状先端が係合する円筒状の上記ジョイント軸受けが、その円筒内壁面から筒内中央へ延びるリング状の鍔部を光アイソレータ側に有していると共に、下記数式（１）と数式（２）の条件を満たしていることを特徴とするインライン光アイソレータ。
ｔａｎ-1（Ｈ／Ｌ）≧ｔａｎ-1［ｈ／（ｒ２−ｒ１）］          （１）
ｈ≧Ｒ１−Ｒ                                        （２）
［但し、数式（１）と数式（２）において、Ｈは円筒状のジョイント軸受けの長さから鍔部の厚み分を除いた距離、ｈはレンズホルダのジョイント軸受け側端面とジョイント軸受けにおけるリング状鍔部のレンズホルダ側表面までの距離、Ｌはジョイント軸受けにおけるリング状鍔部先端の円筒内壁面からの長さ、ｒ１はジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口半径、ｒ２は円筒状レンズホルダの外径、Ｒは先端が球面状に成型されたコリメータフェルールにおける球面の半径、および、Ｒ１は光ファイバ端面からレンズホルダのジョイント軸受け側端面までの最長距離をそれぞれ示す。］
【請求項２】
先端が球面状に成型されたコリメータフェルール先端の球面形状の中心が光ファイバ端面にあり、コリメータフェルールにおける球面状先端と円筒状ジョイント軸受けが接する部分の接線と、コリメータフェルールの球面状先端が接する上記ジョイント軸受けにおける円筒上端の平坦面とのなす角度θが３０度から６０度の間にあり、かつ、ジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口直径が、ファイバコリメータから出射されるレーザー光におけるビーム径の３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のインライン光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のファイバコリメータと光アイソレータを具備し、光通信や加工用に使用される高出力レーザーの戻り光対策用に利用される偏光無存型インライン光アイソレータに係り、特に、ＹＡＧ溶接によりインライン光アイソレータの光学系（ファイバコリメータと光アイソレータ）を組み立てる際、ＹＡＧ溶接で溶解した金属の飛沫が光アイソレータの光学面に付着することのないインライン光アイソレータの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工等に使用されているファイバレーザー（希土類添加ファイバを増幅媒体とするレーザー）等では、レーザー共振器外部の光学面や加工面で反射された光がファイバレーザー等のレーザー素子に戻ってくるとレーザー発振が不安定になり、最悪、レーザー素子が破壊されてしまう場合がある。このような反射戻り光がファイバレーザー等のレーザー素子に戻らないようにするため光アイソレータが使用される。
【０００３】
偏光無存型インライン光アイソレータは、特許文献１に見られるように、ファラデー回転子を中央にしてその順方向入射側と順方向出射側に各々複屈折結晶からなる楔形偏光分離素子が配置されると共に、上記偏光分離素子の順方向入射側に、光ファイバとコリメートレンズを組み合わせて成る第一光ファイバコリメータが、そのコリメートレンズを偏光分離素子側に向けて配置され、かつ、上記偏光分離素子の順方向出射側に、光ファイバとコリメートレンズを組み合わせて成る第二光ファイバコリメータが、そのコリメートレンズを偏光分離素子側に向けて配置される構造を有するものである。
【０００４】
そして、加工用レーザーでは１０６４ｎｍ帯が主流であるが、この波長帯のインライン光アイソレータを小型かつ低価格にするためには、ファラデー回転子にＢｉ置換希土類鉄ガーネット（以後、ＢＩＧと略記する）を使うのが有効である。しかし、ＢＩＧを１０６４ｎｍ帯アイソレータに使用すると、回転角４５度当たり１０〜２０％の吸収が伴う。平均パワーおよびピークパワーが高く、かつ、吸収が大きいアプリケーションとなるため、放熱性の良い材料の選定と構造設計が必要であることはいうまでもない。インライン光アイソレータは通信用でも使われているが、その場合は、比較的低い平均パワーおよびピークパワー領域で使用される。従って、類似の構造であっても、設計の予見が大きく異なるものとなる。
【０００５】
ところで、モジュールを組み立てる際、最も問題となるのがビーム径の問題である。加工用レーザー向けでは、パワー密度を下げるために、ビームサイズを極力拡大する必要が生じる。ビームサイズの大きなコリメートレンズは焦点距離が長くなり、より厳しい組み立て精度が要求される。通信用では、対となるコリメートレンズを用いてインラインの光学系を組み立てるために接着剤や半田が用いられる場合もあるが、ビームサイズの大きな加工用レーザー向けではＹＡＧ溶接が一般的である。この場合、部材のコストを下げるためにインライン光アイソレータの構造を簡略化すると、ＹＡＧ溶接時に溶解した金属の飛沫が発生することがあり、金属の飛沫が光アイソレータの光学面に付着して特性を劣化させる問題があった。
【０００６】
対となるコリメートレンズを用いて、低損失なファイバ／ファイバ結合を達成させるためには、一方のコリメートレンズに対して他方のコリメートレンズを精密に調整する必要がある。コリメートレンズと光ファイバが一体となったファイバコリメータ同士の調整は、光線の伝播方向ｚと、垂直面内二軸ｘ、ｙ方向の調整、並びに、ｘ軸回転、ｙ軸回転の調整が必要である。
【０００７】
上記回転調整を行うには自在ジョイント部品が必要で、かつ、調整した後、これを動くことがないよう確実に固定する必要がある。ジョイント部分は、特許文献２、３で示されるように曲面を形成したジョイント軸とこれを受けるジョイント軸受けが必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１-０９０２９１号公報
【特許文献２】実開平１-９２６０７号公報
【特許文献３】特開平９-１５４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ジョイント部の確実な固定を行うためには、ジョイント軸とジョイント軸受けが同じ曲率半径の球面であることが望ましい。しかし、精密な金属の球面軸と球面軸受けは、摺動抵抗が大きくなる。実際、潤滑油なしでは、精密な角度調整ができない。更に、ジョイント軸とジョイント軸受け双方の球面の高精度な加工は、コストを押し上げることとなる。このため、球面状の軸を、円筒形状の筒縁部で受ける構造が適している。
【００１０】
光ファイバ１、４とレンズホルダ２３、２４が収容されるファイバコリメータ１０４、１０５のコリメータフェルール３３、３４の先端形状を球面とし、かつ、円筒形のジョイント軸受け４３、４４を用いた従来のインライン光アイソレータを図５に示すが、このような部材（一対のファイバコリメータ１０４、１０５と光アイソレータ１０３）をＹＡＧ溶接で固定するための条件は非常に厳しい制約を受ける。つまり、確実に固定するためには、強いパワーのＹＡＧレーザー光で溶接することが必要であるが、強いパワーのＹＡＧレーザー光による溶接では、図６に示すように、ＹＡＧレーザー光が照射された部位の反対側から溶解した金属の飛沫９が発生し易くなる。溶解した金属の飛沫９が光アイソレータ１０３の光学面に付着すると、光路を遮り、光学特性を劣化させてしまう問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題に鑑みて、強固に溶接固定できかつ溶接による金属飛沫が光アイソレータの光学面に付着することのないコリメータフェルールの構造、および、溶接部材構造の検討を試みた。詳細を図１、図２を用いて説明する。
【００１２】
まず、図１に示すインライン光アイソレータの順方向入射側（図面上側）に位置するファイバコリメータ、すなわち、ファイバアッシー（光ファイバ１とジルコニアフェルール３および金属スリーブ２から成る）１１とコリメートレンズ２１を組み合わせた光デバイスを第一ファイバコリメータ１０１と定義し、インライン光アイソレータの順方向出射側（図面下側）に位置するファイバコリメータ、すなわち、ファイバアッシー（光ファイバ４とジルコニアフェルール６および金属スリーブ５から成る）１２とコリメートレンズ２２を組み合わせた光デバイスを第二ファイバコリメータ１０２と定義している。
【００１３】
また、光ファイバ１、４と金属製の円筒状レンズホルダ２３、２４が収容される第一、第二ファイバコリメータ１０１、１０２の中空外筒をコリメータフェルール３１、３２と呼び、コリメータフェルール３１、３２は、図１に示すようにその先端部分が球面状に成型されており、更に、上記円筒状レンズホルダ２３、２４に収納された非球面レンズ等のコリメートレンズ２１、２２が固定されている。
【００１４】
このような構造体において、ＹＡＧレーザー光が照射された部位の反対側から溶解した金属の飛沫９（図６参照）が光アイソレータの光学面に到達するのを防止するため、本発明に係るインライン光アイソレータにおいては、円筒状レンズホルダ２３、２４の一部が図１に示すようにコリメータフェルール３１、３２の球面状先端から外方へ突出した構造になっており、かつ、円筒状のジョイント軸受け４１、４２がリング状の鍔部５１、５２を光アイソレータ１０３側に有する構造になっていることを特徴とする。このような構造にすることにより、ＹＡＧレーザー光が照射された部位の反対側から溶解した金属の飛沫が飛散しても、突出した構造のレンズホルダ２３、２４における円筒外壁面、並びに、ジョイント軸受け４１、４２の上記リング状鍔部５１、５２により遮蔽されて上記飛沫が光アイソレータ１０３の光学面に到達することがない。
【００１５】
但し、コリメータフェルール３１、３２の球面状先端からジョイント軸受け４１、４２のリング状鍔部５１、５２までの距離が大きい場合（図２を用いて具体的に示すと、円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１のレンズホルダ２３側表面までの距離ｈが大きい場合）、ＹＡＧ溶接時における光アイソレータ光学面への飛沫の付着を防ぐためにはリング状鍔部５１、５２の長さ（図２を用いて具体的に示すと、ジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１先端の円筒内壁面からの長さＬ）を大きくする必要があり、これに起因して光が通る有効径ｒ１（ジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１の開口半径）が小さくなる問題が存在する。反対に、コリメータフェルール３１、３２の球面状先端からジョイント軸受け４１、４２のリング状鍔部５１、５２までの距離が小さい場合（例えば、円筒状レンズホルダ２３がジョイント軸受け４１内に大きく突出した構造に設定されて円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１のレンズホルダ２３側表面までの距離ｈが小さい場合）、可動範囲が狭くなってしまい、最大調芯点が得られない場合が存在する。この問題を、図４に示すインライン光アイソレータで説明すると、このインライン光アイソレータは、第二ファイバコリメータ１０２から出て光アイソレータ１０３を透過してきた光を、第一ファイバコリメータ１０１で受けて、光の全てを光ファイバ１に導入する構造になっている。そして、光アイソレータ１０３を構成する素子の光学特性が良好でない場合、第一ファイバコリメータ１０１を傾けて光学調整を行なう必要がある。このとき、円筒状レンズホルダ２３がジョイント軸受け４１内に大きく突出して、リング状鍔部５１、５２までの距離ｈが小さく設定された場合、図４に示すように円筒状レンズホルダ２３の底面がジョイント軸受け４１のリング状鍔部５１先端に当たってしまい、最大調芯点が得られない場合が存在する。
【００１６】
そこで、リング状鍔部の有効径ｒ１が小さくなってしまう前段の問題を回避するため検討を行なった結果、光が通るリング状鍔部の有効径ｒ１は、ファイバコリメータから出射されるコリメートビームの直径の３倍程度は必要であることが、また、ジョイント軸受け４１、４２のリング状鍔部５１、５２先端からコリメータフェルール３１、３２とジョイント軸受け４１、４２の溶接点が見えないように調整すると良いことが分かった。すなわち、円筒状ジョイント軸受け４１の長さからリング状鍔部５１の厚み分を除いた距離Ｈと、ジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１先端の円筒内壁面からの長さＬとで決定される角度θａ（図２参照）が、円筒状レンズホルダ２３の外径ｒ２とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１の開口半径ｒ１との差分と、円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１のレンズホルダ２３側表面までの距離ｈとで決定される角度θｂ（図２参照）と同じであるか、上記角度θａが角度θｂより大きいことが必要であることが分かった。これを式で表すと、
ｔａｎ-1（Ｈ／Ｌ）≧ｔａｎ-1［ｈ／（ｒ２−ｒ１）］              （１）
の条件を満たせばよい。
【００１７】
上記条件（角度θａが角度θｂと同じか大きい条件）を満たさない場合、リング状鍔部の有効径ｒ１が小さくなる理由について図３を用いて説明する。すなわち、図３に示すように「角度θａ＜角度θｂ」の場合、円筒状ジョイント軸受けの内壁面上端とリング状鍔部の先端を結んで形成される直角三角形における角度θａの斜辺に沿って飛散してくる飛沫は円筒状レンズホルダの下端より下側をすり抜けてリング状鍔部先端にかろうじてぶつかる（リング状鍔部の開口内に入り込まない）が、角度θｂの斜辺に沿って飛散してくる飛沫は円筒状レンズホルダの下端より下側をすり抜けてリング状鍔部先端にぶつかることなくリング状鍔部の開口内に入り込んでしまう。従って、上記飛沫が光アイソレータの光学面に付着しないようにするため、リング状鍔部の有効径ｒ１を小さく（リング状鍔部先端の円筒内壁面からの長さを大きく）設定せざるを得なくなる。
【００１８】
次に、図４に示したようにコリメータフェルールの可動角度範囲が小さくなってしまう後段の問題を回避する観点から、円筒状レンズホルダがジョイント軸受けに近づき過ぎた（すなわち、円筒状レンズホルダがジョイント軸受け内に大きく突出した）構造に設定することは好ましくない。そこで、コリメータフェルールの可動角度範囲が小さくなる問題を回避するには、円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側端面とジョイント軸受けにおけるリング状鍔部のレンズホルダ側表面までの距離ｈが、光ファイバ端面から円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側端面までの最長距離Ｒ１と先端が球面状に成型されたコリメータフェルールにおける球面の半径Ｒとの差よりも大きく設定すればよいことも確認された。すなわち、
ｈ≧Ｒ１−Ｒ                                            （２）
の条件を満たせばよい。
【００１９】
また、球面状に成型されたコリメータフェルール先端の球面中心は、光ファイバの出射端に一致するように設計することが望ましい。このように設計することで、回転調整を行うときにファイバーコアの並行移動を小さくすることができ、かつ、並行移動量と回転移動量を独立に動かす簡単なアルゴリズムが適用できることになるからである。従って、コリメータフェルール先端の球面形状は、コリメータフェルールの外径と使用するコリメートレンズの形状およびレンズの焦点距離で決定されることとなる。レンズの焦点距離は、望ましいビーム径が決まれば従属的に決定される。
【００２０】
ところで、円筒状ジョイント軸受け４１、４２の内径ｒ０（図２参照）は、球面状に成型されたコリメータフェルール３１、３２先端部分における球面の径Ｒよりも小さいことが前提である（ジョイント軸受け４１、４２の内径ｒ０が上記球面の径Ｒよりも大きく設定された場合、コリメータフェルール３１、３２の先端を円筒状ジョイント軸受け４１、４２の筒縁部で受ける構造にすることができなくなるため）が、上記内径ｒ０がＲ／√２（図２に示すようにコリメータフェルール３１における球面状先端と円筒状ジョイント軸受け４１が接する部分の接線と、コリメータフェルール３１の球面状先端が接するジョイント軸受け４１における円筒上端の平坦面とのなす角度θが４５度となるように設計することが適切であるが、この条件の場合、内径ｒ０＝Ｒ／√２となる）以下となると、上記接線と平坦面とのなす角度（接線角）θが小さくなる。そして、接線角θが３０度より小さくなると、広がり角を有するＹＡＧの照射ビームを摺動部分（接合部分）に集光できなくなることがある。尚、上記接線角θが３０度の場合、内径ｒ０＝Ｒ／２となる。
【００２１】
反対に、ジョイント軸受け４１、４２の内径ｒ０の値が、コリメータフェルール３１、３２先端部分における球面の径Ｒの値に近くなり、上記接線角θが６０度を越えた場合、ＹＡＧ照射の角度を大きく取れるが、球面の可動角度範囲（すなわち、コリメータフェルールの可動角度範囲）が小さくなり、調整のマージンが取り難くなる。また、軸と軸受けの隙間が出来ないように、コリメータフェルールは、ジョイント軸受けをモジュール本体に押し付けながら調整する必要がある。このとき、押し付け力Ｆに対して、摺動摩擦は「Ｆ／ｃｏｓθ」の関係になる。つまり、上記接線角θが大きくなる程、押し付け力Ｆに対して摺動摩擦の変動が大きくなり、制御が難しくなることが分かる。
【００２２】
このような技術的検討から、上記接線角θが３０度から６０度の範囲である場合が最もマージンが大きく、安定な調整を行う上で望ましい角度であることが確認された。
【００２３】
本発明はこのような技術的分析を経て完成されたものである。
【００２４】
すなわち、請求項１に係る発明は、
光ファイバと光ファイバから入出射される光を平行光にするコリメートレンズから成る一対のファイバコリメータと、上記一対のファイバコリメータ間に配置されかつ偏光分離素子としての複屈折結晶とファラデー回転子を含む光アイソレータとを備え、光ファイバとレンズホルダが収容されるファイバコリメータのコリメータフェルール先端が上記光アイソレータの連結部に接合されると共に、コリメータフェルール先端が球面状に成型され、かつ、円筒状のジョイント軸受けにより光アイソレータの上記連結部が構成されているインライン光アイソレータにおいて、
上記コリメータフェルールに収容された円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側の一部がコリメータフェルールの球面状先端から外方へ突出し、かつ、コリメータフェルールの球面状先端が係合する円筒状の上記ジョイント軸受けが、その円筒内壁面から筒内中央へ延びるリング状の鍔部を光アイソレータ側に有していると共に、下記数式（１）と数式（２）の条件を満たしていることを特徴とする。
ｔａｎ-1（Ｈ／Ｌ）≧ｔａｎ-1［ｈ／（ｒ２−ｒ１）］          （１）
ｈ≧Ｒ１−Ｒ                                        （２）
［但し、数式（１）と数式（２）において、Ｈは円筒状のジョイント軸受けの長さから鍔部の厚み分を除いた距離、ｈはレンズホルダのジョイント軸受け側端面とジョイント軸受けにおけるリング状鍔部のレンズホルダ側表面までの距離、Ｌはジョイント軸受けにおけるリング状鍔部先端の円筒内壁面からの長さ、ｒ１はジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口半径、ｒ２は円筒状レンズホルダの外径、Ｒは先端が球面状に成型されたコリメータフェルールにおける球面の半径、および、Ｒ１は光ファイバ端面からレンズホルダのジョイント軸受け側端面までの最長距離をそれぞれ示す。］
【００２５】
次に、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るインライン光アイソレータにおいて、
先端が球面状に成型されたコリメータフェルール先端の球面形状の中心が光ファイバ端面にあり、コリメータフェルールにおける球面状先端と円筒状ジョイント軸受けが接する部分の接線と、コリメータフェルールの球面状先端が接する上記ジョイント軸受けにおける円筒上端の平坦面とのなす角度θが３０度から６０度の間にあり、かつ、ジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口直径が、ファイバコリメータから出射されるレーザー光におけるビーム径の３倍以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
光ファイバとコリメートレンズから成る一対のファイバコリメータと、上記一対のファイバコリメータ間に配置されかつ偏光分離素子としての複屈折結晶とファラデー回転子を含む光アイソレータとを備える本発明のインライン光アイソレータによれば、
各ファイバコリメータのコリメータフェルールに収容された円筒状レンズホルダのジョイント軸受け側の一部が、コリメータフェルールの球面状先端から外方へ突出し、かつ、コリメータフェルールの球面状先端が係合する円筒状のジョイント軸受けが、その円筒内壁面から筒内中央へ延びるリング状の鍔部を光アイソレータ側に有する構造になっているため、ファイバコリメータと光アイソレータの接合部位にＹＡＧレーザー光を照射してこれ等部材を溶接するとき、ＹＡＧレーザー光が照射された部位の反対側から溶解した金属の飛沫が飛散しても、突出構造を有する円筒状レンズホルダの円筒外壁面並びにジョイント軸受けのリング状鍔部により遮蔽されて上記飛沫が光アイソレータの光学面に到達しなくなる効果を有している。
【００２７】
更に、本発明のインライン光アイソレータは、下記数式（１）と数式（２）の条件を満たしているため、ジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口半径が小さくなる（光が通る有効径が小さくなる）問題とコリメータフェルールの可動角度範囲が狭くなって最大調芯点が得られなくなる問題もそれぞれ回避できる効果を有している。
ｔａｎ-1（Ｈ／Ｌ）≧ｔａｎ-1［ｈ／（ｒ２−ｒ１）］          （１）
ｈ≧Ｒ１−Ｒ                                        （２）
［但し、数式（１）と数式（２）において、Ｈは円筒状のジョイント軸受けの長さから鍔部の厚み分を除いた距離、ｈはレンズホルダのジョイント軸受け側端面とジョイント軸受けにおけるリング状鍔部のレンズホルダ側表面までの距離、Ｌはジョイント軸受けにおけるリング状鍔部先端の円筒内壁面からの長さ、ｒ１はジョイント軸受けにおけるリング状鍔部の開口半径、ｒ２は円筒状レンズホルダの外径、Ｒは先端が球面状に成型されたコリメータフェルールにおける球面の半径、および、Ｒ１は光ファイバ端面からレンズホルダのジョイント軸受け側端面までの最長距離をそれぞれ示す。］
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るインライン光アイソレータの構成説明図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】リング状鍔部の有効径ｒ１が小さくなってしまう理由を示す説明図。
【図４】コリメータフェルールの可動角度範囲が小さくなる弊害を示す説明図。
【図５】従来例に係るインライン光アイソレータの構成説明図。
【図６】図５の部分拡大図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００３０】
本発明に係るインライン光アイソレータは、図１に示すように第一ファイバコリメータ１０１並びに第二ファイバコリメータ１０２とこれ等ファイバコリメータ間に配置された光アイソレータ１０３とで構成されており、光アイソレータ１０３のファイバコリメータ側には各ファイバコリメータを取り付けるための円筒状ジョイント軸受け４１、４２が設けられている。
【００３１】
各ファイバコリメータを取り付ける上記光アイソレータ１０３は、ＳＵＳ３０４等の金属ホルダ７２内に、ファラデー回転子としてのＢＩＧと偏光分離素子としての複屈折結晶から成る光学部品とサマリウムコバルト磁石とで構成されたアイソレータコア７１が組み込まれた構造を有している。
【００３２】
第一ファイバコリメータ１０１は、ファイバアッシー（光ファイバ１とジルコニアフェルール３およびＳＵＳ３０４製の金属スリーブ２から成る）１１とコリメートレンズ（非球面レンズ）２１を組み合わせた光デバイスで構成されており、第一ファイバコリメータ１０１のＳＵＳ３０４製コリメータフェルール３１内に上記ファイバアッシー１１とフェライトステンレス製の円筒状レンズホルダ２３が収容されている。また、上記コリメータフェルール３１はその先端側（光アイソレータ１０３側）が球面状に成型（加工）されており、上記円筒状ジョイント軸受け４１の筒縁部にコリメータフェルール３１の球面状先端が係合されるようになっている。また、円筒状ジョイント軸受け４１の上記コリメータフェルール３１の先端が係合する反対側には、円筒内壁面から筒内中央へ延びるリング状鍔部５１が設けられている。
【００３３】
同様に、第二ファイバコリメータ１０２は、ファイバアッシー（光ファイバ４とジルコニアフェルール６およびＳＵＳ３０４製の金属スリーブ５から成る）１２とコリメートレンズ（非球面レンズ）２２を組み合わせた光デバイスで構成されており、第二ファイバコリメータ１０２のＳＵＳ３０４製コリメータフェルール３２内に上記ファイバアッシー１２とフェライトステンレス製の円筒状レンズホルダ２４が収容されている。また、コリメータフェルール３２はその先端側（光アイソレータ１０３側）が球面状に成型（加工）されており、上記円筒状ジョイント軸受け４２の筒縁部にコリメータフェルール３２の球面状先端が係合されるようになっている。また、円筒状ジョイント軸受け４２の上記コリメータフェルール３２の先端が係合する反対側には、円筒内壁面から筒内中央へ延びるリング状鍔部５２が設けられている。
【００３４】
そして、本発明のインライン光アイソレータは以下のようにして製造されている。
【００３５】
まず、フェライトステンレス製の円筒状レンズホルダ２３、２４に収納された非球面レンズ（コリメートレンズ）２１、２２を、先端が球面加工されたコリメータフェルール３１、３２内にＹＡＧレーザー溶接して固定する。この場合、上記円筒状レンズホルダ２３、２４におけるジョイント軸受け４１、４２側の一部が、球面加工されたコリメータフェルール３１、３２の球面状先端から外方へ突出するように取り付けられている。また、先端が球面加工されたコリメータフェルール３１、３２における球面の半径Ｒは、コリメータフェルール３１、３２の外径と使用した非球面レンズ（コリメートレンズ）２１、２２の焦点距離から割りだされ、光ファイバ１、４端面がほぼ回転中心になるところで非球面レンズ（コリメートレンズ）２１、２２から出射される光がコリメータビームになる。
【００３６】
上記コリメータフェルール３１の円筒状レンズホルダ２３が固定された側とは反対側の開放端から、中央に穴が開設されたジルコニアフェルール３にシングルモード光ファイバ１を通しかつジルコニアフェルール３をＳＵＳ３０４製の金属スリーブ２に圧入して作成されたファイバアッシー１１を挿入し、次いで、上記ファイバアッシー１１のコリメータフェルール３１内での位置について、シングルモード光ファイバ１のコアから非球面レンズ（コリメートレンズ）２１を透過してきた出射光が平行光になるよう調整した後、ＹＡＧレーザーでファイバアッシー１１を固定して入射側の第一ファイバコリメータ１０１を製造する。
【００３７】
次に、リング状鍔部５１が設けられた円筒状ジョイント軸受け４１を第一ファイバコリメータ１０１と光アイソレータ１０３との間に配置し、入射側の非球面レンズ（コリメートレンズ）２１からの平行光が全て光アイソレータ１０３を抜けるように第一ファイバコリメータ１０１を円筒状ジョイント軸受け４１に押さえつけながら調整した後、円筒状ジョイント軸受け４１と光アイソレータ１０３、および、円筒状ジョイント軸受け４１と第一ファイバコリメータ１０１をＹＡＧレーザーで各々溶接固定する。また、円筒状ジョイント軸受け４１のリング状鍔部５１の開口半径ｒ１は、第一ファイバコリメータ１０１から出射されるレーザー光におけるビーム径の３倍以上あればよい。尚、ビーム径とは、光軸に対して直交する面で測定されたレーザー光の強度におけるピーク値の１/ｅ2となるビーム強度の幅で定義される。
【００３８】
尚、図２に示すコリメータフェルール３１の球面状先端と円筒状ジョイント軸受け４１が接する部分の接線と、コリメータフェルール３１の球面状先端が接する上記ジョイント軸受け４１における円筒上端の平坦面とのなす角度（接線角）θについては４５度に設定されている。
【００３９】
また、ＹＡＧレーザー溶接時における溶解金属の飛沫が、光アイソレータ１０３の光学面に到達しないようにするため、図２に示すジョイント軸受け４１のリング状鍔部５１先端からコリメータフェルール３１とジョイント軸受け４１の溶接点が見えないように調整する必要があることから、円筒状ジョイント軸受け４１の長さからリング状鍔部５１の厚み分を除いた距離Ｈと、ジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１先端の円筒内壁面からの長さＬとで決定される角度θａ（図２参照）が、円筒状レンズホルダ２３の外径ｒ２とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１の開口半径ｒ１との差分と、円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１のレンズホルダ２３側表面までの距離ｈとで決定される角度θｂ（図２参照）と同一、あるいは、上記角度θａが角度θｂより大きいことが必要となる。
【００４０】
また、円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面とジョイント軸受け４１におけるリング状鍔部５１のレンズホルダ２３側表面までの距離ｈが、光ファイバ１端面から円筒状レンズホルダ２３のジョイント軸受け４１側端面までの最長距離Ｒ１と先端が球面状に成型されたコリメータフェルール３１における球面の半径Ｒとの差よりも大きく設定すれば、レンズホルダ２３がジョイント軸受け４１に接し難くなるため、コリメータフェルール３１の可動角度範囲が狭くなることもない。
【００４１】
次に、出射側の第二ファイバコリメータ１０２を光アイソレータ１０３にＹＡＧ溶接にて固定するが、この際、コリメートレンズ（非球面レンズ）２２の円筒状レンズホルダ２４とコリメータフェルール３２については予めＹＡＧ溶接して固定する。しかし、出射側の第二ファイバコリメータ１０２内における光ファイバ４に光アイソレータ１０３から透過してきた光が最大に結合できるように、第二ファイバコリメータ１０２のファイバアッシー１２とコリメータフェルール３２を溶接せずに調整する。その後、ファイバアッシー１２とコリメータフェルール３２、ジョイント軸受け４２と光アイソレータ１０３、ジョイント軸受け４２とコリメータフェルール３２の順にＹＡＧ溶接して本発明に係るインライン光アイソレータは完成される。
【実施例】
【００４２】
上述した手順に従い、図１に示す構造の実施例に係るインライン光アイソレータを１０台製造した。
【００４３】
そして、１０台のインライン光アイソレータについて挿入損失を溶接前の損失と比較したところ概ね同一であった。
【００４４】
次に、ファイバコリメータを分解して、ＹＡＧ溶接時における溶解金属の飛沫が光アイソレータの光学面に付着しているか調べたところ、光アイソレータの光学面に飛沫が付着しているインライン光アイソレータは１台も存在しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、ＹＡＧ溶接によりインライン光アイソレータの光学系を組み立てる際に溶解した金属の飛沫が光アイソレータの光学面に付着する問題が回避されるため、光通信や加工用のインライン光アイソレータとして利用できる産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００４６】
１、４  光ファイバ
２、５  金属スリーブ
３、６  ジルコニアフェルール
９  ＹＡＧ溶接で発生する溶解した金属の飛沫
１１、１２  ファイバアッシー
２１、２２  コリメートレンズ（非球面レンズ）
２３、２４  円筒状レンズホルダ
３１、３２、３３、３４  コリメータフェルール
４１、４２、４３、４４  円筒状ジョイント軸受け
５１、５２  リング状鍔部
７１  アイソレータコア
７２  金属ホルダ
１０１、１０４  第一ファイバコリメータ
１０２、１０５  第二ファイバコリメータ
１０３  光アイソレータ
【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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【図６】
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