JP2010061125A - 光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組付けが容易にでき且つ偏光子ホルダを調整位置で簡易に固定できると共にファラディ回転子の熱を放熱できる光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の光アイソレータ１は、第１偏光子ホルダ１１と、ファラディ回転子を保持すると共にファラディ回転子の熱を伝導する第１熱伝導体１７と、第１熱伝導体１７を保持する熱伝導体ホルダ１９と、第２偏光子ホルダ１３と、これらのホルダ及び第１熱伝導体を収納する筺体３１と、第２熱伝導体３５と、筺体の外周に配置された放熱体３９とを備えており、各熱伝導体及び放熱体の熱伝導率は各ホルダよりも高く且つ、各ホルダ及び第１熱伝導体は外径が同じ寸法であり、第１熱伝導体１７はファラディ回転子の光透過面に設けた高熱伝導透明体２１ａに接触し、筺体の側壁には第２熱伝導体３５が埋め込まれており、第２熱伝導体３５が第１熱伝導体１７と放熱体３９とに接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用、光計測用、光加工用等高出力レーザに用いられる光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法に関する。

ファラディ回転子を用いた光アイソレータにおいて、ファラディ回転子（ガーネット）の光吸収に伴う温度上昇を抑制するため、種々の提案がされている。

例えば、特許文献１には、ファラディ回転子に接触配置した高熱伝導透明体に放熱フィン（熱伝導体）の一端を接触させ、他端をアイソレータホルダの外周に設けた放熱体に接触させて、ファラディ回転子で発生した熱を外部に放熱することが開示されている。

特開２００７−６５２８９号公報

しかし、放熱フィン（熱伝導体）は屈曲して形成すると共に光アイソレータホルダ（筺体）に形成した開口から外側に引き出しているので、放熱フィンが組付け難いという問題がある。

一方、光アイソレータの構成部品、例えば偏光子をホルダで保持して組付ける場合に、偏光子ホルダの角度調整をする必要があるが、角度調整した位置で偏光子ホルダを簡易に固定できることが要求されている。

そこで、本発明は、組付けが容易にでき且つ偏光子ホルダを調整位置で簡易に固定できると共にファラディ回転子の熱を放熱できる光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、入射側から出射側に向けて第１偏光子、ファラディ回転子、第２偏光子が配置され、第１偏光子を保持する第１偏光子ホルダと、ファラディ回転子を保持すると共にファラディ回転子の熱を伝導する第１熱伝導体と、第１熱伝導体を保持する熱伝導体ホルダと、第２偏光子を保持する第２偏光子ホルダと、これらのホルダ及び第１熱伝導体を収納する筒状の筺体と、第２熱伝導体と、筺体の外周に配置された放熱体とを備え、筺体の側壁には空隙が形成されており、各熱伝導体及び放熱体の熱伝導率は各ホルダよりも高く且つ、各ホルダ及び第１熱伝導体は外径が同じ寸法の光アイソレータであって、第１熱伝導体はファラディ回転子の光透過面に設けた高熱伝導透明体に接触してあり、第２熱伝導体は筺体の前記空隙に配置して第１熱伝導体と放熱体とに熱接触していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、筺体は、側壁の一端に光路孔が形成された端面を有し、側壁の他端に各ホルダ及び第１熱伝導体を挿入する挿入用開口が形成されており、挿入用開口は光軸方向に光路孔が形成された蓋部材を筺体に固定して塞いでいることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光アイソレータの製造方法であって、第１偏光子ホルダと第１熱伝導体と熱伝導体ホルダを接着固定するホルダ固定工程と、熱伝導体ホルダに対して第２偏光子ホルダの位置調整を行う位置調整工程と、位置調整工程の調整位置で熱伝導体ホルダと第２偏光子ホルダとを溶接固定するホルダ溶接工程と、ホルダ溶接工程で溶接されたユニットを筺体の開口端から挿入して筐体に接着固定する筐体接着固定工程と、蓋部材を筺体に装着して蓋部材と筺体とを溶接固定する蓋部材溶接工程と、筺体の前記空隙に第２熱伝導体を挿入する筐体挿入工程と、筺体の側壁の外側に放熱体を挿入して接着固定する放熱体接着工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ファラディ回転子に設けた高熱伝導透明体に接触する第１熱伝導体は、各ホルダの外径と同じ外径の寸法としてあるから各ホルダと共に筒状の筺体内に収納できるから組付けが容易であると共に、第２熱伝導体を筺体の側壁に形成された空隙に配置して第１熱伝導体と放熱体とに熱接触することにより第１熱伝導体から放熱体への伝熱経路が形成される。

また、ファラディ回転子の熱は高熱伝導透明体、第１熱伝導体及び第２熱伝導体を通って放熱体に伝導して放熱されるので、ファラディ回転子の熱を筺体外に放熱できる。

各ホルダは各熱伝導体よりも熱伝導率が低いからレーザ光を用いた溶接が可能であり、第２偏光子ホルダの位置調整をした場合にレーザ光を用いて溶接することにより調整位置での固定が容易にできる。

各ホルダの溶接に用いるレーザ光はＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、ファイバレーザなど多種のレーザ光源が使用可能であり、強度が強いレーザ光源であれば良い。また、溶接はレーザ溶接に限らず、電極を用いた、溶接であっても良い。更にはカシメや接着などの方法であってもよい。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、筺体の他端から各ホルダ及び第１熱伝導体を挿入して筐体に接着固定して組付けできるので、製造し易い。また、蓋部材は筺体にレーザで溶接固定しているので、強固に固定できる。請求項１と同様に、筐体の固定方法は各種の強度が強いレーザ光源によるレーザ溶接、電極を用いたスポット溶接、カシメ、接着などの各種固定方法が使用可能である。

請求項３に記載の発明によれば、第２偏光子ホルダは熱伝導体ホルダに対する調整位置での固定が容易にできる。

第１偏光子ホルダと第１熱伝導体と熱伝導体ホルダと第２偏光子ホルダとを固定してユニット化しているので、取り扱い易く筺体へ挿入が容易にでき、製造し易い。

本発明の第１実施の形態に係る光アイソレータの縦断面図である。 図１に示す光アイソレータにおいて放熱体の装着前の状態を示す斜視図である。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本実施の形態に係る光アイソレータ１は、第１偏光子３と、ファラディ回転子（ガーネット）５と、第２偏光子７とを光アイソレータの機能部材として備えており、各機能部材はホルダに保持されている。即ち、第１偏光子３は第１偏光子ホルダ１１に保持されており、ファラディ回転子５は第１熱伝導体１７に保持されており、第２偏光子７は偏光子ホルダ１３に保持されている。

第１偏光子ホルダ１１と第２偏光子ホルダ１３との間には、第１熱伝導体１７と第１熱伝導体１７を保持する熱伝導体ホルダ１９が配置されている。

ファラディ回転子５の両側面には高熱伝導透明体２１ａ、２１ｂが密着され熱を効率良く伝達する役目を果たしている。また、高熱伝導透明体２１ａは第１熱伝導体１７に接続されると共に、ファラディ回転子５及び高熱伝導透明体２１ａ、２１ｂの側面と第１熱伝導体１７の間は高熱伝導体２３で埋められているために、ファラディ回転子で発生した熱は効率良く第１熱伝導体１７に伝達される。

尚、高熱伝導体は銀フィラーを混入させた接着剤や高熱伝導率の金属、プラスチック、樹脂などを用いることができる。マグネット２５は第１熱伝導体１７に固定されている。第１偏光子ホルダ１１は有底の円筒形状であり、底壁１１ｂの内周側に第１偏光子３が配置されており、底壁１１ｂには光路孔２７ａが形成されている。

第１熱伝導体１７は内径側に光路孔２７ｂを有するリング状であり、外周が第１偏光子ホルダ１１と同じ寸法の外径になっており、入射側面を高熱伝導透明体２１ａと高熱伝導体２３に密着させている。第１熱伝導体１７の出射側面には光路孔２７ｂの外周に外形が矩形の嵌合凹部２６が形成されている。

熱伝導体ホルダ１９は嵌合凹部２６に嵌合する嵌合突部２９を有し、第１熱伝導体１７を嵌合により保持している。熱伝導体ホルダ１９は内径側に光路孔２７ｃを有するリング状であり、外径が第１偏光子ホルダ１１の外径と同じ寸法である。

第２偏光子７を保持する偏光子ホルダ１３は、各々内径に光路孔２７ｄを有するリング状であり、外径が第１偏光子ホルダ１１の外径と同じ寸法である。熱伝導体ホルダ１９及び偏光子ホルダ１３は、互いに隣接する外周部の凹凸を嵌合して配置されている。
尚、偏光子ホルダは円形に限らず、矩形であっても良い。

各ホルダ１１、１３、１９及び第１熱伝導体１７は外周面を面一にして有底の円筒形状の筺体３１内に収納されている。筺体３１は入射側に光路孔２７ｆが形成された底壁３１ｂを有し、出射側が開口してあり、出射側端から、各ホルダ１１、１３、１９及び第１熱伝導体１７を挿通するようになっている。

筺体３１の側壁３１ａには、径方向貫通孔（空隙）３３が周方向に間隔を空けて複数形成されており、本実施の形態では４箇所に形成されている。筺体３１内において、この径方向貫通孔３３がある位置に第１熱伝導体１７が配置されている。径方向貫通孔３３には、第２熱伝導体３５が埋め込まれており、第２熱伝導体３５と、第１熱伝導体１７及び放熱体３９内周面との隙間は高熱伝導体で埋められている。

図２によると貫通孔３３は円形であるが矩形であってもよいし、円周を１周してもよい。また、貫通孔の数は図２では３箇所であるが、１箇所でもよいし、複数箇所であっても良い。

筺体３１の側壁３１ａの出射側端には光路孔２７ｇが形成された蓋部材３７が嵌合固定されている。筺体３１の外周には、放熱体３９が装着されている。この放熱体３９は円筒形状であり、内周面が筺体３１の外周面に密着して装着されている。

尚、放熱体３９、筐体３１は円筒状に図示しているが、四角柱や三角柱であっても良いし、所定の接触面が得られれば、形状は任意である。

ここで、各熱伝導体１７、３５、放熱体３９及び各ホルダ１１、１３、１９の材質について説明する。第１熱伝導体１７、第２熱伝導体３５及び放熱体３９は、第１偏光子ホルダ１１、第２偏光子ホルダ１３及び熱伝導体ホルダ１９よりも熱伝導率が高い材質でできており、各熱伝導体１７、３５、放熱体３９は、銅、銀、金、アルミニウム、シリコン、カーボン等の単体の物資、上記素材を含んだ複合物質やヒートパイプなどのデバイスを用いることができる。上記熱伝導率が高い材料の熱度伝導率は１００［Ｗ/ｍ・ｋ］以上が望ましい。具体的には、銅が４０３［Ｗ/ｍ・ｋ］、銀が４２３［Ｗ/ｍ・ｋ］、金が３２０［Ｗ/ｍ・ｋ］アルミが２３７［Ｗ/ｍ・ｋ］、シリコンが１４８［Ｗ/ｍ・ｋ］、カーボンが１２９［Ｗ/ｍ・ｋ］である。ダイヤモンドが１０００〜２０００［Ｗ/ｍ・ｋ］である。更に、ヒートパイプなど熱輸送効率の高いデバイスを用いてもよい。本実施の形態では銅である。各ホルダ１１、１３、１９は、鋼材やステンレス等であり、本実施の形態ではステンレスである。

また、高熱伝導透明体２１としては、サファイヤ、酸化チタン、シリコン、ダイヤモンド等が用いられ、透明で且つ熱伝導率が高い物質が望ましい。本実施の形態ではサファイヤである。

次に、本実施の形態に係る光アイソレータ１の製造方法について説明する。

ファラディ回転子５の高熱伝導透明体２１ａの出射側面に第１熱伝導体１７を密着させ、第１熱伝導体１７の嵌合凹部２６に熱伝導体ホルダ１９の嵌合突部２９を嵌合して、第１偏光子ホルダ１１と第１熱伝導体１７と熱伝導体ホルダ１９との各当接面を接着固定する。

次に、一方のユニット４１の偏光子ホルダ１３と、他方のユニット４３の熱伝導体ホルダ１９とを対面配置し、一方のユニット４１に対する他方のユニット４３の位置を調整した後、その調整した位置で、偏光子ホルダ１３と熱伝導体ホルダ１９との当接面Ａ２をレーザにより溶接固定する。これにより、一方のユニット４１と他方のユニット４３とが一体に固定される。

一方のユニット４１と他方のユニット４３とを一体に固定した状態で外周面に接着剤を塗布し、第１偏光子ホルダ１１を先にして筺体３１の挿入開口から筺体３１内に挿入して接着固定した後、蓋部材３７を筺体３１の挿入開口に嵌合して、筺体３１と蓋部材３７との当接面Ａ３をレーザにより溶接固定する。

当接面Ａ３の固定するための溶接に用いるレーザ光はＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、ファイバレーザなど多種のレーザ光源が使用可能であり、強度が強いレーザ光源であれば良い。また、溶接はレーザ溶接に限らず、電極を用いた、溶接であっても良い。更にはカシメや接着などの方法であってもよい。

次に、筺体３１の径方向貫通孔３３に第２熱伝導体３５を埋め込み、第１熱伝導体１７との隙間は高熱伝導体で埋め固定する。最後に、筺体３１の外周面に放熱体３９を挿入し、筺体３１に放熱体３９を接着固定する。第２熱伝導体３５と放熱体３９の内周面の隙間は高熱伝導体で埋める。

次に、第１実施の形態に係るアイソレータ１の作用及び効果について説明する。ファラディ回転子５の熱は高熱伝導透明体２１ａ、２１ｂ、高熱伝導体２３、第１熱伝導体１７及び第２熱伝導体３５を介して放熱体３９に伝導して放熱される。

高熱伝導透明体２１ａに接触する第１熱伝導体１７は各ホルダ１１、１３、１９の外径と同じ外径としてあるから各ホルダ１１、１３、１９と共に円筒状の筺体３１内に収納できるから組付けが容易であると共に、第２熱伝導体３５を筺体３１の側壁に形成した径方向貫通孔３３に埋め込むことにより、高熱伝導透明体２１ａから放熱体３９に至る伝熱経路を容易に形成できる。従って、本実施の形態によれば、組付けが容易にできると共に簡易な構成でファラディ回転子５の熱を容易に放熱できる。

また、熱伝導体ホルダ１９及び第２偏光子ホルダ１３は、各熱伝導体１７よりも熱伝導率が低い材質でできているからレーザを用いた溶接固定が可能であり、第２偏光子ホルダ１３の位置調整をしたときに調整位置でレーザにより溶接固定することにより第２偏光子ホルダ１３を熱伝導体ホルダ１９に容易に固定できる。

筺体３１は、入射側に光路孔２７ｆが形成された底壁３１ｂを有し、側壁３１ａの出射側端に各ホルダ１１、１３、１９及び第１熱伝導体１７を挿入する開口が形成されているから、筺体３１の端から各ホルダ１１、１３、１９及び第１熱伝導体１７を挿入して筐体に接着固定して組付けできるので、製造が容易である。

本実施の形態では、第２偏光子ホルダ１３は一方のユニット４３の第１偏光子ホルダ１１に対して位置調整し、その調整位置で一方のユニット４３の熱伝導体ホルダ１９にレーザで溶接により固定するから、位置調整後の固定が容易にできる。蓋部材３７は、筺体３１にレーザにより溶接固定するので、強固に固定できる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、本発明は、レーザ光を用いた光通信や光計測の他に、レーザ光を用いた光加工や医療用装置、ファイバレーザ内蔵発振安定用光アイソレータに用いるものであっても良い。

１ 光アイソレータ
３ 第１偏光子
５ ファラディ回転子
７ 第２偏光子（偏光子）
１１ 第１偏光子ホルダ
１３ 第２偏光子ホルダ
１７ 第１熱伝導体
１９ 熱伝導ホルダ
２１ 高熱伝導透明体
２３ 高熱伝導体
２５ マグネット
３１ 筺体
３５ 第２熱伝導体
３７ 蓋部材
３９ 放熱体

Claims (3)

1. 入射側から出射側に向けて第１偏光子、ファラディ回転子、第２偏光子が配置され、第１偏光子を保持する第１偏光子ホルダと、ファラディ回転子を保持すると共にファラディ回転子の熱を伝導する第１熱伝導体と、第１熱伝導体を保持する熱伝導体ホルダと、第２偏光子を保持する第２偏光子ホルダと、これらのホルダ及び第１熱伝導体を収納する筒状の筺体と、第２熱伝導体と、筺体の外周に配置された放熱体とを備え、筺体の側壁には空隙が形成されており、各熱伝導体及び放熱体の熱伝導率は各ホルダよりも高く且つ、各ホルダ及び第１熱伝導体は外径が同じ寸法の光アイソレータであって、
   第１熱伝導体はファラディ回転子の光透過面に設けた高熱伝導透明体に接触してあり、第２熱伝導体は筺体の前記空隙に配置して第１熱伝導体と放熱体とに熱接触していることを特徴とする光アイソレータ。
2. 筺体は、側壁の一端に光路孔が形成された端面を有し、側壁の他端に各ホルダ及び第１熱伝導体を挿入する挿入用開口が形成されており、挿入用開口は光軸方向に光路孔が形成された蓋部材を筺体に固定して塞いでいることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
3. 請求項２に記載の光アイソレータの製造方法であって、
   第１偏光子ホルダと第１熱伝導体と熱伝導体ホルダを接着固定するホルダ固定工程と、
   熱伝導体ホルダに対して第２偏光子ホルダの位置調整を行う位置調整工程と、
   位置調整工程の調整位置で熱伝導体ホルダと第２偏光子ホルダとを溶接固定するホルダ溶接工程と、
   ホルダ溶接工程で溶接されたユニットを筺体の開口端から挿入して筐体に接着固定する筐体接着固定工程と、
   蓋部材を筺体に装着して蓋部材と筺体とを溶接固定する蓋部材溶接工程と、
   筺体の前記空隙に第２熱伝導体を挿入する筐体挿入工程と、
   筺体の側壁の外側に放熱体を挿入して接着固定する放熱体接着工程と、を備えることを特徴とする光アイソレータの製造方法。

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