(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上のファラデー回転子と２以上の偏光子とが積層された各光学素子の少なくとも一端部に接着される基板とから構成された光アイソレーター用素子において、これらの光学素子と前記基板とを接着するための接着用部材および前記基板の材質は光学素子毎に異なり、各光学素子に接着される基板の線膨張係数は、接着される各光学素子の線膨張係数の近傍であり、前記基板部材同士を溶接により接着することを特徴とする光アイソレーター用素子。
【請求項２】
前記基板および前記接着用部材は無機材料からなることを特徴とした請求項１記載の光アイソレーター用素子。
【請求項３】
前記基板が金属であることを特徴とする請求項１および２記載の光アイソレーター用素子。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の光アイソレーター用素子において、少なくとも以下の（１）乃至（６）の工程により行うことを特徴とする光アイソレーター用素子の製造方法。
（１）  １又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を、仮固定用接着剤を介して積層する工程。
（２）  前記工程（１）により積層された光学素子を短冊状にカットする工程。
（３）  前記工程（２）によりカットされた光学素子を洗浄し、前記工程（１）にて塗布された仮固定用接着剤を排除する工程。
（４）  前記工程（３）により短冊状になった１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子の切断面に各光学素子毎に材質を異ならせた基板部材を接着する工程。
（５）  前記工程（４）により基板部材が接着された１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を整列させ、前記基板部材同士を溶接により接着する工程。
（６）  前記工程（５）により一体化された光学素子、基板をブロック状にカットし光アイソレーター用素子を複数個切り出す工程。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光源から出射された光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる戻り光を除去するために用いられる光アイソレーター用素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光源等の光源から出射した光は、各種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一部は各種光学素子、光ファイバを透過する際、反射や散乱を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻るが、この戻り光を遮断するため、光アイソレータが用いられる。従来この種の光アイソレータは、２枚の偏光子の間に平板状のファラデー回転子を設置し、これら３つの部品をリング状の磁石内に部品ホルダを介して配置することによって構成されていた。ファラデー回転子は飽和磁界強度において所定の波長をもつ光の偏光面を４５゜回転する厚みを持ち、２つの偏光子はそれぞれの透過方向が４５゜回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。  このような構成の光アイソレータは、製品ごと
別個に回転調整作業が必要であり組立工数が多くかかる。このため光アイソレーター用素子を以下の（１）乃至（５）の工程により作製する手法が提案されている。
【０００３】
（１）１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を、仮固定用接着剤を介して積層する工程。
【０００４】
（２）  前記工程（１）により積層された光学素子を短冊状にカットする工程。
（３）  前記工程（２）によりカットされた光学素子を洗浄し、前記工程（１）にて塗布された仮固定用接着剤を排除する工程。
【０００５】
（４）  前記工程（３）により短冊状になった１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を整列させ、前記工程（２）による切断面に基板を接着する工程。
【０００６】
（５）  前記工程（４）により一体化された光学素子、基板をブロック状にカットし光アイソレーター用素子を複数個切り出す工程。上記工程により作製された光アイソレーター用素子の構成を図３に示す。ここに示すように光アイソレーター用素子１６は、平板状ファラデー回転子２および偏光子３、３’が基板１７上に配置され、接着用部材１８によって接着されている。
【０００７】
上記工程により作製された光アイソレーター用素子においては、大型の光学素子を光学調整した後、多数個の光学素子に切断するため、均一で、優れた特性の光アイソレーター用素子が容易に多数個作製することができ、組立工数の削減が可能で、量産性に優れる。また基板となる部材に金属平板やガラス平板などの無機材料を用い、接着用部材にも低融点ガラスや半田などの無機材料を用いる場合、有機系のアウトガスが発生しない。そのため半導体レーザーパッケージ内に光アイソレーター用素子を設置することができ、装置の小型化および特性の安定化が実現する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
光学素子と基板との接着に際し、低融点ガラスや半田等の熱処理を必要とする接着用部材を用いる場合、各光学素子および基板の線膨張係数の差異により、光アイソレーター用素子を構成する部材に熱応力が生じ、クラックの発生や光学特性の劣化が生じる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑みて本発明は、１又は２以上のファラデー回転子と２以上の偏光子とが積層された各光学素子の少なくとも一端部に接着される基板とから構成された光アイソレーター用素子において、これらの光学素子と前記基板とを接着するための接着用部材および前記基板の材質は光学素子毎に異なり、各光学素子に接着される基板の線膨張係数は、接着される各光学素子の線膨張係数の近傍であり、前記基板部材同士を溶接により接着する。
さらに前記基板および前記接着用部材は無機材料からなることを特徴とする。
さらに前記基板が金属であることを特徴とする。
さらに上記光アイソレーター用素子において、少なくとも以下の（１）乃至（６）の工程により行うことを特徴とする。
（１）  １又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を、仮固定用接着剤を介して積層する工程。
（２）  前記工程（１）により積層された光学素子を短冊状にカットする工程。
（３）  前記工程（２）によりカットされた光学素子を洗浄し、前記工程（１）にて塗布された仮固定用接着剤を排除する工程。
（４）  前記工程（３）により短冊状になった１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子の切断面に各光学素子毎に材質を異ならせた基板部材を接着する工程。
（５）  前記工程（４）により基板部材が接着された１又は２以上の平板状ファラデー回転子と２以上の偏光子を整列させ、前記基板部材同士を溶接により接着する工程。
（６）  前記工程（５）により一体化された光学素子、基板をブロック状にカットし光アイソレーター用素子を複数個切り出す工程。
【００１５】
本発明はこのように構成されており、各光学素子に接着される基板の線膨張係数は、接着される各光学素子の線膨張係数の近傍であるため、熱処理による接着方法を用いても生じる熱応力は小さい。また各光学素子に接着されている基板同士は溶接により接着させるため、ここでも熱応力が生じることはない。また本発明の光アイソレーター用素子においては、大型の基板で光学調整行った後多数個を切り出す工程のため、均一で、優れた特性の光アイソレーター用素子が容易に多数個作製することができ、組立工数の削減が可能で量産性に優れる。
【００１６】
また光アイソレーター用素子を構成する全部材が無機材料から構成されており有機系のアウトガスが発生しない。そのため半導体レーザーパッケージ内に光アイソレーター用素子を設置することができ、装置の小型化および、特性の安定化が実現する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明光アイソレーター用素子の実施例を示す斜視図である。ここに示すように光アイソレーター用素子１は、平板状ファラデー回転子２および偏光子３、３’が基板４、５、５’上に接着用部材６、７、７’によって接着されている。各基板部材４、５、５’の線膨張係数はそれぞれに接着される各光学素子２、３、３’の線膨張係数の近傍に設定されており、さらに各基板部材４、５、５’は溶接により接着される。
【００１８】
ファラデー回転子２は、例えばビスマス置換ガーネット結晶等で、その厚みは入射光線の光軸Ｌ方向の飽和磁界を印可した場合に入射光線の偏光面が４５゜回転する様に設定する。ファラデー回転子にビスマス置換ガーネット結晶を用いた光アイソレーター用素子を使用する際には、ファラデー回転子２に磁界を印可させるため、光アイソレーター用素子１を磁石内に配置する必要があるが、本実施例では磁石および光アイソレーター用素子１を保持するホルダ等の構成は省略する。また、自己バイアス型のファラデー回転子を用いれば磁石なしでも光アイソレータは動作するため、磁石は不要となる。
【００１９】
２枚の偏光子３、３’は吸収型偏光子、あるいは複屈折性偏光子で構成される。吸収型偏光子を用いた場合、２枚の偏光子３、３’の透過偏光面を光軸８のまわりに４５゜だけずらした構成とすればよい。基板４、５、５’に用いる部材には金属平板を用いる。また接着用部材６、７、７’にも半田、低融点ガラス等の無機材料を選択し、ファラデー回転子２および偏光子３、３’と基板４、５、５’とを接着する。これにより光アイソレーター用素子は全て無機材料により構成されることとなり、アウトガスは発生しない。
【００２０】
一般にＧａＡｓ等からなる半導体レーザーチップはわずかな残留酸素によってその表面に酸化膜が形成され、発振効率の低下が見られる。そこで、半導体レーザーチップを設置するパッケージは、窒素ガス等の不活性ガスで気密封止され、当然封止パッケージ内にはアウトガスの発生する部品の設置は不可能である。アウトガスは主に有機系の部材より発生するが、本発明の光アイソレーター用素子は、前述したようにアウトガスの発生がほとんど無く、また小型であるため、半導体レーザーチップやレンズと同様に、パッケージ内に設置が可能となる。従って、高性能で非常に小型の半導体レーザーモジュールが提供できる。
【００２１】
図２は、本発明にかかる光アイソレーター用素子１の製造手順の一例を示す図である。  先ず図２（ａ）に示すように、１枚の平板上ファラデー回転子２と２枚の偏光子３、３’を用意し各光学素子を仮固定用接着剤９を介して積層する。２枚の偏光子３、３’に関しては、重ね合わせた状態でそれぞれの透過偏光方向１０、１０’が４５゜ずれた状態になることが望ましい。
【００２２】
次に図２（ｂ）に示す様に、使用する波長のレーザ光を光軸８方向に通過させ、透過するレーザ光の強度、偏光面等確認しながら偏光子３、３’の透過偏光方向が光軸８に対して４５゜相互に回転した位置となるよう調整する。その後、仮固定用接着剤９を硬化させ、積層された光学素子１１を得る。但し光アイソレータに要求される光学特性が低い場合にはレーザ光を用いた光学調整を行わず、外観上から各光学素子の配置を合わせ、仮固定用接着剤９を硬化させても良い。続いて図２（ｃ）に示す様に、仮固定用接着剤によって積層された光学素１１を切断し、短冊状の光学素子１２を得る。図中点線は切断部を示す。その後光学素子間の仮固定用接着剤９を洗浄・除去し各光学素子ごとに分離する。
【００２３】
次に、図２（ｄ）に示す通り、短冊状に加工されたファラデー回転子２および偏光子３、３’と、これに接着される基板用部材４、５、５’を接着用部材６、７、７’を用いてそれぞれ接着する。ここで基板用部材４、５、５’の線膨張係数はこれに接着される光学素子２、３、３’の近傍に設定されており、光学素子２、３、３’と基板用部材４、５、５’を接着する際に熱処理を行っても熱応力の発生を低く押さえられる。基板用部材４、５、５’としては金属平板等を用い、接着用部材６、７、７’としては半田や低融点ガラス等を用いる。半田を用いる場合は、光学素子４、５、５’の切断面および、基板用部材６、７、７’の接着面側にメタライズ膜を施す。半田材の一例としてはＳｎ６３／Ｐｂ３７（融点１８５℃）があげられ、メタライズ膜の一例としては、その形成法をＲＦマグネトロンスパッタリング法とする使用金属  Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの３層膜があげられる。
【００２４】
次にそれぞれ基板用部材が接着された短冊状の光学素子１３を整列させる。この時、図２（ｅ）に示すとおり、各光学素子の配置は短冊状に切断をした工程における配置に等しくし、平坦な面１４の上に切断面を接触させ整列させる。偏光子３、３’の配置、特に光軸を中心とした回転方向の配置に変動が生じると前述の光学調整時で得られた光学特性と比較して劣化が生じるが、当工程により偏光子３、３’の回転方向の配置は正確に再現されるため、光学特性の劣化は生じない。この後、各光学素子に接着された基板用部材４、５、５’溶接し、構成部材を一体化する。
【００２５】
次に図２（ｆ）に示す様に、一体化された構成部材１５をブロック状に切断し、光アイソレーター用素子１を複数個切り出す。図中点線は切断部を示す。この切断の際、ブロック形状を平行四辺形にするならば、光アイソレータを使用するにあたり、各光学素子が入射光線光軸に対して傾斜するため、各光学素子端面からの反射戻り光が光源に入射することを防ぐことが出来る。
【００２６】
上記実施例について各部材の設定例を以下に示す。偏光子に線膨張係数が６５×１０-7のものを用いた場合これに接着される基板用部材として線膨張係数が７０×１０-7である４５Ｎｉ−Ｆｅを、接着用部材としては線膨張係数が６９×１０-7である低融点ガラスを用いる。また、ガーネットに線膨張係数が１１０×１０-7のものを用いた場合、これに接着される基板用部材として線膨張係数が１１０×１０-7であるＳＵＳ４３０を、接着用部材としては線膨張係数が１１０×１０-7である低融点ガラスを用いる。基板同士を接着するための方法としてはＹＡＧ溶接を用い、光学素子と基板部材との接着に用いられた低融点ガラスを溶融させる事無く構成部材を一体化する。
【００２７】
本発明の光アイソレーター用素子において、各光学素子に接着される基板の線膨張係数は、接着される各光学素子の線膨張係数の近傍であるため、熱処理による接着方法を用いても生じる熱応力は小さい。また各光学素子に接着されている基板同士は溶接により接着させるため、ここでも熱応力が生じることはない。また大型の基板で光学調整行い、その後多数個を切り出す工程のため、均一で、優れた特性の光アイソレーター用素子が、容易に多数個作製することができ、組立工数の削減が可能で、量産性に優れる。
【００２８】
更に光アイソレーター用素子を構成する全部材が無機材料から構成されており有機系のアウトガスが発生しない。そのため、半導体レーザーパッケージ内に光アイソレーター用素子を設置することができ、装置の小型化および、特性の安定化が実現する。
【００２９】
本実施例では偏光子が２枚、ファラデー回転子が１枚である光アイソレーター用素子の構成を用いたが、本発明はこれに限ることなく、さらに多数の偏光子、ファラデー回転子を用いた光アイソレーター用素子であっても上記実施例と同様の効果を得ることができる。
本実施例光学素子毎に基板および接着用部材の両方の材質を異ならせることについて説明しているが、基板の材質は同じであって接着用部材の材質のみを異ならせることもある。また、その反対に接着用部材の材質は同じであって基板のみを異ならせることもある。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる光アイソレータ用素子およびその製造方法によれば、以下のような優れた効果を有する。
【００３１】
（１）  各光学素子に接着される基板の線膨張係数は、接着される各光学素子の線膨張係数の近傍であるため、熱処理による接着方法を用いても生じる熱応力は小さい。また各光学素子に接着されている基板同士は溶接により接着させるため、ここでも熱応力が生じることはない。
【００３２】
（２）  光アイソレータ用素子の製造方法においては、多数個の光アイソレータ用素子の光学調整を一度に行うことができ、組立工数の削減が可能となる。
【００３３】
（３）  光アイソレータ用素子を構成する全部材が無機材料から構成されており有機系のアウトガスが発生しない。そのため半導体レーザーパッケージ内に光アイソレータ用素子を設置することができ、装置の小型化および、特性の安定化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレーター用素子の１実施例を示す斜視概略図である。
【図２】（ａ）乃至（ｆ）は、本発明にかかる光アイソレーター用素子の製造手順を示す図である。
【図３】従来の光アイソレータを示す構成視概略図である。
【符号の説明】
１、１６：光アイソレーター用素子
２：ファラデー回転子
３、  ３’：偏光子
４、５、５’：基板用部材
６、７、７’：接着用部材
８：光軸
９：仮固定用接着剤
１０、１０’：透過偏波方向
１１：積層された光学素子
１２：短冊状の光学素子
１３：基板用部材が接着された短冊状の光学素子
１４：平坦な面
１５：一体化された構成部材
１７：基板
１８：接着用部材
【図１】
0003645700.tif 000002
【図２】
0003645700.tif 000003
【図３】
0003645700.tif 000004