(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の短冊形状のファラデー回転子基板および柱状に形成された複数の接合部材を、複数の偏光子基板の間に交互に等間隔で配置させる工程と、
前記接合部材を溶融固化させて、前記複数の偏光子基板および複数のファラデー回転子基板を一体化させた積層基板とする工程と、
前記積層基板を所望のサイズにカッティングする工程とを有することを特徴とする光アイソレータ用素子の製造方法。
【請求項２】
前記複数のファラデー回転子基板および前記複数の接合部材を、前記複数の偏光子基板の間に配置させる工程において、
前記複数のファラデー回転子基板と前記複数の偏光子基板との間に空気層を持たせるために、あらかじめスペーサを設けておくことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ用素子の製造方法。
【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の導入した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用素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、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、該入射光の一部は、該各種光学素子や光ファイバの端面や内部で反射されたり散乱されたりする。そしてこの反射、散乱された光の内の一部は戻り光として前記光源に戻ろうとするが、この戻り光を防止するために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つの部品を筒状の磁石内に部品ホルダを介して収納し、構成されていた。ここで通常、ファラデー回転子は飽和磁界内において所定の波長の光の偏光面を４５°回転する厚みに設定され、また２つの偏光子はそれぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されている。上記構造の光アイソレータにおいては、ファラデー回転子と２つの偏光子が別部品で各素子にホルダが必要であり、そのため部品点数が多くなり組立工数が多くなり小型化できないばかりか、各製品ごとに微小光学素子の組立調整が必要で、作業が煩雑となるものであった。そこで本出願人は、図３に示すように、上記偏光子３、４、ファラデー回転子２を光学接着剤２２で接着して積層一体化することによって、部品点数を減らし、生産性を高くした光アイソレータ用素子２１を用いた光アイソレータ２０を提案した（特開平４−３３８９１６号公報参照）。また、各光学素子を接着した場合、高湿度の環境下では接着剤の剥離が発生するため、側面に金属薄膜や樹脂等をコーティングしたシール材を備えることも提案している。この光アイソレータ用素子２１を作製する場合には、大型の偏光子基板とファラデー回転子基板を交互に光学接着剤で一体化し、これをカットして多数個の光アイソレータ用素子２１を得るといった方法を用いることにより、作業性や生産量を高くし、さらにホルダ等の部品点数を削減することができるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のようにファラデー回転子の両面に板状の偏光子を光学接着剤により接着し一体化した光アイソレータ用素子においては、以下のような課題があった。
【０００４】
▲１▼開口部（光が透過する部分）を光学接着剤で固定しているため耐湿性に劣り、特に高温高湿条件下での使用が制限される。
【０００５】
▲２▼開口部を光学接着剤で固定しているため、長時間あるいは高出力のレーザー光中の使用では接着層の変質の可能性があり、信頼性に問題がある。
【０００６】
▲３▼光学接着剤から発生するアウトガスにより他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。特に半導体レーザーパッケージ内への設置は、該アウトガスが半導体レーザーチップの発光特性に悪影響を及ぼすため、該パッケージ内への設置が不可能で、装置の大型化につながる。本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、耐湿性、耐光性に優れ、さらにアウトガスの発生が無く半導体レーザーパッケージ内に設置可能な、信頼性の高い光アイソレータ用素子を提供することにある。更に、部品点数、組立工数が少なく、量産性の高い光アイソレータ用素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光アイソレータ用素子の製造方法は、複数の短冊形状のファラデー回転子基板および柱状に形成された複数の接合部材を、複数の偏光子基板の間に交互に等間隔で配置させる工程と、前記接合部材を溶融固化させて、前記複数の偏光子基板および複数のファラデー回転子基板を一体化させた積層基板とする工程と、前記積層基板を所望のサイズにカッティングする工程とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
このように本発明の光アイソレータ用素子は、光路上で空間をもって光学素子を配置したため、開口部に光学接着剤等が存在しない。そのため、高温高湿条件や、高出力、長時間のレーザー光中での使用においても特性の劣化がない。また各光学素子が接合材により一体化されているため、光アイソレータを構成するホルダ等の部品点数を削減することができ、光アイソレータの小型化が実現する。また光アイソレータ用素子は対向する２つの側面のみで接合されており、他の側面は接合されていないために、光アイソレータ用素子作製時に付着した内部光学素子表面の汚れを洗浄することができ、従って低い挿入損失が得られる。また、完全に４つの側面を接合した場合は外部の温度、気圧変化により内部空気が膨張、収縮し、光アイソレータ用素子が歪み、そのため特性劣化や、接合部、あるいは光学素子の破損の危険があるが、本発明によれば未接合部（開放端）から空気の出入りがあるため破損の問題がない。また大型の基板で光学調整、接合を行い、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。また接合材に低融点ガラスあるいは半田等の無機材料をもちいるため、光アイソレータ用素子からは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。
【０００９】
【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は本発明にかかる光アイソレータ用素子１の構成を示す斜視図である。同図に示すようにこの光アイソレータ用素子１は、平板状のファラデー回転子２と、その両面に空間を持って配置された平板状の偏光子３，４と、接合剤である低融点ガラス５から構成されている。各光学素子（ファラデー回転子２と偏光子３，４）は、光が透過する面である開口部Ａ以外の部分で、光路上で空間ｔを持って、対向する２つの側面をそれぞれ接合されている。
【００１０】
接合は低融点ガラスの溶融固化によりおこなう。ここでファラデー回転子２はビスマス置換ガーネット結晶等で構成されており、その厚みは、該ファラデー回転子２に光軸Ｌ方向の飽和磁界を印可した場合に該ファラデー回転子２に入射する光の偏光面が４５゜光軸まわりに回転するに必要な厚みに構成されている。光アイソレータとして使用の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、磁石及び、光アイソレータ用素子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、磁石なしで光アイソレータを構成することが出来、さらなる小型化が実現する。
【００１１】
２枚の偏光子３，４は光軸Ｌ方向に入射する光の内の１方向の偏光成分を吸収する機能を有する吸収型偏光子、あるいは分離する機能を複屈折性偏光子で構成されている。ここで両偏光子のそれぞれの透過偏光方向は、相対的に４５゜光軸まわりにずらされている。これら各光学素子の光路上の空間ｔは、低融点ガラス５のサイズと焼成温度、焼成時間によって精度よく設定することができる。従って本発明の光アイソレータ用素子１は、各光学素子間の開口部Ａに、空気層以外の物質が存在しないため、長時間あるいは高出力のレーザー光中での使用でも接着層の変質による特性低下の可能性はなく、信頼性に優れた光アイソレータ用素子が提供できる。
【００１２】
同じく高温高湿条件でも、優れた信頼性を示す。また、接合材に低融点ガラスあるいは半田等の無機材料をもちいるため、光アイソレータ用素子１からは有機系のアウトガスが発生しない。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。ここで、アウトガスは主に有機系の接合材より発生し、接合材として低融点ガラスや半田の無機材料を用いた本発明の光アイソレータ用素子は、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。
【００１３】
さらに本発明の光アイソレータ用素子は完全に封着せず、開放された側面を有するので、内部の光学素子の洗浄が可能である。洗浄はたとえばエタノール等のアルコール溶液による超音波洗浄や、エアダスターによる洗浄等が可能である。また、外部雰囲気の温度や気圧変化が発生した場合でも、前記開放端により光アイソレータ用素子内部の空気の膨張や収縮がなく、従って歪みによる特性の劣化や、破損がなくなる。ここで、使用する低融点ガラスは、各光学素子の耐熱温度である約４５０℃以下で溶融するようなガラス材で構成されている。
【００１４】
図２は本発明にかかる光アイソレータ用素子１の製造手順を示す図である。まず同図（ａ）に示すように、板状の偏光子基板１３、１４と、複数の短冊形状のファラデー回転子基板１２と、柱状に形成された複数の低融点ガラスプリフォーム１５を準備する。次に、図２（ｂ）に示すように、偏光子基板１３、ファラデー回転子基板１２、低融点ガラスプリフォーム１５、偏光子基板１４の順に積層する。この時、ファラデー回転子基板１２と低融点ガラスプリフォーム１５は偏光子基板１３と１４の間で、交互に密着させて設置する。また、ファラデー回転子基板１２と偏光子１３、１４の間に空気層を持たせるために、あらかじめスペーサーをおくことが望ましい。
【００１５】
次に、図２（ｃ）に示すように、偏光子基板１３、複数のファラデー回転子基板１２、低融点ガラスプリフォーム１５、偏光子基板１４の積層体を、低融点ガラスプリフォーム１５の溶融作業温度に設定された高温炉６内で低融点ガラスプリフォームを溶融し、焼成一体化する。低融点ガラスの溶融作業温度は、各光学素子の耐熱温度を越えない温度で、およそ４５０℃以下のものを用いる。数分ほど焼成した後、常温に戻し、低融点ガラス１５の溶融固化によって３枚の光学素子基板を一体化し、光アイソレータ用素子基板１１を得る。この時光アイソレータ用素子基板１１は、低融点ガラス１５によって偏光子基板１３，１４と複数のファラデー回転子基板１２が接合一体化されている。
【００１６】
ここで偏光子基板１３、１４が、その透過偏波方向が精度が良く規定されているいものであれば、光学調整無しで接合する事が可能である。光アイソレータに高い特性が要求される場合には、偏光子基板１３と偏光子基板１４を光透過パワーをモニタしながら光軸回りの調整を行い、接合一体化することが可能である。なお上記偏光子基板１３、１４とファラデー回転子基板１２には予め反射防止コートを施しておくことが望ましい。これは各基板と低融点ガラス層及び空気層の屈折率の違いにより生じるフレネル反射を防止するためである。次にこの一体化された光アイソレータ用素子基板１１を、同図（ｄ）に示すように、接合部の中心とそれに垂直のラインを、接合幅Ｘを残し切断幅Ｗで切断し、同図（ｅ）に示すような光アイソレータ用素子１のサイズに多数個カッティングして、洗浄を行い、形状および特性が均一な光アイソレータ用素子の製造が可能となる。洗浄はたとえばアルコール系洗浄剤、またはアルカリ水溶液系洗浄剤等に浸漬し、超音波洗浄を行えば、光アイソレータ用素子１の内部の洗浄が可能である。
【００１７】
このように本発明の製造方法によれば組立調整工数が少なく、短時間で同時に多数個の光アイソレータ用素子の製造が可能となる。また、柱状にプリフォームされた低融点ガラス用いることにより、開口部Ａの大きさ、光学素子間隔ｔ、接合幅Ｘを、高精度で作製でき、かつ再現性よく作製することが出来る。本実施例では低融点ガラスの柱状プリフォームを用いる方法について説明したが本発明はこれに限ることなく、金属半田のプリフォームや、あるいはプリフォームではなく直接光学素子に接合材をスクリーン印刷してもよく、直線状でその厚みと幅が要求通りに設定できればよい。また本実施例では偏光子が２枚、ファラデー回転子が１枚の構成を用いたが、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て同様の製造方法で光アイソレータ用素子を作製することも可能である。
【００１８】
【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及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。
【００１９】
▲１▼各光学素子の固定を開口部Ａ以外の部分で行っているので、長時間あるいは高出力のレーザー光中の使用でも、接合材の変質の可能性が無く、信頼性に優れる。
【００２０】
▲２▼低融点ガラスや金属半田等の無機材料で各光学素子を接合したので、アウトガスが発生せず、かつ耐湿性に優れる。
【００２１】
▲３▼各光学素子を直接一体化しているため、光アイソレータを構成するホルダ等の部品点数を削減することができ、光アイソレータの小型化が実現する。
【００２２】
▲４▼接合部は、開放された側面を有するので、内部の光学素子の洗浄が可能である。また、外部雰囲気の温度や気圧変化が発生した場合でも、前記開放端により歪みによる特性の劣化や、破損がなくなる。
【００２３】
▲５▼光アイソレータ用素子の製造方法においては、大型の光学素子基板で作製することができるので、量産性が向上し、コストも低減できる。また、各光学素子の接合間隔ｔ、接合幅Ｘ、開口部Ａ、サイズを精度良く、再現性良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光アイソレータ用素子の実施例を示す斜視図。
【図２】  本発明の光アイソレータ用素子の製造方法を示す図。
【図３】  従来の光アイソレータを示す斜視図。
【符号の説明】
１          光アイソレータ用素子
２          ファラデー回転子
３，４      偏光子
５          低融点ガラス
６          高温炉
１１        光アイソレータ用素子基板
１２        ファラデー回転子基板
１３，１４  偏光子基板
１５        低融点ガラスプリフォーム
２０        光アイソレータ
２１        光アイソレータ用素子
２２        光学接着剤
２３        磁石
【図１】
0003688865.tif 000002
【図２】
0003688865.tif 000003
【図３】
0003688865.tif 000004