(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光子、検光子、ファラデー回転子、永久磁石、これらを内蔵するためのホルダ、および位置調整のためのホルダリングから成る光アイソレータにおいて、偏光子、検光子の側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面にメタライズし、メタライズ部分を介して、偏光子、検光子とホルダリングとが半田により接合固定されてなることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
偏光子、検光子が厚さ300μm以上の偏光ガラスよりなる請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
半田がAu・Sn合金またはAu・Ge合金よりなる請求項１又は２に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
ホルダリングがコバール合金よりなる請求項１〜３のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項５】
ホルダリングがFe・Ni合金よりなる請求項１〜３のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項６】
メタライズ部分の総面積の下限が偏光子、検光子の側面の２面において上下面からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く面の２／３の面積であり、上限が側面の４面において上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面の面積である請求項１〜５のいずれかに記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏光子、検光子に偏光ガラスを用い、ファラデー効果を利用した光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータは偏光子、検光子及びこれらの間に挟まれたファラデー回転子、永久磁石、およびこれらを内蔵するためのホルダで構成されている。具体的な構成はいくつか知られているが、特に、高消光比、小型化が要求される光アイソレータの場合には、高消光比、薄型化が可能な偏光ガラスが偏光子、検光子に使用される。偏光ガラスとしては例えばポーラコア（コーニング・グラス・ワークス社製商品名、以下同じ）が例示される。
一方図７に示すように、偏光子１、検光子７、ファラデー回転子８及び筒状磁石９を筒状ホルダ６内に固定する構成としては例えば実開平5-96830 号公報に記載されているようなホルダリング２を使用した位置調整が容易な構成が知られている。
上記ホルダリング２に偏光子１、検光子７、ファラデー回転子８を接合固定する方法としては有機高分子からなる接着剤を用いて接合固定する方法が知られている。
しかしながら、偏光子、検光子、ファラデー回転子を有機高分子からなる接着剤で接合固定した場合、接着剤の熱膨張係数が大きいため環境の温度変化により、設定された傾斜角度からの大きなずれが生じる。この現象により最適に調整された光軸が環境の温度変化によりずれるという問題点があった。さらに、接着剤から揮発する有機物により光源のレーザが劣化し、レーザの長期信頼性を著しく低下させていた。
【０００３】
光アイソレータの長期信頼性の低下を招くことなくホルダリングに偏光子、検光子、ファラデー回転子を接合固定する方法として半田、低融点ガラスを用いて接合固定する方法が知られている。特に最近では環境に対する安全性から鉛の入っていないAu系半田が用いられる。
半田を使用して偏光子、検光子、ファラデー回転子をホルダリングに接合固定する場合に極めて重要なことは偏光子、検光子、ファラデー回転子とホルダリングの熱膨張係数をなるべく近づけることである。偏光子、検光子、ファラデー回転子とホルダリングの熱膨張係数差が大きい場合、熱応力により偏光子、検光子、ファラデー回転子にクラックが生じ、光アイソレータの性能を全く引き出すことができない。この現象は、特に偏光子、検光子に使用された偏光ガラスとホルダリングの接合固定において顕著に発生する。
【０００４】
クラックを生じる問題を解決する方法として下記の方法が知られている。
ａ．光学素子とホルダとの間に所定の熱膨張係数を持つスペーサを使用する。スペーサ材質としてはセラミックスが適しており、その形状は円形リング状又はそれにスリット又は切断部を設けた形状、光学素子の半田付け用メタライズと同等形状、正方形の形状の中央部分を円形にくり抜いた形状、及びそれらを切り離した形状（特開平5-11215号公報参照）とする。
ｂ．ホルダにスリット部を設ける（実開平6-4735号公報参照）。
ｃ．ホルダに偏光ガラスと熱膨張係数が近いFe−32Ni、Fe−42Ni合金を使用する（特開平6-167675号公報参照）。
しかしながら、上記ａ〜ｃの方法により本発明者らが偏光子、検光子とホルダリングとの半田による接合固定を行った結果、クラックは発生しなかったものの、接合固定後の偏光子、検光子において十分な消光比を得ることができず、その結果、これらを用いた光アイソレータにおいても高消光比を得ることができないという問題が生じた。
この原因は上記クラックが発生する原因と同様、偏光子、検光子とホルダリングとの熱膨張係数差により発生する熱応力によるものである。すなわち、上記ａ〜ｃの方法により偏光子、検光子への熱応力は低減し、クラックは発生しないものの、まだ十分に応力歪みが緩和されず、光アイソレータとしての十分な消光比を引き出すことができなかったためである。
【０００５】
応力歪みを低減し、偏光子、検光子の高消光比を達成するための方法として下記の方法が知られている。
ｄ．光学素子側面にメタライズを施し、光学素子側面とホルダとを固定する（特開平6-34861 号公報参照）。
ｅ．光学素子の光線透過部分を除く外周部へ同心円上にメタライズパターンを配列する。メタライズパターンは少なくとも４個、総面積は光学素子の光入射面面積の５〜25％、同間隔に配列、円形である（特開平6-67119号公報参照）。
しかしながら、上記ｄ、ｅの方法により本発明者らが偏光子、検光子とホルダリングとの半田による接合固定を行った結果、図６に示すような消光比の面内分布が発生し、消光比は接合部分に近づくほど小さくなった。この結果は、光アイソレータは一定サイズ以上の小型化ができないと同時に安価に供給できないということを意味する。この理由を以下に説明する。
ｄ、ｅの方法により接合固定した偏光子、検光子を使用し、高消光比の光アイソレータを得る方法としては、光透過部分よりも十分に面積の大きい偏光子、検光子を使用するという方法がある。すなわち、接合固定部分から十分離れた、消光比の大きい部分のみを使用して光アイソレータとしての特性を得るという方法である。しかしながら、この方法では一定サイズ以上の小型化ができないという問題が生じる。一方、偏光ガラスのポーラコア（前出）は非常に高価であることから、安価な光アイソレータを供給するためには偏光子、検光子の面積は少しでも小さくする必要がある。従って、高消光比と同時に小型化及び安価な光アイソレータを得ることは従来の技術では不可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ａ〜ｃの方法のホルダリングの材質、形状を規定するのみではクラックは発生しないものの、光アイソレータとしての十分な消光比を得ることは困難であった。
また、上記ａ〜ｅの方法を単独、あるいは併用することにより部分的には光アイソレータとしての十分な消光比を得ることができるものの、消光比の面内分布が大きいため小型で安価な光アイソレータを供給することは困難であった。また、応力歪みを低減する方法として接合固定面積を小さくすることが考えられるが、特開平6-67119号公報に記載されているように、一定以上の接合強度を得るために、一定以上の接合固定面積を確保する必要がある。
すなわち、ａ〜ｅの方法では高消光比、高接合強度、小型化、安価という条件を同時に満足できる光アイソレータを提供することは困難であった。
本発明の課題は半田により偏光子、検光子とホルダリングとが接合固定されており、光学面の面積に関わらず高消光比で消光比の面内分布が極めて小さく、大きな接合強度を有する光アイソレータを得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光子、検光子、ファラデー回転子、永久磁石、これらを内蔵するためのホルダ、および位置調整のためのホルダリングから成る光アイソレータにおいて、偏光子、検光子の側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面にメタライズし、メタライズされた部分を介して、偏光子、検光子とホルダリングとが半田により接合固定されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するため本発明は、偏光子、検光子の側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面にメタライズし、メタライズされた部分を介して偏光子、検光子とホルダリングとを半田により接合固定するものである。
偏光子、検光子に偏光ガラス例えばポーラコア（前出）を使用する場合、偏光ガラスの偏光性は一般に薄い表面層に限られており、従ってその部分に応力歪みが集中しなければ消光比の劣化は起きないことを本発明者らは突きとめた。
すなわち、本発明ではメタライズの範囲を上下面からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く側面としたが、これは偏光ガラスの偏光性のある表面層に影響を与える範囲が表面から厚さ100±20μm 以内の範囲であることによるもので、したがって、この偏光性のある表面層の厚さの部分にメタライズがほどこされていないことが最も重要な点である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明により、高消光比でかつ消光比の面内分布を極めて小さくできるので、小型で安価な光アイソレータを提供することができる。
図１は偏光子１または検光子７を示し、直方体６面の内、側面11の４面がメタライズの対象で、側面11において、上下の表面５からそれぞれ上下100±20μm（図１では0.1mm ）以内の範囲を除く符号４で示す領域がメタライズ部分である。
偏光子、検光子としては偏光ガラスを用いることが好ましく、偏光ガラスは公知のもので良く、表面に偏光性を有するものであれば良い。例えば市販のポーラコア（前出）が例示される。厚さは0.3mm（300μm）以上、好ましくは0.3 〜0.6mm が良い。
また、メタライズ部分４の総面積は、下限が偏光子１、検光子７の側面11の２面に対して、上下の表面５からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く面の２／３の面積であり、上限が側面11の４面に対して、上下の表面５からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く面の面積であることが必要で、メタライズ部分の面積が面の２／３未満であると十分な接合強度を得ることができず高信頼性を達成できないという問題がある。
更に、メタライズ部分４は、側面11の２面以上に形成すれば良く、例えば対向する２側面、もしくは４側面全てに形成しても良い。
具体的に図１の場合、メタライズ部分４の総面積の下限は、メタライズ部分が側面11の２面において、上記範囲を除く面の２／３の面積の場合で0.56mm2であり、上限は、メタライズ部分４が側面11の４面において、上記範囲を除く面のすべての面積の場合で1.68mm2 となる。
メタライズ部分４の総面積が上記の範囲であれば衝撃試験での分解がなく、メタライズ面積の大小は中心の消光比及び面内での最低消光比に依存せず、中心の消光比及び面内での最低消光比を極めて良好にさせることが出来る。なおメタライズ方法は公知の方法でよく、例えばCr／Pt／Au積層構造体を、厚さ0.5〜５μm に真空蒸着法、スパッタリング法、CVD 法等の方法で行えばよい。
【００１０】
図２に偏光子１又は検光子７とホルダリング７の、半田３による接合固定の一例を示す。
本発明に用いる半田については特に限定はされないが、これをAu・Sn合金、Au・Ge合金よりなるものとすれば、クラックの発生もなく、中心の消光比及び面内の最低消光比も極めて良好であり、衝撃試験による分解もなく良好な結果が得られ、また環境に対する鉛汚染をなくすことができ、かつ良好な光アイソレータの特性を引き出すことができるので好ましい。
ホルダリングの材質にはコバール合金又はFe・Ni合金を使用することが好ましく、その理由はこれらの熱膨張率が偏光ガラスの熱膨張率と近いので接合固定後のクラックの発生をなくすことによるものである。
コバール合金としてはNi重量29％・Co重量17％・残部Feの合金が例示される。Fe・Ni合金としてはFe68重量％・Ni32重量％の組成のFe−32Ni合金、又はFe58重量％・Ni42重量％の組成のFe−42Ni合金が例示される。
熱膨張係数は偏光ガラスの 6.5×10-6／Ｋに対して、コバール合金は 4.7×10-6／Ｋ、Fe−32Ni合金は6.5×10-6／Ｋ、Fe−42Ni合金は 6.5×10-6／Ｋの値を示し、これらの合金は偏光ガラスに近い値を示すが、SUS340の場合は20×10-6／Ｋと大きい値を示す。
【００１１】
図４に、本発明の光アイソレータの消光比面内分布を示すが、半田接合部分に近いところにおいても中心と同等かつ大きい消光比が得られる。この結果、偏光子、検光子の小型化が可能であることを示している。すなわち、光アイソレータの小型化が可能であることを示している。また従来は不可能であった高消光比、小型化、安価の条件を同時に満足する光アイソレータを製造できることがわかる。
【００１２】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。
実施例１
偏光子、検光子に下記の通り、厚さ３μm にCr／Pt／Au積層構造体を、真空蒸着法でメタライズした。
図１に偏光子１及び検光子７に施したメタライズ部分４を示す。偏光子１、検光子７には偏光ガラスのポーラコア（前出）を用いた。偏光子１、検光子７は1.4mm×1.4mm ×厚さ0.5mm の寸法に加工してあり、メタライズ部分４は側面11の上下からそれぞれ0.10mmを除いた残る側面の面積部分1.4mm×0.3mmとし、メタライズする面を図１に示すように、対面する二つの側面４としたところメタライズ総面積は0.84mm2 であった。
図２に半田による接合固定を行った偏光子１、検光子７とホルダリング２の構成を示す。偏光子１、検光子７には偏光ガラスのポーラコア（前出）、ホルダリング２にはコバール合金、半田３にはAu・Sn合金を用い、電気炉内にて300℃で加熱して半田付けを行った。
得られた光アイソレータについて、クラックの有無、中心の消光比、面内での最低消光比、衝撃試験での分解の有無を測定した。その結果を表１に示す。
なおクラックは光学顕微鏡により確認した。
また面内での最低消光比は図３に示す測定位置において最も小さい消光比の値である。
衝撃試験は2,000G、0.3msec の条件で行った。
【００１３】
実施例２
ホルダリングの材質をFe−32Niとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１４】
実施例３
ホルダリングの材質をFe−42Niとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１５】
実施例４
偏光子、検光子のメタライズ部分を、図１において、側面11の上下からそれぞれ0.15mmを除いた残る側面の面積部分1.4mm×0.2mm とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は0.56mm2 であった。結果を表１に示す。
【００１６】
実施例５
偏光子、検光子のメタライズ部分を、４側面に施した以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は1.68mm2 であった。結果を表１に示す。
【００１７】
実施例６
半田にAu・Ge合金を用いて、 380℃で加熱半田付けをした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１８】
比較例１
偏光子、検光子のメタライズ部分４を図５のように表面の四隅に施した以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１９】
比較例２
偏光子、検光子のメタライズ部分を側面全面の 1.4mm×0.5mm とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００２０】
比較例３
ホルダリングの材質をSUS304とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００２１】
比較例４
偏光子、検光子のメタライズ部分を側面の上下それぞれ0.20mmの範囲を除いた側面部分 1.4mm×0.10mmとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は0.28mm2であった。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003678860.tif 000002
【００２３】
表１の結果より、
実施例１、比較例１、２から偏光ガラスの表面から 100±20μm 以内の範囲を除く側面にメタライズし、メタライズされた部分を介して半田により接合固定することにより中心の消光比及び面内での最低消光比が極めて良好であることを示している。
【００２４】
図４に、実施例１での消光比面内分布を示す。半田接合部分に近いところにおいても中心と同等かつ大きい消光比が得られる。この結果は偏光子、検光子の小型化が可能であることを示している。すなわち、光アイソレータの小型化が可能であることを示している。
【００２５】
実施例１、６から半田の材質がAu・Sn合金、Au・Ge合金の場合にはクラックの発生はなく、中心の消光比及び面内の最低消光比も極めて良好であり、衝撃試験による分解もなく良好な結果が得られることを示している。
【００２６】
実施例１、２、３及び比較例３からホルダリング材質が偏光ガラスの熱膨張係数に近い場合（偏光ガラスは 6.5×10-6／Ｋ、コバールは4.7×10-6／Ｋ、Fe−32Niは 6.5×10-6／Ｋ、Fe−42Niは 6.5×10-6／Ｋ、SUS340は20×10-6／Ｋ）にはクラック発生防止に効果が著しいことを示している。
【００２７】
実施例１、４及び比較例４からメタライズ総面積が0.56mm2 以上であれば衝撃試験での分解がないことが分かる。また、面積の大小は中心の消光比及び面内での最低消光比に依存しないことを示しており、偏光ガラスの側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面積部分にメタライズし、メタライズされた部分を介して半田により接合固定することが中心の消光比及び面内での最低消光比を極めて良好にさせることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来は不可能であった高消光比、小型化、安価の条件を同時に満足する光アイソレータを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のメタライズ部分の説明図。
【図２】  半田による接合固定を行った偏光子又は検光子とホルダリングの構成図。
【図３】  消光比測定位置の説明図。
【図４】  本発明の光アイソレータの消光比面内分布を示す図。
【図５】  比較例１におけるメタライズ部分の説明図。
【図６】  従来の光アイソレータの消光比面内分布の一例を示す図。
【図７】  光アイソレータの構成図。
【符号の説明】
１...偏光子
２...ホルダリング
３...半田
４...メタライズ部分
５...表面
６...ホルダ
７...検光子
８...ファラデー回転子
９...磁石
10...遮光板
11...側面
【図１】
0003678860.tif 000003
【図２】
0003678860.tif 000004
【図３】
0003678860.tif 000005
【図４】
0003678860.tif 000006
【図５】
0003678860.tif 000007
【図６】
0003678860.tif 000008
【図７】
0003678860.tif 000009