(57)【要約】 【課題】  製造コストを大幅に低減したレーザーダイオードモジュールの小型化に寄与できるレンズ機能付き光アイソレータ及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】  光アイソレータを通過するレーザー光の有効領域にのみ光アイソレータ機能を持たせ、それ以外の部分は、光アイソレータ機能を有しない樹脂等で作製した擬似部材８を用いることで、製造コストの大半を占める結晶の透過面積を１／１０以下にし、製造コストを大幅に低減し、レーザーダイオード素子のパッケージに内蔵するレンズを省略することで、レーザーダイオードモジュールの小型化に寄与できる。さらに、擬似部材８に磁性粉末または磁性針状粒子を混ぜることで、磁石機能をもたせる。これにより、内部非相反ファラデー回転素子７を磁気飽和させ、素子全体の小型化を図る。【選択図】  図１
2006171216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の偏光面を非相反回転させるファラデー回転素子の両側に、レンズ機能を有するように曲面加工が施された偏光子が配置されてなるレンズ機能付き光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転素子および前記偏光子の非光学面を覆い略球状の外形を有する擬似部材が付加されたことを特徴とするレンズ機能付き光アイソレータ。
【請求項２】
前記擬似部材は、アクリル系またはエポキシ系の樹脂からなることを特徴とする請求項１記載のレンズ機能付き光アイソレータ。
【請求項３】
前記擬似部材は、前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる磁性を有する素材からなることを特徴とする請求項１記載のレンズ機能付き光アイソレータ。
【請求項４】
前記擬似部材は、前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる磁性を有する素材をアクリル系またはエポキシ系の樹脂内に分散させてなることを特徴とする請求項１記載のレンズ機能付き光アイソレータ。
【請求項５】
前記磁性を有する素材の磁化容易軸が前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる方向にそろえられたことを特徴とする請求項３または４記載のレンズ機能付き光アイソレータ。
【請求項６】
光の偏光面を非相反回転させる板状のファラデー回転素子の両側に板状の偏光子を接合して非相反光学素子板を作製する工程と、前記非相反光学素子板を切断して角柱状の非相反光学素子を作製する工程と、前記非相反光学素子の非光学面を覆うように擬似部材でくるんだ後で球状研磨することで突出する偏光子の光学面を曲面加工する工程とを含むことを特徴とするレンズ機能付き光アイソレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法に関し、特に光通信分野において使用されるレンズ機能付き光アイソレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発振素子に代表される光を発振する光源の多くは、光回路を逆進する反射戻り光によって、その発振が不安定になり、発振光の雑音の発生や出力の不安定といった現象を生じる。この反射戻り光を遮断するために、発振方向の光は透過し、戻り光を遮断する非相反素子である光アイソレータが使用されている。
【０００３】
この光アイソレータに内蔵する非相反回転素子はファラデー回転素子と称される。このファラデー回転素子はＣ軸と称する結晶軸に平行なベクトル成分に対して非相反回転機能を有する。発散または収束するような角度を持つ光は、ファラデー回転素子のＣ軸方向成分の偏光回転角度をもつ。光アイソレータを作製する際には、この発散および集光角度を考慮して調整を行う。その発散および集光角度が一定でないことや、生産性の問題から平行光束を対象とするものが多い。
【０００４】
図３は、従来の球状の光アイソレータの概念図を示したものである。このような光アイソレータ３を用いるときは、前後に光線束を発散または収束させて実像または虚像を結ぶレンズ２を配置して、ビーム光束４を調整してから光アイソレータ３を通過させ、再び集光して出射用フェルール５の光回路端に入力する方法が一般的に用いられている（図３）。
【０００５】
このようなレンズを用いた構造は複雑なので、組み立ての生産性が著しく劣化する。そのために、光アイソレータに使用する偏光子の片側の光線束を発散または収束させて実像または虚像を結んでレンズ化する手法が用いられる。この手法は、１方の偏光子に曲面加工を施す方法である。この方法の先行例として、特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９０２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１にかかる光アイソレータの場合、片側に平面の偏光子を有するので、光アイソレータ素子の傾きにより光の調芯位置が変動し、調芯作業が難しくなり、パッケージ設計の制約を与えていた。側面固定なので、その側面の平面加工が必要になり、生産性を悪化させていた。この問題の解決には、ファラデー回転素子７を挟んだ２枚の偏光子６で構成される光アイソレータ３を立体に切り出し、その全面を球状に加工することで２枚のレンズ機能を持たせる方法である（図３）。図３は、一般的な光アイソレータの構成例を示す図である。この方法は大量同時加工が可能なので、製造工数を大幅に低減することができる。また、２カ所の曲面を通過する構造なので、収差の発生を抑制できる。
【０００８】
しかしながら、この方法では、削り取ってしまう部材の量が多いことや、切り出し前の大きさの制約から通常素子の切り出し数量が制限され、材料コストが増加する。特に、使用されるファラデー回転素子や偏光板は高価なので、価格の設定に大きな影響を与える問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、製造コストを大幅に低減したレーザーダイオードモジュールの小型化に寄与できるレンズ機能付き光アイソレータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための第１の発明は、光の偏光面を非相反回転させるファラデー回転素子の両側に、レンズ機能を有するように曲面加工が施された偏光子が配置されてなるレンズ機能付き光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転素子および前記偏光子の非光学面を覆い略球状の外形を有する擬似部材が付加されたレンズ機能付き光アイソレータである。
【００１１】
更に、上記目的を達成するための第２の発明は、前記擬似部材は、アクリル系またはエポキシ系の樹脂からなるレンズ機能付き光アイソレータである。
【００１２】
更に、上記目的を達成するための第３の発明は、前記擬似部材は、前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる磁性を有する素材からなるレンズ機能付き光アイソレータである。
【００１３】
更に、上記目的を達成するための第４の発明は、前記擬似部材は、前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる磁性を有する素材をアクリル系またはエポキシ系の樹脂内に分散させてなるレンズ機能付き光アイソレータである。
【００１４】
更に、上記目的を達成するための第５の発明は、前記磁性を有する素材の磁化容易軸が前記ファラデー回転素子を磁気飽和させる方向にそろえられたレンズ機能付き光アイソレータである。
【００１５】
更に、上記目的を達成するための第６の発明は、光の偏光面を非相反回転させる板状のファラデー回転素子の両側に板状の偏光子を接合して非相反光学素子板を作製する工程と、前記非相反光学素子板を切断して角柱状の非相反光学素子を作製する工程と、前記非相反光学素子の非光学面を覆うように擬似部材でくるんだ後で球状研磨することで突出する偏光子の光学面を曲面加工する工程とを含むレンズ機能付き光アイソレータの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るレンズ機能付き光アイソレータによれば、その特性を劣化させることなく２枚の偏光子の曲面化が可能であり、レーザーダイオード素子のパッケージ等に内蔵するレンズを省略しても機能が劣化しない。また、擬似部材を使用することで、製造コストの大半を占める結晶の透過面積を１／１０以下にできるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００１７】
さらに、擬似部材内に磁性粉末または磁性針状粒子を混ぜることで、磁石機能をもたせ、内部ファラデー回転素子を磁気飽和させることが可能となり、素子全体の小型化に大いに寄与できる。
【００１８】
本発明では、光アイソレータを通過するレーザー光の有効領域のみに光アイソレータ機能を持たせ、それ以外の部分は光アイソレータ機能を有しない擬似部材を使用することで、材料費を大幅に削減し、レーザーダイオード素子のパッケージに内蔵するレンズを省略することで、レーザーダイオードモジュールの小型化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の形態に係るレンズ機能付き光アイソレータは、光の偏光を回転させる非相反ファラデー回転素子７と、その両側に配置された特定偏光を選択する２枚の偏光子６からなる非相反光学素子において、必要なビーム径を維持できる大きさの非相反光学素子の周りに擬似部材８を配置する。全体の形状を立体にした後で曲面加工することで、レンズ機能を有する光アイソレータを作製する。
【００２０】
また、この擬似部材８は、アクリル系またはエポキシ系の樹脂を用い、封入する非相反光学素子が立体の重心に位置するようにする。
【００２１】
さらに、この擬似部材８に強磁性を有する物質を混入させ、その磁化容易軸方向を非相反光学素子の光透過方向に合わせることで磁石機能を持たせ、素子全体の小型化に大いに寄与できる光アイソレータの提供が可能となる。
【実施例１】
【００２２】
本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の球状の光アイソレータの概念図である。球状は、非球面及び球面を意味する。
【００２３】
非相反ファラデー回転素子７としてＧｄＢｉＩＧガーネット膜を用いた。このガーネット膜は膜厚３３０（±２）μｍで波長１．３１μｍで４５°の回転角を持ち、両面に屈折率１．５の無反射コートを施している。偏光子６として厚さ０．９ｍｍのルチル単結晶板を用い、片面屈折率１．０、片面屈折率１．５の無反射コートを施した。このＧｄＢｉＩＧガーネット膜及びルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は１３１０ｎｍである。使用したＧｄＢｉＩＧガーネット膜とルチル単結晶板は１１ｍｍ角の寸法にした。
【００２４】
まず、屈折率１．５の無反射コートを施した一枚のルチル単結晶板側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉＩＧガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、屈折率１．５の無反射コートを施したもう一方のルチル単結晶板側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布しＧｄＢｉＩＧガーネット膜に接着した。接着剤の硬化前に、検光子側のルチル単結晶板からレーザー光を入射し、磁場を印加して、その消光比が最大になるようにルチル単結晶板の偏光軸合わせを行い、固定した状態で硬化した。
【００２５】
次に、硬化した試料をダイシングソーにより、０．７ｍｍ角に切断し、アクリル樹脂に封入した。このアクリル樹脂は、研磨によって２．３ｍｍ角で、内部素子がその中心に位置するように配置した。ここでのチップの切り出し寸法は、使用する光アイソレータの位置をレーザーダイオード直近とし、シミュレーションによって発振するガウシアンビームの１／ｅ2の２倍の大きさであるφ０．６ｍｍを参考に、０．７ｍｍ角に設定した。このように作製されたアクリルブロックを丸く研磨加工し、表面を鏡面に磨いて球状レンズとした。作製された球状レンズの寸法は２．０ｍｍ±０．００２ｍｍであった。
【００２６】
このようにしてできた球状の光アイソレータに、非相反ファラデー回転子飽和用マグネット９により印加磁場を与えて内蔵するＧｄＢｉＩＧガーネット膜７の結晶軸方向に磁気飽和させ、光アイソレータとしての特性を測定した。測定は、図４に示すようなフェルール付き光ファイバー１０間に本発明のレンズ機能付き光アイソレータを配置して測定を行う。フェルール付き光ファイバー１０端は、対空気ＡＲコートが施されている。波長１３１０ｎｍで順方向損失１．０１ｄＢ、逆方向損失３８．５ｄＢの特性が得られた。これに対空気無反射コートを施すことで、フレネル反射損失の分約０．７ｄＢの順方向損失を改善した。また、結合効率は０．０５７ｄＢと一般的なボールレンズを用いた場合の３倍以上の結合効率であった。
【００２７】
以上より、その特性を劣化させることなく２枚の偏光子の曲面化が可能であり、レーザーダイオード素子のパッケージ等に内蔵するレンズを省略しても機能が劣化しないことがわかる。
【００２８】
図２に示した従来の球状レンズの場合は、曲面研磨の加工性を重視すると、加工寸法の曲率半径に対して１．２倍以上の大きさが加工前の形状に必要としていた。そのために、従来の球状レンズでは、１１ｍｍ角の大板から１６個取るのが限界であった。それに対して、本発明では、光アイソレータを通過する光の有効ビーム径（数百ミクロン以上）の大きさを確保すれば良い。その結果、結晶の透過面積を１／１０以下にでき、１６９個の球状レンズを取ることが可能になった。ここでの球状は、非球面及び球面を意味する。
【００２９】
なお、本実施例の光アイソレータは球状であるが、素子固定や偏光子の偏光方向を特定するために、光路とならない一部分を平面に削ることで固定面及びマーキングを付けることができる利点がある。ここでの球状は、非球面及び球面を意味する。
【実施例２】
【００３０】
本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の球状の光アイソレータの概念図である。
【００３１】
非相反ファラデー回転素子７としてＧｄＢｉＩＧガーネット膜を用いた。このガーネット膜は膜厚３３０（±２）μｍで波長１．３１μｍで４５°の回転角を持ち、両面に屈折率１．５の無反射コートを施してある。偏光子６として厚さ０．９ｍｍのルチル単結晶板を用い、片面屈折率１．０、片面屈折率１．５の無反射コートを施した。ＧｄＢｉＩＧガーネット膜及びルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は１３１０ｎｍである。使用したＧｄＢｉＩＧガーネット膜とルチル単結晶板は１１ｍｍ角の寸法にした。
【００３２】
まず、屈折率１．５の無反射コートを施した一枚のルチル単結晶板側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉＩＧガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、屈折率１．５の無反射コートを施したもう一方のルチル単結晶板側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉＩＧガーネット膜に接着した。接着剤の硬化前に検光子側のルチル単結晶板からレーザー光を入射し、磁場を印加して、その消光比が最大になるようにルチル単結晶板の偏光軸合わせを行い、固定した状態で硬化した。
【００３３】
次に、硬化した試料をダイシングソーにより、０．７ｍｍ角に切断し、次工程で使用するアクリルバインダにフェライト粉末を質量比７５％分散させたフェライト混入のアクリルバインダ樹脂に封入した。以後、このフェライト混入のアクリルバインダをＦアクリルと称す。このＦアクリル樹脂は、研磨によって２．３ｍｍ角で、内部素子がその中心に位置するように配置した。また、封止する際、光入射方向に印加磁場を与え、磁化容易軸方向に光透過方向を合わせた。ここでのチップの切り出し寸法は、使用する光アイソレータの位置をレーザーダイオード直近とし、シミュレーションによって発振するガウシアンビームの１／ｅ2の２倍の大きさであるφ０．６ｍｍを参考に、０．７ｍｍ角に設定した。このように作製されたＦアクリルブロックを丸く研磨加工し、表面を鏡面に磨いて球状レンズとした。作製された球状レンズの寸法は２．０ｍｍ±０．００２ｍｍであった。
【００３４】
このようにしてできた球状の光アイソレータに、印加磁場を与えてＦアクリルを着磁し、内蔵するＧｄＢｉＩＧガーネット膜７を結晶軸方向に飽和させ、光アイソレータとしての特性を測定した。測定は、図５に示すようなフェルール付き光ファイバー１０間に本発明のレンズ機能付き光アイソレータを配置して測定を行う。フェルール付き光ファイバー１０端は、対空気ＡＲコートが施されている。波長１３１０ｎｍで順方向損失１．２ｄＢ、逆方向損失３６．５ｄＢの特性が得られた。これに対空気無反射コートを施すことで、フレネル反射損失の分約０．７ｄＢの順方向損失の改善した。また、消光比が若干低い理由は、アクリルに分散させたフェライト粉末の質量比が低いことから、充分な飽和磁場が与えられていない可能性が考えられる。また、結合効率は０．０５７ｄＢと一般的なボールレンズを使用した場合の３倍以上の結合効率であった。ここでの球状は、非球面及び球面を意味する。
【００３５】
以上より、その特性を劣化させることなく２枚の偏光子の曲面化が可能であり、レーザーダイオード素子のパッケージ等に内蔵するレンズを省略しても機能が劣化しないことがわかる。
【００３６】
図２に示した従来の球状レンズの場合は、球状研磨の加工性を重視すると、加工寸法の曲率半径に対して１．２倍以上の大きさが加工前の形状に必要としていた。そのために、従来の球状レンズでは、１１ｍｍ角の大板から１６個取るのが限界であった。それに対して、本発明では、光アイソレータを通過する光の有効ビーム径（数百ミクロン以上）の大きさを確保すれば良い。その結果、結晶の透過面積を１／１０以下にでき、１６９個の球状レンズを取ることが可能になった。また、擬似部材内に磁性粉末または磁性針状粒子を混ぜることで、磁石機能をもたせ、内部ファラデー回転素子を磁気飽和させることが可能となり、素子全体の小型化に大いに寄与できることがわかった。ここでの球状は、非球面及び球面を意味する。
【００３７】
なお、本実施例の光アイソレータは球状であるが、素子固定や偏光子の偏光方向を特定するために、光路とならない一部分を平面に削ることで固定面及びマーキングを付けることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の球状の光アイソレータの概念図。
【図２】従来の球状の光アイソレータの概念図。
【図３】一般的な光アイソレータの構成例を示す図。
【図４】本発明の実施例１に用いた測定系図。
【図５】本発明の実施例２に用いた測定系図。
【符号の説明】
【００３９】
１    半導体レーザー発振チップ
２    レンズ
３    光アイソレータ
４    ビーム光束
５    出射用フェルール
６    偏光子
７    非相反ファラデー回転素子
８    擬似部材
９    非相反ファラデー回転素子飽和用マグネット
１０    フェルール付き光ファイバー
【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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