(57)【要約】【課題】従来の細長い直方体形状の光学素子をそのままファイバを内部に有するフェルール端に保持することは、安定性が悪く、信頼性上好ましくない。【解決手段】光の入出射面が互いに平行であり、少なくとも一つの側面が台形状である光学素子とする。【選択図】図１
2006039308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入出射面が互いに平行であり、少なくとも一つの側面が台形状であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子を大型基板から切り出して製造する方法であって、各光学素子の向きが互い違いになるように切り出すことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
強磁性体または常磁性体からなる筒状または凹状のホルダ内に、請求項１記載の光学素子を入出射面を露出した状態で保持固定したことを特徴とする光部品。
【請求項４】
上記ホルダの少なくとも片側に透光性の平板またはレンズによる気密窓を装着したことを特徴とする請求項３記載の光部品。
【請求項５】
請求項３または４記載の光部品をフェルールの傾斜端面に装着したことを特徴とする光部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機器、光センサシステムに使用する光学素子とこれを用いた光部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の普及により、それに使用する光部品の小型・低価格化が進んでいる。光部品の小型・低価格化を図る手法で最も広く用いられている方法が、光部品内で使用する光学素子（一体構成のアイソレータ素子、ガーネット、偏光子、フィルタ素子等）の微小化である。例えば図６（ａ）に示した外観の光学素子７（サイズ：ａ１×ａ２×ｔ）を図６（ｂ）に示すように大型の基板（サイズ：Ｌ×ａ１×ｔ）から切り出して製造する場合、できるだけ多数の光学素子７が得られればその分、１個あたりの光学素子７が安価になる。即ち、ａ２の長さを可能な限り小さくとれば、一枚の基板から多数の光学素子７を得ることができる。そうした光学素子７をファイバ端近傍に設置すれば、微小な光学素子７で、機能部品を構成することができる。
【０００３】
例えば、ファイバ入出射光の開口数をＮＡとすると、
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎα（ｎ：媒質の屈折率、α：光軸からの出射光の広がり角度）
で示される。その場合、ファイバ端に設置する光学素子７の入射面に必要なサイズＹは、
Ｙ＝２×ｔ×ｔａｎα
α＝ｓｉｎ―１（ＮＡ／ｎ）
ここで
Ｙ＞ａ１、ａ２
であればよい。
【０００４】
現在、ファイバのＮＡが０．１２程度の場合、最も小さい光学素子としては、ｔ＝１ｍｍ、ｎ＝１．５の場合、そのときのａ１、ａ２の必要な長さは２００μｍ程度あればよい。こうした方法により、光学素子７の微小化により光部品の小型・低価格化が図られている。
【０００５】
なおファイバ入射端に設置使用する光部品の機能としては偏光子、光アイソレータ、フィルター、ファラデー回転子などの機能部品がある。
【特許文献１】特開平１０−１３３１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、まだ不十分で以下のような欠点を有している。
【０００７】
（１）光学素子７を微小化した場合、光学素子７の特性を維持する為に厚さｔはそのままで開口面のサイズ（ａ１×ａ２）のみ小さくする場合が多い。その場合、細長い直方体形状になり、例えば、図６（ｃ）に示したように光学素子７をそのままファイバを内部に有するフェルール６端に保持することは、安定性が悪く、信頼性上好ましくない。
【０００８】
（２）一つの基板から光学素子７を多数個取りするには、光が入出射する光学素子７の開口面のサイズ（ａ１×ａ２）が小さくなり、Ｙ＞ａ１，ａ２の条件内に納める為には、限界がある。
【０００９】
（３）それにより、光学素子７の厚さｔが１ｍｍ程度の場合、ファイバ端に取り付ける光学素子７の開口サイズは、少なくとも２００〜３００μｍ程度が必要、そのサイズで基板からの取数が決まってしまう。その開口サイズを保持した状態で、更に取数を増やすことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、光の入出射面が互いに平行であり、少なくとも一つの側面が台形状である光学素子としたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記光学素子を大型基板から切り出して製造する方法であって、各光学素子の向きが互い違いになるように切り出すことを特徴とする。
【００１２】
さらに、強磁性体または常磁性体からなる筒状または凹状のホルダ内に、上記光学素子を入出射面を露出した状態で保持固定して光部品を構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、上記ホルダの少なくとも片側に透光性の平板またはレンズによる気密窓を装着したことを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記光部品をフェルールの傾斜端面に装着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように光学素子の形状を直方体から台形状にすることにより、入射面のサイズが等しいにもかかわらず、同じサイズの基板から光学素子を多数個とれるようになる。台形状の光学素子をホルダに入れることにより、微少化した光学素子を独立した光学素子として容易に扱え、フェルール端面上にも安定して装着することができる。そうしたことにより、従来より、低価格な光部品を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の光学素子１を、それを保持するホルダ２に実装したものを示した図である。図１（ａ）は円筒状のホルダに、（ｂ）は４角筒状のホルダに、（ｃ）は凹状のホルダに実装したものである。台形状に切削加工した光学素子１の上面１ａ（サイズ：ａ１×ｂ）及び下面１ｂ（サイズ：ａ１×ａ２）を光が入出射する光部品の開口面として、ホルダ２内に設置固定して構成する。ホルダ２の材質としては、ステンレス系金属、ＳｍＣｏなどの磁性材料、セラミックス、樹脂材料などで構成することができる。
【００１７】
光学素子１とホルダ２との固定に用いる接着剤としては、光学素子１側部にエポキシ系接着剤または金属ハンダ、低融点ガラスなどを用いられる。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、光学素子１は、光の入出射面である上面１ａ、下面１ｂがともに平行な長方形状であり、上面１ａが下面１ｂよりも小さくなっており、側面が台形状となっている。このように台形状とすることで、入射面（下面１ｂ）のサイズが等しいにもかかわらず、同じサイズの基板から光学素子１を多数個とれるようになる。また、台形状の光学素子１をホルダ２に入れることにより、微少化した光学素子１を独立した光学素子として容易に扱え、フェルール端面上にも安定して装着することができる。
【００１９】
光学素子１への入射光３は、下面１ｂで入射角θ１で入射、屈折角θ２で光学素子１内を伝搬する。上面１ａに入射角θ２で入射する。下面１ｂには、通常誘電体多層膜からなるＡＲコート、フィルタ膜が施されているが、角度θ１で入射することにより膜面で僅かに生じる端面反射及び膜内での多重反射の影響を除去することができる。入射光の主光線が下面１ｂの中心から、上面１ａの中心へ伝搬する場合、次式が成立する。
【００２０】
ｂ＝２ｔａｎθ２×｛ａ２／（２ｔａｎθ２）−ｔ｝
θ２＝ｓｉｎ―１（ｓｉｎθ１／ｎ１）
ｎ１：光学素子の屈折率
θ３＝ｔａｎ−１｛（ａ２−ｂ）／ｔ｝
即ち、光学素子１の入射面のサイズａ２，光学素子１の厚さｔ、光学素子１への入射角θ１、光学素子１の屈折率ｎが決まれば、長さｂを設定することができ、それによりａ２／ｂ、素子切断角度θ３が設定でき、光学素子１の形状ととれる個数が設定できる。
【００２１】
図２（ｂ）は、他の実施形態である積層型の光学素子１で、例えば偏光子１０、ファラデー回転子９、偏光子１０を一体に密着積層した光アイソレータの場合であり、上記と同様に側面が台形状となっている。この場合の関係も、ほぼ上式に順じた関係になる。使用するホルダ２の材料には、ＳｍＣｏに代表される強磁性体を用いれば、磁界印加用磁石として併用できる。
【００２２】
本発明の光学素子１を用いた光部品は、図３（ａ）に示すようにホルダ２の片面に窓５を装着して使用する。あるいは、図３（ｂ）に示すようにホルダ２の片側面にレンズ８を装着して、平行光乃至発散光をレンズ８に入射させるようにすることもできる。図３（ｃ）は、内部にファイバを有するフェルール６の端面に図３（ｂ）の光部品を装着した場合の例で、入出射光は、レンズ８により収束光となり、光学素子１を介し、フェルール６内のファイバ端に光が入出射する。
【００２３】
本発明の光学素子１は、大型基板から切り出して製造することができるが、断面形状が台形状であるため、ダイシングマシンの数十μｍ程度の薄いブレードを回転移動して、切削することにより効率的に製造することができる。
【００２４】
図４は、光学素子１を切削加工するプロセスの概要を示したもので、長さＬ、厚さｔの大型基板を用いたものである。基板材料としては、吸収型偏光板、ルチル結晶基板、ニオブ酸リチウムなどの複屈折性結晶板、ファラデー回転子基板、フィルター基板、光アイソレータ基板がある。厚さｔの両側面は、端面反射防止の為、異なる屈折率の薄膜の誘電体多層膜からなる反射防止膜を蒸着したものである。基板は、マウンタ上のテープによりに粘着固定、ダイシングマシン内のテーブル上にそのマウンタを固定する。その後ブレード回転移動させ、先ず間隔（ｂ＋ａ２）で入出射面に対し垂直方向に切断する。それによりサイズ：（ｂ＋ａ２）×ｔ×ａ１の直方体の素子が多数得られる。次にブレードの切削方向を角度θ３傾斜移動させ、前記直方体の各端面から間隔ｂの所で、斜めに移動切断加工をする。それにより、上面から見ると、下辺の長さａ２、上辺の長さｂ、高さｔの台形状の光学素子１を多数個得ることができる。このようにして得られた光学素子１を図１に示したホルダ２内に固定することにより、本発明の光部品が得られる。
【００２５】
図６で示した従来の加工方法と比較をすると、従来方法では、長さＬの基板を幅a２で切断すると、取れる個数Ｎ１は、
Ｎ１＝L／ａ２  （整数値）
となる。これに対し、本発明の場合の個数Ｎ２は、
Ｎ２＝２×Ｌ／（ａ２＋ｂ）  （整数値）
となり、その数量比  Ｎ２／Ｎ１  は、
Ｎ２／Ｎ１＝２×ａ２／（ａ２＋ｂ）
ａ２＞ｂ
と表される。
【００２６】
即ち、ａ２とｂが設定できれば、数量比は設定できる。そこで右辺の分母、分子をｂで除すと、
Ｎ２／Ｎ１＝２×（ａ２／ｂ）／｛（ａ２／ｂ）＋１｝
となる。
【００２７】
図５は、（ａ２／ｂ）の値が１〜１０に変化したときの数量比を示したもので、ｂに比較してａ２の値が大きい程、数量比は大きくなり多くの光学素子１がとれ、ａ２がｂの３倍程度で、従来の加工プロセスに比較して、約１．５倍程度光学素子がとれることがわかる。
【００２８】
なお、以上説明した本発明の光学素子１は、図２に示すように側面の１辺を垂直にした台形状としたものを示しているが、それにこだわることなく他の角度でも差し支えない。例えば側面の両辺を角度θ３の対称な台形状にしてもよい。又、本発明の光部品は、図３（ｃ）のフェルール６端に実装する他、半導体レーザモジュール内の基板上に実装固定してもよい。又、両端に入出力用のファイバを有するインライン型光部品に適用してもよい。
【実施例】
【００２９】
次に本発明の光学素子１を、実際に製作、光部品化した。
【００３０】
基板には、図２（ｂ）で示したファラデー回転子９と偏光子１０を積層した光アイソレータ基板を用いた。短冊状に切断された基板長Ｌは、１２ｍｍ、厚さｔ＝１．２ｍｍ（偏光子１の厚さ：４００μｍ、ファラデー回転子９：４００μｍ）とした。その光アイソレータ素子に対し、入射光８°で入射することを前提とした。光学素子１に必要なＡ側の入射面サイズａ１、ａ２＝４００μｍ、それから光学素子Ｂ側の長さｂ＝２００μｍ、θ３＝９．５°とした。
【００３１】
実際は切断の際、ダイシングマシンのブレードの厚みによる切しろとして、３０μｍ程度必要である。よって、実際得られる素子サイズは、３０μｍ程度短くなり、ａ２＝３７０μｍ、ｂ＝１７０μｍ程度になる。従来の光学素子７の場合、とれる個数Ｎ１は、３０個であるが、本発明の場合Ｎ２＝４０個となり、１０個、約１．３３倍多くとれた。そのようにして得られた光学素子１（ａ１＝４００μｍ、ａ２＝３７０μｍ、ｂ＝１７０μｍ、ｔ＝１．２ｍｍ）をＳｍＣｏ製の外径１ｍｍ、内径０．６ｍｍ筒状の磁石からなるホルダ２に光学素子１の各装着面をエポキシ系接着剤で固定、光アイソレータとして構成した。
【００３２】
光アイソレータとしての特性は、反射減衰量４５ｄＢ（８°傾斜）、挿入損失０．３ｄＢ、アイソレーション３５ｄＢ以上のものである。
【００３３】
それを傾斜した端面角度θ１＝８°、外径１．２５ｍｍ長さ６．５ｍｍ、のファイバを内部に有するフェルール端に装着し、フェルール型光部品とて実現した。それにより、光レセプタクル、各種光モジュールの接続用部品として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明による光学素子を用いた光部品を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の光学素子を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光学素子を用いた光部品の他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の光学素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】大型基板から光学素子を切り出す際の個数を比較したグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の光学素子とその構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１．光学素子
２．ホルダ
３．入射光線
４．固定剤
５．窓
６．フェルール
７．光学素子
８．レンズ
９．ファラデー回転子
１０．偏光子 
【図１】
2006039308.tif 000003
【図２】
2006039308.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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