(57)【要約】【課題】光軸周りの角度調整を省くことができ、部品点数が少なく、小型化が図られ、良好な歩留まりで低コストの光アイソレータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】光アイソレータ２０は、略直方体状のファラデー回転子２、およびファラデー回転子２の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子１，３を含む光アイソレータ素子１０と、光アイソレータ素子１０を内部空間４ｃに収容し、ファラデー回転子２に磁界を供給するための中空状の磁石４とを備え、磁石４の外周４ａには、一方の偏光子１の透過軸５に対して平行または直角の位置関係にある外側基準平面４ｂが形成され、磁石４の内周には、外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄが形成されている。【選択図】        図１
2006267434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体状のファラデー回転子、および該ファラデー回転子の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子を含む光アイソレータ素子と、
光アイソレータ素子を内部空間に収容し、ファラデー回転子に磁界を供給するための中空状の磁石とを備え、
磁石の外周には、一方の偏光子の透過偏波方向に対して平行または直角の位置関係にある外側基準平面が形成され、
磁石の内周には、外側基準平面に対して平行な内側基準平面が形成されていることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
磁石は、フェライト系磁石材またはＳｍ−Ｃｏ系磁石材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。
【請求項３】
略直方体状のファラデー回転子、および該ファラデー回転子の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子を含む光アイソレータ素子を用意する工程と、
中空状の磁石であって、外周に外側基準平面を有し、内周に該外側基準平面に対して平行な内側基準平面を有する磁石を用意する工程と、
一方の偏光子の透過偏波方向が、外側基準平面に対して平行または直角の位置関係となるように、光アイソレータ素子を磁石の内部空間に挿入して固定する工程とを含むことを特徴とする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、小型の光通信機器等に好適に利用され、各種光学素子や光ファイバに結合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およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光アイソレータは、一般に、光増幅器や半導体レーザ装置等に使用され、２枚の偏光子透過偏波方向を光軸周りに相対的に約４５°の角度だけずれるように設定し、偏光子間に約４５°のファラデー回転角を示すファラデー回転子を挿入し固定したものであり、順方向の光は透過させ、逆方向の光は遮断する作用を有する。近年、光アイソレータの小型化、量産化、低価格化が強く要望されている。
【０００３】
図４は、従来の光アイソレータの一例を示す斜視図である。図４に示す光アイソレータは、特許文献１に記載されたもので、光アイソレータ素子１０と、２個の直方体状の磁石４とを備える。光アイソレータ素子１０は、偏光子１，３と、ファラデー回転子２とを備える。磁石４は、平板状の整列基板５の上に搭載され、合金半田によって固定される。
【０００４】
図５は、従来の光アイソレータの他の例を示す斜視図である。図５に示す光アイソレータは、特許文献２に記載されたもので、光アイソレータ素子１０と、コ字形の磁石４とを備え、これらはレーザダイオードが実装された基板６の上に搭載される。このような光アイソレータは、レーザダイオードと同一の基板に実装できるため、レーザダイオードと同じ温度環境で動作できる利点を有し、またレーザダイオードモジュールの小型化に寄与する。
【０００５】
図６は、従来の光アイソレータのさらに他の例を示す斜視図である。図６に示す光アイソレータは、特許文献３に記載されたもので、コ字形の磁石４の内部空間に光アイソレータ素子１０を挿入し、光アイソレータ素子１０の上に板状磁石９を載せて、全体として直方体状の磁石を構成している。
【０００６】
図７は、従来の光アイソレータの第４の例を示す斜視図である。図７に示す光アイソレータは、特許文献４に記載されたものである。光アイソレータ素子１０を製作する場合、ウエハ基板上に磁気光学結晶を成膜して、ウエハ状のファラデー回転子を作成した後、ファラデー回転子の両面に接着層を介してウエハ状の偏光子をそれぞれ配置する。この状態で所定の磁界を印加しつつ、一方からレーザ光を入力して、透過光の光量が最小になるように偏光子角度を調整した後、接着剤により一体化させて、ウエハ状の光アイソレータ素子を製作する。このウエハ状の光アイソレータ素子を切断することによって、チップ状の非相反素子部が得られる。この非相反素子部を、円柱状の外周面および角柱状の内周面を有する永久磁石４の内部空間に挿入し固定することにより、光アイソレータが得られる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２７９９６号公報
【特許文献２】米国特許公報ＵＳ６０５５１０２号
【特許文献３】特開２００３−２４８１９１号
【特許文献４】特許第２７５７０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４に示す従来の光アイソレータでは、整列基板５の上に接合材を滴下した後、光アイソレータ素子１０と直方体状の磁石４を搭載して固定しており、即ち、光アイソレータの組立てと基板実装を同時に行っている。そのため、接合材の滴下量が過剰な場合や、接合材の滴下位置が所望の位置からずれた場合、接合材が整列基板５の表面からはみ出して裏面に廻り込んでしまい、製品や治具を汚染してしまう。
【０００９】
また、整列基板５に部品位置決め用のガイド構造を形成した場合、接合材の滴下量が過剰であると、部品の位置ずれが発生し易くなり、組立て精度が低下して、充分な有効開口径を確保できなくなる。
【００１０】
また、表面反射した光が同軸で戻らないように、光アイソレータ全体を光軸に対して傾斜させた場合、ＬＤモジュール内でより大きなスペースが必要になる。
【００１１】
次に、図５に示す従来の光アイソレータも、光アイソレータの組立てと基板実装を同時に行っているため、組立て精度と基板実装精度を同時に管理する必要がある。
【００１２】
また、コ字形の磁石４を用いているため、内部空間の磁界分布が不均一になる傾向がある。そのため、ファラデー回転子を充分に磁気飽和させるために、より強力な磁石が必要になり、磁石全体の大型化を招く。
【００１３】
次に、図６に示す従来の光アイソレータでは、光アイソレータの組立てと基板実装が別個になるため、組立て精度の確保は比較的容易である。しかし、２個の磁石部品が必要になるため、その分、接合工数も増加している。
【００１４】
次に、図７に示す従来の光アイソレータでは、円柱状の外周面を有する永久磁石４を用いているため、モジュール組立ての際に光軸周りの角度調整が不可欠となる。
【００１５】
本発明の目的は、光軸周りの角度調整を省くことができ、部品点数が少なく、小型化が図られ、良好な歩留まりで低コストの光アイソレータおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明に係る光アイソレータは、略直方体状のファラデー回転子、および該ファラデー回転子の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子を含む光アイソレータ素子と、
光アイソレータ素子を内部空間に収容し、ファラデー回転子に磁界を供給するための中空状の磁石とを備え、
磁石の外周には、一方の偏光子の透過偏波方向に対して平行または直角の位置関係にある外側基準平面が形成され、
磁石の内周には、外側基準平面に対して平行な内側基準平面が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、磁石は、フェライト系磁石材またはＳｍ−Ｃｏ系磁石材で形成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る光アイソレータの製造方法は、略直方体状のファラデー回転子、および該ファラデー回転子の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子を含む光アイソレータ素子を用意する工程と、
中空状の磁石であって、外周に外側基準平面を有し、内周に該外側基準平面に対して平行な内側基準平面を有する磁石を用意する工程と、
一方の偏光子の透過偏波方向が、外側基準平面に対して平行または直角の位置関係となるように、光アイソレータ素子を磁石の内部空間に挿入して固定する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中空状磁石の内部空間に光アイソレータ素子を収容することによって、単一の磁石部材を用いるだけでファラデー回転子に均一な磁界を印加することができ、従来と比べて光アイソレータ全体の小型化、部品点数の削減、ファラデー回転子の特性安定化が図られる。
【００２０】
また、磁石の外周には、偏光子の透過偏波方向に対して平行または直角の位置関係にある外側基準平面を形成し、磁石の内周には、外側基準平面に対して平行な内側基準平面を形成することによって、光アイソレータ全体を基板等の戴置面に搭載した場合、偏光子の透過偏波方向も戴置面に対して平行または直角の位置関係に容易に設定できる。そのため、光アイソレータの光軸周りの角度調整を省くことができ、組立て工数の低減化、歩留まり向上、低コスト化が図られる。
【００２１】
また、磁石として、フェライト系磁石材またはＳｍ−Ｃｏ系磁石材を用いることによって、小型の磁石で高い磁界を発生することができ、磁界強度の耐熱性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
図１は本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、図１（ａ）は、組立て時の様子を示し、図１（ｂ）は組立完成品を示す。光アイソレータ２０は、光アイソレータ素子１０と、磁石４などで構成される。光アイソレータ素子１０は、略直方体状のファラデー回転子２と、ファラデー回転子２の両側に配置された２つの偏光子１，３などで構成される。
【００２３】
ファラデー回転子２は、ＴｂやＧｄもしくはＨｏを添加したＢｉ置換ガーネット結晶や、ＹＩＧガーネット単結晶など、ファラデー効果を示す材料で構成され、対向した一対の主面を有する板状に形成される。ファラデー回転子２は、磁石４が印加する磁界によって、光の偏波面が光軸周りで約４５゜回転するように設定される。
【００２４】
偏光子１，３は、ガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや誘電体積層タイプなどで、特定方向の直線偏光を通過させる透過軸を有し、ファラデー回転子２の各主面に近接または密着するようにそれぞれ配置される。偏光子１，３の各透過軸は、ファラデー回転子２を挟んで光軸周りで相対的に４５゜回転するように調整される。ファラデー回転子２が略直方体状または板状である場合、一般には、光入射側に位置する偏光子の透過軸は、ファラデー回転子２の側面のいずれか（ここでは底面）と平行になるように位置決めされる。
【００２５】
磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、光アイソレータ素子１０を内部空間４ｃに収容し、ファラデー回転子２に磁界を供給する機能を有する。
【００２６】
磁石４の外周４ａには、偏光子１，３のうちの一方の偏光子の透過軸に対して平行または直角の位置関係にある外側基準平面４ｂが形成される。図１では、偏光子１の透過軸５を外側基準平面４ｂ対して平行に設定しており、このとき偏光子３の透過軸は外側基準平面４ｂ対して約４５°に傾斜している。その代わりに、偏光子１の透過軸５を外側基準平面４ｂ対して直角に設定してもよく、このときも偏光子３の透過軸は外側基準平面４ｂ対して約４５°に傾斜する。
【００２７】
磁石４の内周には、外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄが形成されており、この内側基準平面４ｄの上にファラデー回転子２の底面が戴置される。偏光子１の透過軸５は、上述したように、ファラデー回転子２の底面と平行になるように位置決めされている。従って、光アイソレータ素子１０を磁石４の内部空間４ｃに装着した状態では、偏光子１の透過軸５は、内側基準平面４ｄに対して平行に位置決めされ、さらに外側基準平面４ｂに対して平行に位置決めされる。
【００２８】
図１では、磁石４を角筒状に形成して、外側基準平面４ｂを１箇所形成し、内側基準平面４ｄを１箇所形成した例を示しているが、磁石４の外周輪郭および内周輪郭は任意であり、２箇所以上に外側基準平面を形成してもよく、２箇所以上に内側基準平面を形成してもよい。
【００２９】
また、図１では、偏光子１の透過軸５を内側基準平面４ｄおよび外側基準平面４ｂに対して平行に位置決めする例を示しているが、内側基準平面４ｄおよび外側基準平面４ｂに対して直角に位置決めするようにしてもよい。
【００３０】
ファラデー回転子２を搭載するための内側基準平面４ｄは、粗面化処理、ショットブラスト処理や梨地処理することが望ましく、これにより接合面積やアンカー効果が増加して接合材の接合力を高めることができる。
【００３１】
光アイソレータ素子１０と磁石４を接合材を介して直接接合した場合、熱膨張係数の違いにより偏光子１、３にクラックが生じる可能性がある。その対策として、光アイソレータ素子１０と磁石４が物理的に接合しないように、内側基準平面４ｄに段差構造を形成したり、あるいは治具等を用いて接合時に両者が接合しない方法を使用することが望ましい。
【００３２】
光アイソレータ素子１０は、ＬＤモジュール等の光源からの信号光の光束面積を確保し、かつ内部空間に収納することを考慮して、所定の大きさに切断されており、内側基準平面４ｄに接着固定される。
【００３３】
磁石４は、ファラデー回転子２に充分な飽和磁界強度を供給できるように、磁界強度の耐熱性に優れたＳｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石を使用することが望ましい。また、磁石４として焼結磁石を使用した場合、磁石作製時に粉末が磁石表面に付着して、異物として光アイソレータ２０の光路を塞ぐ可能性や、何らかの衝撃によって磁石が欠けたり、割れたりする可能性がある。その対策として、磁石４の表面にＮｉメッキなどのメッキを施すことが望ましい。
【００３４】
以上のように本実施形態では、中空状の磁石４の内部空間４ｃに光アイソレータ素子１０を収容することによって、単一の磁石部材だけでファラデー回転子２に均一な磁界を印加することができる。
【００３５】
また、磁石４の外周４ａには、偏光子１の透過軸５に対して平行の位置関係にある外側基準平面４ｂを形成し、磁石４の内周には、外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄを形成することによって、光アイソレータ２０の基板実装の際に、光アイソレータ２０の角度調整が容易になる。
【００３６】
（実施形態２）
図２は、本発明の第２実施形態を示す斜視図である。本実施形態の光アイソレータ２０は、図１のものとほぼ同一な構成を有するが、偏光子１の透過軸５を外側基準平面４ｂ対して直角に設定している。このとき偏光子３の透過軸は、外側基準平面４ｂ対して約４５°に傾斜している。
【００３７】
本実施形態では、磁石４の外周４ａには、偏光子１の透過軸５に対して直角の位置関係にある外側基準平面４ｂを形成し、磁石４の内周には、外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄを形成することによって、光アイソレータ２０の基板実装の際に、光アイソレータ２０の角度調整が容易になる。
【００３８】
（実施形態３）
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の種々の他の実施形態を光入射側から見た正面図である。まず図３（ａ）において、磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、外周輪郭は半長円状で、内周輪郭は長方形状である。次に図３（ｂ）において、磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、外周輪郭は台形状で、内周輪郭は長方形状である。次に図３（ｃ）において、磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、外周輪郭は円弧状で、内周輪郭は楕円の円弧状である。次に図３（ｄ）において、磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、外周輪郭は長方形状で、内周輪郭は楕円の円弧状である。次に図３（ｅ）において、磁石４は、内部空間４ｃを有する中空状に形成され、外周輪郭は任意の曲線状で、内周輪郭も任意の曲線状である。
【００３９】
いずれの場合も、磁石４の外周には少なくとも１つの外側基準平面４ｂが形成され、磁石４の内周には、外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄが形成される。光アイソレータ素子１０は、内部空間４ｃに収容され、偏光子１の透過軸５は、外側基準平面４ｂおよび内側基準平面４ｄに対して平行（または直角）に設定される。こうした構成により、光アイソレータ２０の基板実装の際に、光アイソレータ２０の角度調整が容易になる。
【００４０】
（実施形態４）
次に、本発明に係る光アイソレータの製造方法について説明する。先ず、透明基板上に磁気光学結晶を成膜したウエハ状のファラデー回転子２と、同じくウエハ状の偏光子１、３とを用意する。磁気光学結晶は、例えば、ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）法により得られるビスマス置換ガーネット単結晶厚膜（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２である。偏光子１，３としては、例えば、同じ直径数インチの金属格子偏光子を用いる。金属格子偏光子は、板厚数百μｍで４０ｄＢ程度の消光比があり、光アイソレータとして充分使用可能である。
【００４１】
次に、ファラデー回転子２の両面に、エポキシ接着剤等の接着剤層が介在するように、偏光子１、３を配置する。こうした配置において外部磁石または外部電磁石を用いてファラデー回転子２に飽和磁界を印加しつつ、戻り光として一方からレーザ光を入力し、その透過光を検出する。そして、その透過光量が最小になるように偏光子１，３の相対角度を調節した後、接着剤を硬化させて、ファラデー回転子２および偏光子１，３を一体化させ、ウエハ状の光アイソレータ素子を製作する。
【００４２】
次に、ダイシング等を用いて、ウエハ状の光アイソレータ素子を所定寸法で賽の目状に切断することによって、チップ状の光アイソレータ素子１０を多数得ることができる。切断ラインは、偏光子１の透過軸に対して平行および直角になるように設定される。
【００４３】
こうしたチップ状の光アイソレータ素子１０は、略直方体状のファラデー回転子２と、ファラデー回転子２の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の偏光子１，３を含むことになる。
【００４４】
なお、上述した光アイソレータ素子１０は、偏光子１→ファラデー回転子２→偏光子３の構成について説明したが、偏光子→ファラデー回転子→偏光子→ファラデー回転子→偏光子という２段型の構成、あるいはそれ以上の段数も採用可能であり、本発明は同様に適用される。
【００４５】
次に、チップ状の光アイソレータ素子１０が嵌入可能な内部空間４ｃを有する中空状の磁石４を用意する。磁石４は、例えば、Ｓｒ系フェライト磁石材からなり、これは強い磁界を発生する異方性を持つ磁石材である。
【００４６】
磁石４は、外周に外側基準平面４ｂを有し、内周に外側基準平面４ｂに対して平行な内側基準平面４ｄを有する。磁石の製法として、粉末プレス成形で製造する方法と、外周部４ａと内部空間４ｃを研削加工で製造する方法が使用可能であるが、低価格化の面からは粉末プレス成形で製造する方法が望ましい。
【００４７】
次に、光アイソレータ素子１０を磁石４の内部空間４ｃに挿入して、接着剤により固定する。その際、偏光子１の透過軸５は、外側基準平面４ｂに対して平行（または直角）の位置関係となるように設定される。
【００４８】
こうして少ない部品点数で、部材間の組立て精度に優れた光アイソレータを低コストで製造することができる。また、本発明に係る光アイソレータを基板に実装する場合、外側基準平面４ｂを設けているため、基板面に対して偏光子１の透過軸５を平行（または直角）に調整するのが容易になる。例えば、基板面に対して平行（または直角）な直線偏光のレーザ光を放射するレーザダイオードを実装した場合、光アイソレータを基板に戴置するだけで、レーザ光の偏光方向と偏光子１の透過軸５とを容易に一致させることができる。
【００４９】
以上の説明において、磁石４を単一部材で形成する例を示したが、コ字形の磁石部材と板状磁石部材の組合せによって中空状の磁石４を構成してもよい。この場合、板状磁石部材の外面をコ字形の磁石部材の外面に対して、わずかに凹部が形成されるように固定して角筒状の磁石４を形成することができる。コ字形の磁石部材の外面を基板面に接して実装すれば、基板面との接着固定力の安定化および光学素子チップへの歪みの低減において効果があり、信頼性の高い光アイソレータが得られる。
【００５０】
さらに、コ字形の磁石部材と板状磁石部材の組合せによる中空状の磁石４は、コ字形の磁石部材だけで必要な磁界強度を確保する場合と比べて、全体の磁石形状を小型にすることができる。特に、２個以上のファラデー回転子を用いた複数段の光アイソレータ構成において、コ字形の磁石だけと比べて、磁界強度の確保が容易になる。
【００５１】
また、磁石４の材料として、フェライト磁石材の代わりに、ＳｍＣｏ磁石材を用いてもよく、小型化および良好な加工性が図られる。
【００５２】
また、偏光子１，３として、金属格子偏光子の代わりに、例えば、ルチル結晶板等を用いることも可能である。
【００５３】
なお、本発明に係る光アイソレータをレーザダイオードモジュール内に実装する場合、レーザダイオードとともに熱電クーラ（ＴＥＣ）の上に搭載することが好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明の実施例として図１に示す光アイソレータと、比較例１〜４として図４〜図７に示す光アイソレータをそれぞれ作製し、部品点数、小型化、光モジュールへの組み込み時間の比較を行った。
【００５５】
本発明に係る光アイソレータ（図１）は、光アイソレ−タ素子１０を中空状の磁石４の中に収容した。比較例１（図４）は、光アイソレ−タ素子１０の両側に２個の磁石４を配置して、基板６の上に搭載した。比較例２（図５）は、コ字状の磁石４を使用した。比較例３（図６）は、コ字状の磁石４を上向きにして、平板状の磁石９を戴置した。比較例４（図７）は、円筒状の磁石４を使用した。
【００５６】
ここでは、光アイソレータ素子１０を１個と計数して、光アイソレータ全体の組立てに必要な部品点数、本発明を基準値１０として光アイソレータ全体の大きさ比率、本発明を基準値１０として光モジュールへの組み込み時間比率をそれぞれ比較した。その結果を（表１）に示す。
【００５７】
【表１】
2006267434.tif 000003
【００５８】
以上の結果より、比較例１の光アイソレータでは、部品点数が４と多く、しかも大きさ比率も１５と大きいことから、小型化、低価格化には貢献できない。次に、比較例２の光アイソレータでは、部品点数、大きさ比率ともに比較例１よりは小さいものの、未だ充分なレベルに達していない。次に、比較例３の光アイソレータでは、比較例１，２に比べて良くはなっているが、部品点数が３となっている。次に、比較例４の光アイソレータでは、部品点数、大きさ比率ともに良いが、光モジュール組み込み時間比率が２６と極めて大きくなっている。これは、光軸合わせの際に、光軸周りの回転方向も調整する必要があるからである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、部品点数が少なく、小型化が図られ、良好な歩留まりで低コストの光アイソレータを実現できることから、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、図１（ａ）は、組立て時の様子を示し、図１（ｂ）は組立完成品を示す。
【図２】本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の種々の他の実施形態を光入射側から見た正面図である。
【図４】従来の光アイソレータの一例を示す斜視図である。
【図５】従来の光アイソレータの他の例を示す斜視図である。
【図６】従来の光アイソレータのさらに他の例を示す斜視図である。
【図７】従来の光アイソレータの第４の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，３：偏光子
２  ：ファラデー回転子
４  ：磁石
４ａ：外周
４ｂ：外側基準平面
４ｃ：内部空間
４ｄ：内側基準平面
５  ：透過軸
１０：光アイソレータ素子
２０：光アイソレータ
【図１】
2006267434.tif 000004
【図２】
2006267434.tif 000005
【図３】
2006267434.tif 000006
【図４】
2006267434.tif 000007
【図５】
2006267434.tif 000008
【図６】
2006267434.tif 000009
【図７】
2006267434.tif 000010