(57)【要約】【課題】従来と比較し、部品点数は２点減り、また反射防止膜も６面から２面となり、更に偏光子と検光子の角度調整もする必要が無くなり大幅な低価格化が実現でき、更に小型となる光アイソレータを得る。【解決手段】ファラデー効果を有する磁気光学結晶１の光入射面及び／または光出射面に吸収する偏光方向に長い島状の金属２を形成し、その上に反射防止用膜３，４を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー効果を有する磁気光学結晶の光入射面及び／または光出射面に、吸収する偏光方向に長い島状の金属を形成し、その上に反射防止用膜を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
上記島状の金属の幅が５０ｎｍ以下、長さが２０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
上記島状の金属を電子ビームリソグラフィーを用いて形成したことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
上記ファラデー効果を有する磁気光学結晶が磁力保持型であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
偏光方向を示すマーキングを備えていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
上記偏光方向を示すマーキングが、島状の金属と同時に形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子を気密封止窓として用いた光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信・光計測等において、戻り光を防止するために用いられる光アイソレータ等に用いられる磁気光学結晶と偏光子を一体化した光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光アイソレータは、偏光子、磁性ガーネット等を用いたファラデー回転子、検光子、ファラデー回転子に光軸と平行な磁界を印加する磁石等によって構成されている。
【０００３】
図５は従来の光アイソレータを示す図である。
【０００４】
図５（ａ）に示すように、従来の光アイソレータは、偏光子２１とファラデー回転子２２と検光子２３を、光軸上に直列に配置して構成されている。
【０００５】
そして偏光子２１に入射した入射光２４は、特定の直線偏光２５のみを通過し、磁石（図示せず）によって光軸方向に磁界２４を印加されているファラデー回転子２２に入射する。ここで該ファラデー回転子２２は、その光軸方向の厚みを、入射直線偏光の偏波面が光軸回りに４５°回転するように調整されている。
【０００６】
そして、該ファラデー回転子２２に入射し、偏波面を４５°回転させられた光は、検光子２３に入射する。この検光子２３は、予め前記偏光子２１と、その透過する光の偏光方向が光軸回りに４５°の角度をなすように配置されている。従ってファラデー回転子２２を通過してきた光はこの検光子２３をそのまま通過する。
【０００７】
一方、図５（ｂ）に示すように、逆方向から進行してきた光（戻り光）は、まず検光子２３でその直線偏光２７のみを通過してファラデー回転子２２に入射する。そしてファラデー回転子２２に入射した光は、その偏波面を光軸回りに４５°回転させられる。しかし、ファラデー回転子２２は非相反であるため、その回転は光軸の向きによらず磁界の向きで決まる。従って該ファラデー回転子を通過した光は、偏光子２１の偏光方向と９０°を成す直線偏光となり、偏光子２１を通過できず、この戻り光は遮断される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の光アイソレータは、偏光子２１と検光子２３とファラデー回転子２２が別部品として必要であり、更にそれらを保持するための金具等も必要となり、部品数が多くなり、光アイソレータとして大きくなりかつ量産性が悪く高価なものとなっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ファラデー効果を有する磁気光学結晶の光入射面及び／または光出射面に吸収する偏光方向に長い島状の金属を形成し、その上に反射防止用膜を形成したことを特徴とする。
【００１０】
また、上記島状の金属の幅が５０ｎｍ以下、長さが２０００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記島状の金属を電子ビームリソグラフィーを用いて形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、上記ファラデー効果を有する磁気光学結晶が磁力保持型であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、偏光方向を示すマーキングを備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記偏光方向を示すマーキングを島状の金属と同時に形成することを特徴とする。
【００１５】
さらに、レーザダイオード等を備えた光モジュールにおいて、上記光学素子を気密封止窓として用いたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光学素子の実施形態について図を用いて説明する。
【００１７】
図１に示すように光学素子は、ファラデー効果を有する磁気光学結晶からなるファラデー回転子１を具備し、該ファラデー回転子１の表面と裏面には島状の金属２が形成され、更にそれらを覆うように反射防止膜３，４を形成して構成されている。
【００１８】
ファラデー回転子１としては希土類鉄ガーネット単結晶、例えば（ＨｏＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２や（ＬｕＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２、（ＢｉＹｂＴｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２、（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２等があるが、磁石が無くても使用できる（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２が望ましい。
【００１９】
また、島状の金属２の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等がある。
【００２０】
反射防止膜３、４の材料としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２等がある。特に膜密着強度からＳｉＯ２／ＴｉＯ２あるいはＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の組み合わせが望ましい。ＭｇＦ２の場合は１層、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２あるいはＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の組み合わせの場合は４層以上が一般的である。また、反射防止膜３、４の各層の厚さは波長の１／４程度が一般的である。反射防止膜の合計の膜厚は、ＭｇＦ２の場合で０．１５〜０．３μｍ、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の場合は０．４〜０．８５μｍ、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の場合は０．５５〜０．９５μｍが一般的である。
【００２１】
反射防止膜３、４は、反射を防ぐだけではなく、島状の金属２が磁気光学結晶に対して密着強度が弱い場合でもこの反射防止膜３、４を付けることにより、島状の金属が剥がれることを防ぐことができる。また、密着強度を上げるため、高温で膜を形成した方が良く、特に８０〜１５０℃が望ましい。
【００２２】
次に図２を用いて製造方法について説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）のように磁気光学結晶からなるファラデー回転子１、５の表面にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の島状の金属２、６を幅２０〜５０ｎｍ、長さ１００〜２０００ｎｍ、厚さ２０〜５０ｎｍ程度をリソグラフィー等の技術によって形成する。特に幅や長さが小さい場合は電子ビームリソグラフィー等の技術を用いる。
【００２４】
その後、その上に図２（ｂ）のように反射防止膜３、７を蒸着、スパッタ等の技術によって形成する。
【００２５】
次に、図２（ｃ）のようにファラデー回転子１の裏面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の島状の金属２、８を幅２０〜５０ｎｍ、長さ１５０〜３００ｎｍ、厚さ２０〜５０ｎｍ程度で長さ方向（偏光方向）が、表面の島状金属の長さ方向と約４５°回転した方向となるようにリソグラフィー等の技術によって形成する。その際の４５°の回転方向は、ファラデー回転子１に磁界を印可した際、順方向では光を透過し、逆方向では光を遮断する方向とする。
【００２６】
その後、表面と同様に裏面にも反射防止膜４、９を蒸着、スパッタ等の技術によって形成する。
【００２７】
この後、必要な大きさにカットする。
【００２８】
以上により、従来は偏光子とファラデー回転子と検光子の部品が必要で、かつそれぞれの表面と裏面に反射防止膜が必要であったが、ファラデー回転子１の表面と裏面に偏光子を形成し一体化することにより、部品点数は２点減り、また反射防止膜の必要な面も６面から２面となり、更に偏光子と検光子の角度調整もする必要が無くなり大幅な低価格化が実現でき、更に小型となる。
【００２９】
実際にこのファラデー回転子をモジュールに組み込む際は、偏光子の回転方向位置をレーザダイオード等の発光源の偏光方向に合わせる必要がある。偏光方向を確認する光学系にてモジュール組み込み時に偏光方向を確認、調整することが可能であるが、非効率的である。通常はファラデー回転子を含む金具の外周部（通常は金具）にマーキングするが、本ファラデー回転子は、必ずしも素子を保持する金具が必要ではないため、その場合には、図３のようにファラデー回転子１の表面あるいは裏面の偏光子の偏光方向を示すマーキング１０を設ける。
【００３０】
このマーキング１０は、反射防止膜３、４形成後に付けても良いが、島状の金属２を作製する際に同時に作製するにより、効率的にまた精度良く作製できる。１例として、リソグラフィーによってフォトレジストに島状の金属２のパターンを焼き付ける場合、同時に島状金属２と同じ材質でマーキング１０のパターンも焼き付けることが可能で、それにより偏光方向となる島状の金属２の長さ方向とマーキング１０の方向が精度良く作製できる。また、マーキング１０は偏光方向つまり島状金属の長さ方向が判ればどのような形状でも構わず、反射防止膜の一部を除去する方法や、反射防止膜の上にインク等を用いた方法、あるいは光学素子の一部を溶かす等の方法がある。
【００３１】
この偏光子一体型ファラデー回転子は、表面だけに島状の金属を作製し、裏面は必ずしも島状の金属が無くても良い。
【００３２】
図４は、光モジュールへの応用例であり、レーザダイオードを備えた光モジュールの気密封止窓として本発明の光学素子を用いている。レーザダイオード１１は直線偏光性を有しているため、ファラデー回転子１の入射側１３には偏光子を形成せず、出射側１４に検光子となる島状の金属２を形成すれば、光アイソレータの機能を実現できる。
【００３３】
その際、レーザダイオード１１のパッケージに通常は気密封止窓を用いているが、この気密封止窓の代わりにこの偏光子一体型のファラデー回転子１を用いれば、従来と比較し余分なスペース無く、光アイソレータ機能を追加したモジュールを構成できる。更に、ファラデー回転子１に磁気ヒステリシスが非常に大きく、磁石が無くても自磁力を保持する磁力保持型の材料、例えば（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２等を用いれば、磁界を印加する磁石も必要なくなるので、更に部品点数が少なくなり、小型化が可能となる。
【００３４】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００３５】
本発明の図１に示すファラデー回転子としてφ３ｍｍの（ＢｉＹｂＴｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２を用い、島状の金属２としてＡｇを選び、その金属は幅約４０ｎｍ、長さ約２００ｎｍ、厚さ約５０ｎｍとなるよう表面と裏面にリソグラフィーにて作製を行い、さらにそれらを覆うように表面と裏面にＳｉＯ２／ＴｉＯ２の反射防止膜を蒸着により作製した。その後カットし、サンプルを１０個作製し、磁石により磁界を印加して挿入損失とアイソレーションの光学特性を確認した。また、従来のアイソレータとしてファラデー回転子は（ＢｉＹｂＴｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２を用い、偏光子と検光子にはコーニング製のポーラコアを用いたサンプルにて光学特性の比較を行った。
【００３６】
その測定結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004061870.tif 000003
【００３８】
以上の結果より、従来の光アイソレータは挿入損失の平均値は０．１５２ｄＢ、アイソレーションは平均３９．９０ｄＢであったのに対し本発明の光アイソレータでは挿入損失の平均値は０．１５４ｄＢ、アイソレーションは平均３９．６７ｄＢと従来の光アイソレータとほぼ同等の特性であることを確認した。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ファラデー効果を有する磁気光学結晶の光入射面及び／または光出射面に吸収する偏光方向に長い島状の金属を形成し、その上に反射防止用膜を形成した偏光子一体型ファラデー回転子を用いることにより、従来のものに比べて部品点数は２点減り、また反射防止膜の必要な面も６面から２面となり、更に偏光子と検光子の角度調整もする必要が無くなり大幅な低価格化が実現でき、更に小型となる。また、島状の金属が磁気光学結晶に対して密着強度が弱い場合でも反射防止膜を付けることにより、島状の金属が剥がれることを防ぐことができる。
【００４０】
また、偏光子の偏光方向を示すマーキングを島状の金属と同時に作製することにより、より安価に精度良く位置決め用マーキングを形成できる。
【００４１】
さらに、レーザダイオードモジュールの気密封止窓に上記光学素子を用いることにより、従来と比較し余分なスペース無く、光アイソレータ機能を追加したモジュールを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光学素子の作製方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の光学素子の別の施形態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の光学素子の別の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はその斜視図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来の光アイソレータを示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　：偏光子一体型ファラデー回転子
２　　：島状の金属
３、４　：反射防止膜
５　　：ファラデー回転子
６、８　：金属
７、９　：反射防止膜
１０　：マーキング
１１　：レーザダイオード
１３　：入射側
１４　：出射側
２１　：偏光子
２２　：ファラデー回転子
２３　：検光子
２４　：入射光
２５、２７　：直線偏光
２６　：磁界
【図１】
2004061870.tif 000004
【図２】
2004061870.tif 000005
【図３】
2004061870.tif 000006
【図４】
2004061870.tif 000007
【図５】
2004061870.tif 000008