(57)【要約】【課題】偏光子とファラデー回転子が積層される光アイソレータのクリアアパーチャの低減を防止して、所望の大きさのクリアアパーチャを得られるようにする。【解決手段】偏光子とファラデー回転子が応力緩衝材を介して一体化される光アイソレータにおいて、光信号入射側からｉ番目の応力緩衝材の前段に配置されるｉ番目の光学素子の屈折率がｎｉ、光学素子の厚さがｔｉ、光信号入射方向に対して垂直な方向を基準としたときのｉ番目の光学素子の光信号入射面の傾き角度がθのとき、ｉ番目の応力緩衝材に設けられる光信号透過のための開口部の中心位置を、ｉ番目の光学素子の光信号入射位置に対して【数９】2004333951.tif 000011の距離分だけ前記光信号入射位置からずれて配置する。【選択図】    図２
2004333951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚以上の偏光子と１枚以上のファラデー回転子の各光学素子の面上に金属膜層を成膜し、前記金属膜層上に半田層を重ねることで、前記各光学素子が応力緩衝材を介して一体化されて成る光アイソレータにおいて、光信号入射側から見たときにｉ番目の応力緩衝材の前段に配置されるｉ番目の光学素子の屈折率がｎｉ、その光学素子の厚さがｔｉ、更に前記光信号の入射方向に対して垂直な方向を基準としたときの前記ｉ番目の光学素子の光信号入射面の傾き角度がθと設定されたときに、光信号入射側から見たときにｉ番目の前記応力緩衝材に設けられる前記光信号の透過のための開口部の中心位置が、ｉ番目の前記光学素子の光信号入射位置に対して
【数１】
2004333951.tif 000010
の距離分だけ前記光信号入射位置からずれて配置されていることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光通信システム等に用いられる光通信モジュール、半導体レーザモジュール、光増幅器等のパッシブ光デバイスとして好適な光アイソレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータは、光ファイバでの光通信システムにおけるキーデバイスの１つであり、光通信モジュール、半導体レーザモジュール、光増幅器等において、光路系の光部品からのレーザダイオード光源側への反射戻り光の防止や、光ファイバ増幅器内部での光の共振の発生を防止するために用いられている。これらの光アイソレータは、レーザダイオード光源と光ファイバとの間、あるいは２本の光ファイバの間に、偏光子、ファラデー回転子、および他の一方の偏光子（検光子ともいう。）の各光学素子を組み合わせ、更に、ファラデー回転子の周囲に上記ファラデー回転子を飽和磁化させるための永久磁石を配設させたものである。
【０００３】
具体的な偏波依存型の光アイソレータは、例えば「１段型」の場合には、２枚の偏光子の偏光透過方向の相対角度が約４５度になるように対面配置させ、それらの偏光子の間に、飽和磁場内で所定の波長においてファラデー回転角が約４５度となる厚みを有するファラデー回転子を１枚配置させて、互いに保持固定させて成るものであり、順方向の光を通過させ、一方で逆方向の光を遮断させる作用を有するものである。
【０００４】
そして、上記の光アイソレータに対しては、昨今、小型化及び量産化による低価格化が強く望まれており、製造における組立工数を減じ、あるいは各光学素子間の光学調整の作業を軽減させるための方策の１つとして、例えば平板状の偏光子と平板状の４５度ファラデー回転子と直方体のマグネットとを平板状の取り付け基板上に設置した構造を有する光アイソレータが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２２７９９６号（第３頁、第１図）
【０００６】
図４は、そのような光アイソレータ１００の一例を示す斜視図である。図４に示す光アイソレータ１００は、所定方向に偏光方向が設定されるように切り出された平板状の偏光子１ａと、４５度ファラデー回転子２（以下、単にファラデー回転子と記す。）、及び、ファラデー回転子２の回転方向に偏光子１と４５度異なるように偏光方向を設定された偏光子１ｂ（検光子ともいう。）の各光学素子が平板状に切り出され、前記ファラデー回転子２を挟んで平板状の取り付け基板４に固定されることにより、容易に各光学素子の偏光方向調整、配置が実現できるものである。更に、ファラデー回転子２を磁気飽和させるために光軸と平行に着磁された直方体の永久磁石３、３が、ファラデー回転子２の両横に光軸に平行に並べて配置される。以上により、所望の光アイソレータ１００が構成される。
【０００７】
しかしながら、一つ一つの光学素子を個別に取り付け基板４に固定するよりも、各光学素子同士を予め固定して１つの光学素子ユニットを形成した上で取り付け基板４に固定する方が、光アイソレータの組立作業の効率が向上するため、そのような組立方法が望まれている。前記光学素子ユニットを形成するための光学素子間の固定方法としては、有機接着法とメタル接合法がある。有機接着法は、各光学素子を有機接着剤により接着固定する方法である。しかし、有機接着法は、接着剤の硬化時において接着層の収縮が発生する。この接着層の収縮は、光アイソレータの光学特性に悪影響を及ぼす。又、有機接着剤では温度や湿度の厳しい使用環境においては、耐久性が著しく劣るという問題点もある。
【０００８】
こうした理由から、有機接着法に代わって、最近は高信頼性を有するメタル接合法が主流となっている。メタル接合法は各光学素子を半田を用いて接合する方法である。しかし、メタル接合法でも各光学素子を半田により接合する時に光学素子間で発生する接合部の応力歪が問題となる。これら応力歪の原因は、偏光子とファラデー回転子が各々有する熱膨張係数の差である。偏光子に主に使用される材料（熱膨張係数約５．１×１０−６／℃程度）と、ファラデー回転子に使用される材料（熱膨張係数約１０．６×１０−６／℃程度）では熱膨張係数の差が大きすぎるため、熱膨張係数の大きいファラデー回転子側に引張応力が生じ、その応力が材料の強度より大きくなるとクラックの発生等の不具合が生じる。このような不具合を抑制するために偏光子とファラデー回転子の各熱膨張係数の中間の値の熱膨張係数を有する材料を、偏光子とファラデー回転子との間に介在させ、応力の発生を緩衝させるものが考案されている（例えば特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献２】
特開平０８−２３４１４２号（第３−５頁、第１図）
【００１０】
図５に、偏光子とファラデー回転子との間に介在させる応力緩衝材の斜視図を示す。応力緩衝材５１、５２はヤング率が大きい軟質材からできており、例えば、Ｔｉ等の材質で構成され、光学素子間の半田接合時に生じる応力歪、更に、外気温度変化で生じる半田接合層の収縮による影響等も吸収、緩和することができる。また、光信号通過用の開口部５ａが設けられている。その開口部の直径寸法をＤとする。そして開口部５ａの中心位置を５ｂとする。
【００１１】
図６に、応力緩衝材５１、５２を各光学素子の間に介在させて光学素子ユニット６を形成した場合の断面図を示す。光学素子ユニット６は次のように組み立てられる。まず、各光学素子の光入出射面上における光透過部を避けた面上部分に図示しない金属膜層を形成すると共に、応力緩衝材５１、５２の開口部５ａを避けた面上にも図示しない金属膜層を形成する。次に、各構成部品の金属膜層の上に半田層を重ね合わせつつ、偏光子１ａ、１ｂの間にファラデー回転子２を介在させると共に、偏光子１ａ、１ｂとファラデー回転子２との間に応力緩衝材５１、５２を挟み込み、重ね合わせる。更に、前記半田層を溶融固化することによって、応力緩衝材５１、５２を介して各光学素子が積層状に一体化された光学素子ユニット６が形成される。
【００１２】
更に、光学素子に入射した光信号が、偏光子１ａの光信号入射面で反射してその反射光がレーザダイオード光源に反射戻り光として戻ることを防止するため、光アイソレータにおいては光学素子および応力緩衝材５１、５２を、光信号の入射方向に対して垂直な方向を基準としたとき、ある一定の傾き角度θを有するように配置する。この傾き角度θにより反射光がレーザダイオード光源に戻らないようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図７に、図６から１つの光学素子と１つの応力緩衝材を取り出した拡大図を示す。説明の便宜上、光学素子のハッチングは省略する。前記の通り、光信号の入射方向に対して垂直な方向を基準としたとき、前記各光学素子（１ａ、２、１ｂ）の各光信号入射面はある傾き角度θを有するように設定されるため、光信号入射側から見たときにｉ番目に配置される前記光学素子の前記光信号入射面に入射する光信号は、前記光信号入射面の法線Ｎに対し入射角θで入射し、光信号入射面で屈折する。更に、ｉ番目の前記光学素子の屈折率がｎｉ、その光学素子の厚さがｔｉと設定されると、スネルの法則により、入射した光信号は
【数２】
2004333951.tif 000003
なる角度で光学素子内部を伝搬する。
【００１４】
そのため、光学素子の光信号入射位置Ｏｃと、入射した光信号が実際に出射される光学的な中心位置Ｏｓとの間にずれ量Ｓ、つまり
【数３】
2004333951.tif 000004
なる距離分だけ、軸ずれが発生する。図７ではＯｓとのずれ量Ｓを分かり易く図示するために、前記Ｏｃを光学素子の光信号出射面上に法線Ｎに沿って移動して図示している。その軸ずれのために、光信号入射側から見たときにｉ番目に配置される応力緩衝材５１又は５２の開口部５ａの中心位置５ｂを、その応力緩衝材の前段に配置される光学素子の前記ＯＣ上に合わせて配置させてしまうと、開口部５ａの開口面積（πＤ２／４）のうち実際に光信号が通過するために使用される光信号通過使用可能面積（以後、単にクリアアパーチャと記す。）は、図８に斜線部で示したように低減してしまう。
【００１５】
従来の開口部５ａの中心位置５ｂの設定位置は応力緩衝材５１又は５２の外形寸法の中心であり、ずれ量Ｓの補正は考慮させずに設定されていたため、クリアアパーチャは、開口部の開口面積よりも必ず小さくなっていた。従って、所望の大きさのクリアアパーチャを得ることができないという問題があった。
【００１６】
又、所望の大きさのクリアアパーチャを得ようとすると、光学素子を大きくしたり、応力緩衝材の開口部の開口面積を大きくしなければならず、光アイソレータの小型化が阻害されるという問題点もあった。
【００１７】
本発明は上記各課題に鑑みてなされたものであり、その目的は少なくとも１枚以上の平板状の偏光子と少なくとも１枚以上の平板状のファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータにおいて、クリアアパーチャの低減を防止して、所望の大きさのクリアアパーチャを得ることができる光アイソレータを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明は、少なくとも２枚以上の偏光子と１枚以上のファラデー回転子の各光学素子の面上に金属膜層を成膜し、前記金属膜層上に半田層を重ねることで、前記各光学素子が応力緩衝材を介して一体化されて成る光アイソレータにおいて、光信号入射側から見たときにｉ番目の応力緩衝材の前段に配置されるｉ番目の光学素子の屈折率がｎｉ、その光学素子の厚さがｔｉ、更に前記光信号の入射方向に対して垂直な方向を基準としたときの前記ｉ番目の光学素子の光信号入射面の傾き角度がθと設定されたときに、光信号入射側から見たときにｉ番目の前記応力緩衝材に設けられる前記光信号の透過のための開口部の中心位置が、ｉ番目の前記光学素子の光信号入射位置に対して
【数４】
2004333951.tif 000005
の距離分だけ前記光信号入射位置からずれて配置されていることを特徴とする光アイソレータを提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光アイソレータについて、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の光アイソレータの一例を示す概略斜視図である。なお、従来の光アイソレータと同一箇所は同一番号を付し、重複する説明は省略もしくは簡略化して記述する。
【００２０】
図１に示すように、本発明の光アイソレータ７は、１枚の平板状の４５度ファラデー回転子２の両面にそれぞれ２枚の平板状の偏光子１ａ、１ｂが応力緩衝材５１、５２を介して一体化されることで構成されている。各光学素子（偏光子１ａ、１ｂとファラデー回転子２）の面上には金属膜層が成膜され、その金属膜層上に半田層（金属膜層と半田層はどちらも図示せず。）を重ねて溶融固化することによって、前記各光学素子と応力緩衝材５１、５２とが積層状に一体固定されて光学素子ユニット６が形成される。更に、前記光学素子ユニット６が取り付け基板８上に図示しない半田層の溶融固化によって固定される。更に、取り付け基板８と直方体の永久磁石３、３が、第２の取り付け基板４上に半田の溶融固化によって一体化されて光アイソレータ７が形成される。
【００２１】
図７で説明したように、光信号の入射方向に対して垂直な方向を基準としたとき、前記各光学素子（１ａ、２、１ｂ）の各光信号入射面はある傾き角度θを有するように設定される。従って、光信号入射側から見たときにｉ番目に配置される前記光学素子の前記光信号入射面に入射する光信号は、前記光信号入射面の法線Ｎに対し入射角θで入射し、光信号入射面で屈折する。更に、ｉ番目の前記光学素子の屈折率をｎｉ、その光学素子の厚さをｔｉと設定されると、スネルの法則によ
り、入射した光信号は
【数５】
2004333951.tif 000006
なる角度で光学素子内部を伝搬する。
【００２２】
そのため、光学素子の光信号入射位置Ｏｃと、入射した光信号が実際に出射される光学的な中心位置Ｏｓとのずれ量Ｓ、つまり
【数６】
2004333951.tif 000007
なる距離分だけ、軸ずれが発生する。その軸ずれのために、光信号入射側から見たときにｉ番目に配置される応力緩衝材５１又は５２の開口部５ａの中心位置５ｂを、その応力緩衝材の前段に配置される光学素子の前記Ｏｃ上に合わせて配置させてしまうと、クリアアパーチャは、図８に斜線部で示したように低減してしまう。
【００２３】
従って、図２に示すように前記Ｏｃから
【数７】
2004333951.tif 000008
なる距離分だけずれた位置に、応力緩衝材の開口部５ａの中心位置５ｂを配置させ、前記Ｏｓと５ｂとを重ね合わせることにより、クリアアパーチャのずれに対応して開口部５ａを設置させることが可能となる。よって開口部５ａの開口面積に対してクリアアパーチャを低減させること無く光アイソレータを形成することが可能となる。図２の開口部５ａの直径寸法をＤとする。
【００２４】
図３は、図１におけるＡ−Ａ一点鎖線で示した断面図のうち、永久磁石３、３を省略して光学素子ユニット６のみ示した断面図である。図３に示すように、本発明の光アイソレータにおいては、各応力緩衝材５１、５２の開口部５ａの中心位置５ｂは、各応力緩衝材５１、５２の前段に配置される光学素子（応力緩衝材５１の前段の光学素子は偏光子１ａ、応力緩衝材５２の前段の光学素子はファラデー回転子２である。）の、各Ｏｃから
【数８】
2004333951.tif 000009
分だけ離れたＯｓ上に配置されている。応力緩衝材５１は光信号入射側から見たときに１番目に配置されているため、距離分Ｓは、光信号入射側から見たときに１番目に配置されている偏光子１ａの屈折率ｎ１と厚さｔ１で決定される。同様に、応力緩衝材５２は光信号入射側から見たときに２番目に配置されているため、距離分Ｓは、光信号入射側から見たときに２番目に配置されているファラデー回転子２の屈折率ｎ２と厚さｔ２で決定される。
【００２５】
なお、ファラデー回転子２と偏光子１’におけるＯｓとは、各光学素子に達するまでにそれ以前の光学素子によって光信号が受けてきた軸ずれ分を含んだ中心位置を示すものである。
【００２６】
応力緩衝材５１、５２の熱膨張係数は、偏光子１ａ、１ｂ及びファラデー回転子２の熱膨張係数のほぼ中間の値となるように材料を選択することが好ましい。例えば、偏光子１ａ、１ｂの熱膨張係数が５．１×１０−６℃−１であり、ファラデー回転子２の熱膨張係数が１０．６×１０−６℃−１である場合には、応力緩衝材５１、５２の熱膨張係数は５．１×１０−６℃−１〜１０．６×１０−６℃−１の範囲内であれば、偏光子１ａ、１ｂとファラデー回転子２の熱膨張係数の差による影響を低減でき、熱により生じる応力歪や室温への冷却の際に生じるクラックを少なくすることができる。応力緩衝材５の材質としてはチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）などを使用することができる。そして、その厚さは、取り扱いの作業性の観点から約１００〜２００μｍとすることが、特に好ましい。
【００２７】
なお、上記の説明において、応力緩衝材に設けられた開口部の形状が円形の場合を説明したが、当然、円形に限定されることは無く、楕円形状でも同様の効果があることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
以上、本発明の光アイソレータは、各光学素子を光信号の入射方向の垂直な方向に対してある傾き角度をもって斜めに配置させることにより生じる光信号の軸ずれに対して、その軸ずれ分を補正して応力緩衝材の開口部の中心位置を設定するものである。従って光学素子の大きさや応力緩衝材の開口部の大きさを従来と特に変更せずに、入射光信号のケラレやクリアアパーチャの低減を防止することができ、応力緩衝材の開口部の開口面積を有するクリアアパーチャを確保することが可能となる。よって応力緩衝材の大きさを最大限に利用してクリアアパーチャを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータの一例を示す概略斜視図。
【図２】図１の光アイソレータに使用される応力緩衝材の概念斜視図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ一点鎖線で示した断面図のうち永久磁石３、３を省略して光学素子ユニットのみ示した断面図。
【図４】従来の光アイソレータの一例を示す概念斜視図。
【図５】従来の光アイソレータに使用される応力緩衝材の概念斜視図。
【図６】応力緩衝材を各光学素子の間に介在させて光学素子ユニットを形成した場合の断面図。
【図７】図６から１つの光学素子と１つの応力緩衝材を取り出した拡大図。
【図８】図５の応力緩衝材のクリアアパーチャの大きさを示す概念斜視図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ        偏光子
２            ファラデー回転子
３            永久磁石
４            取り付け基板
５１、５２        応力緩衝材
５ａ            開口部
５ｂ            開口部の中心位置
６            光学素子ユニット
７            光アイソレータ
【図１】
2004333951.tif 000012
【図２】
2004333951.tif 000013
【図３】
2004333951.tif 000014
【図４】
2004333951.tif 000015
【図５】
2004333951.tif 000016
【図６】
2004333951.tif 000017
【図７】
2004333951.tif 000018
【図８】
2004333951.tif 000019