(57)【要約】【課題】光アイソレータを小型化するには、磁石の径自体も小さくする必要があるが、磁石とファラデー回転子との距離が近くなると、その分互いに引き寄せられる引力も大きくなるため、ファラデー回転子を保持する接着剤の接着強度も高くする必要がある。【解決手段】少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータの一方の光透過面を直接光ファイバ端面に第１の接着剤にて接着固定した光アイソレータ付き光ファイバにおいて、前記第１の接着剤は光学的に透明かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有する接着剤であることを特徴とすることによって、小型化でかつ広帯域な特性をもつ光アイソレータ付き光ファイバが実現可能となった。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータの一方の光透過面を直接光ファイバ端面に第１の接着剤にて接着固定した光アイソレータ付き光ファイバにおいて、前記第１の接着剤は光学的に透明であり、かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有することを特徴とする光アイソレータ付き光ファイバ。
【請求項２】
前記光アイソレータは前記ファラデー回転子と少なくとも１つの偏光子の光透過面同士が第２の接着剤にて貼り合わされており、前記第２の接着剤は光学的に透明であり、かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有することを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
【請求項３】
前記第１および第２の接着剤は４０〜１５０℃の高温雰囲気下、あるいは−５０〜１０℃の低温雰囲気下、あるいは５０％以上の高湿雰囲気下において、光学的に透明であり、かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有する樹脂接着剤であることを特徴とする請求項２記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
【請求項４】
前記第１の接着剤および前記第２の接着剤が異なることを特徴とする請求項２または３記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
【請求項５】
前記光ファイバおよび前記光ファイバを保持する保持具の端面は算術平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以上の面粗さであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光アイソレータ付き光ファイバ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光アイソレータ付き光ファイバを用いたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信用モジュール、半導体レーザ装置、光増幅器等に使用される光アイソレータ付き光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータはある一定方向の光を透過させるが、逆方向の光を遮断する作用を有するものであり、光通信用モジュール、半導体レーザ装置、光増幅器等に使用されている。
【０００３】
図７に従来の半導体レーザモジュールを表す模式図を示す。図７に示す半導体レーザモジュールは、ある基板上にレーザダイオード２２を接合し、他方端に光ファイバ２６を装着したフェルール２５を接合し、レンズ２３と光アイソレータ２４を備えた構造となっている。この半導体レーザモジュールにおいて、レーザダイオード２２からの出射光はレンズ２３および光アイソレータ２４を通過して光ファイバ２６に入射し、反射光があっても光アイソレータ２４で遮断されるためレーザダイオードに反射光が戻ることを抑止できる。
【０００４】
しかし、このような半導体レーザモジュールは構造が複雑であり小型化することが困難であることから、光ファイバの先端に直接光アイソレータを接合することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
図６に従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図を示す。この構造は、光ファイバ２１をガラス管１９及び金属製のフェルール２０で保持し、ガラス管１９の先端に偏光子、ファラデー回転子、偏光子を一体化した光アイソレータ１６および光アイソレータ１６の周りに磁石１７をホルダ１８によって保持したものである。
【０００６】
そして、図６に示す光アイソレータ付き光ファイバを、不図示のレーザダイオードとレンズを有するモジュールに装着すれば半導体レーザモジュールを構成することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−８８９２６号公報（図６）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、図７に示すような半導体レーザモジュールにおいて、結合効率を高めるために、モジュール組立時にレーザダイオードから出射されレンズによって集光された光と光ファイバの位置合わせ、およびレーザダイオードから出射された光の偏波方向と光アイソレータの偏波方向を合わせることが必要であり、組立が非常に複雑で小型化は困難であった。
【０００９】
一方、図６に示す光アイソレータ付き光ファイバをモジュールに装着する場合には、光アイソレータが光ファイバと一体化されているため、光アイソレータ付き光ファイバ全体を移動させて位置合わせを行うことができ、組立の一部を簡易化することが可能となり、半導体レーザモジュールの小型化が可能となっている。しかしながら、光アイソレータと光ファイバとの接着は細心の注意を要するので、なるべくは空気層を介して光ファイバの端面に近接配置するほうが好ましいと記載されており、光アイソレータが最も小さくできる光ファイバ端面に接着したタイプの実現には至っていない。
【００１０】
また、光アイソレータを小型化するには、磁石の径自体も小さくする必要があるが、磁石とファラデー回転子との距離が近くなると、その分互いに引き寄せられる引力も大きくなるため、ファラデー回転子を保持する接着剤の接着強度も高くする必要がある。
【００１１】
加えて近年、波長の異なる複数の半導体レーザや広帯域光源に光アイソレータが使用される際、１種類の光アイソレータでまかなうために広帯域化が求められている。光アイソレータを広帯域化するには、波長特性の優れたファラデー回転子が必要となるが、波長特性の優れたファラデー回転子は飽和磁界強度も高いため、印加する磁界強度も高くする必要がある。この理由からも、ファラデー回転子を保持する接着剤の接着強度も高くする必要がある。
【００１２】
さらに、半導体レーザモジュールのレーザダイオード特性は周囲温度、湿度、雰囲気に非常に敏感なため、気密封止され温度管理されることが多いが、上記に示すような光アイソレータは気密封止の外に配置されるため、４０〜１５０℃の高温環境下、−５０〜１０℃の低温環境下、あるいは５０％以上の高湿環境下でも特性を保証することが求められており、そのような環境下においても光アイソレータが脱落しない光アイソレータ付き光ファイバを実現することは困難であった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑みて本発明は、少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータの一方の光透過面を直接光ファイバ端面に第１の接着剤にて接着固定した光アイソレータ付き光ファイバにおいて、前記第１の接着剤は光学的に透明であり、かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記光アイソレータは前記ファラデー回転子と少なくとも１つの偏光子の光透過面同士が第２の接着剤にて貼り合わされており、前記第２の接着剤は光学的に透明であり、かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１および第２の接着剤は４０〜１５０℃以上の高温雰囲気下、あるいは−５０〜１０℃以下の低温雰囲気下、あるいは５０％以上の高湿雰囲気下において、光学的に透明かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有する樹脂接着剤であることを特徴とする
さらには、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤が異なることを特徴とする。
【００１６】
また、前記光ファイバおよび前記光ファイバを保持する保持具の端面は算術平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以上の面粗さであることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、上記の光アイソレータ付き光ファイバを用いて光部品を構成したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【００１９】
図１に本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図を示す。
【００２０】
なお、光ファイバピグテイルとは、光ファイバの一端もしくは両端に保持具を備えたものを指し、光アイソレータ付き光ファイバピグテイルとは、光ファイバピグテイルの光入射面に光アイソレータが取り付けられているものをいう。この部品は光ファイバ５、および光ファイバの保持具であるキャピラリ６とフェルール７、および光アイソレータ３、磁石４より構成される。
【００２１】
光ファイバ５は、先端の被覆を除去した箇所をキャピラリ６に保持固定されており、さらにキャピラリ６と光ファイバ５の被覆をフェルール７に固定されている。キャピラリ６の端面と光ファイバ５の端面は、略同一平面上に位置するように保持固定され、さらに反射防止のために、斜め研磨が施されている。
【００２２】
斜め研磨時に、キャピラリ６の端面の一部に未研磨面を残すようにしてもよく、これによって光ファイバの研磨方向を示す表示部とすることができる。半導体レーザと光ファイバとの結合時にこの研磨方向に合わせて配置することによって、短時間で調芯を行うことができるようになり、時間の大幅短縮による低コスト化を図ることができる。
【００２３】
光アイソレータ素子３は偏光子８ａ、ファラデー回転子９、偏光子８ｂの順に第１の接着剤１ａ、１ｂにて接着されており、その端面を略同一平面上に位置する光ファイバ５およびキャピラリ６の端面に第２の接着剤２にて接着されている。さらに光アイソレータ素子３を囲むように磁石４も固定されている。
【００２４】
図１に示す光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを、不図示のレーザダイオードとレンズを有するモジュールに装着すれば半導体レーザモジュールを構成することができる。半導体レーザから出力された光はレンズにより光ファイバ５の端面に集光されるため、本実施例のように光ファイバ端面に光アイソレータを接着固定することにより、光アイソレータ素子３のサイズを最も小さくすることができる。
【００２５】
ここに使用する第１の接着剤１ａ、１ｂおよび第２の接着剤２の接着強度は磁石とファラデー回転子間に働く引力以上の強度が必要となる。引力は磁石の磁界強度とファラデー回転子のサイズ、磁石とファラデー回転子の距離によって決定されるため、一概には決められないが、例えば小型化を実現するために磁石の径を小さくし磁石とファラデー回転子との距離が１ｍｍ以下と近接するような場合や、波長特性に優れた光アイソレータを実現するために５００Ｏｅ以上の磁界強度を必要とするファラデー回転子を使用する場合は、第１の接着剤１ａ、１ｂおよび第２の接着剤２の接着強度に関して考慮が必要となる。接着強度の目安としてはファラデー回転子のサイズが０．５×０．６×０．４ｍｍの光アイソレータ素子の場合、最低でも２０ｇ以上の強度が必要となる。
【００２６】
また環境によって接着強度が異なることにも注意が必要である。４０〜１５０℃以上の高温環境下、−５０〜１０℃以下の低温環境下、５０％以上の高湿環境下においても最低接着強度を保持する接着剤が必要である。
【００２７】
以上の内容を満足する接着剤を検討するにあたり、以下詳細に説明する。
【００２８】
図２に本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの製造フローチャートを示す。偏光子の基板８ａ’とファラデー回転子の基板９’を第１の接着剤１ａにて接着し、次に所望の波長と温度で所望のアイソレーションを得ることができるように偏光子の基板８ｂ’の偏光軸を回転調整し、ファラデー回転子の基板９’のもう一方の光学面に第１の接着剤１ｂにて接着する。
【００２９】
このように接着した光アイソレータの基板１０を所望の大きさにカッティングすることにより、光アイソレータ素子３が製造される。製造された光アイソレータ素子３を略同一平面上に位置する光ファイバ５およびキャピラリ６の端面に第２の接着剤２にて接着し、磁石４をフェルール７に固定する。
【００３０】
前記第１の接着剤及び第２の接着剤は熱ストレスによる膨張収縮が大きいと、偏光子およびファラデー回転子が熱ストレスにより動く恐れがあり、半導体レーザモジュールの光出力特性に影響するため線膨張係数が小さくなければならず、最低でも５００×１０−６／℃以下が望ましい。また光透過面になるため、光通信に使用される赤外光に対して透明である必要があり、硬化後の屈折率が略１．５程度が望ましい。
【００３１】
また樹脂系接着剤の場合、４０〜１５０℃以上の高温環境下、−５０〜１０℃以下の低温環境下、５０％以上の高湿環境下において、接着力が低下する場合が十分考えられるため、熱分解温度１５０℃以上、吸水率１％以下のエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン系樹脂、またこれらを混合した樹脂のいずれかであることが望ましい。
【００３２】
偏光子の基板およびファラデー回転子の基板を接着する第１の接着剤１ａ、１ｂは、偏光子およびファラデー回転子は紫外線に対して透過率が低く、紫外線硬化型接着剤を使用すると硬化むらとなり、光アイソレータ素子３の接着状態にばらつきを生じるため、均一に硬化可能な熱硬化型接着剤を使用した方が望ましい。これに対して光アイソレータ素子を略同一平面上に位置する光ファイバおよびキャピラリの端面に接着する第２の接着剤２は、ファイバ被覆の耐熱温度および光アイソレータ素子に使用した接着剤のガラス転移温度以上の熱が加えられないため、熱硬化型ではなく紫外線硬化型の接着剤を使用した方が望ましい。
【００３３】
また略同一平面上に位置する光ファイバおよびキャピラリの端面の面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以上にすることにより、接着強度を強くすることが可能となる。光ファイバの端面は光透過面であるが、第２の接着剤２に屈折率略１．５の接着剤を使用すれば、端面が粗であっても損失にはならず、むしろ接着面積が増えることによる接着強度の強化が可能となる。
【００３４】
以上を満足する接着剤を用いることにより、小型化でかつ広帯域な特性をもつ光アイソレータ付き光ファイバが実現可能なる。
【００３５】
図３に本発明の第２の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図を示す。
【００３６】
図３に示す部品は光ファイバ５、および光ファイバの保持具であるキャピラリ６とフェルール７、および光アイソレータ３、磁石４より構成される。図１と異なる点は光アイソレータ素子３の端面が、略同一平面上に位置する光ファイバおよびキャピラリの端面の研磨角度と同じ角度になっており、磁石の内径および外径を小さくでき、光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの小型化が可能となる。しかしながら、その分光アイソレータ素子と磁石との距離が縮まっており、ファラデー回転子と磁石の間に働く引力も強くなるため、使用する接着剤の接着強度を強化する必要がある。図３に示す部品を実現するには、本発明による構造を用いることによって可能となる。
【００３７】
図４に本発明の第２の実施形態である光アイソレータ付き光レセプタクルの断面図を示す。
【００３８】
図４に示す部品は光レセプタクル１５および光アイソレータ３、磁石４より構成される。光レセプタクル１５は、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１１と、該フェルール１１の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ５を挿入固定して得られたファイバスタブの後端部をホルダ１２に圧入により固定し、先端部をスリーブ１３の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース１４に圧入又は接着固定することによって構成されている。
【００３９】
図４に示す部品は広帯域化のために磁石の磁界強度を強くする、すなわち磁石の肉厚を厚くしたものであり、ファラデー回転子と磁石の間に働く引力も強くなるため、使用する接着剤の接着強度を強化する必要がある。図４に示す部品を実現するには、本発明による構造を用いることによって可能となる。
【００４０】
本発明の光アイソレータ付き光ファイバは、上記光レセプタクルだけでなく光増幅器や半導体レーザ装置などさまざまな光モジュールに適用することができる。
【００４１】
【実施例】
図５に本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを試作し挿入損失を測定した結果を表す図を示す。試作本数は３００本である。光ファイバはシングルモードファイバ、光ファイバの保持具であるキャピラリはジルコニア、フェルールにはステンレスを用いた。
【００４２】
キャピラリの端面と光ファイバの端面は、略同一平面上に位置するように保持固定され、さらに反射防止のために、８度研磨を施した。光アイソレータ素子は偏光子、ファラデー回転子、偏光子の順に熱硬化型接着剤にて接着し、その端面を略同一平面上に位置する光ファイバおよびキャピラリの端面に紫外線硬化型接着剤にて接着した。ここで使用したファラデー回転子は飽和磁界強度８００Ｏｅのものである。また素子サイズは０．５×０．６ｍｍとした。さらにファラデー回転子の飽和磁界強度を得られる磁石も固定した。この場合、各接着層に必要な接着強度は最低２０ｇ以上必要であるが、今回使用した接着剤で得られた接着強度は平均２００ｇであった。図５に示すように、３００本全ての挿入損失は０．５ｄＢ以下となっており、特性良好な光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを実現できた。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少なくとも１つのファラデー回転子と前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁石を有する光アイソレータの一方の光透過面を直接光ファイバ端面に第１の接着剤にて接着固定した光アイソレータ付き光ファイバにおいて、前記第１の接着剤は光学的に透明かつ前記ファラデー回転子と前記磁石間に働く引力以上の接着強度を有する接着剤であることを特徴とすることによって、小型化でかつ広帯域な特性をもつ光アイソレータ付き光ファイバが実現可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの製造フローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である光アイソレータ付き光レセプタクルの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態である光アイソレータ付き光ファイバピグテイルを試作し挿入損失を測定した結果を表す図である。
【図６】従来の光アイソレータ付き光ファイバピグテイルの断面図である。
【図７】従来の半導体レーザモジュールを表す模式図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ：第１の接着剤
２：第２の接着剤
３：光アイソレータ素子
４：磁石
５：光ファイバ
６：キャピラリ
７：フェルール
８ａ、８ｂ：偏光子
８ａ’、８ｂ’：偏光子の基板
９：ファラデー回転子
９’：ファラデー回転子の基板
１０：光アイソレータの基板
１１：フェルール
１２：ホルダ
１３：スリーブ
１４：スリーブケース
１５：光レセプタクル
１６：光アイソレータ
１７：磁石
１８：ホルダ
１９：ガラス管
２０：金属製のフェルール
２１：光ファイバ
２２：レーザダイオード
２３：レンズ
２４：光アイソレータ
２５：フェルール
２６：光ファイバ
【図１】
2004348031.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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