(57)【要約】【課題】ファラデー回転子の接合剤固定時に発生する応力が原因となる光アイソレータの光学特性の劣化を防止する。【解決手段】円柱状のファラデー回転子をホルダに接合してなる光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の周縁部端面を等間隔に３箇所以上で接合固定される構成において、ファラデー回転子の半径ｒに対して、ファラデー回転子とホルダとの接合領域の幅をＬｘとし、等間隔する数をｎ（ｎ≧３）とする場合、０．６×π×ｒ÷ｎ≦Ｌｘ≦１．２×π×ｒ÷ｎであり、かつＬｘの総和ΣＬｘ（ｘ＝１，２，・・・ｘ）が、ΣＬｘ≦１．２×π×ｒであることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のファラデー回転子をホルダに接合してなる光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の周縁部端面を等間隔に３箇所以上で接合固定したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記ファラデー回転子の半径ｒに対して、ファラデー回転子とホルダとの接合領域の幅をＬｘとし、等間隔する数をｎ（ｎ≧３）とする場合、０．６×π×ｒ÷ｎ≦Ｌｘ≦１．２×π×ｒ÷ｎであり、かつＬｘの総和ΣＬｘ（ｘ＝１，２，・・・ｘ）が、ΣＬｘ≦１．２×π×ｒであ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、光通信機器や光計測用センサー等に使用される光学デバイスであり、光源から発した光が光学系の端面で反射し、光源に戻るのを防止するのための光アイソレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ光源等の光源から出射した光は、各種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一部は各種光学素子、光ファイバを透過する際、反射や散乱を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻り、この戻り光が半導体レーザの活性層に入射すると、発振波長や出力が変動してしまう。そのために、高速・高密度信号伝送などの信頼性の高い光通信や高精度の光計測を行うためには戻り光を防ぐことが不可欠となり、従来より反射戻り光を除去する手段として光りアイソレータが用いられている。上記光アイソレータの基本的な原理説明を図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【０００３】
この光アイソレータは、図４（ａ）に示すように、入射光が偏光子１を通過した後、ファラデー回転子２によって、その偏光面（図中矢印Ｐ）が４５度回転し、更に、偏光子１に対して、４５度（図において反時計方向）傾いた偏光面を有する検光子３を通過する。また、図４（ｂ）に示すように、上記入射光とは逆方向の反射戻り光Ｒは、検光子３に対して偏光面が一致した成分のみが検光子３を通過し、この後、上記ファラデー回転子２によって、その偏光面が更に４５度（入射方向から見て反時計方向）回転する。従って、ファラデー回転子２を通過した反射戻り光Ｒは、偏光子１に対して、その偏波面が９０度回転していることとなり、入射側に到達することができなくなる。
【０００４】
以上より光アイソレータは一方向からの光は通過させ、逆方向の光の通過を阻止する機能を果たす。
【０００５】
図３は従来の光アイソレータの断面図を示し、（ａ）は光軸を含む面で切断した断面図を模式的に示すもので、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図であり、図３（ａ）において偏光子１とファラデー回転子２の間で、光軸と垂直となる面で切断したＢＢ断面を、偏光子１側からみた断面図である。偏光子１は偏光子ホルダ４に予め接着剤、ハンダ、低融点ガラス等で固定され、ファラデー回転子２は偏光子ホルダ４、検光子ホルダ５のいずれかに直接もしくは、他のホルダを介して偏光子１、検光子３のいずれかと共に固定されており、半導体レーザ等からなる光学測定系にて光アイソレータの光学特性が最適化となる位置にて、偏光子ホルダ４と検光子ホルダ５を接着剤、半田、ＹＡＧレーザ溶接等で固定していた。
【０００６】
そして、従来はファラデー回転子２と検光子ホルダ５の低融点ガラスによる接着固定では、ファラデー回転子２の周縁部端面全体を低融点ガラスで固定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、偏光子ホルダ４とファラデー回転子２を低融点ガラスでファラデー回転子２の周縁部端面全周に固定する場合、検光子ホルダ５とファラデー回転子２、低融点ガラス７の熱膨張係数が若干異なるために、ファラデー回転子２に圧縮、もしくは引っ張り応力が加わり、これが原因となってファラデー回転子２の光学特性の劣化を招き、ひいては光アイソレータの光学特性が劣化してしまう問題があった。このため、光学特性の評価を行い規格にはいっているものを選別しなければならない問題があった。
【０００８】
また、ファラデー回転子２はΦ１ｍｍ程度と小さいため、固定に必要な低融点ガラスを均一にファラデー回転子２の周縁部端面全体にわたり塗布する作業は非常に困難を極め、生産性を著しく悪化させるという深刻な問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を鑑みて本発明の光アイソレータは、円柱状のファラデー回転子をホルダに接合してなる光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の周縁部端面を等間隔に３箇所以上で接合固定したことを特徴とする。
【００１０】
前記ファラデー回転子の半径ｒに対して、ファラデー回転子とホルダとの接合領域の幅をＬｘとし、等間隔する数をｎ（ｎ≧３）とする場合、０．６×π×ｒ÷ｎ≦Ｌｘ≦１．２×π×ｒ÷ｎであり、かつＬｘの総和ΣＬｘ（ｘ＝１，２，・・・ｘ）が、ΣＬｘ≦１．２×π×ｒであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光アイソレータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１（ａ）に本発明の光アイソレータの光軸を含む面で切断した断面図を示し、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図を示す。図２はファラデー回転子２を等間隔にｎ箇所で低融点ガラスで固定された検光子ホルダ５を説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
なお、従来技術で説明した同様な部材には同一符号を付すものとする。
【００１４】
図１（ａ）において偏光子１、ファラデー回転子２、及び検光子３は光軸に対して垂直、もしくはある一定の傾き（図示せず）をなしてホルダ４に固定配置されている。
【００１５】
ファラデー回転子２、偏光子１および検光子３のホルダ４への固定方法としては、一般的に有機接着剤を使用して固定する有機接着法と、半田、低融点ガラス等を用いて固定する金属融着法の２種類に大別できる。本発明では、偏光子１は偏光子ホルダ４と、検光子３は検光子ホルダ５とそれぞれ低融点ガラスにて固定されている。ここで偏光子ホルダ４と検光子ホルダ５の材質には熱膨張係数が偏光子１、検光子３に近い金属であるステンレス、ニッケルー鉄合金、ニッケルコバルトー鉄合金等の金属材料を用いることが望ましく、非磁性体であればよく、アルミナ等のセラミックを使用することもできる。ここで、それぞれの部材を固定する接着剤として用いる低融点ガラスは、熱膨張係数７０×１０−７／℃〜９５×１０−７／℃の鉛ガラス系低融点ガラスを用いて焼成固定させている。
【００１６】
また、これら偏光子１、検光子３の形状は所望の特性が得られれば、矩形でも円形であってもよい。この切断方法は、超音波加工で型抜きをする方法でもよいし、レーザ加工方法や、または水流を利用したジェット噴射で加工する方法を用いることもできる。矩形形状であれば平歯の砥石で辺を一辺一辺研削する方法もある。
【００１７】
そして、ファラデー回転子２の外周には磁場を印加するためのリング状の磁石６を配している。ここで、磁石６には磁界エネルギーの高いサマリウム−コバルト合金、ネオジウム等の材質を用いることが望ましい。
【００１８】
図１（ｂ）に示されるように、ファラデー回転子２は円柱状をなし、検光子ホルダ５とファラデー回転子２の周縁部端面を１２０°の等間隔で３等分される位置にて、低融点ガラスで固定されている。このときファラデー回転子２の半径ｒとしたとき、低融点ガラスで接着固定されている３箇所それぞれの幅Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、０．２×π×ｒ以上、０．４×π×ｒ以下であり、接合固定されている幅の総和Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３が、１．２×π×ｒ以下となっていることを示している。
【００１９】
また、ファラデー回転子２はＴｂ、Ｇｄ、Ｈｏを添加したＢｉ置換ガーネットやＹＩＧガーネットの平板状のファラデー回転子２を用いることが望ましい。さらに磁石６を使用しなくとも光を偏光させることの出来る自己磁界保有型ファラデー回転子２を用いることも可能である。
【００２０】
ここで、偏光子ホルダ４と検光子ホルダ５はＹＡＧレーザ溶接にて固定されている。
【００２１】
なお、図１（ａ）では検光子ホルダ５にファラデー回転子２が付いた形状になっているが、偏光子ホルダ４にファラデー回転子２をつけた構成でも、本発明と同様の効果を得ることができる。というのも偏光子１と検光子３は用途上名称を分けているが、通常は同一の光学素子を使用しているためであり、これには熱吸収型偏光子あるいは複屈折型偏光子を用いることができる。
【００２２】
次に図２に、検光子ホルダ５とファラデー回転子２の固定に関して、ファラデー回転子２の周縁部端面を等間隔にｎ等分した位置にて、低融点ガラスで固定された場合の実施様態を示す。図２において、ファラデー回転子２の半径ｒに対し、ファラデー回転子２と検光子ホルダ５を低融点ガラスにて固定されている一箇所の幅であるＬｘが、０．６×π×ｒ÷ｎ≦Ｌｘ≦１．２×π×ｒ÷ｎであり、かつファラデー回転子とホルダを低融点ガラスにて接合固定されている幅の総和ΣＬｘ（ｘ＝１，２，・・・ｘ）が、ΣＬｘ≦１．２×π×ｒとなっていることを示している。
【００２３】
かくして、本発明の光アイソレータによれば、ファラデー回転子の周縁部端面を等間隔に接合固定したことで、従来構造に比べ、ファラデー回転子へ加わる応力が分散されて集中しなくなくなり、応力の大幅な緩和が実現でき、これによりファラデー回転子の安定した光学特性が得られ、ひいては信頼性に優れた光アイソレータの供給が可能となる。また、ファラデー回転子２の固定部分が大幅に削減されることにより、生産性の向上がはかられ光アイソレータの低コストでの供給が実現可能となる。なお、本発明の実施形態は前述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。
【００２５】
ここで、作製したサンプルについて説明する。本発明の光アイソレータの基本構造は図１（ａ）、（ｂ）の通りで、偏光子１、検光子３には赤外偏光ガラス、ファラデー回転子２にはＢｉ置換ガーネット厚膜を使用した。偏光子１および検光子３の加工方法は、ともに半径Φ０．６ｍｍの円形の加工を行った。次にここで加工した偏光子１を、熱膨張係数が１００×１０−７／℃であるニッケル−鉄合金系の偏光子ホルダ４と、熱膨張係数が７０×１０−７／℃の低融点ガラスを用いて焼成固定した。同様の手順にて検光子３と熱膨張係数が１００×１０−７／℃であるニッケル−鉄合金系の検光子ホルダ５を熱膨張係数が７０×１０−７／℃の低融点ガラスを用いて焼成固定した。
【００２６】
次にファラデー回転子２と検光子３を装着した検光子ホルダ５との固定を、熱膨張係数が７０×１０−７／℃の低融点ガラスを用いて、ファラデー回転子２の周縁部端面を等間隔に３等分する位置で、それぞれ低融点ガラス固定された幅が０．３７７ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下で、かつこれらの総和が２．２６ｍｍ以下となるように設定し固定した。
【００２７】
最後に、上記ファラデー回転子が固定された検光子ホルダ５にサマリウム−コバルトからなる円筒形状の磁石６を組み込み、半導体レーザ等からなる光学測定系を用いて、偏光子ホルダ４と検光子ホルダ５を光学特性が最適化となる位置に調整し、ＹＡＧレーザ溶接で固定した。
【００２８】
ここで、完成した光アイソレータは波長１３１０ｎｍで、外径Φ３ｍｍ、全長２．６ｍｍ、開口径はΦ１．０である。一方、比較例としての光アイソレータを図３（ａ）、（ｂ）に示される仕様で作製した。ここで、本発明の実施例との相違点はファラデー回転子２と検光子ホルダ５の低融点ガラス固定を、本発明の実施例では３カ所で行っているのに対して、比較例はファラデー回転子２の周縁部端面全周で行っている点である。それ以外の製作仕様は、全て実施例と同じ条件で作製した。
【００２９】
以上の様にして本発明例、比較例の光アイソレータのサンプルをそれぞれ２５個作製し、挿入損失およびアイソレーションの測定を、光伸光学（株）社製ＴＵＮＡＢＬＥ  ＬＤＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ（型番ＬＳ―６０１Ａ）を光源として用い、ＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ社製のディテクター（型番  ８１５３Ａ）を、組み合わせて光学評価系を構築して測定を行った。本測定結果を表１に表す様に、挿入損失特性は同等レベルであるが，アイソレーション特性の平均は実施例が４３．２ｄＢ対して、比較例が３６．５ｄＢであり、６．７ｄＢの大幅な改善がされていることを確認した。
【００３０】
また、ファラデー回転子２の低融点ガラスの固定領域が大幅に削減されたことにより、この工程での４０％の時間短縮が実現できた。これにより生産性の向上がはかられ光アイソレータの低コストでの供給が実現可能となる。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光アイソレータは、円柱状のファラデー回転子をホルダに接合してなる光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の周縁部端面を等間隔に３箇所以上で接合固定したことを特徴とする光アイソレータ。
【００３３】
前記ファラデー回転子の半径ｒに対して、ファラデー回転子とホルダとの接合領域の幅をＬｘとし、等間隔する数をｎ（ｎ≧３）とする場合、０．６×π×ｒ÷ｎ≦Ｌｘ≦１．２×π×ｒ÷ｎであり、かつＬｘの総和ΣＬｘ（ｘ＝１，２，・・・ｘ）が、ΣＬｘ≦１．２×π×ｒであることを特徴とすることで、安定した光学特性が得られ、信頼性に優れた光アイソレータを供給できる。
【００３４】
また、ファラデー回転子２の固定領域が大幅に削減されることにより、生産性の向上がはかられ光アイソレータの低コストでの供給が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光アイソレータの実施形態を模式的に示した図面で、（ａ）に本発明の光アイソレータの光軸を含む面で切断した断面図を、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。
【図２】ファラデー回転子２を等間隔にｎ箇所で低融点ガラスで固定された検光子ホルダ５を説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】従来の光アイソレータの断面図で、（ａ）は光軸を含む面で切断した断面図を模式的に示すもので、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）ともに光アイソレータの原理を説明する図である。
【符号の説明】
１：偏光子
２：ファラデー回転子
３：検光子
４：偏光子ホルダ
５：検光子ホルダ
６：磁石
７：低融点ガラス
８：光アイソレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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