(57)【要約】【課題】球形状の低融点ガラス又は球形状の半田を用いて簡単に光学素子が充填し、小型、高性能、製造歩留り向上、デバイスの小型化が進む中でこの方式は大きなメリットを持つ。かつ組立てが容易でしかも定価な光学素子装置を提供する。【解決手段】偏光子とファラデー回転子と該ファラデー回転子の周囲に配設された永久磁石がホルダに固定されてなる光学素子において、ホルダの底部に偏光子とファラデー回転子と永久磁石の外縁に沿って形成された丸底溝を有し、丸底溝に球形状の低融点ガラスまたは半田が充填されることにより、ホルダと偏光子とファラデー回転子と永久磁石を固定したものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を固定するホルダが、上記光学素子の外縁に沿って形成された丸底溝を有し、該丸底溝に低融点ガラスまたは半田が充填されることにより、上記光学素子を固定したことを特徴とする光学素子の固定構造。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子の固定構造において、上記丸底溝に、該丸底溝よりも曲率半径の小さい球形状の低融点ガラスまたは半田のプリフォームを充填し、加熱溶融することを特徴とする光学素子の固定方法。
【請求項３】
上記丸底溝および上記低融点ガラスまたは上記半田の球形状のプリフォームの曲率半径が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の光学素子の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、光学結晶、プリズム等の光学素子を安定してホルダ内に固定する方法に関する。また、本発明は、光通信等の光源に用いられる半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザを安定に発振させるため、半導体レーザからの出射光の一部が光伝送路や光部品で反射して半導体レーザに戻る戻り光を、半導体レーザ前面で防止する光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光アイソレータ用素子において、レーザ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るが、この戻り光を遮断するため、光アイソレータが用いられる。
【０００３】
レンズ、偏光子、光学結晶、プリズム等の光学素子を組み合わせて、ある機能を持ったデバイスを構成したり装置の中に組み込む場合、これらの光学素子はホルダ内に固定された後に組み立てられる。予めホルダ内に固定して組み立てることにより取扱い、位置調整、固定を容易にし、精度、強度、信頼性等を向上するためである。
【０００４】
レンズ等を低融点ガラスによってホルダに固定する方法は従来より行われてきている。
【０００５】
図３に示す従来のホルダに光学素子を低融点ガラス又は半田で固定する固定構造が示されておる。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は断面図で、ホルダ４１に光学素子３をセットした後、低融点ガラスプリフォーム４３を光学素子３の外周部に充填し加熱固定する。低融点ガラスは粉末状、または粉末をペースト状にして用いる。さらに図４に示す従来の低融点ガラスが充填部にちょうど収まるような形状のワッシャー状の低融点ガラスプリフォーム４３に形成したものを用いたりする場合もある。
【０００６】
また、光源からの光を光学系を介して伝達しようとすると、レンズや光ファイバの端面、曲がり部等で信号光の一部が反射してレーザ光源まで戻りノイズを発生させる。このような反射戻り光を除去するために光アイソレータが使用されている。更に、図５には光アイソレータ６０を示したように、第１偏光子６ａ、ファラデー回転子７、および第２偏光子６ｂをこの順に配置したものである。これらは、接着剤を用いて組み立てられる場合もあるが、温度変化による位置ズレ、アウトガス発生の問題もあり半田や低融点ガラスを用いて接合する場合が増えている。また、図５は低融点ガラス４ａで光学素子とホルダを接合した光アイソレータの例を断面で示したものである。この光アイソレータの組み立ては予めサブアセンブル６１として永久磁石８内に第１偏光子６ａ、第１ホルダ６２ａ、ファラデー回転子７を低融点ガラス４ａで固定し、他方、サブアセンブル６２として第２ホルダ６２ｂに第２偏光子６ｂを低融点ガラス４ａで固定して、このサブアセンブル６１、６２を同図のように組み合わせて回転し、第１偏光子６ａと第２偏光子６ｂの偏光面の角度調整を行って両アッセンブルが固定される。
【０００７】
また、図６は従来の低融点ガラス充填用７０の充填部７２を設けたホルダに光学素子を固定する組立工程図を示す。図６で、（ａ）〜（ｄ）の順序で組み立てられ、図６（ａ）は光学素子を固定する位置周りに充填部７２を設けたホルダ７１の断面図、図６（ｂ）はこのホルダ７１に光学素子３が載置された断面図、図６（ｃ）は図４に示したワッシャー状の低融点ガラスプリフォーム４３を充填部７２に設置した状態の断面図、図６（ｄ）は低融点ガラス４ａは加熱溶融後の光学素子３が固定された状態の断面図である。
【０００８】
さらに、図７は従来の光学素子を固定する固定構造８０を示す。図７（ａ）は変形プリフォームをセットした状態の断面図、図７（ｂ）は加熱溶解後の断面図である。図７（ａ）はホルダ７１に光学素子３をセットし、変形した低融点ガラスプリフォーム４３を光学素子３の外周部に充填用の充填部７２を設けていること、図７（ｂ）はホルダ７１が加熱溶解後の低融点ガラス４ａが充填部７２を充填した光学素子３の固定状態を示している。
【０００９】
また、図８（ａ）〜（ｄ）は特許文献１の従来の低融点ガラス充填用の充填部９２を設けた固定構造で図８（ａ）は球形状の低融点ガラスセット時の上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の断面図、図８（ｃ）は加熱溶解後の低融点ガラスが光学素子に回り込み、ずれたり、傾いたりしている断面図、図８（ｄ）は加熱溶解後の低融点ガラスの充填状態と光学素子のずれの断面図を示す。また、ホルダ９１には光学素子３を固定する球形状の低融点ガラス４が充填用の充填部９２が沿うように設けられている。ホルダ９１に光学素子３をセットした後、充填部９２に球形状の低融点ガラス４を充填するとしている。光学素子３はホルダ９１上の所望の位置にセットされ、その後低融点ガラス４ａが加熱溶融され固定するとしている。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−８２７２４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図８（ｄ）のように充填部９２に低融点ガラス４ａが完全に充填されていないことや、該充填部９２と低融点ガラスと４ａの間に空間９３が出来、光学素子３がずれてしまうという問題があった。
【００１２】
また、図７（ｂ）のホルダ７１に充填部７２又は図８（ｄ）のホルダ９１に充填部９２を設けた構造にすると、図７（ｄ）のホルダ７１に低融点ガラスプリフォーム４３又は図８（ｄ）のホルダ９１に球形状の低融点ガラスプリフォーム４が充填しにくく、光学特性が悪く、コストが高く、このような光アイソレータを製造することはきわめて難しく、工業規模では不確実になる恐れがある。従来技術で提案されて解決方法は、工業的に実施が難しいので、もっと実施が簡単な解決方法をみつけなければならない。
【００１３】
しかしながら、粉末、ペースト状の低融点ガラスを用いる場合は、分量の調節と所望の箇所に塗布する装置、手間が必要になる。
【００１４】
また図３の従来例で粉末状もしくはペースト状の低融点ガラス４３を用いる場合や、あるいは図５の従来例でサブアセンブル６２を組み立てる場合は光学素子３がホルダ４１内で作業中に横方向にずれる可能性がある。
【００１５】
さらに図３および図５の従来例では加熱溶融した低融点ガラス４ａが回り込み、光学素子３や偏光子６ａ、６ｂの開口径内表面に流出し光学特性を劣化させてしまう場合がある。
【００１６】
また、図６の従来例では、図６（ｃ）のように、低融点ガラス充填用７０にワッシャー状の低融点ガラスプリフォーム４３、光学素子３がホルダ７１に組み合わせることは正確にできるが、図６（ｄ）のように加熱溶融後は正確に固定できない。
【００１７】
また、低融点ガラスプリフォーム４３は数ｍｍ、或いはそれ以下のオーダーになると正確な寸法に成形することが困難で、例えば、いびつになったり、ねじれたり、反ったりしてしまう。そのため部品が小型になると正確な位置に組み立てられない場合がある。
【００１８】
また、図８の従来例では、図８（ｃ）のように加熱溶融後、低融点ガラス４ａが光学素子３に回り込み、該光学素子３がずれたり、図８（ｄ）のように空間９３ができるという問題がある。原因は低融点ガラスプリフォーム４が加熱溶融最中に充填部９２との間に空気が入り均一に充填しないためで、充填部９２のくさび形状に問題がある。前記充填部９２のくさび形状では、良い光学特性を出すことはきわめて難しいので、もっと実施が簡単な解決方法を見つけなければならない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、光学素子を固定するホルダが、上記光学素子の外縁に沿って形成された丸底溝を有し、該丸底溝に低融点ガラスまたは半田が充填されることにより、上記光学素子を固定したことを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記丸底溝に、該丸底溝よりも曲率半径の小さい球形状の低融点ガラスまたは半田のプリフォームを充填し、加熱溶融することを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、上記丸底溝および上記低融点ガラスまたは上記半田の球形状のプリフォームの曲率半径が２ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明による光学素子を球形状の低融点ガラスでの固定時を示す図である。図１（ａ）は球形状の低融点ガラスプリフォーム４をセットした時の上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の断面図である。ホルダ１内の底部１ｄに光学素子３の外縁３ａに沿って成形された丸底溝２を有し、加工して設けられている。このホルダ１内に前記光学素子３をセットし、前記低融点ガラス充填用の丸底溝２に球形状の低融点ガラスプリフォーム４を充填する。この球形状の低融点ガラスプリフォーム４は、丸底溝２と光学素子３の外縁３ａの両方に確実に接して該光学素子３の外縁３ａに沿って配置される。その後、上記ホルダ１内の底部１ｄに光学素子３の外縁３ａに沿って形成された丸底溝２に、球形状の低融点ガラス４を供給して加熱することにより図１（ｃ）のように低融点ガラス４ａが丸底溝２に完全に溶融し固定される。
【００２４】
図１（ｂ）は図１（ａ）の断面図であり、ホルダ１内の底部１ｄに光学素子３の外縁３ａに沿って成形された丸底溝２に任意形状の半田ガラスプリフォーム４を充填する。この低融点ガラスプリフォーム４を上記丸底溝２に設置し、低融点ガラスプリフォーム４の一部分が丸底溝２に接触し、該丸底溝２と低融点ガラスプリフォーム４の接触部分と接触していない部分に空間２ａが生じても、その空間２ａは図８（ｂ）の従来例の空間９３とは異なる。図８（ｂ）の半田の充填部はくさび形状である為に空気がために、半田が充填し難い。
【００２５】
また、図１（ｂ）の丸底溝２によれば、半田の形状に依らず半田を丸底溝２に充填しやすくするものであり、さらに、球形状の低融点ガラスプリフォーム４を用いて光学素子３を固定する方が面接触するので更に良い結果を得る事ができる。
【００２６】
図１（ｃ）のように、前記ホルダ１には穿設された丸底溝２に挿入された球形状の低融点ガラスプリフォーム４が、丸底溝２の底面と光学素子３に接するように必ず配置される。この時、ペースト状のものや粉末状のもののように接合部位以外に付着する心配は全く無く、分量の調整、取扱いも非常に容易である。さらに、充填後加熱することにより低融点ガラス４ａが溶融し図１（ｃ）のように固定されるが、丸底溝２のため光学素子３の表面上に低融点ガラス４が充填した時に流出する事はない。
【００２７】
図１（ｄ）は、固定された光学素子３の構成を示す図である。前記光学素子３は、例えばファラデー回転子１２や偏光子５であり、丸底溝２に挿入された球形状の低融点ガラスプリフォーム４が、加熱溶融後に良好に充填されているのがわかる。また、丸底溝２の曲率半径ＲＭを低融点ガラスプリフォーム４の曲率半径ＲＧより大きくすることにより（ＲＭ＞ＲＧ）、加熱時に低融点ガラスプリフォーム４へ温度が効率的に伝わる。
【００２８】
この曲率半径ＲＭ及びＲＧは、２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
２ｍｍより大きい場合は、丸底溝２の表面と低融点ガラスプリフォ−ム４の距離が、実質接触しているとは見なされないほど大きくなり始めるため、丸底溝２から低融点ガラスプリフォ−ム４への熱伝導が効率的に行われず、低融点ガラス４ａのぬれ性が悪くなりやすい。
【００３０】
ここまでは接合手段として低融点ガラス付けの場合を記したが、半田接合の場合でも光学素子３に濡れを良くするためのメッキを施す点と溶融温度が異なる点を除けば球形状の半田を用いることもできる。
【００３１】
図２は本発明による光学素子の固定構造３０を用いた断面図を示す図である。光学素子の場合は、通信用として高信頼性が望まれており、特に低融点ガラス付けや半田付けを用いることが有効になる。
【００３２】
この光学素子は磁石８の筒内に第１偏光子６ａ、ファラデー回転子７、第２偏光子６ｂが具備されている。第１偏光子６ａは上述の丸底溝２の構造を有する第１ホルダ１ａに低融点ガラス４ａを充填した後、ホットプレートで加熱溶融することにより該第１偏光子が固定されている。さらに永久磁石８、ファラデー回転子７とともに第１のサブアッセンブル３１として予め組み立てられる。また、第２偏光子６ｂも上述の丸底溝２の構造を有する第２ホルダ１ｂに低融点ガラス４ａを充填した後、上記ホットプレートで加熱溶融して固定されて、第２サブアッセンブル３２として予め組み立てられる。この第１、第２サブアッセンブル３１、３２を接合して第１偏光子６ａ、第２偏光子６ｂの偏光面の角度調整を行い両サブアッセンブル３１、３２を固定する。
【００３３】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００３４】
図２は、本発明による光学素子の固定構造を示す説明図であり、その製造工程を示している。
【００３５】
この光学素子は永久磁石８の筒内に第１偏光子６ａ、ファラデー回転子７、第２偏光子６ｂが具備されている。第１ホルダ１ａの中央には第１偏光子６ａを固定する低融点ガラス４ａの充填用の丸底溝２が第１偏光子６ａの外縁６ｃに沿って形成されている。図１（ａ）に示すように、前記第１ホルダ１ａの中央に第１偏光子６ａを配置した後、この丸底溝２の曲率半径ＲＭが１．７５ｍｍ、球形状の低融点ガラスプリフォーム４の曲率半径ＲＧが１．５ｍｍを充填する。第１偏光子６ａは第１ホルダ１ａ上の中央に所望の位置に配置され、その後、球形状の低融点ガラスプリフォーム４がホットプレートで加熱溶融され、該第１偏光子６ａを固定し、第１ホルダ１ａとした。さらに、ファラデー回転子７にＢｉ置換ガーネット厚膜を使用しそれぞれ１．２８ｍｍ径の円形状に加工を行い、低融点ガラス４ａにて永久磁石８の筒内に固定したとともに第１サブアッセンブル３１として予め組み立てられる。また、永久磁石８の筒内に第２偏光子６ｂが具備されている。第２ホルダ１ｂの中央には第２偏光子６ｂを固定する低融点ガラス４ａの充填用の丸底溝２が第２偏光子６ｂの外縁６ｄに沿うように設けられている。第２ホルダ１ｂの中央に第２偏光子６ｂを配置した後、曲率半径ＲＭが１．７５ｍｍの丸底溝２に曲率半径ＲＧが１．５ｍｍの球形状の低融点ガラスプリフォーム４を充填する。また、球形状の低融点ガラスプリフォーム４は非常に加工精度のだしやすい形状で、大きさは、多少ばらつきがあっても必ず上述のごとく光学素子３と丸底溝２の底面に接するように配置され、図３のリング状のプリフォーム４３の場合とは異なり、±０．１ｍｍ寸法のばらつきや変形により素子を不正確な位置に固定してしまうことがない。第２偏光子６ｂは第２ホルダ１ｂ上の中央に所望の位置に配置され、その後球形状の低融点ガラスプリフォーム４がホットプレートで加熱溶融され、該第２偏光子６ｂを固定し、第２ホルダ１ｂとし第２サブアッセンブル３２として予め組み立てられる。この第１サブアッセンブル３１と第２サブアッセンブル３２を接合して第１偏光子６ａ、第２偏光子６ｂの偏光面の角度調整を行い両サブアッセンブル３１、３２を固定する。
【００３６】
ここで、作製した図２の光学素子３０の外径は３ｍｍ、全長は２．５ｍｍとし、ホルダ開口径は０．９ｍｍである。ケース９はＳＵＳ３０４、永久磁石８、第１ホルダ１ａ、第２ホルダ１ｂには偏光子６ａ，６ｂの熱膨張係数に近い金属製を使用した。
【００３７】
一方、比較例として図５のように第１偏光子６ａ、ファラデー回転子７、および第２偏光子６ｂをこの順に配置した光アイソレータの例を断面で示す。サブアセンブル６１として永久磁石８内に第１偏光子６ａ、第１ホルダ６２ａ、ファラデー回転子７を低融点ガラスプリフォーム４３で固定し、他方、サブアセンブル６２として第２ホルダ６２ｂに第２偏光子６ｂを低融点ガラスプリフォーム４３で固定して、このサブアセンブル６１、６２を同図のように組み合わせて回転し、第１偏光子６ａと第２偏光子６ｂの偏光面の角度調整を行って両サブアッセンブル６１、６２が固定される。
【００３８】
本発明実施例と従来の光学素子３０、６０のサンプルをそれぞれ１０個作製し、それらについて熱衝撃試験を実施し、試験前後での光学特性（順方向挿入損失、逆方向挿入損失）を測定した。熱衝撃試験の条件温度が−４０〜＋８５℃で、各温度保持時間３０分、移動時間２０秒以内にて１０００サイクルを実施した。試験前後の光学特性の測定条件は、光波長λｃが１５５０ｎｍ、レーザの光出力強度が０ｄＢｍまたは１ｍＷで測定を行う。測定系には、パワーメータとしてＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ社のＨＰ８１５３Ａ光マルチメータ、固定レーザ光源モジュールとしてＨＰ８１５５３ＳＭシリーズ、光パワー・センサ・モジュールとしてＨＰ８１５３１Ａシリーズを使用して測定を行った。
【００３９】
以上の測定条件で本発明例、比較例の光学素子について、熱衝撃試験前後における光学特性の評価結果（サンプル数１０個）を表１の通りである。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
これより、光学素子３０，６０の熱衝撃試験前は各光学特性は、ほぼ同水準であるが、熱衝撃試験後の比較例の光学特性の順方向の値が０．６１ｄＢ、逆方向の値が２３．３ｄＢで非常に挿入損失が大きく劣化していることが分かる。原因は図６（ｄ）、図７（ｂ）と図８（ｃ）（ｄ）に示す従来例における加熱溶融後の低融点ガラス４ａの付着強度が悪く、熱衝撃試験後に光学素子がさらにずれたり、傾いたりするためである。
【００４２】
【発明の効果】
上述の本発明は次の効果を有する。分量の調整や、所望の部位への充填が非常に容易である。粉末やペースト状の接合剤のように不要な部位への付着の心配がない。取扱いが容易なため部品全体の小型化へも十分対応できる。
【００４３】
ワッシャー状の低融点ガラスや半田のプリフォームは小型になると精度を出すのが難しいが、球状のものは作製が簡単で寸法精度が出しやすい。したがって部品の位置合わせの精度も向上する。
【００４４】
ホルダに穿設する丸底溝の底面を中心に形成したものは、球形状の低融点ガラスや球形状の半田の直径がばらついていても必ず光学素子に接するように配置されるので組立精度が向上する。
【００４５】
球形状の低融点ガラスや球形状の半田の大きさを、光学素子外径とホルダ内径の間隙と同じ大きさに成形したものは、光学素子はホルダ上の所望の位置に自動的に更に正確にセットされる。
【００４６】
ホルダに充填部が設けられており、光学素子は接合剤と外縁側部にて接する。そのため光学素子の表面への接合剤の流出がない。デバイスを小型にする場合、光が通過することの出来る有効径は当然小さくなるが、その際接合剤が光学素子の表面に流出すると更に有効径が減少しデバイスの小型化に取って致命的になるが、本発明ではこの恐れが無い。よって装置、デバイスの小型化が進む中でこの方式は大きなメリットを持つ。
【００４７】
以上の点より製品としては、小型、高性能、製造歩留り向上、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子固定構造を示しており、（ａ）は球形状の低融点ガラスセット時の上面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は加熱溶解後の断面図、（ｄ）は同図（ｃ）中のＡ部の詳細を示す図である。
【図２】本発明の光学素子の固定構造を用いた断面図を示す図である。
【図３】従来の光学素子の固定構造を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の低融点ガラスプリフォームを示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】従来の光学素子の固定構造を用いた光アイソレータを示す断面図である。
【図６】従来の光学素子の固定構造を示しており、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は組立工程図である。
【図７】従来の光学素子固定構造を示しており、（ａ）は変形プリフォームをセットした状態の断面図、（ｂ）は加熱溶解後の断面図である。
【図８】従来の光学素子固定構造を示しており、（ａ）は球形状の低融点ガラスセット時の上面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）（ｄ）は加熱溶解後の断面図である。
【符号の説明】
１、９、４１、７１、９１  ホルダ
１ａ、６２ａ  第１ホルダ
１ｂ、６２ｂ  第２ホルダ
１ｄ  底部
２  丸底溝
３  光学素子
３ａ、６ｃ、６ｄ  外縁
４ａ  低融点ガラス
５  偏光子基板
６ａ  第１偏光子
６ｂ  第２偏光子
７、１２  ファラデー回転子
８  永久磁石
３０、６０、８０  固定構造
３１、３２、６１，６２  サブアッセンブル
４、４３  低融点ガラスプリフォーム
７０  低融点ガラス充填用ホルダ
７２、９２  充填部
２ａ、９３  空間
ＲＧ  曲率半径
ＲＭ  曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004354647.tif 000008
【図６】
2004354647.tif 000009
【図７】
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【図８】
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