(57)【要約】【課題】光アイソレータ４１においては、接着剤６を硬化し素子を基板５上に固定させた時に、接着剤６の硬化収縮や、基板５と素子２、３、４および磁石２７との線膨張係数の違いから、光アイソレータ４１を使用する環境の温度変化、特に低温環境になった場合、さらに素子に応力が付加される事になり特性が変化しやすく、偏光子２、４にクラックが発生したり、温度の変動に対して安定した特性を維持出来ないという問題点があった。【解決手段】少なくとも第１のファラデー回転子３と、第１、第２の偏光子２，４を有した複合素子４２および磁石２７を基板５上に搭載して整列固定した光アイソレータにおいて、前記磁石２７の基板５上に接する面、複合素子４２の基板５上に接する面又は基板５上面は、複合素子４２と磁石５との間に接着剤６がまわりこまないよう形成されてい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】
少なくとも第１のファラデー回転子と、第１、第２の偏光子とを有した複合素子および磁石を基板上に搭載して接着剤で整列固定した光アイソレータにおいて、前記磁石の基板上に接する面、複合素子の基板上に接する面又は基板上面は、前記複合素子と磁石との間に接着剤がまわりこまないよう形成されていることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記磁石または複合素子の基板上に接する面には、面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記複合素子の底面は、基板から離間して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
前記複合素子と磁石とが当接する部分の基板上に、溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
上記複合素子、磁石、基板の３つの部材の境界部に接着剤の存在しない空隙部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる戻り光を除去するために用いられる光アイソレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー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】
図６は従来の小型化された光アイソレータ４１の構成を示す図である。
【０００４】
図６に示すように、光アイソレータ４１はファラデー回転子３と偏光子２、偏光子４を互いに接着一体化した光アイソレータ用素子４２と、ファラデー回転子３に飽和磁界を印可するための磁石２７を、基板５上に固定した構成となっている。光アイソレータ用素子４２の基板５上への固定は、接着剤を用いられる。また、接着剤以外にも、半田を用いて固定する手段も用いられているが、その場合素子や磁石の半田が付く部分には、あらかじめメタライズしておく必要がある。
【０００５】
ここで偏光子２、４は透過する光の一方向の偏波成分を吸収し、その偏波成分に直交する偏波成分を透過する機能を有し、また、ファラデー回転子３は、一般的には、希土類元素とビスマスを含む鉄ガーネットなどの単結晶が多く用いられており、飽和磁界強度において所定波長の光の偏波面を約４５度回転する機能を有する。また２つの偏光子２、４は、それぞれの吸収あるいは透過偏波方向が約４５度ずれるように配置されている。図中の矢印は透過偏波方向を表し、偏光子２の透過偏波方向は横方向であり、これに対し偏光子４の透過偏波方向は約４５度傾いている。
【０００６】
光通信用のレーザー光源モジュールとしては、半導体レーザー素子と光アイソレータ、レンズなどをパッケージの中に組み込み全体を気密封止したものと、レーザー素子をキャンパッケージの中に設置密封し、そのキャンパッケージに光アイソレータ、レンズといった他の光学部品をアセンブリしたものとがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら図６に示す基板上に配置固定された従来の小型化された光アイソレータにおいては、磁石２７の底部に接着剤６を塗布し、基板上５の主面上に設置した時に、硬化させる前の接着剤６が複合素子４２の側面と磁石２７の側面との間に、入りこんでしまい、複合素子４２と磁石２７を接着固定されてしまう事があり、その結果、複合素子４２と基板５および磁石２７の３つの線膨張係数の異なる部材が同一の接着剤により接合されている部分が出来てしまい、その部位には大きな応力が発生してしまうという問題があった。
【０００８】
基板と素子および磁石の線膨張係数は例えば、それぞれ７０×１０−７／℃、６０×１０−７／℃、１００×１０−７／℃と異なるため、光アイソレータを使用する環境の温度変化、特に低温環境になった場合、さらに素子に応力が付加される事になり特性が変化しやすく、そのため温度変化時に光学素子に加わる応力は大きくなり、その結果光学特性に劣化が生じやすく、場合によっては、基板５および磁石２７と複合素子４２の３つの部材が接合される部分から、素子特に偏光子２または偏光子４にクラックが発生する場合があり温度の変動に対して安定した特性を維持出来ないという問題点があった。
【０００９】
又、素子に応力が加わっている場合、ファラデー回転子の特性として消光比の劣化を生じやすく、その結果、光アイソレータ完成体における特性項目である光アイソレーション特性を劣化させてしまうという問題点があった。
【００１０】
上記問題点を回避するためには、例えば複合素子４２と磁石２７との間に空隙部を設け、接合時に用いる接着剤が、複合素子４２と磁石２７との間の側面に入りこまないようにすれば良いが、空隙部を設けたために、形状が大きくなってしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型で、作製が容易で、特性が均一な光アイソレータの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、少なくとも第１のファラデー回転子と、第１、第２の偏光子とを有した複合素子および磁石を基板上に搭載して接着剤で整列固定した光アイソレータにおいて、前記磁石の基板上に接する面、複合素子の基板上に接する面又は基板上面は、前記複合素子と磁石との間に接着剤がまわりこまないよう形成されていることを特徴とする。
【００１３】
前記磁石または複合素子の基板上に接する面には、面取り部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
前記複合素子の底面は、基板から離間して固定されていることを特徴とする。
【００１５】
前記複合素子と磁石とが当接する部分の基板上に、溝が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記複合素子、磁石、基板の３つの部材の境界部に接着剤の存在しない空隙部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、少なくとも第１のファラデー回転子と、第１、第２の偏光子を接合した複合素子および磁石を基板上に搭載して整列固定した光アイソレータにおいて、前記磁石の基板上に接する面、複合素子の基板上に接する面又は基板上面は、前記複合素子と磁石との間に接着剤がまわりこまないよう形成されている事により、複合素子と磁石が、接合されていない構造となったため、複合素子に加わる応力を低減でき光学特性が良好な光アイソレータを安定して作製する事が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明による光アイソレータおよびその製造方法について説明する。
【００１９】
図１に本発明の光アイソレータの実施形態を示す。図１（ａ）はその平面図を示し、図１（ｂ）はその正面図を示す。
【００２０】
複合素子４２は偏光子２および偏光子４とファラデー回転子３からなり、偏光子基板とファラデー回転子基板を接着一体後チップ状に切削加工されたものである。複合素子４２はそれぞれの側面を基板５の主面に接着剤６を用いて接合し、整列固定されて、本発明の光アイソレータ４１は構成される。
【００２１】
偏光子２および偏光子４は、例えば楕円体形の金属粒子がガラス内に分散された構造の偏光ガラスからなる。この偏光ガラスは長く延伸された金属粒子をガラス自身の中に一方向に配列させることにより偏光特性を持たせたガラスであり、金属粒子の延伸方向に垂直な偏波面を持つ光が透過し、平行な偏波面を持つ光は吸収される。ここで偏光子２の透過偏波方向は、基板５の主面に対し略平行に配置され、偏光子４の透過偏波方向は、基板５の主面に対し略４５度の角度を持つように配置されている。
【００２２】
ファラデー回転子３は、例えばビスマス置換ガーネット結晶等で、その厚みは入射光線の偏光面が４５度回転する様に設定する。一般に、偏波面を回転させるためには、入射光線の光軸Ｌ方向に十分な磁界を印可することが必要である。従って、複合素子４２は、２つのほぼ同一形状をした磁石２７の間に配置することにより光アイソレータとして動作する。２つの磁石２７も複合素子４２を固定したのと同じ接着剤６を用いて基板５の主面上に固定されている。
【００２３】
基板５は平板状に加工されたセラミックやガラス、金属基板等が用いられる。
【００２４】
また、接着剤６は、エポキシ樹脂等の樹脂類や、金属はんだ、低融点ガラスなどを用いることができる。
【００２５】
ここで用いている磁石２７の形状は、基板５上への接合面となる底面にＣ面状の面取り部２８を設けてある。従来、磁石２７の底部に接着剤６を塗布し、基板上５の主面上に設置した時に、硬化させる前の接着剤６が複合素子４２の側面と磁石２７の側面との間に、入りこんでしまい、複合素子４２と磁石２７を接着固定されてしまう事があり、その結果、複合素子４２と基板５および磁石２７の３つの線膨張係数の異なる部材が同一の接着剤により接合されている部分が出来てしまい、その部位には大きな応力が発生しやすくなってしまう。そのため温度変化時に光学素子に加わる応力は大きくなり、その結果光学特性に劣化が生じやすく、場合によっては、基板５および磁石２７と複合素子４２の３つの部材が接合される部分から、素子、特に偏光子２または偏光子４にクラックが発生する場合があった。
【００２６】
これに対し、本発明は、面取り部２８を設けた事により、複合素子４２、および磁石２７との間には、基板５の主面上に接着材の介在しない空隙部７ができ接着剤がまわりこまないように形成されている。そのため、複合素子４２と磁石２７は一体に接着固定される事無くそれぞれに基板５の主面上に固定され、温度変化時の光学特性劣化や、クラックの発生を低減する事が可能となった。
【００２７】
以上述べてきたように、応力に起因する光アイソレータの光学特性劣化は、複合素子４２、基板５および磁石２７が同時に接着剤６によって固定されている部分があった場合、特に悪影響を及ぼす。したがって、そのよう固定部分が存在しないようにする事が重要となる。面取部２８の大きさは、用いる接着剤６の粘性と複合素子４２と磁石２７との間の隙間の大きさによって異なるが、大きすぎる場合、磁石２７が複合素子４２の部分に与える磁界強度分布の高さ方向の非対称性が大きくなるため、複合素子４２の高さの１／３以下の大きさが好ましい。
【００２８】
図２には、他の実施形態として磁石２７の各稜線にＲ面状の面取部２９を持たせ、Ｃ面と同様な機能を持たせている。図２（ａ）はその上面図を示し、図２（ｂ）はその正面図を示す。磁石２７の底面には、複合素子４２との境界面に設けられた面取り部２８、２９の形状は必ずしもＣ面である必要はなく、接合固定時に接着剤などの接合材が磁石２７と複合素子４２との間に入りこまないような形状であれば良い。
【００２９】
また、上記実施例においては、磁石２７にＣ面やＲ面を形成させているが、複合素子４２にＣ面やＲ面の面取部を形成しても、同様の効果を得られる事は言うまでも無い。
【００３０】
図３は、本発明の別の実施例を示す。図３（ａ）にはその上面図を示し、図３（ｂ）にはその正面図を示す。偏光子２、４およびファラデー回転子３から成る複合素子４２は、接着剤６を用いて磁石２７に接合固定されている。複合素子４２の大きさは、高さを磁石２７の高さより小さくしてあり、複合素子４２の底面２１が基板５の上面５１から離間した構造となっている。複合素子４２の底面２１と基板５の上面５１との距離は０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。このような構成にする事で、複合素子４２が接着剤６を介して接する部材は磁石２７のみとなり、基板５の線膨張係数の違いによる温度変化時の応力の影響を直接受ける事が無くなる。このため線膨張係数が異なる部材を接合したことによる応力による光学特性の劣化を低減する事が可能となる。
【００３１】
図４は、本発明のさらに別の実施例を示す。複合素子４２および磁石２７は、ともに基板５に接着剤６で固定されているが、基板５上に溝９を設け、基板５上に接着剤６によって固定される複合素子４２と磁石２７との間に接着剤がまわりこまないようにしてある。溝９の大きさは、接着剤６の粘性や、接合する基板５や磁石２８との濡れ性が関係し、一律に決める事は難しいが、好ましくは、溝深さ０．０５ｍｍ以上、溝幅は０．１ｍｍ以上である事が好ましい。
【００３２】
図５は、本発明の別の実施形態で、磁石２７の底面部にＣ面状の面取部２８を設け、複合素子４２の固定は、磁石２７の側面部に接着剤６によって固定されている。面取部２８を設ける事で、複合素子４２の底面と基板５の上面との間に接着剤が回り込む事を防止する事が出来る。このような構造の場合、複合素子４２は線膨張係数の異なる２つの部材、基板５と磁石２７に接着剤６を介して固定されているが、磁石２７の底部に面取部２８が有るために、複合素子４２、磁石２７、基板５が同時に接着剤６を介して接合固定される部分が無いので、複合素子４２に加わる応力を低減する事が出来る。
【実施例】
【００３３】
本発明の光アイソレータの実施例として図１に示した光アイソレータの試作を行った。製造方法とその構成について以下に説明する。
【００３４】
光学的に透明なエポキシ系の熱硬化型樹脂を用いて２枚の偏光子基板とファラデー回転子基板を固定し、複合基板を作製した。２枚の偏光子基板の厚みは、それぞれ約０．５ｍｍ、ファラデー回転子基板の厚みは約０．４ｍｍであった。２枚の偏光子基板はいずれも、ある１辺に平行な方向に透過偏波を有するガラス偏光子を使用した。ファラデー回転子基板はビスマス置換ガーネットを用い、飽和磁界強度中における偏波回転角は４５．０度であった。
【００３５】
複合基板をダイシング加工機で１辺に平行方向に切削加工し、偏光子２および４、およびファラデー回転子３から構成される、１．２５ｍｍ角のチップ化された複合素子４２を切り出した。
【００３６】
次にチップ化された複合素子４２を基板５の上に実装した。基板５はサイズ２．０×４．０ｍｍで厚み０．５ｍｍのジルコニアのセラミクス板を用いた。基板５上への複合素子４６と偏光子４の固定は、熱硬化型の接着剤６により固定した。
【００３７】
次に、Ｃ面状の面取部２８の形成されている磁石２７を、基板６の上に固定した。Ｃ面の大きさは０．３ｍｍとした。磁石２７の底面に、熱硬化型の接着剤６をあらかじめ塗布した後、複合素子４２の側面に複合素子４２を挟むように基板上に設置し、過熱硬化を行った。接着剤６を底面に塗布した磁石４２を基板５上に設置した時に、面取部２８があるため、磁石２７の側面と複合素子４２の側面とのあいだに接着剤６が入りこむ事が無かった。また比較のため、上記複合素子４２および基板５を用い図６に示される従来構造と同じように底部にＣ面をつけない構造の磁石を用い光アイソレータを作製した。複合素子４２と磁石２７との間には、わずかであるが毛細管現象により接着剤が回り込んでしまい、複合素子４２側面と磁石２７の側面の一部が接着剤６によって接合されていた。
【００３８】
このようにして作製した本発明による光アイソレータと従来構造の光アイソレータの特性結果を表１に示す。
【表１】
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【００３９】
従来構造の光アイソレータの場合、アイソレーションが最大３８ｄＢから最小３４ｄＢと、特性が比較して悪くなっており、製品による特性のばらつきも大きかった。一方、本発明による光アイソレータの場合、接着剤硬化後も、複合素子４２を構成する偏光子２、４およびファラデー回転子３にクラックが発生する事は無かった。この光アイソレータに飽和磁界を印可した後、光学特性を評価した結果、挿入損失が０．２ｄＢ以下、アイソレーションが４０ｄＢ以上と、従来構造に比較して、良好で均一な特性を有することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明による光アイソレータの実施形態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。
【図２】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実施形態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。
【図３】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実施形態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。
【図４】（ａ）は本発明による光アイソレータの別な実施形態の上面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。
【図５】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実施形態の上面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。
【図６】従来の光アイソレータを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
２、４、：偏光子
３、：ファラデー回転子
５、７：基板
９：溝
６：接着剤
４１：光アイソレータ
４２：複合素子
２７、２８、２９：磁石
【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】
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【図６】
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