(57)【要約】【課題】磁気光学素子の固定時に応力が生じてもファラデー回転子の消光比が低下し難い磁気光学デバイスを提供すること。【解決手段】磁気光学素子を備える本発明の磁気光学デバイスは、磁気光学素子に入射する直線偏光の偏光方向が、磁気光学素子に印加されている応力方向に対して５〜３０度の角度をなすように設定されていることを特徴とする。この磁気光学デバイスによれば、デバイス内に組込んだ磁気光学素子の固定時に応力が生じてもファラデー回転子の消光比が低下し難いため、磁気光学デバイスが光アイソレータの場合にはアイソレーションの低下が抑制され、光サーキュレータであればクロストークが改善され、光アッテネータであれば減衰量を所望の値にすることができる効果を有する。【選択図】  図１
2005004141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気光学素子を備える磁気光学デバイスにおいて、
上記磁気光学素子に入射する直線偏光の偏光方向が、磁気光学素子に印加されている応力方向に対して５〜３０度の角度をなすように設定されていることを特徴とする磁気光学デバイス。
【請求項２】
平板状基板の上に光入射側から順に配置された偏光子、磁気光学素子および検光子とでその主要部が構成される表面実装型光アイソレータであることを特徴とする請求項１記載の磁気光学デバイス。
【請求項３】
上記偏光子の光入射側に半波長板が配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁気光学デバイス。
【請求項４】
上記磁気光学素子が、希土類元素とビスマスを含む鉄ガーネット単結晶で構成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の磁気光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デバイス内に磁気光学素子を備え、例えば、光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータ等光通信や計測等に用いられる磁気光学デバイスに係り、特に、デバイス内に組込んだ磁気光学素子の固定時に応力が生じてもファラデー回転子の消光比が低下し難い磁気光学デバイスの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２７９９６号公報（請求項１）
【０００４】
光通信や計測等に用いられる半導体レーザーモジュールには、反射光が半導体レーザー素子に戻ってレーザー発振が不安定になるのを防止するために光アイソレータが組込まれている。図８に、従来の光アイソレータの一例として表面実装型光アイソレータを示す。
【０００５】
すなわち、表面実装型光アイソレータは、基本的に図８に示すように平板状基板５と、この基板５上に光入射側から順に配置された偏光子１、ファラデー回転子と呼ばれる磁気光学素子２および検光子３と、これ等光学素子を中央にしその配置方向に亘って平行に配置された一対の磁石４、４とでその主要部が構成されている（特許文献１参照）。
【０００６】
そして、半導体レーザー素子から出射される光は、通常、水平方向の直線偏光であるため、光入射側に設けられる上記偏光子１はその光透過軸が水平方向となるように配置される。
【０００７】
また、ファラデー回転子と呼ばれる磁気光学素子２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、ファラデー回転子を飽和磁界以上の磁界中に設置し、磁気光学効果により入射光（入射偏光）の偏光面が４５度回転するように光の進行方向に対する厚みが調整されている。
【０００８】
そして、検光子３は、ファラデー回転子により水平方向から４５度回転させられた偏光を通過するようにその光透過軸が設定されている。
【０００９】
尚、各光学素子は、図８に示す平板状の基板上や、円筒状のホルダー内に半田や接着剤を用い固定して組込まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、通信機の大きさを増やすことなく通信容量を増大させる必要性が求められ、同じ大きさの通信機内に組み込む半導体レーザーモジュールの数を増やす試みがなされている。このため、半導体レーザーモジュールの小型化が望まれ、その中に用いられる光アイソレータも小型化する必要性が生じてきた。
【００１１】
しかし、光アイソレータを小型化するために各光学素子を小さくしていくと、各光学素子の固定に用いる接着剤や半田と各光学素子との間における熱膨張率の差により生じる応力のため、光学素子内部に生じた歪の影響が相対的に大きくなる。特に、ファラデー回転子において、この歪は、応力誘起複屈折すなわち光学的な異方性を生じさせる。本来、等方的であるファラデー回転子はこの複屈折により消光比が低下し、結果として磁気光学デバイスである光アイソレータにおいて、戻り光を遮断する性能（すなわちアイソレーション）が低下するという問題が生ずる。すなわち、光アイソレータは、そのアイソレーションが３５ｄＢ以上のものが望まれているが、寸法を従来より小さくした各光学素子を基板上に固定して構成される光アイソレータにおいては、そのアイソレーションが３５ｄＢを下回るものが出てきている。
【００１２】
本発明はこの様な問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、光学素子の固定時に応力が生じてもファラデー回転子の消光比が低下しない、つまり磁気光学デバイスが光アイソレータの場合にはアイソレーション低下の少ない磁気光学デバイスを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、この課題を解決するため本発明者が鋭意研究を行ったところ、応力を印加した磁気光学素子に直線偏光を入射する場合、直線偏光の偏光方向と磁気光学素子に印加された応力方向のなす角度を５〜３０度に設定すると、磁気光学素子から出射する光の消光比の劣化が抑制されることを見出すに至った。本発明はこの様な技術的発見に基づき完成されている。
【００１４】
すなわち、請求項１に係る発明は、
磁気光学素子を備える磁気光学デバイスを前提とし、
上記磁気光学素子に入射する直線偏光の偏光方向が、磁気光学素子に印加されている応力方向に対して５〜３０度の角度をなすように設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１記載の発明に係る磁気光学デバイスを前提とし、
平板状基板の上に光入射側から順に配置された偏光子、磁気光学素子および検光子とでその主要部が構成される表面実装型光アイソレータであることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項２記載の発明に係る磁気光学デバイスを前提とし、
上記偏光子の光入射側に半波長板が配置されていることを特徴とし、
また、請求項４に係る発明は、
請求項１、２または３記載の発明に係る磁気光学デバイスを前提とし、
上記磁気光学素子が、希土類元素とビスマスを含む鉄ガーネット単結晶で構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
まず、磁気光学素子に応力を印加した際の消光比を測定する光学系を図３に示す。すなわち、図３に示すようにレーザー光源６から出射されたレーザー光を、偏光子１を回転させて磁気光学素子２に入射する直線偏光の偏光状態を変化させ、検光子３を回転させながら最大通過光量と最小通過光量を受光器７で検出し、その比より消光比を測定できる。尚、応力は磁気光学素子２の上面より印加し、応力を変えながら、その都度、検光子３を回転させて消光比を測定した。
【００１８】
磁気光学素子２への応力印加方向に平行な直線偏光、つまり応力印加方向とのなす角が０度の直線偏光を磁気光学素子２に入射したときの、応力と消光比の関係を測定した結果を図４に示し、また、磁気光学素子２に入射する直線偏光の偏光方向と応力印加方向とのなす角を変化させて、消光比を測定した結果を図５に示す。
【００１９】
そして、磁気光学素子２に入射する直線偏光の偏光方向と応力印加方向のなす角が０度の場合、各試料１〜３（図４中、○、□、△で示す）の消光比は、図４に示すように応力の増加と共に低下していくが、図５に示すように入射偏光（入射する直線偏光）を応力印加方向に対して５〜３０度傾ける（図５中、５度を△、１６度を□、３０度を○にて示す）ことにより、応力の増加に伴う消光比の劣化が抑制されることが確認される。尚、図５中、傾斜角度が０度の場合を「◇」、４５度の場合を「＊」で示す。
【００２０】
以下、実施の形態に係る磁気光学デバイス（表面実装型光アイソレータ）を図１に示す。
【００２１】
すなわち、この磁気光学デバイス（表面実装型光アイソレータ）は、図１に示すように平板状基板５と、この基板５上に光入射側から順に配置された偏光子１、ファラデー回転子と呼ばれる磁気光学素子２および検光子３と、これ等光学素子を中央にしその配置方向に亘って平行に配置された一対の磁石４、４とでその主要部が構成されている。
【００２２】
そして、四角く切断したファラデー回転子（磁気光学素子２）の一側面を平板状基板５に固定した場合、ファラデー回転子に印加される応力の方向は、図１に破線で示すように基板５面に平行、つまり水平方向となる。
【００２３】
尚、図１において応力方向を偏光子１上に図示しているが、磁気光学素子２に加えられる応力方向も偏光子１上に示す破線の応力方向と同じである。また、入射する直線偏光（入射偏光）の偏光方向も偏光子１上に実線で図示してあるが、光アイソレータにおいては、偏光子１の光透過軸は偏光子１へ入射する直線偏光と一致させるので、磁気光学素子２へ入射する直線偏光の偏光方向も偏光子１に入射する直線偏光の偏光方向と同じとなる。
【００２４】
よって、図１に示すような磁気光学素子２に入射する直線偏光の偏光方向と応力方向とのなす角θを５〜３０度とした光アイソレータを構成することにより、磁気光学素子２に印加される応力による消光比の劣化（光アイソレータの特性としてはアイソレーションの劣化）が抑制された磁気光学デバイスが得られる。
【００２５】
また、従来技術で述べたように半導体レーザー素子から出射される光は、通常、水平方向の直線偏光であるため、表面実装型光アイソレータの場合、磁気光学素子２に入射する直線偏光の偏光方向と応力方向とのなす角θを５〜３０度傾けるためには、光アイソレータ全体を傾ける必要がある。この場合、図２に示すように偏光子１の光入射側に半波長板８を配置すれば、半波長板８で直線偏光の偏光方向を回転させることができるため、その分、光アイソレータ全体を傾けて配置する必要が無くなるため望ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、表面実装型光アイソレータを例に本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２７】
尚、光アイソレータの偏光子、検光子には、コーニング社製のポーラコア１５００ＨＣを用い、光学面には酸化珪素および酸化チタンを真空蒸着法により交互に５層重ねた反射防止膜を施した。また、磁気光学素子には、１５５０ｎｍの光に対してファラデー回転角が４５度となるように厚みを調整した希土類鉄ガーネット単結晶からなるファラデー回転子を用い、偏光子、検光子と同様に反射防止膜を施した。また、磁石には１．２ｍｍ×１．２ｍｍ×２ｍｍの寸法に加工したサマリウムコバルト磁石を用い、平板状基板には、厚さ０．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）平板を２ｍｍ×４ｍｍに切り出したものを用いた。
【００２８】
［実施例１］
上記ファラデー回転子を１ｍｍ角のチップに切断した後、側面に真空蒸着によりクロムと金膜を順次形成し、半田固定が可能となるようにした。
【００２９】
また、偏光子は、ファラデー回転子に入射する光の偏光方向を応力方向に対して１５度に設定するため、基板に固定される側面に対してその光透過軸が１５度の角度となるように１ｍｍ角のチップに切断し、かつ、基板に固定される側面に、ファラデー回転子と同様、半田固定が可能となるようクロムと金膜を順次形成した。
【００３０】
また、検光子は、検光子の光透過軸が偏光子の光透過軸に対して４５度とするために、基板に固定される側面に対してその光透過軸が６０度の角度となるように偏光子と同様に１ｍｍ角のチップに切断し、かつ、基板に固定される側面に、クロムと金膜を順次形成した。
【００３１】
また、半田固定を可能にするため、磁石表面に湿式メッキ法によりニッケル、金メッキを順次施した。
【００３２】
そして、湿式メッキ法によりニッケル、金メッキを順次施した基板上に、金８０％、錫２０％からなる厚さ０．０５ｍｍの半田箔を介して、偏光子、ファラデー回転子、検光子、磁石を載置し、次いで２９０℃に加熱して各光学素子および磁石を上記基板に固定し、図１に示す表面実装型光アイソレータを構成した。
【００３３】
その後、２Ｔのパルス磁場で上記磁石を着磁し、実施例１に係る表面実装型光アイソレータを１０台作製した。
【００３４】
［比較例１］
偏光子の光透過軸を基板に固定される側面に対して平行、つまり０度としたこと、および、偏光子と検光子の光透過軸の相対角度が４５度となるように基板に固定される側面に対して検光子の光透過軸を４５度とした以外は実施例１と同様にし、比較例１に係る表面実装型光アイソレータを１０台作製した。
【００３５】
［実施例２］
偏光子の光透過軸を基板に固定される側面に対して２０度とし、偏光子と検光子の光透過軸の相対角度が４５度となるように基板に固定される側面に対して検光子の光透過軸を６５度とした１ｍｍ角の偏光子および検光子を作製し、同じく１ｍｍ角としたファラデー回転子と磁石と共に、基板上に接着剤で固定し、実施例２に係る表面実装型光アイソレータを１０台作製した。
【００３６】
［比較例２］
偏光子の光透過軸を基板に固定される側面に対して平行、つまり０度としたこと、および、偏光子と検光子の光透過軸の相対角度が４５度となるように基板に固定される側面に対して検光子の光透過軸を４５度とした以外は実施例２と同様にして、比較例２に係る表面実装型光アイソレータを１０台作製した。
【００３７】
『特性評価』
実施例１と比較例１に係る表面実装型光アイソレータのアイソレーション分布を図６に示す。また、実施例２と比較例２に係る表面実装型光アイソレータのアイソレーション分布を図７に示す。
【００３８】
そして、図６のグラフ図から、実施例１に係る表面実装型光アイソレータでは、そのアイソレーションが３０〜３４ｄＢのものが０個、３５〜３９ｄＢのものが２個、４０〜４４ｄＢのものが８個であるのに対し、比較例１に係る表面実装型光アイソレータでは、そのアイソレーションが３０〜３４ｄＢのものが２個、３５〜３９ｄＢのものが３個、４０〜４４ｄＢのものが５個であった。
【００３９】
また、図７のグラフ図から、実施例２に係る表面実装型光アイソレータでは、そのアイソレーションが３０〜３４ｄＢのものが０個、３５〜３９ｄＢのものが１個、４０〜４４ｄＢのものが９個であるのに対し、比較例２に係る表面実装型光アイソレータでは、そのアイソレーションが３０〜３４ｄＢのものが１個、３５〜３９ｄＢのものが２個、４０〜４４ｄＢのものが７個であった。
【００４０】
このように各実施例に係る表面実装型光アイソレータは、ファラデー回転子における消光比の劣化が少ないため、各比較例に係る表面実装型光アイソレータと較べてアイソレーションが高い値を示していることが確認される。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の発明に係る磁気光学デバイスによれば、
磁気光学素子に入射する直線偏光の偏光方向が、磁気光学素子に印加されている応力方向に対して５〜３０度の角度をなすように設定されているため、デバイス内に組込んだ磁気光学素子の固定時に応力が生じてもファラデー回転子の消光比が低下し難い。
【００４２】
従って、磁気光学デバイスが光アイソレータの場合にはアイソレーションの低下が抑制され、光サーキュレータであればクロストークが改善され、光アッテネータであれば減衰量を所望の値にすることができる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気光学デバイス（表面実装型光アイソレータ）の概略構成を示す斜視図。
【図２】本発明の変形例に係る磁気光学デバイス（表面実装型光アイソレータ）の概略構成を示す斜視図。
【図３】磁気光学素子に応力を印加したときの消光比を測定する光学系を示す説明図。
【図４】磁気光学素子に入射する直線偏光と応力印加方向とのなす角が０度のときの応力と消光比の関係を示すグラフ図。
【図５】磁気光学素子に入射する直線偏光と応力印加方向とのなす角を変化させたときの応力と消光比の関係を示すグラフ図。
【図６】実施例１と比較例１に係る表面実装型光アイソレータのアイソレーション分布を示すグラフ図。
【図７】実施例２と比較例２に係る表面実装型光アイソレータのアイソレーション分布を示すグラフ図。
【図８】磁気光学デバイス（表面実装型光アイソレータ）の概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１  偏光子
２  磁気光学素子
３  検光子
４  磁石
５  基板
【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】
2005004141.tif 000008
【図７】
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【図８】
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