(57)【要約】【課題】組立工数を削減した、より生産性に優れた表面実装用光アイソレータを提供する。【解決手段】整列基板上に載置された平板状のファラデー回転子と偏光子からなる光アイソレータ素子と、前記ファラデー回転子を覆うように上記整列基板上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石とを配置した光アイソレータにおいて、前記整列基板は、前記磁石の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なる段差が形成されている構成である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列基板上に載置された平板状のファラデー回転子と偏光子からなる光アイソレータ素子と、前記ファラデー回転子を覆うように上記整列基板上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石とを配置した光アイソレータにおいて、前記整列基板は、前記磁石の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なる段差が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】
前記整列基板に形成した段差の側面を前記光アイソレータ素子の整列する基準面としたことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射した光が各種光学素子や光ファイバに入射した際に生じる戻り光を除去する光アイソレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用モジュール等において、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や光ファイバの端面や内部で反射されたり散乱されたりする。この反射や散乱した光の一部は、戻り光として光源に戻ろうとするが、この戻り光を防止するために光アイソレータが用いられる。
【０００３】
従来この種の光アイソレータは、２枚の偏光子の間に平板状のファラデー回転子を設置し、これら３つの部品を筒状の磁石内に部品ホルダを介して収納することにより構成されていた。通常、ファラデー回転子は飽和磁界内において所定の波長をもつ光の偏光面を４５度回転する厚みに調整され、また２つの偏光子はそれぞれの透過偏光方向が４５度回転方向に相対的にずれるように回転調整されて構成されている。
【０００４】
このような構成の光アイソレータは、ファラデー回転子と２つの偏光子が別部品で各素子にホルダが必要であり、そのため部品点数が多くなり組立工数が多くなるばかりか、各部品間の光学上の調整作業が煩雑で、コスト高を招くばかりか小型化が難しかった。また、光源モジュールに組み込む際に、飽和磁界を形成するための磁石の位置についての調整、即ち、光アイソレータの偏波面の調整も必要となり実装が煩雑であった。
【０００５】
このため、ファラデー回転子と偏光子の各光学素子と、直方体の磁石を、平板状の取り付け基板に設置した光アイソレータが各種提案されている。
【０００６】
特許文献１には図５に示す従来の小型化された光アイソレータ１１が示されており、光アイソレータ１１はファラデー回転子１６、偏光子１７、１８の各光学素子と、直方体の磁石１９が、平板状の取り付け基板２２上に配置された構造を有している。ここで偏光子１７、１８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１６は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１７、１８は、基板２２に接するそれぞれの面を基準面とし、この基準面に対し透過偏波方向が０度および４５度となるように切り出されている。
【０００７】
特許文献２には図６に示す従来の小型化された光アイソレータ１２が示されており、ファラデー回転子１６と偏光子１７、１８からなる光アイソレータ素子２４と、端面の各２カ所が当接しているアーチ状の磁石２０から構成され、光アイソレータ素子２４の光軸が磁石２０の開口側内部２６に配置されている。
【０００８】
特許文献３には図７に示す従来の小型化された光アイソレータ１３が示されており、基板２３に設けられた凹部２７に光アイソレータ素子２５が載置され、光アイソレータ素子２５を覆うようにアーチ状の磁石２１が基板２３に固定される。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２２７９９６号公報
【００１０】
【特許文献２】特表平１２−５１０９６５号公報
【００１１】
【特許文献３】特開平１３−１２５０４３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のようにファラデー回転子１６、偏光子１７、１８の各光学素子と、直方体の磁石１９を、平板状の取り付け基板２２上に配置した光アイソレータ１１においては、平板状の取り付け基板２２上の所望の位置に各光学素子と磁石１９を配置し、なおかつ固定することは、これらの位置を正確に決める構造がないため、それぞれの部材の位置が組立のたびにバラつき、光学特性が安定せず、かつ、それを調整するには別途に調整治具を必要とし組み立てが困難で工数がかかるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２の光アイソレータ１２においては光アイソレータ素子２４と磁石２０との位置決め手段や固定方法には言及されておらず、光アイソレータ１２の光源モジュールへの実装方法についても示されていなかった。また磁石２０の磁極の向きを磁石の外観形状から判別できないため別途マーキングを必要とし、製造工程が複雑化するものであった。
【００１４】
さらに、特許文献３の光アイソレータ１３においては光アイソレータ素子２５の位置決めのために基板２３に凹部２７が設けられており、光学素子を配列する際の作業性が考慮されてはいるが以下の欠点があった。すなわち、凹形状の矩形の溝に光学素子をはめ込むためには溝に寸法クリアランスを確保する必要があり、その場合溝の一方の側面に光学素子を当接して精度良く位置合わせを行おうにも、光学素子は溝の幅のクリアランス分しか動かせず当接の状態を確認しづらかった。また凹形状の溝を精度良く切削加工するのは困難であった。このような理由でより組立容易な構造が望まれていた。
【００１５】
【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、整列基板上に載置された平板状のファラデー回転子と偏光子からなる光アイソレータ素子と、前記ファラデー回転子を覆うように上記整列基板上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石とを配置した光アイソレータにおいて、前記整列基板は、前記磁石の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なる段差が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記整列基板に形成した段差の側面を前記光アイソレータ素子の整列する基準面としたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の構成によれば、前記整列基板は、前記磁石の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なる段差が形成されているために、磁石と整列基板が対称形状でないので組立工程において外観で磁石の向きを判別することが可能になり、別途磁極の向きを判別するためにマーキングをすることなく組立工程の中でも完成後でもファラデー回転子の設置方向を誤ることがなくなる。
【００１８】
また、整列基板に形成した段差の側面を前記各光学素子の整列する基準面としたために、光学素子の位置合わせを整列基板だけで正確にかつ容易にできる。
【００１９】
従って、組立工程の中で最も熟練を要する光学素子の位置合わせを熟練作業者でなくても容易にできる上、組上がった製品の入射方向も一見して判別できる大きな利点があり、これにより、光学調整のばらつきがなくなり、光学特性が安定し、光アイソレータの歩留まりが向上し、また専用の調整治具も減らすことができるので生産性が大きく向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の光アイソレータの実施形態を示す斜視図である。
【００２２】
図に示すように、光アイソレータ１０は整列基板６上に載置された光アイソレータ素子１と、それを覆うように整列基板６上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石７とを配置した構成であり、特徴とするところは、整列基板６の形状を、磁石７の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なるように段差６ａが形成されているものである。
【００２３】
光アイソレータ素子１は、少なくとも１以上の平板状のファラデー回転子（不図示）と１以上の偏光子（不図示）とから構成される。配列順序としては１段型と呼ばれる光アイソレータの場合周知の如く、光の出射方向に向かって偏光子、ファラデー回転子、偏光子の配列とする。なお、光アイソレータ素子１の詳細は後述する。
【００２４】
整列基板６の材質は光アイソレータ素子１の実装に用いる結合材２によって選択され、例えば結合材２が半田による固定の場合には、ステンレス、コバール、パーマロイ等の金属が適しており、あるいはセラミック、ガラス等の表面に例えばＣｒ下地でＡｕメッキのメタライズ層を施こした材料でも良い。また、結合材２が低融点ガラスで固定する場合にも同様に、接着性や線膨張係数を考慮して整列基板６の材料は選ばれる。
【００２５】
整列基板６に形成した段差６ａは、磁石７の当接位置に合致する位置に形成されるが、形成位置としては光アイソレータ素子１を充分に覆うためにも整列基板上面の両端辺側が良い。また、整列基板６に形成した段差の側面が前記光アイソレータ素子を整列する基準面となるように形成されている。このような基準面とする方法は後述する。
【００２６】
磁石７の材料としては、例えばＳｍＣｏが適している。この磁石７は光アイソレータ素子１を覆うように整列基板６上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石に形成している。本発明でいうアーチ状は半円筒状のものだけでなく、図１に示すように、一方が開口した開口部８を有するものであれば外周が角張ったものであっても良い。
【００２７】
また、本実施の形態では磁石７が光アイソレータ素子１を覆うように説明したが、これに限定されず、磁石７は少なくともファラデー回転子を覆う構成にすると良い。
【００２８】
さらに、磁石７には、ファラデー回転子を通過する光軸方向の磁力線が最大になるような向きに磁極が配置されており、言い換えるとファラデー回転子が所定の波長をもつ入射光線の偏光面を４５度回転する様に磁極が配置されており、磁石の外観形状から磁極の位置が容易に判別できる。
【００２９】
図２〜図４は、整列基板６に光アイソレータ素子１を載置したアイソレータ付き基板１４を表し、整列基板６の詳細な機能を示す図である。図では光アイソレータ素子１の中のファラデー回転子３、偏光子４、５が示されており、段差６ａの側面にて整列させている構成を示している。
【００３０】
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、その厚みは所定の波長をもつ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。
【００３１】
偏光子４、５は、入射する光の１方向の偏光成分を吸収する機能を有する吸収型偏光子、あるいは入射する光の１方向の偏光成分を分離または合成する複屈折性偏光子で構成される。例えば、ファラデー回転子２が入射する光の偏光面を４５゜光軸まわりに回転させるもので、偏光子４、５として吸収型偏光子を用いた場合、偏光子４の透過偏光方向を偏光子５の透過偏光方向に対して４５゜光軸まわりにずらした構成とすればよい。
【００３２】
ここでファラデー回転子３、偏光子４および偏光子５の両面は、屈折率ｎ＝１に対する反射防止膜が両面に施されており、偏光子４および偏光子５とファラデー回転子が密着している場合は、偏光子が空気と接する入出射面には屈折率ｎ＝１に対する反射防止膜を施し、ファラデー回転子の両面には対偏光子の反射防止膜を施してある。
【００３３】
図２においては、整列基板６の１面に設けられた段差部６ａに、ファラデー回転子３や偏光子４、５の一辺を当接してこれら光学素子の位置決めをしてある。
【００３４】
この場合、各光学素子の整列間隔を決定するには、図示していないスペーサ治具を各素子間に挿入するだけでよく、素子間隔は設計値で適宜選ばれるが実際には例えば０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００３５】
段差部の高さｈとしては０．１ｍｍ以上あればよく、１ｍｍ角程度の光学素子を整列する場合は高々０．３ｍｍであり、これ以上段差部の高さを設けた場合は開口部８の磁束密度がファラデー回転子３の飽和磁束密度以下にならないよう留意する必要がある。
【００３６】
図３は本発明の他の実施の形態を説明する図であり、整列基板６上に設けられた段差６ａに、光アイソレータ素子１の各光学素子の一方の面を嵌合する整列溝１５があるので、各光学素子をこの整列溝１５にはめ込むだけで素子間隔も含めた位置決めが完了する。
【００３７】
図４においては、整列基板６上に設けられた段差部６ａに、光アイソレータ素子１の各光学素子である一部を整列基板６に落ち込ませて二方の面で整列させる整列溝１５を形成している。反射戻り光を低減する目的で、各光学素子が入射光に対して例えば６度傾斜するようにあらかじめ整列溝１５を形成しておけば、これにより、整列基板６の長辺に対して各光学素子の入出射面を傾けた配置も容易にできる。
【００３８】
ここで偏光子４の透過偏波方向は、ある１辺（これを基準辺と呼ぶ）に平行な方向に設定されており、他方の偏光子５の透過偏波方向は、ある１辺（基準辺）に４５度の方向に設定されている。ファラデー回転子３は常温において入射した光の偏波方向が４５度回転する厚みに調整されている。通常、光アイソレータに高いアイソレーションが要求される場合は、ファラデー回転子の偏波回転角度４５＋α度に対し、偏光子４と偏光子５の回転ズレを４５−α度に精密に調整する必要があり、光を逆方向から（偏光子４側から）入射し、透過してくる光が最も小さくなるように偏光子２を回転調整する方法があるが、個々の光アイソレータ素子１を回転調整することは非常に煩雑であり、工数も増えてしまう。
【００３９】
そこで本発明においては、１０ｍｍ角程度の偏光子基板とファラデー回転子３と偏光子４、５を、上述の方法で光学調整し、水溶性接着剤等で仮止め一体化する。この仮止め一体化された状態で１ｍｍ角程度のチップ状に加工し、加工時に基準辺を決めておく。例えばダイシングにより長方形に加工する場合は、加工時、基準辺に段差加工を施しておくことや、超音波加工等により所望のチップ状に加工する場合は、Ｄカット形状としておき、基準辺を明確にしておく。このように、基準辺を作製しチップ加工した後に、仮止めをはずし、各光学素子を洗浄しておけば、回転調整を一括で済ませておくことが可能である。
【００４０】
【実施例】
本発明の実施例として図１に示した光アイソレータを試作し、特性の評価および信頼性試験を行った。各部品と構成について以下に説明する。
【００４１】
偏光子は、コーニング社製のポーラコア（製品名）を用い、サイズは１０ｍｍ角で厚み０．２ｍｍのものを、互いの透過偏波方向は４５度ずらして光学調整の後に、１ｍｍ角に切り出した。ファラデー回転子はビスマス置換ガーネットを用い、サイズは１０ｍｍ角で厚み０．４ｍｍのものを、１ｍｍ角に切り出した。飽和磁界強度中における偏波回転角は４５度であった。いずれも波長１．５５μｍの光に対して動作する素子であり、偏光子、ファラデー回転子の両面には対空気（ｎ＝１）の反射防止膜が施されている。
【００４２】
次に、図３に示すように段差を有する整列基板に設けられた溝へ上記の光アイソレータ素子を配置するとともに、磁石を基板に載置し、あらかじめ基板に印刷された低融点ガラスを３８０℃で加熱溶融して光学素子と磁石を基板に固定した。
【００４３】
このようにして５０個の光アイソレータを作製し、特性を測定した。その結果、すべての光アイソレータは、挿入損失が０．３ｄＢ以下、アイソレーションが３５ｄＢ以上の、良好で均一な特性を有することを確認した。
【００４４】
次に作製した光アイソレータの信頼性評価を行った。試験は、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ１２２１に示される振動試験、衝撃試験、温度サイクル試験、高温保持試験、低温保持試験、高温高湿試験を実施し、すべての試験において、挿入損失の変化量が±０．２ｄＢ以下、アイソレーションの変化量が±３ｄＢ以下と良好な結果を得ることができた。
【００４５】
以上の試作により、工数の削減が実現し、かつ長期安定性に優れ、樹脂フリーの光アイソレータが実現した。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は整列基板上に載置された平板状のファラデー回転子と偏光子からなる光アイソレータ素子と、前記ファラデー回転子を覆うように上記整列基板上の２カ所に各端面が当接するアーチ状の磁石とを配置した光アイソレータにおいて、前記整列基板は、前記磁石の一方の当接位置と他方の当接位置の高さが異なる段差が形成されているために、磁石と整列基板が対称形状でないので組立工程において外観で磁石の向きを判別することが可能になり、別途極の向きを判別するためにマーキングをすることなく組立工程の中でも完成後でもファラデー回転子の設置方向を誤ることがなくなる。
【００４７】
また、整列基板に形成した段差の側面が前記各光学素子の整列する基準面としたために、光学素子の位置合わせを整列基板だけで正確にかつ容易にできる。
【００４８】
従って、組立工程の中で最も熟練を要する人以外でも光学素子の位置合わせを容易にできる上、組上がった製品の入射方向も一見して判別できる大きな利点があり、これにより、光学調整のばらつきがなくなり、光学特性が安定し、光アイソレータの歩留まりが向上し、また専用の調整治具も減らすことができるので生産性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータの実施形態１を示す図である。
【図２】本発明の光アイソレータで用いられる整列基板を示す図である。
【図３】本発明の光アイソレータで用いられる整列基板を示す図である。
【図４】本発明の光アイソレータで用いられる整列基板を示す図である。
【図５】従来の光アイソレータの構成を示す図である。
【図６】従来の光アイソレータの構成を示す図である。
【図７】従来の光アイソレータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１    アイソレータ素子
２    接合材
３    ファラデー回転子
４、５    偏光子
６    整列基板
６ａ    段差部
７    磁石
８    開口部
１０、１１、１２、１３    光アイソレータ
１４    アイソレータ付き基板
１５    整列溝
１６    ファラデー回転子
１７、１８    偏光子
１９、２０、２１    磁石
２２、２３    基板
２４、２５    光アイソレータ素子
２６    開口部
２７    凹部
ｈ    段差部の高さ
【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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【図７】
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