(57)【要約】【課題】光モジュールの強磁性体のホルダに固定し、又は、偏光板ホルダを強磁性体で形成しても磁力が光アイソレータの外部に漏洩することなく良好な特性の光アイソレータを形成すること。【解決手段】円筒状磁石６と、前記円筒状磁石６の開口部内に配設されるファラデー回転子２と、前記円筒状磁石６の開口部の両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子２を挟む一対の偏光板ホルダ５、該偏光子３が固定された強磁性材料から成る一対の円筒状ホルダ４と、前記円筒状磁石が内包された非磁性材料から成る円筒状ケース８とからなり、前記円筒状ホルダ５と円筒状ケース８とを接合してなる光アイソレータにおいて、前記円筒状ホルダのいずれか１つと円筒状磁石とを離間させて配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状磁石と、前記円筒状磁石の開口部内に配設されるファラデー回転子と、前記円筒状磁石の開口部の両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子を挟む一対の偏光板と、該偏光板が固定された強磁性材料から成る一対の円筒状ホルダと、前記円筒状磁石が内包された非磁性材料から成る円筒状ケースとからなり、前記円筒状ホルダと円筒状ケースとを接合してなる光アイソレータにおいて、前記円筒状ホルダのいずれか１つと円筒状磁石とを離間させて配置したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記円筒状ケースの比透磁率を空気の比透磁率以下としたことを特徴とする請求項１に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、光通信機器や光計測用センサー等に使用され、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ために用いる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、従来から、反射戻り光を除去する手段として光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Ｘを通過した後、ファラデー回転子Ｙ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Ｘ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偏光子Ｚ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、偏光子Ｚに対して偏光面が一致した成分のみが偏光子Ｚを通過し、この後、ファラデー回転子Ｙ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Ｙを通過した反射戻り光Ｒは、偏光子Ｘ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５は特許文献１に開示された従来の光アイソレータを示す図であり、光アイソレータの光軸を含む面で切断した断面図を模式的に示すものである。
【０００６】
偏光子又は検光子からなる偏光板１、３は偏光板ホルダ４、５にそれぞれ固定され、特に偏光板ホルダ５はファラデー回転子２が固定されたファラデー回転子ホルダ７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、偏光板ホルダ４、５及びファラデー回転子２を固定していた。
【０００７】
また、円筒状磁石６が配置されており、この内部にファラデー回転子２が設置され、円筒状磁石６の両端開口に偏光板ホルダ４、５がそれぞれ当接して配置する構成となっていた。
【０００８】
さらに、偏光板１、３、偏光板ホルダ４、５、ファラデー回転子２及びファラデー回転子ホルダ７を内包するように非磁性のホルダ８０が設けられている。
【０００９】
ここでホルダ４、５の材質を選定する上では強度、信頼性、加工性などの条件の他に、固定する偏光板ホルダ４、５の熱膨張係数とのマッチングなども重要な選択条件となる。また、偏光板１、３を固定するハンダや低融点ガラス等のヌレ性の良いものが使用されている。
【００１０】
一般的に偏光板ホルダ４、５の材質にはファラデー回転子２に与える円筒磁石６の磁力が劣らないためにも一般的には非磁性のホルダが用いられるべきであるが、偏光板１、３と偏光板ホルダ４、５との熱膨張係数やヌレ性の問題を満足する材料が非磁性材料の中にあるとは限らず、実際には偏光ガラスを低融点ガラスやハンダで固定するために上記の条件をほぼ満足して広く用いられているホルダ部材は５０Ｎｉ−Ｆｅ等の強磁性材料であった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−２４２４００号公報
一般的に光アイソレータは、光モジュールに搭載され使用されるが、特に長距離幹線系で使用されるセラミックパッケージを用いたバタフライ形状の光モジュールでは、高信頼性の要求があるために、セラミックスと金属の熱膨張係数のマッチングをとる必要があり、そのためにもセラミックパッケージで使用される金属にはフェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼からなる強磁性材料が使用されている。そのため光アイソレータは光モジュールの強磁性材料からなる円筒形状の金属部分で固定されるのが一般的である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来構造では、偏光板ホルダ４、５が円筒形状の磁石６と隙間なく接触した構造であるため、光アイソレータを光モジュールに固定する際に、光モジュールを構成するフェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼からなる強磁性材料が光アイソレータの円筒形状の磁石６と偏光板ホルダ４、５の部分が接触して繋がることにより、磁気回路が形成され、これにより外部に一部の磁力が漏洩して、本来、ファラデー回転子２に供給されるべき磁力が減少して、光アイソレータの光学特性が劣化するという深刻な問題があった。その結果として高額な光モジュールの歩留まりを悪化させる致命的な事態を生じていた。
【００１３】
この理由を図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）は光アイソレータを光モジュールのホルダ１１に挿入固定した場合に円筒状磁石６の磁力線を説明する断面図を示す。図によれば、ホルダ１１がホルダ８０を介して円筒状磁石６に近接しており、また、強磁性体である偏光板ホルダ４、５が円筒状磁石６と直接当接されているので、円筒状磁石６の内部よりも強磁性体でありホルダ１１や偏光板ホルダ４、５に磁力が発生して磁気回路が形成される。これにより、円筒状磁石６の内部に作用する磁力が減少して外部に作用する磁力が増加することとなる。
【００１４】
【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、円筒状磁石と、前記円筒状磁石の開口部内に配設されるファラデー回転子と、前記円筒状磁石の開口部両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子を挟む一対の偏光板と、該偏光板が固定された強磁性材料から成る一対の円筒状ホルダと、前記円筒状磁石が内包された非磁性材料から成る円筒状ケースとからなり、前記円筒状ホルダと円筒状ケースとを接合してなる光アイソレータにおいて、前記円筒状ホルダのいずれか１つと円筒状磁石とを離間させて配置していることを特徴とする。
【００１５】
また、前記円筒状ケースの比透磁率を空気の比透磁率以下としたことを特徴とする。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は本発明の光アイソレータを示す図であり、（ａ）は光軸を含む面で切断した断面図、（ｂ）は全体構造を説明する分解斜視図を示す。
【００１８】
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。
【００１９】
図１において本発明の光アイソレータは、円筒状磁石６と、円筒状磁石６の開口部内に配設されるファラデー回転子２と、円筒状磁石６の開口部の両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子２を挟む一対の偏光板１、３と、偏光板１、３が固定された強磁性材料から成る一対の円筒状ホルダ４、５と、円筒状磁石６が内包された非磁性材料から成る円筒状ケース８とから構成されている。そして、ファラデー回転子２は一方がファラデー回転子ホルダ７の先端に接合し、他方が偏光板ホルダ５に接合してなる。また、円筒状ケース８は円筒状ホルダ４、５を共に連結させた構造としている。
【００２０】
偏光板１、３、ファラデー回転子２を偏光板ホルダ４、５、ファラデー回転子ホルダ７に固定するのは、光軸に対して垂直、もしくはある一定の傾き（図示せず）をなして固定する。
【００２１】
ファラデー回転子２、偏光板１、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無機融着法の２種類に大別できる。
【００２２】
本発明では、偏光板１は偏光板ホルダ４と、偏光板３は偏光板ホルダ５とそれぞれ低融点ガラスにて固定されている。ここで偏光板ホルダ４、５の材質には熱膨張係数が偏光板１、３に近い金属であるステンレス、ニッケル−鉄合金、ニッケルコバルト−鉄合金等の金属材料が用いられる。
【００２３】
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。
【００２４】
また、これら偏光子１、偏光子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。
【００２５】
円筒状磁石６は光アイソレータに必要な磁気を供給するために、磁気特性である残留磁束密度が７（Ｔ）以上でかつ最大エネルギー積が１１０（ＫＪ／ｍ３）以上を満たし、低高温の温度変化に対し磁界エネルギーの劣化が少なく安定しているサマリウム−コバルト合金や磁界エネルギーの高いネオジウム等の材質を用いることが望ましい。また、この時の円筒状磁石６は、隣接する偏光板ホルダ４と距離Ｌ離間されて配置されている。この時離間距離Ｌは０．１ｍｍ以上あることが望ましい。円筒状磁石６は、他の隣接部材と固定しても、しなくても構わない。なお、図では偏光板ホルダ４と円筒状磁石６とが離間して形成しているが、これに限定されることなく、偏光板ホルダ５のみ離間してもよく、偏光板ホルダ４、５の双方を離間しても構わない。
【００２６】
このように偏光板ホルダ４と円筒状磁石６とが離間して形成した光アイソレータを、光モジュールのホルダ１１に挿入固定した場合、発生する磁力線を図３（ａ）の断面図を用いて説明する。従来の図３（ｂ）と比較して、図３（ａ）の光アイソレータは偏光板ホルダ４が円筒状磁石６から離間距離Ｌの長さ分離間させているので、Ｎ極〜Ｓ極に向かう磁力線のうち、偏光板ホルダ４、ホルダ１１を経由する磁力線が略遮断されるため、従来、外部に漏洩した偏光板ホルダ４、ホルダ１１を経由する磁力線がないためファラデー回転子２を十分に飽和させるような磁気回路が形成されるものである。これにより円筒磁石６の磁力がロスすることなくファラデー回転子２へ安定した磁力を供給できるようになる。
【００２７】
ファラデー回転子２としては、温度及び波長依存性に優れるＴｂタイプや小さな磁界で飽和するＧｄ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。
【００２８】
ここで、偏光板ホルダ４、５と連結する円筒状ケース８は、連結に際してＹＡＧレーザ溶接が行われる。
【００２９】
ここで円筒状ケース８の材質には磁気的性質である比透磁率が空気の比透磁率の１以下の小さな非磁性材料を用いるのが好ましい。このような非磁性材料を用いると、磁力を通しにくい理由により、円筒形状の磁石６の外側を回る磁気回路が形成されないので円筒磁石６の内側に十分な磁界を供給可能となるような優れた構造となる。ここで用いられる材料としては非磁性のステンレス鋼であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０３といった磁気回路を形成しにくい部材が望ましい。ここでＹＡＧ溶接時のクラックの原因となるイオウ成分の少ないＳＵＳ３０４や加工精度に優れる快削性鋼材であるＳＵＳ３０３を目的に応じて選択するとことが可能である。
【００３０】
なお、図１では偏光板ホルダ５にファラデー回転子ホルダ７を介してファラデー回転子２を接合した構造になっているが、偏光板ホルダ４にファラデー回転子２を接合した構造でも本発明と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。図２は本発明の光アイソレータの応用例として光軸を含む面で切断した断面図を示す。
【００３２】
図では、偏光板ホルダ４と円筒状磁石６とを離間させて配置した部分に空気と同等以下の比透磁率を有する部材を挿入している。この部材としては、例えば、切削性の優れる銅や安価なアルミニウムが用いられる。アルミニウムや銅は比透磁率が非常に小さいため、金属であるにも関わらず容易に磁力線が突き抜けてしまう特徴がある。このような構造にすることで、磁石６からの磁力線が金属中に滞ることなく自由に突き抜けることにより、空気を媒体とした離間距離を有する光アイソレータと同様な効果が得られるからである。
【００３３】
従って、偏光板ホルダ４には磁力が通りにくくなり、円筒状磁石６の外側を回る磁気回路が完全に遮断されて円筒磁石６の内側に十分な磁界を供給可能となるようにできる。また、他の効果として、振動および衝撃といった外乱から光アイソレータの破壊防止が期待できる。
【００３４】
かくして、本発明の光アイソレータによれば、円筒状磁石６と、円筒状磁石６の開口部内に配設されるファラデー回転子２と、円筒状磁石６の開口部両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子２を挟む一対の偏光板３と、この偏光板３が固定された強磁性材料から成る一対の偏光板ホルダ４，５と、円筒状磁石６が内包された非磁性材料から成る円筒状ケース８とからなり、前記偏光板ホルダ４，５と円筒状ケース８とを接合してなる光アイソレータにおいて、偏光板ホルダ４、５のいずれか１つと円筒状磁石６とを離間させて配置して、また前記円筒状ケース８の比透磁率を空気の比透磁率以下の非磁性材料を用いたことを特徴とすることで、光モジュールの強磁性材料と光アイソレータが固定された部分で磁気回路が形成されない構造となり、ファラデー回転子２へ安定した磁界強度の供給が可能となるため、安定した光アイソレータの光学特性が得られ、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。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。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００３６】
以下に作製したサンプルについて説明する。
【００３７】
本発明の光アイソレータの基本構造は図１の通りで、偏光板１、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。偏光板１、３の加工方法は、ともに半径Φ０．６ｍｍの円形の加工を行った。
【００３８】
次にここで加工した偏光板１を、熱膨張係数が１００×１０−７／℃、比透磁率が５００であるニッケル−鉄合金系の偏光板ホルダ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。同様の手順にて偏光板３と熱膨張係数が１００×１０−７／℃であるニッケル−鉄合金系の偏光板ホルダ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。
【００３９】
次にファラデー回転子ホルダ７と偏光板３を装着した偏光板ホルダ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行った後、ファラデー回転子ホルダ７とファラデー回転子２の固定を同様に熱膨張係数が７０×１０−７／℃の低融点ガラスを用いて周縁部端面を等間隔に３等分する位置で固定した。
【００４０】
次に上記で作製したファラデー回転子２、ファラデー回転子ホルダ７、偏光板３が装着された偏光板ホルダ５と比透磁率が１．０１の非磁性ステンレス鋼のＳＵＳ３０４からなる円筒状ケース８とをＹＡＧレーザ溶接により固定した。
【００４１】
最後に、偏光板ホルダ５が装着された円筒状ケース８に残留磁束密度が１１（Ｔ）、最大エネルギー積が２２０ＫＪ／ｍ３でＬ寸方向に着磁されたサマリウム−コバルトからなる外径φ２．６ｍｍ、内径φ１．８ｍｍ、Ｌ寸１．１ｍｍの円筒状磁石６を組み込み、半導体レーザを用いて偏光板ホルダ４と偏光板ホルダ５が接合された円筒状ケース８とを光学特性が最適化となる位置に調整してＹＡＧレーザ溶接にて固定した。
【００４２】
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。偏光板ホルダ４と磁石６の離間距離Ｌ１１は０．１ｍｍとした。
【００４３】
また、本発明の応用例としての光アイソレータを図２に示される仕様で作製した。上述の実験例と基本構造は同じであるが、円筒状ケース８を装着した偏光板ホルダ５に比透磁率１の銅からなる外径φ２．６ｍｍ、内径φ１．８ｍｍ、Ｌ寸１ｍｍの円筒形状の磁気シールドホルダ９を離間距離Ｌ１１の位置に組み込んだ後、偏光板ホルダ４とＹＡＧレーザ溶接で固定して作製した点が異なっている。
【００４４】
一方、比較例としての光アイソレータを図５に示される仕様で作製した。ここで、円筒状磁石６のサイズが外径φ２．６ｍｍ、内径φ１．８ｍｍ、Ｌ寸１．２ｍｍとＬ寸を０．１ｍｍ長くした点以外の製作仕様は、全て実施例と同じ条件で作製した。比較例の偏光板ホルダ４と円筒状磁石６の離間距離Ｌはゼロとなり接触させた状態とした。
【００４５】
以上の様にして本発明の実施例、応用例、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、それぞれアイソレータ単体での特性と光モジュールで搭載される比透磁率８００、材質ＡＳＴＭ１５からなる強磁性材料を外径φ４．０ｍｍ、内径φ３．０ｍｍ、Ｌ寸４ｍｍの円筒形状に加工して、この中に光アイソレータを挿入し、光学特性である挿入損失およびアイソレーションの測定を行った。この場合、光源としては光伸光学株式会社社製ＴＵＮＡＢＬＥ  ＬＤＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥ（型番ＬＳ―６０１Ａ）を用いた。また、ディテクターとしてＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ社製の（型番  ８１５３Ａ）を用いた。これら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に示す。
【００４６】
【表１】
2005017861.tif 000003
【００４７】
本実施例及び応用例の光アイソレータは強磁性材料ホルダに挿入した際に、挿入損失，アイソレーション特性ともに初期特性と同等の特性で安定して再現しているのに対して、従来例は両光学特性ともに大幅に劣化しており、これは光モジュールホルダ１１と円筒形状の磁石６および偏光板ホルダ４、５の部分にできる磁気回路が形成されない構造となったことがわかり、ファラデー回転子に充分磁力を付加させることができたためであり、本発明の改善効果が顕著に現れていることを確認した。
【００４８】
【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、円筒状磁石と、前記円筒状磁石の開口部内に配設されるファラデー回転子と、前記円筒状磁石の開口部両端にそれぞれ配設されてファラデー回転子を挟む一対の偏光子と、該偏光子が固定された強磁性材料から成る一対の円筒状ホルダと、前記円筒状磁石が内包された非磁性材料から成る円筒状ケースとからなり、前記円筒状ホルダと円筒状ケースとを接合してなる光アイソレータにおいて、前記円筒状ホルダのいずれか１つと円筒状磁石とを離間させて配置していることと、また前記円筒状ケースの比透磁率を空気の比透磁率以下の非磁性材料を用いたことにより、光モジュールの強磁性材料と光アイソレータが固定された部分で磁気回路が形成されない構造となり、ファラデー回転子へ安定した磁界強度の供給が可能となるため、安定した光アイソレータの光学特性が得られ、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は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で、（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】本発明の応用例の光アイソレータを示す図で、光軸を含む面で切断した断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の光アイソレータ、従来例の光アイソレータをホルダに挿入固定した場合に発生する磁力線を説明する断面図を示す。
【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。
【図５】従来の光アイソレータの光軸を含む面で切断した断面図である。
【符号の説明】
１：偏光板
２：ファラデー回転子
３：偏光板
４：偏光板ホルダ
５：偏光板ホルダ
６：円筒状磁石
７：ファラデー回転子ホルダ
８：円筒状ケース
Ｌ：離間距離
【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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