(57)【要約】 【課題】  レンズ化された偏光子をもち、１個あたりの研磨時間が短く、光学特性も良い光アイソレータの研磨方法を提供すること。【解決手段】  偏光面を非相反的に回転させるファラデー回転素子７と、そのファラデー回転素子７の両側に配置された２枚の偏光子６からなる光アイソレータの研磨方法において、前記２枚の偏光子６となる２枚の板の間に前記ファラデー回転素子７となる板を接合したあと、立方体状に切り出し、前記２枚の偏光子６を凸面かつ鏡面に研磨する工程を含む光アイソレータの研磨方法である。また、２種類の大きさの研磨用メディアを同時に使用するバレル研磨の工程を含み、ワークの目標研磨大きさよりも大きくかつ目標研磨大きさの１０倍以下の径の研磨用メディアと、ワークの目標研磨大きさの０．５０〜０．９５倍の径の研磨用メディアを使用する。【選択図】  図１
2005305620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光面を非相反的に回転させるファラデー回転素子と、そのファラデー回転素子の両側に配置された２枚の偏光子からなる光アイソレータの研磨方法において、前記２枚の偏光子となる２枚の板の間に前記ファラデー回転素子となる板を接合したあと、立方体状に切り出し、前記２枚の偏光子を凸面かつ鏡面に研磨する工程を含むことを特徴とする光アイソレータの研磨方法。
【請求項２】
請求項１記載の光アイソレータの研磨方法において、切り出した立方体状の接合体を球状かつ鏡面に研磨することを特徴とする光アイソレータの研磨方法。
【請求項３】
請求項２記載の光アイソレータの研磨方法において、前記切り出した立方体状の接合体に研磨材との相対摩擦により、バリ取り、丸味付け又は鏡面研磨を行うバレル研磨の工程を含むことを特徴とする光アイソレータの研磨方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光アイソレータの研磨方法において、２種類の大きさの研磨用メディアを同時に使用するバレル研磨の工程を含むことを特徴とする光アイソレータの研磨方法。
【請求項５】
請求項４記載の光アイソレータの研磨方法において、前記立方体状の接合体の目標研磨大きさよりも大きくかつ目標研磨大きさの１０倍以下の径の研磨用メディアと、前記立方体状の接合体の目標研磨大きさの０．５０〜０．９５倍の径の研磨用メディアを使用することを特徴とする光アイソレータの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶素材からなる光アイソレータの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等の、レーザ光が使用されるモジュールにおいて、安定した信号を発振するためには、自ら発した光の戻り光によるノイズ発生を抑える必要があり、光アイソレータ素子と呼ばれる部品が不可欠である。この光アイソレータ素子は半導体レーザに内蔵するにあたって、分散等の光学的不良の発生を抑え、効率よく発振されたレーザ光を利用するため、発振チップから発散して発振されるレーザ光をレンズ等を用いて平行に補正して光アイソレータ素子に入力し、光アイソレータ素子を通ったレーザ光を再びファイバー等の出力端に集光する構造が一般的である。図４に、その光アイソレータ素子と光学系の一例を示す。１は半導体レーザ発振チップ、２はレンズ、３は光アイソレータ素子、４はビーム光束、５は出射用フェルールである。
【０００３】
この構造であると、光アイソレータ素子を配置するために２枚のレンズが必要になり、これをレーザ光が通過するため、前記出力端に集光するレーザ光の損失が大きくなる難点を含んでいた。また、２枚のレンズ、光アイソレータ素子、出力端の４カ所の光軸調整が必要になり、その工数増大や歩留まり劣化の原因になっていた。
【０００４】
これらの問題を解決するために光アイソレータ素子をレンズ化することにより、部品点数を少なくとも１点は減らすことが可能になる。また偏光子に高屈折率素材、たとえばＴｉＯ２（ルチル）単結晶やＹＶＯ４単結晶を用いた場合は、その屈折率が高いことから、収差の少ないレンズ化が可能になる。
【０００５】
光アイソレータにレンズ機能を追加するにあたっては、１枚の偏光子に凸面球面研磨加工を施す方法や、２枚の偏光子に凸面球面加工を施す方法や、内部のファラデー回転素子を凸面球面研磨加工する方法がある。前記１枚の偏光子の研磨加工や２枚の偏光子を加工する際、単体でそれぞれ加工する方法が一般的である。たとえば、特許文献１には、光学素子を球面形状の砥石に対して押圧して、光学素子面を研磨する球面研磨方法が開示されており、この技術を光アイソレータの偏光子またはファラデー回転子にも用いることができる。
【０００６】
しかし、この方法であると、光アイソレータの作製の場合には全体での研磨工程が必然的に長くなるため、生産コストが上昇する。また、研磨後に非相反性のファラデー素子を挟んで接着固定する際に、その光学特性を最適化するための２枚の偏光子の偏光軸を調整することが困難である。さらに前記内部のファラデー回転素子を凸面球面研磨加工する方法では、加工後に２枚の偏光子を接着することは出来ないので、ホルダーを用いて２枚の偏光子を用いるか、発振レーザ偏波に直交する成分の戻り光は発振のノイズを発生させない特性から１枚の偏光子のみ貼り付ける方法が用いられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この状況にあって、本発明の課題は、レンズ化された偏光子をもち、１個あたりの研磨時間が短く、光学特性も良い光アイソレータの研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光アイソレータの２枚の偏光子に着目し、それぞれをレンズ化した光アイソレータを作製する上で、その加工方法を提供するものである。
【００１０】
第１の発明の光アイソレータの研磨方法は、偏光面を非相反的に回転させるファラデー回転素子と、そのファラデー回転素子の両側に配置された２枚の偏光子からなる光アイソレータの研磨方法において、前記２枚の偏光子となる２枚の板の間に前記ファラデー回転素子となる板を接合したあと、立方体状に切り出し、前記２枚の偏光子を凸面かつ鏡面に研磨する工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明の光アイソレータの研磨方法は、第１の発明の光アイソレータの研磨方法において、切り出した立方体状の接合体を球状かつ鏡面に研磨することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明の光アイソレータの研磨方法は、前記切り出した立方体状の接合体に研磨材との相対摩擦により、バリ取り、丸味付け又は鏡面研磨を行うバレル研磨の工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の光アイソレータの研磨方法は、第３の発明の光アイソレータの研磨方法において、２種類の大きさの研磨用メディアを同時に使用するバレル研磨の工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
第５の発明の光アイソレータの研磨方法は、第４の発明の光アイソレータの研磨方法において、立方体状の接合体の目標研磨大きさよりも大きくかつ目標研磨大きさの１０倍以下の径の研磨用メディアと、立方体状の接合体の目標研磨大きさの０．５０〜０．９５倍の径の研磨用メディアを使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、今まで困難であった結晶素材からなる光学素子のレンズ状研磨が可能になるばかりか、光学結晶をレンズ加工することにより、モジュールの部品点数を減らし、一般的な球状研磨が利用できるようになるため、生産性の高い光アイソレータが得られる。また、そのために必要な光アイソレータの研磨方法を本発明は提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の光アイソレータの研磨方法によって得られる球状光アイソレータを示す概念図であり、６は偏光子、７はファラデー回転素子を示す。また、図２は球状光アイソレータの作製過程における立方体状の接合体を示す斜視図である。
【００１７】
その作製方法は次のようである。２枚の偏光子６となる板の間に非相反性のファラデー回転素子７となる板を有機接着剤によって貼り合わせ、立方体状に切り出し、図２のような立方体状の接合体を得た後、２枚の偏光子６を凸面かつ鏡面に研磨する。このように球状でかつ鏡面に研磨することでより特性の良い光アイソレータとなる。また、この貼り合わせ後に切り出して研磨する方法により、立方体状の接合体（ワーク）と研磨材との相対摩擦により、バリ取り、丸味付けあるいは鏡面研磨等の加工が可能になる。この研磨方法は一般にバレル研磨と称する。この方法を、光アイソレータに用いると多くのワークを同時に研磨でき生産性も良い。しかし、この方法で研磨すると、単結晶素材からなる光アイソレータの場合、単結晶の破壊現象が発生し易い。
【００１８】
それに対処するためには、異なる条件のバレル研磨の工程を組み合わせるとよい。また各バレル研磨の工程で使用するメディアとして、大小２種類を同時に用い、（１）研磨対象物（ワーク）の目標研磨大きさより大きくかつ１０倍以下の径の大きいメディアと、（２）研磨対象物の目標研磨大きさの０．５〜０．９５倍の径の小さいメディアを用いるとよい。このとき用いる大きいメディアは、単結晶素材の欠けあるいは割れの発生の低減に寄与する。また、その径が目標研磨大きさの１０倍を超えると、研磨速度の点で好ましくない。他方、小さいメディアの径は目標研磨大きさの０．５倍未満のときには適切な研磨速度が得られず、０．９５倍を超えると欠けあるいは割れの発生が起こりやすく、好ましくない。このバレル研磨を組み合わせて図１のような球状光アイソレータを得る。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例を述べる。実施例１では、光アイソレータの材料として、非相反性のファラデー回転素子としてＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜（ビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット厚膜）を用いた。このガーネット厚膜は膜厚５１２（±２）μｍで波長１．５５μｍで４５°の回転角を持ち、両面に対屈折率１．５の無反射コートを施してある。偏光子として厚さ０．９ｍｍのルチル単結晶を用い、片面に対屈折率１．０、他の片面に対屈折率１．５の無反射コートを施した。なお、空気側の対屈折率１．０の無反射コート膜は研磨によって失われるが、ルチル単結晶の軸合わせのときに多重反射を防止して精度を上げ、光学特性を向上させるために施した。前記ＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜及びルチル単結晶に施した無反射コートの設定波長は１５５０ｎｍである。使用したＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜とルチル単結晶は□１１ｍｍの寸法にした。
【００２０】
まず、ルチル単結晶板１枚の対屈折率１．５の無反射コート側にエポキシテクノロジー社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、もう１枚のルチル単結晶板の対屈折率１．５の無反射コート側に３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、貼り合わせたＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜とルチル単結晶厚膜のＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜側に接着し、有機接着剤の硬化前に検光子となる側のルチル単結晶板からレーザ光を入力し、磁場を印加してその消光比が最大になるようにルチル単結晶の偏光軸合わせを行い、固定した状態で硬化した。
【００２１】
このように接着硬化した試料をダイシングソーにより、□２．３ｍｍに切断して図２のような立方体状の接合体を得た。これを湿式バレル研磨によってφ２．１ｍｍの球状に粗研磨した。この時使用したメディアはφ１０ｍｍのセラミック球、コンパウンドは＃８００ダイヤモンド粉末にオイルを添加したものを用いた。
【００２２】
次に、同様に湿式バレル研磨を用い、光沢出しを行った。この時のメディアはφ１．０ｍｍのセラミック球を用い、コンパウンドとしてシリカ液を用いた。加工寸法はφ２．０（±０．００５）ｍｍである。このようにして、Ｒ（曲率半径）１．０ｍｍの入出射面をもつ球状光アイソレータ（図１参照）を完成させた。このとき曲面の面精度はＲＭＳで０．２λ（λ＝６３３ｎｍ）以内に入っていることが測定により確認され、これにより、レンズとして充分な機能が得られることが証明された。
【００２３】
このようにして出来た球状光アイソレータに、マグネットによる磁場を印加してＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜の結晶軸方向に飽和磁場を与えて飽和させ、光アイソレータとしての特性を測定した。測定系は図３のような系を用いた。すなわち、偏光子６、ファラデー回転素子７およびファラデー回転素子飽和用マグネット８からなる球状光アイソレータをフェルール付き光ファイバ９の間にセットして測定した。波長１５５０ｎｍで順方向損失０．８ｄＢ、逆方向損失４５ｄＢの特性が得られた。これに対空気無反射コートを施せばフレネル反射損失の分約０．７ｄＢの順方向損失の改善が見込まれる。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同じワークに対して、湿式バレル研磨の条件、すなわちメディアの大きさ等を変えて実施した。
【００２５】
実施例１で接着硬化したのと同様の接合体をダイシングソーにより、□２．３ｍｍに切断して、図２の形状にした。これを湿式バレル研磨によってφ２．１ｍｍの球状に粗研磨した。この時使用したメディアはφ３．０ｍｍのセラミック球とφ１．７ｍｍのセラミック球の２種類であり、コンパウンドは＃８００ダイヤモンド粉末にオイルを添加したものを用いた。
【００２６】
次に、同様に湿式バレル研磨を用い、光沢出しを行った。この時のメディアはφ２．０ｍｍのセラミック球を用い、コンパウンドとしてシリカ液を用いた。加工寸法はφ２．０（±０．００５）ｍｍである。このようにして、Ｒ１．０ｍｍの球状光アイソレータ（図１参照）を完成させた。曲面の面精度はＲＭＳで０．２５λ（λ＝６３３ｎｍ）以内に入っていることが測定により確認され、これにより、レンズとして充分な機能が得られることが証明された。
【００２７】
この球状光アイソレータに、マグネットによる磁場を印加して内蔵するＧｄＢｉＩＧガーネット厚膜の結晶軸方向に飽和磁場を与えて飽和させ、光アイソレータとしての特性を測定した。測定系は図３のような系を用いた。波長１５５０ｎｍで順方向損失０．８２ｄＢ、逆方向損失４３ｄＢの特性が得られた。これに対空気無反射コートを施せばフレネル反射損失の分約０．７ｄＢの順方向損失の改善が見込まれる。
【００２８】
ここまでは、偏光子に球面加工を行った実施例を説明したが、たとえば入射側と出射側で焦点距離を変えるために、２つの偏光子に異なる結晶素材を用いた場合などでは、球面とは異なる凸面の鏡面が得られることもあるが、この場合も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】球状光アイソレータ概念図。
【図２】立方体状の接合体を示す斜視図。
【図３】本発明の実施例に用いた測定系の図。
【図４】従来の光アイソレータ素子と光学系を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１    半導体レーザ発振チップ
２    レンズ
３    光アイソレータ素子
４    ビーム光束
５    出射用フェルール
６    偏光子
７    ファラデー回転素子
８    ファラデー回転素子飽和用マグネット
９    フェルール付き光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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