(57)【要約】ファラデー回転子とこのファラデー回転子の光透過面に一体的に設けられた偏光子とを備える磁気光学素子であって、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子と、一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されることを特徴とする。そして、この磁気光学素子は、偏光子用の基板が存在しない分、ファラデー回転子とフォトニック結晶偏光子を一体化した磁気光学素子全体の厚みが薄くなるため、小さなチップに切断した際にチップの飛散が起こり難く、かつ、安価な光アイソレータを製造できる効果を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転子とこのファラデー回転子の光透過面に一体的に設けられた偏光子とを備える磁気光学素子において、
両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子と、一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項２】
１枚のガラス偏光子の表裏面に、請求の範囲第１項に記載の一対の磁気光学素子がそのフォトニック結晶から成る偏光子を外側にしてそれぞれ張り合わされて成ることを特徴とするセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子。
【請求項３】
上記フォトニック結晶が、周期的な溝あるいは線状突起列に、透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質とを界面の形状を保存しながら交互に積層させて得たものであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の磁気光学素子。
【請求項４】
上記フォトニック結晶が、リソグラフィにより周期的な溝を形成させて得たものであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の磁気光学素子。
【請求項５】
上記フォトニック結晶から成る偏光子の表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の磁気光学素子。
【請求項６】
上記フォトニック結晶から成る偏光子が形成される反射防止膜の最外層がＳｉＯ２層であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の磁気光学素子。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の磁気光学素子の製造方法において、
ファラデー回転子の一面側にその最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜から成る対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜を形成する工程と、
形成した反射防止膜のＳｉＯ２層に周期的な溝を形成する工程と、
溝が形成された反射防止膜のＳｉＯ２層表面に、アモルファスＳｉＯ２層とアモルファスＳｉ層を交互にかつ上記溝の形状を各層に保存させながら積層してフォトニック結晶から成る偏光子を形成する工程と、
少なくともファラデー回転子の上記偏光子が形成されていない面側に対空気用若しくは対接着剤用の反射防止膜を形成する工程、
の各工程を具備することを特徴とする磁気光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求の範囲第６項に記載の磁気光学素子の製造方法において、
ファラデー回転子の一面側にその最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜から成る対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜を形成する工程と、
この反射防止膜のＳｉＯ２層上にフォトニック結晶形成用の第二ＳｉＯ２層を形成する工程と、
形成された第二ＳｉＯ２層面上にフォトニック結晶形成用のレジストマスクを形成しかつマスクから露出する第二ＳｉＯ２層をエッチング処理してフォトニック結晶を構成する周期的な溝を形成する工程と、
このフォトニック結晶から成る偏光子上に残留するレジストマスクを除去した後、少なくともファラデー回転子の上記偏光子が形成されていない面側に対空気用若しくは対接着剤用の反射防止膜を形成する工程、
の各工程を具備することを特徴とする磁気光学素子の製造方法。
【請求項９】
光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置されたガラス偏光子と、このガラス偏光子に対しファラデー回転子側を対向させて上記基板上に配置された請求の範囲第１項に記載の磁気光学素子と、上記ファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とを具備することを特徴とする光アイソレータ。
【請求項１０】
断面凹形状の磁石と、この磁石の凹部内に配置されたガラス偏光子と、このガラス偏光子に対しファラデー回転子側を対向させて上記凹部内に配置された請求の範囲第１項に記載の磁気光学素子とを具備することを特徴とする光アイソレータ。
【請求項１１】
光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置された請求の範囲第２項に記載のセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子と、セミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子の各ファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とを具備することを特徴とする広帯域用セミダブル型光アイソレータ。
【請求項１２】
断面凹形状の磁石と、この磁石の凹部内に配置された請求の範囲第２項に記載のセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子とを具備することを特徴とする広帯域用セミダブル型光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、光通信や計測等に使用されるファラデー回転子と偏光子とを備え、例えば、光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータ等に適用される磁気光学素子とその製造方法およびこの磁気光学素子が組み込まれた光アイソレータに関するものである。
【背景技術】  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、反射戻り光が半導体レーザー素子に戻り、レーザー発振が不安定になるのを防止するため光アイソレータが用いられている。
従来の光アイソレータの基本的な外観図を第２図に示す。すなわち、光アイソレータの基本的構成は、第２図に示すように互いに４５°の角度をなす２枚の偏光子３、３とその間に配置されたファラデー回転子２の各光学素子と磁石４とから成る。尚、第２図において５は光アイソレータ設置用基板を示している。
そして、半導体レーザー素子から出射した順方向の光は、入射側の偏光子３を通過した後、ファラデー回転子２で偏光面が４５°回転するため、光が減衰すること無しに出射側の偏光子３を通過する。一方、反射戻り光は出射側の偏光子３を通過したとしてもファラデー回転子２において、さらに偏光面が４５°回転するため、入射側の偏光子３の偏光面と直交してしまい遮断される。この反射戻り光を遮断する特性をアイソレーションと呼び、通常３５ｄＢ以上のものが望まれている。
また、近年の波長多重方式による伝送では、単一波長での特性の確保のみでなく多重化された波長帯域全体で所望の特性を確保することが必要となってきている。多重化された波長帯域全体で使用しうる光アイソレータは第２図に示した上記光アイソレータ（シングルタイプ用光アイソレータ）とは異なり広帯域用光アイソレータと称されている。
広帯域用光アイソレータとしては、例えば、第４図に示すものがある。すなわち、第４図に示された広帯域用光アイソレータはセミダブルタイプ光アイソレータと称されるもので、光の通過方向にそれぞれ配置された偏光子３、ファラデー回転子２、偏光子３、ファラデー回転子２、偏光子３と、これ等光学素子の両脇に配置された磁石４とから成る。また、第４図の５も光アイソレータ設置用基板を示している。
尚、これ等シングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータにおいて、上記ファラデー回転子２には、磁気光学効果により入射光の偏光面が４５°回転するように光の進行方向に対する厚みが調整された希土類元素とビスマスを含む鉄ガーネット単結晶膜が用いられ、また、偏光子３には、不要な偏光成分を吸収するガラス偏光子やルチルやニオブ酸リチウムといった複屈折結晶が用いられている。
ところで、通信機器の大きさを増すことなく通信容量を増大させるため、近年、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数を増やす試みがなされており、その中に用いられる上記シングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータについても小型化や低コスト化が望まれている。
そして、これ等光アイソレータの小型化や低コスト化を実現する方法として、従来、特開平０８−０９４９７２号公報や特開平０９−１９７３４５号公報に記載された方法、すなわち、１０×１０ｍｍ以上の大きさの偏光子とファラデー回転子を接着剤により張り合わせて一体化した素子を事前に作製しておき、その後、所望のサイズに切断して用いる方法が採られてきた。
この方法によれば、取り扱いが容易な１０ｍｍ角以上の素子を用いて一括して処理した後に所望の大きさに切断するため、小さく切断された各光学素子を個々に調整する方法に較べてコスト低減が図れると共に、角度調整や位置調整の手間が軽減されることでより小さなサイズのチップに切断でき、小型の光アイソレータを組み立てることが可能となる利点を有していた。
しかし、この方法において上記偏光子としてガラス偏光子を適用しかつガラス偏光子とファラデー回転子を張り合わせて一体化した場合、ガラス偏光子の厚みが約０．２ｍｍ、ファラデー回転子の厚みが約０．４ｍｍであることから、２枚のガラス偏光子と１枚のファラデー回転子を張り合わせると約０．８ｍｍになり、また、３枚のガラス偏光子と２枚のファラデー回転子を張り合わせると約１．４ｍｍになる。そして、これ等張り合わせたものを、例えば０．５×０．５ｍｍといった小さなサイズに切断すると、厚みの方が長くなり、切断した際にチップが飛散し易くなる欠点があった。
また、この方法においては、偏光子とファラデー回転子を１枚１枚張り合わせているため張り合わせ方にばらつきが生じ易く、これによりチップとしての歩留まりが悪くなって予想通りの低コスト化を実現することは実際には困難であった。更に、チップサイズを小さくすると、チップの飛散がより起こり易くなることはいうまでもない。また、市販されているガラス偏光子のサイズが最大でも１５×１５ｍｍ程度であることと、そのガラス偏光子が高価であるなど、十分な低コスト化を困難にさせる要因は他にも存在した。
この様な技術的背景の下、サイズ制限のある上記ガラス偏光子に代わってフォトニック結晶を用いた偏光子（以後、フォトニック結晶偏光子ともいう）の開発も、近年、盛んに行われている。フォトニック結晶とは、高屈折率媒質と低屈折率媒質から成る人工的な周期構造体で以下の機能を有するものをいう。すなわち、この周期構造体に、互いに直交する２つの直線偏光が入射すると、それぞれの偏光が独立に周波数と波動ベクトルの関係を持つため、フォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）すなわちフォトンの状態密度が零となる周波数帯域もそれぞれの偏光に固有となり、ある周波数帯域において一方の偏光に対する状態密度が零であり、他方の偏光に対する状態密度が零にならない場合を実現させることができることから、この周波数帯域において偏光子として機能するものである。また、フォトニックバンドギャップが生じなくとも、入射する光の波長よりも小さな周期構造では、構造複屈折と呼ばれる複屈折が生じ、これによっても偏光方向による屈折率の差より偏光子として機能するものもあり、これ等もフォトニック結晶とみなすことができる。
そして、これ等の周期構造体は一方の偏光を反射し、他方の偏光を波動ベクトルを保存しながら透過させる。実際、フォトニック結晶を用いた偏光分離素子（偏光子）として消光比４５ｄＢが得られており［Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ（株）新技術コミュニケーションズ発行、１９９９年１２月号第１５５７頁右段１０〜１５行目参照］、２５ｄＢ程度が一般的なＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）に較べてはるかに優れた特性が実現されている。
ところで、このフォトニック結晶を用いた偏光分離素子の製造方法に関しては、米国特許第６，３０９，５８０号公報に記載されたリソグラフィによる方法、あるいは特許第３，２８８，９７６号公報に記載されているように微細構造を予め形成した基板にスパッタリングにより周期構造を積層させる方法等、さまざまな構造や方法が報告されている。しかし、これまでの報告は、その用途が偏光分離素子に限定されているため、周期構造を形成させる基板として石英ガラスやシリコンを用いている（特許第３，２８８，９７６号公報の実施例１参照）。このため、フォトニック結晶を用いた磁気光学デバイスにおいて、ファラデー回転子と偏光分離素子は別々にデバイスの中に組立てられている（特開２０００−２４１７６２号公報の実施例１、実施例２参照）。
ここで、小型のシングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータを実現させるため、基板として上記石英ガラスやシリコンが適用されたフォトニック結晶偏光子とファラデー回転子を接着剤で張り合わせて小型の光アイソレータを構成したり、ファラデー回転子に対し例えば上記基板として石英ガラスを接着剤で張り合わせこの石英ガラス基板上にフォトニック結晶を形成してフォトニック結晶偏光子とし、小型の光アイソレータとすることは上述した従来の方法に基づき当業者なら容易に考え付くことである。
但し、この様な考え方に基づいた方法では、一体化した素子の厚みが厚くなり、チップの飛散が起こり易いという欠点が依然として克服されない問題を有している。
尚、ファラデー回転子と偏光子を接着剤により張り合わせる方法を採らずに両者を一体化した例として、ガラス偏光子と同じような特定の偏光のみを透過し、それに直交する偏光を吸収するタイプの偏光子を用いたものが報告されている。すなわち、特開平０７−０４９４６８号公報には、吸収型の偏光子をファラデー回転子の表面に一体的に形成した磁気光学素子が開示されている。
しかし、第２図に示された従来例に係るシングルタイプ用光アイソレータの挿入損失が０．２〜０．３ｄＢ、アイソレーションが３５ｄＢ程度であるのに較べて、特開平０７−０４９４６８号公報に記載された上記磁気光学素子の挿入損失は０．５ｄＢ、アイソレーションも３０ｄＢであり、十分な性能を有する磁気光学素子は実現されていない。
本発明はこの様な問題に着目してなされたもので、その課題とするところは、必要とする光学特性を具備しかつ製造に際してチップの飛散が起こり難い磁気光学素子とその製造方法を提供し、合わせてこの磁気光学素子が組み込まれたシングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータを提供することにある。
【発明の開示】
本発明に係る磁気光学素子は、ファラデー回転子とこのファラデー回転子の光透過面に一体的に設けられた偏光子とを備える磁気光学素子において、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子と、一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されることを特徴とする。
また、本発明に係るセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子は、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子と一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成される上記一対の磁気光学素子が、そのフォトニック結晶から成る偏光子を外側にして１枚のガラス偏光子の表裏面にそれぞれ張り合わされて成ることを特徴とする。
次に、本発明に係る磁気光学素子の製造方法は、ファラデー回転子の一面側にその最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜から成る対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜を形成する工程と、形成した反射防止膜のＳｉＯ２層に周期的な溝を形成する工程と、溝が形成された反射防止膜のＳｉＯ２層表面に、アモルファスＳｉＯ２層とアモルファスＳｉ層を交互にかつ上記溝の形状を各層に保存させながら積層してフォトニック結晶から成る偏光子を形成する工程と、少なくともファラデー回転子の上記偏光子が形成されていない面側に対空気用若しくは対接着剤用の反射防止膜を形成する工程、の各工程を具備することを特徴とし、
また、本発明に係る磁気光学素子の他の製造方法は、ファラデー回転子の一面側にその最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜から成る対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜のＳｉＯ２層上にフォトニック結晶形成用の第二ＳｉＯ２層を形成する工程と、形成された第二ＳｉＯ２層面上にフォトニック結晶形成用のレジストマスクを形成しかつマスクから露出する第二ＳｉＯ２層をエッチング処理してフォトニック結晶を構成する周期的な溝を形成する工程と、このフォトニック結晶から成る偏光子上に残留するレジストマスクを除去した後、少なくともファラデー回転子の上記偏光子が形成されていない面側に対空気用若しくは対接着剤用の反射防止膜を形成する工程、の各工程を具備することを特徴とする。
次に、本発明に係る光アイソレータは、光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置されたガラス偏光子と、このガラス偏光子に対しファラデー回転子側を対向させて上記基板上に配置された本発明の上記磁気光学素子と、ファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とを具備することを特徴とし、
また、本発明に係る広帯域用セミダブル型光アイソレータは、光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置された本発明の上記セミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子と、セミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子の各ファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とを具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  第１図は本発明に係る磁気光学素子が組込まれたシングルタイプ用光アイソレータの概略構成斜視図である。
第２図は従来例に係るシングルタイプ用光アイソレータの概略構成斜視図である。
第３図は本発明に係るセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子が組込まれた広帯域用セミダブル型光アイソレータの概略構成斜視図である。
第４図は従来例に係る広帯域用セミダブル型光アイソレータの概略構成斜視図である。
第５図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明に係る磁気光学素子の製造工程を示す工程説明図である。
第６図（Ａ）〜（Ｇ）は本発明に係る磁気光学素子の他の製造工程を示す工程説明図である。
第７図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係るセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子の製造工程を示す工程説明図である。
第８図は断面凹形状の磁石が適用された広帯域用セミダブル型光アイソレータの概略構成斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
まず、本発明は、本発明者等が見出した以下の技術的知見、すなわち、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子の一方の反射防止膜面にフォトニック結晶を形成することによりファラデー回転子の表面に偏光子（偏光分離素子）を直接構成できること、この手法を採用することにより従来のガラス偏光子を原因とするサイズ制限のない小型のシングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータを量産できるとする技術的知見に基づき完成されている。
ここで、本発明で用いるフォトニック結晶は、周期的な溝あるいは線状突起列に透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質とを界面の形状を保存しながら交互に積層させて得たものである。そして、この周期構造体に対し光を入射すると、溝列と平行な偏光のＴＥモードとそれに直交する偏光のＴＭモードの光が上記周期構造体の内部に誘起される。しかし、光の周波数が、ＴＥモードまたはＴＭモードのフォトニックバンドギャップの中にあれば、そのモードは周期構造体の中で伝搬することができず入射光は反射または回折される。一方、光の周波数がフォトニックエネルギーバンド内にあれば、周期構造体の中を光は波動ベクトルを保存しながら透過する。従って、面型の偏光子として動作するものである。尚、フォトニックバンドギャップが生じなくとも、入射する光の波長よりも小さな周期構造では、構造複屈折と呼ばれる複屈折が生じ、これによっても偏光方向による屈折率の差より偏光子として機能する。従って、本発明で用いるフォトニック結晶には、リソグラフィにより周期的な溝を形成させて得たものも含まれる。
そして、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子２とこのファラデー回転子２の一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶偏光子１とで構成される磁気光学素子１０を第１図に示すように光アイソレータ設置用基板５上に配置し、かつ、上記磁気光学素子１０のファラデー回転子２と対向するようにガラス偏光子３を配置すると共に、これ等磁気光学素子１０とガラス偏光子３の両側に一対の磁石４、４を配置することによりシングルタイプ用光アイソレータを構成することができる。
また、１枚のガラス偏光子３の表裏面に第１図に示された一対の磁気光学素子１０をそのフォトニック結晶偏光子１側が外側となるようにそれぞれ張り合わせてセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子１１を構成し、かつ、このセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子１１を第３図に示すように光アイソレータ設置用基板５上に配置すると共に、このセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子１１の両側に一対の磁石４、４を配置することにより広帯域用光アイソレータを構成することができる。尚、このセミダブル型光アイソレータ用磁気光学素子１１において、磁気光学素子１０のフォトニック結晶偏光子１とガラス偏光子３については、第７図（Ａ）〜（Ｂ）に示すように偏光が磁気光学素子１０のフォトニック結晶偏光子１を通過後にファラデー回転子２で４５°回転した後、ガラス偏光子３を透過するように透過する偏光面を４５°ずらして張り合わされ、またガラス偏光子３と他方の磁気光学素子１０のフォトニック結晶偏光子１についても、第７図（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように偏光がガラス偏光子３を通過後に磁気光学素子１０のファラデー回転子２で４５°回転した後、フォトニック結晶偏光子１を透過するように透過する偏光面を４５°ずらして張り合わされている。
また、光アイソレータ設置用基板５と一対の磁石４、４については、第８図に示すように断面凹形状の１つの磁石体２０で構成してもよい。
以下、本発明の実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】  まず、第５図（Ａ）に示すようにファラデー回転角が４５°に調整された２０×２０ｍｍ角のファラデー回転子２を用意し、一方の光透過面に第５図（Ｂ）に示すように最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜からなる対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜６を形成した。ファラデー回転子２には、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットを用いた。尚、反射防止膜６の最外層のＳｉＯ２層は周期構造体を形成する際のシードとなる溝を形成することを考慮し、単なる反射防止膜としてＳｉＯ２層を形成する場合より膜厚を厚く設定した。
その後、第５図（Ｃ）に示すようにＳｉＯ２層に電子ビームリソグラフィとドライエッチングによりシードとなる溝（ここでは０．４μｍ周期の周期的な溝）を形成した上で、その表面にアモルファスＳｉＯ２層とアモルファスＳｉ層を交互に積層した。このとき、各層の周期的な凹凸の形状（溝形状）を保存しながら成膜を行なった。そして、ＳｉＯ２層とＳｉ層を各１０層ずつ堆積して第５図（Ｄ）に示すようにフォトニック結晶偏光子１を形成した後、第５図（Ｅ）に示すようにフォトニック結晶偏光子１の表面に対空気の反射防止膜６１を形成した。最後に、ファラデー回転子２のフォトニック結晶偏光子１が積層されていない方の光透過面にも対空気の反射防止膜６２を形成した。
尚、この実施例においては、上記アモルファスＳｉＯ２層とアモルファスＳｉ層が、フォトニック結晶偏光子の透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質を構成している。
次に、作製されたウェハ（第５図Ｅに示す構造体）をダイシングマシンで１ｍｍ角のチップに切断した。その後、フォトニック結晶偏光子１の偏光面に対しその偏光面の相対角度が４５°となっているガラス偏光子３（第１図参照）と上記チップを光アイソレータ設置用基板５上に磁石４と共に配置し、第１図に示すような光アイソレータを作製し、かつ、光学測定を行った。また、光アイソレータは、ガラス偏光子３側から光を入射したときを順方向となるように構成した。尚、第１図においては上記ガラス偏光子３がファラデー回転子２と別体で構成されているが、ファラデー回転子２のフォトニック結晶偏光子１が形成された面とは反対側の面に接着剤を介し上記ガラス偏光子３を一体的に形成してもよい。この場合、ガラス偏光子３が接着されるファラデー回転子２の面には、対空気用の反射防止膜ではない対接着剤用の反射防止膜が形成される。
以下、一対のガラス偏光子３が適用されている第２図に示す従来例に係る光アイソレータとの特性比較結果を第１表に示す。
そして、第１表に記載された結果から確認されるように、従来法では不可能であった２０×２０ｍｍ角のファラデー回転子から作製された実施例１に係る光アイソレータでも、従来のものと同程度の光学特性（但し、１．５５μｍの波長域での値である）が得られることが分かる。
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【実施例２】  この実施例は、フォトニックバンドギヤップにより偏光子として動作するフォトニック結晶を適用した実施例１とは異なり、フォトニックバンドギャップは生じないが、構造複屈折により偏光子として動作するフォトニック結晶を適用したものである。
まず、第６図（Ａ）に示すようにファラデー回転角が４５°に調整された２０×２０ｍｍ角のファラデー回転子２を用意し、一方の光透過面に第６図（Ｂ）に示すように最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜からなる対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜６を形成した。ファラデー回転子２には、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットを用いた。
その後、第６図（Ｃ）に示すように上記ＳｉＯ２層の表面にさらに０．８μｍ厚の第二ＳｉＯ２層７を形成し、その上にレジスト層を形成した。
次に、このレジスト層に対しフォトリソグラフィ処理により第６図（Ｄ）に示すように周期的な溝（ここでは０．１５μｍ間隔の周期的な溝）のレジストマスク８を形成した。尚、レジストマスク８の形成には、上記フォトリソグラフィ法ではなくインプリント法を適用してもよい。
次に、上記レジストマスク８が形成された第二ＳｉＯ２層７の表面をエッチング処理し、第６図（Ｅ）に示すように０．６μｍ深さの溝を第二ＳｉＯ２層７に形成した。尚、第６図（Ｅ）に示すように周期的な溝が形成された第二ＳｉＯ２層７によりフォトニック結晶偏光子１が構成されている。
次に、第６図（Ｆ）に示すように上記レジストマスク８を除去した後、第６図（Ｇ）に示すように周期的な溝が形成された第二ＳｉＯ２層７表面に対空気の反射防止膜６１を形成し、最後に、ファラデー回転子２のフォトニック結晶偏光子１が形成されていない方の光透過面にも対空気の反射防止膜６２を形成した。
尚、この実施例２においては、残留する上記第二ＳｉＯ２層７とこれ等第二ＳｉＯ２層７間に存在する空気層が、フォトニック結晶偏光子１の透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質を構成している。これにより構造複屈折が生じる。
次に、作製されたウェハ（第６図Ｇに示す構造体）をダイシングマシンで、１ｍｍ角のチップに切断した。その後、フォトニック結晶偏光子１の偏光面に対しその偏光面の相対角度が４５°となっているガラス偏光子３（第１図参照）と上記チップを光アイソレータ設置用基板５上に磁石４と共に配置し、第１図に示すような光アイソレータを作製し、かつ、光学測定を行った。また、光アイソレータは、ガラス偏光子３側から光を入射したときを順方向となるように構成した。尚、実施例１と同様に、ファラデー回転子２のフォトニック結晶偏光子１が形成された面とは反対側の面に接着剤を介し上記ガラス偏光子３を一体的に形成してもよい。この場合、ガラス偏光子３が接着されるファラデー回転子２の面には、対空気用の反射防止膜ではない対接着剤用の反射防止膜が形成される。
以下、一対のガラス偏光子３が適用されている第２図に示す従来例に係る光アイソレータとの特性比較結果を第２表に示す。
そして、第２表に記載された結果から確認されるように、従来法では不可能であった２０×２０ｍｍ角のファラデー回転子から作製された実施例２に係る光アイソレータでも、従来のものと同程度の光学特性（但し、１．５５μｍの波長域での値である）が得られることが分かる。
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尚、実施例１と実施例２の両方においてフォトニック結晶偏光子１と対をなす偏光子として第１図に示すようにガラス偏光子３が適用されているが、フォトニック結晶偏光子１が形成されていないファラデー回転子２表面に吸収型偏光子を接着剤を介さずに直接形成する構成にしてもよい。また、光アイソレータを構成する場合は、上記吸収型偏光子側から光を入射したとき順方向となるように構成することが、光の吸収による素子の温度上昇を抑制できる観点から望ましい。
【実施例３】  従来のガラス偏光子を使用する場合に、サイズ上の制限のため使用不可能であった２０×２０ｍｍ角で厚さ０．４ｍｍのファラデー回転子（Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット）を用意し、このファラデー回転子の片面にＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とを積層して厚さ０．２μｍの３層構造のＳｉＯ２用反射防止膜を施した。尚、ファラデー回転子の他面には、対接着剤用の同様の反射防止膜を施した。
次に、ＳｉＯ２用反射防止膜面に蒸着法により厚さ０．８μｍの第二ＳｉＯ２層を形成し、この第二ＳｉＯ２層上にレジスト層を形成した後、リソグラフィ（インプリントも含む）により０．２μｍ間隔の周期的な溝のマスクを形成した。
次に、上記第二ＳｉＯ２層の露出部をエッチングして深さ０．６μｍの溝を形成し、マスクを除去した。
次に、深さ０．６μｍの溝が形成された第二ＳｉＯ２層表面に厚さ０．２μｍの対空気用反射防止膜を施して、ファラデー回転子とフォトニック結晶偏光子とで構成される磁気光学素子を得た。尚、この磁気光学素子の厚さは０．４ｍｍであった。引き続き同様にして同じ厚さの磁気光学素子を得た。
次に、得られた上記磁気光学素子１枚と、厚さ０．２ｍｍの吸収型ガラス偏光子とを接着剤によって張り合わせた。この際、ファラデー回転子に設けられたフォトニック結晶偏光子と吸収型ガラス偏光子は、フォトニック結晶偏光子を通過した偏光がファラデー回転子で４５°回転した後、吸収型ガラス偏光子を透過する様に透過する偏光面を４５°ずらして張り合わせた。
その後、上記吸収型ガラス偏光子のもう１面に、もう一つの磁気光学素子を接着剤で張り合わせた。この際、吸収型ガラス偏光子とファラデー回転子に設けられたフォトニック結晶偏光子は、吸収型ガラス偏光子を通過した偏光がファラデー回転子で４５°回転した後、フォトニック結晶偏光子を透過する様に透過する偏光面を４５°ずらして張り合わせた。
この様にして得られたウェハ（第７図Ｃに示された構造体）は、全厚で１．０ｍｍとなった。尚、これは従来の３枚のガラス偏光子と２枚のファラデー回転子とを用いて得られるウェハの厚み１．４ｍｍの７１％に過ぎなかった。
次に、作成した上記ウェハをダイシングマシンで０．５ｍｍ角のチップに切断し、その後、光アイソレータ設置用基板に上記チップと磁石とを配置し、第３図に示した広帯域用セミダブル型光アイソレータを７２９個得た。尚、従来問題であった０．５ｍｍ角に起きる切断時のチップの飛びは、全厚が従来の７１％になったため全く飛びを起こさずに切断できた。
そして、無作為に２０個の広帯域用セミダブル型光アイソレータを取り、かつ、光学測定（但し、１．５３〜１．５９μｍの波長域での値である）を行い、第４図に示した従来のセミダブル型光アイソレータとの比較を行った。
結果を第３表に示す。尚、第３表の値は平均値である。
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第３表に記載された結果から確認されるように、これまでガラス偏光子のサイズ制限のために不可能であったウェハから作成した広帯域用光アイソレータでも、従来のものと同程度の性能が得られることが分かる。
【実施例４】  第５図（Ａ）に示すようにファラデー回転角が４５°に調整された２０×２０ｍｍ角のファラデー回転子２を用意し、一方の光透過面に第５図（Ｂ）に示すように最外層がＳｉＯ２層である誘電体多層膜からなる対フォトニック結晶偏光子用の反射防止膜６を形成した。ファラデー回転子２には、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットを用いた。尚、反射防止膜６の最外層のＳｉＯ２層は周期構造体を形成する際のシードとなる溝を形成することを考慮し単なる反射防止膜としてＳｉＯ２層を形成する場合より膜厚を厚く設定した。
その後、第５図（Ｃ）に示すようにＳｉＯ２層に電子ビームリソグラフィとドライエッチングによりシードとなる溝（ここでは０．４μｍ周期の周期的な溝）を形成した上で、その表面にアモルファスＳｉＯ２層とアモルファスＳｉ層を交互に積層した。このとき、各層の周期的な凹凸の形状（溝形状）を保存しながら成膜を行なった。そして、ＳｉＯ２層とＳｉ層を各１０層ずつ堆積して第５図（Ｄ）に示すようにフォトニック結晶偏光子１を形成した後、第５図（Ｅ）に示すようにフォトニック結晶偏光子１の表面に対空気の反射防止膜６１を形成した。最後に、ファラデー回転子２のフォトニック結晶偏光子１が積層されていない方の光透過面にも対接着剤用の反射防止膜６２を形成し、ファラデー回転子２とフォトニック結晶偏光子１とで構成される磁気光学素子を得た。また、引き続き同様にして同じ磁気光学素子を得た。
次に、得られた上記磁気光学素子１枚と、厚さ０．２ｍｍの吸収型ガラス偏光子とを接着剤によって張り合わせた。この際、ファラデー回転子２に設けられたフォトニック結晶偏光子１と吸収型ガラス偏光子は、フォトニック結晶偏光子１を通過した偏光がファラデー回転子２で４５°回転した後、吸収型ガラス偏光子を透過する様に透過する偏光面を４５°ずらして張り合わせた。
その後、上記吸収型ガラス偏光子のもう１面に、もう一つの磁気光学素子を接着剤で張り合わせた。この際、吸収型ガラス偏光子とファラデー回転子２に設けられたフォトニック結晶偏光子１は、吸収型ガラス偏光子を通過した偏光がファラデー回転子２で４５°回転した後、フォトニック結晶偏光子１を透過する様に透過する偏光面を４５°ずらして張り合わせた。
この様にして得られたウェハ（第７図Ｃに示された構造体）は、全厚で１．０ｍｍとなった。尚、これは従来の３枚のガラス偏光子と２枚のファラデー回転子とを用いて得られるウェハの厚み１．４ｍｍの７１％に過ぎなかった。
次に、作成した上記ウェハをダイシングマシンで、０．５ｍｍ角のチップに切断し、その後、光アイソレータ設置用基板に上記チップと磁石とを配置し、第３図に示した広帯域用セミダブル型光アイソレータを７２９個得た。尚、従来問題であった０．５ｍｍ角に起きる切断時のチップの飛びは、全厚が従来の７１％になったため全く飛びを起こさずに切断できた。
そして、無作為に２０個の広帯域用セミダブル型光アイソレータを取り、かつ、光学測定（但し、１．５３〜１．５９μｍの波長域での値である）を行い、第４図に示した従来のセミダブル型光アイソレータとの比較を行った。
結果を第４表に示す。尚、第４表の値は平均値である。
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第４表に記載された結果から確認されるように、これまでガラス偏光子のサイズ制限のために不可能であったウェハから作成した広帯域用光アイソレータでも、従来のものと同程度の性能が得られることが分かる。
産業の利用可能性
本発明によれば大面積の磁気光学素子が得られ、かつ、所望のサイズの素子を大量に作製することが容易である効果を有している。また、偏光子用の基板が存在しない分、ファラデー回転子とフォトニック結晶偏光子を一体化した磁気光学素子全体の厚みが薄くなるため、小さなチップに切断した際にチップの飛散が起こり難く、かつ、安価な光アイソレータを製造できる効果を有する。
従って、シングルタイプ用並びに広帯域用光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータ、光スイッチ等の産業分野への利用に適している。
【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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月2日(2004.3.2)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成される磁気光学素子と、上記磁気光学素子におけるファラデー回転子のフォトニック結晶が形成されていない側の反射防止膜に対向して配置されたガラス偏光子とを具備することを特徴とするシングル型光アイソレータ。
【請求項２】
（補正後）１枚のガラス偏光子と、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されかつフォトニック結晶から成る偏光子を外側にして上記ガラス偏光子の表裏面にそれぞれ張り合わされた一対の磁気光学素子とを具備することを特徴とする広帯域用セミダブル型光アイソレータ。
【請求項３】
（補正後）上記フォトニック結晶が、周期的な溝あるいは線状突起列に、透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質とを界面の形状を保存しながら交互に積層させて得たものであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
（補正後）上記フォトニック結晶が、リソグラフィにより周期的な溝を形成させて得たものであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
（補正後）上記フォトニック結晶から成る偏光子の表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項６】
（補正後）上記フォトニック結晶から成る偏光子が形成される反射防止膜の最外層がＳｉＯ２層であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（補正後）光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置されかつ両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成される磁気光学素子と、この磁気光学素子におけるファラデー回転子のフォトニック結晶が形成されていない側の反射防止膜に対向させて上記基板上に配置されたガラス偏光子と、上記磁気光学素子におけるファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とでその主要部が構成されることを特徴とするシングル型光アイソレータ。
【請求項１０】
（補正後）断面凹形状の磁石と、この磁石の凹部内に配置されかつ両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成される磁気光学素子と、この磁気光学素子におけるファラデー回転子のフォトニック結晶が形成されていない側の反射防止膜に対向させて上記磁石の凹部内に配置されたガラス偏光子とでその主要部が構成されることを特徴とするシングル型光アイソレータ。
【請求項１１】
（補正後）光アイソレータ設置用基板と、この基板上に配置された１枚のガラス偏光子と、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されかつフォトニック結晶から成る偏光子を外側にして上記ガラス偏光子の表裏面にそれぞれ張り合わされた一対の磁気光学素子と、各磁気光学素子のファラデー回転子に対し飽和磁界を与える磁石とでその主要部が構成されることを特徴とする広帯域用セミダブル型光アイソレータ。
【請求項１２】
（補正後）断面凹形状の磁石と、この磁石の凹部内に配置された１枚のガラス偏光子と、両面に反射防止膜が形成されたファラデー回転子とその一方の反射防止膜上に形成されたフォトニック結晶から成る偏光子とで構成されかつフォトニック結晶から成る偏光子を外側にして上記ガラス偏光子の表裏面にそれぞれ張り合わされて上記磁石の凹部内に配置された一対の磁気光学素子とでその主要部が構成されることを特徴とする広帯域用セミダブル型光アイソレータ。
【国際調査報告】
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