(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの偏光子および少なくとも１つのファラデー回転子から成り、それぞれを光透過面で貼り合わせた直方体の光学素子の光透過面以外の少なくとも一側面に基板を接合剤で接合・固定した光アイソレータにおいて、前記光学素子中のファラデー回転子が基板に接合されていないことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記ファラデー回転子が基板に接合されないようにするための接合回避手段として、接合剤をはじく材料を有することを特徴とする請求項１に記載した光アイソレータ。
【請求項３】
前記ファラデー回転子が基板に接合されないようにするための接合回避手段として、基板とファラデー回転子の接合面の間に設けた間隙を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した光アイソレータ。
【請求項４】
前記ファラデー回転子が基板に接合されないようにするための接合回避手段として、光学素子を構成するファラデー回転子の光透過面面積を偏光子の光透過面面積より小さく形成して貼り合わせたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した光アイソレータ。
【請求項５】
前記ファラデー回転子が基板に接合されないようにするための接合回避手段として、ファラデー回転子以外の光学素子の側面部分に、ハンダ接合用メタライズを形成し、基板とハンダ接合されることにより構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載した光アイソレータ。
【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、光情報処理、光計測等に用いられる光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータは、光増幅器、半導体レーザ装置等に使用されている。
この光アイソレータは、２枚の偏光子の相対角度を約４５°に設定し、それらの間にファラデー回転角が約４５°のファラデー回転子を挿入して互いに固定したものであり、順方向の光は透過させ、逆方向の光は遮断する作用を有するものである。
【０００３】
近年この光アイソレータに対しては、小型化、量産化、低価格化が強く要望されており、その対策として例えば、特開平１０−２２７９９６号公報に開示されたような光アイソレータの開発利用が盛んになってきた。
図３（ａ）に示したように、この光アイソレータ２０は、偏光子２２Ａ、２２Ｂとファラデー回転子２３から成る直方体の光学素子と直方体の磁石２５Ａ、２５Ｂを平板状基板２４に合金半田あるいは合成樹脂接着剤等で接合・固定した構造を有している。そして、図３（ｂ）は光学素子と磁石とが基板に接合される場合の接合剤による接合面が基板表面の全面であることを示している。２２ｄは偏光子の接合面を、２３ｄはファラデー回転子の接合面を、２５ｄは磁石の接合面をそれぞれ表している。
【０００４】
このような構成の光アイソレータは、ＬＤ（レーザダイオード）モジュール内に搭載時に透過偏光方向の位置合わせが容易である、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）上に搭載可能である、小型化が容易である等の優位性があると考えられている。
【０００５】
ところが、平面基板上に個々の光学素子を貼り合わせた形態の直方体状光学素子を平面基板に貼り付ける際、接合時の歪みにより所望の光学特性が得られないといった問題点が生じる。
【０００６】
また光学素子の接合歪み回避のため予め光学素子を合成樹脂接着剤、特にシリコーン接着剤で接合することで歪み緩和を図ることも可能であることが知られている。しかし、この場合は基板と光学素子間の接合に十分な強度が得られず、取り扱い時に光アイソレータが破損してしまう危険性があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、光アイソレータ素子を基板上に接合・一体化し、高精度で組立て位置調整ができ、接合強度が高く、光学素子の接合歪みを回避し、光学特性に優れた信頼性の高い、低コストの光アイソレータを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る光アイソレータは、少なくとも１つの偏光子および少なくとも１つのファラデー回転子から成り、それぞれを光透過面で貼り合わせた直方体の光学素子を基板に接合剤で接合・固定した光アイソレータにおいて、前記光学素子中のファラデー回転子が基板に接合されていない
ことを特徴としている。
【０００９】
このように、直方体状光学素子中のファラデー回転子の対基板面のみが基板に接合されていないようにしておけば、接合後の光学素子の歪みを解消することができ、所望の光学特性が得られるようになる。さらに、光学素子の位置合わせは高精度で容易に行うことができ、光学素子を十分強力な接着強度で接合・固定することができるとともに、信頼性の高い、低コストの光アイソレータを提供することができる。
【００１０】
この場合、光学素子中のファラデー回転子が基板に接合されないために、接合回避手段を設けることができる。
このように、光学素子中のファラデー回転子が基板に接合されないように、接合回避手段を設けておけば、確実にファラデー回転子を基板に接合することなく、接合後の光学素子の歪みを解消することができ、所望の光学特性が得られるとともに光学素子の位置合わせも高精度で強力に接合、固定することができる。
【００１１】
この場合、接合回避手段が、接合剤をはじく材料とすることができる。
このように、接合回避手段としてファラデー回転子の対基板面に予め接合剤をはじく材料を付着しておけば、光学素子の対基板面に半田、合成樹脂接着剤等の接合剤を付着しても、ファラデー回転子の対基板面だけは接合剤がはじかれてしまい、他の接合剤の付いた接合面で基板に強固に接合させることができるとともに、接合後の光学素子の歪みを解消することができ、光学特性の劣化を回避することができる。
【００１２】
そしてこの場合、接合回避手段を、基板とファラデー回転子の接合面の間に設けた間隙とすることができる。
このように、接合回避手段として、基板とファラデー回転子の接合面の間に間隙を設けても上記と同様の効果を挙げることができる。
【００１３】
さらにこの場合、接合回避手段が、光学素子を構成するファラデー回転子の光透過面面積を偏光子の光透過面面積より小さく形成して貼り合わせたものとすることができる。
【００１４】
このように、接合回避手段を、光学素子を構成するファラデー回転子の光透過面面積を偏光子の光透過面面積より小さく形成して貼り合わせたものとしてもレーザ等の光線透過には何等の影響を与えることなく、ファラデー回転子の対基板接合面に隙間を形成することができるので、他の面で接合強度を保ちつつ、光学素子の接合後の接合歪を回避することができるとともに所望の光学特性を得ることができる。
【００１５】
加えて、接合回避手段を、ファラデー回転子以外の光学素子の側面部分に、ハンダ接合用メタライズを形成し、基板とハンダ接合されることにより構成されるものとすることができる。
このように、基板との接合にハンダを用いる場合には、接合回避手段として、光学素子の側面部分に、ハンダ接合用メタライズ形成時にファラデー回転子にはメタライズを施さず、ハンダ接合を行うことで、ファラデー回転子の基板に対する接合回避を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、光アイソレータを取扱う際に、衝撃、落下等による機械的損傷や破壊を防止するため、接合強度の高い接合剤を使用すると光学素子に歪みが発生して、所望の光学特性が得られず、その改善策として接合歪みを緩和することができる接着剤としてシリコーン樹脂接着剤が有効で、光学特性の劣化を回避できることを見出した。しかし、シリコーン樹脂接着剤では高い接合強度が得られず、光アイソレータ取扱い時に光学素子が破損する危険性があった。
【００１７】
そこで接合歪みの発生原因を種々検討した結果、この歪みは主にファラデー回転子に起因していることが判明した。このため、光アイソレータの光学素子中のファラデー回転子の対基板接合面に接合回避手段を設けることで接合歪みに起因した光学特性の劣化を回避できることを発想し、諸条件を精査して本発明を完成させた。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の光アイソレータの構成の一例を示す説明図である。
この光アイソレータ１は、２枚の偏光子２Ａ、２Ｂの相対角度を約４５°に設定し、それらの間にファラデー回転角が約４５°のファラデー回転子３を挿入して互いに固定して成る直方体状の光学素子であり、順方向の光は透過させ、逆方向の光は遮断する作用を有するものである。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に見られるように基板４の光学素子接合面（偏光子の接合面２ｄ、ファラデー回転子の接合面３ｃ）上に光学素子を、磁石接合面５ｄ上に直方体状の永久磁石５Ａ、５Ｂをそれぞれ接合・固定した構造になっている。
【００２０】
この場合、偏光子２Ａ、２Ｂ、ファラデー回転子３の断面は共に矩形、特に正方形が好ましく、２枚の偏光子２Ａ、２Ｂの間に４５°ファラデー回転子３を挟んで光学素子を形成し、基板の中央に合成樹脂接着剤、例えばエポキシ樹脂接着剤で接合・固定するのがよい。また、耐熱性が要求される場合は、接合にハンダや低融点ガラスを用いて固定するのが良い。ファラデー回転子３は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット等の単結晶板が多く用いられている。
【００２１】
また、磁石５Ａ、５Ｂは、例えばＳｍ−Ｃｏ永久磁石が用いられ、直方体に燒結、成型した磁石を、光軸に平行に着磁してファラデー回転子３の横に光軸に平行に並べて接合・固定することにより所望の光アイソレータ１が構成される。磁石の接合・固定にもエポキシ樹脂等の合成樹脂接着剤を使用するのがよい。
また、基板は、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）を高精度に機械仕上げ加工したものが使用される。透明性を要する場合は、石英ガラス、ＧＧＧ等が用いられる。
【００２２】
ここで、本発明の光アイソレータの構造上の最大の特徴を説明する。
その特徴とするところは、図１（ｂ）に示したように、光学素子中のファラデー回転子３が基板１に接合されないよう接合回避手段３ｃを設けて構成されていることである。
【００２３】
接合回避手段の具体例としては、先ず第１に、ファラデー回転子の対基板接合面あるいは基板の対ファラデー回転子接合面に予め接合剤をはじく材料を塗布しておき、光学素子を基板に接合・固定した際に、ファラデー回転子の接合面で接合歪みが発生するのを回避しようとするものである。
【００２４】
このように、接合回避手段としてファラデー回転子の対基板面に予め接合剤をはじく材料を付着しておけば、光学素子の対基板面に半田、合成樹脂接着剤等の接合剤を付着しても、ファラデー回転子の対基板面だけは接合剤がはじかれて接合することはなく、他の面で基板に強固に接合させることができるとともに、接合後の光学素子の歪みを解消することができ、光学特性の劣化を防止することができる。
【００２５】
接合剤をはじく材料としては、具体的には合金半田の場合は、光学素子側面へのメタライズ無し層の形成であり、エポキシ樹脂接着剤の場合は、フッ素系樹脂コート等が好ましい。
【００２６】
第２に、接合回避手段を、基板とファラデー回転子の接合面の間に設けた間隙とすることができる。
例えば、図２（ａ）に示したように、凹状段差付きの基板３４は、基板の対ファラデー回転子接合面を彫り込んで凹状段差を形成したもので、光学素子を接合した場合に形成される間隙３３ｃを接合回避手段３ｃとするものである。この場合、光学素子の接合剤による接合面は偏光子接合面３２ｄである。
【００２７】
また、図２（ｂ）のように、凸状段差付きの基板４４は、光学素子を形成する２枚の偏光子の接合面４２ｄを平板状基板表面より凸状の段差として形成し、光学素子を接合した場合に、ファラデー回転子の対基板接合面との間に形成される間隙４３ｃを接合回避手段３ｃとするものである。
【００２８】
第３に、接合回避手段３ｃを、図２（ｃ）に示したように、ファラデー回転子５３の光透過面面積を偏光子５２Ａ、５２Ｂの光透過面面積より小さく形成して貼り合わせて光学素子５１を構成し、基板に接合した場合に、ファラデー回転子の対基板接合面と基板との間に形成される間隙５３ｃを接合回避手段３ｃとするものである。この場合、光学素子の接合剤による接合面は偏光子の対基板接合面５２ｄである。
【００２９】
このように構成することによって、レーザ等の光線透過には何等の影響を与えることなく、ファラデー回転子の対基板接合面と基板との間に間隙を形成してファラデー回転子を直接接合することを防止することができる。従って、他の偏光子の接合面５２ｄで接合強度を保ちつつ、光学素子の接合後に発生する接合歪を解消することができるとともに光学特性の劣化を回避することができる。
【００３０】
本発明の光アイソレータは、以上説明したように構成することによって、次のような作用、効果を挙げることができる。
直方体状光学素子中のファラデー回転子の対基板接合面だけに、基板に接合されないような接合回避手段を設けておけば、接合後の光学素子の歪みを解消することができ、所望の光学特性が得られるようになる。さらに、光学素子の位置合わせは高精度で容易に行うことができ、他の接合面で光学素子を十分な接着強度で接合・固定することができるとともに、信頼性の高い、低コストの光アイソレータを提供することができる。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の実施例と比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜３、比較例１）
先ず光学素子を作製した。片面に対空気用無反射コーティングを、もう一方に対接着剤用無反射コーティングを施した偏光ガラス２枚と、両面に対接着剤用無反射コーティングを施したファラデー回転子を接着剤を介して、各々の対接着剤用無反射コーティングを施した面同士を向かい合わせて接合する。この時、偏光ガラス／ファラデー回転子／偏光ガラスの重ね合わせた光学素子に対して、順方向、逆方向から各々偏光を入射し、磁場中で、順方向挿入損失が最小に、逆方向挿入損失が最大になるように重ね合わせ、角度を調整しながら接合・固化を行う。この重ね合わせた光学素子を所定の大きさに切断し、貼り合わせ光学素子を形成する。
【００３２】
この光学素子を用いて以下の光アイソレータを作製し光学特性を求めた。
光学素子と磁石を接合する基板は、接合箇所を確認するため、透明基板（石英、ＧＧＧ）を用いて実験を行った。磁石はＳｍ−Ｃｏ永久磁石を２ケ使用した。
【００３３】
実施例１は、ファラデー回転子の対基板接合面に接着剤のはじき材を塗布して接合回避手段とした。はじき材にはフッ素系樹脂を使用した。
【００３４】
実施例２は、ファラデー回転子の対基板接合面と基板との間に間隙を設けたもので、実施例２−１は、基板表面のファラデー回転子接合面に凹状段差による０．３ｍｍ深さの間隙を形成した基板を使用した。実施例２−２は、基板表面の２ケ所の偏光子接合面を高くした凸状段差による０．３ｍｍ深さの間隙を形成した基板を使用した。また、実施例２−３は、ファラデー回転子の光透過面面積を偏光子の光透過面面積より小さく形成した光学素子を平板状基板に接合し、０．１ｍｍ深さの間隙を形成した。
【００３５】
実施例３は、基板表面のファラデー回転子接合面に合成樹脂接着剤を全く塗布しないで間隙を形成した。実施例３ではエポキシ樹脂接着剤膜厚さ分の間隙が生じる。
【００３６】
比較例１−１は、光学素子の対基板接合面、すなわちファラデー回転子の対基板接合面も含んで全面にエポキシ樹脂接着剤を塗布したもの、比較例１−２は、同じくシリコーン樹脂接着剤を塗布したものである。
【００３７】
実施例２−１の図２（ａ）のように凹状の段差を間隙とした基板は、２．３ｍｍ巾×１．５ｍｍ奥行×０．５ｍｍ厚さの平板の中央に１．２ｍｍ巾×０．５ｍｍ奥行×０．３ｍｍ深さの段差を設けてある。また、実施例２−２の図２（ｂ）に示したように、凸状の段差の間に設けた間隙は、２ケの１．２ｍｍ巾×０．５ｍｍ奥行×０．３ｍｍ高さの直方体を偏光子の位置に合わせて作製したことにより形成され、１．２ｍｍ巾×０．５ｍｍ奥行である。実施例２−３のファラデー回転子の光透過面面積は、偏光子のそれに比し、８．５％小さいものとした。
【００３８】
各例につき、試料を１０個づつ作製し、逆方向挿入損失を測定し、衝撃破壊試験を行って総合判定し、その結果を表１にまとめて記載した。各試験方法と判定基準は次の通りである。
（ａ）逆方向挿入損失の判定基準は、≧３８ｄＢとした。
（ｂ）衝撃破壊試験：光学特性を測定した後、６方向につき各５回の２０００Ｇ衝撃試験を行った。この試験によって光学素子または磁石の剥離のないものを合格とする。
【００３９】
【表１】
0004456223.tif 000002
【００４０】
表１から明らかなように、ファラデー回転子の対基板接合面と基板表面との間に接合回避手段を設けて接合・固定した光アイソレータが、接合歪みを回避して光学特性に優れ、接合強度も充分満足することができるものであることがわかる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光アイソレータは、小型化されてＬＤモジュール内に組み込むのに適しており、光学素子を良好な光学特性となる最適位置に偏光面を調整することが極めて容易で、かつ光学素子の対基板接合強度が極めて高く、さらに接合応力を受けることがなく、そのため大きな逆方向挿入損失を有する信頼性の高い光アイソレータを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータの構成例を示す説明図である。
（ａ）斜視図、（ｂ）光学素子および磁石と基板との接合面の状態を表す断面図。
【図２】本発明の光アイソレータのファラデー回転子の対基板接合面または基板表面に設けられる接合回避手段を表す説明図である。
（ａ）凹状の段差による間隙を接合回避手段とした、（ｂ）凸状の段差による間隙を接合回避手段とした、（ｃ）ファラデー回転子の光透過面面積を縮小してできた間隙を接合回避手段とした。
【図３】従来の光アイソレータの構成例を示す説明図である。
（ａ）斜視図、（ｂ）光学素子および磁石と基板との接合面の状態を表す断面図。
【符号の説明】
１、２０…光アイソレータ、
２Ａ、２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ…偏光子（偏光ガラス）、
３、２３、５３…ファラデー回転子、  ４、２４、…平板状基板、
３４、４４…段差を有する基板、  ５１…光学素子、
５Ａ、５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ…永久磁石、
２ｄ、２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ、…基板の偏光子接合面、
５２ｄ…偏光子の基板接合面、
３ｃ…ファラデー回転子の接合回避手段を設ける部分、
３３ｃ、４３ｃ、５３ｃ…間隙、  ２３ｄ…基板のファラデー回転子接合面、
５ｄ、２５ｄ…基板の永久磁石接合面。
【図１】
0004456223.tif 000003
【図２】
0004456223.tif 000004
【図３】
0004456223.tif 000005