(57)【要約】【課題】光アイソレータの動作温度範囲において所望とするアイソレーション特性の変動が起こり難い低コストのファラデー回転子を提供する。【解決手段】このファラデー回転子は、光が通過する貫通孔を有する筒状磁石体（単数の磁石体）２と、貫通孔内に配置されかつ光が透過する常磁性体から成るファラデー素子１とを備え、ファラデー素子が、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂により固定されていることを特徴とする。ファラデー素子を構成する常磁性体と接着性樹脂の各線膨張係数が近似しているため、線膨張係数の差を原因とする常磁性体における歪が起こり難く、常磁性体単体における消光比の低下が防止される。このため、光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）において所望とするアイソレーション特性の変動を抑制できる。【選択図】図２
2017049559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が通過する貫通孔を中心に有する単数若しくは複数の磁石体と、磁石体の貫通孔内に配置されかつ光が透過する常磁性体から成るファラデー素子とを備えるファラデー回転子において、
上記ファラデー素子が、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂により固定されていることを特徴とするファラデー回転子。
【請求項２】
上記ファラデー素子が、ＴＧＧ（テルビウム・ガリウム・ガーネット）、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＡＧ（テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＬＡＧ（テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＣＳＡＧ（テルビウム・セリウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）から選択される常磁性体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転子。
【請求項３】
上記接着性樹脂が、エポキシ系樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔を有する磁石体と該貫通孔内に配置されるファラデー素子とを備え、例えば光通信システムやレーザ加工システム等に使用される光アイソレータの一部を構成するファラデー回転子に係り、特に、光アイソレータの動作温度範囲において所望とするアイソレーション特性の変動が起こり難くかつ製造コストの低減が図れるファラデー回転子の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ファラデー回転子は、上記ファラデー素子と該ファラデー素子に磁界を加えてファラデー効果を生じさせる磁石体とで構成される機能素子であり、光通信システムやレーザ加工システム等に使用される半導体レーザへの戻り光を遮断して半導体レーザのレーザ発振を安定させる光アイソレータの部品として用いられている。
【０００３】
従来、光アイソレータは、波長１．３ 〜１．６μｍのレーザを適用する光通信システム分野において多く使用されていたが、近年、波長１μｍ付近の加工用ファイバーレーザや波長４０５ｎｍのブルーレイ等、波長１．３ 〜１．６μｍより短波長のレーザを適用する分野においても使用されるようになってきている。
【０００４】
ところで、適用波長が１μｍより短い光アイソレータのファラデー回転子に用いられるファラデー素子としては、一般的にチョコラルスキー法で育成されるテルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）等の常磁性結晶（常磁性体）が使用されている。
【０００５】
そして、ＴＧＧ等の常磁性体で構成されるファラデー素子を用いた従来のファラデー回転子において、ＴＧＧ等の常磁性体を上記磁石体の貫通孔内に保持させる手法としては接着剤や半田等を用いる方法が採られ、特に、半田に較べて製造コストの低減が図れる有機系接着剤が主に利用されている。例えば、特許文献１に開示されたファラデー回転子においては、公報の図２および段落０００４に接着剤や半田等を用いる方法が記載され、同様に、複数の磁石体が用いられる特許文献２に開示されたファラデー回転子においても、公報に具体的に記載されてはいないが接着剤等を用いて固定する方法が採られている。
【０００６】
しかし、有機系接着剤を用いてファラデー素子を上記貫通孔内に接着固定する方法は、ファラデー素子が貫通孔内に固定される際、接着剤の硬化収縮に伴う外的圧力がファラデー素子に作用して歪を生じさせ、この結果、ファラデー素子の光学特性に影響を及ぼして所望とするアイソレーション特性が得られなくなる場合があった。
【０００７】
また、ファラデー素子を固定する際、上記外的圧力がファラデー素子に作用しないよう工夫されたとしても、完成された光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）において上記接着剤の熱膨張若しくは収縮に起因してファラデー素子に歪が生じ、所望とするアイソレーション特性が変動してしまう場合が存在した。
【０００８】
このため、有機系接着剤を用いてファラデー素子が上記貫通孔内に固定される従来のファラデー回転子においては、常磁性結晶（常磁性体）から成るファラデー素子の歪に伴うファラデー素子単体における消光比の低下を見込んで材料を選択する必要があり、光アイソレータに求められるアイソレーション特性に較べて消光比がより高い常磁性結晶（常磁性体）を適用せざるを得なかった。
【０００９】
具体的に説明すると、適用波長が１μｍより短い光アイソレータのアイソレーション特性は、実用上「２７ｄＢ以上」であることが望ましいとされている。このため、光アイソレータにファラデー回転子を組み込むときの部品誤差等を考慮すると、上記貫通孔内にファラデー素子が固定された状態での常磁性結晶（常磁性体）単体での消光比が「３０ｄＢ以上」であることを必要とし、更に、上記接着剤の硬化収縮および熱膨張若しくは収縮に起因したファラデー素子の歪を考慮した場合、ファラデー素子を構成する常磁性結晶（常磁性体）単体での消光比は「３５ｄＢ以上」であることを必要とされている。
【００１０】
しかし、結晶単体での消光比が「３５ｄＢ以上」となる結晶性に優れた常磁性結晶（常磁性体）を上述したチョコラルスキー法で育成する場合、結晶性に劣る常磁性結晶が利用できない分、量産性が悪化し、ファラデー素子を構成する常磁性結晶（常磁性体）の単価が割高となってファラデー回転子の製造コストを高くしてしまう問題が存在した。
【００１１】
尚、出願人は、複数の磁石体を適用し、該磁石体の貫通孔内にファラデー素子が浮遊した状態で保持されるファラデー回転子を既に提案している（特許文献３参照）。このファラデー回転子によれば、有機系接着剤を用いた方法に較べてファラデー素子に局所的な外圧が加わらないため、結晶単体での消光比について上記「３５ｄＢ以上」の材料を選択する必要がなく「３０ｄＢ以上」の材料で十分なことから、量産性に優れた（すなわち、結晶性が若干劣る）常磁性結晶（常磁性体）の利用が可能となる利点を有している。
【００１２】
但し、特許文献３に記載されたファラデー回転子は、貫通孔内においてファラデー素子が浮遊できる程度の磁界強度を備えた特異な磁石体が必要となるため、ファラデー素子を浮遊させる程度の磁界強度を具備しない単体の筒状磁石体や複数の磁石体が適用される安価なファラデー回転子に特許文献３の保持方法を応用することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１７４７５４号公報（段落0004、図１、図２参照）
【特許文献２】特開２００９−２２９８０２号公報
【特許文献３】特開２０１５−０２２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、光アイソレータの動作温度範囲において所望とするアイソレーション特性の変動が起こり難く、しかも製造コストの低減が図れるファラデー回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明者は以下のような技術的検討を行った。
【００１６】
まず、ＴＧＧ等の常磁性結晶（常磁性体）から成るファラデー素子が有機系接着剤により磁石体の貫通孔内に接着固定されたファラデー回転子を組み込んで構成された光アイソレータにおいては、光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）における温度が変化した場合、ファラデー素子を構成する常磁性結晶（常磁性体）と有機系接着剤の各線膨張係数の差による応力が発生する。そして、応力の発生により上記常磁性結晶（常磁性体）に歪が生じて常磁性結晶（常磁性体）単体での消光比の低下が起こり、この結果、ファラデー回転子を組み込んだ光アイソレータのアイソレーション特性が変動してしまうと考えられる。そして、ファラデー素子を構成するＴＧＧ等上記常磁性結晶（常磁性体）の線膨張係数が略１０ｐｐｍであることから、その線膨張係数が１０ｐｐｍに近似する有機系接着剤を適用することで上記課題が解決できると予測し、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂を選択して実験を行った結果、ファラデー素子を構成する常磁性結晶（常磁性体）単体での消光比低下が起こり難くなり、光アイソレータにおけるアイソレーション特性の変動も回避されていることが確認された。本発明はこのような技術的検討を経て完成されたものである。
【００１７】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
光が通過する貫通孔を中心に有する単数若しくは複数の磁石体と、磁石体の貫通孔内に配置されかつ光が透過する常磁性体から成るファラデー素子とを備えるファラデー回転子において、
上記ファラデー素子が、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂により固定されていることを特徴とするものである。
【００１８】
次に、本発明に係る第２の発明は、
第１の発明に記載のファラデー回転子において、
上記ファラデー素子が、ＴＧＧ（テルビウム・ガリウム・ガーネット）、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＡＧ（テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＬＡＧ（テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＣＳＡＧ（テルビウム・セリウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）から選択される常磁性体で構成されていることを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明に記載のファラデー回転子において、
上記接着性樹脂が、エポキシ系樹脂で構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るファラデー回転子によれば、
線膨張係数が略１０ｐｐｍである常磁性体から成るファラデー素子が、０℃〜６０℃下において線膨張係数が常磁性体と近似する３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂を用いて磁石体の貫通孔内に固定されている。そして、常磁性体と接着性樹脂の各線膨張係数が近似しているため、線膨張係数の差に起因した常磁性体における歪の発生が起こり難いことから上記常磁性体単体における消光比の低下が防止される。このため、ファラデー回転子が組み込まれた光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）において、所望とするアイソレーション特性の変動を未然に抑制することができる効果を有している。
【００２０】
更に、ファラデー素子を構成する常磁性体単体における消光比の低下が防止されていることから、消光比の低下を見込んで材料が選択される（すなわち、量産性に劣る割高の常磁性体材料を選択する）必要がないため、ファラデー回転子における製造コストの低減が図れる効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）は実施の形態に係る円柱状ファラデー素子の側面図、図１（Ｂ）は実施の形態に係る円柱状ファラデー素子の平面図。
【図２】実施の形態に係るファラデー回転子の概略構成説明図。
【図３】上記ファラデー回転子の構成部品である円柱状ファラデー素子単体の消光比を計測する測定系の構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明する。尚、図１（Ａ）は実施の形態に係る円柱状ファラデー素子の側面図、図１（Ｂ）はその平面図を示し、図２は実施の形態に係るファラデー回転子の概略構成を示す説明図である。
【００２３】
まず、実施の形態に係るファラデー回転子は、図２に示すように、光が透過する貫通孔を中心に有する筒状磁石体（単数の磁石体）２と、当該筒状磁石体２の貫通孔内に配置された円柱状ファラデー素子１とで構成されており、かつ、上記円柱状ファラデー素子１は、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂３を用いて筒状磁石体２の貫通孔内に接着固定されている。
【００２４】
上記筒状磁石体（単数の磁石体）２として、本実施の形態においては「サマリウムコバルト系磁石」を適用している。但し、他の磁石材料（例えば、ネオジウム鉄ボロン系磁石等）を用いることも可能であり、特許文献２、３に記載された複数の磁石体で構成される複合磁石の適用も可能である。
【００２５】
また、上記円柱状ファラデー素子１は、チョコラルスキー法で育成されたテルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）等の常磁性結晶（常磁性体）が適用されており、その線膨張係数は略１０ｐｐｍである。尚、ＴＧＧ以外のファラデー素子としては、例えば、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＡＧ（テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＳＬＡＧ（テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）、ＴＣＳＡＧ（テルビウム・セリウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット）等の常磁性結晶（常磁性体）が挙げられ、これら常磁性結晶の線膨張係数も概略１０ｐｐｍである。
【００２６】
また、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下の上記接着性樹脂３としては、エポキシ系樹脂（例えば、株式会社ダイゾー社製、製品名「ＮＢ４４００」および「ＮＢ３４００」）が適用されている。
【００２７】
そして、図２に示された実施の形態に係るファラデー回転子によれば、線膨張係数が略１０ｐｐｍの常磁性体（ＴＧＧ）で構成された円柱状ファラデー素子１が、０℃〜６０℃下において線膨張係数が上記常磁性体（ＴＧＧ）と近似する３０ｐｐｍ以下の接着性樹脂（エポキシ系樹脂）を用いて筒状磁石体２の貫通孔内に固定されており、円柱状ファラデー素子１を構成する常磁性体（ＴＧＧ）と接着性樹脂（エポキシ系樹脂）の各線膨張係数が近似しているため、線膨張係数の差に起因した常磁性体における歪の発生が起こり難いことから上記常磁性体（ＴＧＧ）単体における消光比の低下が防止される。このため、ファラデー回転子が組み込まれた光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）において、所望とするアイソレーション特性の変動を未然に抑制することが可能となる。
【００２８】
更に、線膨張係数が常磁性体（ＴＧＧ）と近似する３０ｐｐｍ以下の接着性樹脂（エポキシ系樹脂）を適用した上記ファラデー回転子によれば、円柱状ファラデー素子１を構成する常磁性体（ＴＧＧ）単体における消光比の低下が防止されることから、消光比の低下を見込んでファラデー素子の材料を選択する（すなわち、量産性に劣る割高の常磁性体材料を選択する）必要がないため、ファラデー回転子における製造コストの低減も図ることが可能となる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明する。
【００３０】
［実施例１］
図２に示すように、貫通孔を中心に有する筒状磁石体（単数の磁石体）２と、当該筒状磁石体２の貫通孔内に０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下の接着性樹脂３を用いて固定された円柱状ファラデー素子１とで構成される実施例１に係るファラデー回転子を製造した。
【００３１】
尚、上記接着性樹脂として、０℃〜６０℃下において線膨張係数が１８ｐｐｍのエポキシ系樹脂（株式会社ダイゾー社製、製品名「ＮＢ４４００」）を適用し、当該接着性樹脂を円柱状ファラデー素子１の外周面に塗布した後、筒状磁石体２の貫通孔内に挿入して貫通孔の内壁面に接着固定している。
【００３２】
また、上記円柱状ファラデー素子として、結晶単体での消光比が「３２ｄＢ」のテルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）を適用し、また、筒状磁石体（単数の磁石体）としてサマリウムコバルト系磁石を適用した。
【００３３】
［実施例２］
上記接着性樹脂として、０℃〜６０℃下において線膨張係数が２９ｐｐｍのエポキシ系樹脂（株式会社ダイゾー社製、製品名「ＮＢ３４００」）を適用した以外は実施例１と同様にして実施例２に係るファラデー回転子を製造した。
【００３４】
［比較例１］
上記接着性樹脂として、０℃〜６０℃下において線膨張係数が５４ｐｐｍのエポキシ系樹脂（株式会社ダイゾー社製、製品名「ＮＢ３２００」）を適用した以外は実施例１と同様にして比較例１に係るファラデー回転子を製造した。
【００３５】
［比較例２］
上記接着性樹脂として、０℃〜６０℃下において線膨張係数が８２ｐｐｍのエポキシ系樹脂（株式会社ダイゾー社製、製品名「ＮＢ３１００」）を適用した以外は実施例１と同様にして比較例２に係るファラデー回転子を製造した。
【００３６】
【表１】
2017049559.tif 000003
【００３７】
［ファラデー素子単体の消光比測定試験］
次に、図３に示す測定系を用いて、実施例１〜２および比較例１〜２に係るファラデー回転子における円柱状ファラデー素子単体の消光比を計測した。
【００３８】
尚、上記測定系は、ファラデー回転子が収容される恒温槽７と、当該恒温槽７を中央にしかつ収容されたファラデー回転子の光軸１ｂ上に配置されたグラントムソンプリズム４ａ、４ｂと、上記グラントムソンプリズム４ａの恒温槽７とは反対側に配置されたレーザ光源５、および、上記グラントムソンプリズム４ｂの恒温槽７とは反対側に配置された光検出器６とで構成されている。
【００３９】
そして、実施例１〜２および比較例１〜２に係るファラデー回転子を上記恒温槽７の中央に順次収容し、恒温槽７の温度を０℃〜６０℃まで変化させ、実施例１〜２および比較例１〜２に係るファラデー回転子における円柱状ファラデー素子単体の消光比を計測すると共に、最も低下した値を以下の表２に示す。
【００４０】
【表２】
2017049559.tif 000004
【００４１】
［確    認］
上記表２に示されているように、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍ以下である接着性樹脂を適用した実施例１〜２に係るファラデー回転子における円柱状ファラデー素子単体の消光比については低下が認められないのに対し、０℃〜６０℃下において線膨張係数が３０ｐｐｍを超える接着性樹脂（比較例１は５４ｐｐｍ、比較例２は８２ｐｐｍ）が適用された比較例１〜２に係るファラデー回転子における円柱状ファラデー素子単体の消光比については低下（比較例１は３２ｄＢから２８ｄＢ、比較例２は３２ｄＢから２２ｄＢ）が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るファラデー回転子によれば、当該ファラデー回転子が組み込まれる光アイソレータの動作温度範囲（０℃〜６０℃）において所望とするアイソレーション特性の変動を抑制できると共に低コストで製造できるため、適用波長が１μｍより短い光アイソレータに適用される産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００４３】
１  円柱状ファラデー素子
２  筒状磁石体（単数の磁石体）
３  接着性樹脂
４ａ  グラントムソンプリズム
４ｂ  グラントムソンプリズム
５  レーザ光源
６  光検出器
７  恒温槽
【図１】
2017049559.tif 000005
【図２】
2017049559.tif 000006
【図３】
2017049559.tif 000007