Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren des Herstellens eines optischen
Isolators, der zur Benutzung in optischer Kommunikation, optischer Messung
und ähnlichem dient und der den Faradayeffekt benutzt, und insbesondere auf
ein Verfahren des Herstellens eines optischen Isolators, der hervorragend in
der Umweltwiderstandsfähigkeit ist.
Hintergrundtechnik
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Kürzlich sind ein optisches Kommunikationssystem, das einen Halbleiterlaser
als Lichtquelle benutzt, und ein optisches Gerät, das einen Halbleiterlaser
verwendet, weitverbreitet benutzt worden und mehr und mehr im Umfang und im
Maße der Anwendungen ausgedehnt worden.
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Zum Verbessern der Genauigkeit und der Stabilität des optischen
Kommunikationssystemes und des optischen Gerätes des Types, wie er beschrieben wurde,
wird ein optischer Isolator für den Zweck des Entfernens eines
zurückkehrenden Lichtes zu dem Halbleiterlaser benutzt.
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Der optische Isolator weist optische Elemente einschließlich eines Polarisators,
eines Analysators und eines Faradayrotators, eines Permanentmagnetes zum
Erzeugen eines Magnetfeldes auf.
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Ein organischer Klebstoff ist bei einem herkömmlichen Verfahren zum
Befestigen und Ankleben eines jeden optischen Elementes an dem Halter benutzt
worden. Der organische Klebstoff ist jedoch schlecht in der Langzeitstabilität der
Klebekraft und wird in der Eigenschaft insbesondere aufgrund der Änderung
der Umweltbedingung wie die Temperatur und die Feuchtigkeit verschlechtert.
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Im Hinblick auf das obige ist für den optischen Isolator, der z. B. in einem
optischen Kommunikationszwischenverstärker benutzt wird, von dem verlangt
wird, daß er eine hohe Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer aufweist,
vorgeschlagen worden, den optischen Isolator durch Benutzung eines
Metallschmelzverbindungsverfahrens anstelle des herkömmlichen
Befestigungsverfahrens und der Benutzung des organischen Klebstoffes herzustellen.
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Das Ankleb- und Befestigungsverfahren, das das
Metallschmelzverbindungsverfahren benutzt, ist eine Technologie, die in den praktischen Gebrauch gebracht
wurde und in weiten Anwendungen wie bei Gasturbinenblättern, einem
Vakuumfenster eines Magnetrons oder einer Mikrowellenelektronenröhre und
einer Ausbreitungssenderröhre hoher Leistung und hoher Frequenz benutzt
wird. Bei dem optischen Isolator wird auf mindestens einem Umfangsbereich
mit Ausnahme eines Lichtdurchlaßabschnittes der optischen Elemente eine
metallisierte Schicht zur Befestigung durch Metallschmelzverbinden gebildet.
Der Halter und jedes optische Element werden miteinander durch Löten
verbunden.
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Jene Materialien, die beim Bilden der metallisierten Schicht benutzt werden,
sind in Abhängigkeit von Materialien unterschiedlich, die anzukleben sind.
Damit allgemein eine Klebekraft sichergestellt wird, wird eine Schicht, die aus
Cr, Ta, W, Ti, Mo, Ni oder Pt besteht, oder eine Schicht, die aus einer
Legierung besteht, die mindestens eines der oben erwähnten Metalle enthält, als eine
unterliegende Schicht gebildet. Au, Ni, Pt oder ähnliches wird als oberste
Schicht benutzt. Eine Zwischenschicht aus Ni oder Pt kann zwischen der
unterliegenden Schicht und der obersten Schicht gebildet sein.
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Als Schmelzverbindungsmetall wird Benutzung gemacht von Lötmaterialien wie
Au-Sn-Legierung, Pb-Sn-Legierung und Au-Ge-Legierung oder verschiedene
Arten von Hartlötmaterialien. Unter jenen wird die Au-Sn-Legierung als
Lötmaterial mit einer hohen Klebestärke und einer relativ niedrigen
Schmelztemperatur zur Benutzung bei der Befestigung durch Metallschmelzverbinden
bevorzugt, da sie hervorragend in der Klebestärke und der Arbeitseffektivität ist.
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Als Verfahren zum Bilden der oben erwähnten metallisierten Schicht sind ein
Naßvorgang durch Plattieren und ein Trockenvorgang durch
Vakuumabscheiden oder Sputtern bekannt. Unter jenen wird der Trockenvorgang oft benutzt
zum Verhindern des Auftretens von Fehlern, und daß Staub auf einer optischen
Oberfläche des optischen Elementes oder eines Antireflektionsfilmes anhaftet.
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Wenn jedoch ein metallisierter Film durch Vakuumabscheiden oder Sputtern
gebildet wird, gibt es ein ernstes Problem bei der Massenfertigung. Das
herkömmliche Metallisierungsverfahren weist Schritte des Bildens des
Antireflektionsfilmes auf der Oberfläche eines Blockes optischen Materiales, des
Schneidens desselben in Stücke mit einer Größe eines einzelnen optischen Elementes;
des Maskieren eines Lichtdurchlaßabschnittes des optischen Elementes 5 durch
die Metallmaske 7 so, daß der metallisierte Film nur auf unmaskierten
Abschnitten gebildet wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, auf, wobei das optische
Element 5 und eine Metallmaske 7 gegenseitig durch einen Substrathalter 6 und
eine Vorrichtung 8 fixiert sind, und weiter mit dem Ausführen des
Trockenvorganges derart, wie das Vakuumabscheiden oder das Sputtern zum Herstellen
des metallisierten Filmes.
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Bei der oben erwähnten Tätigkeit wird, da die optischen Elemente gesäubert
werden müssen und einzeln in die Vorrichtung gesetzt werden müssen, viel
Arbeitskraft dafür benötigt, und somit ist es schwierig, eine große Zahl von
optischen Elementen zu metallisieren.
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Zum Verbessern der Massenherstellung wird nach dem Bilden des
Antireflektionsfilmes (nicht gezeigt) auf dem Block optischen Materiales 1 mit einer
Größe derart, daß einige zehn der optischen Elemente 5 getrennt werden
können, der metallisierte Film 3 gebildet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, und danach
wird der Block optischen Materiales entlang der Linien geschnitten, die durch
die gestrichelte Linie in der Figur bezeichnet sind. Nur ein optisches Element
nach der Teilung ist in der Figur dargestellt. Es sind jedoch viele Produkte
ohne ausreichende Klebestärke hergestellt worden, bei denen die
Klebeabschnitte sich oft nach dem Schneiden oder nach dem Löten lösen. Dieses
resultiert in einer niedrigen Ausbeute, und es ist daher unmöglich, die Verbesserung
der Massenherstellung zu erzielen.
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen hochzuverlässigen optischen
Isolator vorzusehen, der mit Massenmetallisierung und hochzuverlässigem
Löten ausgeführt werden kann und der für Massenherstellung ausgelegt ist.
Offenbarung der Erfindung
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Diese Ausgabe wird gelöst durch ein Verfahren des Herstellens eines optischen
Isolators mit den Merkmalen des Anspruches.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Fig. 1(a) und (b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht
zur Benutzung bei der Beschreibung eines Umrisses eines herkömmlichen
Metallisierungsverfahren;
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Fig. 2 ist eine Ansicht, die einen Umriß eines älteren Verfahrens des
Herstellens eines optischen Elementes darstellt;
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Fig. 3(a) und (b) sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht zur Benutzung
bei der schematischen Beschreibung eines Ablösezustandes nach Löten;
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Fig. 4(a) bis (d) sind Ansichten, die Umrisse von Vorgängen gemäß einer
Ausführungsform dieser Erfindung darstellen; (a) stellt einen Zustand
eines Blockes optischen Materiales dar, bei dem Linienrillen gebildet
sind, (b) stellt einen anderen Zustand dar, bei dem metallisierte Filme
gebildet sind, (c) stellt einen Schneidezustand dar und (d) zeigt
Schnittansichten der optischen Elemente nach dem Schneiden; und
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Fig. 5 ist eine Ansicht, die einen Umriß eines Verfahrens des Testens einer
Klebestärke der Lötung darstellt.
Beste Art der Ausführung der Erfindung:
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Die vorliegenden Erfinder bildeten einen metallisierten Film auf der Oberfläche
eines groß bemessenen Blockes optischen Materiales in einem Gebiet
entsprechend einer Mehrzahl von optischen Elementen, trennten ihn in Stücke jeweils
mit einer Größe eines einzelnen optischen Elementes, löteten zum Bilden von
Proben, wobei bei einigen der metallisierte Film abgezogen war, und
beobachteten die abgelösten Abschnitte im einzelnen in seinem ausgebrochenen
Abschnitt. Als ein Resultat wurde offenbart, daß wie in Fig. 3(a) und (b) gezeigt
der abgezogene Abschnitt 15 nicht von dem metallisierten Film 3, sondern von
dem inneren des optischen Elementes, das durch das Bezugszeichen 14
bezeichnet ist, direkt unter dem metallisierten Film begann. Es wird daher
angenommen, daß das Ablösen durch eine starke Spannung verursacht wurde, die in
dem optischen Element aufgrund thermischen und mechanischen Auftreffens
verursacht wurde, die zwischen einer Schneideklinge und dem optischen
Element durch den metallisierten Film nach dem Schneiden auftrat.
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Folglich muß in dem Fall, in dem das Schneiden in optische Elemente nach dem
Bilden des metallisierten Filmes ausgeführt wird, der Schneideabschnitt von
dem metallisierten Film so entfernt sein, daß das thermische und das
mechanische Auftreffen nach dem Schneiden nicht die optischen Elemente beeinflußt.
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Gemäß dem oben erwähnten Schluß werden Linienrillen 2 vorläufig in dem
Block optischen Materiales 1 entlang der Schneidelinie gebildet oder
eingeritzt, wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, danach werden, wie in Fig. 4(b) gezeigt ist,
ein Antireflektionsfilm (nicht gezeigt) und der metallisierte Film 3 gebildet.
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Als nächstes wird, wie in Fig. 4(c) gezeigt ist, die Schneidetätigkeit unter
Benutzung einer Klinge mit einer Schneidebreite 4 kleiner als die Breite der oben
erwähnten Linienrillen 2 so ausgeführt, daß die Klinge und der metallisierte
Film nicht miteinander in Kontakt gebracht werden (wie durch den
schraffierten Abschnitt gezeigt ist, der durch die zwei gestrichelten Linien umgeben ist).
Als Resultat werden die einzelnen optischen Elemente erhalten, wie in Fig. 4(d)
gezeigt ist.
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Mit dem oben erwähnten Vorgang ist es möglich, die Spannung zu minimieren,
die in dem optischen Element direkt unter dem metallisierten Film erzeugt
wird. Somit wird das optische Element daran gehindert, daß nach dem Löten es
einem Ablösen unterliegt.
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Eine Beschreibung wird nun in Hinblick auf eine Ausführungsform dieser
Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik als ein Vergleichsbeispiel
gegeben.
(Ausführungsform)
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Wie schematisch in Fig. 4(a) gezeigt ist, werden acht Linienrillen 2 jeweils mit
einer Breite von 330 um und einer Tiefe von 350 um in einen Rotieleinkristall
(Block optischen Materiales) 1 mit einer Abmessung von 11,0 · 11,0 · 1,0
(mm) in einer 4 · 4 Gitterweise mit einem Abstand von 1,82 mm eingeritzt, so
daß der Einritzvorgang zum Erzielen von fünfundzwanzig optischen Elementen '
durchgeführt wurde. Als nächstes wurden der Antireflektionsfilm und der
metallisierte Film 3 gebildet, wie in Fig. 4(b) gezeigt ist. Die Fig. 4(a) und Fig.
4(b) zeigen jedoch nur neun optische Elemente. Danach wurde, wie in Fig. 4(c)
gezeigt ist, die Schneidetätigkeit entlang der Mitte einer jeden Rille mit einer
Klinge mit einer Schneidebreite 4 von 200 um ausgeführt, und somit wurden
fünfundzwanzig optische Elemente 5 eines 1,6 mm Quadrates mit den darauf
gebildeten metallisierten Filmen erhalten, wie in Fig. 4(d) gezeigt ist.
(Vergleichsbeispiel)
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Auf die Weise ähnlich wie bei der vorangehenden Ausführungsform wurde mit
der Ausnahme, daß die gitterarigen Rillen nicht gebildet wurden, der
Antireflektionsfilm und der metallisierte Film gebildet und die Schneidetätigkeit mit
einer Klinge mit einer Schneidebreite von 200 um zum Herstellen von
fünfundzwanzig optischen Elementen eines 1,6 mm Quadrates ausgeführt.
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Jedes der optischen Elemente mit den metallisierten Filmen der
Ausführungsform und des Vergleichsbeispieles wurden durch Löten an einem
goldplattiertem Edelstahlhalter verbunden, an dem ein Klebetest zum Messen einer
Klebestärke zwischen dem optischen Element und dem Halter ausgeführt wurde, und
das in der Tabelle 1 gezeigte Resultat wurde erhalten. Wie in Fig. 5 gezeigt ist,
wurde der Klebetest ausgeführt durch Befestigen des Halters 9 auf einem
Tragtisch 12, Aufbringen des optischen Elementes 5 und Ablesen der Last bei
dem Ablösen durch ein Schub-Zug-Meßgerät 13 als die Klebestärke.
Tabelle 1
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Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, ist zu verstehen, daß die
Ausführungsform dieser Erfindung die guten Produkte vorsieht, von denen alle eine relativ
starke Klebekraft nicht kleiner als 1kg aufweisen.
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Bei der Ausführungsform wurden verschiedene Klingen für den Ritzvorgang
und den Schneidevorgang vorbereitet. Die oben beschriebenen Ritz- und
Schneidevorgänge können jedoch durch die Benutzung der gleichen Klinge
ausgeführt werden. Das heißt, während des Ritzvorganges wird die Klinge
mehrere Male für eine Rille hinübergeführt, während ihr Abstand jedesmal
verschoben wird. Bei dem Schneidevorgang wird die Klinge nur einmal hinüber
geführt.
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Bei der Ausführungsform dieser Erfindung weisen die Linienrillen 2 einen
rechteckigen Querschnitt auf, wie in Fig. 3(c) gezeigt ist. Der Schnitt kann
jedoch ein Polygon sein wie ein Dreieck oder ein Trapez, ein Halbkreis oder eine
Elipse, solange kein direkter thermischer und mechanischer Aufschlag
aufgenommen wird, der durch die Klinge und den Block optischen Materiales
während des Schneidevorganges verursacht wird.
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Weiterhin werden in dem Fall, in dem der metallisierte Film auf beiden
Oberfläche des Blockes optischen Materiales gebildet ist, die Linienrillen vorläufig
in beiden Oberflächen gebildet. Somit ist diese Erfindung nicht auf die
vorängehende Ausführungsform begrenzt.
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Wie oben beschrieben wurde werden gemäß dieser Erfindung die Linienrillen
vorläufig auf den optischen Elementen gebildet, wodurch es möglich ist,
Massenmetallisierungen durchzuführen, Löten mit hoher Zuverlässigkeit
durchzuführen und daher die optischen Isolatoren mit einer hohen Zuverlässigkeit
durch Massenproduktion herzustellen.
Industrielle Anwendung
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Wie oben beschrieben wurde, ist es bei dem Verfahren des Herstellens des
optischen Isolators gemäß dieser Erfindung möglich, optische Isolatoren mit
Massenproduktion herzustellen, die zur Benutzung bei optischer
Kommunikation, optischer Messung oder ähnliches dienen und den Faradayeffekt benutzen.
Der Isolator weist eine hohe Zuverlässigkeit auf und ist insbesondere
hervorragend in der Umweltwiderstandsfähigkeit. Somit kann er auf verschiedene Arten
optischer Isolatoren angewendet werden.