JP2000310750A - 光アイソレータ及びそれを用いた光モジュール - Google Patents
光アイソレータ及びそれを用いた光モジュールInfo
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- JP2000310750A JP2000310750A JP11120404A JP12040499A JP2000310750A JP 2000310750 A JP2000310750 A JP 2000310750A JP 11120404 A JP11120404 A JP 11120404A JP 12040499 A JP12040499 A JP 12040499A JP 2000310750 A JP2000310750 A JP 2000310750A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 究極的に薄型化，小型化が実現可能で、しか
も結合損失の小さな優れた光アイソレータを提供するこ
と。 【解決手段】 ファラデー効果が生じる磁気光学体１の
光入出射面１ａ，１ｂに偏光子２，３が配設して成るも
のであって、偏光子２，３が透光性を有する接着材を介
して接合されて成り、偏光子２，３は少なくとも誘電体
９，１１中に光学異方性を有する金属粒子８ａ，１０ａ
が分散されて成る偏光層を備えていることを特徴とする
光アイソレータＳとする。
も結合損失の小さな優れた光アイソレータを提供するこ
と。 【解決手段】 ファラデー効果が生じる磁気光学体１の
光入出射面１ａ，１ｂに偏光子２，３が配設して成るも
のであって、偏光子２，３が透光性を有する接着材を介
して接合されて成り、偏光子２，３は少なくとも誘電体
９，１１中に光学異方性を有する金属粒子８ａ，１０ａ
が分散されて成る偏光層を備えていることを特徴とする
光アイソレータＳとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器や光情
報処理装置等に好適に使用される光アイソレータ及びそ
れを用いた光モジュールに関するものである。
報処理装置等に好適に使用される光アイソレータ及びそ
れを用いた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＡＴＶや公衆通信等の分野にお
いて、光ファイバ通信が行われているが、従来より、高
速で高信頼性の光モジュールが、同軸型あるいはデュア
ル−インライン（Dual-inline ）型と呼ばれる構造で実
現されており、これらは主に幹線系と呼ばれる領域で既
に実用化されている。
いて、光ファイバ通信が行われているが、従来より、高
速で高信頼性の光モジュールが、同軸型あるいはデュア
ル−インライン（Dual-inline ）型と呼ばれる構造で実
現されており、これらは主に幹線系と呼ばれる領域で既
に実用化されている。
【０００３】これに対し最近では、光モジュールを小型
化しコストを低減させるために、Ｓｉ（シリコン）基板
上で半導体レーザと光ファイバとを機械的精度のみで、
高精度に位置決め実装する技術を用いた表面実装型の光
モジュールが盛んに開発されている。
化しコストを低減させるために、Ｓｉ（シリコン）基板
上で半導体レーザと光ファイバとを機械的精度のみで、
高精度に位置決め実装する技術を用いた表面実装型の光
モジュールが盛んに開発されている。
【０００４】上記いずれの光モジュールにおいても、反
射戻り光を防止する光アイソレータが必要とされるが、
後者のような表面実装型の高速用光モジュールでは、光
アイソレータに対しても小型化が要求される。
射戻り光を防止する光アイソレータが必要とされるが、
後者のような表面実装型の高速用光モジュールでは、光
アイソレータに対しても小型化が要求される。
【０００５】光アイソレータは、光の伝播方向に対して
は光を殆ど減衰することなく伝送させ（順方向）、その
反対方向（逆方向）には光を伝送しないものであり、１
方向のみに光を伝送する非相反光デバイスである。
は光を殆ど減衰することなく伝送させ（順方向）、その
反対方向（逆方向）には光を伝送しないものであり、１
方向のみに光を伝送する非相反光デバイスである。
【０００６】光アイソレータの基本構成及びその作用は
以下の通りである。すなわち、図４（ａ）に示すよう
に、光アイソレータＪは、ファラデー回転子５０の光入
出力側に互いに偏光させる方向の異なる偏光子５１，５
２が配設されて成るものである。偏光子５１に順方向の
光ｈ１を入射させると、偏光子５１を通過した光ｈ２は
偏光面（光の偏波面）が選択されたものとなり、さら
に、ファラデー回転子５０を通過した光ｈ３は偏光面が
４５°回転させられ、偏光子５２を通過した光ｈ４は光
ｈ３と同一の偏光面を有したものとなる。
以下の通りである。すなわち、図４（ａ）に示すよう
に、光アイソレータＪは、ファラデー回転子５０の光入
出力側に互いに偏光させる方向の異なる偏光子５１，５
２が配設されて成るものである。偏光子５１に順方向の
光ｈ１を入射させると、偏光子５１を通過した光ｈ２は
偏光面（光の偏波面）が選択されたものとなり、さら
に、ファラデー回転子５０を通過した光ｈ３は偏光面が
４５°回転させられ、偏光子５２を通過した光ｈ４は光
ｈ３と同一の偏光面を有したものとなる。
【０００７】また、図４（ｂ）に示すように、逆方向の
光である戻り光ｈ５は、偏光子５２を通過すると光ｈ６
は偏光面が選択されたものとなり、さらにファラデー回
転子５０を通過した光ｈ７は、光の進行方向に対し、偏
光面が順方向の時とは逆回りに４５°回転するため、偏
光子５１の偏光させる方向とは９０°ずれることにな
り、偏光子５１で光が遮断される。
光である戻り光ｈ５は、偏光子５２を通過すると光ｈ６
は偏光面が選択されたものとなり、さらにファラデー回
転子５０を通過した光ｈ７は、光の進行方向に対し、偏
光面が順方向の時とは逆回りに４５°回転するため、偏
光子５１の偏光させる方向とは９０°ずれることにな
り、偏光子５１で光が遮断される。
【０００８】このような光アイソレータは、従来より、
偏光子及びファラデー回転子をそれぞれのフォルダに保
持した後に、ＳＵＳ（ステンレス）等の鏡筒内に実装す
る方法や、単にバルク状の偏光子とバルク状のファラデ
ー回転子を直接接合したような構成がとられている。な
お、この偏光子には、偏光ガラスと呼ばれるガラス基体
中に針状の金属粒子を分散させたもの、また、ファラデ
ー回転子には、ビスマス置換ガドリウム・鉄・ガーネッ
ト（ＧｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12が一般的に使用されてい
る。
偏光子及びファラデー回転子をそれぞれのフォルダに保
持した後に、ＳＵＳ（ステンレス）等の鏡筒内に実装す
る方法や、単にバルク状の偏光子とバルク状のファラデ
ー回転子を直接接合したような構成がとられている。な
お、この偏光子には、偏光ガラスと呼ばれるガラス基体
中に針状の金属粒子を分散させたもの、また、ファラデ
ー回転子には、ビスマス置換ガドリウム・鉄・ガーネッ
ト（ＧｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12が一般的に使用されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光アイソレータは小型化が要求される光モジュール内に
使用するには厚過ぎるため、例えば表面実装型の場合、
偏光子５１，５２とファラデー回転子５０が直接接合さ
れたものが望まれているものの、偏光子５１，５２の厚
さは１個当たり２００μｍ程度まで、また、ファラデー
回転子５０のファラデー効果を生じさせる磁気光学体の
厚さは、光を回転させる限界の厚みが２５０μｍ程度な
ので、これより薄く加工させることができず、光アイソ
レータ全体の厚みはせいぜい６５０μｍ程度までが限界
となる。
光アイソレータは小型化が要求される光モジュール内に
使用するには厚過ぎるため、例えば表面実装型の場合、
偏光子５１，５２とファラデー回転子５０が直接接合さ
れたものが望まれているものの、偏光子５１，５２の厚
さは１個当たり２００μｍ程度まで、また、ファラデー
回転子５０のファラデー効果を生じさせる磁気光学体の
厚さは、光を回転させる限界の厚みが２５０μｍ程度な
ので、これより薄く加工させることができず、光アイソ
レータ全体の厚みはせいぜい６５０μｍ程度までが限界
となる。
【００１０】そして、光モジュール内に光アイソレータ
を実装する際に、効率の良い光結合を得るために、ボー
ルレンズ，ＧＲＩＮレンズを使用しなければならない。
すなわち、図５に示すように、基板５８上に半導体レー
ザ５３、ボールレンズ５４、光アイソレータ５５、ＧＲ
ＩＮレンズ５６、光ファイバ５７がこの順番で配設され
て成る光モジュールＫにおいて、半導体レーザ５３から
出射された光は、ボールレンズ５４にて平行光とされ、
光アイソレータ５５を通過してＧＲＩＮレンズ５６で集
光され、光ファイバ５７に結合される。なお、５９，６
０は半導体レーザ５３の電力供給用電極である。これに
より、基板５８に実装する部品数が増大したり、光モジ
ュールＫの組立作業が煩雑となるなど問題であった（例
えば、特許第２８４６９８１号公報等を参照）。
を実装する際に、効率の良い光結合を得るために、ボー
ルレンズ，ＧＲＩＮレンズを使用しなければならない。
すなわち、図５に示すように、基板５８上に半導体レー
ザ５３、ボールレンズ５４、光アイソレータ５５、ＧＲ
ＩＮレンズ５６、光ファイバ５７がこの順番で配設され
て成る光モジュールＫにおいて、半導体レーザ５３から
出射された光は、ボールレンズ５４にて平行光とされ、
光アイソレータ５５を通過してＧＲＩＮレンズ５６で集
光され、光ファイバ５７に結合される。なお、５９，６
０は半導体レーザ５３の電力供給用電極である。これに
より、基板５８に実装する部品数が増大したり、光モジ
ュールＫの組立作業が煩雑となるなど問題であった（例
えば、特許第２８４６９８１号公報等を参照）。
【００１１】また、上記のようなレンズを使用せずに、
二つの光ファイバとの間に光アイソレータを実装する方
法が提案されているが、この場合でも光アイソレータが
厚いので、光アイソレータの介在により光ファイバ間の
距離が長くなり、光ファイバとして特殊なコア拡大光フ
ァイバを使用しなければならない（例えば、１９９２年
電子情報通信学会秋季大会予稿集Ｃ−２２９を参照）。
このように、コア拡大光ファイバを使用することはコス
トを増大させるだけでなく、たとえコア拡大光ファイバ
を用いたとしても、結合損失が大きく光モジュールとし
て十分に機能させることはできない。
二つの光ファイバとの間に光アイソレータを実装する方
法が提案されているが、この場合でも光アイソレータが
厚いので、光アイソレータの介在により光ファイバ間の
距離が長くなり、光ファイバとして特殊なコア拡大光フ
ァイバを使用しなければならない（例えば、１９９２年
電子情報通信学会秋季大会予稿集Ｃ−２２９を参照）。
このように、コア拡大光ファイバを使用することはコス
トを増大させるだけでなく、たとえコア拡大光ファイバ
を用いたとしても、結合損失が大きく光モジュールとし
て十分に機能させることはできない。
【００１２】そこで本発明は、究極的に薄型化，小型化
が実現可能で、しかも結合損失の小さな優れた光アイソ
レータを提供することを目的とする。
が実現可能で、しかも結合損失の小さな優れた光アイソ
レータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するに、
本発明の光アイソレータは、ファラデー効果が生じる磁
気光学体の光入出射面に偏光子が配設して成るものであ
って、例えば偏光子が透光性を有する接着材を介して接
合されて成るものである。そして、偏光子は少なくとも
誘電体中に光学異方性を有する金属粒子が分散されて成
る偏光層を備えていることを特徴とする。特に、偏光子
の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする。また偏
光層は、金属粒子層（島状金属層）と誘電体層とを交互
に積層して成るものとすれば、薄膜形成法等により作製
が容易であり、究極的に薄型化，小型化を実現させた性
能の非常に優れた偏光子とすることができる。
本発明の光アイソレータは、ファラデー効果が生じる磁
気光学体の光入出射面に偏光子が配設して成るものであ
って、例えば偏光子が透光性を有する接着材を介して接
合されて成るものである。そして、偏光子は少なくとも
誘電体中に光学異方性を有する金属粒子が分散されて成
る偏光層を備えていることを特徴とする。特に、偏光子
の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする。また偏
光層は、金属粒子層（島状金属層）と誘電体層とを交互
に積層して成るものとすれば、薄膜形成法等により作製
が容易であり、究極的に薄型化，小型化を実現させた性
能の非常に優れた偏光子とすることができる。
【００１４】また、本発明の光モジュールは、基板上
に、発光又は受光を行う光素子と、該光素子に光接続さ
せる光導波体とを上記光アイソレータを介して光接続す
るように配設したことを特徴とする。
に、発光又は受光を行う光素子と、該光素子に光接続さ
せる光導波体とを上記光アイソレータを介して光接続す
るように配設したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づき詳細に説明する。
図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】図１に示すように、光アイソレータＳは、
ファラデー効果が生じる磁気光学体１の光入出射面１
ａ，１ｂに、偏光子２，３が透光性を有する接着材４，
５を介して接合されて成るものである。
ファラデー効果が生じる磁気光学体１の光入出射面１
ａ，１ｂに、偏光子２，３が透光性を有する接着材４，
５を介して接合されて成るものである。
【００１７】ここで、磁気光学体１は液相エピタキシャ
ル法などにより育成されたビスマス置換ガドリウム・鉄
・ガーネット（ＧｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12膜や、ビスマス
置換ガドリウム・鉄・アルミニウム・ガリウム・ガーネ
ット（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12膜、磁性微
粒子を半導体中に分散させたもの、あるいは磁性体と誘
電体を交互に積層した磁気誘電体多層膜等を使用し、そ
の厚みは３００μｍ未満とする。なお、この磁気光学体
１にはファラデー回転子を成すために磁石を周囲に配設
するものでもよいし、自発磁化を有する材料を使用して
磁石を不要としたものでもよい。
ル法などにより育成されたビスマス置換ガドリウム・鉄
・ガーネット（ＧｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12膜や、ビスマス
置換ガドリウム・鉄・アルミニウム・ガリウム・ガーネ
ット（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12膜、磁性微
粒子を半導体中に分散させたもの、あるいは磁性体と誘
電体を交互に積層した磁気誘電体多層膜等を使用し、そ
の厚みは３００μｍ未満とする。なお、この磁気光学体
１にはファラデー回転子を成すために磁石を周囲に配設
するものでもよいし、自発磁化を有する材料を使用して
磁石を不要としたものでもよい。
【００１８】また、偏光子２，３はそれぞれ、ＢＫ７，
ＢＫ１（ＢＫ７，ＢＫ１はそれぞれホーヤ社の登録商
標），パイレックス（コーニング社の登録商標）等のほ
う珪酸塩ガラス等から成る誘電体基板６，７の各一主面
上に、Ａｇ，Ｃｕ、Ｆｅ等の１種以上から成る光吸収異
方性を有する金属粒子８ａが多数分散された金属粒子層
（島状金属層）８，１０と、上記基板６，７と同様な材
質から成る誘電体層９，１１を交互に積層させて成る偏
光層を有するものであり、さらに、基板６，７の他主面
には、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の多層膜やフッ化
マグネシウム（ＭｇＦ2 ）の多層膜等から成る反射防止
膜を０．１〜１μｍ程度にスパッタリング等の薄膜形成
法により形成し、全体として厚みが２〜２０μｍ程度と
したものである。なお、金属粒子層８，１０と誘電体層
９，１１との交互積層により、金属粒子８ａは誘電体層
９中に、金属粒子１０ａは誘電体層１１中に埋め込まれ
た状態となる。すなわち、誘電体中に金属粒子が分散さ
れた状態となる。
ＢＫ１（ＢＫ７，ＢＫ１はそれぞれホーヤ社の登録商
標），パイレックス（コーニング社の登録商標）等のほ
う珪酸塩ガラス等から成る誘電体基板６，７の各一主面
上に、Ａｇ，Ｃｕ、Ｆｅ等の１種以上から成る光吸収異
方性を有する金属粒子８ａが多数分散された金属粒子層
（島状金属層）８，１０と、上記基板６，７と同様な材
質から成る誘電体層９，１１を交互に積層させて成る偏
光層を有するものであり、さらに、基板６，７の他主面
には、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の多層膜やフッ化
マグネシウム（ＭｇＦ2 ）の多層膜等から成る反射防止
膜を０．１〜１μｍ程度にスパッタリング等の薄膜形成
法により形成し、全体として厚みが２〜２０μｍ程度と
したものである。なお、金属粒子層８，１０と誘電体層
９，１１との交互積層により、金属粒子８ａは誘電体層
９中に、金属粒子１０ａは誘電体層１１中に埋め込まれ
た状態となる。すなわち、誘電体中に金属粒子が分散さ
れた状態となる。
【００１９】金属粒子８ａと１０ａはそれらの長軸が互
いに４５°異なるように形成されており、最適な消光比
を得るために、個数密度は３〜３５個／μｍ2 ，アスペ
クト比は１〜３０程度とする。
いに４５°異なるように形成されており、最適な消光比
を得るために、個数密度は３〜３５個／μｍ2 ，アスペ
クト比は１〜３０程度とする。
【００２０】そして、これら偏光子２，３は透光性で厚
みが１〜３μｍ程度のＵＶ硬化樹脂，エポキシ系樹脂等
の接着材４，５を介して磁気光学体１の入出射面に接合
される。なお、このような接着材４，５を使用せずに、
磁気光学体１と偏光子２，３との間の複数箇所に点状に
半田や低融点ガラス等の接着材を付着させて磁気光学体
１と偏光子２，３を接続するようにしてもよい。
みが１〜３μｍ程度のＵＶ硬化樹脂，エポキシ系樹脂等
の接着材４，５を介して磁気光学体１の入出射面に接合
される。なお、このような接着材４，５を使用せずに、
磁気光学体１と偏光子２，３との間の複数箇所に点状に
半田や低融点ガラス等の接着材を付着させて磁気光学体
１と偏光子２，３を接続するようにしてもよい。
【００２１】上記のように構成されタ光アイソレータＳ
は、光の順方向においては入射光Ｌ１はＬ２となり、光
の伝播方向に対しては光を殆ど減衰することなく伝送さ
せ、その反対方向（逆方向）には光を伝送しないように
することができる。なお、光アイソレータＳの原理につ
いては、既に図４（ａ），（ｂ）を用いて説明したので
説明を省略する。
は、光の順方向においては入射光Ｌ１はＬ２となり、光
の伝播方向に対しては光を殆ど減衰することなく伝送さ
せ、その反対方向（逆方向）には光を伝送しないように
することができる。なお、光アイソレータＳの原理につ
いては、既に図４（ａ），（ｂ）を用いて説明したので
説明を省略する。
【００２２】光アイソレータＳは以下のような方法で作
製する。
製する。
【００２３】まず、スパッタ装置等の薄膜形成装置を用
いて、基板６，７上に金属粒子層（島状金属層）８，１
０を成膜する。次に、誘電体層９，１１を成膜するが、
誘電体層９，１１の材質としては、基板６，７と同じ材
質が好ましい。なぜならば、基板６，７の材料と誘電体
層１５の材質が異なると、熱膨張係数の違いから膜応力
が発生し、その結果、誘電体層間で剥離が生じ、金属粒
子８ａ，１０ａに異方性（光吸収異方性）を付与するこ
とができないためである。
いて、基板６，７上に金属粒子層（島状金属層）８，１
０を成膜する。次に、誘電体層９，１１を成膜するが、
誘電体層９，１１の材質としては、基板６，７と同じ材
質が好ましい。なぜならば、基板６，７の材料と誘電体
層１５の材質が異なると、熱膨張係数の違いから膜応力
が発生し、その結果、誘電体層間で剥離が生じ、金属粒
子８ａ，１０ａに異方性（光吸収異方性）を付与するこ
とができないためである。
【００２４】金属粒子層８，１０と誘電体層９，１１を
所望の消光比が得られるように交互に積層させる。４０
ｄＢ以上の消光比が得られ且つ剥離しないようにするた
めに好ましくは５層〜２０層程度が良い。さらに、基板
６，７の軟化点付近（６１０〜６５０℃）にて加熱しな
がら延伸を行うことにより、金属粒子８ａ，１０ａに異
方性を付与し、所望の偏光特性を得る。
所望の消光比が得られるように交互に積層させる。４０
ｄＢ以上の消光比が得られ且つ剥離しないようにするた
めに好ましくは５層〜２０層程度が良い。さらに、基板
６，７の軟化点付近（６１０〜６５０℃）にて加熱しな
がら延伸を行うことにより、金属粒子８ａ，１０ａに異
方性を付与し、所望の偏光特性を得る。
【００２５】また、１層あたりの誘電体層９，１１の厚
さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。なぜなら
ば、１０ｎｍ以下では、金属粒子を埋め込むことができ
ず、大きな異方性を付与できず、また、１００ｎｍ以上
では、膜の応力が大きくなることにより剥離が生じ、積
層が不可能となるからである。
さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。なぜなら
ば、１０ｎｍ以下では、金属粒子を埋め込むことができ
ず、大きな異方性を付与できず、また、１００ｎｍ以上
では、膜の応力が大きくなることにより剥離が生じ、積
層が不可能となるからである。
【００２６】次に、偏光子２，３をファラデー回転子を
成す磁気光学体３と張り合わせ接合する。この接合は偏
光子２，３の偏光層側を磁気光学体３側に向け接着する
こととし、また、偏光子２の金属粒子８ａと偏光子３の
金属粒子１０ａとが互いに４５度偏光方向が異なるよう
に配置しながら接合を行うものとする。
成す磁気光学体３と張り合わせ接合する。この接合は偏
光子２，３の偏光層側を磁気光学体３側に向け接着する
こととし、また、偏光子２の金属粒子８ａと偏光子３の
金属粒子１０ａとが互いに４５度偏光方向が異なるよう
に配置しながら接合を行うものとする。
【００２７】その後、偏光子２，３の基板６，７をＣＭ
Ｐ等の装置で研摩し、さらに、この研磨面にスパッタリ
ングで反射防止膜１２，１３を被着形成させて、偏光子
２，３の全体の厚みを２μｍ程度まで薄くすることがで
き、光アイソレータ全体の厚みを、ほぼ従来のファラデ
ー回転子の限界の厚さに近い厚みにまで薄くすることが
できる。
Ｐ等の装置で研摩し、さらに、この研磨面にスパッタリ
ングで反射防止膜１２，１３を被着形成させて、偏光子
２，３の全体の厚みを２μｍ程度まで薄くすることがで
き、光アイソレータ全体の厚みを、ほぼ従来のファラデ
ー回転子の限界の厚さに近い厚みにまで薄くすることが
できる。
【００２８】かくして、このように作製された光アイソ
レータは、偏光子２，３の厚さが２０μｍ以下となり、
光アイソレータ自体の厚さも３００μｍ以下の厚さとす
ることが可能となる。
レータは、偏光子２，３の厚さが２０μｍ以下となり、
光アイソレータ自体の厚さも３００μｍ以下の厚さとす
ることが可能となる。
【００２９】なお、上記作製方法の他に、ＥＢ（電子ビ
ーム）描画により、磁気光学体３上に直接金属のパター
ンを作製し、金属粒子層８，１０と誘電体層９，１１の
パターンを所望の層数、積層してもよい。
ーム）描画により、磁気光学体３上に直接金属のパター
ンを作製し、金属粒子層８，１０と誘電体層９，１１の
パターンを所望の層数、積層してもよい。
【００３０】上記光アイソレータＳの光モジュールへの
適用例を図２（ａ），（ｂ）に示す。半導体レーザ２１
と光ファイバ２２，２３を実装するために電極２４と光
ファイバ２２，２３を搭載するＶ溝２５，２６が高精度
に、異方性エッチングにより作製されている基板（Ｓｉ
プラットフォーム）２０に、半導体レーザ２１、光ファ
イバ２２，２３を実装する。さらに、これら光ファイバ
２２，２３の間には上記光アイソレータＳを実装する。
適用例を図２（ａ），（ｂ）に示す。半導体レーザ２１
と光ファイバ２２，２３を実装するために電極２４と光
ファイバ２２，２３を搭載するＶ溝２５，２６が高精度
に、異方性エッチングにより作製されている基板（Ｓｉ
プラットフォーム）２０に、半導体レーザ２１、光ファ
イバ２２，２３を実装する。さらに、これら光ファイバ
２２，２３の間には上記光アイソレータＳを実装する。
【００３１】以下に、光ファイバ間距離と結合損失の関
係式を示す。
係式を示す。
【００３２】 Ｔｇ＝〔１＋（λＧ／３０πｎ）2 〕-1 （Ｔｇ：結合損失 λ：波長 Ｇ：光ファイバ間隔
ｎ：屈折率 Ｔｇ：結合損失） 一般的に、光ファイバに先球光ファイバ、テーパー先球
光ファイバ、微小レンズ付き光ファイバ等を使用した場
合、光ファイバ間での結合効率は−４．５ｄＢ以上が要
求される（現在、通信用に使用される半導体レーザの最
大出力は３０ｍＷ程度であり、光モジュールの出力とし
て要求される出力は５ｍＷであるので、この比率より算
出すると要求される結合効率は−４．５ｄＢとなる）。
そのため、波長１．３１〜１．５５μｍ、屈折率１．６
〜１．８とした場合、Ｔｇが４．５ｄＢ以下となるのは
３００μｍ以下であり、光アイソレータの厚さは、３０
０μｍ以下にすることが必要となる（図３を参照）。
ｎ：屈折率 Ｔｇ：結合損失） 一般的に、光ファイバに先球光ファイバ、テーパー先球
光ファイバ、微小レンズ付き光ファイバ等を使用した場
合、光ファイバ間での結合効率は−４．５ｄＢ以上が要
求される（現在、通信用に使用される半導体レーザの最
大出力は３０ｍＷ程度であり、光モジュールの出力とし
て要求される出力は５ｍＷであるので、この比率より算
出すると要求される結合効率は−４．５ｄＢとなる）。
そのため、波長１．３１〜１．５５μｍ、屈折率１．６
〜１．８とした場合、Ｔｇが４．５ｄＢ以下となるのは
３００μｍ以下であり、光アイソレータの厚さは、３０
０μｍ以下にすることが必要となる（図３を参照）。
【００３３】かくして、上記光アイソレータＳを、光フ
ァイバ２２，２３間に実装すれば、レンズを使用しなく
とも低結合損失にて接続が可能となり、著しく小型化が
実現された簡単な構造の光モジュールを作製することが
可能となる。また、このように作製された光アイソレー
タは、光通信機器や光情報処理等に使用される光モジュ
ール内で好適に使用することができる。
ァイバ２２，２３間に実装すれば、レンズを使用しなく
とも低結合損失にて接続が可能となり、著しく小型化が
実現された簡単な構造の光モジュールを作製することが
可能となる。また、このように作製された光アイソレー
タは、光通信機器や光情報処理等に使用される光モジュ
ール内で好適に使用することができる。
【００３４】なお、本実施形態では、偏光子が誘電体基
板上に金属粒子層と誘電体層とが交互に積層された構成
を成すものを例にとり説明したが、このような構成に限
定されるものではなく、例えば、同時スパッタ法及び熱
塑性加工法等により、１層以上の誘電体層中に金属粒子
が分散された偏光層を備えた偏光子を構成することがで
きる。また、光導波体として光ファイバを例にとり説明
したが、基板上に金属等を熱拡散するなどして得た光導
波路に対しても本発明を適用してもよく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
板上に金属粒子層と誘電体層とが交互に積層された構成
を成すものを例にとり説明したが、このような構成に限
定されるものではなく、例えば、同時スパッタ法及び熱
塑性加工法等により、１層以上の誘電体層中に金属粒子
が分散された偏光層を備えた偏光子を構成することがで
きる。また、光導波体として光ファイバを例にとり説明
したが、基板上に金属等を熱拡散するなどして得た光導
波路に対しても本発明を適用してもよく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００３５】
【実施例】〔実施例１〕まず、偏光層を形成する基板と
して７６ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの大きさのＢＫ７ガラ
スを用意した。また、交互積層させる金属粒子層，誘電
体層を成膜する装置としては、多元マグネトロンスパッ
タ装置を使用し、このターゲットには図１における金属
粒子８ａ，１０ａにはＣｕを、誘電体層９，１１にはＢ
Ｋ７ガラスを使用した。さらに、スパッタリングガスに
Ａｒを利用した。
して７６ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの大きさのＢＫ７ガラ
スを用意した。また、交互積層させる金属粒子層，誘電
体層を成膜する装置としては、多元マグネトロンスパッ
タ装置を使用し、このターゲットには図１における金属
粒子８ａ，１０ａにはＣｕを、誘電体層９，１１にはＢ
Ｋ７ガラスを使用した。さらに、スパッタリングガスに
Ａｒを利用した。
【００３６】Ｃｕのスパッタ条件は、ＲＦパワー２０
Ｗ，スパッタ圧２．０×１０-3 Torrとし、このときの
Ａｒガスの流量を１０ｃｃｍとした。また、Ｃｕ粒子層
の膜厚を２４ｎｍに設定し、Ｃｕ粒子を成長させるた
め、成膜直後に５００℃，６０分の熱処理を行った。こ
こで、Ｃｕ粒子層の膜厚は上記スパッタ条件にて、２０
分間成膜したものの膜厚を測定し、成膜速度を算出し、
この値から導きだしたものである。
Ｗ，スパッタ圧２．０×１０-3 Torrとし、このときの
Ａｒガスの流量を１０ｃｃｍとした。また、Ｃｕ粒子層
の膜厚を２４ｎｍに設定し、Ｃｕ粒子を成長させるた
め、成膜直後に５００℃，６０分の熱処理を行った。こ
こで、Ｃｕ粒子層の膜厚は上記スパッタ条件にて、２０
分間成膜したものの膜厚を測定し、成膜速度を算出し、
この値から導きだしたものである。
【００３７】次に、Ｃｕ粒子を誘電体層であるガラス中
に埋め込むため、上記条件にて作製したＣｕ粒子層の上
から、基板材料と同じＢＫ７ガラスを１５０ｎｍ成膜し
た。上記工程を１０回繰り返し、金属粒子が誘電体層に
埋め込まれた層が合計１０層から成る偏光層を基板上に
作製した。次いで、上記サンプルを６２５℃にて４５ｋ
ｇ／ｍｍ2 の応力で延伸を行った。
に埋め込むため、上記条件にて作製したＣｕ粒子層の上
から、基板材料と同じＢＫ７ガラスを１５０ｎｍ成膜し
た。上記工程を１０回繰り返し、金属粒子が誘電体層に
埋め込まれた層が合計１０層から成る偏光層を基板上に
作製した。次いで、上記サンプルを６２５℃にて４５ｋ
ｇ／ｍｍ2 の応力で延伸を行った。
【００３８】これにより、消光比４０ｄＢ、挿入損失
０．１ｄＢ、偏光層の厚みが０．５μｍの偏光子を二つ
作製することができた。
０．１ｄＢ、偏光層の厚みが０．５μｍの偏光子を二つ
作製することができた。
【００３９】その後、磁気光学体の両面（入出射面）
に、偏光層が成膜されている面を内側にして、二つの偏
光子を貼り付けた。この接着には、エポキシ系の紫外線
硬化性樹脂を用いた。なお、磁気光学体３には２５０μ
ｍ厚みになるように、液相エピタキシャル法等により育
成されたビスマス置換ガドリウム・鉄・ガーネット（Ｇ
ｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12厚膜を用いた。
に、偏光層が成膜されている面を内側にして、二つの偏
光子を貼り付けた。この接着には、エポキシ系の紫外線
硬化性樹脂を用いた。なお、磁気光学体３には２５０μ
ｍ厚みになるように、液相エピタキシャル法等により育
成されたビスマス置換ガドリウム・鉄・ガーネット（Ｇ
ｄＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12厚膜を用いた。
【００４０】その後、各偏光子の基板をＣＰＭ装置によ
り研磨することにより、全体の厚さが２７０μｍの光ア
イソレータを作製した。
り研磨することにより、全体の厚さが２７０μｍの光ア
イソレータを作製した。
【００４１】〔実施例２〕ファラデー回転子としてＢ
ｉ：ＹＩＧとＳｉＯ2 を交互に積層し、且つ、それぞれ
の厚さは不規則なものを用い、このファラデー回転子の
光入出射面に実施例１と同様にして作製した偏光子を、
実施例１と同様な紫外線硬化性樹脂を用い偏光層が成膜
されている面を内側にして貼り付けた。
ｉ：ＹＩＧとＳｉＯ2 を交互に積層し、且つ、それぞれ
の厚さは不規則なものを用い、このファラデー回転子の
光入出射面に実施例１と同様にして作製した偏光子を、
実施例１と同様な紫外線硬化性樹脂を用い偏光層が成膜
されている面を内側にして貼り付けた。
【００４２】このファラデー回転子は、光学的なエンハ
ンスと効果により、従来のガーネットよりも薄くするこ
とが可能であり、実際、１５０μｍで充分な回転角を得
ることが可能なものである。偏光子の基板を研摩するこ
とにより、厚さ１６０μｍ程度の光アイソレータを得る
ことができた。
ンスと効果により、従来のガーネットよりも薄くするこ
とが可能であり、実際、１５０μｍで充分な回転角を得
ることが可能なものである。偏光子の基板を研摩するこ
とにより、厚さ１６０μｍ程度の光アイソレータを得る
ことができた。
【００４３】〔実施例３〕図２に示すように、半導体レ
ーザと光ファイバを、半導体レーザ用の電極と光ファイ
バ搭載溝が高精度に作製されている基板上に実装した。
半導体レーザにはＭＱＷ−ＤＦＢレーザ（出力３０ｍ
ｗ、波長１３１０ｎｍ）を使用した。また、光ファイバ
には先球光ファイバを使用した。その後、ダイシングに
て、光ファイバと基板に２７０μｍの溝を作製し、そこ
に実施例１で作製した光アイソレータを実装した。な
お、光アイソレータと光ファイバとの接着には、屈折率
が調整された実施例１と同様な接着材を使用し、反射の
影響を除去するようにした。
ーザと光ファイバを、半導体レーザ用の電極と光ファイ
バ搭載溝が高精度に作製されている基板上に実装した。
半導体レーザにはＭＱＷ−ＤＦＢレーザ（出力３０ｍ
ｗ、波長１３１０ｎｍ）を使用した。また、光ファイバ
には先球光ファイバを使用した。その後、ダイシングに
て、光ファイバと基板に２７０μｍの溝を作製し、そこ
に実施例１で作製した光アイソレータを実装した。な
お、光アイソレータと光ファイバとの接着には、屈折率
が調整された実施例１と同様な接着材を使用し、反射の
影響を除去するようにした。
【００４４】その後、光アイソレータをかぶせるように
マグネットを置いた。その結果、半導体レーザと光ファ
イバ間では結合効率−３ｄＢ、アイソレータを挟んだ光
ファイバ間では、−４．１ｄＢの結合効率となり、５．
７ｍｗの光出力を得、充分な特性とすることができた。
マグネットを置いた。その結果、半導体レーザと光ファ
イバ間では結合効率−３ｄＢ、アイソレータを挟んだ光
ファイバ間では、−４．１ｄＢの結合効率となり、５．
７ｍｗの光出力を得、充分な特性とすることができた。
【００４５】
【発明の効果】本発明の光アイソレータによれば、光ア
イソレータを構成する偏光子は少なくとも誘電体中に光
学異方性を有する金属粒子が分散されて成る偏光層を備
えているので、例えば、偏光層を金属粒子層と誘電体層
を薄膜形成法により交互に積層した偏光子を使用するこ
とができ、従来、光アイソレータの厚さの約半分以上を
占めていた偏光子の厚みを極力薄片化することができ、
全体の厚みがファラデー回転子を成す磁気光学体の厚み
とほぼ等しい程度に薄型化した光アイソレータ、及び小
型化が極力実現された光アイソレータを提供できる。ま
た、レンズを使用することなく性能の非常に優れた光ア
イソレータ、及びそれを用いた光モジュールを提供する
ことができる。
イソレータを構成する偏光子は少なくとも誘電体中に光
学異方性を有する金属粒子が分散されて成る偏光層を備
えているので、例えば、偏光層を金属粒子層と誘電体層
を薄膜形成法により交互に積層した偏光子を使用するこ
とができ、従来、光アイソレータの厚さの約半分以上を
占めていた偏光子の厚みを極力薄片化することができ、
全体の厚みがファラデー回転子を成す磁気光学体の厚み
とほぼ等しい程度に薄型化した光アイソレータ、及び小
型化が極力実現された光アイソレータを提供できる。ま
た、レンズを使用することなく性能の非常に優れた光ア
イソレータ、及びそれを用いた光モジュールを提供する
ことができる。
【図１】本発明に係る光アイソレータの一実施形態を模
式的に説明する斜視図である。
式的に説明する斜視図である。
【図２】本発明に係わる光モジュールを模式的に説明す
る図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）
は斜視図である。
る図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）
は斜視図である。
【図３】二つの光ファイバの間隔と結合損失の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】光アイソレータの基本構成及びその原理を説明
する模式図である。
する模式図である。
【図５】従来の光アイソレータの斜視図である。
１：磁気光学体 ２，３：偏光子 ４，５：接着材 ６，７：基板 ８，１０：金属粒子層 ８ａ，１０ａ：金属粒子 ９，１１：誘電体層 １２，１３：反射防止層 ２０：基板 ２１，２３：光ファイバ（光導波体） Ｓ：光アイソレータ Ｍ：光モジュール
Claims (3)
- 【請求項１】 ファラデー効果が生じる磁気光学体の光
入出射面に偏光子が配設されて成るアイソレータであっ
て、前記偏光子は少なくとも誘電体中に光学異方性を有
する金属粒子が分散されて成る偏光層を備えていること
を特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項２】 前記偏光子の厚みが２０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。 - 【請求項３】 基板上に、発光又は受光を行う光素子
と、該光素子に光接続させる光導波体とを、請求項１に
記載の光アイソレータを介して光接続するように配設し
たことを特徴とする光モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11120404A JP2000310750A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 光アイソレータ及びそれを用いた光モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11120404A JP2000310750A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 光アイソレータ及びそれを用いた光モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000310750A true JP2000310750A (ja) | 2000-11-07 |
Family
ID=14785384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11120404A Pending JP2000310750A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 光アイソレータ及びそれを用いた光モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000310750A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7003182B2 (en) | 2002-07-03 | 2006-02-21 | Tdk Corporation | Embedded type optically irreversible circuit |
| JP2006215491A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 高出力レーザー用ファラデー回転子 |
| JP2008133347A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 光アイソレータ用紫外線硬化型接着剤 |
| JP2009075517A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 光アイソレータ用紫外線硬化型接着剤 |
| JP2009265231A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光学素子及びそれを用いた光アイソレータ |
| JP2009265545A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-12 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光学素子及びそれを用いた光アイソレータ |
| JP2019500753A (ja) * | 2015-12-17 | 2019-01-10 | フィニサー コーポレイション | 表面結合システム |
| US10992104B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-04-27 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Dual layer grating coupler |
| US11404850B2 (en) | 2019-04-22 | 2022-08-02 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Dual grating-coupled lasers |
| US11435522B2 (en) | 2018-09-12 | 2022-09-06 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Grating coupled laser for Si photonics |
-
1999
- 1999-04-27 JP JP11120404A patent/JP2000310750A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7003182B2 (en) | 2002-07-03 | 2006-02-21 | Tdk Corporation | Embedded type optically irreversible circuit |
| JP4600660B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2010-12-15 | 住友金属鉱山株式会社 | 高出力レーザー用ファラデー回転子 |
| JP2006215491A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 高出力レーザー用ファラデー回転子 |
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| JP2009075517A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 光アイソレータ用紫外線硬化型接着剤 |
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| JP2009265545A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-12 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光学素子及びそれを用いた光アイソレータ |
| JP2019500753A (ja) * | 2015-12-17 | 2019-01-10 | フィニサー コーポレイション | 表面結合システム |
| US10826267B2 (en) | 2015-12-17 | 2020-11-03 | Ii-Vi Delaware Inc. | Surface coupled systems |
| US10992104B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-04-27 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Dual layer grating coupler |
| US11435522B2 (en) | 2018-09-12 | 2022-09-06 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Grating coupled laser for Si photonics |
| US11404850B2 (en) | 2019-04-22 | 2022-08-02 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Dual grating-coupled lasers |
| US11749968B2 (en) | 2019-04-22 | 2023-09-05 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Dual grating-coupled lasers |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050426 |
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051004 |