JP2001004958A

JP2001004958A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2001004958A
Application number: JP11179177A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakajima; 隆弘中島
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】光アイソレータにおいて、磁界印加手段を省
略し、従来と同じ光学特性で、形状が、より小形の光ア
イソレータを提供すること。【解決手段】光アイソレータのファラデー回転素子２
２を、従来用いていたＧｄＢｉ系軟磁性ガーネットから
角形の磁気ヒステリシスを持つ硬磁性ガーネットに変更
することで、外部磁界が存在しなくても常に４５°のフ
ァラデー回転が得られるようにして磁界印加手段を省略
した。また、素子間の接合をはんだ付けを主とした無機
接合とし、また各光学素子を光軸に垂直な向きから傾け
て設置することで、小型化、光学特性向上、高信頼性
化、低コスト化を実現した。ファラデー回転素子２２に
は、組成Ｅｕ_０．９Ｈｏ_１．１Ｂｉ_１．０Ｆｅ_４．２Ｇ
ａ_０． _８Ｏ_１２の硬磁性ガーネットを用いた場合を示し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に光通信システ
ムで光受動部品として用いられ、順方向の透過光のみを
低損失で透過し、逆方向の戻り光を遮断する光アイソレ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムにおいて、光アイソレー
タは、順方向の透過光のみを低損失で透過させ、かつ逆
方向の戻り光を遮断する光受動部品として、使用が不可
欠となっている。

【０００３】また、光アイソレータは、光通信システム
では他の光デバイスと共に装置の内部に組み込まれて使
用されることが多く、そのため信頼性の向上と共に小型
化が求められている。さらに、近年、コストダウンも要
求されている。

【０００４】従来の一般的な一段型光アイソレータは、
図４に示すように、光学素子である偏光子４１、ファラ
デー回転素子４２、検光子４３をこの順に配置したもの
である。偏光子４１と検光子４３は、共に偏光素子であ
り、入射光のうち一定の向きの偏光成分のみを透過さ
せ、それに直交する偏光成分は遮断する。偏光子４１と
検光子４３の偏光面の向きは、４５°異なるように設定
してある。

【０００５】ファラデー回転素子４２は、透過光の偏光
面を４５°回転させる効果を有し、その外部には、透過
光と平行な向きにファラデー回転素子４２に対し磁界を
印加する磁界印加手段４４が設置してある。磁界印加手
段４４としては、永久磁石が用いられることが多く、図
４の従来例でも円筒形状の永久磁石を用いた場合を示し
ている。この印加磁界の向きにより、ファラデー回転素
子４２の４５°回転の向きは変化する。各光学素子や磁
界印加手段は、光アイソレータを構成する筐体に固定さ
れている必要がある。ここで、ホルダ４５、４６やスペ
ーサ４７が筐体に相当する。

【０００６】この光アイソレータに順方向から入射光が
透過した場合の振舞いは、以下の通りである。まず、偏
光子４１を透過した入射光は、その偏光面に直交する偏
光成分を失い、直線偏光となる。次に、磁界印加手段４
４によって磁界印加されたファラデー回転素子４２を透
過して、その偏光面が４５°回転し、次いで、検光子４
３に入射する。この入射光の偏光面と検光子４３の偏光
面の向きは、互いに一致するように設定されており、順
方向の入射光は、そのまま光アイソレータを透過するこ
とができる。

【０００７】一方、光アイソレータに逆方向から入射す
る戻り光の振舞いは、以下の通りとなる。まず、戻り光
は、検光子４３を透過するが、その際に検光子４３の偏
光面に直交する偏光成分を失って直線偏光となる。次
に、磁界印加手段４４によって磁界印加されたファラデ
ー回転素子４２を透過し、その偏光面が４５°回転する
が、この場合の回転の向きは順方向の入射光の場合とは
逆向きになっている。次いで、戻り光は、偏光子４１に
入射する。この際に、戻り光の偏光面と偏光子４１の偏
光面の向きは、互いに直交する向きとなるので、逆方向
の戻り光は、結局、光アイソレータを透過することがで
きない。

【０００８】従来より、光アイソレータの組み立ての際
には、有機接着剤を用いる方法と、全ての光学素子や筐
体を無機的接合のみで組み立てる方法の２通りが行われ
てきた。有機接着剤を用いる方法は、工程が簡便なた
め、低コスト化の点で有利であったが、光アイソレータ
の長期信頼性の面でやや劣っていたために、光通信シス
テムにおいても長距離光通信の様に信頼性を重視する用
途では、主に無機的接合が用いられてきた。

【０００９】また、この光アイソレータの例では、各光
学素子や磁界印加手段である永久磁石をホルダやスペー
サに、はんだ付け方法にて接着固定している。一般に、
はんだ付は、はんだぬれ性の良好な金属間以外では実施
できないが、光アイソレータの各構成素子間では、必要
に応じて、めっき、金属クラッド、蒸着、スパッタリン
グなどの方法で接合箇所に金属膜を形成して接着してい
る。また、金属ホルダどうしの接合には溶接が用いられ
る場合もある。

【００１０】また、光アイソレータでは、各構成光学素
子での順方向入射光の表面反射が問題となる場合があっ
た。光アイソレータは、戻り光を遮断することが目的で
あるが、この表面反射のために、光アイソレータ自体が
新たに戻り光を発生させる原因となってしまう可能性が
ある。これを防ぐため、各光学素子の表面に、反射防止
膜が形成されている他、光学素子を斜め置きすること
で、生じた反射戻り光が入射側に帰還しない構成が考案
された。

【００１１】図５は、そのような従来の光アイソレータ
の例である。図４に示した光アイソレータの従来例との
相違は、構成光学素子である偏光子５１、ファラデー回
転素子５２、検光子５３がいずれも透過光の光軸に対し
て垂直な向きではなく、やや傾けて配置されている点で
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の光アイソレータには、次のような欠点がある。即ち、
光通信システムで装置の内部に組み込まれて使用される
光アイソレータには、一般に、小型化が強く要求される
が、一方で、光アイソレータを構成する偏光子、ファラ
デー回転素子、検光子などの各光学素子の光透過領域
は、光学特性の維持のためにできる限り広く保つ必要が
ある。

【００１３】図４および図５に示す光アイソレータの従
来例では、この構成光学素子中で光透過領域を決定する
光学素子は、ファラデー回転素子４２、５２であった。
なぜなら、他の光学素子の偏光子４１、５１や検光子４
３、５３は、構造上、光アイソレータの外径からホルダ
４５、４６、５５、５６の肉厚を除いた大きさまで拡大
することができるが、ファラデー回転素子４２、５２の
外側には、磁界印加手段４４、５４を配置しなければな
らないので、その内側に納まる大きさ迄しか素子面積を
拡大できないためである。なお、図４、図５の例では、
偏光子４１、５１および検光子４３、５３をファラデー
回転素子４２、５２より大きくしても光アイソレータ全
体での光透過領域は増加しないので、両素子の大きさは
ファラデー回転素子と同等としている。

【００１４】また、従来の光アイソレータでは、常にフ
ァラデー回転素子に磁界を印加し続ける必要があるの
で、この磁界印加手段を省略することはできない。ま
た、図６および図７に示す特開昭６３−１２３０１４公
報では、ファラデー回転素子６２をスペーサ６７を介し
て磁界印加手段６４の外部に設置する場合には、ファラ
デー回転素子６２の光透過領域を増加させることができ
る。この場合、図７に示すように、ファラデー回転素子
に加わる印加磁界の強度が内部設置の場合より、かなり
小さくなるために、結果として、磁界印加手段を大きく
しなければならず、光アイソレータの小型化には、必ず
しも結びつかない。このように、磁界印加手段の存在
は、従来の光アイソレータを小型化する上で障害となっ
ていた。

【００１５】また、磁界印加手段としては、一般に、永
久磁石が用いられるが、永久磁石とホルダとは、通常、
材質が全く異なるために、その接合には、特別な処置が
必要であった。無機的接合のみで組み立てを行う場合、
例えば、ホルダがステンレス、磁界印加手段がサマリウ
ムコバルト磁石ならば、両者の接合箇所にそれぞれ金属
めっきを施し、はんだ付けにより接合するなどの方法が
用いられることが多い。この場合、接合のために、めっ
き処置やはんだ付け工程などの複雑な工程が必要であ
る。一方、ステンレス製ホルダどうしのみの接合なら
ば、実施容易な接合技術であるスポット溶接などの方法
をとることができる。

【００１６】従って、本発明の目的は、磁界印加手段の
存在のため、従来の光アイソレータにおいては困難であ
った、光透過領域を減少させない光アイソレータの小型
化や、製造工程の簡略化によるコストダウンの可能な形
状の光アイソレータを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】課題の解決のためには、
ファラデー回転素子として、外部磁界による常時の磁界
印加が不必要な素子を用いればよいことになる。一般
に、光通信にて用いられる光アイソレータの場合、ファ
ラデー回転素子として軟磁性ガーネット、磁界印加手段
として永久磁石が用いられることが多い。この軟磁性ガ
ーネットの代わりに硬磁性ガーネットを用いる。

【００１８】一度、磁気飽和させた硬磁性ガーネット
は、近傍に磁界印加手段を設置しなくてもファラデー回
転素子としての機能を有するので、光アイソレータ内に
永久磁石などの磁界印加手段を設置する必要がない。こ
の方法により、従来のアイソレータにおいて必要であっ
た磁界印加手段を省略し、小型化や製造工程の簡略化が
容易な光アイソレータが得られる。

【００１９】また、本発明では、各光学素子の光透過面
を、透過光の光軸に対して垂直方向から傾けて光アイソ
レータを構成する各ホルダに接合固定することで、各光
学素子での順方向入射光の表面反射光が新たな戻り光と
なる危険性を防いでいる。各光学素子の表面で仮に反射
光が生じても、それらは、光学素子表面にて斜め反射す
るために、入射光の光軸とは光路が一致しない。よっ
て、入射側に戻り光として帰還することがない。

【００２０】さらに、光アイソレータの組み立てでは、
光アイソレータを構成する各光学素子とそれを支える金
属または非金属製のホルダとの接合に、はんだ付けを用
いる。そのために、各光学素子の光透過領域を除く周辺
部や側面には金属膜を形成する。また、非金属ホルダの
場合は必ず、金属ホルダの場合でもその金属材質が、は
んだ付けに不適当な場合には、表面に金属膜を形成し
て、各光学素子および各金属または非金属ホルダをはん
だ付にて接着固定する。

【００２１】即ち、本発明は、少なくとも１枚以上の偏
光子、及びファラデー回転素子を有し、該各光学素子を
１以上の金属または非金属ホルダに接合固定して構成さ
れる光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転素子
に磁気飽和された硬磁性ガーネットを使用した光アイソ
レータである。

【００２２】また、本発明は、前記各光学素子の光透過
面を、順方向透過光の光軸に対し垂直な方向から傾け
て、前記金属または非金属ホルダに接合固定した上記光
アイソレータである。

【００２３】また、本発明は、光透過領域を除く周辺部
もしくは側面に金属膜を形成した前記各光学素子および
前記金属または非金属ホルダをはんだ付にて接合固定し
た上記光アイソレータである。

【００２４】また、本発明は、光透過領域を除く周辺部
もしくは側面に金属膜を形成した前記各光学素子及び前
記金属または非金属ホルダの表面に金属膜を形成した金
属または非金属ホルダをはんだ付にて接合固定した上記
光アイソレータである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２６】光アイソレータにおいて、ファラデー回転
素子として一般的に用いられる磁気光学素子である軟磁
性ガーネットでは、外部から常時磁界を印加し、磁気飽
和させることで、ファラデー効果を得ている。この際
に、ファラデー回転角が４５°となるよう素子の厚さを
調整しておく。常磁性の磁気光学素子とは異なり、磁気
飽和した状態ではさらに印加磁界の強度を上げても、フ
ァラデー回転角はそれ以上増加しない。また、磁気飽和
していない状態では、透過光は、ほとんどファラデー回
転を受けず、消光比や挿入損失が、若干、影響を受ける
のみで、素子を透過する。

【００２７】これに反して、硬磁性ガーネットは、一
度、磁気飽和させると、外部磁界を取り除いてもファラ
デー効果を維持し、透過光はファラデー回転を受ける。
この違いは、両者の磁気ヒステリシスの相違に由来して
いる。図３および図８に、代表的な組成Ｅｕ_０．９Ｈｏ
_１．１Ｂｉ_１．０Ｆｅ_４．２Ｇａ_０．８Ｏ_１２である硬
磁性ガーネット、およびＧｄＢｉ系軟磁性ガーネットの
磁気特性の図をそれぞれ示す。図３の硬磁性ガーネット
の磁気ヒステリシスが角形を成しているに対し、図８の
軟磁性ガーネットの方は、磁気飽和点より内側では、ほ
ぼ原点を通る直線となっていることがわかる。

【００２８】図３に示した角型の磁気ヒステリシスを持
つ硬磁性ガーネットは、一旦、飽和磁界強度以上の外部
磁界を加えた後は、外部から反対向きの大きな磁界が加
えられない限り飽和状態を保ち、ファラデー回転角も一
定である。従って、光アイソレータのように、ファラデ
ー回転素子を飽和させて使用する光デバイスでは、永久
磁石などの磁界印加手段を使用せずとも４５°のファラ
デー回転角が維持されるため、磁界印加手段を内蔵しな
い構成が実現できることになる。

【００２９】即ち、硬磁性ガーネットを使用し、磁界印
加手段を内蔵しないことで、各構成光学素子の光透過領
域を減少させずに光アイソレータの小型化が図ることが
できる。さらに、永久磁石が用いられる磁界印加手段
を、光アイソレータの構成ホルダに接合する工程が不要
であり、また、その内側にファラデー回転素子およびそ
の他の光学素子を設置する工程も省略できるので、製造
工程の簡略化が実施できる。また、比較的高価な素材で
ある磁界印加手段が削減できることから、材料費の削減
も可能である。

【００３０】以上の説明は、主に半導体レーザと一体化
した光通信用の偏光依存型光アイソレータを念頭におい
たものであるが、それ以外に、光通信において主として
光ファイバ間で用いられる偏光無依存型光アイソレータ
においても、同様に、透過光領域を減少させない光アイ
ソレータの小型化、および製造工程の簡略化やコストダ
ウンが可能である。図１は、そのようなファラデー回転
素子として硬磁性ガーネットを用いた光アイソレータの
第１の実施の形態の構成を示したものである。

【００３１】また、光アイソレータを構成する各光学素
子の光透過面を、透過光の光軸に対して垂直な向きから
傾けて各構成ホルダに接合固定する方法により、順方向
入射光の各光学素子での表面反射光が、新たな戻り光と
なる可能性を防いでいる。各光学素子の表面には、一般
に、反射防止膜が形成されているので、光学素子の表面
で生じる反射戻り光の光量は非常に小さい。しかし、光
アイソレータの入射側には、反射戻り光により多大な影
響を受ける光学素子が設置されていることが多く、わず
かな反射戻り光も確実に除去する必要がある。

【００３２】光アイソレータを構成する各光学素子を順
方向入射光の光軸に対し垂直な面から傾けて設置すれ
ば、この表面反射光は光学素子表面において斜め反射す
るために、順方向入射光の光軸とは光路が一致せず、よ
って、入射側の光学素子には帰還せず、影響を与えな
い。図２は、そのような光アイソレータの第２の実施の
形態である。図１に示した光アイソレータの第１の実施
の形態との相違は、構成光学素子である偏光子２１、フ
ァラデー回転素子２２、検光子２３が、いずれも順方向
入射光の光軸に対して垂直な向きではなく、やや傾けて
配置されている点である。

【００３３】さらに、光アイソレータの組み立ては、光
アイソレータを構成する各光学素子と、それを支える金
属または非金属製のホルダとの接合に、はんだ付けを用
いる。従来、光アイソレータの組み立てに用いられてき
た有機接着剤は、長期間の使用中に光学素子のわずかな
位置ずれ、揮発性ガスの発生、接着剤層の脆弱化などを
生じることがあった。有機接着剤の使用を廃し、無機的
接合のみで組み立てを行う場合は、そのような問題が発
生しない。ただし、はんだ付け接合は、はんだぬれ性に
優れた特定組成の金属間以外では、通常、困難なので、
光学素子や非金属ホルダ、はんだぬれ性が良好でない組
成の金属ホルダの接合に関しては、前述の通り接合面に
金属膜を形成しておく必要がある。

【００３４】前記第１、第２の実施の形態では、各光学
素子をホルダやスペーサに、はんだ付け方法にて接着し
ている。また、光アイソレータの各構成素子には、光学
素子の場合は光透過領域を除く周辺部や側面に金属膜を
形成しておき、また非金属ホルダやその金属材質が、は
んだ付けに不適当な組成の金属ホルダの場合も、表面に
予め金属膜を形成しておく必要がある。形成する金属膜
は、めっき、金属クラッド、蒸着、スパッタリングなど
の方法で形成されたものである。また、ホルダ間の接合
には、はんだ付け以外の方法、例えば、ホルダの素材に
よってはスポット溶接などが用いられる場合もある。

【００３５】なお、本発明を実施するとき、ファラデー
回転素子を最初に磁気的に飽和させる方法は任意であ
る。一般には、永久磁石を接近させて飽和させる方法
や、電磁石内部に設置して飽和させる方法などがある。
また、ファラデー回転素子を磁気飽和させるための印加
磁界の強度は飽和磁界強度の１.５倍以上が望ましい。
飽和磁界強度と同程度の印加磁界強度では、角型の磁気
ヒステリシスが形成できない場合があるためである。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例によって、その実施態
様と効果を具体的に説明する。

【００３７】（実施例１）図１に示す構造の光アイソレ
ータを作製した。即ち、ファラデー回転素子１２とし
て、組成Ｅｕ_０．９Ｈｏ_１．１Ｂｉ_１．０Ｆｅ_４．２Ｇ
ａ_０．８Ｏ_１２の硬磁性ガーネットを用い、磁気飽和時
にファラデー回転角が波長１.５５μｍの順方向透過光
に対し４５°となるよう調整した。偏光子１１および検
光子１３として、それぞれ偏光ガラス（コーニング社
製、商品名ポーラコア）を用いた。各光学素子の形状
は、いずれも縦１.１ｍｍ×横１.１ｍｍ×厚約５００μ
ｍであり、その両面には、波長１.５５μｍの透過光に
対する無反射コート膜が形成されている。

【００３８】これら光学素子の片面（偏光子のみ両面）
の光透過領域の周辺部にスパッタリングにより金属膜を
形成し、各光学素子をホルダ１５、１６やスペーサ１７
に、はんだ付けにより接合した。各ホルダおよびスペー
サは、ステンレス製であり、ホルダ１５、１６の光学素
子との接合箇所およびスペーサ１７の全面には、金属め
っきが施されている。ホルダ１５、１６の外径は、それ
ぞれ２ｍｍφ、最も薄い部分の肉厚は０.２ｍｍであ
り、内部に正方形の各光学素子が収納される。また、ス
ペーサ１７の形状は、外径１.５５ｍｍφ、内径１.１ｍ
ｍφ、厚さ０.４ｍｍである。はんだ付け方法は、各接
合箇所に成形はんだ箔を挟み、規定の重量の荷重を加え
ながら、はんだ融点以上にゆっくりと昇温し、降温する
方法で行った。本実施例１では行わなかったが、はんだ
のぬれ性に問題がある場合には、昇温・降温時に雰囲気
制御を行ってもよい。

【００３９】その後、ホルダ１５を磁界印加用電磁石の
磁極間に固定し、瞬間的に強い磁界を加える方法によ
り、はんだ付け接合されたファラデー回転素子１２を磁
気飽和させた。

【００４０】図３は、本実施例１の外部磁界とファラデ
ー回転角の関係を示す図である。図３において、残留磁
化Ｂｒは約１００ガウス、保持力Ｈｃは約４００Ｏｅで
あることから、一度、磁気飽和させると、逆向きに４０
０Ｏｅ以上の強い磁界が加わらない限り磁気飽和は解消
されないことがわかる。実際に、ホルダ１５を磁界印加
用電磁石の磁極間から取り出してもファラデー回転素子
１２は磁気飽和したままであった。その後、それぞれ、
はんだ付け接合されたホルダ１５とホルダ１６を光学的
に位置合わせし、両ホルダの接触面をスポット溶接によ
り固定し、小型光アイソレータを完成させた。光アイソ
レータの寸法は、外径２ｍｍφ×長さ３ｍｍ、光透過領
域の有効径は１ｍｍφの円形である。

【００４１】作製した小形光アイソレータについて、波
長１.５５μｍの透過光に対する光学特性を測定した。
測定結果は以下の通り。挿入損失：０．１１ｄＢ、アイ
ソレーション：３４ｄＢ。

【００４２】（実施例２）図２に示す構造の光アイソレ
ータを作製した。即ち、ファラデー回転素子２２として
実施例１の場合と同一の組成Ｅｕ_０．９Ｈｏ_１．１Ｂｉ
_１．０Ｆｅ_４．２Ｇａ_０．８Ｏ_１２の硬磁性ガーネット
を用い、磁気飽和時にファラデー回転角が波長１.５５
μｍの順方向透過光に対し４５°となるよう調整した。
偏光子２１および検光子２３として、それぞれ偏光ガラ
ス（コーニング社製、商品名ポーラコア）を用いた。各
光学素子の形状は、いずれも縦１.１ｍｍ×横１.１ｍｍ
×厚約５００μｍであり、その両面には、波長１.５５
μｍの透過光に対する無反射コート膜が形成されてい
る。

【００４３】これら光学素子の片面（偏光子のみ両面）
の光透過領域の周辺部にスパッタリングにより金属膜を
形成し、各光学素子をホルダ２５、２６やスペーサ２７
に、はんだ付けにより接合した。各ホルダおよびスペー
サは、ステンレス製であり、ホルダ２５、２６の光学素
子との接合箇所およびスペーサ２７の全面には、金属め
っきが施されている。ホルダ２５、２６の外径は、それ
ぞれ２ｍｍφ、最も薄い部分の肉厚は０.２ｍｍであ
り、内部に正方形の各光学素子が収納される。各光学素
子のホルダの端面からの傾き角は、４°である。また、
スペーサ２７の形状は、外径１.５５ｍｍφ、内径１.１
ｍｍφ、厚さ０.４ｍｍである。はんだ付け方法は、各
接合箇所に成形はんだ箔を挟み、規定の重量の荷重を加
えながら、はんだ融点以上にゆっくりと昇温し、降温す
る方法で行った。当実施例では行わなかったが、はんだ
のぬれ性に問題がある場合には、昇温・降温時に雰囲気
制御を行ってもよい。

【００４４】その後、ホルダ２５を電磁石の磁極間に固
定し、実施例１と同一の方法でファラデー回転素子２２
を磁気飽和させた。磁界印加用電磁石から取り出した後
もファラデー回転素子２２は、磁気飽和したままであっ
た。その後、それぞれ、はんだ付け接合されたホルダ２
５とホルダ２６を光学的に位置合わせし、両ホルダの接
触面をスポット溶接により固定し、小型光アイソレータ
を完成させた。光アイソレータの寸法は、外径２ｍｍφ
×長さ３.２ｍｍ、光透過領域の有効径は１ｍｍφの円
形である。

【００４５】作製した小形光アイソレータについて、波
長１.５５μｍの透過光に対する光学特性を測定した。
測定結果は以下の通り。挿入損失：０．１２ｄＢ、アイ
ソレーション：４１ｄＢ。

【００４６】（比較例１）比較例を図４に示す。図４に
おいて、磁界印加手段４４として、サマリウムコバルト
永久磁石を内蔵する従来構造の光アイソレータを作製し
た。ファラデー回転素子４２として、ＧｄＢｉ系軟磁性
ガーネットを用い、磁気飽和時にファラデー回転角が波
長１.５５μｍの順方向透過光に対し４５°となるよう
調整した。偏光子４１および検光子４３として、それぞ
れ偏光ガラス（コーニング社製、商品名ポーラコア）を
用いた。各光学素子の形状は、いずれも縦１.１ｍｍ×
横１.１ｍｍ×厚約５００μｍであり、その両面には、
波長１.５５μｍの透過光に対する無反射コート膜が形
成されている。

【００４７】これら光学素子の片面（偏光子のみ両面）
の光透過領域の周辺部にスパッタリングにより金属膜を
形成し、各光学素子および磁界印加手段４４である円筒
形のサマリウムコバルト永久磁石をホルダ４５、４６や
スペーサ４７に、はんだ付けにより接合した。各ホルダ
およびスペーサは、ステンレス製であり、ホルダ４５、
４６の光学素子との接合箇所、スペーサ４７の全面およ
び磁界印加手段４４の全面には、金属めっきが施されて
いる。ホルダ４５、４６の外径は、それぞれ３ｍｍφ、
最も薄い部分の肉厚は０.２ｍｍであり、また、スペー
サ４７の形状は、外径１.５５ｍｍφ、内径１.１ｍｍ
φ、厚さ０.４ｍｍである。

【００４８】ところで、サマリウムコバルト磁石は、高
保持力である特徴を持つが、材質が硬くて脆いために、
一般に、機械加工が容易ではない。この大きさの円筒形
サマリウムコバルト磁石の肉厚（（外径−内径）／２）
は、最低０.５ｍｍが作製の限界であり、さらに外部衝
撃等からマグネットを保護するために、その外側にホル
ダが必要であるため、光透過領域が１ｍｍφでのサマリ
ウムコバルト磁石を内蔵する光アイソレータの場合、そ
の外径は３ｍｍφが小型化の限界となる。本比較例１に
おける磁界印加手段４４の形状は、外径２.５５ｍｍ
φ、内径１.５５ｍｍφ、厚さ１ｍｍである。

【００４９】ホルダ４５、４６の内部には、正方形の各
光学素子および磁界印加手段４４、スペーサ４７が収納
される。はんだ付け方法は、各接合箇所に成形はんだ箔
を挟み、規定の重量の荷重を加えながら、はんだ融点以
上にゆっくりと昇温し、降温する方法で行った。本比較
例１では実施していないが、はんだのぬれ性に問題があ
る場合には、昇温・降温時に雰囲気制御を行ってもよ
い。

【００５０】その後、ホルダ４５を磁界印加用電磁石の
磁極間に固定し、瞬間的に強い磁界を加える方法によ
り、はんだ付け接合された磁界印加手段４４であるサマ
リウムコバルト磁石を磁気飽和させた。図８は、ファラ
デー回転素子４２として用いたＧｄＢｉ系軟磁性ガーネ
ットの外部磁界とファラデー回転角の関係を示す図であ
るが、その磁気飽和に必要な保持力Ｈｃは、約１５０Ｏ
ｅであることから、磁界印加手段４４には常にファラデ
ー回転素子に対して１５０Ｏｅ以上の外部磁界を加え続
けることが求められる。サマリウムコバルト磁石を肉厚
０.５ｍｍの前記寸法で用いる場合、一般に、厚さ１.０
ｍｍ以上が必要である。

【００５１】その後、それぞれ、はんだ付け接合された
ホルダ４５とホルダ４６を光学的に位置合わせし、両ホ
ルダの接触面をスポット溶接により固定し、従来型光ア
イソレータを完成させた。光アイソレータの寸法は、外
径３ｍｍφ×長さ３ｍｍ、光透過領域の有効径は１ｍｍ
φの円形である。

【００５２】作製した小形光アイソレータについて、波
長１.５５μｍの透過光に対する光学特性を測定した。
測定結果は以下の通り。挿入損失：０．１２ｄＢ、アイ
ソレーション：３５ｄＢ。

【００５３】（比較例２）比較例２を図５に示す。図５
において、磁界印加手段５４として、サマリウムコバル
ト永久磁石を内蔵する従来構造の光アイソレータを作製
した。ファラデー回転素子５２として、比較例１の場合
と同一組成のＧｄＢｉ系軟磁性ガーネットを用い、磁気
飽和時にファラデー回転角が波長１.５５μｍの順方向
透過光に対し４５°となるよう調整した。偏光子５１お
よび検光子５３として、それぞれ偏光ガラス（コーニン
グ社製、商品名ポーラコア）を用いた。各光学素子の形
状は、いずれも縦１.１ｍｍ×横１.１ｍｍ×厚約５００
μｍであり、その両面には、波長１.５５μｍの透過光
に対する無反射コート膜が形成されている。

【００５４】これら光学素子の片面（偏光子のみ両面）
の光透過領域の周辺部にスパッタリングにより金属膜を
形成し、各光学素子および磁界印加手段５４である円筒
形のサマリウムコバルト永久磁石をホルダ５５、５６や
スペーサ５７に、はんだ付けにより接合した。各ホルダ
およびスペーサは、ステンレス製であり、ホルダ５５、
５６の光学素子との接合箇所、スペーサ５７の全面およ
び磁界印加手段４４の全面には、金属めっきが施されて
いる。ホルダ５５、５６の外径は、それぞれ３ｍｍφ、
最も薄い部分の肉厚は０.２ｍｍであり、内部に正方形
の各光学素子が収納される。各光学素子のホルダの端面
からの傾き角は４°である。また、スペーサ５７の形状
は、外径１.５５ｍｍφ、内径１.１ｍｍφ、厚さ０.４
ｍｍである。

【００５５】はんだ付け方法は、各接合箇所に成形はん
だ箔を挟み、規定の重量の荷重を加えながらはんだ融点
以上にゆっくりと昇温し、降温する方法で行った。当比
較例では行わなかったが、はんだのぬれ性に問題がある
場合には、昇温・降温時に雰囲気制御を行ってもよい。
また、比較例１の場合と同じ理由で、光透過領域が１ｍ
ｍφでのサマリウムコバルト磁石を内蔵する光アイソレ
ータの場合、その外径は、３ｍｍφが小型化の限界とな
る。比較例２における磁界印加手段５４であるサマリウ
ムコバルト磁石の形状は、外径２.５５ｍｍφ、内径１.
５５ｍｍφ、厚さ１.０ｍｍである。

【００５６】その後、ホルダ５５を磁界印加用電磁石の
磁極間に固定し、瞬間的に強い磁界を加える方法によ
り、はんだ付け接合された磁界印加手段５４であるサマ
リウムコバルト磁石を磁気飽和させた。比較例１の場合
と同じく、磁界印加手段５４には、常にファラデー回転
素子に対して１５０Ｏｅ以上の外部磁界を加え続けるこ
とが求められる。サマリウムコバルト磁石を肉厚０.５
ｍｍの前記寸法で用いる場合、厚さ１.０ｍｍ以上が必
要である。

【００５７】その後、それぞれ、はんだ付け接合された
ホルダ５５とホルダ５６を光学的に位置合わせし、両ホ
ルダの接触面をスポット溶接により固定し、従来型光ア
イソレータを完成させた。光アイソレータの寸法は、外
径３ｍｍφ×長さ３.２ｍｍ、光透過領域の有効径は、
１ｍｍφの円形である。

【００５８】作製した小形光アイソレータについて、波
長１.５５μｍの透過光に対する光学特性を測定した。
測定結果は以下の通り。挿入損失：０．１３ｄＢ、アイ
ソレーション：４２ｄＢ。

【００５９】前記実施例１および２で示した光アイソレ
ータは、いずれも磁界印加手段を用いた光アイソレータ
の比較例１および２に比較して、光学特性では、なんら
劣るものではないことがわかる。また、その外形では、
光透過領域が共に１ｍｍφと同じであるにもかかわら
ず、その外径を３ｍｍφから２ｍｍφへと減少させるこ
とができた。また、全長は、実施例、比較例、共に同一
である。一方、実施例１と同２との比較により、各光学
素子を傾けて設置することにより、とくにアイソレーシ
ョンにおいて顕著な向上が得られることがわかった。こ
の際には、光アイソレータの長さが３ｍｍから３.２ｍ
ｍへとわずかに増加している。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、磁界印加手段である永久磁石を内蔵しない光アイソ
レータが提供できるので、光アイソレータの小型化およ
び部品点数の低減による組み立て工程の容易化、低コス
ト化を図ることができる。また、構成光学素子を入射光
の光軸に対し垂直な向きから傾けることによって、光ア
イソレータの光学特性の向上、およびはんだ付けにより
組み立て工程を実施することにより、高信頼性化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における、磁界印加手段を用
いず、主としてはんだ付けにより組み立てを行った光ア
イソレータの説明図。図１（ａ）は、光アイソレータを
透過光の入出射面から見た外観図。図１（ｂ）は、光ア
イソレータを透過光の光軸に平行な面から見た内部の構
成図。

【図２】本発明の実施例２における、磁界印加手段を用
いず、構成光学素子を透過光の光軸に垂直な面から傾け
て設置し、主として、はんだ付けにより組み立てを行っ
た光アイソレータの説明図。図２（ａ）は、光アイソレ
ータを透過光の入出射面から見た外観図。図２（ｂ）
は、光アイソレータを透過光の光軸に平行な面から見た
内部の構成図。

【図３】本発明の実施例１および２における光アイソレ
ータにて使用したファラデー回転素子である、硬磁性ガ
ーネットの磁気特性を示す図。横軸は外部磁界強度、縦
軸はファラデー回転角である。図３において、同硬磁性
ガーネットが角型の磁気ヒステリシスを持つことがわか
る。

【図４】本発明の比較例１における、磁界印加手段が必
要な、主として、はんだ付けにより組み立てを行った光
アイソレータの説明図。図４（ａ）は、光アイソレータ
を透過光の入出射面から見た外観図。図４（ｂ）は、光
アイソレータを透過光の光軸に平行な面から見た内部の
構成図。

【図５】本発明の比較例２における、磁界印加手段が必
要な、構成光学素子を透過光の光軸に垂直な面から傾け
て設置し、主としてはんだ付けにより組み立てを行った
光アイソレータの説明図。図５（ａ）は、光アイソレー
タを透過光の入出射面から見た外観図。図５（ｂ）は、
光アイソレータを透過光の光軸に平行な面から見た内部
の構成図。

【図６】従来技術である特開昭６３−１２３０１４公報
にて示された、ファラデー回転素子を磁界印加手段の外
部に設置する光アイソレータの分解斜視図。

【図７】従来技術である特開昭６３−１２３０１４公報
にて示された、円筒形状の永久磁石である磁界印加手段
の中心軸上の磁界分布を示す図。

【図８】本発明の比較例１および２における光アイソレ
ータにて使用したファラデー回転素子である、軟磁性ガ
ーネットの磁気特性を示す図。横軸は外部磁界強度、縦
軸はファラデー回転角である。図８において、同軟磁性
ガーネットが磁界飽和していない領域では直線状の磁気
ヒステリシスを持つことがわかる。

【符号の説明】

１１，２１，４１，５１偏光子１２，２２，４２，５２，６２ファラデー回転素子１３，２３，４３，５３検光子１５，１６，２５，２６，４５，４６，５５，５６
ホルダ１７，２７，４７，５７，６７スペーサ４４，５４，６４磁界印加手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１枚以上の偏光子、及びファ
ラデー回転素子を有し、該各光学素子を１以上の金属ま
たは非金属ホルダに接合固定して構成される光アイソレ
ータにおいて、前記ファラデー回転素子に磁気飽和され
た硬磁性ガーネットを使用したことを特徴とする光アイ
ソレータ。
【請求項２】前記各光学素子の光透過面を、順方向透
過光の光軸に対し垂直な方向から傾けて、前記金属また
は非金属ホルダに接合固定したことを特徴とする請求項
１記載の光アイソレータ。
【請求項３】光透過領域を除く周辺部もしくは側面に
金属膜を形成した前記各光学素子および前記金属または
非金属ホルダをはんだ付にて接合固定したことを特徴と
する請求項１または２記載の光アイソレータ。
【請求項４】光透過領域を除く周辺部もしくは側面に
金属膜を形成した前記各光学素子及び前記金属または非
金属ホルダの表面に金属膜を形成した金属または非金属
ホルダをはんだ付にて接合固定したことを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の光アイソレータ。