JP2001091899A - 表面実装型アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子と金属部品の半田付け面積を最小限
にして、熱膨張による光学素子の割れ、特性劣化等の影
響を最小限に抑える。 【解決手段】 平板状の基台面上に板状偏光子を、次に
偏波面45度回転の板状ファラデー素子を、そして光軸方
位が偏光子に対して更に45度回転した向きになるように
加工成形された板状検光子を、それぞれ順番に載置固定
するとともに、板状ファラデー素子を飽和磁化させるた
めに中空円筒形状以外の形状の永久磁石を基台面上に載
置固定したユニットから構成される光アイソレータ。さ
らに光学素子を基台に固着する際、光軸方位と平行な一
面を基台表面に固着する工程によって製造する光アイソ
レータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光アイソレータの
構造及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザーの出力光が光経路内で反
射されて戻り、元の半導体レーザーに再注入されると、
その発振源である半導体レーザ自身の動作が不安定とな
るため、信頼性の高い光通信を行うには、前記反射光を
除去する光アイソレータが必要不可欠である。このよう
な前記問題に対応する光アイソレータとして、ファラデ
ー効果を有する磁気光学材料が注目されており、近年、
ファラデー素子に関する研究が進んでいる。

【０００３】ファラデー素子を用いる光アイソレータの
動作原理は、磁界中のファラデー素子が透過光の偏光方
向を非可逆的に回転させることを利用したものである。
すなわち、ファラデー素子の前後に偏光面を互いに45度
傾けて偏光子及び検光子を配置し、ファラデー回転角を
45度に調整すれば、偏光子を通過した光はファラデー素
子で偏光面が45度回転されてそのまま検光子から出てい
くが、反射による逆方向の戻り光は検光子を通過してフ
ァラデー素子に入ると、偏光面が更に45度回転されるた
め、偏光子に対する偏光面が90度となり、偏光子を通過
できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に光アイソレータ
の消光機能は、反射戻り光が再びファラデー回転子を通
過した偏光方向と偏光子とのなす偏光面が、どれだけ90
度に近いかどうかによって決定されるため、従来の光ア
イソレータでは組立の際、一方を固定し、検光子もしく
は偏光子を微妙に回転調整することにより製作してい
た。また従来の光アイソレータは、図７(a)、(b)のよう
に光の通過する部分７を除いて偏光子１及び検光子２が
光軸方位Ａと垂直な一面で、第二金属部品３に半田付け
され、またファラデー素子４の一面は、図８(b)に示す
リング状の金属部品５の斜視図のＭ面に対し、同図８
(a)の側断面図に示すように半田付けにより固定されて
いた。

【０００５】このような金属部品と光学素子の半田溶接
においては、金属部品と光学素子の熱膨張率を合わせな
いと光学素子の割れ、又は特性劣化が生じるという欠点
があった。また、上記のように従来の光アイソレータで
は、組立の際、光学素子の一方を固定し、検光子２もし
くは偏光子１を微妙に回転調整し、更に図９の側断面図
に示す第一金属部品８と第二金属部品３の接合面の外周
部数ヶ所をＹＡＧ溶接固定（図中９で示す）することに
より製作していたが、組立工数が多くかかり、量産化に
は向かないという問題があった。

【０００６】また、板状の光学素子の立方体の六面のう
ち、光軸方位と平行な一面を基台表面に固着することに
より構成される光アイソレータについては、特開平１０
−１８６２８０号で既に開示されているが、その開示例
においては、ファラデー素子４を十分に飽和磁化させる
ためには、永久磁石の形状として中空円筒形状にする必
要があった（図１０参照）。しかし中空円筒形状の永久
磁石１２を制作するためには、永久磁石素材を円筒状に
研削する工程や、研削加工時に内径と外径の中心軸を合
わせる作業等が困難である等の欠点があった。

【０００７】更に、従来型の光アイソレータを組み立て
る際は、少なくとも光学素子の所定部分を、それぞれリ
ング形状の無機溶接材（ロー材又は高温半田）を用いて
固定させねばならず、溶接工数が多くかかり、量産化に
は向かないという問題があった。

【０００８】また、従来の光アイソレータでは、光学素
子素材が高価であり、かつ小径化が望まれ、また光学素
子とする使用面積を減らすために、図１１(a)、(b)、
(c)に示すような六角形、八角形、円形等の様々な形状
の光学素子が用いられていた。しかし、それらの光学素
子形状を板状の素材基板から切り出す際、前図１１に示
すとおり、不用部分（網掛け部分）の材料の発生、カッ
ト工数（図中一点鎖線で表す）の増加等により製造コス
トが高くつくという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題に鑑み
てなされたものであり、平板状の基台と、前記基台面上
に底面を介して設置固定する板状に形成された偏光子、
ファラデー素子及び検光子において、板状偏光子を、次
に偏波面45度回転の板状ファラデー素子を、そして前記
基台面上に底面を介して配置固定するときに、光軸方位
が前記偏光子に対して更に45度回転した向きになるよう
に加工成形された板状検光子を、それぞれ順番に載置固
定するとともに前記板状ファラデー素子を飽和磁化させ
るための磁性材料として、中空円筒形状以外の形状の永
久磁石を、前記基台面上に載置固定したユニットから構
成されることを特徴とする光アイソレータを提供する。

【００１０】更に、前記板状偏光子及び検光子と、前記
板状ファラデー素子と、前記永久磁石とを無機材料を介
して基台に固着する際、光軸方位と平行な一面を基台表
面に固着する工程によって製造されることを特徴とする
光アイソレータの製造方法を提供する。

【００１１】そして板状の光学素子（偏光子、ファラデ
ー素子及び検光子）、及びファラデー素子を飽和磁化さ
せうるに十分な磁力を有する任意形状の永久磁石とを、
載置固定した基台の底面を基準にして、任意の実装モジ
ュールに基台ごと取り付けることができるようにした光
アイソレータを提供するものである。

【００１２】本発明においては、平板状の金属材料また
はガラス、セラミック等で形成された基台上に、予め光
軸方位を結晶軸に対して調整した板状の偏光子、ファラ
デー素子、検光子を順番に並設した光学素子ユニット
を、基台ごと載置する任意の実装モジュールに載置させ
るだけで、無調整で光アイソレータとしての構成を実現
したものである。

【００１３】外部磁界がなくても45度の飽和磁化状態を
維持するファラデー素子の場合、永久磁石は必要ない
が、通常は永久磁石をファラデー素子近傍に配置するこ
とにより、ファラデー素子が飽和磁化され、非可逆的な
偏光方向の回転が生じ、消光性の高い光アイソレータを
形成出来る。本発明では基台表面に予め高温半田を形成
し、かつ光学部品の底面にもメタライズ等、高温半田に
適した状態にして、加熱処理することにより溶接固定さ
れる。

【００１４】基台上に所望の傾斜付きの溝又はガイド等
を形成しておけば、光軸に対して傾斜して固定すること
もでき、また光学素子を配置固定したユニットの近傍に
ファラデー素子を飽和磁化させうるに十分な磁力を持つ
永久磁石を載置するだけで、非可逆的な偏光方向の回転
が生ずる。

【００１５】基台材料は種々利用でき、特に指定された
材料は必要とせず、接合性、信頼性を考慮し、金属、ア
ルミナ及びジルコニアセラミックス、ガラス等の材料が
使用される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。図１(a)は本発明の光アイソレータの構成の
一例を示す平面図であり、図１(b)は同図(a)の側面図で
ある。基台としての役目をする第一金属部品８の中央部
に板状ファラデー素子４、その両側に板状偏光素子１及
び検光子２を並設し、更に前記ファラデー素子４を飽和
磁化させるための直方体状永久磁石１３を、ファラデー
素子４をはさんで両側に載置する。それぞれの光学素子
表面には多層反射防止膜を形成し反射光を抑制してい
る。また各々の光学素子間の隙間１７は任意に設けられ
るが、本実施例では１〜２μｍとした。

【００１７】本実施例では図２に示すように、板状の光
学素子を溶接させるもの、つまり基台としての役目をす
る第一金属部品８の実装表面に予め高温半田を形成し、
かつ光学素子においても光軸方位Ａと平行な一面にメタ
ライズ等、高温半田に適した表面状態にして、上記第一
金属部品８に接合面を当接させ、加熱処理することによ
り溶接固定される。

【００１８】また、図１２(a)の側断面図に示すとお
り、基台としての役目をする第一金属部品８の表面に、
光軸方位Ａに対して所定の傾きを有するように配置ガイ
ド１９を設けることにより、同図(b)のように、それぞ
れの光学素子に任意の傾斜角をつけて基台上に配置する
ことも可能となる。

【００１９】これにより、光軸方位Ａと垂直な平面で溶
接していた従来例に比べ、光学素子が半田付けされる面
積が十分に小さくなるので、熱膨張による特性劣化、割
れなどの影響を及ぼさないところまで小さくすることが
出来る。これにより基台材料と光学素子を溶接する際、
それぞれの熱膨張係数を考慮することなく半田付け固定
を行うことが出来る。

【００２０】本実施例ではまず、偏光子の光軸方位を任
意に選択した上で、図３のように偏光子素材１５を縦横
に分割して切断（図中一点鎖線で表す）し、四角形の板
状に切り出す。一方、検光子は偏光子の光軸に対して45
度回転した方位になるように予め傾けておき、偏光子と
同様に検光子素材を縦横に切断し、同じく四角形の板状
に切り出す。更にファラデー素子の回転角は45度とす
る。以上により光アイソレータを組み立てる際に、回転
調整無しで組合せを行えるものである。

【００２１】更に本実施例では、ファラデー素子を飽和
磁化させる永久磁石１３を、図４に示すように直方体の
形状とし、２分割にした。この永久磁石１３の形状及び
大きさはファラデー素子４を飽和磁化させるに十分な磁
力を有するならば任意に決めることができ、例えば図５
に示す断面が略コの字形の永久磁石１３を用いることも
可能である。これにより、従来の中空円筒型永久磁石１
２の研削の際に生じていた円筒状研削、内径と外径の中
心軸合わせ等といった困難度の高い加工を行うこと無
く、任意の形状に永久磁石を研削することが可能とな
る。

【００２２】更に図６に一例を示すように、本実施例の
表面実装型光アイソレータのユニットの底面Ｃに、基台
材料が金属、或いはアルミナセラミックス等ならメタラ
イズ層を形成した上で、実際に装着するモジュール１６
に、Ｃ面を基準にして半田溶接することが出来る。 ま
た基台材料がガラスなら、そのままＣ面を基準にして実
際のモジュール１６にガラス融着することも出来る。

【００２３】

【発明の効果】本発明では、平板状基台表面に板状光学
素子を並設配置して固定するだけでよいため、偏光子及
び検光子の光軸方位は前もって組合せを決定して、素材
から板状に切り出すことで大量に製造できるので、組立
時に単に双方を組合わせて配置し、接合固定するだけ
で、微妙な回転調整を行わなくとも光アイソレータとし
ての非可逆的な偏光方向の回転機能が生じ、高消光比を
有する光アイソレータを得ることが出来る。また平板状
基台に傾斜ガイドの溝を配置することで、光軸に対して
反射を抑制することが容易となる。

【００２４】また光学素子（偏光子、又は検光子、又は
ファラデー素子）を四角形の板状としたため、六角形、
八角形、円形に切り出す際に生じていた不用部分も無く
なり、カット工数も減少するため、他の形状に比べ一番
多くの枚数を板状素材から切り出すことが出来る。以上
のことを計算すると四角形の板状は他形状に比べ、３分
の２程コストダウンになる。

【００２５】また、本発明では基台表面に高温半田を予
め蒸着等でメタライズしておき、その上に光学素子や永
久磁石を載置した上で、１回の加熱処理により全ての電
子材料を半田付けすることが出来るので、半田付工程を
１回で済ませることができ、コスト的にも効果が大き
く、また従来と比較して半田付工数を半分以下に抑える
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)本発明の光アイソレータの概略の構成を示
す平面図。 (b)本発明の光アイソレータの概略の構成を示す側面
図。

【図２】本発明の光学素子と基台との溶接の状態を示す
側面図。

【図３】本発明の偏光子の切り出しを示す図。

【図４】本発明の光アイソレータの構成を示す斜視図。

【図５】本発明の光アイソレータに用いる永久磁石の他
の形状を示す斜視図。

【図６】本発明の光アイソレータと実際のモジュールと
の固着の状態を示す図。

【図７】(a)図７(b)をＢ−Ｂ軸で切断したときの側断面
図。 (b)従来の偏光子又は検光子と金属部品との溶接の状態
を示す平面 図。

【図８】(a)従来のファラデー素子とリング状金属部品
との溶接の状態を示す側断面図。 (b)リング状金属部品を表す斜視図。

【図９】従来の光アイソレータの構成を示す側断面図。

【図１０】従来の光アイソレータの構成を示す斜視図。

【図１１】従来の各形状の光学素子と、その切り出しの
状態を示す平面図。

【図１２】(a)本発明に係る実施例において、基台表面
に傾斜ガイドを設けたときの基台の形状を示す側断面
図。 (b)図１２(a)の基台表面に、光学素子を配置したときの
状態を示す側断面図。

【符号の説明】

１・・・偏光子 ２・・・検光子 ３・・・第二金属部品 ４・・・ファラデー素子 ５・・・リング状金属部品 ６・・・半田付け部 ７・・・入射光線の通過部 ８・・・第一金属部品 ９・・・ＹＡＧ溶接箇所 １０・・・基台 １１・・・光学ユニット １２・・・中空円筒型永久磁石 １３・・・永久磁石 １４・・・溶接固定部 １５・・・偏光子素材 １６・・・実際のモジュール １７・・・光学素子間の隙間 １８・・・光学素子素材 １９・・・傾斜ガイド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の基台と、前記基台面上に底面を
   介して設置固定する板状に形成された偏光子、ファラデ
   ー素子、及び検光子において、板状偏光子を、次に偏波
   面45度回転の板状ファラデー素子を、そして前記基台面
   上に底面を介して配置固定するときに光軸方位が前記偏
   光子に対して更に45度回転した向きになるように加工成
   形された板状検光子を、それぞれ順番に載置固定すると
   ともに、板状ファラデー素子を飽和磁化させるための磁
   性材料として、中空円筒形状以外の形状の永久磁石を前
   記基台面上に載置固定したユニットから構成されること
   を特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 前記板状偏光子及び検光子と、前記板状
   ファラデー素子と、前記永久磁石とを無機材料を介して
   基台に固着する際、光軸方位と平行な一面を基台表面に
   固着する工程によって製造されることを特徴とする請求
   項１記載の光アイソレータの製造方法。
3. 【請求項３】 板状の光学素子（偏光子、ファラデー素
   子及び検光子）、及びファラデー素子を飽和磁化させう
   るに十分な磁力を有する任意形状の永久磁石とを、載置
   固定した基台の底面を基準にして、任意の実装モジュー
   ルに基台ごと取り付けることができるようにした請求項
   １又は請求項２記載の光アイソレータ。