JP2003084232A - 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子同士の接合を有機接着剤によらずに
実現することで、小型でかつ高信頼性の光学デバイスを
提供する。 【解決手段】 磁性ガーネットの少なくとも一面が、透
光性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することな
しに接合されて成り、光がその接合面を透過することに
よって機能する光学デバイスにおいて、前記透光性光学
材料の線膨張係数α2（／℃）が、前記磁性ガーネット
の線膨張係数α1（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α3
（／℃）の間の値をとるものであり、前記磁性ガーネッ
トのヤング率をE1、前記透光性光学材料のヤング率をE2
としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものであることを特徴とする光学デバイ
ス、およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子を接合し
て光デバイスを構成する際に、有機接着剤を使用せずに
一体化した光学デバイスおよび光アイソレータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、WDM（Wavelength Division Multi
plex、波長分割多重）の多波長化により、光通信システ
ムの高集積化が進んでいる。その結果、そこに使用する
光学デバイスの小型化に対する要求も強くなっている。
光学デバイスは、多くの場合、固定部材に光学素子を接
合し、これらを組み合わせることにより構成されてい
る。しかし、この方法では、固定部材が邪魔になり光学
デバイスの小型化の妨げとなっている。そこで、固定部
材を排除し、光学素子同士を接着する方法が検討されて
いる。

【０００３】光学素子同士の接合で最も簡単な方法は、
有機接着剤を使用して接着することである。しかしなが
ら、有機接着剤は、アウトガスが発生しこれがレーザー
ダイオードに悪影響を及ぼす上に、高出力レーザーの照
射や高温高湿雰囲気下の暴露に弱く、信頼性に欠けると
いった欠点を有する。

【０００４】そこで、有機接着剤を使用せずに光学素子
同士を接合する方法が種々検討されてきた。例えば無機
接合材を使用する方法として、低融点ガラスや半田が挙
げられる。低融点ガラスは、PbOやB₂O₃、ＴeO₂等の低融
点材料を主成分とした接合用ガラスであるが、接合時に
この低融点ガラスの軟化点よりも高温に加熱する必要が
ある。一方、光学デバイスの小型化を目的とした場合、
光学素子の透光面同士を接合するのが効果的である。し
かし、前記低融点ガラスを用いて光学素子の透光面を接
合すると、低融点ガラスを加熱軟化する際に光学素子に
施した反射防止膜と低融点ガラスが反応し、反射防止機
能を損なうといった問題がある。このため、透光面同士
の接合に低融点ガラスを使用した光学デバイスは、実用
化が困難とされている。

【０００５】一方、半田は、透光性が全く無いため、透
光面に直接配置することができない。従って、透光面の
外枠に選択的メタライズを施し、メタライズ部のみに半
田が介在するような接合方法が採られている。このよう
な接合方法は、複雑なメタライズ工程を必要とし、歩留
り低下およびコスト上昇が避け難いといった問題を有す
る。

【０００６】また、接合材を一切使用しないで直接接合
する方法（特開平７−２２０９２３号公報、特開２００
０−５６２６５号公報参照）も試みられている。この方
法は、光学素子表面を親水化処理した後に親水化面同士
を貼り合すもので、半導体ではＳＯＩ（Silicon On Ins
ulator）ウエーハの製造工程で実用化されている。しか
しながら、この方法を光学デバイスに適用する場合、次
に述べるような問題点があり、未だ実用化されていな
い。

【０００７】すなわち、この直接貼り合わせる接合方法
は、被接合物の形状および物性に大きく依存する。例え
ば、反りの場合、曲率半径で数百ｍ以上あることが望ま
しい。また、被接合物の表面粗さは、Ｒａ＝０．３ｎｍ
以下であることが望ましいと言われている。さらに、被
接合物間の線膨張係数の差にも大きく影響される。半導
体シリコンウエーハ同士を貼り合わせる場合は、これら
の要件を満足するのは比較的容易である。

【０００８】しかしながら、上記の要件を満足する光学
デバイスは以外に少ない。例えば、光学デバイスで一般
的に使用される光学素子の一つである鉄系ガーネット等
は厚さ方向に応力分布を有するため、大きな反りを伴う
ことが多い。また、偏光ガラスは、ガラスに銀や銅など
の金属微粒子を楕円形状にし、一方向に配向させ分散さ
せた構造であるため、表面粗さを制御することが困難で
ある。さらに、これら光学素子の線膨張係数は、材料に
よって大きく異なる場合が多く、被接合物間の線膨張係
数差が大きくなる傾向にある。このため、被接合物の接
合力を上げるため加熱処理を行った場合、接合面におけ
る熱応力が大きくなり剥離が生じ易い。従って、直接接
合技術の光学デバイスヘの適用は、非常に困難なものと
なっている。このように、現在、有機接着剤を使用せず
に光学素子を接合した光学デバイスを安価にかつ容易に
製造することは、非常に困難な状況にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、この
ような問題点に鑑みなされたもので、光学素子同士の接
合を有機接着剤によらずに実現することで、小型でかつ
高信頼性の光学デバイスを提供することを主たる目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光学デバイスは、磁性ガーネットの少なく
とも一面が、透光性光学材料を介して偏光子と接着剤を
使用することなしに接合されて成り、光がその接合面を
透過することによって機能する光学デバイスにおいて、
前記透光性光学材料の線膨張係数α2（／℃）が、前記
磁性ガーネットの線膨張係数α1（／℃）と前記偏光子
の線膨張係数α3（／℃）の間の値をとるものであり、
前記磁性ガーネットのヤング率をE1、前記透光性光学材
料のヤング率をE2としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものであることを特徴とする光学デバイ
スである（請求項１）。

【００１１】上述したように、異なる種類の光学素子同
士を接着材を用いず直接接合する場合、その線膨張係数
差が大きいと、被接合物の間に十分な接合力を与えるこ
とは困難である。例えば、光アイソレータに用いられる
光学素子である、ファラデー回転子として機能する磁性
ガーネットと偏光子（および検光子）として機能する偏
光ガラスでは一般に線膨張係数差が大きく、直接接合す
ることは困難となっている。したがって、線膨張係数が
磁性ガーネットの線膨張係数と偏光子の線膨張係数の間
の値を持つ透光性光学材料を用い、これを介して磁性ガ
ーネットと偏光子を接合することにより熱応力を緩和す
ることが可能となる。また、熱応力は被接合物の線膨張
係数だけでなく、そのヤング率にも依存する。線膨張係
数とヤング率との関係を上記式の関係を満足するものと
すれば、特に問題となる磁性ガーネットと透光性光学材
料との間の接合面での接合力を高めることが可能とな
り、剥離が生じることがなくなる。

【００１２】この場合、前記磁性ガーネットの透光性光
学材料側に金属酸化膜が形成されていることが好ましく
（請求項２）、この磁性ガーネットに形成された金属酸
化膜が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
る１種または２種以上の金属酸化膜であり、該金属酸化
膜が単層または多層に積層されたものであることが好ま
しい（請求項３）。

【００１３】このように、磁性ガーネットの接合面に金
属酸化膜が形成されていることによって、屈折率差によ
る反射損失を抑制する反射防止膜として作用するととも
に、光学素子同士の接合をより強固にすることができ
る。また、該金属酸化膜がＡｌ _２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｓｉ
Ｏ_２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜で
あり、単層または多層に積層されたものであることによ
って、反射防止膜としての効果に優れ、さらに接合力の
向上が顕著であるため、高性能で高信頼性の光学デバイ
スとすることができる。

【００１４】また、このとき、前記磁性ガーネットがビ
スマス置換鉄ガーネットであることが好ましく（請求項
４）、さらに、前記偏光子が偏光ガラスであることが好
ましい（請求項５）。

【００１５】このように、磁性ガーネットがファラデー
回転能に優れているビスマス置換鉄ガーネットであるこ
とによって、０．５ｍｍ程度の厚さで４５度のファラデ
ー回転角が実現可能であり、光学デバイスの小型化に有
効である。また、偏光子が光学特性への厚さの影響が少
ない偏光ガラスであることによって、光学特性を低下さ
せることなく偏光子の厚さを薄くすることができ、光学
デバイスの小型化に有効である。この偏光ガラスとして
は、一般的に使用されている硼珪酸ガラス等のガラス母
材中に銀や銅などの金属を分散させたものを用いること
ができる。

【００１６】さらに、磁性ガーネットと偏光子の間に介
在させる透光性光学材料が、透光性ガラスであることが
好ましい（請求項６）。ガラスは組成によってその線膨
張係数やヤング率を制御することが比較的容易であり、
本発明範囲の線膨張係数およびヤング率のものを容易に
得ることができる。ここで、透光性とは、この光学デバ
イスを使用する光の波長に対し吸収が小さいことを意味
する。ガラス材料は可視域から通信波長域である近赤外
域の波長に対し吸収を小さくすることが容易であり、本
発明の光学デバイスに用いる材料として有効である。こ
のような透光性光学材料としては、例えば、ソーダ石灰
ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラ
ス、鉛ガラス、バリウムガラス等の各種光学ガラスを挙
げることができる。

【００１７】そして、本発明の光学デバイスとして具体
的には、前記磁性ガーネットの他方の面にも透光性光学
材料を介して偏光子が接合された光アイソレータを挙げ
ることができる（請求項７）。

【００１８】光アイソレータは、光学デバイスの中で最
も利用価値が高いものの一つであり、光通信における必
須デバイスである。このように、本発明の光学デバイス
が光アイソレータであることによって、近年要望の強い
光アイソレータの小型化、有機接着剤のフリー化に応え
た光学デバイスを提供することができる。

【００１９】次に、本発明に係る光学デバイスの製造方
法は、磁性ガーネットの少なくとも一面を透光性光学材
料を介して偏光子と接着剤を使用することなしに接合し
て光学デバイスを製造する方法において、前記透光性光
学材料としてその線膨張係数α２（／℃）が前記磁性ガ
ーネットの線膨張係数α１（／℃）と前記偏光子の線膨
張係数α３（／℃）の間の値であるものを用い、かつ前
記磁性ガーネットのヤング率をE1、前記透光性光学材料
のヤング率をE2としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものを用いて接合することを特徴とする
光学デバイスの製造方法（請求項８）である。

【００２０】このように、透光性光学材料として、その
線膨張係数α２（／℃）が磁性ガーネットの線膨張係数
α１（／℃）と偏光子の線膨張係数α３（／℃）の間の
値であり、また前記磁性ガーネットのヤング率をE1、前
記透光性光学材料のヤング率をE2としたときに、上記式
の関係を満たすものを用いて接合することによって、光
学素子同士を接着剤を使用することなく十分な接合強度
で接合でき、また光学歪による光学特性の劣化を抑制で
きる。したがって、優れた光学特性を有する高信頼性の
光学デバイスを安価に製造することができる。

【００２１】このとき、前記磁性ガーネットと前記透光
性光学材料、および／または前記透光性光学材料と前記
偏光子の接合は、各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処
理、乾燥工程を施した後、接合面を直接または水を介し
て貼り合わせ、その後熱処理を行うことによって接合す
るのが好ましい（請求項９）。

【００２２】このように、磁性ガーネット、透光性光学
材料、偏光子の各接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾
燥工程を施した後、これらを直接または水を介して貼り
合わせ、その後熱処理を行うことによって、磁性ガーネ
ット、透光性光学材料、および偏光子を構成する各元素
あるいは化学種間の相互作用が有効に働き、十分な接合
強度を得ることができる。それによって、接合面の剥離
を防止することができる。

【００２３】さらに、このとき、前記磁性ガーネットの
透光性光学材料側に金属酸化膜を形成した後に、該磁性
ガーネットと透光性光学材料を接合することが好ましい
（請求項１０）。

【００２４】このように、磁性ガーネットの接合面に金
属酸化膜を形成した後に接合を行うことによって、光学
素子同士の接合強度をさらに高めることができる。ま
た、形成された金属酸化膜が光学デバイスにおいて反射
防止膜としての機能を有するものとすることができるの
で、信頼性が高く、高性能の光学デバイスを製造するこ
とができる。

【００２５】さらに、前記磁性ガーネットに形成する金
属酸化膜を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択
される１種または２種以上の金属酸化膜とし、該金属酸
化膜を単層または多層に積層することが好ましい（請求
項１１）。

【００２６】このように、金属酸化膜をＡｌ_２Ｏ_３、Ｔ
ｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択される１種または２種以上の
金属酸化膜とし、単層または多層に積層することによっ
て、金属酸化膜の反射防止膜としての機能をさらに高
め、また光学素子同士の接合力も著しく高めることがで
きる。

【００２７】また、前記磁性ガーネットの両面に透光性
光学材料を介して偏光子を接合して、光アイソレータを
製造することが好ましい（請求項１２）。このように、
本発明方法により光アイソレータを製造することによっ
て、接着剤を用いることなく、十分な接合強度を有する
小型の光アイソレータを製造することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定
されるものではない。本発明者等は、有機接着剤を使用
せずに光学素子を接合することで、小型で信頼性の高い
光デバイスを安価に提供するために、光の透過面の接合
が可能であり、かつ、反り、表面粗れ、線膨張係数差を
有する光学素子に対しても十分な接合強度が得られる接
合技術として、磁性ガーネットと偏光子の間に透光性光
学材料を介して接合し、磁性ガーネット、偏光子、透光
性光学材料の線膨張係数及びヤング率がある条件を満た
す場合に接合が極めて効果的であることを見出し、本発
明を完成させた。

【００２９】すなわち、本発明の光学デバイスは、磁性
ガーネットの少なくとも一面が、透光性光学材料を介し
て偏光子と接着剤を使用することなしに接合されて成
り、光がその接合面を透過することによって機能する光
学デバイスにおいて、前記透光性光学材料の線膨張係数
α2（／℃）が、前記磁性ガーネットの線膨張係数α1
（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α3（／℃）の間の
値をとるものであり、前記磁性ガーネットのヤング率を
E1、前記透光性光学材料のヤング率をE2としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものである。

【００３０】図１は本発明の光学デバイス（磁性ガーネ
ットの両面に透光性光学材料を介して偏光子を接合した
光アイソレータ）の一例を示しており、偏光子１４、フ
ァラデー回転子として機能する磁性ガーネット１１を有
し、これらの線膨張係数の間の線膨張係数をもつ透光性
光学材料１３を介して一体的に接合された構造をしてい
る。

【００３１】一般に、光学素子の歪に影響を受け易い光
学デバイス、例えば光アイソレータ等では、接合された
光学素子にストレスがかかると消光比等の光学特性が低
下する傾向にある。光学素子同士を接着剤を使用せずに
接合させた光学デバイスは強固に固定されているため、
光学デバイスの温度変化に伴って光学素子間の線膨張係
数差に比例したストレス（熱応力）が加わる。

【００３２】したがって、直接接合された光学デバイス
では、温度変化に伴って接合面での剥離が生じやすくな
るのみならず、消光比等の光学特性の劣化が生じる。こ
の温度変化による消光比の劣化は、光学素子間の線膨張
係数差が２×１０^−６／℃以上で顕著になる傾向にあ
る。一般に光学素子として使用される偏光ガラスの線膨
張係数は６．５×１０^−６／℃であり、ビスマス置換鉄
ガーネットの線膨張係数は１１×１０^−６／℃である。
したがって、両者の線膨張係数の差は４．５×１０^−６
／℃となり、ビスマス置換鉄ガーネットと偏光ガラスを
直接接合して得られた光学デバイスの場合、大きな消光
比の劣化が生じる。そこで、本発明では、偏光子と磁性
ガーネットの間に、両者の線膨張係数の間の値の線膨張
係数を有する透光性光学材料を設けることにより消光比
等の光学特性の劣化の抑制、および接合面での剥離の防
止を図っている。

【００３３】磁性ガーネット１１の両面には金属酸化膜
１２が、偏光子１４または透光性光学材料１３に対する
反射損失抑制のための反射防止膜として設けられてお
り、Al ₂O₃、TiO₂、SiO₂の層が順に積層されている。こ
れらの層は電子ビーム蒸着法など、化学的気相成長法に
よって形成することができる。この金属酸化膜１２の存
在により、磁性ガーネットと透光性光学材料との接合強
度を一層高めることができる。

【００３４】また、偏光子１４の一方の面（非接合面）
には、空気に対する反射損失抑制のための反射防止膜と
して金属酸化膜１５が形成されている。金属酸化膜１５
としては、金属酸化膜１２と同様Al₂O₃、TiO₂、SiO₂か
ら選ばれる単層もしくは多層の膜とすることができる
が、ここでは空気に対する反射防止膜であるため、金属
酸化膜１２と同じ構成でなくてよい。例えばTiO₂とSiO₂
をこの順で積層することによって金属酸化膜１５を構成
することができる。

【００３５】図１における金属酸化膜１２と透光性光学
材料１３との界面、及び透光性光学材料１３と偏光子１
４との界面は、接着剤を用いず直接接合されている。接
着剤を用いない直接の接合とは、半導体のSOI構造を形
成するのに用いられている方法に類似する方法であり、
接合する界面を研磨、洗浄、親水化処理を行い、貼り合
わせることによって形成される。この場合の接合力はフ
ァン・デル・ワールス力、水素結合、共有結合などが考
えられ、貼り合わせたあとの熱処理温度を高くするにつ
れて接合力は強固となる。なお、本発明においては、上
記金属酸化膜１２は、必ずしも設けなくとも良く、磁性
ガーネットと透光性光学材料を金属酸化膜を介さずに接
合するようにしても良い。

【００３６】次に図１のような、磁性ガーネットの両面
に透光性光学材料を介して偏光子を接合した光アイソレ
ータ１０を作製するプロセスについて説明する。本発明
の接合方法の一例を示すフローを図３に示す。

【００３７】先ず、磁性ガーネット、透光性光学材料及
び偏光子の接合される表面（接合面）に十分な研磨加工
（工程）を施す。磁性ガーネット１１の両面に、透光
性光学材料１３に対する反射防止膜として金属酸化膜層
１２を形成する。一方、偏光子１４の片方の面に、空気
に対する反射防止膜として金属酸化膜層１５を形成して
おく。その後、各光学素子の接合面を十分に洗浄し（工
程）、親水化処理（工程）を行う。その際、接合面
の洗浄には、通常の湿式洗浄が有効であるが、さらに
短波長紫外線処理（ＵＶ処理）やプラズマ処理を併用す
るとより効果的である。また、親水化処理には、半導
体ＳＯＩウエーハプロセスで一般的に利用されているア
ンモニア過水（アンモニア水、過酸化水素水、純水の混
合液）や硝酸、塩酸の希釈液もしくはこれら希釈液に過
酸化水素水を添加した溶液が有効である。

【００３８】次に、純水による洗浄を行い、親水化処理
液を除去する。純水洗浄後は、ＩＰＡ蒸気乾燥法やスピ
ンドライヤーで乾燥し、乾燥むらを防止することが望ま
しい（工程）。このようにして得られた前処理済みの
光学素子の各接合面に液体を塗布し（工程）、その後
磁性ガーネットと偏光子を透光性光学材料を介して貼り
合せる（工程）。このとき塗布する液体は、水、アン
モニア等の極性分子を主成分とした液体を単独もしくは
混合して使用することができるが、特に純水を用いるの
が好ましい。また、アルカリ金属元素やケイ酸塩などの
可溶性物質を添加することによって更に接合力を向上さ
せることが可能である。

【００３９】上記の手順で貼り合せた接合体を自然乾燥
もしくは真空乾燥させることによって、弱い接合力で固
定される（工程）。この接合面における接合力はこの
ままでは弱いため、工程で乾燥を施した後、得られた
接合体に８０〜２００℃程度の温度で数時間熱処理を施
すことにより、必要十分な接合力が得られる（工程
）。このとき、熱処理工程における昇温速度が速や過
ぎると、昇温中に接合面の剥離が発生する恐れがある。
従って、２０℃／ｈ以下の昇温速度に設定することが望
ましい。また、熱処理時の雰囲気は、大気中でも問題な
いが、減圧雰囲気もしくは水素を含む雰囲気であるとよ
り望ましい。

【００４０】一般に、熱処理の温度を増すにつれて接合
力は上がるものの、被接合物が異なる場合、そこに熱応
力が発生する。この熱応力が接合力を上回る場合に剥離
が生じる上、接合面における応力が大きいと、光アイソ
レータとして使用した場合、消光比が悪くなる。熱応力
は被接合物の線膨張係数ばかりでなくヤング率にも依存
するため、被接合物の線膨張係数差とヤング率の比を適
切な値に設定することによって、接合面における熱応力
を小さくしつつ接合力を高めることが可能である。以上
の工程を施すことにより、光学素子同士が接着剤を使用
することなしに接合された光学デバイスを得ることがで
きる。

【００４１】上記のように、熱応力は被接合物の線膨張
係数ばかりでなくヤング率にも依存するため、被接合物
間の線膨張係数差とヤング率の比の適切な値を見出すべ
く、以下のようなテストを行った。特に剥離は、主とし
て磁性ガーネットと接合される他の光学素子との接合面
で発生するため、磁性ガーネットと透光性光学材料の接
合について条件を調査した。

【００４２】（テスト１）接合に用いた光学素子は、偏
光ガラス（偏光子）と光学ガラス（透光性光学材料）お
よびファラデー回転子（ビスマス置換鉄ガーネットを波
長１．３１μｍでファラデー回転角θｆ＝４５°に調整
したもの）である。これら光学素子は、予め十分に研磨
加工を施し、表面粗さ（Ｒ_ａ）を0.3nm以下に調製した
ものを使用した。大きさは全て、15mm x 15mm角であ
り、その他の諸物性は表１の通りである。

【００４３】

【表１】

【００４４】ファラデー回転子には、両面に対ガラス反
射防止膜を兼ねた３層膜（Al₂O₃／TiO₂ ／SiO₂）を施し
た。一方、偏光ガラスには、非接合面側のみに対空気反
射防止膜（Al₂O₃／SiO₂ ）を施した。なお、これら反射
防止膜は、波長１．３１μｍで最適化した。なお、上記
表１のデータは、偏光ガラスの非接合面およびファラデ
ー回転子の両面に反射防止膜を施した後に測定したもの
である。

【００４５】接合一体化する手順は次の通りに行った。
まず、ファラデー回転子の両面に対ガラス反射防止膜を
介して２枚の光学ガラスを直接接合し一体化した。別に
片面に対空気反射防止膜を施した偏光ガラス２枚を準備
し、この偏光ガラスの反射防止膜を施していない接合面
とファラデー回転子に接合された光学ガラスの接合面と
を直接接合し一体化した。

【００４６】ファラデー回転子、光学ガラス、および偏
光ガラスとの接合は、具体的には図3に示したような順
序により行った。主な工程条件等は次のとおりである。 研磨：各光学素子は予め十分に研磨した。（ファラ
デー回転子および偏光ガラスは、研磨後に反射防止膜の
形成を行う。） 洗浄：低圧水銀灯によるＵＶ（紫外線）処理後、純
水で洗浄（ＵＳ（Ultra Sonic 、超音波）洗浄）する。 親水化処理：アンモニア水：過酸化水素水: 純水＝
１：１：４のアンモニア過水に浸漬する。 洗浄、乾燥：純水洗浄（ＵＳ洗浄）後、ＩＰＡ蒸気
乾燥を行う。 接合面に純水を塗布する。 貼り合せ：塗布液が乾燥する前に貼り合せる。この
時２枚の偏光ガラスの偏波方向が互いに45度になるよう
に調整する。 乾燥：貼り合わせ後２４時間真空乾燥する。 熱処理：110℃、10時間、大気中で行う。昇温速度
は４℃／ｈとする。この熱処理によって接合が完了す
る。 上記テストではファラデー回転子と光学ガラスの接合
も、光学ガラスと偏光子との接合も、上記〜の工程
で実施した。

【００４７】被接合物間の線膨張係数およびヤング率の
違いによる接合部の密着性への影響は次のように評価し
た。まず、光学ガラスとして表1に示したように線膨張
係数が7.0〜10 x 10^-6 / ℃、ヤング率が30〜90GPaの範
囲にある材料を用いて接合した接合体につき、熱処理後
の接合面の観察をし、剥離の有無を確認した。光学ガラ
スの厚さは全て0.1mmとし、表面の粗さはRa=0.15〜0.20
nmの範囲で分布していた。次に、一体化したものをダイ
サーにより1mm x 1mmのチップ状に切断し接合面を観察
した。更に、このチップを、密閉容器中に温度105℃で1
00時間保持した（以下、プレッシャークッカー試験と記
す）後に、接合界面を観察し、剥離の有無およびその程
度を調べた。

【００４８】プレッシャークッカー試験において剥離の
生じなかったものについては、波長1.31μmにおける消
光比を測定することによって、接合面にかかっている応
力の大小を比較した。結果を表2に示した。

【００４９】

【表２】

【００５０】（テスト２）比較として、光学ガラスを用
いず、ファラデー回転子と偏光ガラスをテスト１と同様
の接合方法を用いて直接接合し、プレッシャークッカー
試験を行った。用いた偏光ガラスの厚さは、テスト１に
おける光学ガラスと偏光ガラスの厚さの総和と同じにす
るため、0.2mmとした。これについても接合界面を観察
し、結果を表２に併記した。

【００５１】これらの結果、剥離や端部の剥がれはほと
んどファラデー回転子の接合面で発生した。以上の結果
を、横軸にヤング率比E1/E2、縦軸に線膨張係数差（α1
?α2）をとって相関を見たのが図２である。

【００５２】図２からわかるように、（α1−α2）×10
⁶＝ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9の直線より下の領域で消光
比30dB以上を示し、光アイソレータとして良好な特性を
示す。上記直線より上では剥離が生じるか消光比が小さ
くなる。したがって、線膨張係数およびヤング率が、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満足すれば、良好な接合体を得ることができる
ことがわかる。なお、磁性ガーネットと透光性光学材料
の線膨張係数は、いずれの線膨張係数を大とすることも
可能であるので、線膨張係数の差（α1−α2）は、絶対
値で表示している。

【００５３】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００５４】例えば、上記の実施の形態では、磁性ガー
ネットの両面に透光性光学材料を介して偏光子が接合さ
れた最小単位で構成された光アイソレータを示している
が、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光子と
ファラデー回転子を更に組み合わせて多段構造に構成し
た光アイソレータにも適用することができる。

【００５５】また、上述した実施の形態では、光学素子
を接合する際に接合面に純水を塗布して接合を行ってい
るが、これに限定されるものではなく、十分な結合強度
が得られる場合は水を介さず光学素子同士を直に接合し
てもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、接着剤を使用することなく各種光学素子の接合
を容易でかつ強固な接合強度で行うことができ、アウト
ガスの発生や接合面の劣化がなく、優れた光学特性を有
する小型で高信頼性の光デバイスを安価に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学デバイスの一例を示す図である。

【図２】ヤング率比E1/E2と線膨張係数差の相関を見た
図である

【図３】本発明の光学デバイスの接合方法の一例を示す
フロー図である。

【符号の説明】

１０…接合型光アイソレータ、 １１…磁性ガーネッ
ト、１２…金属酸化膜（対ガラス反射防止膜）、１３…
透光性光学材料、 １４…偏光子（偏光ガラス）、１５
…金属酸化膜（対空気反射防止膜）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 博樹 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 白崎 享 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Ｆターム(参考） 2H099 AA01 BA02 CA05 CA11

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性ガーネットの少なくとも一面が、透
   光性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することな
   しに接合されて成り、光がその接合面を透過することに
   よって機能する光学デバイスにおいて、前記透光性光学
   材料の線膨張係数α2（／℃）が、前記磁性ガーネット
   の線膨張係数α1（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α3
   （／℃）の間の値をとるものであり、前記磁性ガーネッ
   トのヤング率をE1、前記透光性光学材料のヤング率をE2
   としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものであることを特徴とする光学デバイ
   ス。
2. 【請求項２】 前記磁性ガーネットの透光性光学材料側
   に金属酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の光学デバイス。
3. 【請求項３】 前記磁性ガーネットに形成された金属酸
   化膜が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
   る１種または２種以上の金属酸化膜であり、該金属酸化
   膜が単層または多層に積層されたものであることを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
4. 【請求項４】 前記磁性ガーネットがビスマス置換鉄ガ
   ーネットであることを特徴とする請求項１から請求項３
   のいずれか一項に記載の光学デバイス。
5. 【請求項５】 前記偏光子が偏光ガラスであることを特
   徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の
   光学デバイス。
6. 【請求項６】 前記透光性光学材料が透光性ガラスであ
   ることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一
   項に記載の光学デバイス。
7. 【請求項７】 前記光学デバイスが、前記磁性ガーネッ
   トの他方の面にも透光性光学材料を介して偏光子が接合
   された光アイソレータであることを特徴とする請求項１
   から請求項６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
8. 【請求項８】 磁性ガーネットの少なくとも一面を透光
   性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することなし
   に接合して光学デバイスを製造する方法において、前記
   透光性光学材料としてその線膨張係数α２（／℃）が前
   記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／℃）と前記偏光
   子の線膨張係数α３（／℃）の間の値であるものを用
   い、かつ前記磁性ガーネットのヤング率をE1、前記透光
   性光学材料のヤング率をE2としたとき、式 ｜（α1 − α2）｜×10⁶≦ 8 /9・E1 / E2 + 6 / 9 の関係を満たすものを用いて接合することを特徴とする
   光学デバイスの製造方法。
9. 【請求項９】 前記磁性ガーネットと前記透光性光学材
   料、および／または前記透光性光学材料と前記偏光子の
   接合は、各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥
   工程を施した後、接合面を直接または水を介して貼り合
   わせ、その後熱処理を行うことによって接合することを
   特徴とする請求項８に記載の光学デバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記磁性ガーネットの透光性光学材料
    側に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと透
    光性光学材料を接合することを特徴とする請求項８また
    は請求項９に記載の光学デバイスの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記磁性ガーネットに形成する金属酸
    化膜を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
    る１種または２種以上の金属酸化膜とし、該金属酸化膜
    を単層または多層に積層することを特徴とする請求項１
    ０に記載の光学デバイスの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記磁性ガーネットの両面に透光性光
    学材料を介して偏光子を接合して、光アイソレータを製
    造することを特徴とする請求項８から請求項１１のいず
    れか一項に記載の光学デバイスの製造方法。