JP2003084234A

JP2003084234A - 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2003084234A
Application number: JP2001277237A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshikawa; 博樹吉川; Masatoshi Ishii; 政利石井; Shigeru Konishi; 繁小西; Susumu Shirasaki; 享白崎
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: JP5138848B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子同士を接着剤を使用することなく接
合し、小型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供す
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α
３（／℃）の間の値をとるものであり、前記透光性光学
材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであ
り、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍ
ｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光学デバ
イス。

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及び光学
デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ、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、そこに使用される光学デバイスの
小型化に対する要求も強くなってきている。光学デバイ
スの多くは、固定部材にファラデー回転子や偏光子等の
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、固定部材を排除して、光学素子同士を接着する方法
が検討されている。

【０００３】光学デバイスの小型化には、光学素子の透
光面同士を接合すると効果的である。このような光学素
子同士の接合において最も簡単な方法は、有機接着剤を
使用して接合を行うことである。しかしながら、有機接
着剤は、アウトガス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、デバイスの信頼性に欠けるといった欠点を
有する。

【０００４】そこで、有機接着剤を使用することなく、
光学素子同士を接合する方法が望まれ、種々検討されて
いる。例えば、その一つとして、低融点ガラスや半田を
無機接合材として使用して、光学素子同士を接合する方
法がある。低融点ガラスとは、Ｂｉ_２Ｏ_３やＰｂＯ等の
低融点材料を主成分とした接合用ガラスである。しかし
ながら、接合時にガラスの軟化点よりも高温に加熱する
必要がある。そのため、低融点ガラスを用いて接合する
場合、低融点ガラスの軟化の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てしまい、反射防止機能
が損なわれる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の実用
化は困難とされている。

【０００５】一方、半田を使用する場合、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、歩留りの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光学素子
同士を直接接合する方法（特開平７−２２０９２３号公
報、特開２０００−５６２６５号公報参照）も試みられ
ている。この方法は、光学素子の表面を親水化処理した
後に親水化面同士を貼り合せるもので、半導体ではＳＯ
Ｉ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）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、実用化が困難な状況である。

【０００７】この直接接合方法は、被接合物の形状およ
び物性に大きく依存する。例えば、反りに関しては、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。

【０００８】しかしながら、上記の制限を満足する光学
素子は少ない。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、ガラスに銀粒子を分散させた
構造であるため、表面粗さを制御することが困難であ
る。そのため、このような光学素子同士を直接接合した
場合、接合面には剥離が発生しやすく、接合面の密着
性、耐久性は低いものであった。

【０００９】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
膨張係数には大きな差が生じる。このような線膨張係数
の異なる材料を直接接合した場合、異種材料間に熱応力
が発生し、それが接合部に集中することによって光学歪
が生じやすくなり、消光比等の光学特性を低下させると
いう問題があった。したがって、直接接合技術を光学デ
バイスヘ適用することは、非常に困難なものである。

【００１０】以上のように、従来技術によって有機接着
剤を使用することなく光学素子を接合し、高信頼性の光
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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上記問
題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、
光学素子同士を接着剤を使用することなく接合し、小型
で高信頼性の光学デバイスを安価に提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、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、前記透光
性光学材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍ
であり、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０
２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光学
デバイスが提供される（請求項１）。

【００１３】このように、透光性光学材料の線膨張係数
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の間の値をとるものであり、透光性光学材
料の厚さｔ２が、ｔ２≧０．０２ｍｍであり、かつ偏光
子の厚さｔ３が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであ
る光学デバイスであれば、接合時の熱処理工程時に光学
素子同士が剥離する事を防止できるため、十分な接合強
度を得ることができる。また、磁性ガーネットと偏光子
間で生じる熱応力を低減できるため、熱応力を起源とし
た光学歪による光学特性の劣化を抑制でき、さらに、有
機接着剤を使用していないため、アウトガスの発生や雰
囲気による接合面の劣化が生じない。したがって、実用
レベルの光学特性を有し、小型で高信頼性の光学デバイ
スを安価に提供することができる。

【００１４】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が形成されていることが好ましく
（請求項２）、前記金属酸化膜がＡｌ_２Ｏ_３、Ｔｉ
Ｏ_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、また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）。

【００１５】このように、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によって、反
射防止膜として作用し、また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_２
Ｏ_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、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。

【００１６】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）。

【００１７】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、本発明の特徴の一つは、上述したよう
に、偏光子の厚さを適切に設定して接合力及び光学特性
の改善を図っているため、光学特性が厚さに依存するこ
とのない偏光子を用いることが好ましい。そのため、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
の厚さを適切に設定することができる。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。

【００１８】また、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が好ましい（請求
項６）。

【００１９】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。

【００２０】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
学材料に、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（／℃）の間の値であり、また厚さｔ２（ｍ
ｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであるものを用い、かつ前
記偏光子に、その厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍｍ≦
ｔ３≦０．３ｍｍであるものを用いて接合することを特
徴とする（請求項７）。

【００２１】このように、透光性光学材料に、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、また厚さｔ２が、ｔ
２≧０．０２ｍｍであるものを用い、かつ偏光子に、そ
の厚さｔ３が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍである
ものを用いて光学デバイスを製造することによって、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。

【００２２】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
偏光子との接合は、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
することが好ましい（請求項８）。

【００２３】このように、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
光子との接合面に研磨、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、磁性ガーネットを構
成する化学種と透光性光学材料を構成する化学種との相
互作用、および／または透光性光学材料を構成する化学
種と偏光子を構成する化学種と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。

【００２４】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９）。

【００２５】このように、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ことにより、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。

【００２６】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１０）。

【００２７】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。

【００２８】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１１）。このように、
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。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発
明者等は、小型で信頼性の高い光学デバイスを提供する
ために、光学素子同士が接着剤を使用することなく十分
な接合強度で透光面で接合され、また接合時に種々の光
学素子の反射防止膜に与えられるダメージがなく、しか
も、線膨張係数差を有する光学素子間の接合においても
光学特性の低下が抑制された光学デバイスとして、磁性
ガーネットが透光性光学材料を介して偏光子と接合され
た光学デバイスであって、透光性光学材料の線膨張係数
が制御されており、透光性光学材料と偏光子の厚さが適
切に選択された光学デバイスであれば極めて効果的であ
ることを見出し、接合に関する諸条件を精査することに
よって本発明を完成させるに至った。

【００３０】すなわち、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、前記透
光性光学材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍ
ｍであり、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．
０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光
学デバイスであれば、十分な接合強度と実用レベルの光
学特性を有する小型で高信頼性の光学デバイスを安価に
提供することができる。

【００３１】本発明の磁性ガーネットと透光性光学材
料、および／または透光性光学材料と偏光子との接合に
おける接合方法の一例を図１に示す。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。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。

【００３２】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を直接接合しても良いが、より接合
を容易にするため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、特に純水を介し
て接合するのが望ましい。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も可能である。

【００３３】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）。このとき、光学素子の表面が十分
に平坦でないと、光学素子間の接合面に空隙が生じ剥離
が起こる。この問題を解決するために、偏光子の厚さを
０．３ｍｍ以下とすると効果的である。以下にそのメカ
ニズムを説明する。

【００３４】一般に、薄板に力を加えて曲げるのに必要
な力は、板厚の３乗に比例する。従って、被接合物の厚
さが薄ければ薄いほど、表面の凸凹に追従しやすくなり
空隙が埋められるため、剥離が生じ難くなる。磁性ガー
ネットの場合は、ファラデー回転能×厚さで所望のファ
ラデー回転角が得られるために、接合強度を高めるため
に厚さを薄くすることができない。一方、偏光子の場
合、特に偏光ガラスの場合には、その厚さが０．０２ｍ
ｍ以上であれば十分な消光特性が得られるため、密着性
向上の為に厚さを薄くすることが可能である。

【００３５】実際に、偏光ガラスを薄くしてゆき、工程
の乾燥を行った後、その密着性を確認したところ、偏
光ガラスの厚みが０．３ｍｍ以下であれば、剥離の発生
が低減され接合が十分であることが確認できた。

【００３６】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、２
０℃／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。以上の工程を施すことにより、光学素子同士が直接
接合された光学デバイスを得ることができる。

【００３７】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れた光
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。

【００３８】したがって、直接接合された光学デバイス
では、温度変化に伴って消光比の劣化が生じる。この温
度変化による消光比劣化は、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、大きな消光比劣化が
生じる。そこで、本発明は、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劣化の抑制を
図っている。このとき、透光性光学材料の材質として
は、光源より発した光線を透過でき、その消光比劣化量
が小さいものであれば、透光性光学材料として用いるこ
とができ、このような材質として、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。

【００３９】消光比劣化を抑制する効果は、透光性光学
材料の厚さに依存し、その厚さが厚くなるほど消光比劣
化の抑制効果は大きくなる。これは、偏光子と磁性ガー
ネット間に働く熱応力を透光性光学材料が変形すること
によって緩和するためで、透光性光学材料の厚さが薄過
ぎる場合、熱応力の緩和効果は十分に働かなくなる。そ
のため、透光性光学材料の厚さは、０．０２ｍｍ以上と
することが好ましく、０．０５ｍｍ以上とすることがさ
らに望ましい。また、透光性光学材料の厚さの上限は、
所望の光学デバイスサイズの制限に依存するが、光アイ
ソレータ等の場合は光学距離が５ｍｍ以下の場合が多
く、透光性光学材料以外の光学素子の厚み分を勘案する
と、１ｍｍ以下であることが好ましい。

【００４０】また、上記の直接接合方法において、磁性
ガーネットと透光性光学材料を接合する際、磁性ガーネ
ットの透光性光学材料との接合面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
ことによって、形成された金属酸化膜が反射防止膜とし
て作用し、また接合強度をより強固にすることができ
る。その際、磁性ガーネットの接合面に形成される金属
酸化膜は、化学的に安定で通信波長帯(０．９〜１．７
μｍ)で透明であれば良く、表面層が親水化され易いも
のであればさらに好ましい。そのため、該金属酸化膜が
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、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
効果が大きく、さらに接合力の向上が顕著であるため、
高信頼性の光学デバイスとすることができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。（実施例１）光学素子として、厚さの異なる数種類の偏
光ガラス（偏光子）、バッファガラス（透光性光学材
料）及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θｆ＝４５°に調整したもの）を
用意し、これらの光学素子に十分な研磨加工を施して表
面粗さを０．３ｎｍ以下に調製した。

【００４２】その後、ファラデー回転子には、その両面
に対ガラス反射防止膜（Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２またはＳ
ｉＯ_２の単層膜、あるいはＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／Ｓｉ
Ｏ_２の３層膜）を施したものと対ガラス反射防止膜を施
していないものを準備し、また一方、偏光ガラスには非
接合面側のみに対空気反射防止膜（Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ
_２膜）を施した。尚、これらの反射防止膜は波長１．３
１μｍで最適化した。各光学素子の詳細な物性について
は以下の表１に示す。表１に示した光学素子のデータ
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ものについて測定したものであ
る。

【００４３】

【表１】

【００４４】次に、接合一体化する光学デバイスの構成
を図２に示す。図２は、ファラデー回転子１３に対ガラ
ス反射防止膜１７を施したものを用いた場合を示してい
る。偏光ガラス１４の接合面（対空気反射防止膜１６が
形成されてない面）とファラデー回転子１３の接合面を
バッファガラス（透光性光学材料）１２を介して接合す
るこによって、光学デバイス１９を製造する。

【００４５】光学デバイスの接合手順は、図１に示すフ
ローに従って行った。各工程の主な製造条件を以下に示
す。研磨：各光学素子の表面粗さが表１に示した値となる
ように研磨を行う。洗浄：低圧水銀灯によるＵＶ（紫外線）処理後、純水
で洗浄（ＵＳ（ＵｌｔｒａＳｏｎｉｃ、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。液体塗布：各光学素子の接合面に純水を塗布する。貼合：塗布液が乾燥する前にファラデー回転子と偏光
ガラスをバッファガラスを介して貼り合せる。その際、
２枚の偏光ガラスの偏波方向が互いに４５°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。

【００４６】工程の乾燥を行った後、得られた接合体
の接合面を検査して密着性を評価した。その結果を下記
の表２に示す。表２から明らかなように、偏光ガラスの
厚さが０．３ｍｍ以下のものでは、大きな剥離が発生す
ることはなく、密着性が向上していた。さらに、ファラ
デー回転子に金属酸化膜を施したものでは、それが各単
層膜あるいは３層膜に関わらず、光学素子間の接合面に
剥離が発生せず、密着性がさらに向上していることが判
った。

【００４７】

【表２】

【００４８】次に、工程で熱処理を行った後、得られ
た接合体（光学デバイス）をダイサーにより１ｍｍ×１
ｍｍのチップ状に切断した。このチップを、１０５℃、
１００時間のプレッシャークッカーで処理した後に接合
面を観察し、接合面の耐久性を評価した。その結果を下
記表３に示す。

【００４９】

【表３】

【００５０】表３に示したように、偏光ガラスの厚さを
０．３ｍｍ以下にすることによって接合面の侵食が低減
された光学デバイスをえることができた。また、ファラ
デー回転子に金属酸化膜を施したものはさらに接合強度
が向上しており、十分な接合強度を有した信頼性の高い
光学デバイスを得ることができた。

【００５１】（実施例２）次に、透光性光学材料の厚さ
が光学特性に及ぼす影響について実験を行った。光学素
子として、偏光ガラス（偏光子）、バッファガラス（透
光性光学材料）及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θｆ＝４５°に調整し
たもの）を用意した。なお、今回の実験では酸化膜形成
後の偏光ガラスの厚さを０．３ｍｍとし、またバッファ
ガラスに関しては０．０１〜０．３０ｍｍの厚さを有す
る数種類のものを用意した。また、ファラデー回転子
は、光アイソレータの光学特性を測定する時の温度にて
θf＝４５°となるように調整し、さらにその両面に
は、対ガラス反射防止膜としてＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／
ＳｉＯ_２の３層膜のみを形成した。それ以外の各光学素
子の物性については実施例１と同様とした。また光学デ
バイスの接合手順についても実施例１と同様にして光学
素子の接合を行い、光学デバイスを作製した。また、比
較のため、バッファガラスを介さず、偏光ガラスとファ
ラデー回転子を直に接合した光学デバイスも作製した。

【００５２】次に、図３に示すように、得られた光学デ
バイス１９を１×１ｍｍのチップ状に切断して円筒型マ
グネット１５中に設置し、光アイソレータ１０を構成し
た。その後、得られたバッファガラス１２の厚さの異な
る光アイソレータに対して、消光比の測定を行った。消
光比の測定は、図５に示すように、光源（不図示）より
発した光線２２を光アイソレータ１０に透過させ、透過
した光線２２を検出器２１で検出することによって行っ
た。このとき、測定温度は工程における光学材料温度
よりも４０℃低い温度に設定した。このように温度を設
定することによって、接合面に熱応力が印加された状態
で消光比を測定することができる。

【００５３】図４に、バッファガラスの厚さの異なる光
アイソレータの消光比を測定した結果を示す。図４に示
したように、バッファガラスの厚さを０．０２ｍｍ以上
とすることによって、消光比劣化を低減できることが確
認された。

【００５４】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。

【００５５】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、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
ソレータ等にも適用することができる。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】本発明の接合方法の一例を示すフロー図であ
る。

【図２】実施例１で接合する光学素子の構成を示す概要
図である。

【図３】実施例２で作製した接合型光アイソレータの断
面図である。

【図４】バッファガラス（透光性光学材料）厚の異なる
光アイソレータの消光比を測定した結果を示したグラフ
である。

【図５】光アイソレータの消光比測定における構成を表
した概略図である。

【符号の説明】

１０…光アイソレータ、１２…バッファガラス（透光
性光学材料）、１３…ファラデー回転子（磁性ガーネッ
ト）、１４…偏光ガラス（偏光子）、１５…円筒型マ
グネット、１６…対空気反射防止膜、１７…対ガラス
反射防止膜、１９…光学デバイス、２１…検出器、２
２…光線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/09 ５０５Ｇ０２Ｂ 1/10 Ａ (72)発明者小西繁群馬県安中市磯部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） 2H043 AE02 2H049 BA02 BA08 BB03 BB51 BB61 BB65 BC14 2H079 AA03 BA02 CA06 DA13 EA22 EA27 EA28 KA05 2H099 AA01 BA02 CA05 CA11 2K009 AA04 AA06 BB04 CC03 DD03 DD08 DD17 FF03

Claims

【特許請求の範囲】

【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α
３（／℃）の間の値をとるものであり、前記透光性光学
材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであ
り、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍ
ｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光学デバ
イス。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項６】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５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項７】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
透光性光学材料に、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（／℃）の間の値であり、また厚さｔ
２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであるものを用い、
かつ前記偏光子に、その厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２
ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍである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】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と
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７に記載の光学デバイスの製造方
法。
【請求項９】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７または
請求項８に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１０】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９
に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１１】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７から請求項１０のいず
れか一項に記載の光学デバイスの製造方法。