JP2003086417A - 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、前記線膨張係数
α１、α３及び前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の
関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５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
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、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（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）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、前記線膨
張係数α１、α３及び前記透光性光学材料の厚さｔ２
（ｍ）の関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５
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、線膨張係数α１、α３及び透光性光学材料
の厚さｔ２（ｍ）の関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜
≦０．４５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、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、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。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】さらに、このとき、前記磁性ガーネットの
線膨張係数α１（／℃）、偏光子の線膨張係数α３（／
℃）、及び透光性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の関係が｜
（α１−α３）／ｔ２｜≦０．１５であることが好まし
い（請求項６）。

【００１９】このように、線膨張係数α１（／℃）、α
３（／℃）、及び厚さｔ２（ｍ）の関係が｜（α１−α
３）／ｔ２｜≦０．１５であることによって、磁性ガー
ネットと偏光子の間で発生する熱応力を起源とした光学
歪による光学特性の劣化を確実に抑制できるため、高い
光学特性を有する光学デバイスとすることができる。

【００２０】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７）。

【００２１】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。

【００２２】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（／℃）の間の値であり、前記線膨張係数α１、α３
及び前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の関係が、｜
（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５となる磁性ガーネッ
ト、透光性光学材料及び偏光子を用いて接合することを
特徴とする（請求項８）。

【００２３】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（／℃）の間の値であ
り、線膨張係数α１、α３及び透光性光学材料の厚さｔ
２（ｍ）の関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４
５となる磁性ガーネット、透光性光学材料及び偏光子を
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
することができる。したがって、信頼性の高い光学デバ
イスを安価に製造することができる。

【００２４】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９）。

【００２５】このように、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
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。

【００２６】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）。

【００２７】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。

【００２８】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）。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】

【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、磁性ガーネット及び偏光子の線膨張
係数と透光性光学材料の厚さが一定の関係にある光学デ
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。

【００３２】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、前記線
膨張係数α１、α３及び前記透光性光学材料の厚さｔ２
（ｍ）の関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５
であることを特徴とする光学デバイスであれば、十分な
接合強度を有する小型で信頼性の高い光学デバイスを安
価に提供することができる。

【００３３】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。

【００３４】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）。

【００３５】このようにして得られた前処理済みの光学
素子は、各接合面を直接接合してもよいが、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として、
水、特に純水を用いて接合するのが好ましいが、その他
の液体としてアンモニア等の極性分子を主成分とした液
体を単独もしくは水と混合して使用することもでき、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て接合するこ
とも可能である。

【００３６】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）。

【００３７】乾燥後、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。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。

【００３８】しかしながら、上述のような接合方法によ
って光学素子同士を直接接合する場合でも、工程の熱
処理において接合面に剥離が発生することがある。この
剥離の原因としては、磁性ガーネットと偏光子との線膨
張係数差が大きすぎる場合や、また透光性光学材料の厚
さが適切でない場合に、接合面に剥離が発生すると考え
られる。

【００３９】そこで本発明者等は、透光性光学材料の厚
さ、及び各光学素子の線膨張係数に注目し、実際に諸条
件を変化させながら実験を行い、接合面の剥離を抑制で
きる条件を導き出した。すなわち、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、線膨
張係数α１、α３及び透光性光学材料の厚さｔ２の関係
が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５である光学デ
バイスであれば、接合面の剥離が極めて低減された光学
デバイスとすることができることを実験的に確認した。

【００４０】また、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。

【００４１】したがって、接着剤を使用せずに直接接合
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。

【００４２】消光比劣化を抑制する効果は、透光性光学
材料の厚さおよび磁性ガーネットと偏光子の線膨張係数
の差に依存し、透光性光学材料の厚さが厚いほど消光比
の劣化が抑えられ、一方、磁性ガーネットと偏光子の線
膨張係数の差が大きいほど消光比の劣化は大きくなる。
これは、磁性ガーネットと偏光子の間に発生する熱応力
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と、緩和効果が十
分に働かなくなる。また、磁性ガーネットと偏光子との
線膨張係数の差が大きい場合は、熱応力そのものが大き
くなり、消光比の劣化が大きくなってしまう。

【００４３】そこで、これらの厚さ及び線膨張係数の関
係を考慮して、消光比劣化が抑制され、実用レベルで高
い光学特性が得られる条件を検討したところ、下記条件
を満足すればよいことを見出した。すなわち、上述した
線膨張係数α１、α３、及び厚さｔ２の関係において、
｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．１５である光学デバイ
スとすることによって、熱応力を起源とした光学歪によ
る消光比の劣化を抑制し、優れた光学特性を有する光学
デバイスとすることができる。

【００４４】しかしながら、透光性光学材料の厚さは、
所望の光学デバイスサイズの制限に依存するためあまり
厚くすることもできない。例えば、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。

【００４５】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。

【００４６】

【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バ
ッファガラス（透光性光学材料）、偏光ガラス（偏光
子）及びファラデー回転子（ビスマス置換鉄ガーネッ
ト）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。

【００４７】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。

【００４８】

【表１】

【００４９】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。また、今
回の実験では、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。

【００５０】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（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。 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。

【００５１】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×１ｍｍ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、接合面の密着性を評価した。その結果を下記表２
に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】上記結果より、（α１−α３）／ｔ２≦
０．４５であれば、接合面における接合強度は強くな
り、接合面に発生する浸食が低減されていることがわか
る。さらに、ファラデー回転子に金属酸化膜を施してあ
り、かつ（α１−α３）／ｔ２≦０．２２５のものであ
れば、浸食が発生せず十分な接合強度を有していること
が確認できた。

【００５４】（実施例２）次に、光学デバイスの光学特
性、特に消光比について実験を行った。光学素子とし
て、厚さの異なる数種類のバッファガラス（透光性光学
材料）、偏光ガラス（偏光子）及びファラデー回転子
（ビスマス置換鉄ガーネット）を用意した。なお、今回
の実験では、ファラデー回転子の両面に対ガラス反射防
止膜としてＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の３層膜の
みを形成した。また、今回の実験の目的は、消光比の変
化を測定することであるので、偏光ガラスは線膨張係数
の異なる各種光学ガラスで代用した。そのため、外部に
仮の偏光子を設けた。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。

【００５５】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
る光アイソレータの消光比の測定を行った。消光比の測
定は、図５に示したように、光源（不図示）より発した
光線２２を仮に外側に配置した偏光子２０を介して光ア
イソレータ１０（偏光ガラスを上記のように線膨張係数
の異なる各種光学ガラスで代用したもの）に透過させ、
透過した光線２２を再び偏光子２０（検光子）を介して
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、及び光学材料
温度よりも４０℃低い温度に設定した。このように光学
材料温度よりも４０℃低い温度で測定することによっ
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。尚、光学材料温度で各試料の消光比を
測定した結果、いずれも５０ｄＢ程度であった。

【００５６】図４に、バッファガラスの厚さｔ２（ｍ）
とファラデー回転子と偏光ガラスの線膨張係数の差｜α
１−α３｜（／℃）に関する２次元マップを示す。この
マップ上に、消光比劣化量（光学材料温度で測定された
消光比とそれよりも４０℃低い温度で測定された消光比
との差）が３ｄＢ未満のものには○、３ｄＢ以上のもの
には×をプロットした。図４に示したように、この○と
×のプロットの境界を示す破線は、｜α１−α３｜＝
０．１５×ｔ２の式で表すことができる。したがって、
消光比劣化量が３ｄＢ未満となる高い光学特性を有する
光学デバイスを得るために必要な条件は、｜（α１−α
３）／ｔ２｜≦０．１５であることが確認された。

【００５７】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。

【００５８】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
光学素子同士を直接接合してもよい。

【００５９】

【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で作製した光アイソレータの断面図で
ある。

【図４】バッファガラスの厚さとファラデー回転子と偏
光ガラスの線膨張係数の差に関する２次元マップに、消
光比劣化量についてプロットを行ったグラフである。

【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、 ２０…偏光子（実
験時の仮の設置）、２１…検出器、 ２２…光線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 2H099 AA01 BA02 CA05 CA11 5E041 AB15 CA09

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α
   ３（／℃）の間の値をとるものであり、前記線膨張係数
   α１、α３及び前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の
   関係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５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】 前記磁性ガーネットの線膨張係数α１
   （／℃）、偏光子の線膨張係数α３（／℃）、及び透光
   性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の関係が｜（α１−α３）
   ／ｔ２｜≦０．１５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、前記線膨張係数α
   １、α３及び前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍ）の関
   係が、｜（α１−α３）／ｔ２｜≦０．４５となる磁性
   ガーネット、透光性光学材料及び偏光子を用いて接合す
   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。