JP2003107309A - 光デバイスおよびその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学素子１１がホルダ１２の光学素子接合面に
対して傾いて固着されることがなくなると共に、接合剤
１３が光学素子１１の端面から突出して付着してしまう
こともなくなる。更には、接合剤１３が光学素子１１の
底面に突出して付着して光学素子１１の光の通る部分の
開口径ｄを狭めることもなくなった。 【解決手段】光学素子１１をホルダ１２に接合剤１３を
用いて固定してなる光デバイスにおいて、光学素子１１
の周縁部端面をホルダ１２に当接させ、このホルダ１２
の当接面１２ｃの一部に接合剤溜り部１２ａを設け、か
つ光学素子１１の側面に等間隔に３箇所以上の接合固定
部１２ｂを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に使用さ
れる光学系を構成する部材である各種光学素子を用いた
光デバイス及びその組み立て方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信等にはレンズ、偏光子、検光子、
旋光子、反射鏡、半透明反射鏡、ビ−ムスプリッタ、フ
ィルタ、プリズム、回折格子等の光学系を構成する部材
である光学素子が使用される。

【０００３】これらの光学素子を使用した光デバイスの
典型例として、光アイソレータを用いて説明する。

【０００４】レーザ光源等の光源から出射した光は、各
種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一部
は各種光学素子、光ファイバを透過する際、反射や散乱
を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻るが、
この戻り光を遮断するため、光アイソレータが用いられ
る。

【０００５】従来のレーザ光源への反射戻り光を防止す
る偏光依存型光アイソレータの非相反部の断面図を図４
に示す。また、図５（ａ）に順方向、図５（ｂ）に逆方
向の偏光の挙動を示す。順方向とは光アイソレータに入
射した光が透過する方向を示し、逆方向とは光アイソレ
ータに入射した光が透過しない方向を示す。図４に示す
様に非相反部９は２枚の偏光子１と検光子２の間に配置
されたファラデー回転子３と該ファラデー回転子３に磁
界を印可するマグネット４から構成される。

【０００６】偏光依存型光アイソレータの非相反部９に
おいて、順方向ではレーザダイオードから出射される光
はレンズによって平行光となり、偏光子１に入射する。
図５に示す様に、偏光子１を通過後は直線偏光となり、
ファラデー回転子３で４５度偏光面を回転し、検光子２
を通過する。

【０００７】また、逆方向では、検光子２を通過した光
はファラデー回転子３で４５度回転する。しかし、ファ
ラデー回転子３の非相反性により光は偏光子１の透過偏
光面と直交する偏光面となるため、偏光子１で光は減衰
し、レーザダイオード２１には戻らない。

【０００８】以上より光アイソレータは一方向からの光
は通過させ、逆方向の光の通過を阻止する機能を果た
す。

【０００９】この従来の光アイソレータでは偏光子１と
偏光子ホルダ５、検光子２と検光子ホルダ６のそれぞれ
が接合剤を用いて接合されていた。

【００１０】この部分を更に判りやすく説明するために
図６を用いて説明するが、従来は金属、セラミックス、
プラスチックスからなるホルダ１２にレンズ、偏光子、
検光子、旋光子、反射鏡、半透明反射鏡、ビ−ムスプリ
ッタ、フィルタ、プリズム、回折格子等の光学系を構成
する部材である光学素子１１が接合剤、半田、低融点ガ
ラス等の接合剤１３を用いて接合されていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来例に
おいて、ホルダ１２の光学素子接合面に接合剤１３を塗
布した後、光学素子１１をその上部にのせて熱を加える
等の接合剤固着手段を用いてホルダ１２と光学素子１１
を固着していたが、その際、接合剤１３はホルダ１２の
光学素子接合面に厚めに付着するので、光学素子１１が
ホルダ１２の光学素子接合面に対して傾いて固着される
という問題を生じた。

【００１２】又、光学素子１１の荷重により、接合剤１
３が光学素子１１の端面から突出して付着してしまうた
めに、ホルダ１２の端面にすり合わせで他の部品を取り
付けなければならない場合に、突出部１３ａが邪魔とな
り取り付かなくなるという問題まで生じた。

【００１３】更には、接合剤１３が光学素子１１の底面
に突出して付着してしまうために、光学素子１１の光の
通る部分の開口径ｄを狭められてしまい、高価な光学素
子１１の面積を大きくしなければならなくなり、製造原
価を増大させる要因となっていた。

【００１４】また、光学素子１１がホルダ１２の光学素
子接合面に対して傾いて固着されることの解決策とし
て、光学素子１１の上部に治具等を用いて荷重をかけて
ホルダ１２の光学素子接合面と光学素子１１の間の接合
剤１３の厚みを狭める方法も考えられるが、そうすると
接合剤１３が光学素子１１の端面から更に突出してしま
い、また接合剤１３が光学素子１１の底面から更に突出
してしまうこととなり、接合剤１３の望ましい固着方法
は存在しなかった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑みて本発明
は、光学素子をホルダに接合剤を用いて固定してなる光
デバイスにおいて、光学素子の周縁部端面をホルダに当
接させ、このホルダの当接面の一部に接合剤溜り部を設
け、かつ光学素子の側面に等間隔に３箇所以上の接合固
定部を設けたことを特徴とする。

【００１６】また、上記接合剤溜り部の断面形状が、Ｌ
型、底Ｌ型、Ｕ型、Ｖ型、凹型、凸型のいずれかである
ことを特徴とする。

【００１７】更に、ホルダの接合剤溜り部に、予め該接
合剤溜り部に入り込む形状に形成した接合剤のプリフォ
ームを置き、その上に光学素子を乗せた後、接合固定部
に接合剤を配置し、両接合剤を同時に硬化させて、光学
素子とホルダを固定することを特徴とする。

【００１８】しかも、上記光学素子として偏光子又はフ
ァラデー回転子を用いたことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光学素子の実施
形態について図を用いて説明する。

【００２０】図１は本発明の光学素子１１をホルダ１２
に接合剤１３を用いて固定した状態を示す断面図であ
る。

【００２１】光学素子１１の周縁部端面がホルダ１２に
当接し、該ホルダ１２の光学素子１１との当接面１２ｃ
には一部に接合剤溜り部１２ａを設け、該接合剤溜り部
１２ａが凹型形状をなし、接合剤１３が充填され光学素
子１１とホルダ１２の当接面１２ｃとが固着されてい
る。

【００２２】また、ホルダ１２と光学素子１１の側面の
間には円周方向に等間隔に３箇所の接合固定部１２ｂを
設けてあり、上記同様に接合剤１３が充填され光学素子
１１の側面とホルダ１２の接合固定部１２ａとが固着さ
れている。

【００２３】上記本発明の構成とすることにより、光学
素子１１がホルダ１２の当接面１２ｃに対して傾いて固
着されることがなくなると共に、接合剤１３が光学素子
１１の端面から突出して付着してしまうこともなくな
る。更には、接合剤１３が光学素子１１の底面に突出し
て付着して光学素子１１の光の通る部分の開口径ｄを狭
めることもなくなった。

【００２４】接合固定部１２ｂは等間隔で３箇所以上あ
ることが望ましく、２箇所以下では光学素子の中心に均
等に接合応力がかからなくなるために、３箇所以上とし
ている。また、３〜６箇所の範囲であることが特に望ま
しく、６箇所を超えると接合個所が多くなりすぎて、製
作上の手間が掛かりすぎるからである。

【００２５】ここで、光学素子１１は上記従来例で説明
した光アイソレータに用いる偏光子、検光子、ファラデ
ー回転子のみならず、レンズ、偏光板、旋光子、反射
鏡、半透明反射鏡、ビ−ムスプリッタ、フィルタ、プリ
ズム、回折格子、方解石、ルチル、ＬＮ結晶等の複屈折
結晶、１／２λ波長板、１／４λ波長板、プリズム、ミ
ラー等の光学系を構成するあらゆる部材に適用すること
が出来る。

【００２６】光学素子１０の材質は石英ガラス、ほう珪
酸ガラス等の各種ガラス材やそのガラス材中に金属粒子
を散布させたもの及びガーネット等を用いることができ
る。

【００２７】これら光学素子１１の中でも、偏光子又は
ファラデー回転子を用いて光アイソレータに適用するこ
とが特に望ましい。その理由としては、光アイソレータ
は外周が直径３ｍｍ×長さ３ｍｍ程の小さなスペース内
に光学素子３点を含んだ合計１０点程度の部品を組み込
んだ製品であるために、光学素子１１の端面から接合剤
が突出していると部品の組み込みが出来ないことと、光
学素子１１の傾きや開口径を狭めることとなると、光ア
イソレータの光学特性にも大きく影響を与えることとな
るからである。

【００２８】次に、ホルダ１２の材質としては、熱膨張
係数が小さく、またＹＡＧレーザ溶接する事を考慮して
スレンレス（ＳＵＳ３０４）を使用することが望ましい
が、金属、セラミックス、プラスチックス等の使用も可
能である。例えば、金属ではＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金
等があり、セラミックスでは、アルミナ、炭化珪素、窒
化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等がある。更に樹脂で
はＰＢＴ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＩ、ＬＣＰ、ＰＡ等を
用いることが出来る。

【００２９】更に、接合剤１３は、エポキシ樹脂系接着
剤、紫外線硬化型接着剤、嫌気性接着剤等の接着剤、も
しくはＡｕ−Ｓｎ半田、Ｐｂ−Ｓｎ半田等の半田、もし
くは鉛系、鉛フリー系等の低融点ガラス等を用いること
が出来る。

【００３０】それぞれの接合剤固着手段はエポキシ樹脂
系接着剤は熱硬化、紫外線硬化型接着剤では紫外線照
射、嫌気性接着剤等では真空硬化、各種半田は熱硬化、
そして各種低融点ガラスは熱硬化によりホルダ１２と光
学素子１１を固着接合する。

【００３１】この中で、特に望ましくは、エポキシ樹脂
系接着剤を６０℃〜１５０℃で所定時間熱して硬化させ
る方法、半田を１２０℃〜４００℃で熱し溶融させた
後、常温冷却して硬化させる方法、または、低融点ガラ
スを３００℃〜５００℃の高温で熱し溶融させた後、常
温まで冷却して硬化させる方法が好ましい。

【００３２】次に、図２（ａ）〜（ｅ）に本発明の光デ
バイスの接合剤溜り部１２ａの様々な断面形状を示す。

【００３３】図２（ａ）〜（ｃ）は接合剤１３が光学素
子１１の底面から突出しない構造であり、（ａ）はＬ型
形状、（ｂ）はＶ型形状、（ｃ）はＵ型形状を示す。ま
た、図２（ｄ）は接合剤１３が光学素子１１の側面から
突出しない構造であり、底Ｌ型形状を示す。更に、図２
（ｅ）は接合剤１３が光学素子１１の側面からも底面か
らも突出しない構造であり、凸型形状を示す。

【００３４】これは、ホルダ１２の接合剤溜り部１２ａ
に、接合剤１３を予め上記接合剤溜り部１２ａに入り込
む形状に形成したプリフォームを置き、その上に光学素
子１１を乗せてから硬化させるために、必要以外の部分
に接合剤１３がはみだすことがなくなるからである。

【００３５】本発明の接合剤溜り部１２ａの形状は上記
図２（ａ）〜（ｅ）に限ることなくこれらの組み合わせ
をも含めて、接合剤１３を溜めることの出来うる形状で
あればいかなる形状でも用いることが出来、本発明の同
等の効果を得ることが出来る。

【００３６】次に、接合固定部１２ｂは、ホルダ１２の
光学素子１１の取り付け孔に等間隔に接合剤１３を留め
るための切り欠きとしているが、いかなる形状の切り欠
きでもよく、更にはこの切り欠きがなくともホルダ１２
の光学素子１１の取り付け孔にと光学素子１１との間の
隙間を大きくしておき、等間隔に接合剤１３を塗布する
方法でも、本発明の効果を奏することが出来る。

【００３７】又、本発明の光学素子１１の形状は、図３
（ａ）に示すように楔形状や図３（ｂ）に示すように一
面もしくは両面が球面形状であっても本発明の効果を得
ることが出来る。

【００３８】次に、本発明の光デバイスの組み立て方法
について説明する。

【００３９】ホルダ１２の接合剤溜り部１２ａに、接合
剤１３を予め上記接合剤溜り部１２ａに入り込む形状に
形成したプリフォームを置き、その上に光学素子１１を
乗せた後、接合固定部１２ｂに接合剤１３を配置し、両
接合剤１３を同時に硬化させて、光学素子とホルダを固
定する。

【００４０】ここで接合剤１３のプリフォームは予め押
し出し成形、プレス成形、射出成形等の成形手段で接合
剤溜り部１２ａに入り込む形状を形成するか、もしくは
その成形後、機械加工や打ち抜きプレス加工を行い、所
望の形状にしあげておく。

【００４１】接合剤１３のプリフォームは接合剤溜り部
１２ａに入り込む形状であることが望ましく、上記プリ
フォームの上面はホルダ１２の光学素子接合面よりとび
ださせておくことが望ましい。こうすることにより、プ
リフォームが接合剤固着手段により溶けて接合剤溜り部
１２ａ内に充填され、しかも若干余った接合剤部分でホ
ルダ１２の当接面１２ｃと光学素子１１をも固定するか
らである。

【００４２】以上のように、光アイソレータおよびその
ホルダ１２と光学素子１１との固着部分について説明し
てきたが、これに限ることなく、本発明の光デバイス
は、前述の光アイソレータの他に、光フィルタ、レンズ
ＡＳＳＹ、ファラデー回転ミラー、光サーキュレータ、
光スイッチ等の光学素子１１を用いたあらゆる光デバイ
スに用いることが出来る。

【００４３】

【実施例】ここで、以下に示す方法で実験を行った。

【００４４】本発明の図１に示すホルダ１２に接合剤溜
り部１２ａ及び接合固定部１２ｂを設けた光デバイス
と、比較例として図６に示す従来の光デバイスをそれぞ
れ１０個ずつ作製し、それらの光学素子１１の開口径ｄ
を測定した。

【００４５】本発明の実施例、従来例ともにホルダ１２
の外形φ３．００ｍｍ、内径φ１．２ｍｍ、厚さ１．５
ｍｍとし材質をステンレスのＳＵＳ３０４を用いた。本
発明の実施例は凹型の接合剤溜り部１２ａを幅０．２ｍ
ｍ、深さ０．２ｍｍとした。

【００４６】光学素子１１は両サンプル共に、ガラス材
中に金属粒子を散布させた偏光子を用い、外径φ２．０
０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍとした。

【００４７】接合剤１３は、共に鉛系の低融点ガラスを
用い、本発明のサンプルでは、外形φ１．７５ｍｍ、内
径φ１．４５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのプリフォームを
用い、接合剤溜り部１２ａに置いて、上部へ光学素子１
１を乗せた。また、比較例の従来例のサンプルでは粒状
の低融点ガラスをホルダ１２の光学素子接合面に置い
て、更において上部へ光学素子１１を乗せた。共に４１
０℃で５分間加熱し、低融点ガラスを溶かし、ホルダ１
２と光学素子１１を固着した。

【００４８】その試験結果を表１に示す。ちなみに内径
Ｄは機械加工なのでφ１．１９〜１．２１ｍｍの範囲内
で加工させている。

【００４９】

【表１】

【００５０】以上の結果より、従来の光デバイスの開口
径ｄは平均値１．０９９ｍｍ、バラツキ０．９０７２ｍ
ｍであったのに対し、本発明の光デバイスの開口径ｄは
平均値１．２００ｍｍ、バラツキ０．０４２９という結
果となり、更に実態顕微鏡の１０倍にて接合部分を確認
したところ、本発明では接合剤１３が光学素子１１の底
面から突出しておらず、これに対して従来例では接合剤
１３が光学素子１１の底面から突出しており開口径ｄを
狭めていることが確認できた。

【００５１】

【発明の効果】以上本発明によれば、光学素子をホルダ
に接合剤を用いて固定してなる光デバイスにおいて、光
学素子の周縁部端面をホルダに当接させ、このホルダの
当接面の一部に接合剤溜り部を設け、かつ光学素子の側
面に等間隔に３箇所以上の接合固定部を設けることによ
り、光学素子がホルダの光学素子接合面に対して傾いて
固着されることがなくなると共に、接合剤が光学素子の
端面から突出して付着してしまうこともなくなる。更に
は、接合剤が光学素子の底面に突出して付着して光学素
子の光の通る部分の開口径を狭めることもなくなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光デバイスの平面図であり、
（ｂ）はその断面図である。

【図２】本発明の光デバイスの様々な断面図である。

【図３】本発明の光デバイスの様々な断面図である。

【図４】従来の光アイソレータを示す断面図である。

【図５】光アイソレータの機能を示す概念図である。

【図６】従来の光デバイスの断面図である。

【符号の説明】

１ ：偏光子 ２ ：検光子 ３ ：ファラデー回転子 ４ ：マグネット ５ ：偏光子ホルダ ６ ：検光子ホルダ ７ ：ケース金具 ８ａ：固定材 ８ｂ：レーザ溶接部 ９ ：光アイソレータ非相反部 １０ ：光学素子 １１ ：光学素子 １２ ：ホルダ １２ａ：接合剤溜り部 １２ｂ：接合固定部 １２ｃ：当接面 １３ ：接合剤 １３ａ：突出部 ２１ ：レーザダイオード ２２ ：レンズ ２３ ：レンズもしくは光ファイバー等 Ｄ ：内径 ｄ ：開口径

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学素子をホルダに接合剤を用いて固定し
   てなる光デバイスにおいて、光学素子の周縁部端面をホ
   ルダに当接させ、このホルダの当接面の一部に接合剤溜
   り部を設け、かつ光学素子の側面に等間隔に３箇所以上
   の接合固定部を設けたことを特徴とする光デバイス。
2. 【請求項２】上記接合剤溜り部の断面形状が、Ｌ型、底
   Ｌ型、Ｕ型、Ｖ型、凹型、凸型のいずれかであることを
   特徴とする請求項１記載の光デバイス。
3. 【請求項３】ホルダの接合剤溜り部に、予め該接合剤溜
   り部に入り込む形状に形成した接合剤のプリフォームを
   置き、その上に光学素子を乗せた後、接合固定部に接合
   剤を配置し、両接合剤を同時に硬化させて、光学素子と
   ホルダを固定することを特徴とする請求項１記載の光デ
   バイスの組み立て方法。
4. 【請求項４】上記光学素子として偏光子又はファラデー
   回転子を用いたことを特徴とする請求項１もしくは２記
   載の光デバイス。