JP2003161914A - Optical device and method for manufacturing optical device - Google Patents

Optical device and method for manufacturing optical device

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JP2003161914A
JP2003161914A JP2001358538A JP2001358538A JP2003161914A JP 2003161914 A JP2003161914 A JP 2003161914A JP 2001358538 A JP2001358538 A JP 2001358538A JP 2001358538 A JP2001358538 A JP 2001358538A JP 2003161914 A JP2003161914 A JP 2003161914A
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JP
Japan
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polarizer
optical device
magnetic garnet
bonding
optical
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Application number
JP2001358538A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Yoshikawa
博樹 吉川
Masatoshi Ishii
政利 石井
Shigeru Konishi
繁 小西
Susumu Shirasaki
享 白崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide at a low cost a compact optical device which has high reliability by joining optical elements without using an adhesive. <P>SOLUTION: The optical device in which at least one face of a magnetic garnet is joined with a polarizer without using an adhesive, functions by passing light through the joined plane, and is characterized by the fact that the relations among the linear thermal expansion coefficient α1(/°C) of the magnetic garnet, the linear thermal expansion coefficient α2(/°C) of the polarizer and the thickness t2 (m) of the polarizer is |(α1-α2)×t2|≤10<SP>-9</SP>and t2≥2×10<SP>-5</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device in which optical elements are bonded without using an adhesive and a method for manufacturing the optical device.

【0002】[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
スは、多くの場合、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、光学素子同士を接着す
る方法が検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, WDM (Wavelength)
With the increase in the number of wavelengths of division multiplex (wavelength division multiplexing), high integration of an optical communication system is progressing. As a result, there is an increasing demand for miniaturization of optical devices used therein. In many cases, the optical device is configured by bonding an optical element such as a Faraday rotator or a polarizer to a fixed member and combining them. However, in this method, the fixing member is an obstacle and hinders miniaturization of the optical device. Therefore, a method of removing the fixing member and adhering the optical elements to each other has been studied.

【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、デバイスの信頼性
に欠けるといった欠点を有する。
The simplest method for joining optical elements is
It is to bond using an organic adhesive. However, the organic adhesive has the drawbacks that outgas is generated, which adversely affects the laser diode, and is weak against irradiation with a high-power laser or exposure in a high temperature and high humidity atmosphere, and the device lacks reliability.

【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種々検討されてきた。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 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が、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。また、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
同士を接合すると効果的である。しかし、このような低
融点ガラスを用いて光学素子の透光面同士を接合する場
合、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の実用化は困難
とされている。
Therefore, without using an organic adhesive,
Various methods for joining optical elements have been studied. An example
For example, one of them is inorganic bonding of low melting point glass and solder.
There is a method of joining optical elements by using them as a material.
Low melting point glass is BiTwoO ThreeLow melting point materials such as PbO
It is a glass for bonding that contains
Must be heated above the softening point of. Also optical
For the purpose of device miniaturization, the transparent surface of the optical element
It is effective to join them together. But such a low
When joining translucent surfaces of optical elements using melting point glass
In the case of softening the low melting point glass, it was applied to the optical element.
The antireflection film reacts with the low melting point glass, and the antireflection function is impaired.
There is a problem such as nau. Therefore, the translucent surfaces are joined together.
Practical application of optical devices using low melting point glass is difficult
It is said that.

【0005】一方、半田を使用する場合、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、歩留りの低下およびコスト上昇が避け
にくいといった問題を有する。
On the other hand, when solder is used, it cannot be directly placed on the transparent surface because the solder has no translucency. Therefore, by selectively metallizing the outer frame of the translucent surface,
A joining method is adopted in which the solder is interposed only in the metallized portion. Such a joining method has a problem that a complicated metallization process is required, and it is difficult to avoid a decrease in yield and an increase in cost.

【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。
A method of directly bonding optical elements to each other without using any bonding material (see JP-A-7-220923 and JP-A-2000-56265) has also been tried. In this method, the surfaces of the optical element are hydrophilized, and then the hydrophilized surfaces are bonded to each other.
It has been put to practical use in the manufacturing process of I (Silicon On Insulator) wafers. However, when this method is applied to an optical device, there are the following problems and it is difficult to put it into practical use.

【0007】すなわち、このように、親水化処理を行っ
て光学素子同士を直接接合する方法は、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。
That is, the method of directly bonding the optical elements with each other by performing the hydrophilic treatment in this way largely depends on the shape and physical properties of the objects to be bonded. For example, with respect to warpage, it is desirable that the radius of curvature be several hundred meters or more. Also,
It is said that the surface roughness of the object to be bonded is preferably Ra = 0.3 nm or less. Furthermore, the difference in the coefficient of linear expansion between the objects to be joined is also greatly affected.

【0008】しかしながら、上記の要件を満足する光学
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、ガラスに銀や銅などの金属粒
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。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。そのため、上述
したように光学素子同士が直接接合した接合体は、熱処
理が施されることによって接合面に剥離が発生しやす
く、接合面の密着性、耐久性は低いものとなっていた。
However, few optical elements satisfy the above requirements. For example, iron-based garnet, which is one of the optical elements generally used in optical devices, often has a large warp because it has a stress distribution in the thickness direction. Moreover, since the polarizing glass has a structure in which metal particles such as silver and copper are dispersed in glass, it is difficult to control the surface roughness. Furthermore, the linear expansion coefficient of these optical elements often differs greatly depending on the material, and the difference in the linear expansion coefficient between the objects to be bonded tends to increase. Therefore, in the bonded body in which the optical elements are directly bonded to each other as described above, peeling easily occurs on the bonded surface by heat treatment, and the adhesiveness and durability of the bonded surface are low.

【0009】さらに、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、
それが接合面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、非常に困難なものとなっている。
Further, when such materials having different linear expansion coefficients are directly joined, thermal stress is generated between different materials,
There is a problem that optical distortion is likely to occur due to the concentration thereof on the bonding surface, and optical characteristics such as extinction ratio are deteriorated. Therefore, it is very difficult to apply the direct bonding technique to the optical device.

【0010】以上のように、現在、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。
As described above, at present, it is extremely difficult to bond optical elements without using an organic adhesive to easily manufacture a highly reliable optical device at low cost.

【0011】[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、
光学素子同士を有機接着剤を使用することなく接合し、
小型でかつ高信頼性の光学デバイスを安価に提供するこ
とにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to:
Join optical elements together without using an organic adhesive,
It is to provide a compact and highly reliable optical device at low cost.

【0012】[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、前記磁性ガーネットの線膨張係数
α1(/℃)、前記偏光子の線膨張係数α2(/℃)及
び偏光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α
2)×t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5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)。
In order to achieve the above object, according to the present invention, at least one surface of a magnetic garnet is bonded without using a polarizer and an adhesive, and light is bonded to the bonding surface. In the optical device that functions by transmitting light, the relationship between the linear expansion coefficient α1 (/ ° C) of the magnetic garnet, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C) of the polarizer, and the thickness t2 (m) of the polarizer is shown. , │ (α1-α
2) × t2│ ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5 are provided (claim 1).

【0013】このように、磁性ガーネットの線膨張係数
α1(/℃)、偏光子の線膨張係数α2(/℃)及び偏
光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α2)×
t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5であれば、
接合の際の熱処理工程時に磁性ガーネットと偏光子が剥
離する事を防止でき、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る。さらに、有機接着剤を使用し
ていないため、これに基づくアウトガスの発生や接合面
の劣化もない。したがって、優れた光学特性を有し、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。
Thus, the relationship between the linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) of the polarizer, and the thickness t2 (m) of the polarizer is | (α1-α2). ) ×
If t2│ ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5 ,
It is possible to prevent the magnetic garnet from being separated from the polarizer during the heat treatment step at the time of bonding, and it is possible to obtain sufficient bonding strength. Further, since the thermal stress generated between the magnetic garnet and the polarizer can be reduced, it is possible to suppress the deterioration of the optical characteristics due to the optical distortion caused by the thermal stress. Furthermore, since no organic adhesive is used, there is no generation of outgas or deterioration of the joint surface due to this. Therefore, it is possible to inexpensively provide a compact and highly reliable optical device having excellent optical characteristics.

【0014】このとき、前記磁性ガーネットの偏光子と
の接合面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、Ti
、SiO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)。
At this time, it is preferable that a metal oxide film is formed on the surface of the magnetic garnet which is joined to the polarizer (claim 2), and the metal oxide film is made of Al 2 O 3 or Ti.
It is preferable that the metal oxide film is one kind or two or more kinds of metal oxide films selected from O 2 and SiO 2 , and the metal oxide films are laminated in a single layer or multiple layers (claim 3).

【0015】このように、磁性ガーネットの偏光子との
接合面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、また偏光子との接合をより強固
にすることができる。また、該金属酸化膜がAl
、TiO、SiO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。
As described above, since the metal oxide film is formed on the surface of the magnetic garnet to be joined to the polarizer, the metal garnet acts as an antireflection film, and the junction with the polarizer can be made stronger. The metal oxide film is Al
One or two or more metal oxide films selected from 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 , which are excellent in the effect as an antireflection film because they are laminated in a single layer or multiple layers. Since the bonding strength is remarkably improved, the optical device can have high performance and high reliability.

【0016】またこのとき、前記偏光子が偏光ガラスで
あることが好ましい(請求項4)。本発明は、上述した
ように、偏光子の厚さを適切に設定することを要件の一
つとしている。したがって、偏光子の光学特性がその厚
さに依存しにくいことが求められる。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
とが好ましく、それによって、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。
At this time, it is preferable that the polarizer is a polarizing glass (claim 4). One of the requirements of the present invention is to appropriately set the thickness of the polarizer as described above. Therefore, it is required that the optical characteristics of the polarizer are less likely to depend on its thickness. Therefore, it is preferable that the polarizer is a polarizing glass that has little influence on the optical characteristics of the thickness, whereby the thickness of the polarizer can be appropriately set without deteriorating the optical characteristics.

【0017】さらに、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い(請求項5)。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。
Further, the magnetic garnet is preferably a bismuth-substituted iron garnet (claim 5). Thus, the magnetic garnet is a bismuth-substituted iron garnet with excellent Faraday rotation,
A Faraday rotation angle of 45 degrees can be realized with a thickness of about 0.5 mm, which is effective for downsizing an optical device.

【0018】また、前記光学デバイスを光アイソレータ
とすることができる(請求項6)。
Further, the optical device may be an optical isolator (claim 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。
The optical isolator is one of the most useful ones among optical devices and is an essential device in optical communication. As described above, since the optical device of the present invention is an optical isolator, it is possible to provide an optical device that meets the recent demand for miniaturization of an optical isolator and free organic adhesive.

【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、前記磁性ガーネットの線膨張係数α1
(/℃)、前記偏光子の線膨張係数α2(/℃)及び偏
光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α2)×
t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5となる磁性
ガーネット及び偏光子を用いて接合することを特徴とす
る(請求項7)。
Next, a method for manufacturing an optical device according to the present invention is a method for manufacturing an optical device by bonding at least one surface of a magnetic garnet without using a polarizer and an adhesive, wherein the magnetic garnet wire is used. Expansion coefficient α1
(/ ° C.), the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) of the polarizer, and the thickness t2 (m) of the polarizer are | (α1-α2) ×
Bonding is performed by using a magnetic garnet and a polarizer satisfying t2 | ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5 (claim 7).

【0021】このように、磁性ガーネットの線膨張係数
α1(/℃)、偏光子の線膨張係数α2(/℃)及び偏
光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α2)×
t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5となる磁性
ガーネット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、接着剤を使用することなく磁性ガーネッ
トと偏光子を十分な接合強度で接合でき、また接合体の
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。
Thus, the relationship between the linear expansion coefficient α1 (/ ° C) of the magnetic garnet, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C) of the polarizer, and the thickness t2 (m) of the polarizer is | (α1-α2). ) ×
By manufacturing an optical device using a magnetic garnet and a polarizer satisfying t2│ ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5 , a sufficient bonding strength between the magnetic garnet and the polarizer can be obtained without using an adhesive. It is possible to bond by, and it is possible to suppress deterioration of optical characteristics due to optical distortion of the bonded body. Therefore, a highly reliable optical device having excellent optical characteristics can be manufactured at low cost.

【0022】このとき、前記磁性ガーネットと前記偏光
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溶液を介
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)。
At this time, the magnetic garnet and the polarizer are bonded to each other by polishing, washing, hydrophilizing and drying the bonding surfaces, and then bonding the bonding surfaces directly or via a solution. It is preferable to perform a heat treatment after that to bond them (claim 8).

【0023】このように、磁性ガーネットと偏光子の各
々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥工程を施し
た後、それらを直接または溶液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。
As described above, after polishing, washing, hydrophilizing, and drying steps are applied to the respective bonding surfaces of the magnetic garnet and the polarizer, they are bonded directly or through a solution, and then heat treatment is performed. The interaction between the chemical species forming the magnetic garnet and the chemical species forming the polarizer effectively works, and sufficient bonding strength can be obtained. Thereby, peeling of the joint surface can be prevented.

【0024】さらにこのとき、前記磁性ガーネットと偏
光子を接合する際に用いる溶液として、極性分子を主成
分とした液体を単独または混合して使用することが好ま
しい(請求項9)。
Further, at this time, it is preferable that a liquid containing polar molecules as a main component is used alone or as a mixture as a solution used for joining the magnetic garnet and the polarizer (claim 9).

【0025】このように、磁性ガーネットと偏光子を接
合する際に、極性分子を主成分とした液体を単独または
混合して使用することによって、磁性ガーネットと偏光
子の接合力を更に向上することができる。
As described above, when the magnetic garnet and the polarizer are bonded together, the bonding force between the magnetic garnet and the polarizer can be further improved by using a liquid containing polar molecules as a main component alone or in combination. You can

【0026】また、前記磁性ガーネットの偏光子との接
合面に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと
偏光子を接合することが好ましい(請求項10)。
Further, it is preferable to bond the magnetic garnet and the polarizer after forming a metal oxide film on the bonding surface of the magnetic garnet with the polarizer (claim 10).

【0027】このように、磁性ガーネットの偏光子との
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、そ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
防止膜として機能することにより、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。
As described above, the bonding strength can be further increased by forming the metal oxide film on the bonding surface of the magnetic garnet with the polarizer and then performing the bonding. Further, since the formed metal oxide film functions as an antireflection film in the optical device, a highly reliable and high performance optical device can be manufactured.

【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、TiO、SiO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)。
Further, the metal oxide film formed on the magnetic garnet is one or more metal oxide films selected from Al 2 O 3 , TiO 2 and SiO 2 , and the metal oxide film is a single layer or It is preferable to laminate in multiple layers (claim 11).

【0029】このように、金属酸化膜をAl、T
iO、SiO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、また磁性ガーネットと偏光子の接合力も著しく高め
ることができる。
As described above, the metal oxide film is formed of Al 2 O 3 and T.
By forming one or more metal oxide films selected from iO 2 and SiO 2 and stacking them in a single layer or multiple layers, the function of the metal oxide film as an antireflection film is further enhanced, and magnetic garnet and polarized light are used. The bonding force of the child can be significantly increased.

【0030】また、本発明では、前記磁性ガーネットに
偏光子を接合して、光アイソレータを製造することがで
きる(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。
In the present invention, an optical isolator can be manufactured by joining a polarizer to the magnetic garnet (claim 12). Thus, by manufacturing the optical isolator, it is possible to manufacture a small-sized optical isolator having sufficient bonding strength without using an adhesive.

【0031】[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、光学素子同士が有機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のない光学デバイスとして、磁性ガ
ーネットと偏光子を接合した光学デバイスであって、磁
性ガーネットの線膨張係数、偏光子の線膨張係数及び偏
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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. In order to provide a compact and highly reliable optical device, the present inventors have joined optical elements with a translucent surface with sufficient bonding strength without using an organic adhesive, and various optical elements at the time of bonding. There is no damage given to the antireflection film of the element,
Moreover, an optical device in which a magnetic garnet and a polarizer are joined as an optical device in which optical characteristics are not deteriorated even when joining between optical elements having a difference in linear expansion coefficient, and the linear expansion coefficient of the magnetic garnet and the line of the polarizer are used. It has been found that an optical device in which the expansion coefficient and the thickness of the polarizer are appropriately selected is extremely effective, and the present invention has been completed by examining various conditions regarding bonding.

【0032】すなわち、磁性ガーネットの少なくとも一
面が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、前記磁性ガーネットの線膨張係数
α1(/℃)、前記偏光子の線膨張係数α2(/℃)及
び偏光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α
2)×t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5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
強度と優れた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。
That is, in the optical device that is formed by bonding at least one surface of the magnetic garnet without using a polarizer and an adhesive, and functions by transmitting light through the bonding surface, the linear expansion coefficient of the magnetic garnet. The relationship between α1 (/ ° C.), the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) of the polarizer and the thickness t2 (m) of the polarizer is | (α1-α
2) A small and highly reliable optical device having sufficient bonding strength and excellent optical characteristics as long as it is an optical device characterized in that xt2│ ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5. Can be provided at low cost.

【0033】まず、本発明の磁性ガーネットと偏光子と
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、各々の接合
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。
First, FIG. 1 shows an example of a joining method for joining the magnetic garnet and the polarizer of the present invention. First, the surfaces (bonding surfaces) where the magnetic garnet and the polarizer are bonded are sufficiently polished (process). After that, each joint surface is thoroughly washed (step), and a hydrophilic treatment (step) is performed. At that time, a normal wet cleaning is effective for cleaning the bonding surfaces, but it is more effective to use a short wavelength ultraviolet ray treatment (UV treatment) or a plasma treatment together. Further, for the hydrophilic treatment, an ammonia-hydrogen peroxide mixture (a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution, and pure water), nitric acid, hydrochloric acid diluted solution or these diluted solutions generally used in the semiconductor SOI wafer process is used. A solution containing hydrogen peroxide solution is effective.

【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
ンドライヤーにより乾燥を行い、乾燥むらを防止するこ
とが望ましい(工程)。次いで、このようにして得ら
れた前処理済みの磁性ガーネットと偏光子を貼り合わせ
る。その際、接合面で直接接合しても良いが、より接合
を容易に行うために接合面に溶液を塗布し(工程)、
その後磁性ガーネットと偏光子を貼り合せることが好ま
しい(工程)。このとき塗布する溶液は、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望ましく、特に純水を介して接合
することが望ましい。この様な溶液を用いて接合を行う
ことによって、磁性ガーネットと偏光子の接合力を高め
ることができる。また、この溶液に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。
Next, washing with pure water is performed to remove the hydrophilic treatment liquid. After washing with pure water, it is desirable to perform drying by an IPA vapor drying method or a spin dryer to prevent uneven drying (step). Next, the pretreated magnetic garnet thus obtained and the polarizer are bonded together. At that time, although it may be directly bonded on the bonding surface, a solution is applied to the bonding surface to facilitate bonding (process),
After that, it is preferable to bond the magnetic garnet and the polarizer (step). As the solution to be applied at this time, it is desirable to use a liquid containing polar molecules such as water and ammonia as a main component, or to use a mixture thereof, and it is particularly desirable to bond them through pure water. By performing the bonding using such a solution, the bonding force between the magnetic garnet and the polarizer can be increased. In addition, it is possible to further improve the bonding strength by adding a soluble substance such as an alkali metal element or a silicate to this solution.

【0035】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)。
The bonded body bonded by the above procedure is naturally dried or vacuum dried to be fixed with a weak bonding force (step).

【0036】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、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好ましい。
After drying, the obtained joined body is heated at 80 to 200 ° C.
Sufficient bonding force can be obtained by performing heat treatment at a temperature of about several hours (step). At this time, if the rate of temperature rise in the heat treatment step is too fast, peeling of the joint surface may occur during temperature rise. Therefore, it is desirable to set the heating rate to 20 ° C./h or less. The atmosphere during the heat treatment is not problematic in the air, but a reduced pressure atmosphere or an atmosphere containing hydrogen is more preferable.

【0037】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
処理において熱応力の発生等の原因により接合面に剥離
が発生することがある。
However, even when the optical elements are directly bonded by the above-described bonding method, peeling may occur on the bonding surface due to the generation of thermal stress in the heat treatment of the process.

【0038】そこで本発明者等は、光学デバイスを構成
する磁性ガーネットの線膨張係数α1(/℃)、偏光子
の線膨張係数α2(/℃)及び厚さt2(m)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、前記
α1、α2及びt2の関係が、│(α1−α2)×t2
│≦10−9、かつt2≧2×10−5となる磁性ガー
ネット及び偏光子を用いて接合された光学デバイスであ
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。
Therefore, the present inventors have paid attention to the linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.), and the thickness t2 (m) of the polarizer, which are included in the optical device. Experiments were conducted while changing various conditions, and the conditions for suppressing the peeling of the joint surface were derived. That is, the relationship between α1, α2, and t2 is | (α1-α2) × t2
If an optical device bonded using a magnetic garnet and a polarizer satisfying | ≦ 10 −9 and t2 ≧ 2 × 10 −5 , it is possible to obtain an optical device in which peeling of the bonding surface is extremely reduced. Confirmed experimentally.

【0039】なお、上記接合プロセスにおいて、磁性ガ
ーネットと偏光子を接合する際、光学素子の接合面には
予め相対する光学素子の屈折率に最適化した反射防止コ
ートを施しておくことが望ましい。
In the above bonding process, when the magnetic garnet and the polarizer are bonded together, it is desirable that an antireflection coating optimized for the refractive index of the opposing optical element is applied to the bonding surface of the optical element in advance.

【0040】例えば、上記の直接接合方法において、磁
性ガーネットと偏光子を接合する際、磁性ガーネットの
偏光子との接合面に金属酸化膜を形成し、その後、該磁
性ガーネットと偏光子を貼り合わせることによって、形
成された金属酸化膜が反射防止膜として作用する。さら
に、このように金属酸化膜を形成することによって、磁
性ガーネットと偏光子の接合強度をより強固にすること
ができる。
For example, in the above-mentioned direct bonding method, when the magnetic garnet and the polarizer are bonded, a metal oxide film is formed on the bonding surface of the magnetic garnet with the polarizer, and then the magnetic garnet and the polarizer are bonded together. As a result, the formed metal oxide film acts as an antireflection film. Furthermore, by forming the metal oxide film in this way, the bonding strength between the magnetic garnet and the polarizer can be further strengthened.

【0041】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
〜1.7μm)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、TiO、SiO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。
At this time, the metal oxide film formed on the bonding surface of the magnetic garnet is chemically stable and has a communication wavelength band (0.9
Up to 1.7 μm) and is transparent, and more preferably a surface layer that is easily hydrophilized. Therefore, the metal oxide film is one or more kinds of metal oxide films selected from Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 and is a single layer or a multi-layer laminated structure, and thus antireflection Since the effect as a film is great and the bonding force is remarkably improved, a highly reliable optical device can be obtained.

【0042】この様にして、図2に示すように磁性ガー
ネット1の両面に偏光子2が直接接合された、光アイソ
レータとして機能する光学デバイス5を得ることができ
る。尚、この図2においては、磁性ガーネット1に対ガ
ラス反射防止膜として作用する金属酸化膜3が形成さ
れ、また偏光子2には対空気反射防止膜4が形成された
光学デバイスの一例を示している。しかしながら、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明
の光学デバイスは、磁性ガーネットあるいは偏光子に必
ずしも反射防止膜が形成されてなくても良い。また、偏
光子の反射防止膜4の形成に関しては、上記接合プロセ
スのいずれの工程間で行っても良い。
In this way, the optical device 5 functioning as an optical isolator can be obtained in which the polarizer 2 is directly bonded to both surfaces of the magnetic garnet 1 as shown in FIG. Note that FIG. 2 shows an example of an optical device in which a magnetic garnet 1 is formed with a metal oxide film 3 acting as a glass antireflection film, and a polarizer 2 is formed with an air antireflection film 4. ing. However, the present invention is not limited to this. That is, in the optical device of the present invention, the antireflection film may not necessarily be formed on the magnetic garnet or the polarizer. Further, the antireflection film 4 of the polarizer may be formed between any steps of the above-mentioned joining process.

【0043】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。さらに、光学デバイスの小型化のために光
学素子が接着剤を使用せずに接合された光学デバイスで
は、光学素子同士が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。
In general, in an optical device such as an optical isolator which is easily affected by the distortion of the optical element, the extinction ratio tends to decrease when stress is applied to the joined optical element. Furthermore, in an optical device in which optical elements are joined together without using an adhesive in order to reduce the size of the optical device, the optical elements are firmly fixed to each other. A stress (thermal stress) proportional to the difference in linear expansion coefficient is applied.

【0044】そのため、このように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
光比が劣化することになる。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、偏光子として使
用される偏光ガラスの線膨張係数は6.5×10−6
℃であり、磁性ガーネットとして使用されるビスマス置
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
消光比劣化が生じてしまう。
Therefore, in such an optical device directly bonded without using an adhesive, the extinction ratio deteriorates with a change in temperature. The extinction ratio deterioration due to this temperature change is due to the difference in linear expansion coefficient between optical elements of 2 × 10 −6 / ° C.
The above tends to be remarkable. Generally, the linear expansion coefficient of polarizing glass used as a polarizer is 6.5 × 10 −6 /
C., and the linear expansion coefficient of bismuth-substituted iron garnet used as a magnetic garnet is 11 × 10 −6 / ° C. Therefore, the difference in linear expansion coefficient between the two is 4.5 × 10.
It becomes −6 / ° C., and in the case of an optical device obtained by directly bonding bismuth-substituted iron garnet and polarizing glass, a large deterioration of the extinction ratio occurs.

【0045】そこで、本発明は、磁性ガーネットと偏光
子の線膨張係数差が大きくても、磁性ガーネットと偏光
子の線膨張係数の差に応じて偏光子の厚さを最適化する
ことによって消光比劣化の防止を図っている。
Therefore, according to the present invention, even if the difference in the linear expansion coefficient between the magnetic garnet and the polarizer is large, the extinction can be achieved by optimizing the thickness of the polarizer according to the difference in the linear expansion coefficient between the magnetic garnet and the polarizer. We are trying to prevent ratio deterioration.

【0046】消光比の劣化は、偏光子の厚さが薄いほど
抑えられ、また偏光子と磁性ガーネットの線膨張係数の
差が小さいほど抑えられる。これは、偏光子と磁性ガー
ネット間に働く熱応力が、磁性ガーネットの厚さを一定
とした場合、偏光子の厚さに比例するためで、偏光子の
厚さが厚いと接合面における歪が大きくなり消光比が劣
化する。また、線膨張係数の差が大きい場合も熱応力が
大きくなり、消光比の劣化が大きくなる。
The deterioration of the extinction ratio can be suppressed as the thickness of the polarizer becomes thinner, and as the difference in linear expansion coefficient between the polarizer and the magnetic garnet becomes smaller. This is because the thermal stress acting between the polarizer and the magnetic garnet is proportional to the thickness of the polarizer when the thickness of the magnetic garnet is constant. It becomes large and the extinction ratio deteriorates. Also, when the difference in the coefficient of linear expansion is large, the thermal stress also increases, and the extinction ratio deteriorates significantly.

【0047】上記の関係を具体的に記述すると、磁性ガ
ーネットの線膨張係数(α1)と偏光子の熱膨張係数
(α2)との差を|(α1−α2)|とし、偏光子の厚
さをt2としたとき、|(α1−α2)|とt2の積が
一定値を下回れば、消光比の劣化を抑えることが可能と
なる。そこで、この偏光子と磁性ガーネットの線膨張係
数差と偏光子の厚みの関係|(α1−α2)×t2|に
ついて実験、調査を行い、下記条件を満足すれば良いこ
とを見出した。
To describe the above relationship in detail, the difference between the linear expansion coefficient (α1) of the magnetic garnet and the thermal expansion coefficient (α2) of the polarizer is defined as | (α1-α2) | Letting t2 be t2, the deterioration of the extinction ratio can be suppressed if the product of | (α1−α2) | and t2 is less than a certain value. Therefore, the relationship between the difference in linear expansion coefficient between the polarizer and the magnetic garnet and the thickness of the polarizer | (α1−α2) × t2 | was tested and investigated, and it was found that the following conditions should be satisfied.

【0048】すなわち、上記α1、α2及びt2の関係
において、|(α1−α2)×t2|≦10−9となる
光学デバイスであれば、熱応力を起源とした歪による消
光比の劣化が低減され、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。さらに、このとき、偏光子
自体が十分な消光特性を有するためには、偏光子が2×
10−5m以上の厚さを有している必要がある。したが
って、偏光子の厚さt2≧2×10−5の条件も同時に
満足する必要がある。
That is, in the above relationship of α1, α2 and t2, if the optical device satisfies | (α1-α2) × t2 | ≦ 10 −9 , deterioration of the extinction ratio due to strain due to thermal stress is reduced. It is possible to obtain an optical device having excellent optical characteristics. Furthermore, at this time, in order for the polarizer itself to have sufficient extinction characteristics, the polarizer must be 2 ×
It must have a thickness of 10 −5 m or more. Therefore, it is necessary to simultaneously satisfy the condition of the thickness t2 ≧ 2 × 10 −5 of the polarizer.

【0049】また、本発明は、上述したように、偏光子
の厚さを適切に設定することを要件の一つとして、接合
面での剥離を防止しまた熱応力を低減することで、光学
デバイスの接合力及び光学特性の改善を図っている。し
たがって、偏光子の光学特性がその厚さに依存しにくい
ことが求められる。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が好ましい。そ
うすることによって、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粒子を分散させたも
のを用いることができる。
In addition, as described above, the present invention is one of the requirements that the thickness of the polarizer is appropriately set, thereby preventing peeling at the joint surface and reducing thermal stress, and The joining force and optical characteristics of the device are improved. Therefore, it is required that the optical characteristics of the polarizer are less likely to depend on its thickness. Therefore, it is preferable that the polarizer is a polarizing glass that has little influence of the thickness on the optical characteristics. By doing so, the thickness of the polarizer can be appropriately set without deteriorating the optical characteristics. As the polarizing glass, a glass base material such as borosilicate glass that is generally used and in which metal particles such as silver and copper are dispersed can be used.

【0050】さらに、このとき、磁性ガーネットはファ
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
あることが好ましく、それによって、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。
Further, at this time, the magnetic garnet is preferably a bismuth-substituted iron garnet excellent in Faraday rotation ability, whereby a Faraday rotation angle of 45 degrees can be realized with a thickness of about 0.5 mm. , Effective for downsizing optical devices.

【0051】[0051]

【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)接合に用いる光学素子に、偏光子として厚
さの異なる数種類の偏光ガラスを用意し、磁性ガーネッ
トとしてビスマス置換鉄ガーネット(波長1.31μm
でθf=45°に調整したもの)を用意した。これらの
光学素子に十分な研磨加工を施して表面粗さRaを0.
3nm以下に調製した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto. (Example 1) For an optical element used for bonding, several kinds of polarizing glasses having different thicknesses were prepared as polarizers, and bismuth-substituted iron garnet (wavelength 1.31 μm) was used as magnetic garnet.
Was adjusted to θf = 45 °). Sufficient polishing is applied to these optical elements to obtain a surface roughness Ra of 0.
It was adjusted to 3 nm or less.

【0052】その後、Bi置換鉄ガーネットについて
は、その両面に対ガラス反射防止膜(Al、Ti
及びSiOの単層膜、あるいはAl/Ti
/SiO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
/SiO膜)を施した。尚、これらの反射防止膜は
波長1.31μm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Bi置換鉄ガ
ーネット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。
Then, for the Bi-substituted iron garnet
Is a glass anti-reflection film (AlTwoOThree, Ti
OTwoAnd SiOTwoSingle layer film or AlTwoOThree/ Ti
OTwo/ SiOTwo3 layer film) and glass reflection
Prepare one without a protective film, while
The lath has an anti-reflection film (AlTwoO
Three/ SiOTwoMembrane). Incidentally, these antireflection films are
It was optimized at a wavelength of 1.31 μm. Detailed description of each optical element
The sex is shown in Table 1 below. Optical element shown in Table 1
The data are for non-bonded surface of polarizing glass and Bi-substituted iron glass.
-Measure on the net with anti-reflection coating on both sides
It was done.

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】図2に、磁性ガーネットに対ガラス反射防
止膜を施したものを用いて接合一体化する光学デバイス
の構成を示す。Bi置換鉄ガーネット1の両面に対ガラ
ス反射防止膜3を施し、偏光ガラス2の非接合面側のみ
に対空気反射防止膜4を施した後、偏光ガラス2の接合
面とBi置換鉄ガーネット1の対ガラス反射防止膜3の
接合面とを接合して、光学デバイス5を作製した。
FIG. 2 shows the structure of an optical device which is joined and integrated by using a magnetic garnet provided with an antireflection coating against glass. After the anti-glass anti-reflection film 3 is applied to both surfaces of the Bi-substituted iron garnet 1 and the anti-air anti-reflection film 4 is applied only to the non-bonding surface side of the polarizing glass 2, the bonding surface of the polarizing glass 2 and the Bi-substituted iron garnet 1 are applied. The optical device 5 was manufactured by bonding the glass with the bonding surface of the antireflection film 3 of glass.

【0055】Bi置換ガーネットと偏光ガラスの接合手
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に示す値となるよ
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Bi置換鉄ガーネットと
偏光ガラスを貼り合せる。 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。
The procedure for joining the Bi-substituted garnet and the polarizing glass was performed according to the flow shown in FIG. The main manufacturing conditions of each process are shown below. Polishing: Polishing is performed so that the surface roughness of each optical element becomes the value shown in Table 1. Cleaning: After UV (ultraviolet) treatment with a low pressure mercury lamp, cleaning with pure water (US (Ultra Sonic, ultrasonic) cleaning) is performed. Hydrophilization treatment: Ammonia water: Hydrogen peroxide water: Pure water =
Immerse in 1: 1: 4 ammonia-hydrogen peroxide mixture. Washing / drying: After washing with pure water (US washing), IPA vapor drying is performed. Liquid application: Pure water is applied to the bonding surface of each optical element. Laminating: Bi-substituted iron garnet and polarizing glass are laminated before the coating liquid dries. Drying: vacuum drying for 24 hours after bonding. Heat treatment: 110 ° C., 10 hours in air. The heating rate is 4 ° C./h.

【0056】工程の熱処理を行った後、得られた接合
体(光学デバイス5)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℃、10
0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
2に示す。
After the heat treatment of the process, the obtained bonded body (optical device 5) is 1 mm × 1 mm by a dicer.
It was cut into chips. This chip, 105 ℃, 10
After processing with a pressure cooker for 0 hours, the joint surface was observed and the durability of the joint surface was evaluated. The results are shown in Table 2 below.

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】表2に示したように、Bi置換鉄ガーネッ
トと偏光ガラスの線膨張係数α1、α2及び偏光ガラス
の厚さt2との関係(α1−α2)×t2の値が1.8
×10−9以上の光学デバイスにおいては、接合面での
剥離が大きく実用上問題があった。それに対して、(α
1−α2)×t2が1.8×10−9より小さい場合
(望ましくは1.0×10−9以下)、接合面での侵食
は少なく、接合力が向上していることがわかる。また、
Bi置換鉄ガーネット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、(α1−α2)×t2の
値が1.8×10 −9より小さいものは十分な接合強度
を有する信頼性の高い光学デバイスであった。
As shown in Table 2, Bi-substituted iron garnet
And the linear expansion coefficient of polarizing glass α1, α2 and polarizing glass
The value of (α1−α2) × t2 is 1.8.
× 10-9In the above optical device,
Peeling was large and there was a practical problem. In contrast, (α
1-α2) × t2 is 1.8 × 10-9If less than
(Preferably 1.0 x 10-9Below), erosion at the joint surface
It can be seen that the bonding strength is improved. Also,
Bi-substituted iron garnet with metal oxide film is
Furthermore, the bonding strength is improved, and (α1-α2) × t2
Value is 1.8 × 10 -9Smaller ones have sufficient joint strength
The optical device has a high reliability.

【0059】(実施例2)次に、偏光子の厚さが光学特
性に及ぼす影響について実験を行った。偏光子として、
実施例1と同様に厚さの異なる数種類の偏光ガラスを用
意し、また磁性ガーネットについては、その両面に対ガ
ラス反射防止膜としてAl /TiO/SiO
の3層膜のみを施した1種類のBi置換鉄ガーネットを
用意した。これらの光学素子に実施例1と同様の条件で
接合し、接合体(光学デバイス5)を作製した。尚、本
実験では、偏光ガラスを線膨張係数の異なる各種光学ガ
ラスで代用した。
(Example 2) Next, the thickness of the polarizer depends on the optical characteristics.
Experiments were conducted on the effects on sex. As a polarizer
As with Example 1, several types of polarizing glass with different thicknesses are used.
Also, for magnetic garnet, protect both sides with
Al as lath anti-reflection filmTwoO Three/ TiOTwo/ SiOTwo
One type of Bi-substituted iron garnet that has only three layers of
I prepared. Under the same conditions as in Example 1 for these optical elements
Bonding was performed to produce a bonded body (optical device 5). The book
In the experiment, polarizing glass was used for various optical glasses with different linear expansion coefficients.
I replaced it with Russ.

【0060】次に、図3に示すように、得られた光学デ
バイス5を1×1mmのチップ状に切断して円筒型マグ
ネット6中に設置し、光アイソレータ7を構成した。そ
の後、作製した偏光ガラスの厚さの異なる各光アイソレ
ータに対して、消光比の測定を行った。
Next, as shown in FIG. 3, the obtained optical device 5 was cut into 1 × 1 mm chips and placed in a cylindrical magnet 6 to form an optical isolator 7. After that, the extinction ratio was measured for each optical isolator having a different thickness of the produced polarizing glass.

【0061】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10を、仮に外側に配置した
偏光子9を介して光アイソレータ7(偏光ガラスを線膨
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10を再び偏光子9(検光子)を介
してをディテクタ8で検出することによって行った。
As shown in FIG. 5, the measurement of the extinction ratio is carried out by irradiating a light beam 10 emitted from a light source (not shown) with a light isolator 7 (polarizing glass having a linear expansion coefficient Different optical glasses were used as substitutes), and the transmitted light beam 10 was again detected by the detector 8 via the polarizer 9 (analyzer).

【0062】このとき、測定温度は前記図1の工程に
おける光学素子温度、及び光学素子温度よりも40℃低
い温度に設定し、このときの消光比の差(消光比劣化
量)を測定することによって光学歪の評価を行った。こ
のように光学素子温度よりも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、工程における光学素
子温度で各試料の消光比を測定した結果、いずれも50
dB程度であった。
At this time, the measurement temperature is set to the optical element temperature in the step of FIG. 1 and a temperature 40 ° C. lower than the optical element temperature, and the extinction ratio difference (extinction ratio deterioration amount) at this time is measured. The optical distortion was evaluated by. By measuring at a temperature lower than the optical element temperature by 40 ° C. as described above, the extinction ratio can be measured in a state where thermal stress is applied to the joint surface. In addition, as a result of measuring the extinction ratio of each sample at the temperature of the optical element in the process, 50
It was about dB.

【0063】図4に、偏光ガラスの厚さt2(m)とB
i置換鉄ガーネットと偏光ガラスの線膨張係数の差|α
1−α2|(/℃)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実線は、
(α1−α2)=10−9/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−α2)×t2|≦10−9であることが
確認された。
In FIG. 4, the thickness t2 (m) of the polarizing glass and B
Difference in linear expansion coefficient between i-substituted iron garnet and polarizing glass | α
2 shows a two-dimensional map for 1-α2 | (/ ° C.). On this map, if the extinction ratio deterioration amount is less than 3 dB, ○,
X was plotted for those of 3 dB or more. As shown in FIG. 4, the solid line indicating the boundary of the plots of ○ and × is
It can be expressed by an expression of (α1−α2) = 10 −9 / t2. Therefore, it was confirmed that the condition required to obtain an optical device having high optical characteristics with an extinction ratio deterioration amount of less than 3 dB was | (α1-α2) × t2 | ≦ 10 −9 .

【0064】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。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is merely an example, and it has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of claims of the present invention, and has the same operational effect.
Anything is included in the technical scope of the present invention.

【0065】例えば、上記の実施の形態では、磁性ガー
ネットの両面に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、偏光子と磁性ガーネットを更に組み合わせ
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、磁性ガー
ネットと偏光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、本発明は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液体を介さず
直接接合しても良い。
For example, in the above-described embodiment, the optical isolator constituted by the minimum unit in which the polarizer is joined to both surfaces of the magnetic garnet is shown, but the present invention is not limited to this, and the polarizer and the magnetic element are not limited thereto. It can also be applied to an optical isolator having a multi-stage structure by further combining garnets. Further, in the above-described embodiment, when the magnetic garnet and the polarizer are bonded, pure water is applied to the bonding surface for bonding, but the present invention is not limited to this, and sufficient bonding is achieved. When strength is obtained, direct bonding may be performed without using a liquid.

【0066】[0066]

【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磁性ガーネットと偏光子の接
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。
As described above, according to the present invention,
Magnetic garnet and polarizer can be bonded easily and with strong bonding strength without the use of adhesives, and there is no outgas generation or deterioration of the bonding surface, and it has excellent optical characteristics and is compact and highly reliable. The optical device can be provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の接合方法の一例を示すフロー図であ
る。
FIG. 1 is a flow chart showing an example of a joining method of the present invention.

【図2】本発明の光学デバイスの構成の一例を示す概要
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a configuration of an optical device of the present invention.

【図3】実施例2において作製した接合型光アイソレー
タの概要図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a junction type optical isolator manufactured in a second example.

【図4】偏光子の厚さと光学素子間の熱膨張係数差に関
して、消光比劣化量についてプロットを行ったグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph in which an extinction ratio deterioration amount is plotted with respect to a thickness of a polarizer and a thermal expansion coefficient difference between optical elements.

【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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration in an extinction ratio measurement of an optical isolator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁性ガーネット(Bi置換鉄ガーネット)、2…偏
光子(偏光ガラス)、 3…金属酸化膜(対ガラス反射
防止膜)、4…対空気反射防止膜、 5…光学デバイ
ス、6…円筒型マグネット、 7…光アイソレータ、8
…ディテクタ、 9…偏光子(実験時の仮の設置)、1
0…光線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic garnet (Bi substituted iron garnet), 2 ... Polarizer (polarizing glass), 3 ... Metal oxide film (anti-glass antireflection film), 4 ... Air antireflection film, 5 ... Optical device, 6 ... Cylindrical type Magnet, 7 ... Optical isolator, 8
… Detector, 9… Polarizer (temporary installation during the experiment), 1
0 ... rays.

───────────────────────────────────────────────────── 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) 2H049 BA02 BA08 BB03 BB65 BC25 2H099 AA01 BA02 CA11 DA05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shigeru Konishi             2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu             Gaku Kogyo Co., Ltd. Precision Materials Research Laboratory (72) Inventor Ryo Shirasaki             2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu             Gaku Kogyo Co., Ltd. Precision Materials Research Laboratory F-term (reference) 2H049 BA02 BA08 BB03 BB65 BC25                 2H099 AA01 BA02 CA11 DA05

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性ガーネットの少なくとも一面が偏光
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、前記磁性ガーネットの線膨張係数α1(/
℃)、前記偏光子の線膨張係数α2(/℃)及び偏光子
の厚さt2(m)との関係が、│(α1−α2)×t2
│≦10−9、かつt2≧2×10−5であることを特
徴とする光学デバイス。
1. An optical device comprising at least one surface of a magnetic garnet bonded to a polarizer without the use of an adhesive, and the linear expansion coefficient of the magnetic garnet in an optical device that functions by transmitting light through the bonding surface. α1 (/
C), the linear expansion coefficient α2 (/ ° C) of the polarizer and the thickness t2 (m) of the polarizer are | (α1-α2) × t2.
| ≦ 10 −9 , and t2 ≧ 2 × 10 −5 . An optical device characterized by the following:
【請求項2】 前記磁性ガーネットの偏光子との接合面
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。
2. The optical device according to claim 1, wherein a metal oxide film is formed on a bonding surface of the magnetic garnet with the polarizer.
【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、TiO、SiO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。
3. The metal oxide film formed on the magnetic garnet is one or more metal oxide films selected from Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 , and the metal oxide film is a single metal oxide film. The optical device according to claim 1 or 2, wherein the optical device is a layer or a multi-layered structure.
【請求項4】 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3のいずれか一項に記載の
光学デバイス。
4. The optical device according to claim 1, wherein the polarizer is polarizing glass.
【請求項5】 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4
のいずれか一項に記載の光学デバイス。
5. The magnetic garnet is a bismuth-substituted iron garnet, according to any one of claims 1 to 4.
The optical device according to claim 1.
【請求項6】 前記光学デバイスが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。
6. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is an optical isolator.
【請求項7】 磁性ガーネットの少なくとも一面を偏光
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、前記磁性ガーネットの線膨張
係数α1(/℃)、前記偏光子の線膨張係数α2(/
℃)及び偏光子の厚さt2(m)との関係が、│(α1
−α2)×t2│≦10−9、かつt2≧2×10−5
となる磁性ガーネット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。
7. A method of manufacturing an optical device by bonding at least one surface of a magnetic garnet to a polarizer without using an adhesive, wherein a linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet, Linear expansion coefficient α2 (/
C) and the thickness t2 (m) of the polarizer is | (α1
−α2) × t2│ ≦ 10 −9 , and t2 ≧ 2 × 10 −5
A method of manufacturing an optical device, which comprises bonding using a magnetic garnet and a polarizer to be described below.
【請求項8】 前記磁性ガーネット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溶液を介して貼り合
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。
8. The magnetic garnet and the polarizer are bonded to each other by polishing, washing, hydrophilizing, and drying the bonded surfaces, and then bonding the bonded surfaces directly or together with a solution, and thereafter. The method for manufacturing an optical device according to claim 7, wherein the bonding is performed by performing heat treatment.
【請求項9】 前記磁性ガーネットと偏光子を接合する
際に用いる溶液として、極性分子を主成分とした液体を
単独または混合して使用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。
9. A liquid containing polar molecules as a main component is used alone or as a mixture as a solution used for bonding the magnetic garnet and the polarizer.
A method for manufacturing an optical device according to item 1.
【請求項10】 前記磁性ガーネットの偏光子との接合
面に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと偏
光子を接合することを特徴とする請求項7から請求項9
のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
10. The magnetic garnet and the polarizer are bonded together after a metal oxide film is formed on the bonding surface of the magnetic garnet with the polarizer.
A method for manufacturing the optical device according to any one of 1.
【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、TiO、SiO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。
11. The metal oxide film formed on the magnetic garnet is one or more metal oxide films selected from Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 , and the metal oxide film is a single layer or The multi-layered structure is laminated in multiple layers.
0. The method for manufacturing an optical device according to 0.
【請求項12】 前記磁性ガーネットに偏光子を接合し
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11のいずれか一項に記載の光学デバイス
の製造方法。
12. The method for manufacturing an optical device according to claim 7, wherein a polarizer is bonded to the magnetic garnet to manufacture an optical isolator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013037115A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Nitto Denko Corp Optical laminated body, optical laminated body set, and liquid crystal panel using these

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