JP2003255269A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光アイソレータ４１においては、接着剤６を硬
化し素子を基板５上に固定させた時に、接着剤６の硬化
収縮や、基板５と素子２、３、４および磁石２７との線
膨張係数の違いから、光アイソレータ４１を使用する環
境の温度変化、特に低温環境になった場合、さらに素子
に応力が付加される事になり特性が変化しやすく、偏光
子２、４にクラックが発生したり、温度の変動に対して
安定した特性を維持出来ないという問題点があった。 【解決手段】少なくとも第１のファラデー回転子３と、
第１、第２の偏光子２，４を接合した複合素子４２およ
び磁石２７を基板５上に搭載して整列固定した光アイソ
レータにおいて、前記磁石２７または複合素子４２の基
板５上に接する面には、面取部２８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射され
た光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる
戻り光を除去するために用いられる光アイソレータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー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。

【０００３】図６は従来の小型化された光アイソレータ
４１の構成を示す図である。

【０００４】図６に示すように、光アイソレータ４１は
ファラデー回転子３と偏光子２、偏光子４を互いに接着
一体化した光アイソレータ用素子４２と、ファラデー回
転子３に飽和磁界を印可するための磁石２７を、基板５
上に固定した構成となっている。光アイソレータ用素子
４２の基板５上への固定は、接着剤を用いられる。ま
た、接着剤以外にも、半田を用いて固定する手段も用い
られているが、その場合素子や磁石の半田が付く部分に
は、あらかじめメタライズしておく必要がある。

【０００５】ここで偏光子２、４は透過する光の一方向
の偏波成分を吸収し、その偏波成分に直交する偏波成分
を透過する機能を有し、また、ファラデー回転子３は、
一般的には、希土類元素とビスマスを含む鉄ガーネット
などの単結晶が多く用いられており、飽和磁界強度にお
いて所定波長の光の偏波面を約４５度回転する機能を有
する。また２つの偏光子２、４は、それぞれの吸収ある
いは透過偏波方向が約４５度ずれるように配置されてい
る。図中の矢印は透過偏波方向を表し、偏光子２の透過
偏波方向は横方向であり、これに対し偏光子４の透過偏
波方向は約４５度傾いている。

【０００６】光通信用のレーザー光源モジュールとして
は、半導体レーザー素子と光アイソレータ、レンズなど
をパッケージの中に組み込み全体を気密封止したもの
と、レーザー素子をキャンパッケージの中に設置密封
し、そのキャンパッケージに光アイソレータ、レンズと
いった他の光学部品をアセンブリしたものとがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図６に示
す基板上に配置固定された従来の小型化された光アイソ
レータにおいては、磁石２７の底部に接着剤６を塗布
し、基板上５の主面上に設置した時に、硬化させる前の
接着剤６が複合素子４２の側面と磁石２７の側面との間
に、入りこんでしまい、複合素子４２と磁石２７を接着
固定されてしまう事があり、その結果、複合素子４２と
基板５および磁石２７の３つの線膨張係数の異なる部材
が同一の接着剤により接合されている部分が出来てしま
い、その部位には大きな応力が発生してしまうという問
題があった。

【０００８】基板と素子および磁石の線膨張係数は例え
ば、それぞれ７０×１０^-7／℃、６０×１０^-7／℃、１
００×１０^-7／℃と異なるため、光アイソレータを使用
する環境の温度変化、特に低温環境になった場合、さら
に素子に応力が付加される事になり特性が変化しやす
く、そのため温度変化時に光学素子に加わる応力は大き
くなり、その結果光学特性に劣化が生じやすく、場合に
よっては、基板５および磁石２７と複合素子４２の３つ
の部材が接合される部分から、素子特に偏光子２または
偏光子４にクラックが発生する場合があり温度の変動に
対して安定した特性を維持出来ないという問題点があっ
た。

【０００９】又、素子に応力が加わっている場合、ファ
ラデー回転子の特性として消光比の劣化を生じやすく、
その結果、光アイソレータ完成体における特性項目であ
る光アイソレーション特性を劣化させてしまうという問
題点があった。

【００１０】上記問題点を回避するためには、例えば複
合素子４２と磁石２７との間に空隙部を設け、接合時に
用いる接着剤が、複合素子４２と磁石２７との間の側面
に入りこまないようにすれば良いが、空隙部を設けたた
めに、形状が大きくなってしまうという問題点があっ
た。

【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、小型で、作製が容易
で、特性が均一な光アイソレータの構造を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題を
解決するためのものであり、少なくとも第１のファラデ
ー回転子と、第１、第２の偏光子を接合した複合素子お
よび磁石を基板上に搭載して整列固定した光アイソレー
タにおいて、前記磁石または複合素子の基板上に接する
面には、面取り部が形成されていることを特徴とする。

【００１３】更に、前記光アイソレータにおいて、前記
複合素子の底面は、基板から離間して固定されているこ
とを特徴とする。

【００１４】又、前記複合素子と磁石とが略当接する部
分の基板上に、溝が形成されている事を特徴とする構造
とした。

【００１５】さらに上記複合素子、磁石、基板の３つの
部材は接着剤より接合され、かつこれら３つの部材の境
界部に接着剤の存在しない空隙部を有する事を特徴とす
る構造とした。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による光アイソレ
ータおよびその製造方法について説明する。

【００１７】図１に本発明の光アイソレータの実施形態
を示す。図１（ａ）はその平面図を示し、図１（ｂ）は
その正面図を示す。

【００１８】複合素子４２は偏光子２および偏光子４と
ファラデー回転子３からなり、偏光子基板とファラデー
回転子基板を接着一体後チップ状に切削加工されたもの
である。複合素子４２はそれぞれの側面を基板５の主面
に接着剤６を用いて接合し、整列固定されて、本発明の
光アイソレータ４１は構成される。

【００１９】偏光子２および偏光子４は、例えば楕円体
形の金属粒子がガラス内に分散された構造の偏光ガラス
からなる。この偏光ガラスは長く延伸された金属粒子を
ガラス自身の中に一方向に配列させることにより偏光特
性を持たせたガラスであり、金属粒子の延伸方向に垂直
な偏波面を持つ光が透過し、平行な偏波面を持つ光は吸
収される。ここで偏光子２の透過偏波方向は、基板５の
主面に対し略平行に配置され、偏光子４の透過偏波方向
は、基板５の主面に対し略４５度の角度を持つように配
置されている。

【００２０】ファラデー回転子３は、例えばビスマス置
換ガーネット結晶等で、その厚みは入射光線の偏光面が
４５度回転する様に設定する。一般に、偏波面を回転さ
せるためには、入射光線の光軸Ｌ方向に十分な磁界を印
可することが必要である。従って、複合素子４２は、２
つのほぼ同一形状をした磁石２７の間に配置することに
より光アイソレータとして動作する。２つの磁石２７も
複合素子４２を固定したのと同じ接着剤６を用いて基板
５の主面上に固定されている。

【００２１】基板５は平板状に加工されたセラミックや
ガラス、金属基板等が用いられる。また、接着剤６は、
エポキシ樹脂等の樹脂類や、金属はんだ、低融点ガラス
などを用いることができる。

【００２２】ここで用いている磁石２７の形状は、基板
５上への接合面となる底面にＣ面状の面取り部２８を設
けてある。従来、磁石２７の底部に接着剤６を塗布し、
基板上５の主面上に設置した時に、硬化させる前の接着
剤６が複合素子４２の側面と磁石２７の側面との間に、
入りこんでしまい、複合素子４２と磁石２７を接着固定
されてしまう事があり、その結果、複合素子４２と基板
５および磁石２７の３つの線膨張係数の異なる部材が同
一の接着剤により接合されている部分が出来てしまい、
その部位には大きな応力が発生しやすくなってしまう。
そのため温度変化時に光学素子に加わる応力は大きくな
り、その結果光学特性に劣化が生じやすく、場合によっ
ては、基板５および磁石２７と複合素子４２の３つの部
材が接合される部分から、素子、特に偏光子２または偏
光子４にクラックが発生する場合があった。

【００２３】これに対し、本発明は、面取り部２８を設
けた事により、複合素子４２、および磁石２７との間に
は、基板５の主面上に接着材の介在しない空隙部７がで
きる。そのため、複合素子４２と磁石２７は一体に接着
固定される事無くそれぞれに基板５の主面上に固定さ
れ、温度変化時の光学特性劣化や、クラックの発生を低
減する事が可能となった。

【００２４】以上述べてきたように、応力に起因する光
アイソレータの光学特性劣化は、複合素子４２、基板５
および磁石２７が同時に接着剤６によって固定されてい
る部分があった場合、特に悪影響を及ぼす。したがっ
て、そのよう固定部分が存在しないようにする事が重要
となる。面取部２８の大きさは、用いる接着剤６の粘性
と複合素子４２と磁石２７との間の隙間の大きさによっ
て異なるが、大きすぎる場合、磁石２７が複合素子４２
の部分に与える磁界強度分布の高さ方向の非対称性が大
きくなるため、複合素子４２の高さの１／３以下の大き
さが好ましい。

【００２５】図２には、他の実施形態として磁石２７の
各稜線にＲ面状の面取部２９を持たせ、Ｃ面と同様な機
能を持たせている。図２（ａ）はその上面図を示し、図
２（ｂ）はその正面図を示す。磁石２７の底面には、複
合素子４２との境界面に設けられた面取り部２８、２９
の形状は必ずしもＣ面である必要はなく、接合固定時に
接着剤などの接合材が磁石２７と複合素子４２との間に
入りこまないような形状であれば良い。

【００２６】また、上記実施例においては、磁石２７に
Ｃ面やＲ面を形成させているが、複合素子４２にＣ面や
Ｒ面の面取部を形成しても、同様の効果を得られる事は
言うまでも無い。

【００２７】図３は、本発明の別の実施例を示す。図３
（ａ）にはその上面図を示し、図３（ｂ）にはその正面
図を示す。偏光子２、４およびファラデー回転子３から
成る複合素子４２は、接着剤６を用いて磁石２７に接合
固定されている。複合素子４２の大きさは、高さを磁石
２７の高さより小さくしてあり、複合素子４２の底面２
１が基板５の上面５１から離間した構造となっている。
複合素子４２の底面２１と基板５の上面５１との距離は
０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。このような構
成にする事で、複合素子４２が接着剤６を介して接する
部材は磁石２７のみとなり、基板５の線膨張係数の違い
による温度変化時の応力の影響を直接受ける事が無くな
る。このため線膨張係数が異なる部材を接合したことに
よる応力による光学特性の劣化を低減する事が可能とな
る。

【００２８】図４は、本発明のさらに別の実施例を示
す。複合素子４２および磁石２７は、ともに基板５に接
着剤６で固定されているが、基板５上に溝９を設け、基
板５上に接着剤６によって固定される複合素子４２と磁
石２７との間に接着剤がまわりこまないようにしてあ
る。溝９の大きさは、接着剤６の粘性や、接合する基板
５や磁石２８との濡れ性が関係し、一律に決める事は難
しいが、好ましくは、溝深さ０．０５ｍｍ以上、溝幅は
０．１ｍｍ以上である事が好ましい。

【００２９】図５は、本発明の別の実施形態で、磁石２
７の底面部にＣ面状の面取部２８を設け、複合素子４２
の固定は、磁石２７の側面部に接着剤６によって固定さ
れている。面取部２８を設ける事で、複合素子４２の底
面と基板５の上面との間に接着剤が回り込む事を防止す
る事が出来る。このような構造の場合、複合素子４２は
線膨張係数の異なる２つの部材、基板５と磁石２７に接
着剤６を介して固定されているが、磁石２７の底部に面
取部２８が有るために、複合素子４２、磁石２７、基板
５が同時に接着剤６を介して接合固定される部分が無い
ので、複合素子４２に加わる応力を低減する事が出来
る。

【００３０】

【実施例】本発明の光アイソレータの実施例として図１
に示した光アイソレータの試作を行った。製造方法とそ
の構成について以下に説明する。

【００３１】光学的に透明なエポキシ系の熱硬化型樹脂
を用いて２枚の偏光子基板とファラデー回転子基板を固
定し、複合基板を作製した。２枚の偏光子基板の厚み
は、それぞれ約０．５ｍｍ、ファラデー回転子基板の厚
みは約０．４ｍｍであった。２枚の偏光子基板はいずれ
も、ある１辺に平行な方向に透過偏波を有するガラス偏
光子を使用した。ファラデー回転子基板はビスマス置換
ガーネットを用い、飽和磁界強度中における偏波回転角
は４５．０度であった。

【００３２】複合基板をダイシング加工機で１辺に平行
方向に切削加工し、偏光子２および４、およびファラデ
ー回転子３から構成される、１．２５ｍｍ角のチップ化
された複合素子４２を切り出した。

【００３３】次にチップ化された複合素子４２を基板５
の上に実装した。基板５はサイズ２．０×４．０ｍｍで
厚み０．５ｍｍのジルコニアのセラミクス板を用いた。
基板５上への複合素子４６と偏光子４の固定は、熱硬化
型の接着剤６により固定した。

【００３４】次に、Ｃ面状の面取部２８の形成されてい
る磁石２７を、基板６の上に固定した。Ｃ面の大きさは
０．３ｍｍとした。磁石２７の底面に、熱硬化型の接着
剤６をあらかじめ塗布した後、複合素子４２の側面に複
合素子４２を挟むように基板上に設置し、過熱硬化を行
った。接着剤６を底面に塗布した磁石４２を基板５上に
設置した時に、面取部２８があるため、磁石２７の側面
と複合素子４２の側面とのあいだに接着剤６が入りこむ
事が無かった。また比較のため、上記複合素子４２およ
び基板５を用い図６に示される従来構造と同じように底
部にＣ面をつけない構造の磁石を用い光アイソレータを
作製した。複合素子４２と磁石２７との間には、わずか
であるが毛細管現象により接着剤が回り込んでしまい、
複合素子４２側面と磁石２７の側面の一部が接着剤６に
よって接合されていた。

【００３５】このようにして作製した本発明による光ア
イソレータと従来構造の光アイソレータの特性結果を表
１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】従来構造の光アイソレータの場合、アイソ
レーションが最大３８ｄＢから最小３４ｄＢと、特性が
比較して悪くなっており、製品による特性のばらつきも
大きかった。一方、本発明による光アイソレータの場
合、接着剤硬化後も、複合素子４２を構成する偏光子
２、４およびファラデー回転子３にクラックが発生する
事は無かった。この光アイソレータに飽和磁界を印可し
た後、光学特性を評価した結果、挿入損失が０．２ｄＢ
以下、アイソレーションが４０ｄＢ以上と、従来構造に
比較して、良好で均一な特性を有することを確認した。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも第１のファ
ラデー回転子と、第１、第２の偏光子を接合した複合素
子および磁石を基板上に搭載して整列固定した光アイソ
レータにおいて、前記磁石または複合素子の基板上に接
する面には、面取り部を設けた事によりファラデー回転
子および偏光子を接合した複合素子と磁石が、接合され
ていない構造となったため、複合素子に加わる応力を低
減でき光学特性が良好な光アイソレータを安定して作製
する事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による光アイソレータの実施形
態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。

【図２】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実
施形態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。

【図３】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実
施形態の平面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。

【図４】（ａ）は本発明による光アイソレータの別な実
施形態の上面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。

【図５】（ａ）は本発明による光アイソレータの他の実
施形態の上面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。

【図６】従来の光アイソレータを示す斜視図である。

【符号の説明】

２、４、：偏光子 ３、：ファラデー回転子 ５、７：基板 ９：溝 ６：接着剤 ４１：光アイソレータ ４２：複合素子 ２７、２８、２９：磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも第１のファラデー回転子と、第
   １、第２の偏光子を接合した複合素子および磁石を基板
   上に搭載して整列固定した光アイソレータにおいて、前
   記磁石または複合素子の基板上に接する面には、面取り
   部が形成されていることを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】少なくとも第１のファラデー回転子と、第
   １、第２の偏光子とを接合した複合素子および磁石を基
   板上に搭載して整列固定した光アイソレータにおいて、
   前記複合素子の底面は、基板から離間して固定されてい
   ることを特徴とする光アイソレータ。
3. 【請求項３】少なくとも第１のファラデー回転子と、第
   １、第２の偏光子とを接合した複合素子および磁石を基
   板上に搭載して整列固定した光アイソレータにおいて、
   前記複合素子と磁石とが当接する部分の基板上に、溝が
   形成されていることを特徴とする光アイソレータ。
4. 【請求項４】上記複合素子、磁石、基板の３つの部材は
   接着剤により接合され、かつこれら３つの部材の境界部
   に接着剤の存在しない空隙部を有することを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の光アイソレータ。