【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光通信システムや光計測機器に用いられる光通信モジュール、半導体レーザモジュール、光増幅器等のパッシブ光デバイスとして好適な光アイソレータ素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータは、光ファイバ通信技術におけるキーデバイスの１つであり、光通信モジュール、半導体レーザモジュール、光増幅器等において、光路系の光部品からのレーザダイオード光源側への反射戻り光の防止や光ファイバアンプ内の光の共振の発生を防止するために用いられている。前記光アイソレータは、レーザダイオード光源と光ファイバとの間、あるいは２本の光ファイバの間に、偏光子、ファラデー回転子、および他の一方の偏光子を組み合わせ、更にファラデー回転子の周囲に上記ファラデー回転子を飽和磁化させるための永久磁石を配設させたものである。
【０００３】
具体的に、偏波依存型光アイソレータは、例えば「１段型」の場合には、２枚の偏光子の偏光透過方向の相対角度が約４５度になるように対面配置させ、それらの偏光子の間に、飽和磁場内で所定の波長においてファラデー回転角が約４５度となる所定の厚さを有するファラデー回転子を、１枚配置させて互いに保持固定させたものであり、順方向の光を通過させ、一方で逆方向の光を遮断させる作用を有するものである。
【０００４】
そして、上記の光アイソレータに対しては、小型化及び低価格化ならびに量産化が強く望まれており、組立工数を減じ、あるいは各部品間の光学調整の作業を軽減させるための方策の１つとして、単板状の偏光子と、単板状の４５度ファラデー回転子とを、光学接着剤により直接接着することにより一体化された光アイソレータ素子を、円筒状の永久磁石の内部に配設した光アイソレータも提案されている。
【０００５】
図５は、従来の光アイソレータの一例を示す構成概略図である。図５に示すように、光アイソレータは、単板状の偏光子３、３’と、単板状の４５度ファラデー回転子２とを、光透過性が良好で屈折率が一定の値に制御されている光学接着剤８、８’により、各光学素子の光透過領域を含む素子全面に塗付されて張り合わされ、その素子周囲において固定部材９により永久磁石１０と一体に固定された光アイソレータを、金属ホルダ１１に固定している構成としている。
【０００６】
このような透光性の光学接着剤により一体化された光アイソレータ素子を作製する場合には、大判サイズの偏光子基板とファラデー回転子基板とを、光学接着剤によりお互い全面接着し固定した後に、これを切断加工することにより、同時に多数個の光アイソレータ素子を得るという方法が採用され、その結果として、組立工数が減じられ、また光学調整の作業が軽減でき、生産量を増加させることが可能となり、低価格化・量産化に寄与することができる。
【０００７】
また図６は、従来の光アイソレータ素子の別の一例を示す構成概略図である。図６に示すように、光アイソレータ素子１は、円形の単板状の偏光子３、３’と円形の単板状の４５度ファラデー回転子２とが、透光性の低融点ガラス層１２、１２’を介して積層されて、前記低融点ガラスの溶融固化により一体化されている構成としている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１４６３５１号公報 （第２−４頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような光アイソレータ素子として、単板状の偏光子と単板状の４５度ファラデー回転子とを光学接着剤により全面で接着固定して一体化するには、以下に示す幾つかの問題があった。
【００１０】
まず第一に、（１）光学接着剤の硬化時において、光学接着剤の接着層の収縮が発生し、このような収縮は光学特性に大きな影響を及ぼし、耐湿性および耐候性の点で問題を生じることがあり、特に高温高湿などの厳しい環境下における使用には一定の限界がある。
【００１１】
また、（２）長時間にわたって比較的高い出力を有するレーザ光が、透光性光学接着剤を透過した場合に、光学接着剤中の炭素や不純物が光エネルギーを吸収して発熱し、光学接着剤の劣化が進む恐れがあり、信頼性の観点からこのような構成は懸念される。
【００１２】
さらに、（３）光学接着剤から発生するガスが、レーザ光源などの他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１３】
加えて、（４）光アイソレータの順方向の挿入損失を低減させるため、透光性が良好な光学接着剤を選択しなければならず、加えて、（５）接着層の厚さを制御することが困難であり、また（６）光学接着剤塗布中あるいは硬化中に、光学接着剤の内部あるいは接着層と光学素子間の内部に気泡が入り込んで、光アイソレータの光学特性を劣化させる可能性がある。
【００１４】
さらに加えて、（７）光学接着剤が熱硬化型である場合には、接着層の硬化終了後、室温まで冷やされることにより、各光学素子および接着層の熱膨張係数が異なるため、共に収縮する最の収縮する程度がそれぞれ異なり、この収縮の違いによって生じた歪みが各光学素子に集中し、光アイソレータ素子の消光特性が低下、あるいはクラック等が発生し不良となる可能性があり、特に、各光学素子の光学面の全面に接着層が存在するような構成では、接着層の総面積が大きいことから、上記このような不良が常に懸念される、という上記の各問題点があった。
【００１５】
また一方で、図６に示すような光アイソレータ素子１の場合においても、幾つかの問題があった。
【００１６】
まず、（１）光透過領域を含む光学面を透光性の低融点ガラスにより溶融固化しているため、光アイソレータの順方向の挿入損失を低減させるためには、透光性が良好な低融点ガラスを選択して使用しなければならず、また、（２）偏光子の片面および４５度ファラデー回転子の片面に、対低融点ガラス層用の無反射コートを別途膜付けする必要がある。
【００１７】
そして、（３）上記の各光学素子の片面に施された上記の対低融点ガラス層用の無反射コートの面を、間違いなく向かい合うように配置させる必要があるが、往々にして配置の間違いの作業ミスが生じて、不良が発生する可能性が否定できない。
【００１８】
さらに、（４）低融点ガラスの溶融中あるいは固化中に、接着層と光学素子間の内部に気泡が入り込んで、光アイソレータの光学特性を劣化させる可能性があり、加えて、（５）接着層の溶融終了後、室温まで冷やされて固化する際に、各光学素子および接着層の熱膨張係数が異なるために、共に収縮する程度がそれぞれ異なり、この収縮差の違いによって生じた歪みが各光学素子に集中し、光アイソレータ素子の消光特性が低下し、あるいは、クラックが発生し、不良となる可能性があり、特に、各光学素子の光学面の全面に接着層が存在するような構成では、接着層の総面積が大きいことから、このような不良が常に懸念される、という各問題点があった。
【００１９】
前記問題に鑑み、本発明は、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子において、高い信頼性を有することができるための手段を提供して、光アイソレータの小型化及び低価格化を図ることができ、量産性が向上する新規な光アイソレータ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを、低融点ガラス層を介して積層し、前記低融点ガラス層を溶融固着して一体化する光アイソレータ素子の固定構造であって、前記低融点ガラス層が、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層である光アイソレータ素子としている。
【００２１】
また請求項２に記載の発明では、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを、低融点ガラス層を介して積層し、前記低融点ガラス層を溶融固着して一体化する光アイソレータ素子の固定構造であって、前記低融点ガラス層が、空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層および前記空孔部の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材とを介して積層されている光アイソレータ素子としている。
【００２２】
また請求項３記載の発明では、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子において、（１）偏光子基板とファラデー回転子基板とを、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層を介して積層させる工程、あるいは、あらかじめ光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層と仮溶融固化した偏光子基板またはファラデー回転子基板のいずれかと他方側を、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層を介するように積層させる工程と、（２）各偏光子基板の偏光透過方向が光軸を中心に相対的に所定角度を有するように偏光子の位置を調整する工程と、（３）前記低融点ガラス層を溶融固化する工程と、（４）溶融固化により一体化された複合基板を所望の寸法に切断加工して、光アイソレータ素子を多数個切り出す工程と、からなる光アイソレータ素子の製造方法としている。
【００２３】
また請求項４記載の発明では、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子において、（１）偏光子基板とファラデー回転子基板とを、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層および前記空孔の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材を介して積層させる工程、あるいは、あらかじめ光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層および前記空孔の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材と仮溶融固化した偏光子基板またはファラデー回転子基板のいずれかと他方側を、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層を介するように積層させる工程と、（２）各偏光子基板の偏光透過方向が光軸を中心に相対的に所定角度を有するように偏光子の位置を調整する工程と、（３）前記低融点ガラス層および前記空孔の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材を溶融固化する工程と、（４）溶融固化により一体化された複合基板を所望の寸法に切断加工して、光アイソレータ素子を多数個切り出す工程と、からなる光アイソレータ素子の製造方法としている。
【００２４】
【作用】
本発明は上記のように、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子組み込みにおいて、（１）光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層を介して積層させ、あるいは、（２）空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層および前記空孔部の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材とを介して積層させて、前記低融点ガラス層を溶融固化することにより一体化しているため、固着において高い信頼性を有することができ、さらに光アイソレータの小型化及び低価格化を図ることができ、量産性を向上させることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る光アイソレータ素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の光アイソレータ素子の一例を示す斜視概略図であり、図１（ｂ）は前記図１（ａ）のＡ−Ａ’方向から切り取った光アイソレータ素子を示す断面図である。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、光アイソレータ素子１は、単板状の４５度ファラデー回転子２の両面にそれぞれ単板状の偏光子３、３’を、光通過用の開口部を設けた低融点ガラス層４、４’を介して積層され、一体化される構成となっている。また、図１（ｂ）に示すように、光入射方向の開口領域に垂直な方向において、単板状の４５度ファラデー回転子２と単板状の偏光子３、３’との間には、ギャップとなる空気層５が設けられている。
【００２７】
ここで、４５度ファラデー回転子２には、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）により作製したビスマス置換希土類鉄ガーネット等の単結晶板などが用いられ、上記のファラデー回転子に図示していない界磁磁石により光入射方向の飽和磁場が印加されている場合には、入射光の偏光面を光軸まわりに正確に４５度回転させるために、光の進行方向に対して所定の厚さを有するように構成されている。
【００２８】
さらに、偏光子３、３’は、単板型構造であるガラス偏光子であり、タイプとしてはガラス基板に誘電体粒子を内包するタイプや、ガラス基板上に誘電体を積層するタイプなどがあり、いずれも偏光透過方向に対して直交する偏光方向の入射光を吸収・遮断する作用を有していて、例えばコーニング社製「ポーラコア」などを用いることができる。
【００２９】
そして、光通過用の開口部を設けた低融点ガラス層４、４’は、溶融固化後においても各光学素子の特性および機能が維持されるように、融点が４００℃程度以下のガラス材であることが望ましい。ここで、使用する光の波長に対して透光性が良好である必要は全く無い。あえて、低融点ガラス層が透光性が低い場合には、光アイソレータとして機能している場合の不必要な散乱光を低融点ガラス層によって低減することもできる。
【００３０】
ここで、低融点ガラス層４、４’の熱膨張係数は、４５度ファラデー回転子２および偏光子３、３’の熱膨張係数のほぼ中間の値となるように材料を選択することが好ましい。例えば、４５度ファラデー回転子２の熱膨張係数が１０．６×１０−６℃−１であり、偏光子３、３’の熱膨張係数が５．１１×１０−６℃−１である場合には、低融点ガラス層４、４’の熱膨張係数が５．１１×１０−６〜１０．６×１０−６℃−１の範囲内であれば、４５度ファラデー回転子２と偏光子３、３’の熱膨張係数の差による影響を低減でき、熱により生じる歪みや室温への冷却の際に生じるクラックを少なくすることができる。そして、光通過用の開口部は、例えばプレート状の低融点ガラスに穴あけ加工をおこなうことで設けても良く、あるいはプレート状の低融点ガラスを成形する際にあらかじめ開口部を設けるようにプレス成形されても良い。
【００３１】
なお、この光アイソレータ素子１を多数個の光アイソレータ素子に切断加工し、円筒状の永久磁石内に挿入すれば、光アイソレータとして機能するが、本発明の実施の形態例では、界磁磁石としての永久磁石及び光アイソレータ素子１を直接または間接的に保持固定するホルダ等の構成部品は省略することとする。なお、永久磁石（図示せず）は、例えばサマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）系磁石やネオジ（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石、フェライト磁石などが用いることができるが、特にサマリウムコバルト磁石は高い磁石材料特性が得られ小型化に適しており、また温度安定性及び耐酸化性に優れていることから用いられている。前記永久磁石は、４５度ファラデー回転子２の周囲に、光軸に平行に配置・固定され、さらに光軸に平行に着磁されている。
【００３２】
このように、光通過用の開口部を設けた低融点ガラス層４、４’により、光アイソレータ素子１の各構成部品（４５度ファラデー回転子２と偏光子３、３’）を固着して一体化させたので、以下に示す各利点が得られた。
【００３３】
（１）耐湿性及び耐候性に優れ、特に高温高湿などの厳しい環境下における使用にも耐えることができ、
（２）また、長時間にわたって比較的高い出力を有するレーザ光が、各光学素子の光通過領域を透過する場合であっても、接着層を直接には通過しないことから、接着層中の炭素や不純物が光エネルギーを吸収して発熱することが無く、そのため接着層の劣化が進む恐れが無く、信頼性の点で優れ、
（３）さらに、接着層から発生するガスが皆無であり、レーザ光源などの他の部品に悪影響を及ぼす可能性が無く、
（４）透光性に一切関係ない低融点ガラスを使用できることから、低融点ガラスの選択の幅が拡がり、また、接着層を厚さを厚くしても、光アイソレータ素子の光学特性を維持することが可能であり、
（５）低融点ガラスに空孔が設けられているため、その表面張力の作用により、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中に、光通過用の開口部に達することがなく、光アイソレータの光学特性を維持することが容易であり、
（６）各光学素子の開口領域に垂直な方向における接着層と光学素子の間は、空気層であることから、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中に、接着層と光学素子間の内部に気泡が入り込み光アイソレータの光学特性を劣化させる問題が当然に無く、
（７）また、光学素子の片面に対低融点ガラス層用に無反射コートを別途におこなう必要が無く、光学素子の両面に対空気層用に無反射コートを施すことで、光アイソレータ素子の順方向の挿入損失を低減させることができ、
（８）そのため、各光学素子の片面同士を積層させる場合に、配置の間違いの作業ミスが生じることが無く、
（９）加えて、接着層の溶融終了後室温まで冷やされて固化する際に、各光学素子および接着層の熱膨張係数が多少異なっていたとしても、従来の光アイソレータ素子と比較して、接着層の面積が小さいことから、収縮の違いによって生じる歪みは小さく各光学素子にクラックが発生する可能性が少なく、不良が発生する可能性が少ない、
という効果を有する光アイソレータ素子１となり、しかも光学調整が容易に可能であり、組立工数が少ない光アイソレータ素子１となる。
【００３４】
次に、図２（ａ）は、本発明の光アイソレータ素子の別の一例を示す斜視概略図であり、図２（ｂ）は前記図２（ａ）のＡ−Ａ’方向から切り取った光アイソレータ素子を示す断面図である。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、光アイソレータ素子１は、単板状の４５度ファラデー回転子２の両面に、それぞれ単板状の偏光子３、３’が配置され、中心に空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層６、６’および前記空孔部の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材７、７’とを介して積層され、一体化された構成となっている。また、図２（ｂ）に示すように、光入射方向の開口領域に垂直な方向については、前記同様に単板状の４５度ファラデー回転子２と、単板状の偏光子３、３’との間には、ギャップとなる空気層５が設けられている。
【００３６】
このとき用いられる偏光子３、３’や４５度ファラデー素子２は、先に述べたものと同様な材料であって、空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層６、６’は、その空孔部の内径が間接部材７、７’の外径とほぼ同等であるか、わずかに大きい構成のものである。そして、低融点ガラス層６、６’設けられた空孔部は、先に述べたのと同様に、例えばプレート状の低融点ガラスに穴あけ加工をおこなうことで設けても良く、あるいはプレート状の低融点ガラスを成形する際にあらかじめ空孔部を設けるようにプレス成形されても良い。
【００３７】
またここで、間接部材７、７’は、スペーサとしての機能も有するため、その間接部材の厚さを基準として接着層の厚さを容易に制御することができ、そのため光アイソレータ素子の全長および前記ギャップとなる空気層５の間隔を容易に管理することが可能となる。なお、間接部材７、７’の厚さは、空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層６、６’の厚さより薄いものである。この間接部材７、７’は、低融点ガラス層６、６’の熱膨張係数と同様の熱膨張係数であることが望ましく、このようにすれば、低融点ガラス層６、６’と間接部材７、７’の熱膨張係数の差による影響を低減でき、熱により生じる歪みや室温への冷却の際に生じるクラック等を少なくすることができる。
【００３８】
例えば、間接部材７、７’は、４２６アロイ（熱膨張係数が約７．０×１０−６℃−１）やＳＦ２０Ｔ（熱膨張係数が約１１．０×１０−６℃−１）やコバール（熱膨張係数が約４．８×１０−６℃−１）などの材料を用いても良い。ここで、間接部材７、７’は、光通過用の開口部を設けているため、あえて、使用する光の波長に対して透光性が低い材料を選択して使用する場合には、光アイソレータとして機能している場合の不必要な散乱光を、間接部材７、７’によって低減することもできる。
【００３９】
また、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中において、低融点ガラスは表面張力により間接部材７、７’の周囲および内周部にのみ達して、各光学素子の開口領域には入り込むことが無いため、光アイソレータの光学特性を維持しながら、容易に開口領域の気密を確保することができる。そのため、ダイシングソーなどを用いた切断加工の際に、水や不純物が各光学素子間の光学面上に入り込むことが無く、光アイソレータの光学特性を維持することができる。
【００４０】
このように、空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層６、６’および前記空孔部の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材７、７’により、光アイソレータ素子１の各構成部品（４５度ファラデー回転子２と偏光子３、３’）を固着して一体化させたので、先に述べたような効果に加えて、以下に示す各利点が得られる。
【００４１】
（１）間接部材はスペーサとしての機能も有するため、その間接部材の厚さを基準として接着層の厚さを容易に制御することができ、
（２）また、間接部材は、光アイソレータとして不必要な散乱光を除去させることも可能であり、
（３）また、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中において、低融点ガラスは表面張力により間接部材の周囲に及ぶことになるため、容易に開口領域を確保することができ、光アイソレータの光学特性を維持することができ、
（４）そのため、ダイシングソーなどを用いた切断加工の際に、水や不純物が各光学素子間の光学面上に入り込むことが無く、光アイソレータの光学特性を維持することができる、
という効果を有する光アイソレータ素子１となり、しかも光学調整が容易に可能であり、組立工数が少ない光アイソレータ素子１となる。
【００４２】
図３は、本発明にかかる光アイソレータ素子１の製造手順を示す概略図である。
【００４３】
まず始めに、図３に示すように、略同一サイズである大判サイズの２枚の偏光子基板１４、１４’および同サイズの１枚の４５度ファラデー回転子基板１３、ならびに複数個の光通過用の開口部が整列して設けられている２枚の低融点ガラスプレート１５、１５’を用意する。ここで、低融点ガラスプレート１５、１５’の厚さは、低融点ガラスの熱伝導率や作業性の観点から、略２００μｍ以下とすることが望ましい。
【００４４】
また、図３には、低融点ガラスプレート１５、１５’の光通過用の開口部は、空孔部（貫通孔）としているが、開口領域が確保されていれば形状としての限定はない。なお、図３には、４５度ファラデー回転子基板１３および偏光子基板１４、１４’ならびに低融点ガラスプレート１５、１５’は、いずれも正方形を示しているが、正方形以外でもよく、例えば長方形や円形であってもかまわない。ここで、製造する光アイソレータ素子は、１段型（偏光子２枚および４５度ファラデー回転子１枚）の光アイソレータ素子を例としているため、２枚の偏光子基板１４、１４’の偏光透過方向は、光入射方向にそれぞれ相対的に図３に示す４５度の角度を有するように構成するように配置する。
【００４５】
次に、偏光子基板１４、１４’の間に４５度ファラデー回転子基板１３を配置して、さらに両偏光子基板１４、１４’と４５度ファラデー回転子基板１３の間に複数個の光通過用の開口部が整列して設けられている２枚の低融点ガラスプレート１５、１５’を配置する。なお、図３において、図中の偏光子基板１４、１４’上の両端に矢印をもつ線は、偏光透過方向を示している。このとき、それぞれの低融点ガラスプレート１５、１５’の空孔部の各中心位置を設計上合致させる。なお、２枚の低融点ガラスプレート１５、１５’の光通過用の開口部は、それぞれまったく同じ大きさを有していてもよいが、光通過用の開口領域を最低限確保することができさえすれば、両方の光通過用の開口部の大きさは共に異なっていても良い。またここで、低融点ガラスプレート１５、１５’の一方の面を予め４５度ファラデー回転子１３あるいは偏光子１４、１４’の光学面に溶融固化しておいてもよい。
【００４６】
次に、光入射方向に使用する波長のレーザ光を照射して、偏光子基板１４、１４’の偏光透過方向が光入射方向を中心に４５度相互に回転した位置となるように調整した後に、高温炉内で低融点ガラスプレート１５、１５’を溶融させ、図４（ａ）に示すように、４５度ファラデー回転子基板１３と偏光子基板１４、１４’とを一体化する。なお、高温炉の内部の雰囲気は、空気に限らずに窒素などでもよい。
【００４７】
なお、本例においては、２枚の低融点ガラスプレート１５、１５’を同時に溶融させ固化させて４５度ファラデー回転子基板１３と偏光子基板１４、１４’とを一体化させている例を示しているが、当然低融点ガラスプレート１５、１５’をそれぞれ個別に溶融させて固化し、４５度ファラデー回転子基板１３と偏光子基板１４、１４’とを一体化する方法によってもよい。ただしこのとき、始めに溶融固化させる低融点ガラスプレートの融点は、次に溶融固化させる低融点ガラスプレートの融点より高い必要がある。
【００４８】
なお、偏光子基板１４、１４’と４５度ファラデー回転子基板１３の両面には、各基板と空気層の屈折率の差により生じるフレネル反射を防止し、光アイソレータの挿入損失を低減させるために、対空気層用の無反射コートを施しておくことが望ましい。
【００４９】
次に、この一体化された大判サイズの基板を、図４（ｂ）に示すように、ダイシングソーなどを用いて図１に示す光アイソレータ素子１の寸法サイズに細分化して切断加工し、図１に示すような形状の小型の光アイソレータ素子を多数個取りする。
【００５０】
このような製造方法により、特性が均一な光アイソレータ素子１を短時間の作業工程で同時に、多数個製造することが可能となる。
【００５１】
また図４には図示しなかったが、前記低融点ガラスプレートに設けられた空孔部の内径とほぼ同一かあるいはわずかに小さい外径を有し、かつ、光通過用の開口部を中心に設けた間接部材７、７’を、少なくとも前記空孔部の数に対して同数個だけ用意し、各空孔部に配置することも可能である。ただし、間接部材７、７’の厚さは、前記低融点ガラスプレート１５、１５’の厚さより薄いことが必要である。
【００５２】
なお、上記発明の実施の形態として、１段型（偏光子２枚および４５度ファラデー回転子１枚）の光アイソレータ素子１の構成を用いて説明したが、本発明は必ずしも図示のものに限られず、１．５段型（偏光子３枚および４５度ファラデー回転子２枚）であっても、あるいは、２段型（偏光子４枚および４５度ファラデー回転子２枚）の光アイソレータ素子であっても、上記本発明の実施の形態の例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、レーザダイオード光源（図示せず）から発せられる光信号が直線偏光の光である場合には、光アイソレータ素子１のうち、入射側の偏光子は特に必要とされないことから、上記入射側の偏光子は省略される場合もある。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば先に説明したように、少なくとも２枚以上の単板状の偏光子と、少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子において、光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラス層を介して積層させて、前記低融点ガラス層を溶融固化することにより一体化しているため、光アイソレータ素子は、（１）耐湿性及び耐候性に優れ、特に高温高湿などの厳しい環境下における使用にも耐えることができ、また、（２）長時間にわたって比較的高い出力を有するレーザ光が、各光学素子の光通過領域を透過する場合であっても、接着層を直接には通過しないことから、接着層中の炭素や不純物が光エネルギーを吸収して発熱することが無く、そのため接着層の劣化が進む恐れが無く、信頼性の点で優れ、さらに、（３）接着層から発生するガスが皆無であり、レーザ光源などの他の部品に悪影響を及ぼす可能性が無い。
【００５５】
さらに（４）透光性に一切関係ない低融点ガラスを使用できることから、低融点ガラスの選択の幅が拡がり、また、接着層を厚さを厚くしても、光アイソレータ素子の光学特性を維持することが可能であり、（５）低融点ガラスに空孔部が設けられているため、その表面張力の作用により、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中に、光通過用の開口部に達することがなく、光アイソレータの光学特性を維持することが容易であり、（６）各光学素子の開口領域に垂直な方向における接着層と光学素子の間は、空気層であることから、低融点ガラスの溶融中あるいは固化中に、接着層と光学素子間の内部に気泡が入り込み光アイソレータの光学特性を劣化させる問題が当然無い。
【００５６】
さらにまた、（７）光学素子の片面に対低融点ガラス層用に無反射コートを別途におこなう必要が無く、光学素子の両面に対空気層用に無反射コートを施すことで、光アイソレータ素子の順方向の挿入損失を低減させることができ、そのため、（８）各光学素子の片面同士を積層させる場合に、配置の間違いの作業ミスが生じることが無く、加えて（９）接着層の溶融終了後室温まで冷やされて固化する際に、各光学素子および接着層の熱膨張係数が多少異なっていたとしても、従来の光アイソレータ素子と比較して、接着層の面積が小さいことから、収縮の違いによって生じる歪みは小さく各光学素子にクラックが発生する可能性が少なく、不良が発生する可能性が少ない、という作用を奏する。
【００５７】
また、本発明によれば先に説明したように、少なくとも１枚以上の単板状の偏光子と少なくとも１枚以上の単板状の４５度ファラデー回転子とを積層してなる光アイソレータ素子において、空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層および前記空孔の内部に配設した光通過用の開口部を設けた間接部材とを介して積層させて、前記低融点ガラス層を溶融固化することにより一体化しているため、光アイソレータ素子は、上記の作用に加えて、（１）間接部材はスペーサとしての機能も有するため、その間接部材の厚さを基準として接着層の厚さを容易に制御することができ、また、（２）間接部材は、光アイソレータとして不必要な散乱光を除去させることも可能であり、また、（３）低融点ガラスの溶融中あるいは固化中において、低融点ガラスは表面張力により間接部材の周囲に及ぶことになるため、容易に開口領域を確保することができ、光アイソレータの光学特性を維持することができ、そのため、（４）ダイシングソーなどを用いた切断加工の際に、水や不純物が各光学素子間の光学面上に入り込むことが無く、光アイソレータの光学特性を維持することができる、という作用を奏する。
【００５８】
そして、このように光通過用の開口部を設けたプレート状の低融点ガラスあるいは空孔部が設けられたプレート状の低融点ガラス層により、光アイソレータ素子が一体化されていることから、組立工数を減じることができ、また、光学調整の作業を軽減できることから、低価格化・量産化に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータ素子の一例を示す斜視図（ａ）、および断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の光アイソレータ素子の別の一例を示す斜視図（ａ）、および断面図（ｂ）である。
【図３】本発明の光アイソレータ素子の製造方法の一例の作業工程を説明するための斜視分解図である。
【図４】本発明の光アイソレータ素子の組み込み、および切断製造方法を示す斜視図である。
【図５】従来の光アイソレータの一例を示す内部構成の断面図である。
【図６】従来の光アイソレータ素子の別の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 光アイソレータ素子
２ ４５度ファラデー回転子
３、３’偏光子
４、４’光通過用の開口部を設けた低融点ガラス層
５ 空気層
６、６’空孔が設けられたプレート状の低融点ガラス層
７、７’間接部材
８、８’光学接着剤
９ 固定部材
１０ 永久磁石
１１ ホルダ
１２、１２’透光性の低融点ガラス層
１３ 大判サイズの４５度ファラデー回転子基板
１４、１４’大判サイズの偏光子基板
１５、１５’光通過用の開口部を設けた低融点ガラスプレート
１６、１６’空孔部が設けられた低融点ガラスプレート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical isolator element suitable as a passive optical device such as an optical communication module, a semiconductor laser module, and an optical amplifier mainly used for an optical communication system or an optical measurement device, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Optical isolators are one of the key devices in optical fiber communication technology. In optical communication modules, semiconductor laser modules, optical amplifiers, etc., optical isolators prevent reflected light returning from the optical components of the optical path system to the laser diode light source side and prevent optical It is used to prevent the occurrence of light resonance in the fiber amplifier. The optical isolator combines a polarizer, a Faraday rotator, and one of the other polarizers between a laser diode light source and an optical fiber or between two optical fibers. A permanent magnet for saturating the Faraday rotator is provided.
[0003]
Specifically, for example, in the case of the “single-stage type”, the polarization-dependent optical isolators are arranged face-to-face so that the relative angle between the polarization transmission directions of the two polarizers is about 45 degrees, A single Faraday rotator having a predetermined thickness at which a Faraday rotation angle is approximately 45 degrees at a predetermined wavelength in a saturation magnetic field is arranged and fixed and fixed to each other between the rotors. It has the function of passing light while blocking light in the opposite direction.
[0004]
For the above-mentioned optical isolators, downsizing, cost reduction, and mass production are strongly desired, and one of the measures for reducing the number of assembling steps or reducing the work of optical adjustment between components is one. A single-plate-shaped polarizer and a single-plate-like 45-degree Faraday rotator are directly bonded with an optical adhesive to form an integrated optical isolator element inside a cylindrical permanent magnet. An optical isolator has also been proposed.
[0005]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional optical isolator. As shown in FIG. 5, the optical isolator controls the single-plate-shaped polarizers 3 and 3 'and the single-plate-shaped 45-degree Faraday rotator 2 to have a good light transmittance and a constant refractive index. The optical isolators 8 and 8 ′ are applied to the entire surface of each element including the light transmitting region of each optical element and bonded together, and the optical isolator is fixed integrally with the permanent magnet 10 by a fixing member 9 around the element. Are fixed to the metal holder 11.
[0006]
When manufacturing an optical isolator element integrated with such a translucent optical adhesive, a large-sized polarizer substrate and a Faraday rotator substrate are bonded and fixed to each other with an optical adhesive, and then fixed. By cutting this, a method of obtaining a large number of optical isolator elements at the same time is adopted. As a result, the number of assembly steps can be reduced, the work of optical adjustment can be reduced, and the production volume can be increased. It is possible to contribute to cost reduction and mass production.
[0007]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another example of a conventional optical isolator element. As shown in FIG. 6, the optical isolator element 1 includes a circular single-plate polarizer 3, 3 'and a circular single-plate 45-degree Faraday rotator 2 formed of a light-transmitting low-melting glass layer 12. , 12 ′, and are integrated by melting and solidifying the low-melting glass (for example, see Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-8-146351 (pages 2-4, FIG. 2)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, as an optical isolator element as shown in FIG. 5, a single-plate-like polarizer and a single-plate-like 45-degree Faraday rotator are adhered and fixed over the entire surface with an optical adhesive, and integrated as follows. There were some problems.
[0010]
First, (1) when the optical adhesive is cured, the adhesive layer of the optical adhesive shrinks, and such shrinkage has a great effect on the optical properties, and is problematic in terms of moisture resistance and weather resistance. , And there is a certain limit for use under severe environments such as high temperature and high humidity.
[0011]
Also, (2) when a laser beam having a relatively high output for a long time passes through the light-transmitting optical adhesive, carbon and impurities in the optical adhesive absorb light energy and generate heat, thereby causing optical bonding. There is a fear that the agent may deteriorate, and such a configuration is concerned from the viewpoint of reliability.
[0012]
Furthermore, (3) the gas generated from the optical adhesive may adversely affect other components such as a laser light source.
[0013]
In addition, (4) an optical adhesive having good translucency must be selected to reduce the forward insertion loss of the optical isolator, and (5) the thickness of the adhesive layer is controlled. (6) During the application or curing of the optical adhesive, air bubbles may enter inside the optical adhesive or between the adhesive layer and the optical element, thereby deteriorating the optical characteristics of the optical isolator. There is.
[0014]
In addition, (7) when the optical adhesive is a thermosetting type, after the curing of the adhesive layer is completed, the optical adhesive is cooled to room temperature so that the optical expansion coefficients of the optical elements and the adhesive layer are different. The degree of the maximum contraction differs depending on each other, the distortion caused by this difference in the contraction is concentrated on each optical element, the extinction characteristic of the optical isolator element may be reduced, or cracks may occur and it may be defective, especially However, in a configuration in which the adhesive layer is present on the entire optical surface of each optical element, since the total area of the adhesive layer is large, such a defect is always a concern. .
[0015]
On the other hand, the optical isolator element 1 as shown in FIG. 6 also has some problems.
[0016]
First, (1) Since the optical surface including the light transmission region is melted and solidified with a light-transmitting low-melting glass, in order to reduce the insertion loss of the optical isolator in the forward direction, a light-transmitting low-melting glass is required. It is necessary to select and use a melting point glass, and (2) it is necessary to separately coat an antireflection coat for a low melting point glass layer on one side of the polarizer and one side of the 45-degree Faraday rotator. .
[0017]
(3) It is necessary to dispose the surfaces of the antireflection coating for the low-melting glass layer applied to one surface of each optical element so as to face each other without fail. It is undeniable that there is a possibility that a work error occurs and a defect occurs.
[0018]
Further, (4) bubbles may enter into the space between the adhesive layer and the optical element during melting or solidification of the low-melting glass, which may deteriorate the optical characteristics of the optical isolator. After the layers have been melted, when cooled to room temperature and solidified, the optical elements and the adhesive layer have different coefficients of thermal expansion. Concentration on the optical element, the extinction characteristic of the optical isolator element may be reduced, or cracks may occur, which may result in a defect.Especially, an adhesive layer is present on the entire optical surface of each optical element. Thus, there is a problem that such a defect is always a concern because the total area of the adhesive layer is large.
[0019]
In view of the above problems, the present invention provides an optical isolator element having at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators stacked with high reliability. It is an object of the present invention to provide a novel optical isolator element which can provide a means for having the optical isolator, can reduce the size and cost of the optical isolator, and can improve mass productivity, and a method of manufacturing the same. .
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to claim 1, at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators are formed of low-melting glass. A fixing structure of an optical isolator element, wherein the low-melting glass layer is melt-fixed and integrated with each other through a layer, wherein the low-melting glass layer has a plate-like shape having an opening for light passage. The optical isolator element is a melting point glass layer.
[0021]
In the invention according to claim 2, at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators are laminated via a low-melting glass layer, It is a fixing structure of an optical isolator element that fuses and fixes the low melting point glass layer and integrates the low melting point glass layer, wherein the low melting point glass layer has a plate-like low melting point glass layer provided with a hole and the hole. The optical isolator element is laminated via an indirect member provided with an opening for light passage provided therein.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical isolator element comprising at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators stacked. A step of laminating a polarizer substrate and a Faraday rotator substrate via a plate-shaped low-melting glass layer provided with an opening for light transmission, or a plate-shaped low-temperature glass plate provided with an opening for light transmission in advance. (2) laminating the melting point glass layer and either the preliminarily solidified polarizer substrate or the Faraday rotator substrate and the other side via a plate-like low melting point glass layer provided with an opening for light passage; (3) adjusting the position of the polarizer so that the polarization transmission direction of each polarizer substrate has a predetermined angle relative to the optical axis; (3) melting and solidifying the low melting point glass layer; 4) Melting An integrated composite substrate was cut into a desired size by reduction, and the step number of optical isolator element pieces cut out, and a manufacturing method of the optical isolator element consisting of.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical isolator element comprising at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators stacked. The polarizer substrate and the Faraday rotator substrate are connected via a plate-like low melting point glass layer provided with an opening for light passage and an indirect member provided with an opening for light passage provided inside the hole. Or indirectly solidified with a plate-shaped low-melting glass layer provided with an opening for light passage and an indirect member provided with an opening for light passage provided inside the hole. Laminating either the polarizer substrate or the Faraday rotator substrate and the other side via a plate-like low-melting glass layer provided with an opening for light transmission; and (2) transmitting polarized light of each polarizer substrate Direction is optical axis Adjusting the position of the polarizer so as to have a predetermined angle relative to the center; and (3) an indirect member provided with an opening for light passage provided inside the low melting point glass layer and the hole. And a step (4) of cutting the composite substrate integrated by fusion and solidification into a desired size to cut out a plurality of optical isolator elements.
[0024]
[Action]
As described above, the present invention relates to the incorporation of at least two or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotator into an optical isolator element. It is laminated via a plate-shaped low-melting glass layer provided with an opening for light passage, or (2) disposed inside the plate-shaped low-melting glass layer provided with a hole and the hole. The low-melting glass layer is integrated by being melted and solidified by being laminated via an indirect member provided with a light-passing opening provided therein, so that it can have high reliability in fixing, and The size and cost of the optical isolator can be reduced, and mass productivity can be improved.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an optical isolator element according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of the optical isolator element of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing the optical isolator element taken along the line AA ′ in FIG. 1A. It is.
[0026]
As shown in FIG. 1A, an optical isolator element 1 is provided with single-plate-shaped polarizers 3 and 3 ′ on both surfaces of a single-plate-shaped 45-degree Faraday rotator 2, and provided with openings for light passage. The low-melting glass layers 4 and 4 ′ are stacked and integrated. In addition, as shown in FIG. 1B, in a direction perpendicular to the opening region in the light incident direction, between the single-plate-shaped 45-degree Faraday rotator 2 and the single-plate-shaped polarizers 3 and 3 ′. , An air layer 5 serving as a gap is provided.
[0027]
Here, as the 45-degree Faraday rotator 2, a single crystal plate such as bismuth-substituted rare earth iron garnet produced by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) is used, and a field not shown in the above-mentioned Faraday rotator is used. When a saturation magnetic field in the light incident direction is applied by the magnet, in order to accurately rotate the polarization plane of the incident light by 45 degrees around the optical axis, it is necessary to have a predetermined thickness in the light traveling direction. Is configured.
[0028]
Further, the polarizers 3 and 3 'are glass polarizers having a single-plate structure, and include a type in which dielectric particles are included in a glass substrate and a type in which a dielectric is laminated on a glass substrate. Each of them has an action of absorbing and blocking incident light in a polarization direction orthogonal to the polarization transmission direction, and for example, “Polar core” manufactured by Corning Incorporated can be used.
[0029]
The low-melting glass layers 4 and 4 ′ provided with the openings for light passage are made of a glass material having a melting point of about 400 ° C. or less so that the characteristics and functions of each optical element are maintained even after being melted and solidified. Desirably. Here, it is not absolutely necessary for the light transmittance to be good for the wavelength of the light to be used. If the low melting point glass layer has a low translucency, unnecessary scattered light when functioning as an optical isolator can be reduced by the low melting point glass layer.
[0030]
Here, it is preferable to select a material so that the thermal expansion coefficient of the low-melting glass layers 4 and 4 ′ is approximately the middle of the thermal expansion coefficients of the 45-degree Faraday rotator 2 and the polarizers 3 and 3 ′. . For example, the thermal expansion coefficient of the 45-degree Faraday rotator 2 is 10.6 × 10 -6 ° C -1 And the thermal expansion coefficients of the polarizers 3 and 3 ′ are 5.11 × 10 -6 ° C -1 , The coefficient of thermal expansion of the low-melting glass layers 4 and 4 ′ is 5.11 × 10 -6 ~ 10.6 × 10 -6 ° C -1 Within the range, the effect of the difference in the thermal expansion coefficient between the 45-degree Faraday rotator 2 and the polarizers 3 and 3 'can be reduced, and the distortion caused by heat and the cracks generated when cooling to room temperature can be reduced. Can be. The light-passing opening may be provided, for example, by making a hole in the plate-shaped low-melting glass, or press-forming so that the opening is provided in advance when forming the plate-shaped low-melting glass. May be.
[0031]
If this optical isolator element 1 is cut into a large number of optical isolator elements and inserted into a cylindrical permanent magnet, it functions as an optical isolator, but in the embodiment of the present invention, it is used as a field magnet. Components such as a holder for directly or indirectly holding and fixing the permanent magnet and the optical isolator element 1 are omitted. As the permanent magnet (not shown), for example, a samarium-cobalt (Sm-Co) -based magnet, a neodymium (Nd-Fe-B) -based magnet, a ferrite magnet, or the like can be used. It is used because it has good material properties, is suitable for miniaturization, and has excellent temperature stability and oxidation resistance. The permanent magnet is arranged and fixed around the 45-degree Faraday rotator 2 parallel to the optical axis, and is further magnetized parallel to the optical axis.
[0032]
As described above, the components (the 45-degree Faraday rotator 2 and the polarizers 3 and 3 ') of the optical isolator element 1 are fixed by the low-melting glass layers 4 and 4' provided with the openings for transmitting light. The following advantages were obtained because they were integrated.
[0033]
(1) It has excellent moisture resistance and weather resistance, and can withstand use under severe environments such as high temperature and high humidity.
(2) Further, even when a laser beam having a relatively high output for a long time passes through the light passage area of each optical element, it does not directly pass through the adhesive layer. And the impurities do not absorb light energy and generate heat, so there is no danger of the adhesive layer deteriorating, and it is excellent in reliability.
(3) Further, there is no gas generated from the adhesive layer, and there is no possibility of adversely affecting other components such as a laser light source.
(4) Since a low-melting-point glass having no relation to translucency can be used, the range of choice of the low-melting-point glass is expanded, and the optical characteristics of the optical isolator element are maintained even if the thickness of the adhesive layer is increased. Is possible,
(5) Since the low-melting glass is provided with holes, the low-melting glass does not reach the opening for light passage during melting or solidification due to the effect of surface tension. It is easy to maintain the characteristics,
(6) Since the air layer is between the adhesive layer and the optical element in the direction perpendicular to the opening region of each optical element, the low-melting-point glass is melted or solidified during the melting or solidification. Naturally, there is no problem that air bubbles enter and degrade the optical characteristics of the optical isolator.
(7) Further, it is not necessary to separately apply an anti-reflection coating for the low melting point glass layer on one side of the optical element, and by applying an anti-reflection coating for the air layer on both sides of the optical element, the optical isolator element The insertion loss in the forward direction can be reduced,
(8) Therefore, when laminating one side of each optical element, there is no possibility of an erroneous arrangement resulting in a work error,
(9) In addition, when the adhesive layer is cooled to room temperature and solidified after completion of melting, even if the thermal expansion coefficients of the respective optical elements and the adhesive layer are slightly different, compared with the conventional optical isolator element, Since the area of the adhesive layer is small, the distortion caused by the difference in shrinkage is small, and the possibility of cracks occurring in each optical element is small, and the possibility of occurrence of defects is small.
The optical isolator element 1 has such an effect that the optical adjustment can be easily performed and the number of assembling steps is small.
[0034]
Next, FIG. 2A is a schematic perspective view showing another example of the optical isolator element of the present invention, and FIG. 2B is a light beam cut from the AA ′ direction in FIG. 2A. It is sectional drawing which shows an isolator element.
[0035]
As shown in FIG. 2A, in the optical isolator element 1, single-plate-shaped polarizers 3 and 3 'are respectively disposed on both surfaces of a single-plate-shaped 45-degree Faraday rotator 2, and a hole portion is provided at the center. Are laminated via plate-like low-melting glass layers 6 and 6 'provided with the indirect members 7 and 7' provided with openings for light passage provided inside the holes. It has a configuration that Further, as shown in FIG. 2B, in the direction perpendicular to the opening region in the light incident direction, the single-plate-shaped 45-degree Faraday rotator 2 and the single-plate-shaped polarizers 3 and 3 ′ are similar to the above. An air space 5 serving as a gap is provided between the air gaps.
[0036]
The polarizers 3 and 3 'and the 45-degree Faraday element 2 used at this time are made of the same material as described above, and the plate-like low-melting glass layers 6 and 6' provided with the holes are made of The inner diameter of the hole is substantially equal to or slightly larger than the outer diameter of the indirect members 7, 7 '. The holes provided in the low-melting glass layers 6 and 6 ′ may be provided by, for example, drilling a plate-like low-melting glass in the same manner as described above, or may be provided in a plate-like manner. When molding the low-melting glass, it may be press-molded so as to provide holes in advance.
[0037]
Here, since the indirect members 7, 7 'also have a function as spacers, the thickness of the adhesive layer can be easily controlled based on the thickness of the indirect members, and therefore, the total length of the optical isolator element and It is possible to easily manage the gap between the air layers 5 that is the gap. The thickness of the indirect members 7, 7 'is smaller than the thickness of the plate-like low-melting glass layers 6, 6' provided with holes. The indirect members 7, 7 'desirably have the same coefficient of thermal expansion as the low-melting glass layers 6, 6'. In this case, the low-melting glass layers 6, 6 'and the indirect member The influence of the difference between the coefficients of thermal expansion of 7, 7 'can be reduced, and the distortion caused by heat, cracks generated upon cooling to room temperature, and the like can be reduced.
[0038]
For example, the indirect members 7, 7 'are made of 426 alloy (having a coefficient of thermal expansion of about 7.0 × 10 -6 ° C -1 ) Or SF20T (coefficient of thermal expansion is about 11.0 × 10 -6 ° C -1 ) And Kovar (coefficient of thermal expansion is about 4.8 × 10 -6 ° C -1 ) May be used. Here, since the indirect members 7, 7 'are provided with openings for transmitting light, if a material having low translucency with respect to the wavelength of light to be used is selected and used, Unnecessary scattered light when functioning as an isolator can also be reduced by the indirect members 7, 7 '.
[0039]
Also, during the melting or solidification of the low-melting glass, the low-melting glass reaches only the periphery and the inner periphery of the indirect members 7, 7 'due to surface tension, and does not enter the opening region of each optical element. Further, it is possible to easily secure the airtightness of the opening region while maintaining the optical characteristics of the optical isolator. Therefore, at the time of cutting using a dicing saw or the like, water and impurities do not enter the optical surfaces between the optical elements, and the optical characteristics of the optical isolator can be maintained.
[0040]
As described above, the plate-shaped low-melting glass layers 6 and 6 ′ having the holes and the indirect members 7 and 7 ′ having the openings for light passage provided inside the holes are provided. Since the components (the 45-degree Faraday rotator 2 and the polarizers 3 and 3 ') of the optical isolator element 1 are fixed and integrated, the following advantages are obtained in addition to the effects described above. can get.
[0041]
(1) Since the indirect member also has a function as a spacer, the thickness of the adhesive layer can be easily controlled based on the thickness of the indirect member,
(2) Also, the indirect member can remove unnecessary scattered light as an optical isolator,
(3) Further, during melting or solidification of the low-melting glass, the low-melting glass reaches around the indirect member due to surface tension, so that an opening area can be easily secured, and the optical characteristics of the optical isolator can be secured. Can be maintained,
(4) Therefore, at the time of cutting using a dicing saw or the like, water and impurities do not enter the optical surface between the optical elements, and the optical characteristics of the optical isolator can be maintained.
The optical isolator element 1 has such an effect that the optical adjustment can be easily performed and the number of assembling steps is small.
[0042]
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing procedure of the optical isolator element 1 according to the present invention.
[0043]
First, as shown in FIG. 3, two large-format polarizer substrates 14 and 14 'of substantially the same size, one 45-degree Faraday rotator substrate 13 of the same size, and a plurality of light-passing plates. Are prepared, two low melting glass plates 15 and 15 'in which openings for use are aligned. Here, it is desirable that the thickness of the low-melting glass plates 15 and 15 ′ be approximately 200 μm or less from the viewpoint of the thermal conductivity and workability of the low-melting glass.
[0044]
Further, in FIG. 3, the light-passing openings of the low-melting glass plates 15 and 15 ′ are holes (through holes), but the shape is not limited as long as the opening area is secured. In FIG. 3, the 45-degree Faraday rotator substrate 13 and the polarizer substrates 14 and 14 ′ and the low-melting glass plates 15 and 15 ′ are all squares. It may be circular. Here, the optical isolator element to be manufactured is an example of a one-stage type optical isolator element (two polarizers and one 45-degree Faraday rotator), so that the polarization transmission of the two polarizer substrates 14 and 14 ′ is performed. The directions are arranged so as to have an angle of 45 degrees shown in FIG. 3 relative to the light incident direction.
[0045]
Next, a 45-degree Faraday rotator substrate 13 is disposed between the polarizer substrates 14 and 14 ′, and a plurality of light beams pass between the polarizer substrates 14 and 14 ′ and the 45-degree Faraday rotator substrate 13. Two low-melting glass plates 15 and 15 'in which openings for use are aligned. In FIG. 3, lines with arrows at both ends on the polarizer substrates 14 and 14 'in the figure indicate the polarization transmission direction. At this time, the respective center positions of the holes of the low melting point glass plates 15 and 15 'are matched with each other in design. The light-passing openings of the two low-melting glass plates 15 and 15 ′ may have exactly the same size, but the light-passing opening area can be kept to a minimum. As long as the size of both light-passing openings is different, both may be different. Here, one surface of the low melting point glass plates 15 and 15 'may be melted and solidified in advance on the optical surface of the 45-degree Faraday rotator 13 or the polarizers 14 and 14'.
[0046]
Next, after irradiating a laser beam having a wavelength to be used in the light incident direction and adjusting the polarization transmission directions of the polarizer substrates 14 and 14 ′ to be mutually rotated by 45 degrees around the light incident direction, Then, the low-melting glass plates 15 and 15 'are melted in a high-temperature furnace, and the 45-degree Faraday rotator substrate 13 and the polarizer substrates 14 and 14' are integrated as shown in FIG. The atmosphere inside the high-temperature furnace is not limited to air, but may be nitrogen or the like.
[0047]
In this example, an example is shown in which the two low-melting glass plates 15 and 15 ′ are simultaneously melted and solidified to integrate the 45 ° Faraday rotator substrate 13 and the polarizer substrates 14 and 14 ′. However, the low melting point glass plates 15 and 15 ′ may be individually melted and solidified, and the 45 ° Faraday rotator substrate 13 and the polarizer substrates 14 and 14 ′ may be integrated. However, at this time, the melting point of the low-melting glass plate to be melted and solidified first must be higher than the melting point of the low-melting glass plate to be melted and solidified next.
[0048]
In addition, on both surfaces of the polarizer substrates 14, 14 'and the 45-degree Faraday rotator substrate 13, in order to prevent Fresnel reflection caused by a difference in refractive index between each substrate and the air layer, and to reduce insertion loss of the optical isolator. It is desirable to provide an anti-reflection coat for an air layer.
[0049]
Next, as shown in FIG. 4 (b), the integrated large-sized substrate is subdivided into a size of the optical isolator element 1 shown in FIG. A large number of small optical isolator elements having the shape shown in FIG.
[0050]
According to such a manufacturing method, it becomes possible to simultaneously manufacture a large number of optical isolator elements 1 having uniform characteristics in a short working process.
[0051]
Although not shown in FIG. 4, it has an outer diameter that is almost the same as or slightly smaller than the inner diameter of the hole portion provided in the low melting point glass plate, and is centered on the opening for light passage. It is also possible to prepare at least the same number of provided indirect members 7, 7 'as the number of the holes, and to arrange them in each hole. However, it is necessary that the thickness of the indirect members 7, 7 'is smaller than the thickness of the low melting point glass plates 15, 15'.
[0052]
Although the embodiment of the present invention has been described using the configuration of the single-stage optical isolator element 1 (two polarizers and one 45-degree Faraday rotator), the present invention is not necessarily limited to the illustrated one. However, a 1.5-stage type (three polarizers and two 45-degree Faraday rotators) or a two-stage type (four polarizers and two 45-degree Faraday rotators) optical isolator element Even so, the same effects as those of the embodiment of the present invention can be obtained.
[0053]
When the optical signal emitted from the laser diode light source (not shown) is linearly polarized light, the incident side polarizer of the optical isolator element 1 is not particularly required. The polarizer may be omitted in some cases.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, in an optical isolator element formed by stacking at least two or more single-plate-shaped polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators, The optical isolator element is laminated by interposing a plate-like low-melting glass layer provided with an opening for light passage via a low-melting glass layer and melting and solidifying the low-melting glass layer. And (2) a laser beam having a relatively high output for a long time passes through the light passage area of each optical element. Even in the case of transmission, since it does not directly pass through the adhesive layer, carbon and impurities in the adhesive layer do not absorb light energy and generate heat, so that there is no risk of deterioration of the adhesive layer, Faith Excellent in gender, further (3) gas generated from the adhesive layer becomes nil, no adverse effect on other parts such as a laser light source.
[0055]
Further, (4) the use of a low-melting-point glass having no relation to the light-transmitting property allows the choice of the low-melting-point glass to be widened, and the optical characteristics of the optical isolator element are maintained even when the thickness of the adhesive layer is increased. (5) Since the low-melting glass is provided with holes, the surface tension of the low-melting glass reaches the opening for light passage during melting or solidification of the low-melting glass. (6) Since the air layer is between the adhesive layer and the optical element in the direction perpendicular to the opening area of each optical element, the melting point is low. Naturally, there is no problem that air bubbles enter into the space between the adhesive layer and the optical element during the melting or solidification of the glass and deteriorate the optical characteristics of the optical isolator.
[0056]
Furthermore, (7) it is not necessary to separately apply an anti-reflection coating for the low melting point glass layer on one side of the optical element, and by applying an anti-reflection coating for the air layer on both sides of the optical element, (8) When one side of each optical element is laminated, there is no erroneous operation due to misplacement, and (9) the adhesive layer When cooled to room temperature after solidification and solidified, even if the thermal expansion coefficients of each optical element and the adhesive layer are slightly different, since the area of the adhesive layer is smaller than that of the conventional optical isolator element, The distortion caused by the difference in shrinkage is small, and there is an effect that cracks are less likely to occur in each optical element, and the possibility that defects are less likely to occur.
[0057]
According to the present invention, as described above, in an optical isolator element formed by laminating at least one or more single-plate-like polarizers and at least one or more single-plate-like 45-degree Faraday rotators. By laminating via a plate-shaped low melting point glass layer provided with a hole and an indirect member provided with an opening for light passage provided inside the hole, the low melting point glass layer Since the optical isolator element is integrated by melting and solidifying, the optical isolator element has, in addition to the above operation, (1) the indirect member also has a function as a spacer, so that the thickness of the adhesive layer is determined based on the thickness of the indirect member. (2) The indirect member can also remove unnecessary scattered light as an optical isolator, and (3) melt or solidify the low-melting glass. At Since the melting point glass reaches around the indirect member due to surface tension, an opening area can be easily secured, and the optical characteristics of the optical isolator can be maintained. Therefore, (4) a dicing saw or the like is used. During the cutting process, water and impurities do not enter the optical surfaces between the optical elements, and the optical characteristics of the optical isolator can be maintained.
[0058]
Then, since the optical isolator element is integrated by the plate-like low-melting point glass provided with the opening for light passage or the plate-like low-melting point glass layer provided with the hole, the assembling is performed. Since man-hours can be reduced and the work of optical adjustment can be reduced, it is possible to contribute to cost reduction and mass production.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a sectional view, respectively, showing an example of an optical isolator element of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a perspective view and a sectional view, respectively, showing another example of the optical isolator element of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining the working steps of an example of the method for manufacturing an optical isolator element of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a method for assembling the optical isolator element of the present invention and manufacturing by cutting.
FIG. 5 is a sectional view of an internal configuration showing an example of a conventional optical isolator.
FIG. 6 is a perspective view showing another example of a conventional optical isolator element.
[Explanation of symbols]
1 Optical isolator element
245 degree Faraday rotator
3,3 'polarizer
Low melting point glass layer provided with openings for 4,4 'light passage
5 air layer
6, 6 'plate-shaped low melting point glass layer provided with holes
7, 7 'indirect member
8, 8 'optical adhesive
9 Fixing member
10 permanent magnet
11 Holder
12,12 'translucent low melting glass layer
13 Large format 45 degree Faraday rotator substrate
14, 14 'large format polarizer substrate
15, 15 'Low melting glass plate provided with openings for light passage
Low melting point glass plate provided with 16, 16 'holes
