【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およびその組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光アイソレータにおいては、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】
この種の光アイソレータは２枚の偏光子の間にファラデー回転子を設置し、これら３つの部品をリング状の磁石内に部品ホルダを介して配置することによって構成されていた。図８（ａ）および（ｂ）の構成概略図は、この種の従来の光アイソレータを示す図である。ファラデー回転子は飽和磁界強度において所定の波長をもつ光の偏光面を４５゜回転する厚みを持ち、２つの偏光子はそれぞれの透過方向が４５゜回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。このような構成の光アイソレータは、ファラデー回転子と２つの偏光子を部品別にホルダに固定する必要があり、このために部品点数が多い。また、製品ごと別個に回転調整作業が必要であり組立工数も多くかかる。部品点数削減として、円筒形状ではなく、光アイソレータ用素子や磁石を基板に設置した構造もある。図８（ｃ）の構成概略図は、この種の従来の光アイソレータを示す図である。ファラデー回転子と偏光子は偏波方向の調芯なしにそれぞれ単体で切断加工され、個々にメタライズ加工が施されている。その後、基板上に調芯なしで半田固定されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
また、ファラデー回転子の両面にそれぞれ偏光子を直接接着した光アイソレータ用素子を基板上に設置した構成の光アイソレータも提案されている。図８（ｄ）の構成概略図は、この種の従来の光アイソレータを示す図である。図８（ｄ）に示すように、光アイソレータ３１０はファラデー回転子３２、偏光子３３を光透過性が良く屈折率が制御されている光学接着剤４０で貼り合わせた光アイソレータ用素子３１を磁石３６の間に配置する構成となっている。この光アイソレータ用素子３１を作製する方法は、大判のファラデー回転子と大判の偏光子を光学接着剤４０を用いて交互に張り合わせ、光学接着剤４０を硬化させた後にこれをカットして多数個の光アイソレータ用素子３１を得るというものである。この方法により部品点数が削減され、また多数個の光アイソレータの回転調整を一括して行うことが可能となり、組立工数も削減される（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２７９９６号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００３−４３４１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１のように、ファラデー回転子と偏光子にそれぞれメタライズ加工を施さなければならず、コストアップの要因となる。また、光アイソレータの特徴である光学特性のアイソレーションが偏波調芯なしに行われているため、光学特性が悪くなるという課題があった。
【０００８】
また、上述の特許文献２のように、光アイソレータ用素子（ファラデー回転子および偏光子）を光学接着剤により接着して一体化した光アイソレータ用素子においては以下のような課題があった。
【０００９】
（１）ファラデー回転子および偏光子を光学接着剤を用いて固定しているため耐湿性が劣り、特に高温高湿条件下で光学特性劣化が起こる。
【００１０】
（２）光線透過面を光学接着剤で固定しているため、長時間あるいは高出力のレーザ光中の使用では光学接着剤層の変質の可能性があり、信頼性に問題がある。
【００１１】
（３）接着剤から発生するアウトガスにより他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。特に半導体レーザーパッケージ内への設置はアウトガスが半導体レーザーチップの発光特性に悪影響を及ぼすため、パッケージ内への設置が不可能で装置の大型化につながる。
【００１２】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、耐湿性、耐光性に優れ、さらにアウトガスの発生が無く半導体レーザーパッケージ内に設置可能な、信頼性の高い光アイソレータを提供することにある。更に、部品点数、組立工数が少なく、量産性の高い光アイソレータの組立方法を提供することにある。
【００１３】
【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、ファラデー回転子と偏光子を備えた光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子および前記偏光子との間にそれぞれ空隙部を設け、前記ファラデー回転子および前記偏光子の各側面部を対向する平面部をもつ保持用部品にて嵌合し並列に配設した構成を特徴とするものである。
【００１４】
又、上記保持用部品の断面を凹形状としたことを特徴とするものである。
【００１５】
又、上記ファラデー回転子および上記偏光子の各側面部と上記保持用部品の平面部との間に緩衝材を介することを特徴とするものである。
【００１６】
更に、上記ファラデー回転子の基板と上記偏光子の基板とを仮固定用接着剤を介して積層して、複数個切り出して得られた光アイソレータ用素子の切断面を保持用部品にて嵌合した後、上記仮固定用接着剤を洗浄により除去することを特徴とするものである。
【００１７】
このように本発明の光アイソレータにおいては、ファラデー回転子および偏光子が保持用部品により一体化されているため、光アイソレータを構成する部品点数を削減することができ、光アイソレータの小型化が実現する。また大判のファラデー回転子および大判の偏光子で光学調整を行い、その後多数個を切り出す工程のため、均一で、優れた特性の光アイソレータ用素子が、容易に多数個作製することができ、組立工数の削減が可能で、量産性に優れる。またファラデー回転子および偏光子は、保持用部品を用いて一体化されているため光学接着剤等が存在せず、高温高湿条件下での信頼性に優れる。さらに光線透過面に接着剤が存在しないために高出力、長時間のレーザー光中での使用においても特性の劣化がない。また光アイソレータを構成する全部材が無機材料から構成されており有機系のアウトガスが発生しない。そのため、半導体レーザーパッケージ内に光アイソレータを設置することができ、装置の小型化および、特性の安定化が実現する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の光アイソレータの一例を示す斜視図である。図１に示すように光アイソレータ１００は、ファラデー回転子２および偏光子３の光アイソレータ用素子１が保持用部品４上に互いに空隙部８をもって配置され、且つ光アイソレータ用素子１の側面部１ａが緩衝材９を介して保持用部品４の平面部４ａと嵌合され、その保持用部品４は基板７に接着固定されている。
【００１９】
このように光アイソレータ用素子１が保持用部品４により一体化されているため、従来使用されていた光アイソレータ１１０を構成するホルダ１９等の部品点数を削減することができ、光アイソレータの小型化が実現する。
【００２０】
保持用部品４は、弾性変形をし易く、且つ光アイソレータ用素子１を確実に嵌合する必要があるため、凹形状であることが好ましい。
【００２１】
本発明に示す光アイソレータにおいては、ファラデー回転子２および偏光子３間の空隙部８をなす間隔Ｗを任意に設定可能である。一般に光アイソレータ等の光部品の構成において素子同士の間隔Ｗは、光学特性に大きな影響を与える。例えば、間隔Ｗが極端に小さい場合、素子を通過する光線が素子端面間で多重反射を起こし、光線の透過率、反射率が変動する。特に、素子同士が接触した場合、素子表面に施された反射防止膜は、境界条件が変化するため、その機能を果たさなくなる。本発明における光アイソレータにおいては、これを構成するファラデー回転子２と偏光子３の間隔Ｗは任意に設定できるため、その光学特性は安定する。
【００２２】
ファラデー回転子２は例えばビスマス置換ガーネット結晶等で、その厚みｔは入射する光線５０の光軸Ｌ方向の飽和磁界を印可した場合に、光線５０の偏光面が４５゜回転する様に設定する。ファラデー回転子２にビスマス置換ガーネット結晶を用いる際には、ファラデー回転子２に磁界を印可させるため、光アイソレータ用素子１を磁石６内に配置する必要がある。また、ファラデー回転子２が自己バイアス型ならば磁石６なしでも光アイソレータとして動作するため、磁石６は不要となる。
【００２３】
２枚の偏光子３には吸収型、あるいは複屈折型があり、吸収型を用いた場合、２枚の偏光子３の透過偏光面を光軸Ｌまわりに４５゜だけずらした構成とすればよい。
【００２４】
保持用部品４の材質としては、ばね材料として用いられるような弾性が高いものが好ましい。具体的には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１等のステンレス、黄銅やリン青銅等の銅合金、ＳＦ２０Ｔ、ＡＳＴＭ−Ｆ１５およびアルミニウム等の金属が適している。
【００２５】
また、緩衝材９の材質としては、無機材料を限定し塑性変形を起こしやすい鉛や金、銅、Ｎｉ等が適しており、保持用部品４と別体でも保持用部品４にメッキ加工して設けても良い。あるいは、鉛錫半田、金錫半田、銀錫半田等の半田や低融点ガラス、アルミナ母材のセラミックス系無機接着剤等の無機材料を用いても良い。
【００２６】
また、緩衝材９の介在場所は、光アイソレータ用素子１と保持用部品４との嵌合部分であれば良く、光アイソレータ用素子１の底面部１ｂと保持用部品４の底面部４ｂとの間にあっても構わない。
【００２７】
さらに、緩衝材９は、光アイソレータ用素子１と保持用部品４が嵌合されれば、図１のように２箇所も要らず１箇所でも良い。
【００２８】
基板７に用いる材質としては、ホウケイ酸ガラスや石英ガラス等のガラス平板、５０Ｎｉ−Ｆｅ、４９Ｎｉ−Ｆｅの合金、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ４３０等のステンレス、ＳＦ２０Ｔ、ＡＳＴＭ−Ｆ１５およびアルミニウム等の金属平板、アルミナやジルコニア等のセラミックスの無機材料を選択する。
【００２９】
また、保持用部品４と基板７とを接着する材料としては、鉛錫半田、金錫半田、銀錫半田等の半田や低融点ガラス、アルミナ母材のセラミックス系無機接着剤等の無機固定材料５を選択する。この無機固定材料５を用い、ファラデー回転子２および偏光子３を保持した保持用部品４と基板７とを接着する。
【００３０】
図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施形態である。図１に対して、基板７を使用しないため、さらに部品点数を削減できる。図２（ａ）は、保持用部品４をパッケージ接地面（不図示）に対して浮かした状態であり、パッケージ接地面に対しては磁石６が基板７の役割を果たす。図２（ｂ）は、保持部品４がパッケージ接地面に接地し、磁石６を浮かした状態である。パッケージ接地面に対しては保持用部品４が基板７の役割を果たす。図２（ｃ）は、本発明の他の実施例で、光アイソレータ用素子１は円筒形となっている。このように、光アイソレータ用素子１は、勘合される部分があれば良く、角板形状や円筒形状だけでなく、五角形や六角形といった多角形でも良い。
【００３１】
図３は保持用部品４の他の実施形態を示す。
【００３２】
図３（ａ）は、光アイソレータ用素子１の接地面である底面部４１ｂの一部にザグリ４１ｃが設けられている保持用部品４１である。仮固定接着剤１０を除去するには、ファラデー回転子２と偏光子３との間の仮固定接着剤１０が露出している箇所に洗浄液を塗布することが望ましく、保持用部品４１のこのザグリ４１ｃは、仮固定用接着剤１０の露出面積を増やすことになり仮固定接着剤１０の除去を早める効果がある。
【００３３】
図３（ｂ）は、光アイソレータ用素子１のファラデー回転子２および偏光子３を独立に保持する機構を具備した保持用部品４２である。保持機構が独立しているため、ファラデー回転子２および偏光子３を個別に嵌合させることができる。
【００３４】
図３（ｃ）は、光アイソレータ用素子１を平面部４３ａでの嵌合だけでなく、上面部４３ｄを備えた保持用部品フタ部４３ｅで囲み、四方から嵌合させる機能を具備した保持用部品４３である。嵌合部分を増やすことにより嵌合力が増し、衝撃や振動などの耐機械環境の信頼性が上がる。また、２つの保持用部品フタ部４３ｅと保持用部品受け部４３ｆは、溶接４５等で固定される。
【００３５】
図３（ｄ）は、保持用部品の一部に位置決め機構４４ｇを備え、保持用部品フタ部４４ｅと保持用部品受け部４４ｆとの連結を容易にした保持用部品４４である。
【００３６】
図４は、本発明にかかる光アイソレータ用素子１の組立手順の一例を示す図である。
【００３７】
先ず図４（ａ）で示すように、１枚のファラデー回転子２と２枚の偏光子３の大判を用意し、矢印のように各ファラデー回転子２および偏光子３を仮固定用接着剤１０を介してファラデー回転子２および偏光子３を重ねて積層する。仮固定用接着剤１０には、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等がある。
【００３８】
２枚の偏光子３に関しては、重ね合わせた状態でそれぞれの透過偏光方向が４５゜ずれた状態になることが望ましい。
【００３９】
次に図４（ｂ）で示す様に、使用する波長の光線５０を光軸Ｌ方向に通過させ、透過する光線５０の強度、偏光面等確認しながら偏光子３の透過偏光方向が光軸Ｌを軸として４５゜相互に回転した位置となるよう調整する。
【００４０】
その後、ファラデー回転子２と偏光子３との間に一定間隔Ｗの空隙部８を設けるため、仮固定用接着剤１０の粘性を調整し硬化させ、積層された大判の光アイソレータ用素子１を得る。但し、光アイソレータ１００に要求される光学特性が低い場合には光線５０を用いた光学調整を行わず、外観上からファラデー回転子２および偏光子３の配置を合わせ、仮固定用接着剤１０を硬化させても良い。続いて図４（ｃ）で示すように仮固定用接着剤１０によって積層された大判の光アイソレータ用素子１をダイシング加工やワイヤーカット加工を用いて切断し、チップ状の光アイソレータ用素子１を得る。図中点線は切断部を示す。
【００４１】
図４（ｄ）で示すとおり、矢印のようにチップ状の光アイソレータ用素子１を保持用部品４に落とし込むようにし、アイソレータ用素子１の側面部１ａ（切断面と同義）を保持用部品４の平面部４ａで嵌合させる。嵌合方法は、保持用部品４の対向する平面部４ａの間の幅ｔより大きい幅Ｔの治具４６を挿入することによって、平面部４ａの外側に応力を与え、保持用部品４の形状を弾性変形させる。
【００４２】
但し、左右の張力は保持用部品４の弾性変形の範囲以内とする。
【００４３】
その後、ファラデー回転子２と偏光子３の間の仮固定用接着剤１０を洗浄し除去する。洗浄液としては、仮固定用接着剤１０の成分により、水、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトンや酢酸ブチル等を使い分ける。
【００４４】
ファラデー回転子２および偏光子３の配置は前工程における配置に等しい。偏光子３の配置、特に光軸を中心とした回転方向の配置に変動が生じると前述の光学調整時で得られた光学特性と比較して劣化が生じるが、当工程により偏光子３の回転方向の配置は不変のため、光学特性の劣化は生じない。
【００４５】
この後、図４（ｅ）で示すように保持用部品４の一端を無機固定材料５を用いて基板７に接着固定する。
【００４６】
本発明の光アイソレータ用素子１においては、前述のように大判で光学調整を行い、その後多数個を切り出す工程のため、均一で、優れた特性の光アイソレータ用素子１が、容易に多数個作製することができ、組立工数の削減が可能で、量産性に優れる。
【００４７】
本実施の形態ではファラデー回転子２が１枚、偏光子３が２枚である光アイソレータ用素子１の構成としたが、本発明はこれに限ることなく、さらに多数のファラデー回転子２、偏光子３を用いた光アイソレータ用素子１であっても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
このようにファラデー回転子２および偏光子３は、保持用部品４を用いて一体化されているため光学接着剤等が存在せず、高温高湿条件下での信頼性に優れる。さらに光線透過面に接着剤が存在しないために高出力、長時間のレーザー光中での使用においても特性の劣化がない。
【００４９】
また、光アイソレータ１００は全て無機材料の仮固定用接着剤１０により構成されることとなり、アウトガスは発生しない。一般にＧａＡｓ等からなる半導体レーザーチップはわずかな残留酸素によってその表面に酸化膜が形成され、発振効率の低下が見られる。そこで、半導体レーザーチップを設置するパッケージは、窒素ガス等の不活性ガスで気密封止され、当然、封止パッケージ内にはアウトガスの発生する部品の設置は不可である。ここで、アウトガスは主に有機系の部材より発生するが、本発明の光アイソレータ１００は、前述したようにアウトガスの発生がほとんど無く、また小型であるため、半導体レーザーチップやレンズと同様に、パッケージ内に設置が可能となる。従って、高性能で非常に小型の半導体レーザーモジュールが提供できる。
【００５０】
【実施例】
図１に示すように、本発明である光アイソレータ用素子１を緩衝材９を介して保持用部品４で嵌合させた光アイソレータ１００を作製した。保持用部品４の材質はＳＵＳ３０４とし、緩衝材９の材質は鉛とした。また、光アイソレータ用素子１のファラデー回転子２と偏光子３との間の仮固定用接着剤１０の材質はアクリル系接着剤とし、その接着剤を除去する洗浄剤は水とした。また、基板７と保持用部品４を接着する無機固定材料５は鉛錫半田とした。
【００５１】
また、図８（ｄ）に示すように、ファラデー回転子３２および偏光子３３が光学接着剤４０で接着された光アイソレータ用素子３１を更に接着剤３５で基板３７に接着した従来の光アイソレータ３１０を作製した。光学接着剤４０の材質は、エポキシ系接着剤とし、接着剤３５は本発明光アイソレータ１００の無機固定材料５と同じ鉛錫半田とした。
【００５２】
そして、それぞれに対してアウトガスの分析を行った。アウトガスの分析には、昇温脱離ガス分析（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いた。この分析により、製品を加熱することによって放出される気体成分を知ることができ、アウトガスの発生確認をした。結果を図５に示す。
【００５３】
分析評価温度は、本製品の半導体レーザーパッケージ内への固定方法を半田固定を想定し、室温から３００℃とした。図５（ｂ）は、従来例の光アイソレータ３１０のアウトガス分析結果である。２５０℃付近からアウトガスが発生していることがわかる。これは、光アイソレータ用素子３１を構成するファラデー回転子３２および偏光子３３を接着している光学接着剤４０の成分が検出されたことになる。これに対して、図５（ａ）は、実施例である光アイソレータ１００のアウトガス分析結果である。アウトガスが全く発生していないことがわかる。これは、上述の通り、実施例である光アイソレータ１００には有機材料を一切使用していないためである。
【００５４】
さらに、耐湿性の効果を確認するため、上記サンプルをそれぞれ複数個作製し、高温高湿試験（条件；８５℃、８５％ＲＨ、２０００時間）に投入し、光アイソレータの特徴でもあるアイソレーションの光学特性を評価した。アイソレーションの評価方法は、ＪＩＳ規格の光伝送用光アイソレータ試験方法（Ｃ５９３３）を参考にした。図６は、アイソレーション特性の評価系を示す。光源５１から出射された光線５０は、光ファイバ５２を通り、偏光板５３を経て、評価する光アイソレータ５４に入射される。その後、光アイソレータ５４から出射された光線５０を光パワーメータ５５で受光し測定する。初めに、光アイソレータ５４を配置せずに光源５１の光出力Ｐｉ（Ｗ）を光パワーメータ５５で測定する。その後、光アイソレータ５４を逆方向に配置し、光軸上で少なくとも１８０度以上回転させ、光パワーメータ５５で最大パワー値を測定する。その値をＰｏ（Ｗ）とする。計算式は、下記の通りとなる。アイソレーションをＬ（ｄＢ）とすると、Ｌ＝−１０ｌｏｇ１０（Ｐｏ／Ｐｉ）
となり、測定波長は、１３１０ｎｍとし、光源５１の出力は１ｍＷとした。
【００５５】
評価結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
また、図７（ａ）および（ｂ）は、表１をグラフにしたものであり、図７（ａ）は、本発明による光アイソレータ１００の高温高湿試験におけるアイソレーション特性を示したものである。図７（ｂ）は、従来例による光アイソレータ３１０の高温高湿試験におけるアイソレーション特性を示したものである。
【００５８】
本発明および従来例とも初期値０時間のアイソレーション特性は、ほぼ同じである。これは、光アイソレータの特徴であるアイソレーション特性は、ファラデー回転子および偏光子の光軸回転方向の調芯によって決まるものであり、本発明および従来例とも同じ調芯工程を実施したからである。
【００５９】
しかし、高温高湿試験の経過時間とともに従来例のアイソレーション特性は経時劣化していることがわかる。これは、高温高湿条件下において、光アイソレータ用素子３１を構成するファラデー回転子３２および偏光子３３を接着している光学接着剤４０や光アイソレータ用素子３１と基板３７を接着している接着剤３５が高温によって軟化したり、水分を吸収し膨潤し、光アイソレータ用素子３１を構成するファラデー回転子３２および偏光子３３の位置関係がずれたことによる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光アイソレータおよびその組立方法によれば、以下のような効果を有する。
【００６１】
（１）各構成部品が一体化しているため部品点数が少なく、また光アイソレータの小型化が実現する。
【００６２】
（２）光アイソレータ用素子の組立方法においては、多数個の光アイソレータ用素子の光学調整を一度に行うことができ、組立工数の削減が可能となる。
【００６３】
（３）ファラデー回転子および偏光子は光線透過面外で、無機材料を用いて一体化されているため、高温高湿条件下での信頼性に優れる。
【００６４】
（４）光アイソレータ用素子を構成する全部材が無機材料から構成されており有機系のアウトガスが発生しない。そのため、半導体レーザーパッケージ内に光アイソレータ用素子を設置することができ、装置の小型化および、特性の安定化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の光アイソレータの実施形態を示す斜視概略図である。（ｂ）は、（ａ）を説明する図であって、光アイソレータ用素子の一部分である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の光アイソレータの他の実施形態を示す斜視概略図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の光アイソレータ用素子保持部材の他の実施形態を示す斜視概略図である。
【図４】（ａ）乃至（ｅ）は、本発明にかかる光アイソレータ用素子の組立手順を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、実施例と従来例を比較したグラフである。
【図６】アイソレーション特性の評価系を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、実施例と従来例を比較したグラフである。
【図８】（ａ）は、従来の光アイソレータを示す正面および側面の概略図であり、（ｃ）、（ｄ）は、従来の光アイソレータを示す構成斜視概略図であり、（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。
【符号の説明】
１：光アイソレータ用素子
１ａ：側面部
１ｂ：底面部
２：ファラデー回転子
３：偏光子
４：保持用部品
４ａ：平面部
４ｂ：底面部
５：無機固定材料
６：磁石
７：基板
８：空隙部
９：緩衝材
１０：仮固定用接着剤
１１：光アイソレータ用素子
１２：ファラデー回転子
１３：偏光子
１６：磁石
１７：ケース
１９：ホルダ
２１：光アイソレータ用素子
２２：ファラデー回転子
２３：偏光子
２５：接着剤
２６：磁石
２７：基板
３１：光アイソレータ用素子
３２：ファラデー回転子
３３：偏光子
３５：接着剤
３６：磁石
３７：基板
４０：光学接着剤
４１：保持用部品
４１ａ：平面部
４１ｂ：底面部
４１ｃ：ザクリ
４２：保持用部品
４２ａ：平面部
４２ｂ：底面部
４３：保持用部品
４３ａ：平面部
４３ｂ：底面部
４３ｄ：上面部
４３ｅ：保持用部品フタ部
４３ｆ：保持用部品受け部
４４：保持用部品
４４ａ：平面部
４４ｂ：底面部
４４ｄ：上面部
４４ｅ：保持用部品フタ部
４４ｆ：保持用部品受け部
４４ｇ：位置決め機構
４５：溶接
４６：治具
５０：光線
５１：光源
５２：光ファイバ
５３：偏光板
５４：光アイソレータ
５５：光パワーメータ
１００：光アイソレータ
１１０：光アイソレータ
２１０：光アイソレータ
３１０：光アイソレータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical isolator used for removing return light generated when light emitted from a light source is introduced into various optical elements and optical fibers, and an assembling method thereof.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical isolator, light emitted from a light source such as a laser light source enters various optical elements and optical fibers, but a part of the incident light is reflected or scattered when transmitted through various optical elements and optical fibers. Cause A part of the reflected or scattered light returns to the light source side, and an optical isolator is used to block the returned light.
[0003]
This type of optical isolator is configured by disposing a Faraday rotator between two polarizers and arranging these three components in a ring-shaped magnet via a component holder. FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams showing a conventional optical isolator of this type. The Faraday rotator has a thickness that rotates the polarization plane of light having a predetermined wavelength by 45 ° at the saturation magnetic field intensity, and the two polarizers are rotated and adjusted so that their transmission directions are shifted by 45 °. ing. In the optical isolator having such a configuration, it is necessary to fix the Faraday rotator and the two polarizers to the holder for each component, and therefore, the number of components is large. In addition, the rotation adjustment work is required separately for each product, and the number of assembly steps is increased. In order to reduce the number of components, there is also a structure in which an optical isolator element or a magnet is provided on a substrate instead of a cylindrical shape. FIG. 8 (c) is a schematic diagram showing a conventional optical isolator of this type. The Faraday rotator and the polarizer are individually cut and processed without metal alignment in the polarization direction, and individually metallized. After that, it is fixed on the substrate by soldering without alignment. (See Patent Document 1).
[0004]
There has also been proposed an optical isolator having a configuration in which an optical isolator element in which polarizers are directly adhered to both surfaces of a Faraday rotator is provided on a substrate. FIG. 8D is a schematic view showing the configuration of a conventional optical isolator of this type. As shown in FIG. 8D, the optical isolator 310 is a device in which the Faraday rotator 32 and the polarizer 33 are bonded with an optical adhesive 40 having good light transmittance and a controlled refractive index by a magnet. 36. A method of manufacturing the optical isolator element 31 is as follows. A large-format Faraday rotator and a large-format polarizer are alternately bonded to each other using an optical adhesive 40, and after curing the optical adhesive 40, the optical adhesive 40 is cut and cut into a large number. Is obtained. According to this method, the number of components is reduced, the rotation of a large number of optical isolators can be adjusted at a time, and the number of assembling steps is also reduced (see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1] JP-A-10-227996
[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-43416
[Problems to be solved by the invention]
As in Patent Document 1 described above, the Faraday rotator and the polarizer must be subjected to metallization, respectively, which causes an increase in cost. In addition, since the isolation of the optical characteristics, which is a feature of the optical isolator, is performed without polarization alignment, there is a problem that the optical characteristics are deteriorated.
[0008]
Further, as described in Patent Document 2, the optical isolator element (Faraday rotator and polarizer) bonded and integrated with an optical adhesive has the following problems.
[0009]
(1) Since the Faraday rotator and the polarizer are fixed using an optical adhesive, the moisture resistance is poor, and the optical characteristics are deteriorated particularly under high temperature and high humidity conditions.
[0010]
(2) Since the light transmitting surface is fixed with an optical adhesive, there is a possibility that the optical adhesive layer may be deteriorated when used for a long time or in a high-output laser beam, and there is a problem in reliability.
[0011]
(3) The outgas generated from the adhesive may adversely affect other parts. In particular, when installed in a semiconductor laser package, the outgas adversely affects the emission characteristics of the semiconductor laser chip, so that installation in the package is not possible, leading to an increase in the size of the device.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a highly reliable optical isolator that is excellent in moisture resistance and light resistance and can be installed in a semiconductor laser package without generating outgas. It is in. It is still another object of the present invention to provide an optical isolator assembling method with a small number of parts and a small number of assembling steps, and with high productivity.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve these problems, and in an optical isolator including a Faraday rotator and a polarizer, a gap is provided between the Faraday rotator and the polarizer, and the Faraday rotator is provided. And a configuration in which each side surface of the polarizer is fitted in a holding component having a flat surface facing each other and arranged in parallel.
[0014]
Further, the cross section of the holding component is concave.
[0015]
Further, a cushioning material is interposed between each side surface of the Faraday rotator and the polarizer and the plane portion of the holding component.
[0016]
Further, the substrate of the Faraday rotator and the substrate of the polarizer are laminated via a temporary fixing adhesive, and the cut surfaces of the optical isolator elements obtained by cutting out a plurality of pieces are fitted with holding parts. Then, the temporary fixing adhesive is removed by washing.
[0017]
As described above, in the optical isolator of the present invention, since the Faraday rotator and the polarizer are integrated by the holding component, the number of components constituting the optical isolator can be reduced, and the optical isolator can be downsized. I do. In addition, since optical adjustment is performed with a large-format Faraday rotator and large-format polarizer, and then a large number of pieces are cut out, a large number of uniform and excellent optical isolator elements can be easily manufactured and assembled. Man-hours can be reduced and mass productivity is excellent. Further, since the Faraday rotator and the polarizer are integrated using the holding component, there is no optical adhesive or the like, and the Faraday rotator and the polarizer have excellent reliability under high temperature and high humidity conditions. Further, since no adhesive is present on the light transmitting surface, there is no deterioration in characteristics even when used in a high output, long time laser beam. In addition, all members constituting the optical isolator are made of an inorganic material, so that no organic outgas is generated. Therefore, the optical isolator can be installed in the semiconductor laser package, and downsizing of the device and stabilization of characteristics are realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the optical isolator of the present invention. As shown in FIG. 1, an optical isolator 100 includes an optical isolator element 1 of a Faraday rotator 2 and a polarizer 3 arranged on a holding component 4 with a gap 8 therebetween, and a side surface 1 a of the optical isolator element 1. Are fitted to the flat part 4a of the holding component 4 via the cushioning material 9, and the holding component 4 is bonded and fixed to the substrate 7.
[0019]
As described above, since the optical isolator element 1 is integrated by the holding component 4, the number of components such as the holder 19 constituting the optical isolator 110 which has been conventionally used can be reduced, and the optical isolator can be downsized. Is realized.
[0020]
It is preferable that the holding component 4 has a concave shape because it is easy to elastically deform and it is necessary to securely fit the optical isolator element 1.
[0021]
In the optical isolator shown in the present invention, the interval W forming the gap 8 between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 can be set arbitrarily. Generally, in the configuration of an optical component such as an optical isolator, the distance W between elements has a great effect on optical characteristics. For example, when the interval W is extremely small, a light beam passing through the element causes multiple reflection between the element end faces, and the transmittance and the reflectance of the light ray fluctuate. In particular, when the elements come into contact with each other, the antireflection film applied to the element surface loses its function because the boundary condition changes. In the optical isolator according to the present invention, the distance W between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 constituting the optical isolator can be set arbitrarily, so that its optical characteristics are stable.
[0022]
The Faraday rotator 2 is, for example, a bismuth-substituted garnet crystal or the like, and its thickness t is set so that the polarization plane of the light beam 50 rotates 45 ° when a saturation magnetic field in the direction of the optical axis L of the incident light beam 50 is applied. When a bismuth-substituted garnet crystal is used for the Faraday rotator 2, the optical isolator element 1 needs to be disposed in the magnet 6 in order to apply a magnetic field to the Faraday rotator 2. Further, if the Faraday rotator 2 is of a self-bias type, it operates as an optical isolator without the magnet 6, so that the magnet 6 becomes unnecessary.
[0023]
The two polarizers 3 are of an absorption type or a birefringence type. When the absorption type is used, the transmission polarization planes of the two polarizers 3 are shifted by 45 ° around the optical axis L. Good.
[0024]
As a material of the holding component 4, a material having high elasticity such as used as a spring material is preferable. Specifically, stainless steel such as SUS304, SUS316 and SUS631, copper alloys such as brass and phosphor bronze, and metals such as SF20T, ASTM-F15 and aluminum are suitable.
[0025]
Further, as the material of the cushioning material 9, an inorganic material is limited, and lead, gold, copper, Ni, or the like, which easily causes plastic deformation, is suitable. The holding component 4 is plated separately from the holding component 4. It may be provided. Alternatively, an inorganic material such as solder such as lead-tin solder, gold-tin solder, or silver-tin solder, low-melting glass, or a ceramic-based inorganic adhesive of an alumina base material may be used.
[0026]
The buffering material 9 may be interposed at any position where the optical isolator element 1 and the holding part 4 are fitted together. It can be in between.
[0027]
Further, as long as the optical isolator element 1 and the holding component 4 are fitted together, the buffer member 9 does not need two places as shown in FIG.
[0028]
Examples of the material used for the substrate 7 include glass flat plates such as borosilicate glass and quartz glass, alloys of 50Ni-Fe and 49Ni-Fe, stainless steels such as SUS304, SUS303 and SUS430, and metal flat plates such as SF20T, ASTM-F15 and aluminum; Select a ceramic inorganic material such as alumina or zirconia.
[0029]
Examples of a material for bonding the holding component 4 and the substrate 7 include solders such as lead-tin solder, gold-tin solder, and silver-tin solder; low-melting glass; and inorganic fixing materials such as a ceramic-based inorganic adhesive of an alumina base material. Select 5. Using the inorganic fixing material 5, the holding component 4 holding the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 and the substrate 7 are bonded.
[0030]
FIGS. 2A and 2B show another embodiment of the present invention. Compared to FIG. 1, the number of components can be further reduced because the substrate 7 is not used. FIG. 2A shows a state in which the holding component 4 is floated with respect to a package ground plane (not shown), and the magnet 6 plays a role of the substrate 7 on the package ground plane. FIG. 2B shows a state in which the holding component 4 is grounded on the package grounding surface and the magnet 6 is floated. The holding component 4 plays the role of the substrate 7 with respect to the package ground plane. FIG. 2C shows another embodiment of the present invention, in which the element 1 for an optical isolator has a cylindrical shape. As described above, the optical isolator element 1 only needs to have a portion to be fitted, and may be not only a square plate shape or a cylindrical shape but also a polygon such as a pentagon or a hexagon.
[0031]
FIG. 3 shows another embodiment of the holding component 4.
[0032]
FIG. 3A shows a holding component 41 in which a counterbore 41c is provided on a part of a bottom surface portion 41b that is a ground surface of the optical isolator element 1. In order to remove the temporary fixing adhesive 10, it is desirable to apply a cleaning liquid to a portion between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 where the temporary fixing adhesive 10 is exposed. 41c has the effect of increasing the exposed area of the temporary fixing adhesive 10 and hastening the removal of the temporary fixing adhesive 10.
[0033]
FIG. 3B shows a holding component 42 having a mechanism for independently holding the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 of the optical isolator element 1. Since the holding mechanism is independent, the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 can be individually fitted.
[0034]
FIG. 3C shows a holding device having a function of fitting the optical isolator element 1 not only by the flat portion 43a but also by a holding component lid portion 43e having an upper surface portion 43d so as to be fitted from all sides. The component 43. Increasing the fitting portion increases the fitting force and increases the reliability of the mechanical environment such as shock and vibration. Further, the two holding component lid portions 43e and the holding component receiving portion 43f are fixed by welding 45 or the like.
[0035]
FIG. 3D shows a holding component 44 that includes a positioning mechanism 44g in a part of the holding component, and facilitates connection between the holding component lid portion 44e and the holding component receiving portion 44f.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing an example of an assembling procedure of the optical isolator element 1 according to the present invention.
[0037]
First, as shown in FIG. 4 (a), one large Faraday rotator 2 and two polarizers 3 are prepared, and each Faraday rotator 2 and polarizer 3 are temporarily fixed as shown by arrows. The Faraday rotator 2 and the polarizer 3 are overlapped with each other via a layer 10. Examples of the temporary fixing adhesive 10 include an acrylic adhesive and an epoxy adhesive.
[0038]
Regarding the two polarizers 3, it is desirable that the transmission polarization directions of the two polarizers 3 be shifted from each other by 45 °.
[0039]
Next, as shown in FIG. 4B, the light beam 50 having the wavelength to be used is passed in the direction of the optical axis L, and the transmitted polarization direction of the polarizer 3 is changed to the optical axis while confirming the intensity and the polarization plane of the transmitted light beam 50. Adjust so that the positions are mutually rotated by 45 ° about L.
[0040]
Thereafter, the viscosity of the temporary fixing adhesive 10 is adjusted and cured in order to provide the gaps 8 at a fixed interval W between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3, and the laminated large-sized optical isolator element 1 is removed. obtain. However, when the optical characteristics required for the optical isolator 100 are low, the optical adjustment using the light beam 50 is not performed, and the arrangement of the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 is adjusted from the appearance, and the temporary fixing adhesive 10 is removed. It may be cured. Subsequently, as shown in FIG. 4 (c), the large-sized optical isolator element 1 laminated with the temporary fixing adhesive 10 is cut by dicing or wire cutting to obtain a chip-shaped optical isolator element 1. obtain. The dotted line in the figure indicates the cut portion.
[0041]
As shown in FIG. 4D, the chip-shaped optical isolator element 1 is dropped into the holding component 4 as shown by an arrow, and the side surface 1a (synonymous with the cut surface) of the isolator element 1 is held. Are fitted at the flat part 4a. The fitting method is such that a stress is applied to the outside of the flat part 4a by inserting a jig 46 having a width T larger than the width t between the opposing flat parts 4a of the holding part 4 so that the shape of the holding part 4 is changed. Is elastically deformed.
[0042]
However, the left and right tensions are within the range of the elastic deformation of the holding component 4.
[0043]
Thereafter, the temporary fixing adhesive 10 between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 is washed and removed. As the cleaning liquid, water, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, butyl acetate, and the like are selectively used depending on the components of the temporary fixing adhesive 10.
[0044]
The arrangement of the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 is equal to the arrangement in the previous step. If the arrangement of the polarizer 3, especially the arrangement in the rotation direction about the optical axis, fluctuates, the deterioration occurs as compared with the optical characteristics obtained in the above-described optical adjustment. Since the arrangement in the direction is unchanged, the optical characteristics do not deteriorate.
[0045]
Thereafter, as shown in FIG. 4E, one end of the holding component 4 is bonded and fixed to the substrate 7 using the inorganic fixing material 5.
[0046]
In the optical isolator element 1 according to the present invention, a large number of optical isolator elements 1 having uniform and excellent characteristics can be easily manufactured because a large-format optical adjustment is performed as described above, and then a large number of optical isolator elements are cut out. It is possible to reduce the number of assembling steps, and it is excellent in mass productivity.
[0047]
In the present embodiment, the configuration of the optical isolator element 1 has one Faraday rotator 2 and two polarizers 3. However, the present invention is not limited to this. The same effect as in the above embodiment can be obtained even with the optical isolator element 1 using the element 3.
[0048]
As described above, since the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 are integrated using the holding component 4, there is no optical adhesive or the like, and the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 are excellent in reliability under high temperature and high humidity conditions. Further, since no adhesive is present on the light transmitting surface, there is no deterioration in characteristics even when used in a high output, long time laser beam.
[0049]
Further, the optical isolator 100 is entirely made of the inorganic material temporary fixing adhesive 10, and no outgassing occurs. In general, an oxide film is formed on the surface of a semiconductor laser chip made of GaAs or the like by a slight amount of residual oxygen, and the oscillation efficiency is reduced. Therefore, the package on which the semiconductor laser chip is installed is hermetically sealed with an inert gas such as nitrogen gas. Naturally, it is impossible to install components that generate outgas in the sealed package. Here, outgas is mainly generated from an organic material, but the optical isolator 100 of the present invention hardly generates outgas as described above, and is small in size. It can be installed in the package. Therefore, a very high performance and very small semiconductor laser module can be provided.
[0050]
【Example】
As shown in FIG. 1, an optical isolator 100 in which an optical isolator element 1 according to the present invention was fitted with a holding component 4 via a buffer material 9 was manufactured. The material of the holding component 4 was SUS304, and the material of the cushioning material 9 was lead. The material of the temporary fixing adhesive 10 between the Faraday rotator 2 and the polarizer 3 of the optical isolator element 1 was an acrylic adhesive, and the cleaning agent for removing the adhesive was water. The inorganic fixing material 5 for bonding the substrate 7 and the holding component 4 was a lead-tin solder.
[0051]
Further, as shown in FIG. 8D, a conventional optical isolator 310 in which the optical isolator element 31 in which the Faraday rotator 32 and the polarizer 33 are bonded with the optical adhesive 40 is further bonded to the substrate 37 with the adhesive 35. Was prepared. The material of the optical adhesive 40 was an epoxy-based adhesive, and the adhesive 35 was the same lead-tin solder as the inorganic fixing material 5 of the optical isolator 100 of the present invention.
[0052]
Then, the outgassing was analyzed for each of them. For outgas analysis, thermal desorption gas analysis (Thermal Desorption Spectrometry) was used. By this analysis, the gas component released by heating the product could be known, and the generation of outgas was confirmed. FIG. 5 shows the results.
[0053]
The analysis evaluation temperature was from room temperature to 300 ° C., assuming that the product was fixed in a semiconductor laser package by soldering. FIG. 5B shows an outgas analysis result of the conventional optical isolator 310. It can be seen that outgassing occurs around 250 ° C. This means that the component of the optical adhesive 40 that bonds the Faraday rotator 32 and the polarizer 33 that constitute the optical isolator element 31 has been detected. On the other hand, FIG. 5A shows an outgas analysis result of the optical isolator 100 according to the embodiment. It can be seen that no outgas was generated. This is because no organic material is used for the optical isolator 100 of the embodiment as described above.
[0054]
Further, in order to confirm the effect of the moisture resistance, a plurality of the above-mentioned samples were prepared respectively and subjected to a high-temperature and high-humidity test (conditions: 85 ° C., 85% RH, 2000 hours), and the isolation of the optical isolator, which is a feature of the optical isolator, was performed. The optical properties were evaluated. The method for evaluating the isolation referred to the optical transmission isolator test method (C5933) of the JIS standard. FIG. 6 shows an evaluation system for the isolation characteristics. The light beam 50 emitted from the light source 51 passes through the optical fiber 52, passes through the polarizing plate 53, and enters the optical isolator 54 to be evaluated. Thereafter, the light beam 50 emitted from the optical isolator 54 is received by the optical power meter 55 and measured. First, the optical output Pi (W) of the light source 51 is measured by the optical power meter 55 without disposing the optical isolator 54. Thereafter, the optical isolator 54 is arranged in the reverse direction, rotated at least 180 degrees on the optical axis, and the maximum power value is measured by the optical power meter 55. The value is defined as Po (W). The calculation formula is as follows. When the isolation is L (dB), L = −10 log 10 (Po / Pi)
The measurement wavelength was 1310 nm, and the output of the light source 51 was 1 mW.
[0055]
Table 1 shows the evaluation results.
[0056]
[Table 1]
[0057]
FIGS. 7A and 7B are graphs of Table 1, and FIG. 7A shows the isolation characteristics of the optical isolator 100 according to the present invention in a high-temperature and high-humidity test. is there. FIG. 7B shows the isolation characteristics of a conventional optical isolator 310 in a high-temperature and high-humidity test.
[0058]
Both the present invention and the conventional example have substantially the same isolation characteristics at the initial value of 0 hour. This is because the isolation characteristic, which is a feature of the optical isolator, is determined by the alignment of the Faraday rotator and the polarizer in the optical axis rotation direction, and the same alignment process was performed in the present invention and the conventional example. .
[0059]
However, it can be seen that the isolation characteristics of the conventional example have deteriorated with the passage of time in the high-temperature and high-humidity test. This is because, under high-temperature and high-humidity conditions, the optical adhesive 40 that bonds the Faraday rotator 32 and the polarizer 33 that constitute the optical isolator element 31 and the adhesive that bonds the optical isolator element 31 to the substrate 37. This is because the agent 35 softens due to high temperature or swells by absorbing moisture, and the positional relationship between the Faraday rotator 32 and the polarizer 33 constituting the optical isolator element 31 is shifted.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, the optical isolator and the method for assembling the same according to the present invention have the following effects.
[0061]
(1) Since each component is integrated, the number of components is small, and the size of the optical isolator can be reduced.
[0062]
(2) In the method for assembling optical isolator elements, optical adjustment of a large number of optical isolator elements can be performed at once, and the number of assembly steps can be reduced.
[0063]
(3) Since the Faraday rotator and the polarizer are integrated using an inorganic material outside the light transmitting surface, they have excellent reliability under high temperature and high humidity conditions.
[0064]
(4) All members constituting the optical isolator element are made of an inorganic material, and no organic outgas is generated. Therefore, an element for an optical isolator can be installed in a semiconductor laser package, and downsizing of the device and stabilization of characteristics are realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic perspective view showing an embodiment of an optical isolator according to the present invention. (B) is a figure explaining (a) and is a part of element for optical isolators.
FIGS. 2A to 2C are schematic perspective views showing another embodiment of the optical isolator of the present invention.
FIGS. 3A to 3D are schematic perspective views showing other embodiments of the optical isolator element holding member of the present invention.
FIGS. 4A to 4E are diagrams showing an assembling procedure of an element for an optical isolator according to the present invention.
FIGS. 5A and 5B are graphs comparing an example and a conventional example.
FIG. 6 is a diagram showing an evaluation system for isolation characteristics.
FIGS. 7A and 7B are graphs comparing an example and a conventional example.
FIGS. 8A and 8B are schematic front and side views showing a conventional optical isolator, FIGS. 8C and 8D are schematic perspective views showing the configuration of a conventional optical isolator, and FIGS. It is a center longitudinal cross-sectional view of (a).
[Explanation of symbols]
1: element 1a for optical isolator: side part 1b: bottom part 2: Faraday rotator 3: polarizer 4: holding part 4a: plane part 4b: bottom part 5: inorganic fixing material 6: magnet 7, substrate 8: void Part 9: Buffer material 10: Temporary fixing adhesive 11: Optical isolator element 12: Faraday rotator 13: Polarizer 16: Magnet 17: Case 19: Holder 21: Optical isolator element 22: Faraday rotator 23: Polarized light Element 25: adhesive 26: magnet 27: substrate 31: element for optical isolator 32: Faraday rotator 33: polarizer 35: adhesive 36: magnet 37: substrate 40: optical adhesive 41: holding component 41a: flat part 41b: bottom part 41c: countersink 42: holding part 42a: flat part 42b: bottom part 43: holding part 43a: flat part 43b: bottom part 43d: top part 43e: holding part lid part 3f: holding component receiving portion 44: holding component 44a: flat portion 44b: bottom portion 44d: upper surface portion 44e: holding component lid portion 44f: holding component receiving portion 44g: positioning mechanism 45: welding 46: jig 50 : Light beam 51: light source 52: optical fiber 53: polarizing plate 54: optical isolator 55: optical power meter 100: optical isolator 110: optical isolator 210: optical isolator 310: optical isolator
