JP2005215328A

JP2005215328A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2005215328A
Application number: JP2004021940A
Authority: JP
Inventors: Minoru Omori; 実大森; Kenichi Yoshimura; 健一吉村; Yoshihiro Kobayashi; 善宏小林; Tetsuya Suga; 哲也菅; Yukiko Furukata; 由紀子古堅
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】各光学素子に生じる応力を低減し、割れや光学特性の劣化を無くすことにある。
【解決手段】整列基板上に平板状のファラデー回転子と偏光子を有する光学素子と、該光学素子の両側に磁石とを固定部材を介して載置してなる光アイソレータにおいて、前記光学素子の整列基板との接合部位における隅部が面取されていることを特徴とする光アイソレータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から出射した光が各種光学素子や光ファイバに入射した際に生じる戻り光を除去する光アイソレータに関するものである。

光通信用モジュール等において、レーザ光源等の光源から出射した光は、各種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一部は各種光学素子や光ファイバの端面や内部で反射されたり散乱されたりする。この反射や散乱した光の一部は、戻り光として光源に戻ろうとするが、この戻り光を防止するために光アイソレータが用いられる。

図４は従来の小型化された光アイソレータの構成を示す図である。従来この種の光アイソレータは、ファラデー回転子１４とそれを挟む２枚の偏光子１５、１６およびその両側の磁石１７を整列基板上１８に固定部材２１を用いて接着することにより構成されていた。通常、ファラデー回転子は飽和磁界内において所定の波長をもつ光の偏光面を４５度回転する厚みに調整され、また２つの偏光子１５、１６はそれぞれの透過偏光方向が４５度回転方向に相対的にずれるように回転調整されて構成されている。

特許文献１には図５に示す従来の小型化された光アイソレータ２１が示されており、光アイソレータ１９はファラデー回転子１４、偏光子１５、１６の各光学素子が正方形に形成されたことが開示されている。

特許文献２には図６に示す従来の小型化された光アイソレータ２３が示されており、ファラデー回転子１４と偏光子１５、１６からなる光学素子２１と、端面の各２カ所が当接しているアーチ状の磁石２０から構成され、光学素子２１の光軸が磁石２０の開口側内側２２に配置されている。

特許文献３には図７に示す従来の小型化された光アイソレータ２８が示されており、基板２５に設けられた凹部２７に光学素子２４が載置され、光学素子２４を覆うようにアーチ状の磁石２６が基板に固定される。

特許文献４には特許文献１と同じ光アイソレータが示されており、光学素子の応力を減らすための材料物性の条件について記述されている。
特開平１０−２２７９９６号公報特開２０００−５１０９６５号公報特開２００１−１２５０４３号公報特開２００３−４３４１６号公報

しかしながら、特許文献１〜４の光アイソレータ２０、２１，２５、３０によれば、ファラデー回転子１４、偏光子１５、１６の各光学素子と、磁石１７を、平面状の整列基板１８に配置しているので、各光学素子と整列基板１８の接着方法には言及されておらず、例えば、特許文献１においては、各光学素子と整列基板１８とを固定部材１９を用いて接着する場合、接合部材が融解するまで温度を上げて接着する必要があるため、接着後に常温に戻ると整列基板１８と各光学素子の熱膨張係数の違いにより各光学素子に応力が生じ、光学特性の劣化や割れが生じるという問題があった。また、各光学素子と磁石１７が固定部材１９を通して接合されているために、温度を低下させた際に固定部材１９が各光学素子と磁石１７で応力を及ぼしあうという問題があった。

本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、本発明は、整列基板上に平板状のファラデー回転子と偏光子を有する光学素子と、該光学素子の両側に磁石とを固定部材を介して載置してなる光アイソレータにおいて、前記光学素子の整列基板との接合部位における隅部が面取されていることを特徴とするものである。

また、前記光学素子のファラデー回転子の整列基板との接合部位における隅部が面取されていることを特徴とするものである。

さらに、前記光学素子に形成する面取は曲面、Ｃ面であることを特徴とするものである。

本発明者らは鋭意検討の結果、平板状の光学素子における整列基板との当接部位の隅部が鋭い角部を有するものである場合、光学素子の両側に磁石を配置する関係上、光学素子の当接部位における隅部に応力が集中し、これが光アイソレータの光学特性が悪化する原因となっていることを見つけ、この隅部の存在を無くすることにより応力集中を緩和できるということを見出すことにより発明に至ったものである。

従って、各光学素子の整列基板との接合部位における隅部が曲面、Ｃ面に面取されていることにより、光学素子の両側に配置する磁石から光学素子の隅部までの距離を極大化させることができ、これにより、応力集中が回避され、しかも、光学素子と整列基板との接着面の減少による曲げなどの応力の緩和することとなり、これにより、各光学素子に生じる応力が低減するとともに、光学特性を悪化させることがない。

また、各光学素子の整列基板に接した部分の底面の隅部のみ曲面、Ｃ面が形成されていることによって、ファラデー回転子及び偏光子の角を加工することによる光学特性の有効面積の損失を避けることもできる。

また、固定部材を各光学素子及び磁石毎に分断することによって、各光学素子及び磁石がお互いに引っ張り合うことにより生じる応力を低減することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１〜３は、本発明の光アイソレータの実施形態を示す図である。

図に示すように、光アイソレータ８は整列基板６上にファラデー回転子２と偏光子３、４からなる光学素子１が、また、光学素子１の両側の整列基板６上に２つの磁石５が、それぞれ固定部材９を介して接合されているものであり、特徴とすることころは、光学素子１の整列基板６との接合部位における隅部Ｘが面取されていることを特徴とするものである。例えば、図１においては、光学素子１を構成するファラデー回転子２の接合部位の隅部に曲面７が形成されている。特に、光学素子の中でファラデー回転子と磁石との間にかかる応力が大きいことから、ファラデー回転子の接合部位における４隅部に形成するのが好ましい。

また、曲面７の曲率半径を０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲とするのが好ましい。曲率半径が０．０１ｍｍより小さいと光学素子の応力低減の効果がないからであり、曲率半径が１ｍｍ以上の曲面をつけることは、光学素子の大きさを超えてしまうので好ましくない。本発明によれば、ファラデー回転素子の隅部に曲面７のような面取を施したが、これに限定されず、偏光子４、５の隅部Ｘを面取したもので良い。特に、ファラデー回転子２と対向する偏光子３、４の面側の隅部Ｘを面取するとファラデー回転子２と磁石５との間にかかる応力が大きいことから偏光子５、６にかかる応力も大きくなるので、その応力も緩和させることができる。なお、曲面７と記載したが、この曲面７を多角形で形成して略曲面となっても構わない。

また、上述の面取のうち、図２に示す、光アイソレータ１０の特徴とするところは、光学素子１の面取りがＣ面１０としたことである。特に図に示すようにファラデー回転子２の４隅部にＣ面１０を形成するのが上述と同様に好ましい。

ここでＣ面の二等辺三角形の切り取り部分の二辺が０．０１〜１ｍｍの範囲とするのが好ましい。この二辺が０．０１ｍｍより小さいと光学素子の応力低減の効果がないからであり、二辺が１ｍｍ以上のＣ面をつけることは、光学素子の大きさを超えてしまうので好ましくない。

図３に本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態で示された光アイソレータ１３の特徴とするところは、図１、図２の光学素子１を用いて固定部材９で整列基板６に接合されるが、その整列基板６上の固定部材９が光学素子１及び磁石５で分断箇所１２が形成されていることである。

これによって、磁石５を接合する固定部材９と、光学素子１を接合する固定部材９は互いに接触しない構成とすることで、磁石５から光学素子１、特にファラデー回転子２への応力を緩和することができ、光学素子の特性劣化、クラック、脱落の課題を解決することができる。

ところで、本発明に用いられる光学素子１は、図に示すように、平板状に形成されたファラデー回転子２と偏光子３、４とから構成され、配列順序としては１段型と呼ばれる光アイソレータの場合、周知の如く、光の出射方向に向かって偏光子３、ファラデー回転子２、偏光子４の配列とする。なお、光学素子１の詳細は後述する。

整列基板６の材質は光学素子１の実装に用いる固定部材９によって選択され、例えば固定部材９を半田とする場合には、ステンレス、コバール、パーマロイ等の金属が適しており、あるいはセラミック、ガラス等の表面に例えばＣｒ下地でＡｕメッキのメタライズ層を施こした材料でも良い。また、特許文献４のように固定部材９が低融点ガラスで固定する場合にも同様に、接着性や線膨張係数を考慮して整列基板６の材料は選ばれる。

磁石５の材料としては、例えばＳｍＣｏが適している。この磁石５は少なくともファラデー回転子２を覆うように整列基板６上の２カ所に載置されている。また、磁石５には、ファラデー回転子２を通過する光軸方向の磁力線が最大になるような向きに磁極が配置されており、言い換えるとファラデー回転子２が所定の波長をもつ入射光線の偏光面を４５度回転する様に磁極が配置されている。

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、その厚みは所定の波長をもつ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。

偏光子３、４は、入射する光の１方向の偏光成分を吸収する機能を有する吸収型偏光子、あるいは入射する光の１方向の偏光成分を分離または合成する複屈折性偏光子で構成される。例えば、ファラデー回転子２が入射する光の偏光面を４５゜光軸まわりに回転させるもので、偏光子４、５として吸収型偏光子を用いた場合、偏光子４の透過偏光方向を偏光子５の透過偏光方向に対して４５゜光軸まわりにずらした構成とすればよい。

ここでファラデー回転子３、偏光子４および偏光子５の両面は、屈折率ｎ＝１に対する反射防止膜が両面に施されており、偏光子４および偏光子５とファラデー回転子が密着している場合は、偏光子が空気と接する入出射面には屈折率ｎ＝１に対する反射防止膜を施し、ファラデー回転子の両面には対偏光子の反射防止膜を施してある。

ここで偏光子４の透過偏波方向は、ある１辺（これを基準辺と呼ぶ）に平行な方向に設定されており、他方の偏光子５の透過偏波方向は、ある１辺（基準辺）に４５度の方向に設定されている。ファラデー回転子３は常温において入射した光の偏波方向が４５度回転する厚みに調整されている。通常、光アイソレータに高いアイソレーションが要求される場合は、ファラデー回転子の偏波回転角度４５＋α度に対し、偏光子４と偏光子５の回転ズレを４５−α度に精密に調整する必要があり、光を逆方向から（偏光子４側から）入射し、透過してくる光が最も小さくなるように偏光子２を回転調整する方法がある。

本発明の実施例として図４に示した従来の整列基板を用いた光アイソレータと、図１〜３に示した本発明の光アイソレータを試作し、ファラデー回転子にかかる応力について解析を行った。各部品と構成について以下に説明する。

偏光子は、コーニング社製のポーラコア（製品名）を用い、サイズは１ｍｍ角で厚み０．２ｍｍのもので熱膨張係数は６．３４×１０^−６／℃の物を使用した。

ファラデー回転子はビスマス置換ガーネットを用い、サイズは１ｍｍ角で厚み０．４ｍｍ、熱膨張係数は１０×１０^−６／℃の物を使用した。

図１〜４の光アイソレータとも整列基板の材料にアルミナ基板を用い、その上面に固定部材として低融点ガラスをあらかじめ塗布しておく。アルミナの熱膨張係数は７．１×１０^−６／℃とした。低融点ガラスの熱膨張係数は９．０×１０^−６（１／℃）で融点を３２０℃とした。

整列基板のサイズは幅Ｗ＝３ｍｍ、長さＤ＝１．５ｍｍ、厚みｔ＝０．３ｍｍで、図１、図２、図４の光アイソレータに用いる整列基板は幅Ｗ＝３ｍｍ、長さＤ＝１．５ｍｍのほぼ全面に低融点ガラスを塗布した。図３の光アイソレータに用いる実装基板は、そのほぼ中央部に幅Ｗ＝１ｍｍ、長さＤ＝１．５ｍｍの第一の低融点ガラスを塗布し、第一の低融点ガラス領域の両側に幅Ｗ＝０．８ｍｍ、長さＤ＝１．５ｍｍの第二の低融点ガラスを塗布し、第一の低融点ガラスと第二の低融点ガラスは約０．２ｍｍの幅で分離させた。

磁石は幅Ｗ＝０．８ｍｍ、長さＤ＝１．４ｍｍ、厚みＴ＝１．４ｍｍの略直方体の磁石を２個用い、磁石の熱膨張係数を光軸方向が６．５×１０^−６／℃、光軸と垂直方向を１３．０×１０^−６／℃の物を使用した。

図１〜図４の光アイソレータとも試作条件は同じくし、低融点ガラスを介して偏光子とファラデー回転子と偏光子の各光学素子、および磁石を図１、図２、図４の整列基板、図３の整列基板ともそれぞれに接合した。但し、図３の整列基板上に形成した第一、第二の低融点ガラスに光学素子と磁石が分離して接合される以外は図１、図２、図４と同じとし低融点ガラスの溶融温度をいずれも３８０度、１分で焼成した。

応力の解析結果を表１に示す。

実験の結果、ファラデー回転子が整列基板に接合する接合部位の隅部にかかる応力が中央部にかかる応力に比べて大きくなっていることがわかる。特に、図１〜図４のファラデー回転子の中央部の応力が略同じであるのに対して、面取りをした図１〜図３のファラデー回転子の隅部の応力が、面取りをしない図４のファラデー回転子の隅部の応力に比べて大きな差があることが理解できる。従って、隅部の形状に応力が作用することが理解できる。

また、光学素子と磁石とが低融点ガラスで分離している図３の光アイソレータにおいては、他の光アイソレータと比べてファラデー回転子の隅部にかかる応力が低くなっていることがわかる。

本発明の光アイソレータの構成を示し（ａ）は平面図、（ｂ）はファラデー回転子の隅部の拡大図、（ｃ）は側面図である。本発明の光アイソレータの構成を示し（ａ）は平面図、（ｂ）はファラデー回転子の隅部の拡大図、（ｃ）は側面図である。本発明の光アイソレータの構成を示す図である。従来の光アイソレータの構成を示す図である。従来の光アイソレータの構成を示す図である。従来の光アイソレータの構成を示す図である。従来の光アイソレータの構成を示す図である。

符号の説明

１光学素子
２ファラデー回転子
３、４偏光子
５磁石
６整列基板
７光学素子の隅部の曲面
８光アイソレータ
９固定部材
１０光学素子の隅部のＣ面
１１光アイソレータ
１２固定部材の分断箇所

Claims

整列基板上に平板状のファラデー回転子と偏光子を有する光学素子と、該光学素子の両側に磁石とを固定部材を介して載置してなる光アイソレータにおいて、前記光学素子の整列基板との接合部位における隅部が面取されていることを特徴とする光アイソレータ。
前記光学素子のファラデー回転子の整列基板との接合部位における隅部が面取されていることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
前記光学素子に形成する面取は曲面、Ｃ面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光アイソレータ。