JP2005283996A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】光アイソレータ素子と永久磁石とを一体化した状態から、個々の光アイソレータに切り出し可能となる、光アイソレータとその製造方法を実現することによって、品質が均一で且つ製造歩留が向上し、量産性に優れた光アイソレータとその光アイソレータの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１枚以上のファラデー回転子と２枚以上の偏光子とを積層して成る光アイソレータ素子を、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料と永久磁石とを積層して一体化した積層磁石体に固定し、一体化して光アイソレータを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として光通信システム等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、光増幅器等の光デバイスとして利用することにより、レーザダイオード光源への戻り光の防止や、光増幅器内部での光の共振の発生を防止することができる、光アイソレータに関するものである。

光アイソレータは、光ファイバを使用した光通信システムにおける主要デバイスの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反射によるレーザダイオード光源（以下、ＬＤ光源）側への戻り光の防止や、光増幅器内部での光の共振の発生を防止するために用いられている。このような光アイソレータは、ＬＤ光源と光ファイバとの間、或いは２本の光ファイバの間に配置され、最も一般的なものは、２枚の偏光子（その内の一方は検光子とも云う）とファラデー回転子の各光学素子を組み合わせると共に、ファラデー回転子の近傍にファラデー回転子を飽和磁化させる永久磁石を配置するタイプである。

偏波依存型の光アイソレータを例に取り、より具体的に光アイソレータの構造を説明する。例えばいわゆる「一段型」と呼ばれる光アイソレータは、２枚の偏光子を互いの透過偏光方向の相対角度が約45度異なるように対面配置させると共に、飽和磁場内で且つ所定の波長において、回転角が約45度となる厚みを有するファラデー回転子を２枚の偏光子の間に１枚配置させたものであり、順方向の光を透過させ、一方で逆方向の光には高損失の特性（逆方向損失）を持たせて遮断させる作用を有する。

昨今、これら光アイソレータに対して、小型化及び量産化による低価格化が強く望まれるようになっている。このような要求に応じる方策として、製造時の組立工数の減少や、前記偏光子同士の透過偏光軸調整の作業を軽減させる手段等が種々考案されている。それら種々の手段の一つとして、ある程度の大きさを有する偏光子基板とファラデー回転子基板とを貼り合わせ、固着後に切断するという手段が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０３−１７１０２９号公報（第２−３頁、第２−３図）

そのような手段の一例を、図７を参照しながら説明する。まず、図７(a)に示すように大型のファラデー回転子基板103の両面に、大型の２枚の偏光子基板101、102を透過偏光軸合わせを行った状態で透光性を有する光学接着剤104で固着させて、積層基板体100を形成する。次に、固着完了後に積層基板体100を、ダイシングソーやワイヤーソーなどを用いて一点鎖線で示すように切断し、図７(b)に示すように複数のチップ状の光アイソレータ素子105を得る。このような手段を用いることで、作業効率が向上して、生産数量の増加を図ることが出来る。

一方、光アイソレータの構成も種々考案され、その中には実用化されているものもあるが、一つの構成として挙げられるものに、光アイソレータ素子の両サイドに直方体形状の永久磁石を配置して構成するものが考案されている（例えば、特許文献２参照）。図８に、このような構成の一例である光アイソレータ107を示す。

実開昭６４−４３３２６号公報（第１頁、第１図）

光アイソレータ107の永久磁石106、106には、サマリウム・コバルト(Sm-Co)磁石やネオジウム・鉄・ボロン（Nd-Fe-B）磁石の焼結体を使用するのが一般的であり、更に、このような永久磁石106、106を光アイソレータ107に使用するに当たり、永久磁石106、106の湿度試験等の信頼性試験を行う必要がある。前記信頼性試験を行う時は、永久磁石106、106の表面の酸化と、その酸化による永久磁石106、106の一部脱落と云った不具合を防止するために、光アイソレータ107を組み立てる前に、防錆のため、個々の永久磁石106、106の表面にメッキ等の表面処理を行う。その後、その永久磁石106、106と光アイソレータ素子105とを接着剤等で固定して、光アイソレータ107を組み立てる工程が一般的であった。しかしながら、このような工法では、次のような課題があった。

第一に、永久磁石106、106に表面処理を施した後に、その永久磁石106、106を光アイソレータ素子105と組み合わせるという工程の手順上、光アイソレータ素子105を一個毎に永久磁石106、106と組み合わせる必要があった。従って、短時間で多数の光アイソレータ107を組み立てることが出来ず、工数と時間が掛かっていた。

第二に、光アイソレータ素子105が小型化されるに伴って、光アイソレータ素子105の取扱いが困難となり、割れや欠けなどが発生して製造歩留の低下を招く恐れがあった。

本発明は上記各課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、光アイソレータ素子と永久磁石とを一体化した状態から、個々の光アイソレータに切り出し可能となる、光アイソレータとその製造方法を実現することによって、品質が均一で且つ製造歩留が向上し、量産性に優れた光アイソレータとその光アイソレータの製造方法を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明は、少なくとも１枚以上のファラデー回転子と２枚以上の偏光子とを積層して一体化して成る光アイソレータ素子を、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料と永久磁石とを積層して一体化して成る積層磁石体に固定し、一体化して形成することを特徴とする光アイソレータである。

更に、本発明の請求項２記載の発明は、少なくとも１枚以上の平板状のファラデー回転子基板と、２枚以上の平板状の偏光子基板とを、透光性を有する光学接着剤を介して積層し、更に、各偏光子基板の透過偏光方向或いは分離偏光方向が、光路を中心に相対的に所定角度異なるように回転調整を行い、光学接着剤を硬化してファラデー回転子基板と偏光子基板とを一体化させて積層基板体を形成し、その積層基板体を所望のサイズに切断して、１個又は複数の光アイソレータ素子用積層体を切り出し、次に、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料から成る材料基板と、永久磁石とを、交互に積層し固定して一体化することで積層磁石体を形成し、次に、積層磁石体の材料基板と光アイソレータ素子用積層体とを固定して一体化し、更に、材料基板の側面を切断することによって、光アイソレータを１個又は複数切り出す光アイソレータの製造方法である。

本発明の光アイソレータ及びその製造方法に依れば、一度に多数個の光アイソレータを製造することが出来るため、工数と所要時間を削減することが可能となる。

更に、最終製品の光アイソレータ素子が小型化されても、製造工程の過程で光アイソレータ素子を直接且つ単独で扱う工程を皆無なので、製造工程の過程における光アイソレータ素子の取扱いが容易になり作業性が向上する。更に切り出される個々の光アイソレータはほぼ均一な品質なので、光アイソレータの製造歩留を向上させることが可能となる。

以下、本発明に係る光アイソレータ１を、図１を参照して説明する。図１は本発明の光アイソレータの外観を示す斜視図である。

図１に示すように光アイソレータ１は、光アイソレータ素子２の両サイドに直方体形状の永久磁石３、３を配置して構成されており、更に、永久磁石３、３の上下両面には、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか１つの材料からなる材料基板４が固定されている。

光アイソレータ素子２は、少なくとも１枚の平板状のファラデー回転子５の両面にそれぞれ平板状の２枚の偏光子６、７を、透光性を有する光学接着剤又は低融点ガラスからなる固着層８を介して固着することにより、積層されて一体化に構成されている。

偏光子６、７は平板状のガラス製偏光子であり、吸収型偏光子又は複屈折型偏光子を用いる。吸収型偏光子には、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させるタイプ等があり、何れも透過偏光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「商品名ポーラコア」などを用いることができる。一方、複屈折型偏光子は、光路方向に入射する光の１方向の偏光成分を分離又は合成する作用を有する。

ファラデー回転子５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が用いられ、光入射方向の飽和磁場が印加されている場合に、入射光の偏光方向を光路回りに正確に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。

偏光子に吸収型偏光子を用いる場合は、偏光子７の光透過面における透過偏光方向を、偏光子６の光透過面における透過偏光方向に対して45度異なるように対面配置すれば良い。又、複屈折性偏光子を用いた場合は、分離光の偏光方向が相対的に光路を中心に45度異なるように回転調整する。

固着層８に低融点ガラスを用いる場合は、使用する光の波長に対して透光性が高く、融点が300℃〜400℃程度のガラス材により構成されることが好ましく、更に、低融点ガラスの熱膨張係数は、ファラデー回転子５及び偏光子６、７の熱膨張係数のほぼ中間の値を有することが望ましい。例えば、ファラデー回転子５と偏光子６、７の熱膨張係数がそれぞれ10.6×10^-6℃^-1と5.11×10^-6℃^-1の場合、低融点ガラス層４の熱膨張係数は5.11×10^-6〜10.6×10^-6℃^-1の範囲内で選択することにより、ファラデー回転子５と偏光子６、７の熱膨張係数の差を吸収でき、熱による歪み、破損を少なくすることが出来る。

なお、偏光子６、７とファラデー回転子５には、予め反射防止コートを施しておくことが望ましい。ファラデー回転子５の光透過面と、偏光子６、７の光透過面のうち固着層８と対面する光透過面には、固着層８に対する反射防止コート、偏光子６、７のもう一方の光透過面には空気に対する反射防止コートを施す。これは、各光学素子５、６、７と固着層４及び空気の各屈折率の違いにより生じるフレネル反射を防止するためである。

永久磁石３、３の上下方向の両面には、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか１つの材料からなる薄板状の材料基板４が、接着剤や低融点ガラス又は半田等により積層されて固定され、積層磁石体９を形成している。永久磁石３、３は、サマリウム・コバルト(Sm-Co)磁石やネオジウム・鉄・ボロン(Nd-Fe-B)磁石の焼結体を用いることが出来る。なお、固定の際には、材料基板の長さ方向（図中Ｚ軸方向）が永久磁石３、３の磁化方向となるように設定する。これは、永久磁石３、３の磁界を材料基板４が妨げることがないようにするためである。その後、永久磁石３、３の表面にメッキ等を施して、永久磁石３、３表面の耐候性と耐湿性を向上させる。

更に、積層磁石体９の一側面に現れる材料基板４の面上に、接着剤や低融点ガラス、半田（不図示）等を塗布し、光アイソレータ素子２を固定して一体化することにより、光アイソレータ１を形成する。

次に、図２〜図６を参照しながら光アイソレータ１の製造方法を説明する。図２〜図６は本発明に係る光アイソレータの製造方法の工程を示す概略斜視図である。

まず図２に示すように、大型で平板状の偏光子基板6a、7aを少なくとも２枚以上用意すると共に、やはり大型で平板状のファラデー回転子基板5aを用意する。この偏光子基板6a、7aとファラデー回転子基板5aとを、透光性を有する光学接着剤等からなる固着層８を介して積層させながら一体化する。

固着層８を介して積層した状態で、使用する波長の光を光路方向（図中、矢印Ｚ方向）に透過させ、透過光の強度、透過偏光方向或いは分離偏光方向を確認しながら、偏光子基板7aの透過偏光方向或いは分離変更方向が、光路方向に対して所定角度（45度）分、偏光子基板6aに対して相対的に異なるように回転調整を行う。

回転調整後、固着層８を硬化させて偏光子基板6a、7aとファラデー回転子基板5aとを固着、一体化させて積層基板体2aを形成する。続いて図３に示すように、積層基板体2aを所望のサイズに一点鎖線で示すように短冊状に切断し、１個又は複数の光アイソレータ素子用積層体2bを切り出す。

次に、着磁されていない所望の大きさを有する複数の直方体形状の永久磁石３と、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料から成る材料基板４を複数用意する。ガラス材は、耐候性や耐湿性を有するガラス材であることが好ましく、例えば石英ガラス等を用いることが出来る。又、金属材を用いる場合には、ステンレス鋼等を用いることが出来る。

永久磁石３の実際の大きさの目安としては、図１に示すように光路方向（図１の矢印Ｚ方向）には光アイソレータ素子２よりも長く設定し、高さ方向（図１の矢印Ｙ方向）にはファラデー回転子５と同等とする。

そして、図４に示すように、それらの永久磁石３と材料基板４とを交互に積層し、接着剤や底融点ガラス、又は半田等（不図示）等により固定して、一体化させて積層磁石体９を形成する。なお、この固定の際に、材料基板４の長さ方向（図中Ｚ軸方向）が永久磁石３の磁化方向と平行な方向になるように設定する。これは、永久磁石３の磁界を材料基板４が妨げることがないようにするためである。その後、積層磁石体９の表面にメッキ等を施して、永久磁石３表面の耐候性と耐湿性を向上させる。

更に、積層磁石体９の一側面に現れる材料基板４の面上に、接着剤や低融点ガラス、又は半田（不図示）等を塗布して、図５に示すように、光アイソレータ素子用積層体2bと積層磁石体９とを固定して一体化させ、光アイソレータユニット1aを形成する。

その後、図６に示すように、材料基板４の厚みよりも小さいブレード幅を有するブレードを用いて、前記材料基板４の側面4sをダイシングソーにより切断、若しくは、材料基板４の厚みよりも小さいワイヤー幅を有するワイヤーを用いて、材料基板４の側面4sをワイヤーソーにより切断する。最後に、永久磁石３の着磁工程を経ることにより、短時間で工数を削減して、多数個の光アイソレータ１を得ることが出来る。

個々の光アイソレータ１においては、ダイシングソーやワイヤーソーによって切断された材料基板４の切断面4a（図１参照）が剥き出し状態となっているが、切断により剥き出しになった切断面4aも、ガラス材・金属材・セラミック材なので、耐候性と耐湿性に優れており、光アイソレータ１全体の耐候性・耐湿性を保つことが出来る。

なお、材料基板４に金属材として、例えば、ステンレス鋼SUS430等のNd:YAGレーザによるスポット溶接性に優れる材料を採用した場合は、ステンレス鋼を利用して、図示しない光アイソレータ固定用のステンレス鋼に、容易にNd:YAGレーザによるスポット溶接で光アイソレータ１を固定することが可能となる。

上記製造方法では、光アイソレータ素子用積層体2bと積層磁石体９とを固定した上で、個々に切り出すことにより光アイソレータ１を得ているので、製造工程の過程で小型の光アイソレータ素子２を、直接、且つ単独で扱う工程を皆無にすることが出来る。よって、最終的に切り出される光アイソレータ素子２のサイズが小型であっても、製造工程の過程における取扱いが容易になり、作業性が向上する。更に切り出される個々の光アイソレータ１はほぼ均一な品質となるので製造歩留を向上させることが可能となる。

なお、以上の説明において、永久磁石を直方体形状として説明し、また、ダイシングソーやワイヤーソーにより多数個の光アイソレータ１を得る際に、切断面4aが永久磁石３の端面と材料基板４の端面と平行となるように図示したが、特にこれらに限らないことは当然である。

又、偏光子とファラデー回転子との間に、偏光子及びファラデー回転子の熱膨張係数のほぼ中間の熱膨張係数を有する材料（例えばチタン）からなる応力緩衝材を介在させても良い。

本発明の光アイソレータを光通信システム等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、光増幅器等の光デバイスに利用することにより、半導体レーザ光源への反射戻り光の発生を防止することが出来る。

本発明の光アイソレータの外観を示す斜視図。 本発明に係る光アイソレータの製造方法の工程において用意される積層基板体を示す斜視図。 図２の積層基板体を切断して光アイソレータ用素子体を切り出す状態を示す斜視図。 本発明に係る光アイソレータの製造方法の工程において用意される積層磁石体を示す斜視図。 本発明に係る光アイソレータの製造方法の工程において用意される光アイソレータユニットを示す斜視図。 図５の光アイソレータユニットを切断して光アイソレータを切り出す状態を示す斜視図。 従来の光アイソレータ素子の形成工程を示す斜視図。 図７の光アイソレータ素子を用いた従来の光アイソレータの一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 光アイソレータ
２ 光アイソレータ素子
３ 永久磁石
４ 材料基板
５ ファラデー回転子
６、７ 偏光子
８ 固着層
９ 積層磁石体

Claims (2)

1. 少なくとも１枚以上のファラデー回転子と２枚以上の偏光子とを積層して一体化して成る光アイソレータ素子を、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料と永久磁石とを積層して一体化して成る積層磁石体に固定し、一体化して形成することを特徴とする光アイソレータ。
2. 少なくとも１枚以上の平板状のファラデー回転子基板と、２枚以上の平板状の偏光子基板とを、透光性を有する光学接着剤を介して積層し、
   更に、各偏光子基板の透過偏光方向或いは分離偏光方向が、光路を中心に相対的に所定角度異なるように回転調整を行い、
   光学接着剤を硬化してファラデー回転子基板と偏光子基板とを一体化させて積層基板体を形成し、
   その積層基板体を所望のサイズに切断して、１個又は複数の光アイソレータ素子用積層体を切り出し、
   次に、ガラス材又は金属材若しくはセラミック材の何れか一つの材料から成る材料基板と、永久磁石とを、交互に積層し固定して一体化することで積層磁石体を形成し、
   次に、積層磁石体の材料基板と光アイソレータ素子用積層体とを固定して一体化し、
   更に、材料基板の側面を切断することによって、光アイソレータを１個又は複数切り出す光アイソレータの製造方法。
   

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