JP2006003667A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】光アイソレータ素子積層体と永久磁石成形体及び磁気ヨーク材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することにより、品質が均一で且つ製造歩留が向上し量産性に優れると共に、ファラデー回転子への印加磁気エネルギーの効率化が図ら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】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一体化して成る光アイソレータ素子積層体の積層面に永久磁石成形体を固定し、更に永久磁石成形体のＮ極端面の面上に磁気ヨーク材を固定し、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断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出来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その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、前記偏光子どうし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８を参照しながら説明する。まず、図８(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を透過偏光軸調整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図の一点鎖線で切断し、図８(b)に示すようにチップ状の光アイソレータ素子105を多数個得る。このような手段を用いることで、加工工程における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要求に応じて様々な構造のものが考案されている。これら様々な要求の一つに、永久磁石から発する磁力線を効率的にファラデー回転子に印加することが挙げられ、この要求を実現化する構成の一例として、図９に示すようなものが考案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１０２１７３号公報（第５−１１頁、第１図）

図９に示す光アイソレータ106は、２つの永久磁石107、107が基台112の面上に固定されると共に、偏光子108、ファラデー回転子109、及び検光子110の光アイソレータ素子111が基板113面上に配置された状態で、基台112の面上に固定されることによって構成されるものである。更に、永久磁石107、107の磁極端面107a、107aの各々に磁気ヨーク114が架設されるように固定されている。

従って、磁極端面107a、107aから発せられる磁力線は、透磁率の高い磁気ヨーク114に引き付けられ、光通過口114a側に収束され、中央部側に磁気エネルギーが増大した状態で、ファラデー回転子109に集中的に印加される。よって、磁気ヨーク114が不備の光アイソレータではファラデー回転子の磁化に寄与していなかった磁力線を、磁気ヨーク114を付けることによってファラデー回転子109に印加することが出来るので、ファラデー回転子109への印加磁気エネルギーを増加させて磁気効率の向上が図れるというものである。

しかしながら光アイソレータ106の構造では、その製造工程上、２つのブロック状の永久磁石107、107と磁気ヨーク114からなる磁気回路部と、光アイソレータ素子111と基板113とからなる光学素子部とを別々に作製し、その後、基台112上に固定しなければならない。従って工程手順上、光学素子部を一個毎に取り扱う必要があるので、短時間で多数の光アイソレータ106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106全体が小型化されるのに伴い、光アイソレータ素子111も小型化されるが、寸法が小さくなると光学素子部の取り扱いが難しくなり、取り扱う際に誤って光アイソレータ素子に組立用の治具などが接触して、光アイソレータ素子111に割れや欠けなどが発生して、光アイソレータ106の製造歩留の低下を招く恐れがある。

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積層体と永久磁石成形体及び磁気ヨーク材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具現化することであり、これ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ると共に、ファラデー回転子への印加磁気エネルギーの効率化が図ら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が可能となる。

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積層体の積層面に永久磁石成形体を固定し、更に、少なくとも永久磁石成形体のＮ極の磁極端面の面上に磁気ヨーク材を固定し、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して形成され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、磁気ヨーク材を、永久磁石成形体のＳ極の磁極端面の面上にも固定した上で、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して形成されることを特徴とする光アイソレータである。

又、本発明の請求項３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積層体の積層面に永久磁石成形体を固定し、更に、少なくとも永久磁石成形体のＮ極の磁極端面の面上に磁気ヨーク材を固定し、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して光アイソレータを形成することを特徴とする光アイソレータの製造方法である。

更に、本発明の請求項４記載の発明は、磁気ヨーク材を、永久磁石成形体のＳ極の磁極端面の面上にも固定した上で、磁気ヨーク材ごと前記光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して光アイソレータを形成することを特徴とする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、一度に多数個の磁気ヨーク付き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、製造工程の過程で最終製品の光アイソレータ素子を直接且つ単独で扱う工程を皆無とすることが出来るので、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。更に同一の部品を切断することで多数個の光アイソレータを製造するので、切り出された個々の光アイソレータがほぼ均一な品質となり、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。

又、磁気ヨークが一体に備えられるので、永久磁石の磁極端面から放射状に発せられる磁力線が透磁率の高い磁気ヨーク側に引き付けられ、収束された状態でファラデー回転子に印加される。これにより、ファラデー回転子への印加磁気エネルギーが増加して磁気効率の向上が図れる。

更に、前記磁気効率の向上によって、光アイソレータに小型の永久磁石を用いてもファラデー回転子を磁気的に飽和することが出来るので、永久磁石自体を小型化することができ、結果として光アイソレータ全体を小型化す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１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、磁気ヨーク７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４、６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、積層されて一体化構成されているものである。

偏光子４、６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出来る。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４、６に吸収型偏光子を用いる場合は、偏光子６の光透過面における透過偏光方向を、偏光子４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る場合は、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300Ｃ゜〜400Ｃ°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４、６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４、６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８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４、６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４、６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４、６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４、６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、各光アイソレータ素子４、５、６と固着層８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。更に、永久磁石３、３の表面にメッキ等を施して耐候性と耐湿性を向上させる。

更に、永久磁石３、３の一側面に、接着剤や低融点ガラス、半田（不図示）等を塗布して光アイソレータ素子２を固定して一体化すると共に、永久磁石３、３の手前側磁極端面に磁気ヨーク７を固定することによって、光アイソレータ１が形成される。

永久磁石３、３の奥行き方向Ａを光入射方向Ｉと平行になるように設定し、更に、手前側の磁極端面をＮ極、奥側の磁極端面をＳ極に着磁することにより、これら磁極端面から発する磁力線によってファラデー回転子５に飽和磁気エネルギーを印加する。

磁気ヨーク７は、外形が矩形状に形成された平板状の金属部材である。その略中央部には略円形状の光通過口7aが設けられている。この光通過口7aの内径は、左右の永久磁石３、３に挟まれた光アイソレータ素子２の一辺の長さよりも若干小さくなっている。更に光通過口7aの中心が、各光アイソレータ素子２の中心軸と略同一軸上となるように磁気ヨーク７が配置されている。

又、磁気ヨーク７自身は純鉄（高純度の鉄）等の飽和磁化（透磁率）の高い材料から形成されており、図２に示すように永久磁石３、３の手前側端面から放射状に分散される磁力線（図中、二点鎖線）を光通過口7a側に引き付ける。図２は、磁気ヨーク７における磁力線収束原理を説明する図１の概略正面図である。光通過口7a側に磁力線が収束されると、中央部側の磁束密度が大きくなり、この状態で光通過口7aを介して磁力線が光アイソレータ素子２へと向かう。

よって、磁力線を集中させた状態でファラデー回転子５を飽和磁化することが可能となるので、ファラデー回転子５への印加磁気エネルギーが増加する。このようにして磁気効率の向上が図れるので、本発明に係る光アイソレータ１では、より小型の永久磁石を用いてもファラデー回転子５を磁気的に十分飽和することが出来るようになり、光アイソレータ１全体の小型化も可能となる。

次に、図３〜図７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３〜図７は本発明に係る光アイソレータ１の製造方法の工程を示す概略斜視図である。

まず図３に示すように、大型で平板状の偏光子基板4a、6a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4a、6a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6a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4a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4a、6a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４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個又は多数個の光アイソレータ素子積層体2bを切り出す。光アイソレータ素子積層体2bは、図１に示した光アイソレータ素子２のように切り出される前素材であり、その長手方向（図中、矢印Ｂ方向）の寸法は、図１の光アイソレータ素子２の矢印Ｂ方向の寸法の約４倍に設定されている。

次に、図５に示すように所望の大きさを有する直方体形状の永久磁石成形体3a、3aを複数用意する。永久磁石成形体3a、3aは、図１に示した永久磁石３、３のように切り出される前素材であり、その長手方向（図中、矢印Ｂ方向）の寸法は、図１の永久磁石３、３の矢印Ｂ方向の寸法の約４倍に設定されている。又、矢印Ａ方向の寸法は光アイソレータ素子積層体2bとほぼ同等とする。

更に、永久磁石成形体3a、3aの一側面に、接着剤や低融点ガラス、又は半田（不図示）等を塗布して、光アイソレータ素子積層体2bの積層面（図４のクロスハッチング面）に永久磁石成形体3a、3aを固定して一体化させる。なお、図５において永久磁石成形体3a、3aの上下端面3b、3cが磁極端面となっており、端面3bがＮ極、端面3cがＳ極というように同磁極どうしを揃えて平行に並べられる。

次に、図６に示すように上側から、略中央部に略円形状の光通過口7aが矢印Ｂ方向に等間隔で４つ並んで設けられている磁気ヨーク材7bが、永久磁石成形体3a、3aの磁極端面3b、3bの面上に半田材によって固定される。固定の際、光通過口7aの中心が偏光子基板4aの光透過面の略中央に来るように、磁気ヨーク材7bの位置決めを行う。磁気ヨーク材7bは、図１に示されている磁気ヨーク７のように切り出される前のものであり、その長手方向（図６の矢印Ｂ方向）の寸法は、図１の磁気ヨーク７の矢印Ｂ方向の寸法の約４倍に設定されている。

なお、磁気ヨーク材7bにおける矢印Ｃ方向の幅寸法は、図１に示した磁気ヨーク７の矢印Ｃ方向の幅寸法と等しく設定されている。

上記永久磁石成形体3a、3aへの磁気ヨーク材7bの固定において使用される半田材は、例えば、約273度で溶融可能な、「Au／Sn（金／スズ）」を含有する低温半田材が有効である。又、永久磁石成形体3a、3aの磁極端面3bには、前記半田材が溶着可能となるように所定の金属を予め成膜してメタライズしておく。

このようにして、永久磁石成形体3a、3aと光アイソレータ素子積層体2bと磁気ヨーク材7bとから構成される光アイソレータユニット９が形成される

その後、図７の一点鎖線で示すように、光アイソレータユニット９をダイシングソー、若しくはワイヤーソーで、図１の光アイソレータ１の矢印Ｂ方向における寸法と同一寸法で切断することにより、短時間で工数を削減して、一度に多数個の磁気ヨーク７付き光アイソレータ１を得ることが出来る。最後に、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。

上記製造方法では、光アイソレータ素子積層体2bと永久磁石成形体3a、3aと磁気ヨーク材7b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、同一の永久磁石成形体3a、3a、光アイソレータ素子積層体2b、及び磁気ヨーク材7bを切断することで多数個の光アイソレータ１を製造するので、各々の光アイソレータ１は同一部品で構成されることになる。従って、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、本発明はその技術的思想に基づいて種々変更可能であり、例えば永久磁石成形体3a、3aの磁極端面3c、3c面上にも磁気ヨーク材7bを固定させて、光アイソレータユニット９を形成し切断することで、永久磁石３、３の前後両面の磁極端面に２つの磁気ヨーク７を備えるようにしても良い。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。 磁気ヨークの磁力線収束原理を説明する図１の概略正面図。 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３の積層基板体を切断して光アイソレータ素子積層体を切り出す状態を示す斜視図。 光アイソレータ素子積層体の左右に永久磁石成形体を固定した状態を示す斜視図。 図５に磁気ヨーク材を固定する状態を示す斜視図。 図６の光アイソレータユニットを切断して図１の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。 磁気ヨークを備え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、６ 偏光子
５ ファラデー回転子
８ 固着層
９ 光アイソレータユニット

Claims (4)

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積層体の積層面に永久磁石成形体を固定し、更に、少なくとも永久磁石成形体のＮ極の磁極端面の面上に磁気ヨーク材を固定し、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して形成されることを特徴とする光アイソレータ。
2. 前記磁気ヨーク材を、前記永久磁石成形体のＳ極の磁極端面の面上にも固定した上で、前記磁気ヨーク材ごと前記光アイソレータ素子積層体及び前記永久磁石成形体を切断して形成されることを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。
3. 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積層体の積層面に永久磁石成形体を固定し、更に、少なくとも永久磁石成形体のＮ極の磁極端面の面上に磁気ヨーク材を固定し、磁気ヨーク材ごと光アイソレータ素子積層体及び永久磁石成形体を切断して光アイソレータを形成することを特徴とする光アイソレータの製造方法。
4. 前記磁気ヨーク材を、前記永久磁石成形体のＳ極の磁極端面の面上にも固定した上で、前記磁気ヨーク材ごと前記光アイソレータ素子積層体及び前記永久磁石成形体を切断して光アイソレータを形成することを特徴とする請求項３記載の光アイソレータの製造方法。

Images