JP3439279B2 - 光アイソレータの製造方法 - Google Patents

光アイソレータの製造方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に使
用されるファラデー効果を利用した光アイソレータの量
産性に優れた製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、半導体レーザを光源とした光通信
システムや、半導体レーザを使用した光応用機器が広範
に利用されてきており、さらにその用途および規模が拡
大している。 【0003】これら光通信システムや光応用機器の精度
や安定性を向上させるため、半導体レーザへの戻り光を
除去する目的に光アイソレータが使用されている。 【0004】この光アイソレータの構成は、偏光子、検
光子、およびファラデー回転子からなる光学素子と磁界
発生用の永久磁石、およびそれらを固定・保護するため
のホルダーからなっている。 【0005】従来、各光学素子とホルダーとの固定・接
着の方法として、有機接着剤が使用されてきたが、長期
に渡る接着力の安定性に乏しく、特に温・湿度等の環境
変化に対して特性が劣化していた。 【0006】このため、光通信用中継器等のように長期
間に渡る高度の信頼性を要求される光アイソレータは、
従来の有機接着剤による固定法に替り、金属融着法によ
って形成される光アイソレータが提案されている。 【0007】この金属融着法による接着固定は、ガス・
タービン・ブレード、マグネトロンやマイクロ波電子管
の真空窓、高出力高周波伝播送信管等の幅広い用途に応
用され、実用化されている技術であるが、光アイソレー
タにおいては各光学素子の、少なくとも光線透過部分を
除いた外周部に金属融着固定用のメタライズ処理層を形
成し、半田付けによりホルダーと光学素子とを接合する
ものである。 【0008】このメタライズ処理層の材料は被接着材料
により多少異なるが、一般的には下地層として密着力確
保のため、Cr、Ta、W、Ti、Mo、Ni、または
Ptのうちの1種類の金属、あるいは少なくとも1種類
を含む合金からなる層が形成され、最表層にはAu、N
i、Ptなどが使用される。さらに、下地層と最表層の
間に、中間層としてNi、Ptなどからなる層が形成さ
れることもある。 【0009】また、融着用金属としては、Au−Sn合
金、Pb−Sn合金、Au−Ge合金等の半田材や各種
ろう材が使用されるが、密着強度が大きく融着温度も比
較的低いAu−Sn合金半田が密着強度および作業性の
点で優れているため、金属融着固定用材料として望まし
い。 【0010】上記、メタライズ層の形成方法としては、
メッキ法によるウエットプロセスおよび真空蒸着法、ス
パッタリング法などのドライプロセスが知られている
が、光学素子の光学面または反射防止膜にキズの発生お
よびゴミの付着を防止するため、ドライプロセスが多用
されている。 【0011】ここで、図6、図7に従来の金属融着型光
アイソレータの製造方法を示す。先ず、図6(a)に示
すように、外部ホルダー12と金メッキ処理された端部
ホルダー10をレーザー溶接し、その中に永久磁石1
1、リング状の半田13、表裏の両面にメタライズ処理
された偏光子14、金メッキされた内部リング15、リ
ング状の半田13、片面をメタライズ処理されたファラ
デー回転子16の順に載せ、熱処理炉に入れ半田付けを
行う。これをA部品とする。 【0012】一方、図6(b)に示すように、片面をメ
タライズ処理された検光子17は、金メッキされた端部
ホルダー10との間にリング状の半田13を入れて熱処
理炉で半田付けを行う。これをB部品とする。 【0013】この後、図7(a)に示すように、上記の
半田付けされたA部品およびB部品は、所定の波長の光
線を検光子側(B部品)から入れ、偏光子側(A部品)
から出射される光のパワーが最低になるように検光子1
7を回転させ、はめ込んで固定した後、レーザー溶接機
によって両側の端部ホルダー10と外部ホルダー12を
固定し、図7(b)に示すように光アイソレータとして
完成する。 【0014】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法では量産性およびコストに重大な問題があっ
た。 【0015】すなわち、偏光子、検光子およびファラデ
ー回転子である各光学素子は、10mm角以上の大きさ
の光学材料に反射防止膜を形成した後に、1.6mm角
程度の、光学素子1個分のサイズに切断して作製され
る。この後、1個の光学素子は、図8に示すような支持
板18およびマスク押さえ21からなる冶具に固定され
る。この冶具により、1個の光学素子19はメタルマス
ク20により光透過部分をマスキングされ、真空蒸着法
またはスパッタリング法のドライプロセスによりメタラ
イズ膜が形成される。 【0016】このとき、1個分の光学素子に切断した後
の洗浄や、その後の固定冶具にセッティングするための
工程に非常に多くの手間がかかり、大量の光学素子をメ
タライズ処理することが困難であった。 【0017】さらに、先に述べたように、偏光子、ファ
ラデー回転子および端部ホルダーを半田接着したA部品
と、検光子と端部ホルダーを半田接着したB部品を一組
ずつ角度調整を行いながら固定するため、工数がかかり
コスト低減の障害になっていた。 【0018】また、光学素子を複数個切り出せる大きさ
の偏光子材料、ファラデー回転子材料および検光子材料
である各光学材料を直接半田接着する方法も検討され、
半田材料からなる薄膜を真空蒸着法によりメタライズ膜
上に形成する方法が実施された。しかし、光学素子全体
の面積に対して半田膜として必要な面積が小さいため、
半田材料の利用効率が非常に悪く、十分な接着状態を得
るためには半田膜として数μm以上の厚い膜が必要とな
り、コストが上昇してしまい実用的ではなかった。 【0019】本発明の技術的課題は、以上に述べた問題
点を解決して量産性に優れて、安価に製造できる高信頼
性光アイソレータの製造方法を供しようとするものであ
る。 【0020】 【課題を解決するための手段】金属融着型光アイソレー
タ用の光学素子として、光学素子が複数個切り出せる大
きさの偏光子材料、ファラデー回転子材料および検光子
材料である各光学材料の接着面の少なくとも片面に溝を
形成し、メタライズ膜を形成した後、その溝に半田を挿
入し、熱処理炉で光学材料同士を直接半田接着し、その
後に切断することにより個々の光学素子を形成するとい
う製法により、量産性の向上およびコストの低減を図る
ことができる。 【0021】 【作用】光学素子同士の半田接着において、充分な接着
強度を広い範囲にわたって得るためには、必要最低限の
半田が対向する光学素子に施されたメタライズ膜間に広
い範囲にわたって流れ込むことが必要となる。このた
め、図9は接着部分を断面で模式的に表した図である
が、図9(a)に示すように、各光学材料22の溝2に
置かれた半田材6は、熱処理炉において、加熱され液体
状になった後、図9(b)に示すように、符号7で示す
溶融した半田材はメタライズ膜5上を毛管現象により移
動し、半田接着に必要な量だけ入り込み、その後冷却す
ることにより半田接着が行われる。このとき、余分な半
田材は溝に残るため、光が通過する部分に入り込み入射
ロスを増大させることが起こらない。 【0022】ここで、図10(a)に示すように、接着
面の片側のみ溝を形成しても、図10(b)に示すよう
に、図9(b)と同様に溶融した半田がメタライズ膜間
のみに流れ込み、光が入射する部分には入り込まない。 【0023】さらに、検光子材料の偏光方向を偏光子材
料の偏光方向に対して45゜回転した方向とすることに
よって、光アイソレータを形成したとき最大の消光比が
得られるので、上記の方向に偏光子材料および検光子材
料に溝を形成することによって、従来行っていた検光子
側から入射し、偏光子側から出射する光のパワーを最低
になるよう検光子を回転させて調整するという工程を省
略することができる。 【0024】 【実施例】以下に実施例により詳細に説明する。 【0025】図1(a),(c)に示すように、偏光子
および検光子として使用する反射防止膜が両面に形成さ
れたルチル単結晶板1および4の片面に、格子状の溝2
を形成した。このとき、溝の方向は偏光子についてはル
チル単結晶のC軸に対して0゜および90゜の二方向と
し、検光子については45゜および135゜とした。さ
らに、ファラデー回転子として使用する反射防止膜が両
面に形成されたガーネット単結晶板の両面に格子状の溝
を形成した(図1(b))。 【0026】次に、図2に示すように、メタルマスクを
使用して上記の偏光子材料、検光子材料およびファラデ
ー回転子材料の両面にメタライズ膜5を形成した。この
ときの、メタライズ膜の形成法はRFマグネトロンスパ
ッタリング法とし、使用金属はTi/Ni/Auの3層
膜とした。 【0027】次に、図3(a)に示すように、偏光子材
料、ファラデー回転子材料および検光子材料の順に溝部
が揃うように重ね、溝部に棒状の半田材6を挿入し、熱
処理炉により溶融・固化して半田接着を行った[図3
(b)]。この時の半田材はAu−Sn(Au:50a
tm%;融点418℃)とした。 【0028】半田接着された偏光子材料、ファラデー回
転子材料および検光子材料を図4(a)に示すように図
中点線で示す切断位置8で溝部にそって切断し、光アイ
ソレータ1個分の光学素子の組合せたものを作製した
[図4(b)]。 【0029】その後、端部ホルダー10、永久磁石1
1、外部ホルダー12を光学素子に半田付けを行うこと
によって図5に示すような光アイソレータを作製した。
この時の半田材は光学材料の半田よりも融点の低いAu
−Sn(Au:80atm%;融点252℃)とした。 【0030】以上説明した工程により、光アイソレータ
の光学素子部分のメタライズおよび半田接着を大量に処
理でき、工程も大幅に省略できるため、コストの低減が
図れる。 【0031】なおここで、溝の断面形状について、本発
明の実施例を示す概略図では長方形としたが、半田材が
挿入でき、半田接着時の余分な半田材を保持できれば良
いため、三角形、台形等の多角形、または半円状、楕円
状であってもよい。 【0032】また、溝の構成について、本発明の実施例
では格子状としたが、図11に示すように一方向のみの
平行に並んだ溝でもよい。 【0033】さらに、反射防止膜の形成は、溝の形成の
前でも後でも同様の効果が得られるため、本発明の実施
例に制限されない。 【0034】また、本発明の実施例においては、偏光
子、ファラデー回転子、検光子の3枚の光学素子からな
る、いわゆる1段型光アイソレータについて述べたが、
1段型光アイソレータを2個接続し、6枚の光学素子か
らなるいわゆる2段型光アイソレータについても、さら
にその中間の構成の5枚の光学素子からなるいわゆる
1.5段型光アイソレータについても、各光学材料を同
様な方法で溝を形成した後、重ねて半田接着し切断すれ
ばよく、本発明の実施例に制限されない。 【0035】 【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、高信頼性光アイソレータを製造する際の量産性を向
上させ、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例を示す説明図である。図1
(a)は偏向子材料、図1(b)はファラデー回転子材
料、図1(c)は検光子材料の外観斜視図。 【図2】従来のメタライズした状態を示す説明図であ
る。 【図3】本発明の光学材料を組合せて半田接着する状況
を示す説明図で、図3(a)は溝に半田を挿入した状態
を示す断面図。図3(b)は半田が融けた状態を示す断
面図である。 【図4】本発明の個々の光学素子への切断状況を示す説
明図である。図4(a)は切断前、図4(b)は切断
後。 【図5】本発明のアイソレータの断面図である。 【図6】従来の組立方法の概略を示す説明図である。図
6(a)はA部品の組立、図6(b)はB部品の組立。 【図7】従来の組立方法を示す説明図である。図7
(a)は、B部品をA部品にはめ込む前、図7(b)
は、はめ込んで組み立てて一体とした状態を示す。 【図8】従来のメタライズ膜形成の状況を示す説明図で
ある。図8(a)は斜視図、図8(b)は断面図。 【図9】本発明の作用(溝両面の場合)を模式的に示す
説明図である。図9(a)は半田を溝に入れた状態、図
9(b)は半田が融けた状態。 【図10】本発明の作用(溝片面の場合)を示す説明図
である。図10(a)は半田を溝に入れた状態、図10
(b)は半田が融けた状態。 【図11】本発明の他の実施例を示す説明図である。 【符号の説明】 1 ルチル単結晶板(偏光子材料) 2 溝 3 ガーネット単結晶板(ファラデー回転子材料) 4 ルチル単結晶板(検光子材料) 5 メタライズ膜 6 半田材 7 溶融した半田材 8 切断位置 9 光アイソレータ1個分の光学素子 10 端部ホルダー 11 永久磁石 12 外部ホルダー 13 リング状半田 14 両面メタライズ処理された偏光子 15 内部リング 16 片面メタライズ処理されたファラデー回転子 17 片面メタライズ処理された検光子 18 支持板 19 光学素子 20 メタルマスク 21 マスク押さえ 22 半田接合される光学材料

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数の光学素子が取り出せる大きさの光
    学材料の少なくとも片面に溝を形成し、メタライズ膜を
    形成した後、前記溝に半田を挿入して、光学材料同士を
    半田接着し、その後切断して個々の光学素子を作製する
    ことを特徴とする光アイソレータの製造方法
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