JP3678860B2

JP3678860B2 - Optical isolator

Info

Publication number: JP3678860B2
Application number: JP33529096A
Authority: JP
Inventors: 嘉幸塩野; 聡明渡辺; 雅行丹野; 俊彦流王
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2016-12-16
Also published as: JPH09230288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏光子、検光子に偏光ガラスを用い、ファラデー効果を利用した光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アイソレータは偏光子、検光子及びこれらの間に挟まれたファラデー回転子、永久磁石、およびこれらを内蔵するためのホルダで構成されている。具体的な構成はいくつか知られているが、特に、高消光比、小型化が要求される光アイソレータの場合には、高消光比、薄型化が可能な偏光ガラスが偏光子、検光子に使用される。偏光ガラスとしては例えばポーラコア（コーニング・グラス・ワークス社製商品名、以下同じ）が例示される。
一方図７に示すように、偏光子１、検光子７、ファラデー回転子８及び筒状磁石９を筒状ホルダ６内に固定する構成としては例えば実開平5-96830 号公報に記載されているようなホルダリング２を使用した位置調整が容易な構成が知られている。
上記ホルダリング２に偏光子１、検光子７、ファラデー回転子８を接合固定する方法としては有機高分子からなる接着剤を用いて接合固定する方法が知られている。
しかしながら、偏光子、検光子、ファラデー回転子を有機高分子からなる接着剤で接合固定した場合、接着剤の熱膨張係数が大きいため環境の温度変化により、設定された傾斜角度からの大きなずれが生じる。この現象により最適に調整された光軸が環境の温度変化によりずれるという問題点があった。さらに、接着剤から揮発する有機物により光源のレーザが劣化し、レーザの長期信頼性を著しく低下させていた。
【０００３】
光アイソレータの長期信頼性の低下を招くことなくホルダリングに偏光子、検光子、ファラデー回転子を接合固定する方法として半田、低融点ガラスを用いて接合固定する方法が知られている。特に最近では環境に対する安全性から鉛の入っていないAu系半田が用いられる。
半田を使用して偏光子、検光子、ファラデー回転子をホルダリングに接合固定する場合に極めて重要なことは偏光子、検光子、ファラデー回転子とホルダリングの熱膨張係数をなるべく近づけることである。偏光子、検光子、ファラデー回転子とホルダリングの熱膨張係数差が大きい場合、熱応力により偏光子、検光子、ファラデー回転子にクラックが生じ、光アイソレータの性能を全く引き出すことができない。この現象は、特に偏光子、検光子に使用された偏光ガラスとホルダリングの接合固定において顕著に発生する。
【０００４】
クラックを生じる問題を解決する方法として下記の方法が知られている。
ａ．光学素子とホルダとの間に所定の熱膨張係数を持つスペーサを使用する。スペーサ材質としてはセラミックスが適しており、その形状は円形リング状又はそれにスリット又は切断部を設けた形状、光学素子の半田付け用メタライズと同等形状、正方形の形状の中央部分を円形にくり抜いた形状、及びそれらを切り離した形状（特開平5-11215号公報参照）とする。
ｂ．ホルダにスリット部を設ける（実開平6-4735号公報参照）。
ｃ．ホルダに偏光ガラスと熱膨張係数が近いFe−32Ni、Fe−42Ni合金を使用する（特開平6-167675号公報参照）。
しかしながら、上記ａ〜ｃの方法により本発明者らが偏光子、検光子とホルダリングとの半田による接合固定を行った結果、クラックは発生しなかったものの、接合固定後の偏光子、検光子において十分な消光比を得ることができず、その結果、これらを用いた光アイソレータにおいても高消光比を得ることができないという問題が生じた。
この原因は上記クラックが発生する原因と同様、偏光子、検光子とホルダリングとの熱膨張係数差により発生する熱応力によるものである。すなわち、上記ａ〜ｃの方法により偏光子、検光子への熱応力は低減し、クラックは発生しないものの、まだ十分に応力歪みが緩和されず、光アイソレータとしての十分な消光比を引き出すことができなかったためである。
【０００５】
応力歪みを低減し、偏光子、検光子の高消光比を達成するための方法として下記の方法が知られている。
ｄ．光学素子側面にメタライズを施し、光学素子側面とホルダとを固定する（特開平6-34861 号公報参照）。
ｅ．光学素子の光線透過部分を除く外周部へ同心円上にメタライズパターンを配列する。メタライズパターンは少なくとも４個、総面積は光学素子の光入射面面積の５〜25％、同間隔に配列、円形である（特開平6-67119号公報参照）。
しかしながら、上記ｄ、ｅの方法により本発明者らが偏光子、検光子とホルダリングとの半田による接合固定を行った結果、図６に示すような消光比の面内分布が発生し、消光比は接合部分に近づくほど小さくなった。この結果は、光アイソレータは一定サイズ以上の小型化ができないと同時に安価に供給できないということを意味する。この理由を以下に説明する。
ｄ、ｅの方法により接合固定した偏光子、検光子を使用し、高消光比の光アイソレータを得る方法としては、光透過部分よりも十分に面積の大きい偏光子、検光子を使用するという方法がある。すなわち、接合固定部分から十分離れた、消光比の大きい部分のみを使用して光アイソレータとしての特性を得るという方法である。しかしながら、この方法では一定サイズ以上の小型化ができないという問題が生じる。一方、偏光ガラスのポーラコア（前出）は非常に高価であることから、安価な光アイソレータを供給するためには偏光子、検光子の面積は少しでも小さくする必要がある。従って、高消光比と同時に小型化及び安価な光アイソレータを得ることは従来の技術では不可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ａ〜ｃの方法のホルダリングの材質、形状を規定するのみではクラックは発生しないものの、光アイソレータとしての十分な消光比を得ることは困難であった。
また、上記ａ〜ｅの方法を単独、あるいは併用することにより部分的には光アイソレータとしての十分な消光比を得ることができるものの、消光比の面内分布が大きいため小型で安価な光アイソレータを供給することは困難であった。また、応力歪みを低減する方法として接合固定面積を小さくすることが考えられるが、特開平6-67119号公報に記載されているように、一定以上の接合強度を得るために、一定以上の接合固定面積を確保する必要がある。
すなわち、ａ〜ｅの方法では高消光比、高接合強度、小型化、安価という条件を同時に満足できる光アイソレータを提供することは困難であった。
本発明の課題は半田により偏光子、検光子とホルダリングとが接合固定されており、光学面の面積に関わらず高消光比で消光比の面内分布が極めて小さく、大きな接合強度を有する光アイソレータを得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光子、検光子、ファラデー回転子、永久磁石、これらを内蔵するためのホルダ、および位置調整のためのホルダリングから成る光アイソレータにおいて、偏光子、検光子の側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面にメタライズし、メタライズされた部分を介して、偏光子、検光子とホルダリングとが半田により接合固定されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するため本発明は、偏光子、検光子の側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面にメタライズし、メタライズされた部分を介して偏光子、検光子とホルダリングとを半田により接合固定するものである。
偏光子、検光子に偏光ガラス例えばポーラコア（前出）を使用する場合、偏光ガラスの偏光性は一般に薄い表面層に限られており、従ってその部分に応力歪みが集中しなければ消光比の劣化は起きないことを本発明者らは突きとめた。
すなわち、本発明ではメタライズの範囲を上下面からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く側面としたが、これは偏光ガラスの偏光性のある表面層に影響を与える範囲が表面から厚さ100±20μm 以内の範囲であることによるもので、したがって、この偏光性のある表面層の厚さの部分にメタライズがほどこされていないことが最も重要な点である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明により、高消光比でかつ消光比の面内分布を極めて小さくできるので、小型で安価な光アイソレータを提供することができる。
図１は偏光子１または検光子７を示し、直方体６面の内、側面11の４面がメタライズの対象で、側面11において、上下の表面５からそれぞれ上下100±20μm（図１では0.1mm ）以内の範囲を除く符号４で示す領域がメタライズ部分である。
偏光子、検光子としては偏光ガラスを用いることが好ましく、偏光ガラスは公知のもので良く、表面に偏光性を有するものであれば良い。例えば市販のポーラコア（前出）が例示される。厚さは0.3mm （ 300 μ m ）以上、好ましくは0.3 〜0.6mm が良い。
また、メタライズ部分４の総面積は、下限が偏光子１、検光子７の側面11の２面に対して、上下の表面５からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く面の２／３の面積であり、上限が側面11の４面に対して、上下の表面５からそれぞれ100±20μm 以内の範囲を除く面の面積であることが必要で、メタライズ部分の面積が面の２／３未満であると十分な接合強度を得ることができず高信頼性を達成できないという問題がある。
更に、メタライズ部分４は、側面11の２面以上に形成すれば良く、例えば対向する２側面、もしくは４側面全てに形成しても良い。
具体的に図１の場合、メタライズ部分４の総面積の下限は、メタライズ部分が側面11の２面において、上記範囲を除く面の２／３の面積の場合で0.56mm²であり、上限は、メタライズ部分４が側面11の４面において、上記範囲を除く面のすべての面積の場合で1.68mm² となる。
メタライズ部分４の総面積が上記の範囲であれば衝撃試験での分解がなく、メタライズ面積の大小は中心の消光比及び面内での最低消光比に依存せず、中心の消光比及び面内での最低消光比を極めて良好にさせることが出来る。なおメタライズ方法は公知の方法でよく、例えばCr／Pt／Au積層構造体を、厚さ0.5〜５μm に真空蒸着法、スパッタリング法、CVD 法等の方法で行えばよい。
【００１０】
図２に偏光子１又は検光子７とホルダリング７の、半田３による接合固定の一例を示す。
本発明に用いる半田については特に限定はされないが、これをAu・Sn合金、Au・Ge合金よりなるものとすれば、クラックの発生もなく、中心の消光比及び面内の最低消光比も極めて良好であり、衝撃試験による分解もなく良好な結果が得られ、また環境に対する鉛汚染をなくすことができ、かつ良好な光アイソレータの特性を引き出すことができるので好ましい。
ホルダリングの材質にはコバール合金又はFe・Ni合金を使用することが好ましく、その理由はこれらの熱膨張率が偏光ガラスの熱膨張率と近いので接合固定後のクラックの発生をなくすことによるものである。
コバール合金としてはNi重量29％・Co重量17％・残部Feの合金が例示される。Fe・Ni合金としてはFe68重量％・Ni32重量％の組成のFe−32Ni合金、又はFe58重量％・Ni42重量％の組成のFe−42Ni合金が例示される。
熱膨張係数は偏光ガラスの 6.5×10^-6／Ｋに対して、コバール合金は 4.7×10^-6／Ｋ、Fe−32Ni合金は6.5×10^-6／Ｋ、Fe−42Ni合金は 6.5×10^-6／Ｋの値を示し、これらの合金は偏光ガラスに近い値を示すが、SUS340の場合は20×10^-6／Ｋと大きい値を示す。
【００１１】
図４に、本発明の光アイソレータの消光比面内分布を示すが、半田接合部分に近いところにおいても中心と同等かつ大きい消光比が得られる。この結果、偏光子、検光子の小型化が可能であることを示している。すなわち、光アイソレータの小型化が可能であることを示している。また従来は不可能であった高消光比、小型化、安価の条件を同時に満足する光アイソレータを製造できることがわかる。
【００１２】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。
実施例１
偏光子、検光子に下記の通り、厚さ３μm にCr／Pt／Au積層構造体を、真空蒸着法でメタライズした。
図１に偏光子１及び検光子７に施したメタライズ部分４を示す。偏光子１、検光子７には偏光ガラスのポーラコア（前出）を用いた。偏光子１、検光子７は1.4mm×1.4mm ×厚さ0.5mm の寸法に加工してあり、メタライズ部分４は側面11の上下からそれぞれ0.10mmを除いた残る側面の面積部分1.4mm×0.3mmとし、メタライズする面を図１に示すように、対面する二つの側面４としたところメタライズ総面積は0.84mm² であった。
図２に半田による接合固定を行った偏光子１、検光子７とホルダリング２の構成を示す。偏光子１、検光子７には偏光ガラスのポーラコア（前出）、ホルダリング２にはコバール合金、半田３にはAu・Sn合金を用い、電気炉内にて300℃で加熱して半田付けを行った。
得られた光アイソレータについて、クラックの有無、中心の消光比、面内での最低消光比、衝撃試験での分解の有無を測定した。その結果を表１に示す。
なおクラックは光学顕微鏡により確認した。
また面内での最低消光比は図３に示す測定位置において最も小さい消光比の値である。
衝撃試験は2,000G、0.3msec の条件で行った。
【００１３】
実施例２
ホルダリングの材質をFe−32Niとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１４】
実施例３
ホルダリングの材質をFe−42Niとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１５】
実施例４
偏光子、検光子のメタライズ部分を、図１において、側面11の上下からそれぞれ0.15mmを除いた残る側面の面積部分1.4mm×0.2mm とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は0.56mm² であった。結果を表１に示す。
【００１６】
実施例５
偏光子、検光子のメタライズ部分を、４側面に施した以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は1.68mm² であった。結果を表１に示す。
【００１７】
実施例６
半田にAu・Ge合金を用いて、 380℃で加熱半田付けをした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１８】
比較例１
偏光子、検光子のメタライズ部分４を図５のように表面の四隅に施した以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００１９】
比較例２
偏光子、検光子のメタライズ部分を側面全面の 1.4mm×0.5mm とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００２０】
比較例３
ホルダリングの材質をSUS304とした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。結果を表１に示す。
【００２１】
比較例４
偏光子、検光子のメタライズ部分を側面の上下それぞれ0.20mmの範囲を除いた側面部分 1.4mm×0.10mmとした以外は実施例１と同様に行い接合固定した。メタライズ総面積は0.28mm²であった。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１の結果より、
実施例１、比較例１、２から偏光ガラスの表面から 100±20μm 以内の範囲を除く側面にメタライズし、メタライズされた部分を介して半田により接合固定することにより中心の消光比及び面内での最低消光比が極めて良好であることを示している。
【００２４】
図４に、実施例１での消光比面内分布を示す。半田接合部分に近いところにおいても中心と同等かつ大きい消光比が得られる。この結果は偏光子、検光子の小型化が可能であることを示している。すなわち、光アイソレータの小型化が可能であることを示している。
【００２５】
実施例１、６から半田の材質がAu・Sn合金、Au・Ge合金の場合にはクラックの発生はなく、中心の消光比及び面内の最低消光比も極めて良好であり、衝撃試験による分解もなく良好な結果が得られることを示している。
【００２６】
実施例１、２、３及び比較例３からホルダリング材質が偏光ガラスの熱膨張係数に近い場合（偏光ガラスは 6.5×10^-6／Ｋ、コバールは4.7×10^-6／Ｋ、Fe−32Niは 6.5×10^-6／Ｋ、Fe−42Niは 6.5×10^-6／Ｋ、SUS340は20×10^-6／Ｋ）にはクラック発生防止に効果が著しいことを示している。
【００２７】
実施例１、４及び比較例４からメタライズ総面積が0.56mm² 以上であれば衝撃試験での分解がないことが分かる。また、面積の大小は中心の消光比及び面内での最低消光比に依存しないことを示しており、偏光ガラスの側面において、上下面からそれぞれ100±20μm以内の範囲を除く面積部分にメタライズし、メタライズされた部分を介して半田により接合固定することが中心の消光比及び面内での最低消光比を極めて良好にさせることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来は不可能であった高消光比、小型化、安価の条件を同時に満足する光アイソレータを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタライズ部分の説明図。
【図２】半田による接合固定を行った偏光子又は検光子とホルダリングの構成図。
【図３】消光比測定位置の説明図。
【図４】本発明の光アイソレータの消光比面内分布を示す図。
【図５】比較例１におけるメタライズ部分の説明図。
【図６】従来の光アイソレータの消光比面内分布の一例を示す図。
【図７】光アイソレータの構成図。
【符号の説明】
１...偏光子
２...ホルダリング
３...半田
４...メタライズ部分
５...表面
６...ホルダ
７...検光子
８...ファラデー回転子
９...磁石
10...遮光板
11...側面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical isolator using a Faraday effect using a polarizing glass for a polarizer and an analyzer.
[0002]
[Prior art]
The optical isolator includes a polarizer, an analyzer, a Faraday rotator sandwiched between them, a permanent magnet, and a holder for incorporating them. Several specific configurations are known. Particularly in the case of an optical isolator that requires a high extinction ratio and downsizing, a polarizing glass capable of high extinction ratio and thinning is used as a polarizer and an analyzer. used. Examples of the polarizing glass include polar cores (trade names manufactured by Corning Glass Works, the same applies hereinafter).
On the other hand, as shown in FIG. 7, a configuration for fixing the polarizer 1, the analyzer 7, the Faraday rotator 8 and the cylindrical magnet 9 in the cylindrical holder 6 is described in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-96830 . There is known a configuration in which position adjustment using such a holder ring 2 is easy.
As a method for bonding and fixing the polarizer 1, the analyzer 7, and the Faraday rotator 8 to the holder ring 2, a method of bonding and fixing using an adhesive made of an organic polymer is known.
However, when the polarizer, analyzer, and Faraday rotator are joined and fixed with an adhesive made of an organic polymer, the adhesive has a large coefficient of thermal expansion, so there is a large deviation from the set inclination angle due to the temperature change of the environment. Arise. Due to this phenomenon, there has been a problem that the optical axis optimally adjusted is shifted due to the temperature change of the environment. Furthermore, the laser of the light source deteriorates due to the organic substances that volatilize from the adhesive, and the long-term reliability of the laser is significantly reduced.
[0003]
As a method for bonding and fixing a polarizer, an analyzer, and a Faraday rotator to a holder ring without causing a decrease in long-term reliability of the optical isolator, a method of bonding and fixing using solder and low-melting glass is known. Particularly recently, Au-based solder containing no lead is used for environmental safety.
When soldering the polarizer, analyzer, and Faraday rotator to the holder ring, it is extremely important to make the thermal expansion coefficients of the polarizer, analyzer, Faraday rotator and holder ring as close as possible. . When the difference in the coefficient of thermal expansion between the polarizer, analyzer, Faraday rotator and holder ring is large, cracks occur in the polarizer, analyzer, and Faraday rotator due to thermal stress, and the performance of the optical isolator cannot be extracted at all. This phenomenon remarkably occurs particularly when the polarizing glass and the holder ring used for the polarizer and analyzer are bonded and fixed.
[0004]
The following methods are known as methods for solving the problem of causing cracks.
a. A spacer having a predetermined thermal expansion coefficient is used between the optical element and the holder. Ceramics are suitable as the spacer material, and the shape is a circular ring or a shape provided with slits or cutting parts, a shape equivalent to a metallization for soldering optical elements, and a shape in which a central portion of a square shape is cut into a circle. And a shape obtained by separating them (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-11215).
b. A slit is provided in the holder (see Japanese Utility Model Publication No. 6-4735).
c. An Fe-32Ni or Fe-42Ni alloy having a thermal expansion coefficient close to that of the polarizing glass is used for the holder (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-167675).
However, as a result of the inventors fixing the polarizer and the analyzer and the holder ring by soldering by the methods a to c as described above, no crack was generated, but the polarizer and analyzer after the bonding and fixing were performed. As a result, there was a problem that a high extinction ratio could not be obtained even in an optical isolator using these.
This cause is due to the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the polarizer, the analyzer and the holder ring, as well as the cause of the crack. That is, although the thermal stresses on the polarizer and analyzer are reduced by the methods a to c described above and cracks are not generated, the stress distortion is not sufficiently relaxed, and a sufficient extinction ratio as an optical isolator can be obtained. It was because it was not possible.
[0005]
The following methods are known as methods for reducing stress strain and achieving a high extinction ratio of a polarizer and an analyzer.
d. Metallization is applied to the side surface of the optical element, and the side surface of the optical element and the holder are fixed (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-34861).
e. A metallized pattern is arranged concentrically on the outer periphery excluding the light transmitting portion of the optical element. There are at least four metallized patterns, and the total area is 5 to 25% of the light incident surface area of the optical element, arranged at the same interval, and circular (see JP-A-6-67119).
However, as a result of the inventors fixing the polarizer, the analyzer and the holder ring by soldering by the above methods d and e , the in-plane distribution of the extinction ratio as shown in FIG. The ratio became smaller as it approached the joint. This result means that the optical isolator cannot be reduced in size beyond a certain size and cannot be supplied at a low cost. The reason for this will be described below.
As a method of obtaining an optical isolator having a high extinction ratio by using a polarizer and an analyzer bonded and fixed by the methods d and e, a method of using a polarizer and an analyzer having a sufficiently larger area than the light transmitting portion is used. There is. That is, it is a method of obtaining characteristics as an optical isolator by using only a portion having a large extinction ratio that is sufficiently away from the junction fixing portion. However, this method has a problem that the size cannot be reduced beyond a certain size. On the other hand, since the polar core of the polarizing glass (described above) is very expensive, the areas of the polarizer and the analyzer need to be made as small as possible in order to supply an inexpensive optical isolator. Therefore, it has been impossible with the prior art to obtain a compact and inexpensive optical isolator simultaneously with a high extinction ratio.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Although cracking does not occur only by defining the material and shape of the holder ring in the methods a to c , it is difficult to obtain a sufficient extinction ratio as an optical isolator.
Moreover, although a sufficient extinction ratio as an optical isolator can be partially obtained by using the above methods a to e alone or in combination, a small and inexpensive optical isolator because the in-plane distribution of the extinction ratio is large. It was difficult to supply. In addition, as a method for reducing stress strain, it is conceivable to reduce the bonding fixed area. However, as described in JP-A-6-67119, in order to obtain a certain level of bonding strength, a certain level of bonding is required. It is necessary to secure a fixed area.
That is, it has been difficult to provide an optical isolator that can simultaneously satisfy the conditions of high extinction ratio, high bonding strength, downsizing, and low cost by the methods a to e .
The problem of the present invention is that the polarizer, the analyzer and the holder ring are bonded and fixed by solder, and the in-plane distribution of the extinction ratio is extremely small with a high extinction ratio regardless of the area of the optical surface, and light having a large bonding strength. It is to obtain an isolator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, a polarizer, an analyzer, a Faraday rotator, a permanent magnet, the optical isolator comprising a holder ring for these holders to built, and position adjustment, the polarizer in a side of the analyzer, the upper and lower surfaces Are each metallized on a surface excluding a range within 100 ± 20 μm, and a polarizer, an analyzer and a holder ring are joined and fixed by solder through the metallized portion.
[0008]
That is , in order to solve the above-mentioned problems, the present invention metalizes the side surfaces of the polarizer and the analyzer to surfaces other than the range within 100 ± 20 μm from the upper and lower surfaces, and the polarizer and the analyzer through the metallized portions. And the holder ring are joined and fixed by soldering.
When a polarizing glass such as a polar core (described above) is used for the polarizer and the analyzer, the polarizing property of the polarizing glass is generally limited to a thin surface layer. Therefore, the extinction ratio is deteriorated unless stress strain is concentrated on that portion. The present inventors have found that no problem occurs.
That is , in the present invention, the metallized range is the side surface except the range within 100 ± 20 μm from the top and bottom surfaces , but this is the range that affects the polarizing surface layer of the polarizing glass with a thickness of 100 ± 20 μm from the surface. Therefore, the most important point is that no metallization is applied to the thickness portion of the polarizing surface layer.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention, since the high extinction ratio and the in-plane distribution of the extinction ratio can be extremely small, a small and inexpensive optical isolator can be provided.
FIG. 1 shows a polarizer 1 or an analyzer 7. Of the six rectangular parallelepiped surfaces, four surfaces 11 are metallized objects, and the side surface 11 is vertically 100 ± 20 μm from the upper and lower surfaces 5 (0.1 mm in FIG. 1). The area indicated by reference numeral 4 excluding the range within () is the metallized portion.
As the polarizer and analyzer, it is preferable to use a polarizing glass. The polarizing glass may be a known one and may have any polarizing property on the surface. For example, a commercially available polar core (supra) is illustrated. Thickness 0.3mm (300 μ m) or more, preferably 0.3 ~0.6mm.
The total area of the

metallized part

4, 2/3 the area of the surface except for the two sides, the range within each 100 ± 20 [mu] m from the top and bottom surface 5 of the side surface 11 of the

lower polarizer

1, analyzer 7 , and the upper limit for the four sides of the side surfaces 11, requires that the top and bottom surfaces 5 is the area of the surface except for the range within 100 ± 20 [mu] m, respectively, the area of the metallized part is less than 2/3 of the surface In some cases, sufficient bonding strength cannot be obtained and high reliability cannot be achieved.
Furthermore, the metallized portion 4 may be formed on two or more of the side surfaces 11, for example, may be formed on two opposing side surfaces or on all four side surfaces.
Specifically, in the case of FIG. 1, the lower limit of the total area of the metallized portion 4 is 0.56 mm ² when the metallized portion has two sides of the side surface 11 and is 2/3 of the surface excluding the above range, and the upper limit is The metallized portion 4 is 1.68 mm ^{2 in} the case of the entire area of the four surfaces of the side surface 11 excluding the above range.
If the total area of the metallized portion 4 is in the above range, there is no decomposition in the impact test, and the size of the metallized area does not depend on the central extinction ratio and the minimum extinction ratio in the plane, and the central extinction ratio and in-plane The minimum extinction ratio can be made very good. The metallization method may be a known method. For example, a Cr / Pt / Au laminated structure may be formed by a method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD method to a thickness of 0.5 to 5 μm.
[0010]
FIG. 2 shows an example of bonding and fixing of the polarizer 1 or the analyzer 7 and the holder ring 7 with the solder 3.
The solder used in the present invention is not particularly limited, but if it is made of an Au / Sn alloy or an Au / Ge alloy, there is no generation of cracks, and the central extinction ratio and in-plane minimum extinction ratio are extremely high. It is preferable because good results can be obtained without being decomposed by an impact test, lead contamination to the environment can be eliminated, and good optical isolator characteristics can be obtained.
It is preferable to use Kovar alloy or Fe / Ni alloy for the material of the holder ring, because the coefficient of thermal expansion is close to the coefficient of thermal expansion of the polarizing glass, thereby eliminating the occurrence of cracks after bonding and fixing. It is.
An example of the Kovar alloy is an alloy of 29% Ni, 17% Co, and the balance Fe. Examples of the Fe / Ni alloy include an Fe-32Ni alloy having a composition of Fe 68 wt% and Ni 32 wt%, or an Fe-42Ni alloy having a composition of Fe 58 wt% and Ni 42 wt%.
Thermal expansion coefficient with respect to 6.5 × 10 ^-6 / K in the polarizing glass, Kovar alloy ^{4.7 × 10 -6 / K, Fe} -32Ni alloy is ^{6.5 × 10 -6 / K, Fe} -42Ni alloy is 6.5 × 10 ^-6 / K, and these alloys show values close to those of polarizing glass, but SUS340 shows a large value of 20 × 10 ^-6 / K.
[0011]
FIG. 4 shows an in-plane distribution of the extinction ratio of the optical isolator of the present invention, and an extinction ratio equivalent to and larger than the center can be obtained even near the solder joint. As a result, it is shown that the polarizer and the analyzer can be downsized. That is, the optical isolator can be reduced in size. It can also be seen that an optical isolator that satisfies the high extinction ratio, miniaturization, and low cost conditions, which was impossible in the past, can be manufactured.
[0012]
【Example】
Examples of the present invention will be described.
Example 1
As shown below, a Cr / Pt / Au laminated structure having a thickness of 3 μm was metallized by vacuum deposition on a polarizer and an analyzer.
FIG. 1 shows a metallized portion 4 applied to the polarizer 1 and the analyzer 7. Polarizer glass polar cores (described above) were used for the polarizer 1 and the analyzer 7. The polarizer 1 and the analyzer 7 are processed into dimensions of 1.4 mm × 1.4 mm × thickness 0.5 mm, and the metallized portion 4 is the remaining side surface area portion of 1.4 mm × 0.3 mm excluding 0.10 mm from the upper and lower sides of the side surface 11. As shown in FIG. 1, the metallized surface was set to two side surfaces 4 facing each other, and the total metalized area was 0.84 mm ² .
FIG. 2 shows a configuration of the polarizer 1, the analyzer 7, and the holder ring 2 that are bonded and fixed with solder. Polarizer glass polar core (above) is used for polarizer 1 and analyzer 7, Kovar alloy is used for holder ring 2, and Au / Sn alloy is used for solder 3. Solder by heating at 300 ° C. in an electric furnace. Went.
The obtained optical isolator was measured for the presence of cracks, the central extinction ratio, the in-plane minimum extinction ratio, and the presence or absence of decomposition in an impact test. The results are shown in Table 1.
The cracks were confirmed with an optical microscope.
The lowest extinction ratio in the plane is the smallest extinction ratio value at the measurement position shown in FIG.
The impact test was conducted under the conditions of 2,000 G and 0.3 msec.
[0013]
Example 2
It was joined and fixed in the same manner as in Example 1 except that the material of the holder ring was Fe-32Ni. The results are shown in Table 1.
[0014]
Example 3
It was joined and fixed in the same manner as in Example 1 except that the material of the holder ring was Fe-42Ni. The results are shown in Table 1.
[0015]
Example 4
The metallized portions of the polarizer and the analyzer were bonded and fixed in the same manner as in Example 1 except that the remaining side surface area portion of 1.4 mm × 0.2 mm excluding 0.15 mm from the top and bottom of the side surface 11 in FIG. The total metallized area was 0.56 mm ² . The results are shown in Table 1.
[0016]
Example 5
Bonding and fixing were performed in the same manner as in Example 1 except that the metallized portions of the polarizer and the analyzer were provided on the four side surfaces. The total metallized area was 1.68 mm ² . The results are shown in Table 1.
[0017]
Example 6
Bonding and fixing were performed in the same manner as in Example 1 except that Au / Ge alloy was used for soldering and heat soldering was performed at 380 ° C. The results are shown in Table 1.
[0018]
Comparative Example 1
Bonding and fixing were performed in the same manner as in Example 1 except that the metallized portions 4 of the polarizer and analyzer were applied to the four corners of the surface as shown in FIG. The results are shown in Table 1.
[0019]
Comparative Example 2
Bonding and fixing were performed in the same manner as in Example 1 except that the metallized portions of the polarizer and analyzer were 1.4 mm × 0.5 mm on the entire side surface. The results are shown in Table 1.
[0020]
Comparative Example 3
It was joined and fixed in the same manner as in Example 1 except that the material of the holder ring was SUS304. The results are shown in Table 1.
[0021]
Comparative Example 4
Bonding and fixing were performed in the same manner as in Example 1 except that the metallized portions of the polarizer and the analyzer were changed to a side portion of 1.4 mm × 0.10 mm excluding the range of 0.20 mm above and below the side surface. The total metallized area was 0.28 mm ² . The results are shown in Table 1.
[0022]
[Table 1]

[0023]
From the results in Table 1,
In Example 1, Comparative Examples 1 and 2, metallization is performed on the side surface excluding the range within 100 ± 20 μm from the surface of the polarizing glass, and by bonding and fixing with solder through the metallized portion, the extinction ratio at the center and in-plane It shows that the minimum extinction ratio is extremely good.
[0024]
FIG. 4 shows the extinction ratio in-plane distribution in Example 1. An extinction ratio equivalent to and larger than that of the center can be obtained even in the vicinity of the solder joint portion. This result shows that the polarizer and the analyzer can be miniaturized. That is, the optical isolator can be reduced in size.
[0025]
In Examples 1 and 6, when the solder material is an Au / Sn alloy or Au / Ge alloy, no crack is generated, the central extinction ratio and the in-plane minimum extinction ratio are extremely good, and the decomposition by the impact test is performed. It shows that good results can be obtained.
[0026]
When the holder ring material is close to the thermal expansion coefficient of the polarizing glass from Examples 1, 2, 3 and Comparative Example 3 (the polarizing glass is 6.5 × 10 ⁻⁶ / K, the kovar is 4.7 × 10 ⁻⁶ / K, Fe-32Ni Is 6.5 × 10 ⁻⁶ / K, Fe-42Ni is 6.5 × 10 ⁻⁶ / K, and SUS340 is 20 × 10 ⁻⁶ / K).
[0027]
From Examples 1 and 4 and Comparative Example 4, it can be seen that if the total area of metallization is 0.56 mm ² or more, there is no decomposition in the impact test. In addition, the size of the area does not depend on the extinction ratio at the center and the minimum extinction ratio in the plane, and the side surfaces of the polarizing glass are metallized into areas that are not within 100 ± 20 μm from the upper and lower surfaces. It is shown that bonding and fixing with solder through the metallized portion makes the extinction ratio at the center and the minimum extinction ratio in the plane very good.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to supply an optical isolator that simultaneously satisfies the conditions of high extinction ratio, miniaturization, and low cost, which were impossible in the past.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a metallized portion of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a polarizer or an analyzer and a holder ring that are bonded and fixed with solder.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an extinction ratio measurement position.
FIG. 4 is a diagram showing the in-plane ratio distribution of the optical isolator of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a metallized portion in Comparative Example 1.
FIG. 6 is a view showing an example of the extinction ratio in-plane distribution of a conventional optical isolator.
FIG. 7 is a configuration diagram of an optical isolator.
[Explanation of symbols]
1 ... Polarizer 2 ... Holder ring 3 ... Solder 4 ... Metallized part 5 ... Surface 6 ... Holder 7 ... Analyzer 8 ... Faraday rotator 9 ... magnet
10 ... Shading plate
11 ... Side

Claims

In an optical isolator comprising a polarizer, an analyzer, a Faraday rotator, a permanent magnet, a holder for incorporating them, and a holder ring for position adjustment, each side surface of the polarizer and analyzer is 100 ± An optical isolator characterized in that it is metallized on a surface excluding a range of 20 μm or less, and a polarizer, an analyzer, and a holder ring are joined and fixed by solder through a metallized portion.

The optical isolator according to claim 1, wherein the polarizer and the analyzer are made of polarizing glass having a thickness of 300 μm or more.

The optical isolator according to claim 1 or 2, wherein the solder is made of an Au.Sn alloy or an Au.Ge alloy.

The optical isolator according to claim 1, wherein the holder ring is made of a Kovar alloy.

The optical isolator according to claim 1, wherein the holder ring is made of an Fe / Ni alloy.

The lower limit of the total area of the metallized part is 2/3 of the surface excluding the range of 100 ± 20μm from the upper and lower surfaces of the two sides of the polarizer and analyzer, and the upper limit is the upper and lower surfaces of the four sides of the side the optical isolator according to claim 1 is the area of the surface except for the range within 100 ± 20 [mu] m from each.