JP4540155B2

JP4540155B2 - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP4540155B2
Application number: JP30676699A
Authority: JP
Inventors: 正樹道脇; 伸欣高木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001125043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる戻り光を除去するために用いられる光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光アイソレータ用素子において、レーザー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、光ファイバを透過する際、反射や散乱を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻るが、この戻り光を遮断するため、光アイソレータが用いられる。
【０００３】
図２（ａ）にこの種の光アイソレータの外観図、（ｂ）に側断面図を示す。この種の光アイソレータは、偏光子３と検光子４の間に平板状のファラデー回転子２を設置し、これら３つの部品をリング状の磁石５内にホルダ７を介して配置することによって構成されていた。ファラデー回転子２は飽和磁界強度において所定の波長をもつ光の偏光面を４５゜回転する厚みを持ち、偏光子３と検光子４はそれぞれの透過方向が４５゜回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。
【０００４】
このような構成の光アイソレータは、ファラデー回転子２と偏光子３と検光子４を部品別にホルダ７に固定する必要があり、このために部品点数が多く、また、製品ごと別個に回転調整作業が必要であり組立工数も多くかかる。また、光アイソレータを半導体レーザーモジュールに組み込む際には、レーザー光の損失を最小にするために、半導体レーザーからの出射光の偏波面と光アイソレータの偏光子３の偏波面を一致させる必要があるが、円筒形状であるため、光を通しながら回転調整する必要があり、光アイソレータの組み込み工数が多くかかっていた。
【０００５】
このため、図３に示すように、平板状の基板６上に、正方形のファラデー回転子２、偏光子３、検光子４、直方体の磁石５を設置することにより、偏波面の調整を行うこと無しに半導体レーザーモジュールに組み込める光アイソレータが提案されていた（特開平１０−２２７９９６号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す従来の光アイソレータでは、光学素子８（ファラデー回転子２、偏光子３および検光子４の総称）と直方体の磁石５が平板状の基板６に取りつけられているが、光学素子８の上部が磁石５に覆われず開放されている構造のため、上部からの他の磁界の影響を受けやすく、光学特性が安定しなかった。しかも平板状の基板６に光学素子８および磁石５の位置を決める構造が無いため、それぞれの位置が安定せず、光学特性が安定しないという課題があった。
【０００７】
又、偏光子３、検光子４が正方形であるため、偏波方向が外観から判断できないという問題も生じていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、平板状のファラデー回転子、偏光子、検光子の各光学素子を基板上に載置するとともに、上記ファラデー回転子を覆うようにアーチ状の磁石を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記基板は、前記ファラデー回転子、前記偏光子、および前記検光子の配列方向厚みと同じ長さを有するとともに、前記基板の前記長さ方向の一端から他端にわたって凹部が設けられ、該凹部に前記ファラデー回転子、前記偏光子、前記検光子を固定したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記偏光子、ファラデー回転子、検光子を長方形状としたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、半円筒形の磁石を使用した本発明の光アイソレータの実施形態を示す斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【００１３】
光アイソレータ１は、平板状ファラデー回転子２、偏光子３、および検光子４を非磁性材からなる基板６上に載置し、これらを覆うように半円筒形状としたアーチ状の磁石５を設置した構造となっている。また、他の実施形態を図１（ｃ）（ｄ）に示すように、磁石５として箱形アーチ状のものを用いることもできる。
【００１４】
本発明におけるアーチ状の磁石５とは、上記のような半円筒形状または箱型アーチ状など、ファラデー回転子２の三辺方向を覆うような形状のことを言う。そして、磁石５をアーチ状とし、基板６の材質を非磁性体とすることで、ファラデー回転子２の三辺方向が磁石５に、底面が非磁性体に覆われる構造になり、外部からの磁界の影響を受けず、さらに、半導体レーザーモジュールのパッケージに組み込まれる際に、磁界が外部に漏れず、安定した光学特性を持った光アイソレータ１が実現できる。
【００１５】
非磁性体の基板６の材質としては、非磁性合金、セラミック、ガラス基板などがあげられる。ただし、応力緩和の為に、基板６の材質と光学素子８の線膨張係数をできるだけ近づける必要がある。
【００１６】
また、光学素子８を基板６上に整列させて固定する際、基板６の凹部９に光学素子８を配列し、底面もしくは側面の片側もしくは両側にて接合材を用いて固定することが好ましい。凹部９を設けることにより、各光学素子８の配列において光軸のずれが無くなり、また、光軸の回転方向への各光学素子８のずれも無くなり、偏光子３と検光子４の偏波方向の角度差を正確に４５度に保ったまま固定することが可能となる。
【００１７】
なおファラデー回転子２の側面は全て磁石５で覆われる必要は無いが、磁気特性上、側面の一部でも磁石５で覆われることが望ましい。その理由としては、ファラデー回転子２の側面の一部にでも磁石５に覆われることにより、磁石５の磁力がファラデー回転子２の底面である基板６の凹部９に接触している部分にまで飽和磁界強度を与えることが出来るからである。
【００１８】
また、光の集光などを行う非球面レンズ、ロッドレンズなどを、本発明の光アイソレータ１と一体化することも応用例として可能であるが、その際、各レンズの光軸が光学素子８の光軸と一致するように、予め基板６の凹部９に段差を設けておけば、容易に光アイソレータと各レンズを一列状に配置でき、半導体レーザモジュールに組み立てる際のレンズと光アイソレータの光学的な位置調整の工程を削減できる。
【００１９】
光学素子８、磁石５と基板６との接合材としては、半田、低融点ガラスなどの無機材料、接着剤などの有機材料がある。
【００２０】
無機材料を使用する場合は、各光学素子８は個別に基板６に接合する。底面もしくは側面にて固定し、光路上に接合材が存在しないようにする。
【００２１】
接着剤を使用する場合は、各光学素子８は個別に基板６に接合するか、もしくは、予め接着剤にて接着一体化してチップ状にし、そのチップを基板６に接合するかのどちらかの手段で接合する。前者の場合は光路上に接着剤が存在しないが、後者の場合は光路上に接着剤が存在するため、接着剤と各光学素子８の屈折率の整合が必要となる。そのためには、接着剤には屈折率が約１．５のものを選定し、各光学素子の接着面には屈折率整合のための反射防止膜を付けるとよい。ただし、光学素子の屈折率が接着剤の屈折率と非常に近い場合は、反射防止膜を付ける必要は無い。
【００２２】
偏光子３と検光子４の偏波方向は、ファラデー回転子２を挟んで正確に４５度である必要がある。このため、偏光子３、検光子４はともに矩形であることが望ましいが、正方形であると、その偏波方向がどの辺を基準にしているか外観からは判別不可能となるため、長方形状であることが望ましい。偏光子３としては、長方形状に切り出す長辺をその偏波方向に平行もしくは垂直にしておくとよい。この偏光子３、検光子４を、同様に長方形状に切り出したファラデー回転子２を挟んで基板６の凹部９に固定することで、容易に光アイソレータの光学素子配置が実現できる。
【００２３】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００２４】
本発明の光アイソレータ１と、図３に示す従来の光アイソレータ１をそれぞれ１０個ずつ作製し、光学特性を測定した。
【００２５】
まず、本発明の光アイソレータ１については、偏光子３、検光子４にはコーニング社製の偏光ガラス（商品名ポーラコア１３１０ＨＣ）を用い、ファラデー回転子２には希土類鉄ガーネット単結晶を使用した。偏光子３は偏波方向を長方形の長辺方向に一致させて切り出し、検光子４は偏波方向を長方形の長辺方向と４５°の方向にして切り出した。各光学素子８は長方形とし、光学素子８の短辺の長さは１ｍｍ、長辺の長さは１．１ｍｍとした。光学素子８の加工はダイシングソーを用いて行った。各光学素子８の表面には、反射防止膜を施し、側面には、金の薄膜層を形成して、半田固着が可能であるようにした。
【００２６】
取り付け用の基板６には、縦２ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）を用い、この平板の上面に、幅１．１ｍｍ、深さ０．３ｍｍの矩形の溝をつけて凹部９とし、表面にニッケル、金をメッキし、半田固定が可能であるようにした。
【００２７】
また、磁石５としては、縦１．２ｍｍ×横３．８ｍｍ×厚さ２ｍｍのサマリウムコバルト磁石に幅１．１ｍｍ、深さ０．８ｍｍの矩形の凹部を付け、表面にニッケル、金をメッキし、半田固定が可能であるようにした。
【００２８】
これらの光学素子８を基板６上の凹部９にはめ込むようにして配列し、各光学素子８の両側面に金８０％、錫２０％を含む半田泊をのせ、さらにその上から、光学素子８の上にかぶせるように磁石５を基板６に乗せ、２９０℃に加熱し、光学素子８及び磁石５を取り付け基板６に固着した。なお、予め基板６に形成した矩形の凹部９の幅と、光学素子８の長辺の長さとを一致させ、凹部９の幅方向と光学素子８の長辺方向が一致するように光学素子８を配列した。その後、磁石５を２００００Ｇの磁界で着磁し、１０台の光アイソレータ１を作製した。
【００２９】
次に、図３に示す従来の光アイソレータ１についても、本発明の光アイソレータ１と同じ材質、同じ形状で、同じ処置を施した光学素子８を用いた。
【００３０】
取り付け用基板６は、縦２ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）平板を使用し、表面にニッケル、金をメッキし、半田固定が可能であるようにした。
【００３１】
磁石５としては、縦１．２ｍｍ×横１．２ｍｍ×厚さ２ｍｍの直方体形状のサマリウムコバルト磁石を二つ使用し、それぞれ表面にニッケル、金をメッキし、半田固定が可能であるようにした。
【００３２】
これらの部品を図３に示すように組み立て、金８０％、錫２０％を含む半田箔を用いて固定した。組み立て方法は、本発明の光アイソレータ１と同様であるが、取り付け用基板６が平板状であり、光学素子８と磁石５の位置決め用構造を持たないため、それぞれの部品の基板への取り付けの際は、仮押さえができるような固定用の冶具を使用した。
【００３３】
本発明の光アイソレータ１と従来の光アイソレータ１の光学特性を表１に示す。
【００３４】
この結果より、図３に示す従来の光アイソレータ１では、順方向損失、逆方向損失共に平均値が悪く、ばらつきも大きな値を示した。これは、取り付け用基板６が平板状であり、位置決め用の構造が無かったため、各光学素子８の整列および固定において、光軸に対して回転方向への微小なずれが起こったためである。
【００３５】
これに対して、本発明の光アイソレータ１は、順方向損失の平均値及び逆方向損失の平均値は共に安定した値を示しており、ばらつきも共に小さかった。
【００３６】
【表１】

【００３７】
次に、前記サンプルに、４０００Ｇの磁界を印加し、外部磁界に対する影響を確認した。本発明の光アイソレータ１と従来の光アイソレータ１の４０００Ｇ外部磁界を受けた状態での光学特性を表２に示す。
【００３８】
図３に示す従来の光アイソレータ１では、およそ２〜５ｄＢの逆方向損失の劣化が起こった。これは、光学素子８上部が磁石に覆われず開放されているため、上部からの磁界の影響を受けて、ファラデー回転子２に飽和磁界が加わらなくなったためである。
【００３９】
これに対し、本発明の光アイソレータ１は、順方向損失及び逆方向損失共に安定した値を示した。
【００４０】
【表２】

【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平板状のファラデー回転子、偏光子、検光子の各光学素子を基板上に載置するとともに、上記ファラデー回転子を覆うようにしてアーチ状の磁石を備えたことにより、基板の材質を非磁性体とすれば、ファラデー回転子の三辺方向が磁石に、底面が非磁性体に覆われる構造になり、外部からの磁界の影響を受けず、安定した光学特性をもった光アイソレータが実現できる。
【００４２】
また本発明によれば、基板に凹部を設け、該凹部にファラデー回転子、偏光子、検光子を固定することにより、光学素子の配列において光軸のずれがなくなり、また、光軸の回転方向への各光学素子のずれもなくなり、偏光子と検光子の偏波方向の角度差を正確に４５度に保ったまま固定することが可能となり、安定した光学特性をもった光アイソレータが実現できる。
【００４３】
さらに、本発明によれば、偏光子、ファラデー回転子、検光子を長方形状とし、偏光子、検光子の偏波面を長辺を基準として設定することで、外観から偏光子、検光子の偏波面が判別可能となり、容易に光アイソレータの組立を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光アイソレータの斜視図、（ｂ）は同じく縦断面図、（ｃ）は本発明の光アイソレータの他の実施形態を示す斜視図、（ｄ）は同じく縦断面図である。
【図２】（ａ）は従来の円筒型光アイソレータの斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】従来の平板型の光アイソレータの斜視図である。
【符号の説明】
１：光アイソレータ
２：ファラデー回転子
３：偏光子
４：検光子
５：永久磁石
６：基板
７：ホルダー
８：光学素子（ファラデー回転子２、偏光子３、検光子４の総称）
９：凹部

Claims

平板状のファラデー回転子、偏光子、検光子の各光学素子を基板上に載置するとともに、上記ファラデー回転子を覆うようにアーチ状の磁石を備えた光アイソレータであって、前記基板は、前記ファラデー回転子、前記偏光子、および前記検光子の配列方向厚みと同じ長さを有するとともに、前記基板の前記長さ方向の一端から他端にわたって凹部が設けられ、該凹部に前記ファラデー回転子、前記偏光子、前記検光子を固定したことを特徴とする光アイソレータ。
前記偏光子、ファラデー回転子、検光子を長方形状としたことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。