JP5138848B2 - Optical device manufacturing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子が接着剤を使用することなしに接合された光学デバイス及び光学デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、波長分割多重）の多波長化により、光通信システムの高集積化が進んでいる。その結果、そこに使用される光学デバイスの小型化に対する要求も強くなってきている。光学デバイスの多くは、固定部材にファラデー回転子や偏光子等の光学素子を接合し、これらを組み合わせることにより構成されている。しかし、この方法では、固定部材が邪魔になり光学デバイスの小型化の妨げとなっている。そこで、固定部材を排除して、光学素子同士を接着する方法が検討されている。
【０００３】
光学デバイスの小型化には、光学素子の透光面同士を接合すると効果的である。このような光学素子同士の接合において最も簡単な方法は、有機接着剤を使用して接合を行うことである。しかしながら、有機接着剤は、アウトガスがレーザーダイオードに悪影響を及ぼす上に、高出力レーザーの照射や高温高湿雰囲気下の暴露に弱く、デバイスの信頼性に欠けるといった欠点を有する。
【０００４】
そこで、有機接着剤を使用することなく、光学素子同士を接合する方法が望まれ、種々検討されている。例えば、その一つとして、低融点ガラスや半田を無機接合材として使用して、光学素子同士を接合する方法がある。低融点ガラスとは、Ｂｉ２Ｏ３やＰｂＯ等の低融点材料を主成分とした接合用ガラスである。しかしながら、接合時にガラスの軟化点よりも高温に加熱する必要がある。そのため、低融点ガラスを用いて接合する場合、低融点ガラスの軟化の際に光学素子に施した反射防止膜と低融点ガラスが反応してしまい、反射防止機能が損なわれるといった問題がある。このため、透光面同士の接合に低融点ガラスを使用した光学デバイスの実用化は困難とされている。
【０００５】
一方、半田を使用する場合、透光性が全く無いため、透光面に直接配置することができない。従って、透光面の外枠に選択的メタライズを施し、メタライズ部のみに半田が介在するような接合方法が採られている。このような接合方法は、複雑なメタライズ工程を必要とし、歩留りの低下およびコスト上昇が避け難いといった問題を有する。
【０００６】
また、接合材を一切使用しないで光学素子同士を直接接合する方法（特開平７−２２０９２３号公報、特開２０００−５６２６５号公報参照）も試みられている。この方法は、光学素子の表面を親水化処理した後に親水化面同士を貼り合せるもので、半導体ではＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの製造工程で実用化されている。しかしながら、この方法を光学デバイスに適用する場合、次に述べるような問題点があり、実用化が困難な状況である。
【０００７】
この直接接合方法は、被接合物の形状および物性に大きく依存する。例えば、反りに関しては、曲率半径で数百ｍ以上あることが望ましい。また、被接合物の表面粗さは、Ｒａ＝０．３ｎｍ以下であることが望ましいと言われている。さらに、被接合物間の線膨張係数の差にも大きく影響される。
【０００８】
しかしながら、上記の制限を満足する光学素子は少ない。例えば、光学デバイスで一般的に使用される光学素子の一つである鉄系ガーネット等は、厚さ方向に応力分布を有するため大きな反りを伴うことが多い。また、偏光ガラスは、ガラスに銀粒子を分散させた構造であるため、表面粗さを制御することが困難である。そのため、このような光学素子同士を直接接合した場合、接合面には剥離が発生しやすく、接合面の密着性、耐久性は低いものであった。
【０００９】
さらに、これら光学素子の線膨張係数は、材料によって大きく異なる場合が多く、被接合物間の線膨張係数には大きな差が生じる。このような線膨張係数の異なる材料を直接接合した場合、異種材料間に熱応力が発生し、それが接合部に集中することによって光学歪が生じやすくなり、消光比等の光学特性を低下させるという問題があった。したがって、直接接合技術を光学デバイスヘ適用することは、非常に困難なものである。
【００１０】
以上のように、従来技術によって有機接着剤を使用することなく光学素子を接合し、高信頼性の光学デバイスを安価にかつ容易に製造することは、非常に困難な状況にある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、光学素子同士を接着剤を使用することなく接合し、小型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、磁性ガーネットの少なくとも一面が、透光性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することなしに接合されて成り、光がその接合面を透過することによって機能する光学デバイスにおいて、前記透光性光学材料の線膨張係数α２（／℃）が、前記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α３（／℃）の間の値をとるものであり、前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであり、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光学デバイスが提供される。
【００１３】
このように、透光性光学材料の線膨張係数α２が、磁性ガーネットの線膨張係数α１と偏光子の線膨張係数α３の間の値をとるものであり、透光性光学材料の厚さｔ２が、ｔ２≧０．０２ｍｍであり、かつ偏光子の厚さｔ３が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍである光学デバイスであれば、接合時の熱処理工程時に光学素子同士が剥離する事を防止できるため、十分な接合強度を得ることができる。また、磁性ガーネットと偏光子間で生じる熱応力を低減できるため、熱応力を起源とした光学歪による光学特性の劣化を抑制でき、さらに、有機接着剤を使用していないため、アウトガスの発生や雰囲気による接合面の劣化が生じない。したがって、実用レベルの光学特性を有し、小型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供することができる。
【００１４】
このとき、前記磁性ガーネットの透光性光学材料側に金属酸化膜が形成されていることが好ましく、前記金属酸化膜がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜であり、また単層または多層に積層されたものであることが好ましい。
【００１５】
このように、磁性ガーネットの透光性光学材料側に金属酸化膜が形成されていることによって、反射防止膜として作用し、また光学素子同士の接合をより強固にすることができる。また、該金属酸化膜がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜であり、単層または多層に積層されたものであることによって、反射防止膜としての効果に優れ、さらに接合力の向上が顕著であるため、高性能で高信頼性の光学デバイスとすることができる。
【００１６】
また、このとき、前記磁性ガーネットがビスマス置換鉄ガーネットであることが好ましく、さらに、前記偏光子が偏光ガラスであることが好ましい。
【００１７】
このように、磁性ガーネットがファラデー回転能に優れているビスマス置換鉄ガーネットであることによって、０．５ｍｍ程度の厚さで４５度のファラデー回転角が実現可能であり、光学デバイスの小型化に有効である。また、本発明の特徴の一つは、上述したように、偏光子の厚さを適切に設定して接合力及び光学特性の改善を図っているため、光学特性が厚さに依存することのない偏光子を用いることが好ましい。そのため、偏光子が光学特性への厚さの影響が少ない偏光ガラスであることによって、光学特性を低下させることなく偏光子の厚さを適切に設定することができる。この偏光ガラスとしては、一般的に使用されている硼珪酸ガラス等のガラス母材中に銀や銅などの金属を分散させたものを用いることができる。
【００１８】
また、前記光学デバイスが、前記磁性ガーネットの他方の面にも透光性光学材料を介して偏光子が接合された光アイソレータであることが好ましい。
【００１９】
光アイソレータは、光学デバイスの中で最も利用価値が高いものの一つであり、光通信における必須デバイスである。このように、本発明の光学デバイスが光アイソレータであることによって、近年要望の強い光アイソレータの小型化、有機接着剤のフリー化に応えた光学デバイスを提供することができる。
【００２０】
次に、本発明に係る光学デバイスの製造方法は、磁性ガーネットの少なくとも一面を透光性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することなしに接合して光学デバイスを製造する方法において、前記透光性光学材料に、その線膨張係数α２（／℃）が前記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α３（／℃）の間の値であり、また厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであるものを用い、かつ前記偏光子に、その厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであるものを用いて接合することを特徴とする。
【００２１】
このように、透光性光学材料に、その線膨張係数α２が磁性ガーネットの線膨張係数α１と偏光子の線膨張係数α３の間の値であり、また厚さｔ２が、ｔ２≧０．０２ｍｍであるものを用い、かつ偏光子に、その厚さｔ３が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであるものを用いて光学デバイスを製造することによって、光学素子同士を接着剤を使用することなく十分な接合強度で接合でき、また光学歪による光学特性の劣化を抑制できる。したがって、優れた光学特性を有する高信頼性の光学デバイスを安価に製造することができる。
【００２２】
このとき、前記磁性ガーネットと前記透光性光学材料、および前記透光性光学材料と前記偏光子との接合は、各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥工程を施した後、接合面を直接または水を介して貼り合わせ、その後熱処理を行うことによって接合することが好ましい。
【００２３】
このように、磁性ガーネットと前記透光性光学材料、および前記透光性光学材料と前記偏光子との接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥工程を施した後、これらを直接または水を介して貼り合わせ、その後熱処理を行うことによって、磁性ガーネットを構成する化学種と透光性光学材料を構成する化学種との相互作用、および透光性光学材料を構成する化学種と偏光子を構成する化学種との相互作用が有効に働き、十分な接合強度を得ることができる。それによって、接合面の剥離を防止することができる。
【００２４】
さらに、このとき、前記磁性ガーネットの透光性光学材料側に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと透光性光学材料を接合することが好ましい。
【００２５】
このように、磁性ガーネットの透光性光学材料側に金属酸化膜を形成した後に接合を行うことによって、光学素子同士の接合強度をさらに高めることができる。また、形成された金属酸化膜が光学デバイスにおいて反射防止膜としての機能を有することにより、信頼性が高く、高性能の光学デバイスを製造することができる。
【００２６】
さらに、前記磁性ガーネットに形成する金属酸化膜を、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜とし、該金属酸化膜を単層または多層に積層することが好ましい。
【００２７】
このように、金属酸化膜をＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜とし、単層または多層に積層することによって、金属酸化膜の反射防止膜としての機能をさらに高め、また光学素子同士の接合力も著しく高めることができる。
【００２８】
また、前記磁性ガーネットの両面に透光性光学材料を介して偏光子を接合して、光アイソレータを製造することが好ましい。
このように、光アイソレータを製造することによって、接着剤を用いることなく、十分な接合強度を有する小型の光アイソレータを製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明者等は、小型で信頼性の高い光学デバイスを提供するために、光学素子同士が接着剤を使用することなく十分な接合強度で透光面で接合され、また接合時に種々の光学素子の反射防止膜に与えられるダメージがなく、しかも、線膨張係数差を有する光学素子間の接合においても光学特性の低下が抑制された光学デバイスとして、磁性ガーネットが透光性光学材料を介して偏光子と接合された光学デバイスであって、透光性光学材料の線膨張係数が制御されており、透光性光学材料と偏光子の厚さが適切に選択された光学デバイスであれば極めて効果的であることを見出し、接合に関する諸条件を精査することによって本発明を完成させるに至った。
【００３０】
すなわち、磁性ガーネットの少なくとも一面が、透光性光学材料を介して偏光子と接着剤を使用することなしに接合されて成り、光がその接合面を透過することによって機能する光学デバイスにおいて、前記透光性光学材料の線膨張係数α２（／℃）が、前記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／℃）と前記偏光子の線膨張係数α３（／℃）の間の値をとるものであり、前記透光性光学材料の厚さｔ２（ｍｍ）が、ｔ２≧０．０２ｍｍであり、かつ前記偏光子の厚さｔ３（ｍｍ）が、０．０２ｍｍ≦ｔ３≦０．３ｍｍであることを特徴とする光学デバイスであれば、十分な接合強度と実用レベルの光学特性を有する小型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供することができる。
【００３１】
本発明の磁性ガーネットと透光性光学材料、および／または透光性光学材料と偏光子との接合における接合方法の一例を図１に示す。
先ず、磁性ガーネット、透光性光学材料及び偏光子の接合される表面（接合面）に十分な研磨加工（工程▲１▼）を施す。その後、各光学素子の接合面を十分に洗浄し（工程▲２▼）、親水化処理（工程▲３▼）を行う。その際、接合面の洗浄▲２▼には、通常の湿式洗浄が有効であるが、さらに短波長紫外線処理（ＵＶ処理）やプラズマ処理を併用するとより効果的である。また、親水化処理▲３▼には、半導体ＳＯＩウエーハプロセスで一般的に利用されているアンモニア過水（アンモニア水、過酸化水素水、純水の混合液）や硝酸、塩酸の希釈液もしくはこれら希釈液に過酸化水素水を添加した溶液が有効である。
【００３２】
次に、純水による洗浄を行い、親水化処理液を除去する。純水洗浄後は、ＩＰＡ蒸気乾燥法やスピンドライヤーで乾燥し、乾燥むらを防止することが望ましい（工程▲４▼）。
このようにして得られた前処理済みの光学素子の各接合面を直接接合しても良いが、より接合を容易にするため接合面に液体を塗布し（工程▲５▼）、その後磁性ガーネットと偏光子を透光性光学材料を介して貼り合せる（工程▲６▼）。このとき塗布する液体は、水、アンモニア等の極性分子を主成分とした液体を単独もしくは混合して使用することができるが、特に純水を介して接合するのが望ましい。また、アルカリ金属元素やケイ酸塩などの可溶性物質を添加することによって更に接合力を向上させることも可能である。
【００３３】
上記の手順で貼り合せた接合体を自然乾燥もしくは真空乾燥させることによって、弱い接合力で固定される（工程▲７▼）。このとき、光学素子の表面が十分に平坦でないと、光学素子間の接合面に空隙が生じ剥離が起こる。この問題を解決するために、偏光子の厚さを０．３ｍｍ以下とすると効果的である。以下にそのメカニズムを説明する。
【００３４】
一般に、薄板に力を加えて曲げるのに必要な力は、板厚の３乗に比例する。従って、被接合物の厚さが薄ければ薄いほど、表面の凸凹に追従しやすくなり空隙が埋められるため、剥離が生じ難くなる。磁性ガーネットの場合は、ファラデー回転能×厚さで所望のファラデー回転角が得られるために、接合強度を高めるために厚さを薄くすることができない。一方、偏光子の場合、特に偏光ガラスの場合には、その厚さが０．０２ｍｍ以上であれば十分な消光特性が得られるため、密着性向上の為に厚さを薄くすることが可能である。
【００３５】
実際に、偏光ガラスを薄くしてゆき、工程▲７▼の乾燥を行った後、その密着性を確認したところ、偏光ガラスの厚みが０．３ｍｍ以下であれば、剥離の発生が低減され接合が十分であることが確認できた。
【００３６】
工程▲７▼で乾燥を施した後、得られた接合体に８０〜２００℃程度の温度で数時間熱処理を施すことにより、必要十分な接合力が得られる（工程▲８▼）。このとき、熱処理工程における昇温速度が速や過ぎると、昇温中に接合面の剥離が発生する恐れがある。従って、２０℃／ｈ以下の昇温速度に設定することが望ましい。また、熱処理時の雰囲気は、大気中でも問題ないが、減圧雰囲気もしくは水素を含む雰囲気であるとより望ましい。
以上の工程を施すことにより、光学素子同士が直接接合された光学デバイスを得ることができる。
【００３７】
一般に、光学素子の歪に影響を受け易い光学デバイス、例えば光アイソレータ等では、接合された光学素子にストレスがかかると消光比が低下する傾向にある。光学素子同士を接着剤を使用せずに接合された光学デバイスは強固に固定されているため、光学デバイスの温度変化に伴って光学素子間の線膨張係数差に比例したストレス（熱応力）が加わる。
【００３８】
したがって、直接接合された光学デバイスでは、温度変化に伴って消光比の劣化が生じる。この温度変化による消光比劣化は、光学素子間の線膨張係数差が２×１０−６／℃以上で顕著になる傾向にある。一般に光学素子として使用される偏光ガラスの線膨張係数は６．５×１０−６／℃であり、ビスマス置換鉄ガーネットの線膨張係数は１１×１０−６／℃である。したがって、両者の線膨張係数の差は４．５×１０−６／℃となり、ビスマス置換鉄ガーネットと偏光ガラスを直接接合して得られた光学デバイスの場合、大きな消光比劣化が生じる。そこで、本発明は、偏光子と磁性ガーネットの間に、両者の線膨張係数の間の値の線膨張係数を有する透光性光学材料を設けることにより消光比劣化の抑制を図っている。このとき、透光性光学材料の材質としては、光源より発した光線を透過でき、その消光比劣化量が小さいものであれば、透光性光学材料として用いることができ、このような材質として、例えば、ソーダ石灰ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス等の各種光学ガラスを挙げることができる。
【００３９】
消光比劣化を抑制する効果は、透光性光学材料の厚さに依存し、その厚さが厚くなるほど消光比劣化の抑制効果は大きくなる。これは、偏光子と磁性ガーネット間に働く熱応力を透光性光学材料が変形することによって緩和するためで、透光性光学材料の厚さが薄過ぎる場合、熱応力の緩和効果は十分に働かなくなる。そのため、透光性光学材料の厚さは、０．０２ｍｍ以上とすることが好ましく、０．０５ｍｍ以上とすることがさらに望ましい。また、透光性光学材料の厚さの上限は、所望の光学デバイスサイズの制限に依存するが、光アイソレータ等の場合は光学距離が５ｍｍ以下の場合が多く、透光性光学材料以外の光学素子の厚み分を勘案すると、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
また、上記の直接接合方法において、磁性ガーネットと透光性光学材料を接合する際、磁性ガーネットの透光性光学材料との接合面に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと透光性光学材料を接合することによって、形成された金属酸化膜が反射防止膜として作用し、また接合強度をより強固にすることができる。その際、磁性ガーネットの接合面に形成される金属酸化膜は、化学的に安定で通信波長帯(０．９〜１．７μｍ)で透明であれば良く、表面層が親水化され易いものであればさらに好ましい。そのため、該金属酸化膜がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２から選択される１種または２種以上の金属酸化膜であり、単層または多層に積層されたものであることによって、反射防止膜としての効果が大きく、さらに接合力の向上が顕著であるため、高信頼性の光学デバイスとすることができる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
光学素子として、厚さの異なる数種類の偏光ガラス（偏光子）、バッファガラス（透光性光学材料）及びファラデー回転子（ビスマス置換鉄ガーネットを波長１．３１μｍでθｆ＝４５°に調整したもの）を用意し、これらの光学素子に十分な研磨加工を施して表面粗さを０．３ｎｍ以下に調製した。
【００４２】
その後、ファラデー回転子には、その両面に対ガラス反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２またはＳｉＯ２の単層膜、あるいはＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の３層膜）を施したものと対ガラス反射防止膜を施していないものを準備し、また一方、偏光ガラスには非接合面側のみに対空気反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２膜）を施した。尚、これらの反射防止膜は波長１．３１μｍで最適化した。各光学素子の詳細な物性については以下の表１に示す。表１に示した光学素子のデータは、偏光ガラスの非接合面およびファラデー回転子の両面に反射防止膜を施したものについて測定したものである。
【００４３】
【表１】
次に、接合一体化する光学デバイスの構成を図２に示す。図２は、ファラデー回転子１３に対ガラス反射防止膜１７を施したものを用いた場合を示している。偏光ガラス１４の接合面（対空気反射防止膜１６が形成されてない面）とファラデー回転子１３の接合面をバッファガラス（透光性光学材料）１２を介して接合するこによって、光学デバイス１９を製造する。
【００４５】
光学デバイスの接合手順は、図１に示すフローに従って行った。各工程の主な製造条件を以下に示す。
▲１▼研磨：各光学素子の表面粗さが表１に示した値となるように研磨を行う。
▲２▼洗浄：低圧水銀灯によるＵＶ（紫外線）処理後、純水で洗浄（ＵＳ（Ｕｌｔｒａ Ｓｏｎｉｃ、超音波）洗浄）する。
▲３▼親水化処理：アンモニア水：過酸化水素水: 純水＝１：１：４のアンモニア過水に浸漬する。
▲４▼洗浄・乾燥：純水洗浄（ＵＳ洗浄）後、ＩＰＡ蒸気乾燥を行う。
▲５▼液体塗布：各光学素子の接合面に純水を塗布する。
▲６▼貼合：塗布液が乾燥する前にファラデー回転子と偏光ガラスをバッファガラスを介して貼り合せる。その際、２枚の偏光ガラスの偏波方向が互いに４５°になるように調整する。
▲７▼乾燥：貼り合わせ後２４時間真空乾燥する。
▲８▼熱処理：１１０℃、１０時間、大気中で行う。昇温速度は４℃／ｈとする。
【００４６】
工程▲７▼の乾燥を行った後、得られた接合体の接合面を検査して密着性を評価した。その結果を下記の表２に示す。表２から明らかなように、偏光ガラスの厚さが０．３ｍｍ以下のものでは、大きな剥離が発生することはなく、密着性が向上していた。さらに、ファラデー回転子に金属酸化膜を施したものでは、それが各単層膜あるいは３層膜に関わらず、光学素子間の接合面に剥離が発生せず、密着性がさらに向上していることが判った。
【００４７】
【表２】
次に、工程▲８▼で熱処理を行った後、得られた接合体（光学デバイス）をダイサーにより１ｍｍ×１ｍｍのチップ状に切断した。このチップを、１０５℃、１００時間のプレッシャークッカーで処理した後に接合面を観察し、接合面の耐久性を評価した。その結果を下記表３に示す。
【００４９】
【表３】
表３に示したように、偏光ガラスの厚さを０．３ｍｍ以下にすることによって接合面の侵食が低減された光学デバイスをえることができた。また、ファラデー回転子に金属酸化膜を施したものはさらに接合強度が向上しており、十分な接合強度を有した信頼性の高い光学デバイスを得ることができた。
【００５１】
（実施例２）
次に、透光性光学材料の厚さが光学特性に及ぼす影響について実験を行った。
光学素子として、偏光ガラス（偏光子）、バッファガラス（透光性光学材料）及びファラデー回転子（ビスマス置換鉄ガーネットを波長１．３１μｍでθｆ＝４５°に調整したもの）を用意した。なお、今回の実験では酸化膜形成後の偏光ガラスの厚さを０．３ｍｍとし、またバッファガラスに関しては０．０１〜０．３０ｍｍの厚さを有する数種類のものを用意した。また、ファラデー回転子は、光アイソレータの光学特性を測定する時の温度にてθf＝４５°となるように調整し、さらにその両面には、対ガラス反射防止膜としてＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の３層膜のみを形成した。それ以外の各光学素子の物性については実施例１と同様とした。また光学デバイスの接合手順についても実施例１と同様にして光学素子の接合を行い、光学デバイスを作製した。また、比較のため、バッファガラスを介さず、偏光ガラスとファラデー回転子を直に接合した光学デバイスも作製した。
【００５２】
次に、図３に示すように、得られた光学デバイス１９を１×１ｍｍのチップ状に切断して円筒型マグネット１５中に設置し、光アイソレータ１０を構成した。その後、得られたバッファガラス１２の厚さの異なる光アイソレータに対して、消光比の測定を行った。消光比の測定は、図５に示すように、光源（不図示）より発した光線２２を光アイソレータ１０に透過させ、透過した光線２２を検出器２１で検出することによって行った。このとき、測定温度は工程▲７▼における光学材料温度よりも４０℃低い温度に設定した。このように温度を設定することによって、接合面に熱応力が印加された状態で消光比を測定することができる。
【００５３】
図４に、バッファガラスの厚さの異なる光アイソレータの消光比を測定した結果を示す。図４に示したように、バッファガラスの厚さを０．０２ｍｍ以上とすることによって、消光比劣化を低減できることが確認された。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５５】
例えば、上記の実施の形態では、磁性ガーネットの両面に透光性光学材料を介して偏光子が接合された最小単位で構成された光アイソレータを示しているが、これに限定されるものではなく、偏光子とファラデー回転子を更に組み合わせて多段構造に構成した光アイソレータ等にも適用することができる。
また、上述した実施の形態では、光学素子を接合する際に接合面に純水を塗布して接合を行っているが、これに限定されるものではなく、十分な結合強度が得られる場合は水を介さず光学素子同士を直に接合してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接着剤を使用することなく各種光学素子の接合を容易でかつ強固な接合強度で行うことができ、アウトガスの発生や接合面の劣化がなく、優れた光学特性を有する小型で高信頼性の光デバイスを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合方法の一例を示すフロー図である。
【図２】実施例１で接合する光学素子の構成を示す概要図である。
【図３】実施例２で作製した接合型光アイソレータの断面図である。
【図４】バッファガラス（透光性光学材料）厚の異なる光アイソレータの消光比を測定した結果を示したグラフである。
【図５】光アイソレータの消光比測定における構成を表した概略図である。
【符号の説明】
１０…光アイソレータ、 １２…バッファガラス（透光性光学材料）、
１３…ファラデー回転子（磁性ガーネット）、
１４…偏光ガラス（偏光子）、 １５…円筒型マグネット、
１６…対空気反射防止膜、 １７…対ガラス反射防止膜、
１９…光学デバイス、
２１…検出器、 ２２…光線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device in which optical elements are bonded without using an adhesive, and a method for manufacturing the optical device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the integration of optical communication systems has been advanced due to the increase in wavelength of WDM (Wavelength Division Multiplex). As a result, there is an increasing demand for downsizing optical devices used there. Many of the optical devices are configured by joining optical elements such as a Faraday rotator and a polarizer to a fixing member and combining them. However, in this method, the fixing member becomes an obstacle and hinders downsizing of the optical device. Therefore, a method of bonding the optical elements by eliminating the fixing member has been studied.
[0003]
In order to reduce the size of the optical device, it is effective to join the light transmitting surfaces of the optical elements. The simplest method for bonding such optical elements is to bond using an organic adhesive. However, the organic adhesive has the disadvantages that the outgas adversely affects the laser diode, is weak against high-power laser irradiation and exposure in a high-temperature and high-humidity atmosphere, and lacks device reliability.
[0004]
Therefore, a method for joining optical elements without using an organic adhesive is desired and various studies have been made. For example, as one of them, there is a method of bonding optical elements using low melting point glass or solder as an inorganic bonding material. Low melting point glass is Bi2O3Glass for bonding mainly composed of a low melting point material such as PbO. However, it is necessary to heat to a temperature higher than the softening point of the glass during bonding. Therefore, when joining using low melting glass, there exists a problem that the antireflective film and low melting glass which were applied to the optical element react at the time of softening of low melting glass, and an antireflection function is impaired. For this reason, it is considered difficult to put into practical use an optical device that uses low-melting glass for joining light-transmitting surfaces.
[0005]
On the other hand, when solder is used, it cannot be directly disposed on the light-transmitting surface because it has no light-transmitting property. Therefore, a joining method is adopted in which selective metallization is performed on the outer frame of the light-transmitting surface and solder is interposed only in the metallized portion. Such a joining method requires a complicated metallization process and has a problem that it is difficult to avoid a decrease in yield and an increase in cost.
[0006]
In addition, a method of directly bonding optical elements without using any bonding material (see JP-A-7-220923 and JP-A-2000-56265) has been attempted. In this method, the surfaces of optical elements are subjected to a hydrophilic treatment, and the hydrophilic surfaces are bonded to each other. In semiconductors, this method has been put into practical use in the manufacturing process of SOI (Silicon On Insulator) wafers. However, when this method is applied to an optical device, there are problems as described below, and it is difficult to put it to practical use.
[0007]
This direct joining method greatly depends on the shape and physical properties of the objects to be joined. For example, with respect to warpage, it is desirable that the radius of curvature is several hundred meters or more. Further, it is said that the surface roughness of the object to be bonded is desirably Ra = 0.3 nm or less. Further, it is greatly influenced by the difference in linear expansion coefficient between the objects to be joined.
[0008]
However, few optical elements satisfy the above restrictions. For example, an iron-based garnet or the like, which is one of optical elements generally used in optical devices, often has a large warp because it has a stress distribution in the thickness direction. Further, since the polarizing glass has a structure in which silver particles are dispersed in the glass, it is difficult to control the surface roughness. For this reason, when such optical elements are directly bonded to each other, peeling is likely to occur on the bonding surface, and the adhesion and durability of the bonding surface are low.
[0009]
Furthermore, the linear expansion coefficient of these optical elements often varies greatly depending on the material, and a large difference occurs in the linear expansion coefficient between the objects to be joined. When such materials with different linear expansion coefficients are directly joined, thermal stress is generated between different materials, and it is likely to cause optical distortion by concentrating on the joint, thereby reducing optical characteristics such as extinction ratio. There was a problem. Therefore, it is very difficult to apply the direct bonding technique to the optical device.
[0010]
As described above, it is very difficult to manufacture a highly reliable optical device inexpensively and easily by joining optical elements without using an organic adhesive according to the prior art.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a compact and highly reliable optical device by joining optical elements together without using an adhesive. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, at least one surface of a magnetic garnet is bonded without using a polarizer and an adhesive via a light-transmitting optical material, and light is bonded to the bonding surface. In the optical device that functions by transmitting light, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) of the translucent optical material is such that the linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet and the linear expansion coefficient α3 of the polarizer ( / ° C.), the thickness t2 (mm) of the translucent optical material is t2 ≧ 0.02 mm, and the thickness t3 (mm) of the polarizer is 0. An optical device is provided, characterized in that 0.02 mm ≦ t3 ≦ 0.3 mm.The
[0013]
Thus, the linear expansion coefficient α2 of the translucent optical material takes a value between the linear expansion coefficient α1 of the magnetic garnet and the linear expansion coefficient α3 of the polarizer, and the thickness t2 of the translucent optical material. However, if t2 ≧ 0.02 mm and the thickness t3 of the polarizer is 0.02 mm ≦ t3 ≦ 0.3 mm, the optical elements may be separated during the heat treatment step during bonding. Therefore, sufficient bonding strength can be obtained. In addition, since the thermal stress generated between the magnetic garnet and the polarizer can be reduced, it is possible to suppress the deterioration of the optical characteristics due to the optical strain originating from the thermal stress. Further, since no organic adhesive is used, outgas generation and There is no deterioration of the joint surface due to the atmosphere. Therefore, a small and highly reliable optical device having practical optical characteristics can be provided at low cost.
[0014]
At this time, it is preferable that a metal oxide film is formed on the translucent optical material side of the magnetic garnet.TheThe metal oxide film is Al2O3TiO2, SiO2It is preferable that the metal oxide film is one or more selected from the group consisting of a single layer or a multilayer.Yes.
[0015]
Thus, by forming the metal oxide film on the translucent optical material side of the magnetic garnet, it can function as an antireflection film and can further strengthen the bonding between the optical elements. The metal oxide film is made of Al.2O3TiO2,
[0016]
At this time, the magnetic garnet is preferably bismuth-substituted iron garnet.TheFurthermore, the polarizer is preferably a polarizing glass.Yes.
[0017]
In this way, the magnetic garnet is a bismuth-substituted iron garnet with excellent Faraday rotation capability, so that a Faraday rotation angle of 45 degrees can be realized with a thickness of about 0.5 mm, which is effective for miniaturization of optical devices. It is. One of the features of the present invention is that, as described above, the thickness of the polarizer is appropriately set to improve the bonding force and the optical characteristics, so that the optical characteristics depend on the thickness. It is preferable to use no polarizer. Therefore, the thickness of the polarizer can be set appropriately without degrading the optical characteristics, because the polarizer is a polarizing glass with little influence of the thickness on the optical characteristics. As this polarizing glass, it is possible to use a glass base material such as borosilicate glass that is generally used, in which a metal such as silver or copper is dispersed.
[0018]
In addition, it is preferable that the optical device is an optical isolator in which a polarizer is bonded to the other surface of the magnetic garnet via a translucent optical material.Yes.
[0019]
An optical isolator is one of the most valuable optical devices and is an essential device in optical communication. As described above, since the optical device of the present invention is an optical isolator, it is possible to provide an optical device that has responded to the recent demand for miniaturization of optical isolators and the free use of organic adhesives.
[0020]
Next, an optical device manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing an optical device by bonding at least one surface of a magnetic garnet through a light-transmitting optical material without using a polarizer and an adhesive. In the translucent optical material, the linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) is a value between the linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet and the linear expansion coefficient α3 (/ ° C.) of the polarizer, A thickness t2 (mm) of t2 ≧ 0.02 mm is used, and the polarizer has a thickness t3 (mm) of 0.02 mm ≦ t3 ≦ 0.3 mm. Characterized by joiningThe
[0021]
Thus, in the light-transmitting optical material, the linear expansion coefficient α2 is a value between the linear expansion coefficient α1 of the magnetic garnet and the linear expansion coefficient α3 of the polarizer, and the thickness t2 is t2 ≧ 0.02 mm. And using an adhesive between optical elements by manufacturing an optical device using a polarizer having a thickness t3 of 0.02 mm ≦ t3 ≦ 0.3 mm. It is possible to bond with sufficient bonding strength and to suppress deterioration of optical characteristics due to optical distortion. Therefore, a highly reliable optical device having excellent optical characteristics can be manufactured at low cost.
[0022]
At this time, the magnetic garnet and the light-transmitting optical material, and the bonding of the light-transmitting optical material and the polarizer are subjected to polishing, washing, hydrophilization treatment, and drying step on each bonding surface, It is preferable to bond the bonding surfaces directly or via water, and then perform heat treatment.Yes.
[0023]
Thus, the magnetic garnet, the translucent optical material, andBeforeMagnetic garnet is obtained by polishing, washing, hydrophilizing, and drying steps on the bonding surface between the light-transmitting optical material and the polarizer, and then bonding them directly or through water, followed by heat treatment. Interaction between the chemical species constituting the light-transmitting optical material and the chemical species constituting the translucent optical material, andBizarreThe interaction between the chemical species constituting the optical optical material and the chemical species constituting the polarizer works effectively, and a sufficient bonding strength can be obtained. Thereby, peeling of the joint surface can be prevented.
[0024]
Further, at this time, it is preferable to bond the magnetic garnet and the translucent optical material after forming a metal oxide film on the translucent optical material side of the magnetic garnet.Yes.
[0025]
Thus, the bonding strength between the optical elements can be further increased by performing the bonding after forming the metal oxide film on the light-transmitting optical material side of the magnetic garnet. Further, since the formed metal oxide film has a function as an antireflection film in the optical device, a highly reliable and high performance optical device can be manufactured.
[0026]
Further, a metal oxide film formed on the magnetic garnet is made of Al.2O3TiO2, SiO2It is preferable to use one or more metal oxide films selected from the above, and to stack the metal oxide films in a single layer or multiple layers.Yes.
[0027]
Thus, the metal oxide film is made of Al2O3TiO2,
[0028]
In addition, it is preferable to manufacture an optical isolator by bonding a polarizer to both sides of the magnetic garnet via a translucent optical material.Yes.
Thus, by manufacturing an optical isolator, a small optical isolator having sufficient bonding strength can be manufactured without using an adhesive.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to this.
In order to provide a small and highly reliable optical device, the present inventors bonded optical elements to each other on a light transmitting surface with sufficient bonding strength without using an adhesive, and various optical elements at the time of bonding. As an optical device that has no damage to the antireflection film and that suppresses a decrease in optical characteristics even in the bonding between optical elements having a difference in linear expansion coefficient, magnetic garnet is polarized through a translucent optical material. An optical device bonded with a polarizer, in which the linear expansion coefficient of the translucent optical material is controlled, and an optical device in which the thickness of the translucent optical material and the polarizer is appropriately selected is extremely effective. The present invention was completed by examining the various conditions relating to the joining.
[0030]
That is, in the optical device that is formed by bonding at least one surface of the magnetic garnet without using a polarizer and an adhesive via a light-transmitting optical material, and the light functions through the bonding surface, The linear expansion coefficient α2 (/ ° C.) of the translucent optical material takes a value between the linear expansion coefficient α1 (/ ° C.) of the magnetic garnet and the linear expansion coefficient α3 (/ ° C.) of the polarizer. The thickness t2 (mm) of the translucent optical material is t2 ≧ 0.02 mm, and the thickness t3 (mm) of the polarizer is 0.02 mm ≦ t3 ≦ 0.3 mm. If the optical device is a feature, a small and highly reliable optical device having sufficient bonding strength and practical optical characteristics can be provided at low cost.
[0031]
An example of a bonding method in the bonding of the magnetic garnet and the light-transmitting optical material and / or the light-transmitting optical material and the polarizer of the present invention is shown in FIG.
First, a sufficient polishing process (step {circle around (1)}) is performed on the surface (bonding surface) to which the magnetic garnet, the translucent optical material and the polarizer are bonded. Thereafter, the bonding surface of each optical element is sufficiently washed (step (2)), and a hydrophilic treatment (step (3)) is performed. At that time, normal wet cleaning is effective for cleaning (2) of the bonding surface, but it is more effective when combined with short-wave ultraviolet processing (UV processing) or plasma processing. In addition, in the hydrophilization treatment (3), ammonia perhydration (a mixture of ammonia water, hydrogen peroxide solution, pure water), nitric acid, hydrochloric acid diluted solution or these commonly used in semiconductor SOI wafer processes. A solution obtained by adding hydrogen peroxide water to the diluted solution is effective.
[0032]
Next, washing with pure water is performed to remove the hydrophilic treatment liquid. After washing with pure water, it is desirable to prevent drying unevenness by drying with an IPA vapor drying method or a spin dryer (step (4)).
The respective joint surfaces of the pre-processed optical element thus obtained may be directly joined, but a liquid is applied to the joint surface for easier joining (step (5)), and then magnetic garnet is used. And a polarizer are bonded together via a translucent optical material (step (6)). As the liquid to be applied at this time, a liquid mainly composed of polar molecules such as water and ammonia can be used alone or as a mixture, but it is particularly desirable that the liquid is joined via pure water. It is also possible to further improve the bonding force by adding a soluble material such as an alkali metal element or silicate.
[0033]
The bonded body bonded by the above procedure is fixed with a weak bonding force by naturally drying or vacuum drying (step (7)). At this time, if the surface of the optical element is not sufficiently flat, a gap is generated at the joint surface between the optical elements, and peeling occurs. In order to solve this problem, it is effective to set the thickness of the polarizer to 0.3 mm or less. The mechanism will be described below.
[0034]
In general, the force required to apply a force to a thin plate and bend it is proportional to the cube of the plate thickness. Therefore, the thinner the object to be joined, the easier it is to follow the surface irregularities and the gaps are filled, so that peeling is less likely to occur. In the case of magnetic garnet, since a desired Faraday rotation angle can be obtained by Faraday rotation capability × thickness, the thickness cannot be reduced in order to increase the bonding strength. On the other hand, in the case of a polarizer, particularly in the case of polarizing glass, if the thickness is 0.02 mm or more, a sufficient extinction characteristic can be obtained, so that it is possible to reduce the thickness to improve adhesion. is there.
[0035]
Actually, after thinning the polarizing glass and drying in step (7), the adhesion was confirmed. If the thickness of the polarizing glass was 0.3 mm or less, the occurrence of peeling was reduced and bonding was performed. Has been confirmed to be sufficient.
[0036]
After drying in step (7), the obtained joined body is heat-treated at a temperature of about 80 to 200 ° C. for several hours to obtain a necessary and sufficient bonding force (step (8)). At this time, if the rate of temperature rise in the heat treatment process is too fast, the bonding surface may be peeled off during the temperature rise. Therefore, it is desirable to set the heating rate to 20 ° C./h or less. The atmosphere during the heat treatment is not a problem even in the air, but is preferably a reduced pressure atmosphere or an atmosphere containing hydrogen.
By performing the above steps, an optical device in which optical elements are directly bonded can be obtained.
[0037]
In general, in an optical device that is easily affected by distortion of an optical element, such as an optical isolator, the extinction ratio tends to decrease when stress is applied to the bonded optical element. Since the optical device joined without using an adhesive between the optical elements is firmly fixed, a stress (thermal stress) proportional to the difference in linear expansion coefficient between the optical elements is caused by the temperature change of the optical device. Join.
[0038]
Therefore, in the directly bonded optical device, the extinction ratio is deteriorated with the temperature change. The extinction ratio deterioration due to this temperature change is caused by a difference in linear expansion coefficient between optical elements of 2 × 10.-6It tends to become prominent at / ° C or higher. Generally, the linear expansion coefficient of polarizing glass used as an optical element is 6.5 × 10.-6/ ° C., and the coefficient of linear expansion of the bismuth-substituted iron garnet is 11 × 10-6/ ° C. Therefore, the difference between the linear expansion coefficients of both is 4.5 × 10-6In the case of an optical device obtained by directly joining bismuth-substituted iron garnet and polarizing glass, the extinction ratio is greatly deteriorated. Therefore, in the present invention, the extinction ratio deterioration is suppressed by providing a light-transmitting optical material having a linear expansion coefficient between the polarizer and the magnetic garnet between the two. At this time, as a material of the translucent optical material, any material can be used as the translucent optical material as long as the light emitted from the light source can be transmitted and the extinction ratio deterioration amount is small. Examples thereof include various optical glasses such as soda lime glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, lead glass, and barium glass.
[0039]
The effect of suppressing the extinction ratio deterioration depends on the thickness of the translucent optical material, and the suppression effect of the extinction ratio deterioration increases as the thickness increases. This is because the thermal stress acting between the polarizer and the magnetic garnet is alleviated by the deformation of the translucent optical material. If the thickness of the translucent optical material is too thin, the thermal stress mitigating effect is sufficient. Stop working. Therefore, the thickness of the translucent optical material is preferably 0.02 mm or more, and more preferably 0.05 mm or more. Moreover, although the upper limit of the thickness of a translucent optical material depends on the restriction | limiting of a desired optical device size, in the case of an optical isolator etc., in many cases, an optical distance is 5 mm or less, and optical other than translucent optical material Considering the thickness of the element, it is preferably 1 mm or less.
[0040]
In the above direct bonding method, when the magnetic garnet and the translucent optical material are bonded, a metal oxide film is formed on the bonding surface of the magnetic garnet with the translucent optical material, and then the magnetic garnet and the translucent optical material are formed. By bonding the optical material, the formed metal oxide film acts as an antireflection film, and the bonding strength can be further strengthened. At that time, the metal oxide film formed on the bonding surface of the magnetic garnet may be chemically stable and transparent in the communication wavelength band (0.9 to 1.7 μm), and the surface layer is easily hydrophilized. More preferably. Therefore, the metal oxide film is Al2O3TiO2,
[0041]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example of this invention is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
Several types of polarizing glass (polarizer), buffer glass (translucent optical material) and Faraday rotator (with bismuth-substituted iron garnet adjusted to θf = 45 ° at a wavelength of 1.31 μm) as optical elements Were prepared, and these optical elements were sufficiently polished to prepare a surface roughness of 0.3 nm or less.
[0042]
After that, the Faraday rotator has a glass antireflection film (Al2O3TiO2Or SiO2Single layer film or Al2O3/ TiO2/
[0043]
[Table 1]
Next, FIG. 2 shows the configuration of the optical device to be joined and integrated. FIG. 2 shows a case where a
[0045]
The joining procedure of the optical device was performed according to the flow shown in FIG. The main production conditions for each step are shown below.
(1) Polishing: Polishing is performed so that the surface roughness of each optical element becomes the value shown in Table 1.
(2) Cleaning: After UV (ultraviolet) treatment with a low-pressure mercury lamp, cleaning with pure water (US (Ultra Sonic, ultrasonic) cleaning).
(3) Hydrophilization treatment: Ammonia water: hydrogen peroxide water: pure water = 1: 1: 4 soaked in ammonia perwater.
(4) Cleaning / drying: After pure water cleaning (US cleaning), IPA vapor drying is performed.
(5) Liquid application: Pure water is applied to the joint surface of each optical element.
(6) Bonding: Before the coating solution dries, the Faraday rotator and the polarizing glass are bonded through the buffer glass. At that time, the polarization directions of the two polarizing glasses are adjusted to 45 ° with respect to each other.
(7) Drying: Vacuum drying for 24 hours after bonding.
(8) Heat treatment: 110 ° C., 10 hours in air. The heating rate is 4 ° C./h.
[0046]
After drying in step (7), the bonded surface of the obtained bonded body was inspected to evaluate the adhesion. The results are shown in Table 2 below. As is clear from Table 2, when the polarizing glass had a thickness of 0.3 mm or less, no large peeling occurred and the adhesion was improved. Further, in the case where the metal oxide film is applied to the Faraday rotator, no peeling occurs on the bonding surface between the optical elements regardless of each single-layer film or three-layer film, and the adhesion is further improved. I found out.
[0047]
[Table 2]
Next, after performing heat treatment in step (8), the obtained joined body (optical device) was cut into a 1 mm × 1 mm chip by a dicer. The chip was treated with a pressure cooker at 105 ° C. for 100 hours, and then the bonded surface was observed to evaluate the durability of the bonded surface. The results are shown in Table 3 below.
[0049]
[Table 3]
As shown in Table 3, it was possible to obtain an optical device in which the erosion of the bonding surface was reduced by setting the thickness of the polarizing glass to 0.3 mm or less. Further, the Faraday rotator provided with a metal oxide film has further improved bonding strength, and a highly reliable optical device having sufficient bonding strength could be obtained.
[0051]
(Example 2)
Next, an experiment was conducted on the influence of the thickness of the translucent optical material on the optical characteristics.
As optical elements, polarizing glass (polarizer), buffer glass (translucent optical material) and Faraday rotator (bismuth-substituted iron garnet adjusted to θf = 45 ° at a wavelength of 1.31 μm) were prepared. In this experiment, the thickness of the polarizing glass after the oxide film was formed was 0.3 mm, and several types of buffer glass having a thickness of 0.01 to 0.30 mm were prepared. In addition, the Faraday rotator was adjusted so that θf = 45 ° at the temperature when measuring the optical characteristics of the optical isolator.2O3/ TiO2/ SiO2Only a three-layer film was formed. The physical properties of the other optical elements were the same as in Example 1. Further, the optical device was joined in the same manner as in Example 1 with respect to the joining procedure of the optical device, thereby producing an optical device. For comparison, an optical device in which a polarizing glass and a Faraday rotator were directly joined without using a buffer glass was also produced.
[0052]
Next, as shown in FIG. 3, the obtained
[0053]
FIG. 4 shows the results of measuring the extinction ratio of optical isolators with different buffer glass thicknesses. As shown in FIG. 4, it was confirmed that extinction ratio deterioration can be reduced by setting the thickness of the buffer glass to 0.02 mm or more.
[0054]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0055]
For example, in the above-described embodiment, an optical isolator composed of a minimum unit in which a polarizer is bonded to both surfaces of a magnetic garnet via a translucent optical material is shown, but the present invention is not limited to this. Also, the present invention can be applied to an optical isolator configured in a multistage structure by further combining a polarizer and a Faraday rotator.
Further, in the above-described embodiment, when the optical element is bonded, pure water is applied to the bonding surface for bonding, but the present invention is not limited to this, and sufficient bonding strength can be obtained. The optical elements may be joined directly without water.
[0056]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, various optical elements can be easily and strongly bonded without using an adhesive, and there is no outgassing or deterioration of the bonding surface, which is excellent. In addition, a small and highly reliable optical device having optical characteristics can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a bonding method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical element bonded in Example 1. FIG.
3 is a cross-sectional view of a junction type optical isolator manufactured in Example 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the extinction ratio of optical isolators having different buffer glass (translucent optical material) thicknesses.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration in an extinction ratio measurement of an optical isolator.
[Explanation of symbols]
10 ... optical isolator, 12 ... buffer glass (translucent optical material),
13 ... Faraday rotator (magnetic garnet),
14 ... Polarizing glass (polarizer), 15 ... Cylindrical magnet,
16: Antireflection film for air, 17: Antireflection film for glass,
19: Optical device,
21 ... Detector, 22 ... Light beam.
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