JPH0335213A - 光アイソレータ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ０発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光の伝送路に使用して反射光の影響を除去す
るために使用する光アイソレータに係り。

特に光アイソレータを構成する各構成素子を互いに接着
固定するのに、金属材料のみにより組み立てた光アイソ
レータ、及びその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

レーザ光を用いた光伝送路においては、自らの発振によ
る出力光の一部がシステムの構成素子により反射されて
レーザ発振器内に戻り（戻り光）、レーザの発振が不安
定になる現象がある。このためレーザの発振を安定にす
るため、この戻り光を遮断する目的で２枚の偏光子の間
に、磁気飽和させたファラデー回転子を組込むことによ
り戻り光を光学的に遮断してしまう、所謂光アイソレー
タが従来より使用されている。

ここで、光アイソレータの一般的な構成例を第４図に示
す。第４図に示す光アイソレータは、偏光子Ａ２１．偏
光子Ｂ２２、ファラデー回転子３．及びファラデー回転
子へ磁界を印加する２個の円環型永久磁石５１．５２を
、有機接着剤によりこれ等の構成素子を順に貼り合わせ
構成している。しかし従来の光アイソレータにおいては
、これ等の構成素子の貼り合わせに用いる物質は、一般
に有機接着剤であるため、１）モジュール内に封入する
など長い年月にわたり光アイソレータを狭い空間に密閉
して使用する場合、有機接着剤からの脱ガスにより光ア
イソレータの閉じ込められた空間が汚染され、空間内の
レーザ光源、レンズなどの光学特性に影響を与える。２
）有機接着剤が経年変化を生じ、接着強度が劣化するた
め光アイソレータの長期的な信頼性に問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はこれらの欠点を除去するため、従来の光アイソ
レータの各構成素子の接続固定に、有機接着剤の使用時
に生じる前記のガスの発生、又は接着剤の劣化による長
期的な信頼性に係る問題が発生するおそれのない、各構
成素子間を金属材料による接着を行った高い信頼性を持
つ光アイソレータとするにある。

口０発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、光アイソレータを構成する各部品の接着固定
において、従来の組立ての際に用いていた有機接着剤に
よる接着ではなく、金属材料を用い接着するもので、偏
光子、永久磁石、ファラデー回転子の夫々の接着面に、
予めスパッタ、又は蒸着により金属薄層を形成し、夫々
の構成素子間の接着面は半田付けにより接着する方法を
用いる。

半田付けは、溶融した半田金属により各構成素子表面に
形成した金属薄層間を接着するものである。光アイソレ
ータを構成する光学素子であるファラデー回転素子、偏
光子、永久磁石は非金属であり、従って、前記光アイソ
レータを構成する各構成素子は、半田付は接着該当箇所
に予め金属の薄層を形成し金属薄層表面を半田付けし接
着する。

この半田付けによる光アイソレータの組立ては、従来の
有機接着剤を用いる組立に比較して、１）通常の有機接
着剤の固化温度より高い半田溶融温度にまで昇温する必
要がある。

２）半田付けの際にフラックスを使用するのであればそ
の除去が必要である。などの問題はあるが、１）一方有
機物が光アイソレータ内に残留しないので、有機材より
の出ガス等により光アイソレータに近接する他の部品へ
のダメージを与える恐れがない。

２）有機接着剤に見られる経年変化や、吸湿による接着
強度の低下のおそれがないという利点がある上に、 ３）金属薄層を形成した光学素子表面は親和性の高い半
田を用い融着しているので接着領域の制御が容易である
、との長所を持つ。又前記の半田付は接着による組立と
して述べた２種の欠点は、１）は組立接合作業方法の改
善によって、２）は雰囲気制御による無フラツクス半田
付けの実施によって、いづれも解決が可能となったので
、本発明による半田付は接着による光アイソレータの組
立ては、従来の有機接着剤を用いる方法に較べて、特に
製品の信頼性を格段に向上出来る。

又、半田による構成部品の接着の際には信頼性の上でフ
ラックスを全く用いない半田付けが必要であるが、光ア
イソレータの構成素子の接着面に形成した金属薄層の半
田と接する面には、金又は銀をスパッタ又は蒸着により
形成し、半田付けの際に金と半田の間に合金を形成し、
半田を介し構成部品間を接着する。又半田による各構成
素子間の接着の半田付けは、半田層を均一に作るため各
構成素子接着面、に厚さが一定な半田箔を介して接合し
、又半田接着時の加熱炉内のガス雰囲気は不活性ガス、
又は非酸化性ガス雰囲気中で行い、金属薄層の酸化によ
る劣化の生ずることのない様な製造方法とする。

本発明による光アイソレータでは、ファラデー回転子、
偏光子の金属薄層には最下層に金属クロムを、その上に
ニッケル、表面層に金又は銀をスパッタ又は蒸着によっ
て形成し、光アイソレータの構成素子の内部でファラデ
ー回転子に磁界を印加するための永久磁石には、サマリ
ウムコバルト磁石を使用して〆るが、サマリウムコバル
ト磁石、及び位置調整やその他取付けのために組込まれ
るステンレスの５ＵＳ３０４で作られた非磁性スペーサ
の半田付は面は、ニッケルの電解メツキによる厚膜を使
用し、表面は薄い塩酸液で酸洗いした後清浄水で洗浄し
、夫々の構成素子の接着面に半田箔を挟み加圧した状態
で半田溶融温度以上の温度に昇温し半田融着して光アイ
ソレータとする。

〔作用〕

本光明による光アイソレータは、光アイソレータを構成
する構成素子の接着はファラデー回転子、偏光子、永久
磁石、スペーサを接着固定するのに半田接合のみにより
行うもので、このためファラデー回転子、偏光子の接着
面には素子表面に、最下層に金属クロム、その上にニッ
ケル、半田接合面には金又は銀の金属薄層を形成し、永
久磁石、非磁性ステンレスから成るスペーサの接着面に
はニッケル膜を形成し、各素子は、錫が６０％、鉛が４
０％の共晶半田箔を挟んで非酸化雰囲気中で半田を溶融
し接合するもので、従来の様な有機接着剤を用いて構成
素子を接合した光アイソレータに比較し、密閉構造の場
所でもガスの発生することはなく、接着剤の経時変化に
よる劣化もない高い信頼性を持つ光アイソレータとする
ことが出来る。

ファラデー回転子、偏光子の半田接着面に形成する金属
薄層は、最下層に金属クロム層、その上にニッケル層、
半田と接着する面は金又は銀の３層構造で形成されてお
り、これ等の金属薄層はスパッタにより同一槽内で連続
して形成されるため優れた膜の強度を持つ。半田接着面
は半田とのなじみと防錆の点で、金又は銀を用いるが、
金又は銀の内、金は融点が高く銀のように半田付けの際
の銀くわれを発生することもないので、半田接着面に金
の薄膜を用いる方が好ましい、ファラデー回転子、偏光
子の半田接着面に作る金属薄層は、本実施例では標準的
に、Ｃｒが０．３μｍ、Ｎｉが０．３μｍ、Ａｕが０．
１μ鳳としているが、Ｃｒ、Ｎｉの膜が薄すぎると接着
強度が弱くなり、Ｃｒ、　Ｎｉにおいては厚さは０゜１
μ鳳以上が必要であり、　Ａｕについては半田濡れ性の
点でＯ，ＯＳμｍは必要である。一方、厚さが厚い時に
はスパッタ時間が長くなるため、Ｃｒ、　Ｎｉでは高々
厚さは１μ鳳、Ａｕでは０．５μ鳳あればよい。

〔実施例〕

本発明の実施例による光アイソレータを第１図に示す。

第１図（ａ）は光アイソレータの外観斜視図であり、第
１図（ｂ）は縦断面図を示す０円環状の永久磁石４の中
心位置にスペーサＡ２に固定してファラデー回転子３が
取付けられており、スペーサＡ２とスペーサＢ５の円外
側に偏光子ＡＩ、偏光子Ｂ６が取付けられて半田箔８に
より接合され光アイソレータが構成される。本実施例の
光アイソレータでは、スペーサＡには偏光子Ａとファラ
デー回転子とが取付けてあり、スペーサＢには偏光子Ｂ
のみが取付けた構造としであるので、スペーサＢの位置
合わせを変えるのみでレーザ光に対する光学素子の位置
合わせが行える。

本発明ではこれ等各構成素子の接着面は半田融着により
接着される。第１図において、−点鎖線Ａは光軸を表し
ており、レーザ光が光軸上を通過すると、例えば偏光子
Ａ、ファラデー回転子、偏光子Ｂを通過する間に４５度
偏光され、若し図の右から左への反射光がある時は、偏
光子Ｂ、ファラデー回転子、偏光子Ａの順に通過して入
力光に対し戻り光は９０度偏光され、入力側に戻る戻り
光は偏光子Ａにより遮断されることになる。

第２図は光アイソレータの構成を示し、併せて各構成素
子を接着する半田箔８１．８２．８３．８４．８５を示
す。第３図は各構成素子の配置とその断面図であり、各
構成素子上に金属薄層７１．７２．７３を形成する部位
を示し、スペーサＡ２、スペーサＢ５、永久磁石４の半
田接着面にはニッケルめっき層９１．９２．９３゜９４
が作られ、これ等光アイソレータ構成素子の半田接着面
に配置する半田箔８１．８２．８３．８４．８５を示す
。

光アイソレータの構成素子において、ファラデー回転子
はＧＧＧ基板上に液相エピタキシャル法で作成したほぼ
３００μｍ厚さのビスマス（Ｂｉ）入りのガドリウム（
Ｇｄ）鉄（Ｆｅ）アルミニウム（ＡＩ）ガリウム（Ｇａ
）磁性ガーネットであり、偏光子Ａ、偏光子Ｂはルチル
板を用いている。これ等の光学素子の表面には予め酸化
マグネシウム、又は酸化アルミニウム等により使用波長
のλ／４厚さの無反射膜が施してあり、半田接着のため
の金属薄層は無反射膜の上に設けられている。偏光子Ａ
Ｉ、ファラデー回転子３、偏光子Ｂ６の中央部の光透過
領域を除く周辺部には、下層より金属クロム（Ｃｒ）、
ニッケル（Ｎｉ）。

金（Ａｕ）の３層の金属薄層７１．７２．７３をスパッ
タによす形成しである。これ等金属薄層は通常のＲＦス
パッタにより行い、投入電力２００ｗ、アルゴンガス圧
が３Ｘ　　１０−３トールの条件で、各金属薄層のスパ
ッタ時間はＣｒがほぼ１０分、Ｎｉがほぼ３０分、Ａｕ
がほぼ３３秒であり、夫々の金属薄層のスパッタ膜厚は
、夫々Ｃｒが０．３μｎ、Ｎｉが０．３μｍ、金が０．
１μｍで、同一槽内で連続して積層形成する。一方フア
ラデー回転子の磁界を作る永久磁石はサマリウムコバル
ト磁石を使用しており、又ファラデー回転子と偏光子Ａ
１を取付は固定する非磁性ステンレスの５ｕＳ３０４か
ら成るスペーサＡ２と、偏光子Ｂを取付は固定する非磁
性ステンレスの５ｕＳ３０４で作られたスペーサＢ５の
夫々の構成素子の半田接合面全面には、厚さがほぼ５μ
ｍのニッケルめっき層を施しである。

ニッケルめっき層の表面は半田付けする直前に稀塩酸液
で洗い、清浄水で水洗いした後半田付けする。第２図、
第３図は光アイソレータの構成素子の配置と、並びに金
属薄層を形成した部位、並びに半田接合する時の半田箔
の配置を示している。

光アイソレータの構成素子を半田接着する半田箔は、厚
さが１００μ■で錫６０％、鉛４０％の共晶半田を用い
ており、第２図に示すように、中央の光透過領域部分は
円形に抜取り、各構成素子間に挿入する。このように各
構成素子間を接着する半田は厚さの均一な箔状にして各
構成素子間の半田接着面に挿入し、光アイソレータは一
体で昇温半田付けするので、半田接着層の厚さは均一に
仕上がる。

半田箔は各構成素子間に第２図、第３図に示すように挿
入した後、光軸方向が垂直な位置で治具により荷重を加
えながら非酸化性雰囲気である窒素ガス中で３００℃Ｘ
３０分保持し、半田による溶融接着を行う。

本発明の方法で半田付は組立接合を行った光アイソレー
タで剥離試験を行った結果は、光学素子の接着面で、接
着強度は光学素子面に垂直方向に荷重を加えた時、２　
Ｋｇ／■１以上の値が得られ、十分な接着強度を有する
半田接着が得られた。従って本発明による光アイソレー
タは、有機接着剤やフラックスを使用することのない無
機質材のみで構成され、高い信頼性を持つ光アイソレー
タとすることが出来た。

本発明の実施例で示した光アイソレータでは構成素子の
入力側、出力側には偏光子としてルチル板を使用してい
るが、ルチル板は一般に、常光、異常光の分離作用しか
持たず、偏光ビームスプリッタの様に光の偏光成分のみ
を選択的に透過させる効果はない。しかし、光アイソレ
ータとして用いる際には、入射光側に光ファイバのよう
な十分に小さい点光源である時には、ルチル板を透過し
た戻り、光の異常光成分はその位置ずれにより光源内に
戻ることはなく光アイソレータとなる。

尚、本発明の実施例で、金属薄層の半田接着面には金を
使用しているが銀でもよく、又Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ａｕの
厚さは薄すぎると接着強度が弱くなり、又スパッタによ
り膜厚さを厚くしようとすると、金属薄層を作るのに時
間を要するので、Ｃｒで０．１μｌｌ〜１μｓ、Ｎｉで
０．１μ！１〜１μ■、Ａｕで０．０５μｔ〜０．５μ
ｍもあればよい。

ハ０発明の効果 〔発明の効果〕 本発明による光アイソレータは、構成素子を半田融着に
より接着し構成したものであるので、光アイソレータを
構成するファラデー回転子と偏光子の半田接合面は、下
地がＣｒ、中間層にＮｉ、半田接着面にＡｕを、スパッ
タ装置内で連続して積層して金属薄層を形成し、サマリ
ウムコバルト磁石の永久磁石、非磁性ステンレスで作ら
れたスペーサは、Ｎｉめっき層により半田接着面を作り
、フラックスを使用することなく、半田箔を各構成素子
半田接着面に挿入し、非酸化雰囲気中で半田による接着
を行い構成したものであるので、従来の樹脂接着により
作られた光アイソレータに比べ、格段に信頼性の向上し
た光アイソレータを提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光アイソレータを示す図で、第１
図（ａ）は外観斜視図、第１図（ｂ）は縦断面図。 第２図は本発明による光アイソレータの構成を示す斜視
図。 第３図は本発明による光アイソレータの構成を示す縦断
面図。 第４図は従来の光アイソレータの斜視図。 １．２１・・・偏光子Ａ、２・・・スペーサＡ、３・・
・ファラデー回転子、４・・・永久磁石、５・・・スペ
ーサＢ、５１．５２・・・円環状永久磁石、６，２２・
・・偏光子Ｂ、？１．７２．７３・・・金属薄層、８１
．８２．８３．８４．８５・・・半田箔、９１．９２．
９３．９４・・・ニッケルめっき層、Ａ・・・光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも偏光子、ファラデー回転子、永久磁石、
   偏光子の順に構成した光アイソレータにおいて、各構成
   部品の接続固定を半田融着により接合し構成したことを
   特徴とする光アイソレータ。 ２、各構成素子の接続固定を、構成素子の接続固定部位
   の表面に金属薄層を施し、金属薄層面を介して半田融着
   による接続固定を行ったことを特徴とする請求項１記載
   の光アイソレータ。 ３、非磁性スペーサ、永久磁石にはニッケル（Ｎｉ）め
   っきを、ファラデー回転子、偏光子表面には、下層より
   クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の３層
   の金属薄層をスパッタリング、又は蒸着により形成し、
   金属薄層面を介して半田融着による接続固定を行ったこ
   とを特徴とする請求項１、請求項２記載の光アイソレー
   タ。 ４、偏光子、非磁性スペーサ、ファラデー回転子、永久
   磁石、非磁性スペーサ、偏光子の順に構成した光アイソ
   レータの接着方法において、ファラデー回転子、偏光子
   の接着面には下層よりクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ
   ）、金（Ａｕ）のスパッタ、又は蒸着による金属薄層を
   形成し、非磁性スペーサ、永久磁石の接着面にはニッケ
   ルメッキ層を形成し、接着面には半田箔を挿入し加圧し
   ながら非酸化性雰囲気ガス中で半田溶融温度以上に保持
   し接着することを特徴とする光アイソレータの製造方法
   。