JPH0511215A

JPH0511215A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JPH0511215A
Application number: JP18697091A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamada; 一穂山田; Kenichi Shiraki; 健一白木
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】光アイソレータの構成要素間の接合部に生じ
るひずみ応力を追放する光アイソレータを得ることであ
る。【構成】本発明の光アイソレータは、複数の光学素子
とホルダとの間に所定の熱膨張係数を持つスペーサを配
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信、光計測等の分野
において使用される光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光アイソレータは複数の光学素子
を組み立てて構成され、順方向のレーザ光の反射戻り光
を防止する目的で使用されている。光通信分野では、光
信号の発光源である半導体レーザの直後に光アイソレー
タが設置されることが多い。この場合、一般に半導体レ
ーザ，光アイソレータ，光結合レンズ等を一括して筐体
中に組み込み、半導体レーザモジュールの形で使用され
る。光アイソレータの組み立て方法としては、有機系の
接着剤を使用する方法と、各光学素子にメタライズ膜を
被膜してメタライズ加工を施し、金属ホルダや永久磁石
等で共にはんだ付接合により組み立てを行う手段との２
通りの方法がある。前者の方法は簡便であり、組立コス
トの低下が望めるが、半導体レーザモジュール内の密閉
された環境で長期間使用されることから、長期信頼性の
面での懸念があり近年では後者のはんだ付接合による組
み立て方法が一般化しつつある。この場合、光アイソレ
ータの組立工程全般を通じて光アイソレータには揮発性
の洗浄剤以外の有機材料は使用されず、よって光アイソ
レータ内部に有機材料が残留することはない。

【０００３】はんだ付接合方法による光アイソレータの
従来例を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。半導体レーザか
ら発生された光信号は、光アイソレータの光軸４５を介
して偏光子４１，ファラデー回転子４３，検光子４２の
各光学素子を通過する。各光学素子は着磁の向き４０に
配され、図示されている内部の磁界の向き４４が順方向
になる。

【０００４】光アイソレータをはんだ付接合により組み
立てを行う場合には、接合する各部品の熱膨張係数差が
問題となる。従来例として光アイソレータの筐体である
リング状のホルダ４７，４８，４９の材質としてステン
レス材（ＳＵＳ３０４材）、光学素子である偏光子４
１，ファラデー回転子４３，検光子４２の材料として偏
光ガラスを使用する場合を説明する。両者の常温近傍で
の熱膨張係数はステンレス材１６×１０^-6／℃、偏光ガ
ラス６×１０^-6／℃であり、大幅に異なる。よって、光
アイソレータのはんだ付の為、はんだ融点以上に昇温し
また降温する際に、はんだ固化後の両者のはんだ材部位
の接合点にははんだ融点以下の熱膨張係数差に由来する
ひずみ応力が生じることとなり、この応力が十分に強力
であれば、はんだ接合点の構造のうち最も脆弱な組織が
破損することとなる。この従来例の場合では一般的に偏
光ガラスのはんだ接合部位近傍の領域が損傷を受けるこ
ととなる。

【０００５】従来はこの問題の解決手段をはんだ材料に
求めていた。つまり、光アイソレータ組み立て時に用い
るはんだ材料として、比較的融点が低く、かつはんだ材
質がやわらかいはんだ材質を選択していた。この場合、
はんだの融点が低いので、常温冷却時のはんだ付接合部
分に作用するひずみ応力自体がかなり小さなものとな
り、かつ材質がやわらかいはんだ材であるため、はんだ
材自体の可塑変形により残る応力ひずみを吸収すること
が期待できる。

【０００６】しかしながら、近年光アイソレータの高信
頼性，高耐久性の更なる要求が高まり、従来使用してい
た低融点でかつ可塑変形を生じやすいはんだ材料ではユ
ーザ側の要求を満たすことが困難となってきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光アイソレータユーザ
の求める信頼性の要求は、１）光アイソレータの使用及び保存時の温度条件を従来
よりも更に拡大したい。２）振動，衝撃及び長期間の使用における光アイソレー
タの耐久性を更に向上して欲しい。という２点であり、この要求を満たす為には、従来使用
していた低融点、高可塑性のはんだの使用を止め、高融
点，低可塑性のはんだへの移行が必要である。しかし、
従来構造の光アイソレータにおいて、単に、組み立て時
に使用するはんだの種類を変更するだけでは、前述の通
りはんだ付箇所に生じる接合部材間の熱膨張係数差によ
るひずみ応力により、主として光学素子の接合箇所に組
織の破壊が生じてしまう。

【０００８】そこで、本発明の技術的課題は、光アイソ
レータの内部構造を変更することにより、前述の接合部
に生じるひずみ応力を追放しうる形状の光アイソレータ
を開発することである。本発明では、光アイソレータの
内部構造にひずみ応力の吸収の機能を持たせることで前
述の課題点の解決を図っている。以下で、その手段につ
いて述べる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、偏光子
ファラデー回転子等の複数の光学素子、永久磁石及びこ
れらを内蔵した筐体であるホルダから成る光アイソレー
タにおいて前記複数の光学素子と前記ホルダとの間に所
定の熱膨張係数を持つスペーサを配したことを特徴とす
る光アイソレータが得られる。

【００１０】

【作用】以上述べた光アイソレータが従来持つ欠点を克
服するために、光学素子に熱膨張係数が小さく、ホルダ
材より熱膨張係数の小さな材料（ホルダ側の熱膨張係数
が光学素子よりも小さな場合は、その逆）によるスペー
サを新たに作成し、光学素子とホルダとのはんだ付接合
箇所に挟んで使用する。はんだ付時のはんだ溶融後の降
温時に生じる各部品の熱膨張係数差に由来するひずみ応
力をスペーサが緩和し、各部品のひずみ応力による接合
部分の破損を防ぐことが可能となる。スペーサの材質と
しては、熱膨張係数の面でセラミクスが適しており、ま
た、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、光学素子のはんだ付用メタライズと
同等形状である、正方形の形状の中央部分を円形にくり
抜いた形、及びそれらを切り離した形等々が考えられ
る。これらのスペーサの形状は、ひずみ応力の影響をで
きる限り光学素子に及ぼさずにかつ、はんだ付面積を最
大限に得るためのものである。

【００１１】以上述べた形状のスペーサを光アイソレー
タ光学素子のはんだ付部分に使用することで、高融点，
高剛性のはんだを光アイソレータに使用することが可能
となる。

【００１２】

【実施例】光アイソレータ光学素子に生じる破損の対処
手段としてはホルダの一部又は全てを熱膨張係数差の小
さい材料でおき替えることで光学素子に加わる応力ひず
みを減少させる。図１を参照して一実施例としてホルダ
材質Ａ（１７）、Ｂ（１８）にステンレス，光学素子と
してガラス偏光子（偏向ガラスＡ）１１を用いる場合を
考える。両者の熱膨張係数差は約１０×１０^-6／℃であ
り、両者の中間にたとえば表面をメタライズ加工しては
んだ付接着を可能としたセラミクス材の小部品を配し、
はんだ付接合を行う。セラミクス材の熱膨張係数をガラ
ス偏光子に近づけた材料を用いることで、光学素子との
接合部位でのひずみ応力の大きさを大幅に減少させるこ
とが可能である。なお、セラミクス材自体は非常にかた
く、丈夫であるため、ステンレス製ホルダとの接合部分
のひずみ応力が多少大きくても、セラミクス材，ステン
レスホルダ双方共組織が破損されることはない。

【００１３】このセラミクス材としてリング状に加工し
た形状のものを使用した場合の実施例（セラミクスリン
グ使用部分のみ表示）を図２に示す。

【００１４】なお、この場合光アイソレータ全体のひず
み応力の絶対量が減少するものではなく、ひずみ応力が
分散されるだけであるが結果として偏光ガラス側の接合
固定部に作用するひずみ応力量が減少し、偏光ガラス側
の破損が防止される。

【００１５】セラミクスリングの形状に関しては、図３
ａ，ｂ，ｃ，ｄの実施例にて示す形がとりうる。これ
は、図４で示す通り単純な円形リングをスペーサとした
場合に生じるセラミクススペーサの変形により、ガラス
偏光子接合部に作用する剥離応力に対処するためであ
る。セラミクスリングに切欠き、若しくは切断部分を設
けることによりセラミクススペーサのステンレスホルダ
との間のひずみ応力が原因となる変形が切欠きや切断の
部分で解放され、ガラス偏光子部分におけるひずみ応力
量が更に減少し、ガラス偏光子接合部の破損防止効果が
大きくなる。

【００１６】図３（ａ）は図２にて例示したセラミクス
円形リングのスペーサＡ（３１）に４ヶ所の切欠き３１
ａを設けた実施例である。この切欠き部が正方形の光学
素子の各辺の中央に位置するようにし光学素子はんだ付
領域の減少量を最低限に押える。図３（ａ）に示す通
り、ガラス偏光子に面するセラミクス円形リングの部分
の変形は小さくなり、両者の接合面に働く分離応力も小
さくなる。図３（ｂ）は（ａ）での切欠き部分３１ａで
セラミクスリングを切離した場合で、（ａ）よりも更に
良好な結果が期待できるが組立時の作業性がやや劣る。
図３（ｃ）は対応する光学素子のメタライズ面と同じ形
状にセラミクスホルダ形状を合わせたもので、光アイソ
レータ永久磁石の中央の光透過孔形状を光学素子形状と
同じにできれば、永久磁石の肉厚を薄くすることがで
き、光アイソレータの小形化に貢献することができる。

【００１７】図３（ｄ）に示すセラミクススペーサ形状
は、（ｂ）に示すスペーサと同様（ｃ）に示すスペーサ
ｃ（３３）に切断部分を設けたもので、図３（ｂ）の場
合と同等の長所，欠点を有する。

【００１８】上記の各種スペーサを使用することで、従
来の光アイソレータ（図４参照）の抱えている問題点を
クリアすることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べた方法により、光アイソレータ
のはんだ付組立の場合に主として接合光学素子の接合面
近傍で生じていた破損は高融点、高鋼性のはんだを使用
する場合でも、その構造の新規形状の実施により防ぐこ
とができ、当光アイソレータの組立方法によりはんだ付
接合部分にダメージ等のない高信頼の光アイソレータの
開発が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光アイソレータで、請求項
１又は２に対応している。（ａ）が光アイソレータの外
観図，（ｂ）が同断面図である。

【図２】図１の光アイソレータにおけるスペーサの使用
手段に関する説明図であり、偏光ガラス，金属ホルダ，
セラミクススペーサ以外は省略してある。（ａ）は光ア
イソレータの分解斜視図であり、（ｂ）は横断面図であ
り、（ｃ）は正面図である。

【図３】光アイソレータに用いられるスペーサの形状及
びはんだ付時の使用手段の実施例である。（ａ）〜
（ｄ）がそれぞれ請求項３〜６に対応している。（ａ）
〜（ｄ）の各図の左側には各々のスペーサの正面図、右
側にはスペーサの斜視図及び光学素子が示されている。

【図４】（ａ）は、光アイソレータの従来例で、外観斜
視図、（ｂ）は従来例の断面図である。

【符号の説明】１１偏光ガラスＡ１２偏光ガラスＢ１３偏光ガラスＣ１４スペーサＡ１５スペーサＢ１６スペーサＣ１７ホルダＡ１８ホルダＢ１９ホルダＣ１０ａ光軸１０ｂ永久磁石２０光軸２１偏光ガラス２２セラミクススペーサ２４ホルダ３１スペーサＡ３２スペーサＢ３３スペーサＣ３４スペーサＤ３５光学素子４０着磁の向き４１偏光子４２検光子４３ファラデー回転子４４内部の磁界の向き４５光軸４６永久磁石４７ホルダＡ４８ホルダＢ４９ホルダＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光子ファラデー回転子等の複数の光学
素子、永久磁石及びこれらを内蔵した筐体であるホルダ
から成る光アイソレータにおいて前記複数の光学素子と
前記ホルダとの間に所定の熱膨張係数を持つスペーサを
配したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】請求項１記載の光アイソレータに於て、
該スペーサの形状は、その断面が長方形の円形リングで
あることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項３】請求項１記載の光アイソレータに於て、
該スペーサの形状は、その断面が長方形の円形リング状
で、かつリング中心から放射状の向きに該スペーサ片面
又は両面に切り込みを設けたことを特徴とする光アイソ
レータ。
【請求項４】請求項１記載の光アイソレータに於て、
該スペーサの形状は、その断面が長方形の円形リング状
で、かつ該リングを径方向で切断した形状であることを
特徴とする光アイソレータ。
【請求項５】請求項１記載の光アイソレータに於て該
スペーサの形状は、その外形が前記光学素子に対応した
正方形でかつ円形の穴を有するものであることを特徴と
する光アイソレータ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の光アイ
ソレータに於て、該スペーサ材質として表面にメタライ
ズ加工を施したセラミクスを用いたことを特徴とする光
アイソレータ。
【請求項７】請求項１記載の光アイソレータに於て、
該光学素子の形状は、円板形であることを特徴とする光
アイソレータ。
【請求項８】請求項１記載の光アイソレータに於て、
該光学素子の形状は正方形であることを特徴とする光ア
イソレータ。
【請求項９】請求項５記載光アイソレータに於て、該
スペーサはその４において切断した形状であることを特
徴とする光アイソレータ。