JPH07175019A - 光アイソレータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学素子と金属ホルダとの接合が、偏光方向
のずれなく容易に行え、優れた特性を有する光アイソレ
ータおよびその製法を供すること。 【構成】 偏光子・検光子を支持する内周部ホルダに、
断面が四角形の凹部１０とその四隅に外方向に拡張した
溝９を凹部と連結して設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムや光計
測器に使用される光学部品であり、光源から発した光が
光学系の端面で反射し、光源に戻るのを防止するための
光アイソレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７（ａ）および図７（ｂ）は、光アイ
ソレータの原理を示しているが、この光アイソレータで
は、図７（ａ）に示すように、入射光Ｉが第一の偏光子
１を通過した後、ファラデー回転子２によって、その偏
光面（図中矢印Ｐでその方向を示している）が４５度回
転し、更に、第一の偏光子１に対して、４５度（図にお
いて反時計方向）傾いた偏光面を有する第二の偏光子
（検光子）３を通過する。一方、図７（ｂ）に示すよう
に、上記入射光とは逆方向の反射戻り光Ｒは、第二の偏
光子３に対して偏光面が一致した成分のみが第二の偏光
子３を通過し、この後、上記ファラデー回転子２によっ
て、その偏光面が更に４５度（入射方向から見て反時計
方向）回転する。従って、ファラデー回転子２を通過し
た反射戻り光Ｒは、第一の偏光子に対して、その偏波面
が９０度回転していることとなり、入射側に到達するこ
とができなくなる。このように、従来の光アイソレータ
によれば、逆方向の反射戻り光が遮断されて、光アイソ
レータ機能が発揮される。なお、図７に示した構造の光
アイソレータを複数段で構成することにより、更に大き
なアイソレーション効果を得ることができる。

【０００３】上記光アイソレータの作製方法は、磁気光
学素子、偏光子および検光子等の光学素子のホルダへの
固定方法として、二種類に大別できる。有機接着法と金
属融着法である。前者は、有機接着剤を使用して光学素
子をホルダに固定する方法である。後者は、半田、低融
点ガラス等を用いて、光学素子をホルダに固定する方法
である。本発明では、金属融着法に限定する。

【０００４】従来、金属融着法では、金属半田等を使用
し、光学素子と、光学素子を支持するホルダ間で金属半
田を溶融・固化して、接合固定を完了させる。又、光学
素子は、めっき等の表面処理が不可能なため、光学面を
マスキングし、スパッタ等によりメタライズを行い、半
田接合が可能になるように予備的に表面処理を行う。半
田固定は、電気炉等を使用するのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の内周部ホルダに
は、断面が円形の凹部が穿けられており、偏光子・検光
子がこの断面円形の凹部にはめ込まれて半田固定される
際、断面が四角形の偏光子・検光子は、溶融金属半田の
表面張力およびぬれ性の影響により、ホルダの断面円形
の凹部内で回転する。その結果、基準軸方向（偏光方向
の基準を示す溝がホルダの裏面に付けられている）に対
して、偏光方向がずれ、この偏光方向のずれを外観観察
だけによって判別するのは不可能である。従って、光ア
イソレータを用いたモジュール作製中、偏光方向を確認
する工程が必要となり、問題になっていた。又、前述の
半田溶融過程での偏光方向のずれを防止するために荷重
をかけるが、必要な荷重を偏光子・検光子上に負荷した
状態で半田固定を行った場合には、光学素子に歪が生
じ、結果として光学特性を劣化させる原因となり、問題
となっていた。

【０００６】従って、本発明の課題は、前述の問題を解
決した簡略な光アイソレータの組立方法を得ようとする
ものであり、又その方法によって優れた光学特性の光ア
イソレータを得ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、偏光子
・検光子を支持する内周部ホルダに、偏光子・検光子をは
め込むための、断面が四角形の凹部を形成し、更に、金
属半田溜り用の溝を凹部の深さ方向に沿って断面の四角
形の対角線方向に広げて形成して、この凹部に偏光子・
検光子をはめ込んで半田固定することにより、偏光方向
のずれがなく、組立工程が簡略化されて光学特性に優れ
た光アイソレータが得られる。

【０００８】

【作用】内周部ホルダに偏光子・検光子の外形にあわせ
て形成された断面が、四角形の凹部によって、半田溶融
工程で、偏光子・検光子の偏光方向を、偏光方向の基準
を示す組立溝に対しずれることがなく、同方向に一致さ
せることが容易となる。従って、半田接合終了後でも、
偏光面をあらためて確認することなく、組立が実施でき
る。更に、金属半田の表面張力、及びぬれ性によって生
じる光軸に対する偏光子・検光子の傾きも、光学素子に
歪が発生しない限度内の小さい荷重を負荷することによ
り充分防止できる。

【０００９】又、金属半田溜り溝を形成したことによっ
て、接合に必要な半田量以上の半田は半田自体のぬれ性
により溝の方に排除される。従って、偏光子・検光子と
内周部ホルダ間の接合部は、均一な厚みを有する接合層
（半田層）が得られ、安定した半田接合が可能である。
更に、半田固定完了後、光学軸合わせした各ホルダを、
側面からのレーザー照射によって溶接を容易に行うこと
ができ、光学特性を劣化させる要因である光軸ずれがな
く、安定した特性を有する光アイソレータを作製するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】本発明を実施例を用いて説明する。

【００１１】（実施例１）図１に、本発明による光アイ
ソレータの構成を示す。磁気光学素子２にはガーネット
厚膜、偏光子１および検光子３には偏光ガラスを用い
た。これら光学素子を一辺が２ｍｍの正方形に切断加工
した。磁気光学素子および偏光子・検光子の光学素子に
は、その四隅にマスキングにより、図２（ａ）に示すメ
タライズ膜８を成膜した。成膜組成には、図２（ｂ）に
示すように、下地層としてＣｒ層、中間層としてＮｉ
層、最外層（表面層）としてＡｕ層の三層構造とした。
これらの成膜はスパッタ装置を用い、成膜条件として
は、スパッタパワー２００Ｗ、スパッタ圧力０.５Ｐａ
とした。

【００１２】更に、光アイソレータを作製する他の条件
として、図１に示す内周部ホルダ４にはパーマロイ系材
料、外周部ホルダ５にはｓｕｓ３０４、磁気光学素子と
してのガーネット厚膜２を支持する金属リング７にはｓ
ｕｓ４３０を用いた。これら金属製ホルダの内部表面に
は、各々下地層としてＮｉ２〜３μｍ、表面層としてＡ
ｕ２〜３μｍ程度めっき処理を施した。又、永久磁石６
にはＳｍＣｏ磁石を用いた。

【００１３】偏光子・検光子と内周部ホルダの接合方法
として、図３（ａ）に示すように、メタライズ膜８の成
膜された偏光子・検光子と内周部ホルダ間にリング状の
Ａｕ／Ｓｎ半田１１を溶融させ、図３（ｂ）および図３
（ｄ）に示すように、内周部ホルダ４に設けられた凹部
１２に偏光子・検光子をはめ込んで接合固定した。はめ
込んだ状態の断面を示すのが、図３（ｄ）である。図３
（ｃ）は内周部ホルダ４を底面から見た図で、中央部に
透過孔１４と、偏光方向の基準を示す組立用溝１０が設
けられている。溶融方法として、電気炉を使用し、Ａｕ
／Ｓｎ半田の融点以上の温度まで加熱した。加熱過程で
の電気炉内の雰囲気は、酸化防止のため、窒素フロー下
で行った。これら光学素子の半田接合完了後、光軸合わ
せを行なって、側面からレーザーを溶接部Ａ（図１参
照）に照射し、内周部ホルダおよび外周部ホルダの金属
ホルダ間の接合を完了させ、光アイソレータを作製し
た。

【００１４】

【比較例１】内周部ホルダ４に金属半田溜り溝を形成せ
ず、図４（ｂ）に示す断面が円形の凹部１３を有する形
状とした以外は、実施例と同様にて光アイソレータの作
製を行った。

【００１５】実施例及び比較例について、半田接合が完
了した偏光子・検光子の偏光方向のずれ量を測定した。
図５（ａ）は、本発明による内周部ホルダを使用して偏
光子・検光子をはめ込んだ状態を示しており、図６
（ａ）は、従来の内周部ホルダを使用して偏光子・検光
子をはめ込んだ状態を示している。図５（ｂ）および図
６（ｂ）は、半田接合が終った後の状態を模式的に示し
ている。ずれ量は、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示す
ように、組立用溝（偏光方向の基準を示す）１０の方向
と一致する角度を０゜とし、半田接合工程後の組立用溝
に対する偏光子・検光子の偏光方向のずれの角度（θ
゜）を測定して表１に示した。測定試料は、各５０個と
した。半田接合工程において、偏光子・検光子に負荷す
る荷重は、実施例、比較例各々３ｇ以下とした。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記実施例及び比較例の偏光方向のずれの
角度測定において、比較例に比べて、実施例のずれの角
度が小さいことが判った。つまり、実施例は、偏光子・
検光子の半田接合工程における溶融半田の表面張力、ぬ
れ性の影響が少なく、外観観察によって速やかに偏光方
向の確認ができる。

【００１８】又、実施例、比較例でのホルダ形状の効果
を検証するために、偏光子・検光子とホルダ間の密着強
度を測定した。表２に、実施例・比較例での偏光子・検光
子である偏光ガラスとホルダ材の密着強度の結果を示
す。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２に示す結果から、実施例と比較例とで
は、同水準の密着強度であることが判った。密着強度試
験後の試料を観察した結果、偏光ガラスに成膜したメタ
ライズ膜付近で偏光ガラスが破壊されている。つまり、
実施例と比較例ともに偏光ガラスの破壊強度以上の密着
強度を有し、実用上、問題がないことが判った。

【００２１】又、光学素子を半田接合したホルダは、光
軸合わせ終了後、ＹＡＧレーザー溶接機により、ホルダ
外周側からレーザーを溶接部（図１参照）に照射し、各
ホルダ間を溶接固定することで、光アイソレータの作製
が完了する。ここで、ＹＡＧレーザー溶接工程前後での
偏光方向のずれを測定した。光アイソレータの作製前後
での偏光方向のずれの角度は、０.２゜以下であり、光
アイソレータの挿入損失、アイソレーション等の光学特
性に対する影響が無視できる程度である。従って、ＹＡ
Ｇレーザー溶接により、各ホルダを溶接固定することに
よって、光学特性を劣化させることなく、光アイソレー
タを作製することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子とホルダとの
接合が偏光方向のずれなく容易に行え、安定した特性の
光アイソレータを効率良く作製することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により作製した光アイソレータの構成を
示す断面図。

【図２】本発明の光学素子表面に成膜したメタライズパ
ターン及び成膜組成を示す説明図。図２（ａ）はメタラ
イズパターンを示す図、図２（ｂ）は成膜の組成構造を
示す図。

【図３】本発明の実施例にて使用した内周部ホルダに光
学素子をはめ込んだ状態を示す説明図。図３（ａ）は、
偏光子・検光子の表面に成膜されたメタライズパターン
とリング状半田を示す図。図３（ｂ）は、内周部ホルダ
に偏光子・検光子がはめ込まれた状態を示す平面図。図
３（ｃ）は、内周部ホルダの底面を示す平面図。図３
（ｄ）は、内周部ホルダに偏光子・検光子がはめ込まれ
た状態を示す正面図。

【図４】比較例で使用した内周部ホルダに偏光子・検光
子をはめ込んだ状態を示す説明図。図４（ａ）は、偏光
子・検光子の表面に成膜されたメタライズパターンとリ
ング状半田を示す図。図４（ｂ）は、内周部ホルダに偏
光子・検光子がはめ込まれた状態を示す平面図。図４
（ｃ）は、内周部ホルダの底面を示す平面図。図４
（ｄ）は、内周部ホルダに偏光子・検光子がはめ込まれ
た状態を示す正面図。

【図５】本発明の実施例における半田接合工程前後の偏
光子・検光子の偏光面のずれ角度を説明する図。図５
（ａ）は、半田接合前の状態を示す図。図５（ｂ）は、
半田接合完了後の状態を示す図。

【図６】従来例における半田接合工程前後の偏光子・検
光子の偏光面のずれ角度を説明する図。図６（ａ）は、
半田接合前の状態を示す図。図６（ｂ）は、半田接合完
了後の状態を示す図。

【図７】光アイソレータの原理を示す説明図。

【符号の説明】

１ 第一の偏光子 ２ （磁気光学素子）ファラデー回転子 ３ 第二の偏光子（検光子） ４ 内周部ホルダ ５ 外周部ホルダ ６ 永久磁石 ７ 金属リング ８ メタライズ膜 ９ （金属半田溜り）溝 １０ （組立用）溝 １１ リング状のＡｕ／Ｓｎ半田 １２ （断面四角形の）凹部 １３ （断面円形の）凹部 １４ 透過孔 Ｉ 入射光 Ｒ 戻り光 Ｐ 偏光方向を示す矢印 Ａ （ＹＡＧレーザーによる）溶接部 Ｍ 印加磁場の方向を示す矢印 θ ずれ角度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周部ホルダが外周部ホルダに組み込ま
   れた構造の光アイソレータにおいて、前記内周部ホルダ
   に底が平面で、断面が四角形の凹部が設けられているこ
   とを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内周部ホルダに設けられ
   た凹部に、その四隅の深さ方向の稜部につなげて拡張し
   た溝が設けられていることを特徴とする光アイソレー
   タ。
3. 【請求項３】 内周部ホルダが外周部ホルダに組み込ま
   れた構造の光アイソレータの製造方法であって、前記内
   周部ホルダに断面が四角形の凹部と、この凹部の四隅の
   深さ方向の稜部につなげて拡張した溝を設けて光学素子
   をはめ込み、半田接合して組み立てることを特徴とする
   光アイソレータの製造方法。