JPH09179068A - 光アイソレータ用光学素子組立体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 挿入損失の低下を防止して歩留まりを向上さ
せることが可能な光アイソレータ用光学素子組立体の製
造方法を提供することにある。 【解決手段】 偏光子材料板５、ファラデー回転子材料
板６、及び検光子材料板７を半田接合し、これら半田接
合された光学材料板を切断して複数の光アイソレータ用
光学素子組立体２を製造する方法において、各光学材料
板５，６，７を半田接合するためのメタライズ膜１０が
アパーチャ１１と成るべき領域を完全に取り囲むように
形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光計測等
に使用されるファラデー効果を利用した光アイソレータ
に属し、更に詳しくは、光アイソレータの部品である光
学素子組立体の製造方法に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザを光源とした光通信
システムや、半導体レーザを使用した光応用機器が広範
に利用されて来ており、更にその用途及び利用規模が拡
大されている。

【０００３】これら光通信システムや光応用機器の精度
や安全性を向上させるためには、半導体レーザへの戻り
光を除去することが有効であるが、この戻り光除去手段
として光アイソレータが使用されている。

【０００４】従来の光アイソレータ１の一般的な構成
は、図８に示すように、偏光子５０、ファラデー回転子
６０、及び検光子７０の少なくとも３つの光学素子を一
直線に沿って配置して成る光学素子組立体２と、磁界発
生用の永久磁石３と、これら光学素子組立体２及び永久
磁石３を固定し保護するためのホルダー４とで構成され
ている。

【０００５】従来、光学素子同士を互いに固定する方
法、及び光学素子をホルダーに固定する方法として、有
機接着剤による固定法が用いられてきたが、この固定法
では、長期に渡って接着力を維持するのが困難であり、
特に、温度、温湿度等の環境変化によって接着力が低下
していた。

【０００６】このため、光通信用中継器等の様に長期間
に渡って高度の信頼性を要求される光アイソレータで
は、有機接着剤による固定法に代わり、金属融着法によ
る固定法が用いられている。

【０００７】本発明者は、以前に、金属融着法を用い、
且つ量産性に優れた光アイソレータ用の光学素子組立体
の製造方法を提案した（特願平７−２６９３８８号）。

【０００８】この製造方法は、各光学素子をそれぞれ複
数取り出せる大きさの少なくとも３枚の光学材料板の接
合面における少なくとも片面に溝を形成し、光学材料板
の接合面にそれぞれメタライズ膜を形成した後、光学材
料板同士を半田接合し、その後、半田接合された光学材
料板を切断して光アイソレータ１個分の光学素子組立体
を同時に複数個作製するものであり、この製造方法によ
り得られた光学素子組立体をマグネットの中に固定し、
必要によりホルダー内に固定する事により、図８に示す
ような光アイソレータが得られる。

【０００９】図９は上述の従来の光学素子組立体の製造
方法において半田接合された光学材料板の一部分（１個
の光学素子組立体）の透視図であり、図９から明らかな
ように、各光学材料板５，６，７の接合面に形成された
メタライズ膜１０は、正方形の光学面の四角に、直角二
等辺三角形形状に形成されている。

【００１０】各光学材料板５，６，７を半田接合した後
においては、対向する光学面にそれぞれ形成されたメタ
ライズ膜１０の間に半田層１２′が形成されるため、半
田接合された光学材料板５，６，７の接合面の間には、
メタライズ膜１０及び半田層１２′の厚みの分（２〜５
０μｍ程度）だけ隙間１３ができる。このように隙間１
３を形成するのは、各光学材料板５，６，７の光学面に
形成されている反射防止膜同士が接触して損傷するのを
防止する目的もある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、半田接
合された光学材料板の光学面の間には隙間があるので、
この半田接合された光学材料板を側面から見ると、図９
から明らかなように、接合部分と接合部分の間の部分が
開口している。

【００１２】このため、半田接合された光学材料板５，
６，７を溝の部分で個々の光学素子組立体２に切断する
際に、この開口から隙間１３内に切削粉、冷却水、光学
材料板固定用ワックス等の異物１６が侵入することがあ
った。

【００１３】このように、一旦、隙間内に侵入した異物
は、隙間が狭いためにアルコール又は洗浄剤によって洗
浄を行っても十分に除去するのが困難であった。この隙
間内に残った異物は、光学素子組立体の挿入損失を増大
させるため、歩留まりを下げる場合があった。

【００１４】それ故に、本発明の課題は、挿入損失の低
下を防止して歩留まりを向上させることが可能な光アイ
ソレータ用光学素子組立体の製造方法を提供することに
ある。

【００１５】

【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、及び検光子の少なくとも３つの
光学素子が一光軸上に整列させて配置されることにより
構成されている光アイソレータ用光学素子組立体の製造
方法であって、複数の前記偏光子を切り出すことが可能
な偏光子材料板、複数の前記ファラデー回転子を切り出
すことが可能なファラデー回転子材料板、及び複数の前
記検光子を切り出すことが可能な検光子材料板の少なく
とも３枚の光学材料板を用意し、前記偏光子材料板の前
記ファラデー回転子材料板に対向する光学面、前記ファ
ラデー回転子材料板の前記偏光子材料板及び検光子材料
板に対向する光学面、並びに前記検光子材料板の前記フ
ァラデー回転子材料板に対向する光学面の各光学面にお
いて光透過用のアパーチャと成るべき領域以外の部分に
メタライズ膜を形成するメタライズ膜形成工程と、該メ
タライズ膜形成工程後、前記偏光子材料板の偏光方向に
対して前記検光子材料板の偏光方向が実質的に４５°傾
いた状態になるように前記各光学材料板を積み重ね、前
記各光学面に形成されたメタライズ膜の部分で、前記各
光学材料板を互いに半田付けする半田付け工程と、該半
田付け工程後、前記各光学材料板を切断して、複数の前
記光学素子組立体を切り出す切断工程とを有し、前記メ
タライズ膜形成工程において、前記メタライズ膜によっ
て範囲を定められる前記アパーチャが該メタライズ膜に
より完全に取り囲まれるように、前記メタライズ膜を形
成することを特徴とする光アイソレータ用光学素子組立
体の製造方法が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、前記半田付け工程
の前に、前記ファラデー回転子材料板に対向する光学面
と前記偏光子材料板に対向する光学面の内、少なくとも
一方の光学面に、前記各光学材料板を前記光学素子組立
体単位で切り分けるための第１の溝を形成し、更に前記
検光子材料板に対向する光学面と前記ファラデー回転子
材料板に対向する光学面の内、少なくとも一方の光学面
に、前記第１の溝と同じパターンの第２の溝を形成する
溝形成工程を付加し、前記切断工程において、前記第１
及び第２の溝の部分で前記各光学材料板を切断すること
を特徴する上記光アイソレータ用光学素子組立体の製造
方法が得られる。

【００１７】更に本発明によれば、上記光アイソレータ
用光学素子組立体の製造方法において、前記メタライズ
膜形成工程における前記メタライズ膜の形成が、スパッ
タリングにより行われ、該メタライズ膜の形成のために
使用されるメタルマスクが、前記アパーチャと成るべき
領域を覆うマスク部と、該マスク部同士を接続する橋部
とを有し、且つ前記マスク部が前記アパーチャと成るべ
き領域を覆っている時に、前記橋部が前記光学面から離
れるように形成されているものであることを特徴とする
光アイソレータ用光学素子組立体の製造方法が得られ
る。

【００１８】

【作用】本発明においては、光学材料板のアパーチャと
成るべき領域を完全に取り囲むように光学材料板の光学
面上にメタライズ膜が形成されるので、半田接合された
光学材料板を側面から見たとき、アパーチャの周囲はす
べてメタライズ膜及び半田層によって遮蔽されている。
このため、アパーチャの部分に生じた隙間に通じる開口
が構成されることがなく、従って、半田接合された光学
材料板を切断する時に、切削粉、冷却水、固定用ワック
ス等の異物がアパーチャの部分に生じた隙間に侵入する
ことがない。

【００１９】本発明の好適な実施形態においては、光学
材料板同士の接着力を高めて信頼性を向上させるため
に、光学材料板の表面に形成されている反射防止膜をア
パーチャと成るべき領域を除いてスパッタエッチングし
た後に、メタライズ膜をスパッタリングにより形成する
ように成っている。このスパッタエッチングの際のアパ
ーチャのマスクとしてフォトレジスト膜を用いると、こ
のフォトレジスト膜は、スパッタエッチングに耐えられ
ない。従って、このスパッタエッチングにおいては、メ
タルマスクを使用しなければならない。このメタルマス
クは、メタライズ膜をスパッタリングにより形成する際
にも用いられるが、この従来のメタルマスクを用いて
は、メタライズ膜の形状をアパーチャと成るべき領域を
完全に取り囲むような形状にすることはできない。なぜ
ならば、メタルマスクには、アパーチャと成るべき領域
を覆うマスク部分を支持するための橋部が必要であり、
この橋部に接する光学材料板の部分には、メタライズ膜
が形成されないからである。この点に関し、本発明者
は、鋭意研究の結果、解決策を見いだした。即ち、アパ
ーチャと成るべき領域を覆うメタルマスクのマスク部が
光学材料板の光学面と接触している状態において、橋部
が光学面から離れるようにメタルマスクを構成すること
により、橋部の直下にある光学面にもメタライズ膜が形
成されることを見いだした。このようにメタライズ膜が
形成されるのは、橋部が光学面から僅かに離れていれ
ば、めっき材から飛来する粒子が橋部の下側に回り込ん
で橋部直下の光学面にも付着するからである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施形態による製造方法
の溝形成工程後の光学材料板の斜視図、図２は図１に示
す光学材料板にメタライズ膜を形成するメタライズ膜形
成工程を概略的に示す透視図、図３は図２に示すメタラ
イズ膜形成工程の際に使用されるメタルマスクの要部を
示す斜視図、図４は図１に示す光学材料板を半田付する
半田工程を示し、（ａ）は半田付け前の状態を示す断面
図、（ｂ）は半田付け後の状態を示す断面図、図５は図
４に示される半田接合された光学材料板を切断する切断
工程を示す側面図、図６は比較される製造方法のメタラ
イズ膜形成工程で使用されるメタルマスクの平面図、図
７は図１乃至図５に示す工程を経て得られた光学素子組
立体を用いた光アイソレータと比較のための光アイソレ
ータの測定結果を示すグラフである。

【００２２】図１乃至図６を参照して、先ず、図１に示
すように、１１ｍｍ×１１ｍｍのサイズのルチル単結晶
（厚さ１ｍｍ）からなる光学材料板を偏光子材料板及５
び検光子材料板７とし、また、１１ｍｍ×１１ｍｍ（厚
さ０．５ｍｍ）のガーネットをファラデー回転子材料板
６とした。偏光子材料板５は、複数の偏光子５０を切り
出すことができる大きさのものであり、同様に、ファラ
デー回転子材料板６も複数のファラデー回転子６０を切
り出すことができる大きさのものであり、更に、検光子
材料板７も複数の検光子７０を切り出すことができる大
きさのものである。

【００２３】偏光子材料板５のファラデー回転子材料板
６に対向する光学面５ａ、及びファラデー回転子材料板
６の偏光子材料板５に対向する光学面６ａに、それぞ
れ、縦及び横のピッチが１．６ｍｍである第１の溝８を
形成し、更に、ファラデー回転子材料板６の検光子材料
板７に対向する光学面６ｂ、及び検光子材料板７のファ
ラデー回転子材料板６に対向する光学面７ａに、それぞ
れ、第１の溝８と同じパターンの第２の溝９を形成し
た。この第２の溝９は、偏光子材料板５の偏光方向に対
して検光子材料板７の偏光方向が実質的に４５°傾いた
状態にある時に、第１の溝８と対向するように成ってい
る。第１及び第２の溝８，９により、１．６ｍｍ角の光
学素子組立体２が２５組得られるようにした。

【００２４】以上の溝形成工程後、図２に示すように、
偏光子材料板５のファラデー回転子材料板６に対向する
光学面５ａ、ファラデー回転子材料板６の偏光子材料板
５及び検光子材料板７に対向する光学面６ａ，６ｂ、並
びに検光子材料板７のファラデー回転子材料板６に対向
する光学面７ａの各光学面に、メタライズ膜１０を形成
した。この時、メタライズ膜１０は、各光学面のアパー
チャ１１と成るべき領域を覆わないように形成される。
このメタライズ膜１０により、各光学面において、アパ
ーチャ１１の範囲が定められるように成っている。ま
た、このメタライズ膜１０は、アパーチャ１１と成るべ
き領域を完全に取り囲むように形成されている。このよ
うにメタライズ膜１０を形成することにより、後述する
半田付け工程において、相対向するメタライズ膜１０間
に半田層１２′が形成され、これらメタライズ膜１０及
び半田層１２′により、アパーチャ１１の部分に生じた
隙間１３は完全に塞がれる。従って、従来のように、ア
パーチャ１１の部分に生じた隙間１３に通じる開口が構
成されることがなく、後述する切断工程において、異物
が隙間１３に侵入することがない。

【００２５】本実施形態においては、メタライズ膜１０
の形成をスパッタリングにより行った。このスパッタリ
ングの際に、図３に示すメタルマスク１４を用いた。こ
のメタルマスク１４は、アパーチャ１１と成るべき領域
を覆う円板状のマスク部１４０と、マスク部１４０同士
を連結する棒状の橋部１４１と、これらを支持するフレ
ーム部１４２とから成り、勿論、マスク部１４０と橋部
１４１との間は、空間１４３と成っている。橋部１４１
の光学材料板側面１４１ａは、マスク部１４０の光学材
料板側面１４０ａよりも、図３上、低く成っており、従
って、マスク部１４０がアパーチャ１１と成るべき領域
を覆っている時、橋部１４１は、光学面から離れるよう
に成っている。このメタルマスク１４のマスク部１４０
の直径はφ１．４５ｍｍであり、橋部１４１の幅は０．
２ｍｍである。また、マスク部１４０及びフレーム部１
４２の厚みは０．２ｍｍであり、橋部１４１の厚みは
０．１ｍｍである。

【００２６】以上のメタライズ膜形成工程後、図４
（ａ）に示すように、第１及び第２の溝８，９にそれぞ
れ半田１２を配置し、偏光子材料板５の偏光方向に対し
て検光子材料板７の偏光方向が実質的に４５°傾いた状
態になるように、偏光子材料板５、ファラデー回転子材
料板６、及び検光子材料板７を積み重ね、この状態でこ
れらの光学材料板を熱処理炉（図示せず）内に入れて半
田１２を加熱する。加熱されて液体状になった半田１２
は、図４（ｂ）に示すように、毛細管現象により相対向
するメタライズ膜１０の間に流れ込む。その後、加熱を
止めると半田１２は固まり半田層１２′と成り、この半
田層１２′により偏光子材料板５、ファラデー回転子材
料板６、及び検光子材料板７は、メタライズ膜１０の部
分で互いに接合される。尚、本実施形態の場合、検光子
材料板７のファラデー回転子材料板６に対向する面にも
第２の溝９が形成され、しかもこの第２の溝は、偏光子
材料板５の偏光方向に対して検光子材料板７の偏光方向
が実質的に４５°傾いた状態にある時に第１の溝８と対
向するように形成されているので、第１の溝８と第２の
溝９とを合わせるようにして偏光子材料板５、ファラデ
ー回転子材料板６、及検光子材料板７を積み重ねれば、
検光子材料板７の偏光方向が偏光子材料板５の偏光方向
に対して実質的に４５°傾いた状態になるように成って
いる。

【００２７】以上の半田付け工程後、図４（ｂ）に示す
ように、半田接合された光学材料板５，６，７を、第１
及び第２の溝８，９の部分で切断する。この切断工程に
より、図５に示すように、半田接合された光学材料板か
ら複数の光学素子組立体２が切り出される。

【００２８】（比較例）本実施形態の有効性を証明する
ために、本実施形態と一部工程の異なる製造方法（以
下、「比較例」という）により光学素子組立体を製造し
た。本実施形態と比較例とでは、メタライズ膜形成工程
において使用するメタルマスクが異なるだけであり、こ
れ以外の工程は同じである。

【００２９】比較例において、使用されるメタルマスク
は、図６に示されるものであり、正方向に仕切られた光
学面（図示せず）の四隅にメタライズ膜を形成するもの
である。図６において、メタルマスク１５のハッチング
のしてない部分は、光学面上にメタライズ膜を形成する
ための穴１５０であり、この穴１５０に囲まれたハッチ
ング部分は、アパーチャを覆うマスク部１５１である。
穴１５０は、正方形であり、その対角線の長さは、１．
５ｍｍである。

【００３０】本実施形態及び比較例により作成された光
学素子組立体をそれぞれマグネットの中に固定し、挿入
損失を比較した。

【００３１】本実施形態により得られた光学素子組立体
を用いた光アイソレータ（以下、「本発明に係る光アイ
ソレータ」という）、及び比較例により得られた光学素
子組立体を用いた光アイソレータ（以下、「比較例に係
る光アイソレータ」という）の挿入損失のヒストグラム
を図７に示す。

【００３２】結晶自身の透過損失としては、ルチル単結
晶１枚当たり０．０１ｄＢであり、ガーネット単結晶１
枚は０．１５ｄＢであるため、３枚の結晶で０．１７ｄ
Ｂの損失となり、それ以上の損失の殆どが、切削粉、水
垢、ワックス等の異物による損失となる。

【００３３】図７から明らかなように、比較例に係る光
アイソレータでは損失が大きく、しかもばらついている
のに対して、本発明に係る光アイソレータでは殆ど結晶
自身の損失分だけであり、ほぼ揃っている。

【００３４】これは、異物がアパーチャに生じた隙間に
存在せず、本発明の効果が十分であったことが分かる。

【００３５】尚、本発明の特徴部分は、アパーチャと成
るべき領域を完全に取り囲むようにメタライズ膜を形成
する点にあり、本発明のメタライズ膜形成工程は、本実
施形態のようなスパッタリングによるメタライズ膜形成
工程に限られない。これ以外のメタライズ膜の形成法と
しては、例えば、光学面全面に形成されたメタライズ膜
上にフォトレジストによるパターンを形成した後、エッ
チングによりメタライズ膜の不要部分を除去するフォト
エッチング法や、予め光学面のメタライズ膜を形成する
必要のない部分にフォトレジストを形成し、その後、光
学面全面にメタライズ膜を形成し、レジスト膜とその上
に形成されたメタライズ膜を除去するリフトオフ法によ
って行なうこともできる。

【００３６】また、本実施形態のメタライズ膜形成工程
において使用されたメタルマスクはあくまでも一例であ
り、本発明において用いられるメタルマスクは、スパッ
タリング時において、橋部が光学面から離れていれば良
く、本実施形態において使用されたメタルマスクの形状
に限定されない。更に、アパーチャの形状は円形以外
に、多角形、ダ円形でも良く、アパーチャの形状は、本
実施形態のものに限定されない。

【００３７】また、本実施形態では、溝８，９内に半田
１２を配置し、この半田により各光学材料板５，６，７
を半田接合するようにしたが、これに限らず、メタライ
ズ膜上に蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法等により半田材から成る薄膜を形成し、この半田
を用いて半田接合しても良い。この場合、第１及び第２
の溝を形成する必要は無い。

【００３８】更に、本実施形態では、溝形成工程後に、
メタライズ膜形成工程を行うように成っているが、これ
に限らず、メタライズ膜形成程後に、溝形成工程を行っ
ても良く、要するに、溝形成工程は、半田付け工程の前
に行えば良く、また、上述のように、半田付け工程を省
略することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
信頼性光アイソレータの歩留まりを向上した製造方法を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による製造方法の溝形成工
程後の光学材料板の斜視図である。

【図２】図１に示す光学材料板にメタライズ膜を形成す
るメタライズ膜形成工程を概略的に示す透視図である。

【図３】図２に示すメタライズ膜形成工程の際に使用さ
れるメタルマスクの要部を示す斜視図である。

【図４】図１に示す光学材料板を半田付する半田工程を
示し、（ａ）は半田付け前の状態を示す断面図、（ｂ）
は半田付け後の状態を示す断面図である。

【図５】図４に示される半田接合された光学材料板を切
断する切断工程を示す側面図である。

【図６】比較される製造方法のメタライズ膜形成工程で
使用されるメタルマスクの平面図である。

【図７】図１乃至図５に示す工程を経て得られた光学素
子組立体を用いた光アイソレータと比較のための光アイ
ソレータの測定結果を示すグラフである。

【図８】従来の光学素子組立体を用いて構成された光ア
イソレータの断面図である。

【図９】従来の光学素子組立体の製造方法において半田
接合された光学材料板の一部分の透視図である。

【符号の説明】

１ 光アイソレータ ２ 光学素子組立体 ３ 永久磁石 ４ ホルダー ５ 偏光子材料板 ６ ファラデー回転子材料板 ７ 検光子材料板 ８ 第１の溝 ９ 第２の溝 １０ メタライズ膜 １１ アパーチャ １２ 半田 ５０ 偏光子 ６０ ファラデー回転子 ７０ 検光子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光子、ファラデー回転子、及び検光子
   の少なくとも３つの光学素子が一光軸上に整列させて配
   置されることにより構成されている光アイソレータ用光
   学素子組立体の製造方法であって、 複数の前記偏光子を切り出すことが可能な偏光子材料
   板、複数の前記ファラデー回転子を切り出すことが可能
   なファラデー回転子材料板、及び複数の前記検光子を切
   り出すことが可能な検光子材料板の少なくとも３枚の光
   学材料板を用意し、前記偏光子材料板の前記ファラデー
   回転子材料板に対向する光学面、前記ファラデー回転子
   材料板の前記偏光子材料板及び検光子材料板に対向する
   光学面、並びに前記検光子材料板の前記ファラデー回転
   子材料板に対向する光学面の各光学面において光透過用
   のアパーチャと成るべき領域以外の部分にメタライズ膜
   を形成するメタライズ膜形成工程と、 該メタライズ膜形成工程後、前記偏光子材料板の偏光方
   向に対して前記検光子材料板の偏光方向が実質的に４５
   °傾いた状態になるように前記各光学材料板を積み重
   ね、前記各光学面に形成されたメタライズ膜の部分で、
   前記各光学材料板を互いに半田付けする半田付け工程
   と、 該半田付け工程後、前記各光学材料板を切断して、複数
   の前記光学素子組立体を切り出す切断工程とを有し、 前記メタライズ膜形成工程において、前記メタライズ膜
   によって範囲を定められる前記アパーチャが該メタライ
   ズ膜により完全に取り囲まれるように、前記メタライズ
   膜を形成することを特徴とする光アイソレータ用光学素
   子組立体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半田付け工程の前に、前記ファラデ
   ー回転子材料板に対向する光学面と前記偏光子材料板に
   対向する光学面の内、少なくとも一方の光学面に、前記
   各光学材料板を前記光学素子組立体単位で切り分けるた
   めの第１の溝を形成し、更に前記検光子材料板に対向す
   る光学面と前記ファラデー回転子材料板に対向する光学
   面の内、少なくとも一方の光学面に、前記第１の溝と同
   じパターンの第２の溝を形成する溝形成工程を付加し、
   前記切断工程において、前記第１及び第２の溝の部分で
   前記各光学材料板を切断することを特徴する請求項１記
   載の光アイソレータ用光学素子組立体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の光アイソレ
   ータ用光学素子組立体の製造方法において、前記メタラ
   イズ膜形成工程における前記メタライズ膜の形成が、ス
   パッタリングにより行われ、該メタライズ膜の形成のた
   めに使用されるメタルマスクが、前記アパーチャと成る
   べき領域を覆うマスク部と、該マスク部同士を接続する
   橋部とを有し、且つ前記マスク部が前記アパーチャと成
   るべき領域を覆っている時に、前記橋部が前記光学面か
   ら離れるように形成されているものであることを特徴と
   する光アイソレータ用光学素子組立体の製造方法。