JPH11183841A - 光アイソレータ用素子とその製造方法および光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光アイソレータ用素子の小型化お
よび製造方法の簡略化に関するものである。 【解決手段】 平板状に加工された基板４上に、接合用
部材５を介してファラデー回転子２と複屈折性結晶から
なる偏光子３、３’の片端部を接合する。このように１
つの基板上に光学素子を整列させる構成をとることによ
り、光アイソレータを構成するホルダ等の部品点数を削
減することができ、さらに光アイソレータの小型化が実
現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光源から出射された
光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる戻
り光を除去するために用いられる光アイソレータ用素子
および光モジュールに関する。

【０００２】

【従来技術】レーザー光源等の光源から出射した光は、
各種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一
部は各種光学素子、光ファイバを透過する際、反射や散
乱を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻る
が、この戻り光を遮断するための光モジュールとして例
えば光アイソレータが用いられる。従来、この種の光ア
イソレータは、２枚の偏光子の間に平板状のファラデー
回転子を設置し、これら３つの部品をリング状の磁石内
に部品ホルダを介して配置することによって構成されて
いた。ファラデー回転子は飽和磁界強度において所定の
波長をもつ光の偏光面を４５゜回転する厚みを持ち、２
つの偏光子はそれぞれの分離偏波方向が４５゜回転方向
にずれるように回転調整されて構成されている。図４に
従来の光アイソレータの構成概略図を示す。図４に示す
ように、光アイソレータ２１はファラデー回転子２２、
複屈折性結晶からなる偏光子２３、２３’を円筒状の金
属ホルダ２４で保持し、リング状の磁石２６内に配置す
る構成となっている。このような構成の光アイソレータ
は、ファラデー回転子と２つの偏光子を部品別にホルダ
に固定する必要があり、このために部品点数が多い。ま
た、各光学素子が固定されたホルダの高精度な回転調整
作業を行い、ホルダ同士をＹＡＧ溶接等で接合する必要
があり、組立工数も多い。またファラデー回転子と偏光
子を直接光学接着剤で接合し、金属ホルダを使用しない
タイプの光アイソレータも提案されている。この方法に
より部品点数が削減される。

【０００３】さらに前記光アイソレータを光ファイバ間
に挿入したインライン型光アイソレータを構成する場
合、レンズと光ファイバを円筒形ホルダ内で一体化した
光ファイバコリメータを前記光アイソレータの入出射側
に配置し、図中Ｘ、Ｙ、Ｚ軸と、Ｚ軸周りの回転角度θ
と、Ｘ、Ｙ軸周りのあおり角度αを、光アイソレータの
特性をモニタしながら特性がピーク値となるように各
軸、角度を調整し、前記光アイソレータと前記光ファイ
バコリメータをＹＡＧ溶接等で固定する方法が一般的で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の光
アイソレータには以下のような問題点があった。

【０００５】（１） ファラデー回転子と偏光子の固定
にそれぞれ金属ホルダが必要であり、そのため部品点数
が多くなり小型化できないばかりか、組立調整も必要で
組立工数も多い。

【０００６】（２） 光学素子同士を直接光学接着剤で
接合した光アイソレータは、耐湿性が劣り特に高温高湿
条件下での使用が制限される。

【０００７】（３） さらに光線透過面を光学接着剤で
固定しているため、長時間あるいは高出力のレーザ光中
の使用では光学接着剤層の変質の可能性があり、信頼性
に問題がある。本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
でありその目的は、部品点数、組立工数が少なく、量産
性が高く、小型の光アイソレータ用素子を提供すること
にある。さらに耐湿性、耐光性に優れ、信頼性の高い光
アイソレータ用素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】１又は２以上の平板状フ
ァラデー回転子と２以上の複屈折性結晶からなる偏光子
が積層されている光アイソレーター用素子において、前
記平板状ファラデー回転子および前記偏光子との間にそ
れぞれ空隙を設け、その空隙を設けて積層された平板状
ファラデー回転子および偏光子の少なくとも片端部が接
着部材を介して基板に接着されていることを特徴とする
光アイソレータ用素子とこれを用いた光モジュールを提
供する。

【０００９】本発明はこのように構成されているので、
各光学素子が接合用部材と１つの基板により一体化され
ているため、光アイソレータを構成するホルダ等の部品
点数を削減することができ、光アイソレータの小型化が
実現する。また複屈折性結晶からなる偏光子の結晶軸を
基準面に対し精度良く設定することにより、光学素子の
調整が不要で、基板上に整列させるだけで良好な特性を
得ることができる。また光学素子は、その光路上に光学
接着剤等が存在せず、高温高湿条件下での信頼性に優れ
る。さらに高出力、長時間のレーザー光中での使用にお
いても特性の劣化がない。また、本発明の光アイソレー
タ用素子を用いた光アイソレータおよび複合モジュール
は装置の小型化が実現する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。図１は本発明の光アイソレータ用
素子の実施例を示す斜視図である。図１に示すように光
アイソレータ用素子１は、平板状ファラデー回転子２お
よび複屈折結晶をテーパー状に加工した偏光子３、３’
が基板４上に互いに空隙ｔ、ｔ’をもって配置され、接
合用部材５によって基板４に接着されている。ここで複
屈折結晶をテーパー形状に加工することにより、偏光子
は入射する光の偏波方向により光を分離合成する機能を
持ち、互いの結晶軸を光軸Ｌまわりに４５°ずらすこと
により光アイソレータの光学素子として用いられる。

【００１１】ファラデー回転子２は、例えばビスマス置
換ガーネット結晶等で、その厚みは入射光線の光軸Ｌ方
向の飽和磁界を印可した場合に入射光線の偏光面が４５
゜回転する様に設定する。ファラデー回転子にビスマス
置換ガーネット結晶を用いた光アイソレーター用素子を
使用する際には、ファラデー回転子２に磁界を印可させ
るため、光アイソレーター用素子１を磁石内に配置する
必要があるが、本実施例では磁石の構成は省略する。ま
た、自己バイアス型のファラデー回転子を用いれば磁石
なしでも光アイソレータは動作するため、磁石は不要と
なる。

【００１２】基板４は平板状に加工された金属基板等が
用いられ、接合用部材５を介してファラデー回転子２と
偏光子３、３’の片端部が接合されている。このように
１つの基板上に光学素子を整列させる構成をとることに
より、光アイソレータを構成するホルダ等の部品点数を
削減することができ、さらに光アイソレータの小型化が
実現する。

【００１３】また、偏光子３、３’は光アイソレータを
組み立てた場合に同じ方向となる各基準面６に対し、そ
の結晶軸を精度良く設定することができるため、基準面
６をある平坦面に当接し、基板４と接合することにより
光学調整する事なしに光アイソレータを組み立てること
ができる。また、本発明の光アイソレータ用素子を透過
した光の方向は基準面６に対して決まった方向に出射す
るため、光アイソレータ用素子の装置への組み込みも容
易となる。

【００１４】基板４の材料としては金属やガラス、セラ
ミックスが、接合用部材５の材料としては樹脂接着剤や
金属半田や低融点ガラスが用いられるが、ここで接合用
部材として金属半田や低融点ガラス等の無機材料を選択
すれば、高温高湿条件下での信頼性に優れる。

【００１５】本発明に示す光アイソレーター用素子にお
いては、平板状ファラデー回転子２および偏光子３，
３’間の空隙ｔ、ｔ’を任意に設定可能である。一般に
光アイソレータ等の光部品の構成において光学素子同士
の間隔は、光学特性に大きな影響を与える。例えば、素
子の間隔が極端に小さい場合、光部品を通過する光線が
素子端面間で多重反射を起こし、光線の透過率、反射率
が変動する。また、素子同士が接触した場合、素子表面
に施された反射防止膜は、境界条件が変化するため、そ
の機能を果たさなくなる。本発明における光アイソレー
ター用素子においては、構成する光学素子同士の間隔は
任意に設定できるため、その光学特性は安定する。さら
に光線透過面に樹脂接着剤が存在しないために高出力、
長時間のレーザー光中での使用においても特性の劣化が
ない。

【００１６】本実施例では偏光子が２枚、ファラデー回
転子が１枚である光アイソレータ用素子の構成を用いた
が、本発明はこれに限ることなく、さらに多数の偏光
子、ファラデー回転子を用いた光アイソレータ用素子で
あっても上記実施例と同様の効果を得ることができる。
図２は本発明にかかる光アイソレータ用素子１の製造手
順の一例を示す図である。先ず図２（ａ）で示すように
短冊形状の１枚の平板状ファラデー回転子１２と、短冊
形状の２個の偏光子１３、１３’との間にそれぞれ空隙
を設けて、平坦面１１上に各光学素子の基準面１６を当
接させ整列させる。ここで偏光子の結晶軸方向は基準面
１６を基準に設定しておき、偏光子１３、１３’の結晶
軸が互いに４５度ずれるように構成されている。従って
基準面１６を平坦面１１に当接させ整列することにより
偏光子１３、１３’の結晶軸方向の配置は正確に固定さ
れるため、光学特性の劣化は生じない。本実施例では偏
光子１３、１３’にテーパー形状に加工された複屈折板
を用いた。この場合、テーパーの方向は短冊形状の短辺
方向Ｙとなるように複屈折板を形成する。

【００１７】またファラデー回転子１２と偏光子１３、
１３’は可能な限り長い短冊形状で本工程を組み上げた
方が、後述するブロック化工程図２（ｃ）での光アイソ
レータ用素子の取り数が多くなり、組立がより簡略化す
る。各光学素子の整列後、図２（ｂ）に示すように各光
学素子の一端に接合用部材１５を用いて基板１４を接合
する。基板１４は金属やガラス等からなる平板を用い、
接合用部材としては樹脂接着剤、低融点ガラス、金属半
田等を用いる。金属半田を用いる場合には、短冊状光学
素子の基板接合面と基板１４にメタライズ膜を施す。半
田材の一例としてはＳｎ６３／Ｐｂ３７（融点１８５
℃）があげられ、メタライズ膜の一例としては、Ｔｉ／
Ｎｉ／Ａｕの３層膜があげられる。次に、図２（ｃ）に
示すように、一体化された構成部材１８をブロック状に
切断し、本発明の光アイソレータ用素子１を多数個切り
出す。図中点線は切断部を示す。前述のように可能な限
り長く作製された構成部材で組立て、その後多数個を切
り出す工程のため、均一で優れた特性の光アイソレータ
用素子が容易に作製することができ、組立工数の削減が
可能で、量産性に優れる。

【００１８】図３は、本発明にかかる光アイソレータ用
素子１を用いたインライン型光アイソレータ１７の縦断
面図を示す図である。本発明による光アイソレータ用素
子１は、レンズ７、７’と光ファイバ８、８’を実装し
た共通基板９上に固定されている。光アイソレータ機能
について以下に説明する。光ファイバ８から入射した順
方向光は、レンズ７によりコリメートされ、光アイソレ
ータ用素子１を透過し、レンズ７’により光ファイバ
８’に集光され、損失少なく光は透過する。逆に光ファ
イバ８’から入射した逆方向光は、レンズ７’によりコ
リメートされ、光アイソレータ用素子１に逆方向に入射
し、その光路が曲げられ、レンズ７で集光されるが光フ
ァイバ８には結合しない。

【００１９】また、光ファイバ、レンズ、光アイソレー
タ用素子の部品が固定される共通基板９は、それぞれの
部品の位置あわせ用に溝あるいはマーキングが作製され
ている。基板の材料はＳｉウェハーを用いて溝をエッチ
ングにより作製したり、ガラス、金属を用いて溝をイン
ジェクションモールドあるいは機械加工により作製する
事ができる。このような基板材料、加工方法による位置
合わせ用の溝精度はサブミクロン〜数ミクロンで作製す
ることができる。また、光ファイバ、レンズ、光アイソ
レータ用素子を共通基板９に固定する接合用部材は樹脂
接着剤や低融点ガラスや金属半田等を用いる。従って、
光ファイバ、レンズ、光アイソレータ用素子を共通基板
上の溝に設置するだけでインライン型アイソレータの組
立が可能で、組立工数の大幅な削減が可能となる。

【００２０】また、本発明の光アイソレータ用素子１を
透過した光の方向は設計した方向に出射するため、光ア
イソレータ用素子を共通基板９上に設置するだけで他の
調整は必要ない。さらに光学素子以外の部品は基板だけ
なので部品点数の削減が実現し、加えて本発明の光アイ
ソレータ用素子は小型であるため、装置全体の小型化が
可能である。本実施例では部品の位置合わせに溝を用い
たが、本発明はこれに限ることなく、金属薄膜等のマー
キングでも同様の効果を得ることができる。また本実施
例では共通基板９を一つの基板としたが、共通基板を２
分割以上してもよく、さらには光アイソレータ用素子の
基板４を削減し共通基板９上に光アイソレータを構成す
る光学素子を直接固定しても良い。また、光ファイバ
８、８’間に光アイソレータ用素子と光合分波器や波長
フィルタ等を設置した光増幅器用複合モジュールも、イ
ンライン型アイソレータと同様に共通基板を用いて構成
することができ、小型化、組立工数削減の効果を得るこ
とができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる光
アイソレータ用素子およびその製造方法によれば、以下
のような優れた効果を有する。

【００２２】（１） 部品点数が少なく、光アイソレー
タの小型化が実現する。

【００２３】（２） 光アイソレータ用素子の製造方法
においては、多数個の光アイソレータ用素子の組立を一
度に行うことができ、組立工数の削減が可能となる。

【００２４】（３） 光線透過面に樹脂接着剤を使用し
ないので、高温高湿条件下での信頼性に優れる。また高
出力、長時間のレーザー光中での使用においても特性の
劣化がない。 （４） 本発明の光アイソレータ用素子を用いたインラ
イン型アイソレータおよび光増幅器用複合モジュール
は、装置の小型化および、組立工数の削減が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光アイソレータ用素子の１実施例を示
す斜視概略図である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明にかかる光アイソ
レータ用素子の製造手順を示す図である。

【図３】本発明の光アイソレータ用素子を用いたインラ
イン型アイソレータの構成を示す概略図である。

【図４】従来の光アイソレータの構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１：光アイソレータ用素子 ２、１２、２２：ファラデー回転子 ３、 ３’、１３、１３’、２３、２３’：偏光子 ４、１４’：基板 ５、１５、２５：接合用部材 ６、１６：基準面 ７、７’：レンズ ８、８’：光ファイバ ９：共通基板 １１：平坦面 １７：インライン型光アイソレータ １８：一体化された構成部材 ２１：光アイソレータ ２４：金属ホルダ ２６：磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１又は２以上の平板状ファラデー回転子
   と、２以上の複屈折性結晶からなる偏光子と、これらの
   平板状ファラデー回転子と偏光子とを固定する基板とか
   ら構成されている光アイソレータ用素子において、前記
   平板状ファラデー回転子および前記偏光子との間にそれ
   ぞれ空隙部を設け、ほぼ平行に配列された平板状ファラ
   デー回転子および偏光子の少なくとも一端面部が接着部
   材を介して前記基板に接合されていることを特徴とする
   光アイソレータ用素子。
2. 【請求項２】前記偏光子はテーパー形状に加工された複
   屈折性結晶からなり、かつ前記偏光子はそのテーパー形
   状断面の平行な２辺の何れかを含む平面が基板に固定さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の光アイソレー
   タ用素子。
3. 【請求項３】少なくとも以下の（１）乃至（２）の工程
   によって製造されることを特徴とする光アイソレータ用
   素子の製造方法。 （１） 短冊形状の１又は２以上の平板状ファラデー回
   転子と、短冊形状の２以上の偏光子との間にそれぞれ空
   隙を設けて整列させ、前記短冊形状の長辺を含む面に基
   板を接着する工程。 （２） 前記工程（１）により一体化された光学素子、
   基板をブロック状にカットし光アイソレータ用素子を複
   数個切り出す工程。
4. 【請求項４】請求項１又は請求項２記載の光アイソレー
   タ用素子の光入射側及び光出射側が光ファイバと光学的
   に結合されることを特徴とする光モジュール。