JPH04212924A - 光アイソレータ - 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】

【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，光アイソレータはレーザ光の反射
戻り光を防止する目的で使用され，光通信分野では，光
信号の発振源である半導体レーザの直後に設置されるこ
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納めたレーザモジュー
ルの形で使用されるが，半導体レーザの温度制御および
装置全体の小型化の要求の為に，内蔵される光アイソレ
ータも小型化が求められている。

【０００３】また，一般に光アイソレータに用いられる
偏光子，検光子及びファラデー回転子等の光学素子や，
これら光学素子を収容するホルダ及びファラデー回転子
に磁場を印加する永久磁石は，素材としての価格が高価
であり，光アイソレータの小型化はコストダウンに結び
つくという利点もある。ところで，光アイソレータの組
立方法としては，大きく分けて２つの方法がある。

【０００４】図２（ａ），（ｂ）　及び図３（ａ），（
ｂ）　は，夫々異る２つの方法で組立てられた光アイソ
レータを示し，図２（ａ）　は１つの光アイソレータの
斜視図，図２（ｂ）　は，図２（ａ）　の光アイソレー
タの透過光軸に沿う縦断面図であり，また図３（ａ）　
は他の光アイソレータの斜視図，図３（ｂ）　は図３（
ａ）　の光アイソレータの透過光軸に沿う縦断面図を夫
々示している。

【０００５】図２（ａ），（ｂ）　において，ファラデ
ー回転子２３の光透過面に円柱プリズムＡ，Ｂの光透過
面を透明接着剤で貼着して一直線状とし，さらにファラ
デー回転子２３の周囲に厚み方向に着磁された円環状の
永久磁石を挿通して構成されている。永久磁石２６の内
部に形成される磁界の方向は光軸２２と一致している。 ファラデー回転子２３は永久磁石２６によって，飽和磁
界が印加されたとき，その偏光面を４５°光軸２２の回
りに回転させる構成とされている。

【０００６】図２（ａ），（ｂ）に示す光アイソレータ
は，光学素子を収容するホルダを使用せず全体を非常に
コンパクトにまとめることができ，小型化が可能であり
，構造が単純で部品点数が少ないために，製作が容易で
，安価に製造することができるという利点を有する。し
かしながら，部品の接続の為に光学接着剤の使用が不可
欠であるという欠点を有する。

【０００７】即ち，光学接着剤は，光透過損失等の光学
特性に優れているが，それに反して，耐温性，耐湿性が
，その他の接着剤等に比べてある程度劣っている。その
ため，この種の光アイソレータは，長期信頼性及び使用
保存環境条件について制限をうけることになってしまう
。

【０００８】一方，図３（ａ），（ｂ）　に示す光アイ
ソレータは，内部にファラデー回転子３３を接着固定す
るために突出した板体からなる固定部３８ａを有する金
属製ホルダＢと，検光子３２を接着固定するための固定
部３９ａを有するとともに空筒３７ｂよりも更に径の大
きな空間部３７ｃとによって形成される空間内に永久磁
石３６を配置した金属製ホルダＡと，偏光子３１を接着
固定するための固定部３７ａを有する金属製ホルダＣと
を，ホルダＢの固定部３８ａ側の一端面に，ホルダＢの
固定部３８ａの外側をホルダＡ内の永久磁石の内面を挿
入するようにホルダＡを接合固定するとともにホルダＣ
の固定部３９ａの形成されていない端面を夫々接合する
ことによって形成されている。

【０００９】このホルダＡ内に収容された永久磁石３６
は厚み方向３０に着磁されており，ファラデー回転子３
３に，この光アイソレータの光軸３５に沿う方向に磁場
を印加する。

【００１０】一方，図３（ａ），（ｂ）　に示す光アイ
ソレータは，金属製又は有機樹脂等を用いたホルダに，
各光学素子を接着して組立てを行う。図２（ａ），（ｂ
）　で示した光アイソレータとは異なり，光学素子と永
久磁石の他に，光アイソレータの構造材としてのホルダ
が存在するために，光アイソレータ全体の寸法がどうし
ても大きくなり，更にホルダがある分だけ価格も高価な
ものになるという欠点を有する。

【００１１】しかし，長所として，光学素子の組立の為
に専用の光学接着剤を使用する必要性がないので，種々
の幅広い使用環境に耐えうる接着剤が使用でき，信頼性
の面ですぐれた光アイソレータを作製することができる
。この接着剤を使用する場合，接着剤としては，エポキ
シ系の有機接着剤の他に，ホルダの材質によっては，セ
メント系の無機接着剤や，金属半田等を用いることもで
きる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般的に，光アイソレ
ータにおいて，光学接着剤などの有機材を用いた場合に
，この有機材は長期間の使用中にわずかではあるが揮発
性物質を発生させることがある。特に，光アイソレータ
がレーザモジュール内部などの密閉された環境にて使用
される場合には，光アイソレータ自身や近傍の光デバイ
スに悪影響を及ぼすことが考えられる。

【００１３】このような，有機材の揮発物質が問題にな
る場合には，有機材系の光学接着剤を用いた図２（ａ）
，（ｂ）　に述べた構造の光アイソレータは全く使用で
きない。しかし，ホルダや接着剤として無機系の物質を
選択することができる図３（ａ）　，（ｂ）　のような
構造であれば，そのような危険を回避することができる
。

【００１４】一方，図３（ａ），（ｂ）　に示した構造
の光アイソレータを小型化し，体積を減少させるために
は，その長さを切りつめるか又は直径を小さくするかの
いずれかの手段をとることになる。しかし，光学素子群
３１，３２，３３の厚さを減少することは，使用する光
学素子を変更しない限り無理であるので，長さ方向の寸
法の切り詰めは，ホルダＡ，Ｂ，Ｃ材の肉厚をうすくす
る必要があり，強度と部品加工性の面で困難である。

【００１５】というのは，この種の光アイソレータの外
径を決定しているのは，各光学素子３１，３２，３３の
大きさ，永久磁石３６の肉厚，ホルダＡ，Ｂ，Ｃの厚さ
である。このいずれかを小さくすれば，光アイソレータ
の体積減少を行うことが可能である。しかし，ホルダの
厚さを小さくすれば強度上の問題が増加し，光学素子３
１，３２，３３の小型化は，光透過光領域の減少につな
がり，光アイソレータの特性に影響を与えることになる
。

【００１６】そこで，永久磁石３６に着目することにす
る。永久磁石３６の役割は，ファラデー回転子３３を磁
気飽和させることのみである。従って，永久磁石３３を
廃し，代わりにファラデー回転子３３の近傍に磁界発生
機構を設置することで，ファラデー回転子３３に磁気飽
和するに充分な磁界を印加することができれば，光アイ
ソレータは永久磁石なしでも十分に機能する。

【００１７】このような構成で永久磁石の肉厚に相当す
る量の光アイソレータ半径の減少が可能であり，光アイ
ソレータ小型化及び部品点数の減少を可能とすることが
できる。

【００１８】そこで，本発明の技術的課題は，図３（ａ
）　，（ｂ）　で示された永久磁石を廃して，小型化及
び部品点数の減少することができる安価で製造容易な光
アイソレータを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，偏光子
と，ファラデー回転子と，検光子とからなる光学素子群
を，夫々対応するホルダ内に固定し，前記ファラデー回
転子が，前記偏光子と前記検光子との間に位置するよう
に，該光学素子群の夫々を光軸をそろえて該ホルダを連
結した光アイソレータにおいて，該ホルダ群の夫々は，
磁性材料からなり，少くとも１つは前記光軸に沿う方向
に永久着磁されていることを特徴とする光アイソレータ
が得られる。

【００２０】本発明によれば，前記光アイソレータにお
いて，前記ホルダは着磁可能な強磁性金属材料からなる
ことを特徴とする光アイソレータが得られる。又，本発
明によれば，前記光アイソレータにおいて，前記ホルダ
は，永久磁性を有する合成樹脂材料からなることを特徴
とする光アイソレータが得られる。

【００２１】更に，本発明によれば，前記光アイソレー
タにおいて，前記強磁性金属材料は，Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ
−Ｃｏ系磁性材料及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁性材料の内
の少なくとも一種であることを特徴とする光アイソレー
タが得られる。

【００２２】ここで，本発明において，ホルダとして金
属材料を用いる場合は，各光学素子の接合面に銅，すず
等の金属めっき又は半田めっきが施されていることが好
ましく，また，各光学素子は接合面にメタライズ膜が形
成されていることが好ましい。また，本発明において，
永久磁性を有する磁性粉末を含む合成樹脂材料とは，プ
ラスチックマグネット，ゴム磁石，ボンド磁石等の磁性
粉末を含有した合成樹脂材料をいう。

【００２３】

【作　　用】本発明においては，ファラデー回転子への
永久磁石に代わる磁界印加手段として，磁性材料からな
るホルダを用いる。ホルダの材質は，磁性金属を用いた
場合には，光アイソレータ組立後，ホルダ自体を着磁す
ることができる。一方，永久磁性を有する合成樹脂材料
を用いれば，有機系接着剤を用いることができる。この
ように，本発明においては，ホルダを構造材としてもつ
光アイソレータの小型化及び部品点数の減少をすること
ができる。特に永久磁石は光学素子ではないが，一般に
かなり高価であるので，ホルダと兼用することによりコ
ストダウンに貢献することになる。

【００２４】

【実施例】以下，本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明における光アイソレータの一
実施例を示す図で，図１（ａ）　は光アイソレータの斜
視図，図１（ｂ）　は図１（ａ）　の光アイソレータの
光透過光軸に沿う断面図である。

【００２５】図１（ａ）　において，符号７，８，９で
示される円筒状のホルダＡ，ホルダＢ，ホルダＣは端面
を合わせて光軸に沿って連結されており，ホルダＡ，ホ
ルダＢ，ホルダＣの材質は強磁性金属材料であるアルニ
コ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｃｏ系磁性材料（切削加工によ
る））からなり，矢印１０で示す方向に着磁されている
。

【００２６】図１（ｂ）　に示すように，ホルダＡは空
洞部７ａを有する円筒形状で，この円筒の一端部が内方
に向って突出し，この空洞部７ａを開口を光路を残して
閉塞するように設けられた板体からなる偏光子１の固定
部７ｂが設けられている。このホルダＡの固定部７ｂに
は，偏光子１が固定されている。また，ホルダＡの他端
面は空洞部７ａと同断面形状の開口を有する。そして，
ホルダＡの他端面には，ホルダＢの一端面が接続されて
いる。

【００２７】ホルダＢは，ホルダＡと同じ断面形状を有
し，ホルダＡよりもその長さが短い円筒形状を有する。 このホルダＢの他端部には，ホルダＡの固定部７ｂと同
様のファラデー回転子３を固定するための固定部８ａを
有する。ホルダＢの固定部８ａには，飽和時に４５°の
回転角を有するファラデー回転子３が固定されている。

【００２８】そして，ホルダＡの空洞部７ａはホルダＢ
の空洞部８ｂに連続している。このホルダＢの他端面に
，ホルダＣの一端部が接続されている。ホルダＣは，ホ
ルダＡ，Ｂと同様の断面形状を有し，ホルダＡとほぼそ
の長さが等しい円筒形状を有する。そしてホルダＣの他
端部には，ホルダＡ，Ｂの固定部７ｂ，８ａと同様の検
光子２を固定するための固定部９ａを有する。ホルダＣ
の固定部９ａに検光子３が固定されている。

【００２９】ホルダＡ，Ｂ，Ｃの偏光子１，検光子２，
ファラデー回転子３の各光学素子は，その片面に，各々
中央付近の光透過領域を除いてメタライズ加工が施され
ている。これらの光学素子１，２，３に施されたメタラ
イズ膜により，アルニコ製の各ホルダＡ，Ｂ，Ｃの各固
定部７ｂ，８ａ，９ａに対して，はんだ付される。また
，アルニコ製ホルダＡ，Ｂ，Ｃ固定部はそのはんだ付特
性を改善するために，各光学素子の接合面に銅又はスズ
の全面めっきが施されている。このアイソレータを組立
てるには，各光学素子１，２，３を夫々のホルダＡ，Ｂ
，Ｃに半田付終了後，ホルダＡ〜Ｃを各々着磁処理を行
い，その後，レーザスポット溶接により，ホルダＡとホ
ルダＢとの当接部，ホルダＢとホルダＣとの当接部が溶
接固定される。

【００３０】この光アイソレータを構成する偏光子１と
検光子２との相対角は一般的には４５°で，光学的に厳
密に調整を行う必要があるので，両者の溶接固定のうち
いずれか後に行う溶接固定の際には予め光学的な方法で
，偏光子１と検光子２の相対的な位置を充分に調整する
必要がある。このようにして永久磁石を用いない光アイ
ソレータを構成することができる。

【００３１】完成した光アイソレータは，図１（ｂ）　
に示す通り，連結されたアルニコ製のホルダの両端がそ
れぞれ磁極となり，ファラデー回転子３内に矢印１１で
示す通りの磁束を生じさせる。ホルダＡ及びＢは複雑な
形状としているので専用の永久磁石を使用する場合に比
べ，ファラデー回転子内での磁束密度はいくぶん小さく
なる。しかし，ファラデー回転子３の飽和磁束密度は小
さな値で十分なものもあるので，（Ｔｏｋｉｎ　製　　
磁性ガーネット膜の場合３００　Ｏｅ　以下で磁気飽和
する製品がある。）それらを使用することにより，光ア
イソレータの光学特性には全く影響を与えなで製造する
ことが可能となる。図１（ａ），（ｂ）　に示す本発明
の実施例に係る光アイソレータと，図３（ａ），（ｂ）
　に示す従来の光アイソレータの特性を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示すように，本発明の実施例に係る
光アイソレータは，従来の光アイソレータよりも，外径
，全長がともに小さく，かつ部品点数も少ないので，小
型で，組立てが容易な安価な光アイソレータを得ること
ができることが判明した。尚，本発明の実施例において
，磁性材料としてアルニコ磁性材料を使用したが，プラ
スチックマグネット等の磁性粉末を含有する合成樹脂材
料でホルダを構成しても，本発明の実施例と同様の効果
が得られることはいうまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように，本発明における光
アイソレータによれば，ホルダをそのまま構造材として
使用した無機材料のみによる組立も可能な高信頼性を要
求される光アイソレータにおいて，構造中の永久磁石を
省き，構造材たるホルダ自体に磁界印加の機能を持たせ
ることにより，小型化及び組立てを簡単にすることがで
きる。また，本発明における光アイソレータによれば部
品点数の減少も同時に行うことができ，材料費及び工程
費の面でコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）　は本発明の光アイソレータの一実施例
を示す斜視図，（ｂ）　は（ａ）　の光アイソレータ透
過光軸に沿う断面図である。

【図２】（ａ）　は従来の光アイソレータの一例を示す
斜視図，（ｂ）　は（ａ）　の光アイソレータの透過光
軸に沿う断面図である。

【図３】（ａ）　は従来の光アイソレータの他の例を示
す斜視図，（ｂ）は（ａ）　の光アイソレータの透過光
軸に沿う断面図である。

【符号の説明】

１　　偏光子 ２　　検光子 ３　　ファラデー回転子 ７　　ホルダＡ ８　　ホルダＢ ９　　ホルダＣ １０　　内部磁界の向き １１　　内部の磁界の向き １２　　光軸（矢印の向きが順方向） ２０　　着磁の向き ２１　　内部磁界の向き ２２　　光軸 ２３　　ファラデー回転子 ２４　　円柱プリズムＡ ２５　　円柱プリズムＢ ２６　　永久磁石 ３０　　着磁の向き ３１　　偏光子 ３２　　検光子 ３３　　ファラデー回転子 ３４　　内部磁界の向き ３５　　光軸 ３６　　永久磁石 ３７　　ホルダＡ ３８　　ホルダＢ ３９　　ホルダＣ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　偏光子と，ファラデー回転子と，検光
   子とからなる光学素子群を，夫々対応するホルダ内に固
   定し，前記ファラデー回転子が前記偏光子と前記検光子
   との間に位置するように該光学素子群の夫々の光軸をそ
   ろえて，該ホルダを連結した光アイソレータにおいて，
   該ホルダの夫々は磁性材料からなり，少くとも１つは前
   記光軸に沿う方向に永久着磁さ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の光アイソレータにおいて，
   前記ホルダは強磁性金属材料からなることを特徴とする
   光アイソレータ。
3. 【請求項３】　　請求項２の光アイソレータにおいて，
   前記ホルダは，永久磁性を有する磁性粉を含有する合成
   樹脂材料からなることを特徴とする光アイソレータ。
4. 【請求項４】　　請求項３の光アイソレータにおいて，
   前記強磁性金属材料は，Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｃｏ系磁性
   材料及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁性材料の内の少なくとも
   一種であることを特徴とする光アイソレータ。