JPH064735U - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脆弱なガラス偏光子の内部で破壊が生じない
形状、材質等の改善で内部破損の生じない光アイソレー
タを供すること。 【構成】 ガラス偏光子３とファラデー回転子９と永久
磁石１０を内包するホルダＡとホルダＢとからなる筐体
を構成する光アイソレータであって、ホルダＡをドーナ
ツ板状Ａホルダ１と複数のスリット部５を有する円筒状
Ａホルダ２に分割し、ホルダＢにも同じようにドーナツ
板状Ｂホルダ４と複数のスリット部５を有する円筒状Ｂ
ホルダ１１とに分割した筐体を有し、ドーナツ板状Ａホ
ルダ１とドーナツ板状Ｂホルダにガラス偏光子とファラ
デ回転子の熱膨張係数の差の少ない金属製及びセラミッ
クスの材料を使用し、複数のスリット部を有する円筒状
Ａホルダ２と円筒状Ｂホルダ４にも金属製及びセラミッ
クスの材料を使用することを特徴とする光アイソレー
タ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光通信、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生源である半導体レーザの直後に設置することが多い。 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 組立方法としては、一般に密封構造である半導体レーザモジュールの長期信頼性 を確保する目的で、脱ガスの危険のある有機接着剤等は一切使用せず低融点ガラ ス、はんだ材等の無機材料のみで行う場合が多い。はんだ付接合方法による光ア イソレータの一般例を図２の（ａ）及び図２の（ｂ）に示す。図２の（ａ）はは んだ付接合方法による光アイソレータの斜視図。図２の（ｂ）は正面断面図であ る。図２においてホルダＡ１２に永久磁石１０とガラス偏光子Ａ３１とを半田付 け接合し、ホルダＢ１３にファラデー回転子９をガラス偏光子Ｂ３２とホルダＣ １４とを半田付けし接合しホルダＢ１３の突出部をホルダＡ１２に永久磁石１０ を介して嵌合接合する。

【０００３】 ところで、光アイソレータを無機材料による接合で組立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。例として、光アイソレータの筐体である ホルダの材質としてステンレス材（ＳＵＳ３０４材）、光学素子としてガラス偏 光子を用いる場合について記す。両者の常温付近での熱膨張係数はステンレス材 で約１７×１０^-6／℃、ガラス偏光子では６×１０^-6／℃であり大幅に異なる。 よって、両者をじかに接合すると、接合時の昇温温度と常温との温度差により接 合部に応力ひずみが生じ、相対的に弱いガラス偏光子側が破損してしまうことと なる。

【０００４】 しかしながら、光アイソレータの筐体であるホルダとして、ステンレスはその ＹＡＧレーザ溶接の容易性のため一般的に必要不可欠である。これは、（１）と して光アイソレータの構成に必要な２枚の偏光子の相対角を光学的に調整したの ち、永久固定するためにはＹＡＧレーザ溶接がすぐれている。（２）として光ア イソレータをユーザが使用する光学系内に永久固定する方法として、ＹＡＧレー ザ溶接が多く用いられることの２つの理由による。一方前述の通り偏光子として ガラス偏光子を用いるとすると、両者の熱膨張係数の差により接合部に生じるひ ずみ応力を、何らかの方法で解消してやる必要がある。

【０００５】 従来はこの解決策として、無機接合材料として低融点かつ軟質の錫−鉛半田を 使用し、前記の熱膨張係数差による応力ひずみを錫−鉛半田にて吸収させること で解決を回っていた。しかし、近年光アイソレータに対しより信頼性の高い製品 が要求され、錫−鉛半田は軟質、低融点であること自体が耐熱性、長期安定性の 面で問題とされ、より高融点、硬質の接合材により組み立てられた光アイソレー タが求められている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

耐熱性、長期信頼性の面で、光アイソレータの組立に用いることに適する接合 材料としては金−錫半田及び低融点ガラスが知られている。これらを以降、高信 頼性接合材料で呼称することとする。これらの材料はいずれも融点が錫−鉛半田 に比べ高く（金−錫半田２８０℃、低融点ガラス４００℃以上）かつ、非常に硬 質の材料である。よって、従来の錫−鉛半田を用いる光アイソレータの構造を変 えずに接合材のみを置き換えると、接合時の温度上昇の為に生じた光アイソレー タ構成材料間の熱膨張係数差に由来するひずみを接合材が吸収しないので、接合 部で構造上最も弱い材質の部材が破損してしまう。たとえば、前述のステンレス 材（ＳＵＳ３０４）によるホルダとガラス偏光子との接合の場合では、通常相対 的に最も脆弱なガラス偏光子の内部で破壊が生じる。このようなことが生じぬよ う形状面で工夫を行い、内部破損の生じぬ光アイソレータの構造が求められてい る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

即ち本考案は、１．複数のガラス偏光子とファラデー回転子と永久磁石を内包 するホルダＡとホルダＢとホルダＣからなる筐体を構成する光アイソレータにお いて、ホルダＡをドーナツ板状Ａホルダと複数のスリット部を有する円筒状Ａホ ルダに分割し、ホルダＢにも同様にドーナツ板状Ｂホルダと複数のスリット部を 有する円筒状Ｂホルダとに分割した筐体を有する構造をなすことを特徴とする光 アイソレータ。２．請求項１記載の光アイソレータにおいて、ドーナツ板状Ａホ ルダと円筒状Ａホルダとドーナツ板状Ｂホルダと円筒状Ｂホルダにガラス偏光子 とファラデー回転子の熱膨張係数の差の少ない金属製及びセラミックスの材料を 使用することを特徴とする光アイソレータである。

【０００８】

【作用】

光アイソレータの組立接着材料として金−錫半田や低融点ガラスを使用するの であれば、すでに述べた通り、ステンレス製の光アイソレータ筐体に直接光学素 子を接着固定することは無理である。よって、セラミックスやコバール等、熱膨 張係数が光学素子に近い素材で円板状の緩衝板を作り、それに光学素子をとりつ けることとする。次にその緩衝板をステンレス製筐体に接着固定を行う。この方 法により各光学素子をステンレス製筐体に固定することが可能となる。この方法 による光アイソレータの実施例を図１の（ａ）に記す。この場合、ステンレス製 筐体（図ではステンレスの円筒状Ａホルダ２）に緩衝板（同セラミックスのドー ナツ板状Ａホルダ１）を無対策のまま接着固定すると、図１の（ｂ）に記すよう に、緩衝板であるセラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１が接着する両素材の熱 膨張係数差が原因でたわみ、結果として、光学素子（同ガラス偏光子Ａ３１）の 接着部にひび割れ８が発生し剥離が生じてしまう。これは、両素材の接着部に熱 膨張係数差に由来するひずみ応力の向き７であるセラミックスのドーナツ板状Ａ ホルダ１緩衝板を内側に押し付ける方向に作用するためである。この解決のため 図１の（ｃ）に記すように、ステンレス製の円筒状Ａホルダ２の筐体の接着部に 図１の（ａ）では合計４ケ所のスリット部５として示す切込みを入れて接着を行 い、図１の（ｃ）に示すように、前記の熱膨張係数差によるひずみ応力をステン レス製の円筒状Ａホルダ２の筐体側の変形によって吸収させ、緩衝板であるセラ ミックスのドーナツ板状Ａホルダ１のたわみを防ぐ。 以上の方法により、光学素子の内部破損が生じない金−錫半田、低融点ガラス 等の接合材を用いて光アイソレータを組み立てることが可能である。

【０００９】

【実施例】

本考案の光アイソレータの実施例を図１に示す。図１の（ａ）は光アイソレー タの組立て斜視図である。図１の（ｂ）は比較例としてセラミックスのドーナツ 板状Ａホルダ１とステンレス製の円筒状Ａホルダ２の分割型の筐体と使用しても 、スリット部がない場合、ステンレス製の円筒状Ａホルダ２のひずみ応用の向き ７が矢印のようになってガラス偏光子３に応力がかかり、ガラス偏光子３に割れ ８が入ったことを示す断面図。図１の（ｃ）はステンレス製の円筒状Ａホルダ２ にスリット部が入った場合、ガラス偏光子に割れが入らないことを示す断面図。 図１の（ｂ）は比較例でＳＵＳ３０４のステンレス製の円筒状Ａホルダ２とガラ ス偏光子Ａ３１の接合方法として、間にセラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１ を緩衝材として挿入しセラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１にガラス偏光子３ １を付けステンレス製の円筒状Ａホルダ２とガラス偏光子Ａ３１の直接接合を避 けている。なお、ガラス偏光子３１の熱膨張係数は６×１０^-6／℃であり、セラ ミックスの熱膨張係数は実施例の場合は約８×１０^-6／℃である。この場合、セ ラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１とガラス偏光子３１との熱膨張係数差はわ ずかであり、両者のみの接合では接合部破損が生じることはないが、これにステ ンレス製の円筒状Ａホルダ２（スリット部がないことに注意。）が加わると、図 １の（ｂ）に示す様に、セラミックスのドーナツ板状ホルダ１がステンレス製の 円筒状Ａホルダ２なの熱膨張係数差痛よる内側に作用するひずみ応用の向き７が 働き、すなわちひずみ応力でたわみ、結果としてガラス偏光子３１の接合部に剥 離応力が生じて割れ８が生じる。よって、この解決のために、ステンレスの円筒 状Ａホルダ２側にスリット部５の切込みを入れる。図１の（ａ）の例では４本の スリット部５を入れ、このスリット部５でステンレス製の円筒状Ａホルダ２とセ ラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１との高信頼性接合材による接合を行う。図 １の（ｃ）に示す通りステンレス製の円筒状Ａホルダ２とセラミクスのドーナツ 板状Ａホルダ１の接合部に生じるひずみ応力の向き７（図１の（ｂ）参照）が内 側に作用してひずみ応力はスリット部５の存在によりステンレスの円筒状Ａホル ダ２を外側に広げる方向すなわちひずみ応力の向き７１に働き、そのためセラミ ックスのドーナツ板状ホルダ１は変形しない。よって、ガラス偏光子３１の接合 部にも破損は生じないこととなり、目的が達成される。ここで、接合材として融 点２８０℃の金−錫半田を使用したとすると、ステンレス製の円筒状Ａホルダの スリット部の外側へのふくらみは片側４ｍｍ程度（光アイソレータ外径が約φ５ ｍｍの場合）である。尚セラミックスのドーナツ板状Ａホルダ１にコバールを使 用しても同様なことが言える。コバールの熱膨張係数は約４×１０^-6／℃である 。すなわちガラス偏光子との熱膨張係数の差がきわめて少ない材質を使用すれば よいことがわかる。またこの原理は円筒状Ｂホルダ４とファラディ回転子９とド ーナツ板状Ｂホルダ１１の間でも上述と同じことが言えるので、説明は省略する 。

【００１０】

【考案の効果】

以上述べたように、光アイソレータの外側筐体部で使用光学素子の熱膨張係数 に差があり、高信頼性接合材による昇温組立では光アイソレータの接合部のいず こかに内部破壊を生じる場合には、使用光学素子に近い熱膨張係数の緩衝材を構 造中に加え、更に外側筐体部側の該緩衝材との接合部にスリット部を設け、両者 の熱膨張係数に由来するひずみ応力を吸収させる。このことにより、金−錫半田 や低融点ガラスの様な高信頼性接合材料を使用しても、内部破損の生じない光ア イソレータの組立が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）は本考案の光アイソレータの実施
例の組立て斜視図であり、図１の（ｂ）は図１の（ｃ）
のステンレスの円筒状Ａホルダ２のスリット部のない場
合を示し、それぞれセラミックスホルダのふるまい、接
合部の応力の向き、生じる割れの位置を示している縦断
面図。図１の（ｃ）は図１の（ａ）の光アイソレータ左
側の分解部位の組立後の縦断面図。

【図２】図２の（ａ）及び図２の（ｂ）は、はんだ付接
合による光アイソレータの従来の説明図である。図２の
（ａ）は外観斜視図、図２の（ｂ）は同縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ドーナツ板状Ａホルダ ２ 円筒状Ａホルダ ３ ガラス偏光子 ４ 円筒状Ｂホルダ ５ スリット部 ６ 光軸 ７，７１ ひずみ応力の向き ８ 割れ ９ ファラデー回転子 １０ 永久磁石 １１ ドーナツ板状Ｂホルダ １２ ホルダＡ １３ ホルダＢ １４ ホルダＣ ３１ ガラス偏光子Ａ ３２ ガラス偏光子Ｂ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のガラス偏光子とファラデー回転子
   と永久磁石を内包するホルダＡとホルダＢとホルダＣか
   らなる筐体を構成する光アイソレータにおいて、ホルダ
   Ａをドーナツ板状Ａホルダと複数のスリット部を有する
   円筒状Ａホルダに分割し、ホルダＢにも同様にドーナツ
   板状Ｂホルダと複数のスリット部を有する円筒状Ｂホル
   ダとに分割した筐体を有する構造をなすことを特徴とす
   る光アイソレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光アイソレータにおい
   て、ドーナツ板状Ａホルダと円筒状Ａホルダとドーナツ
   板状Ｂホルダと円筒状Ｂホルダにガラス偏光子とファラ
   デー回転子の熱膨張係数の差の少ない金属製及びセラミ
   ックスの材料を使用することを特徴とする光アイソレー
   タ。