JPH10227996A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、厚み方向の寸法を減じた光
アイソレータの提供することにある。また、同時に偏光
面の調整を行うことなしに光源モジュール内に組み込め
る光アイソレータを提供しようとするものである。 【解決手段】 本発明の光アイソレータは、偏光子、フ
ァラデー回転子、検光子の各光学素子と直方体の磁石と
を平板状の取り付け基板に設置した構造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信や計測等に用
いられる半導体レーザー素子用の反射戻り光防止のため
の光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信や計測等に用いられる半導体レー
ザー素子には、反射光が半導体レーザー素子に戻り、レ
ーザー発振が不安定になるのを防止するために光アイソ
レータが用いられている。従来の光アイソレータの外観
図を図２に断面図を図３に示す。

【０００３】基本的に光アイソレータは、偏光子１、フ
ァラデー回転子２および検光子１の各光学素子と磁石３
とからなり、これらの部品は円筒部材と中央に円形開口
が設けられた円板からなるホルダー５に取り付けられて
いる。ファラデー回転子には、希土類元素とビスマスを
含む鉄ガーネットなどの単結晶が多く用いられており、
磁界中に設置することで、磁気光学効果により入射光の
偏光面が４５゜回転するように光の進行方向に対する厚
みが調整されている。また、ファラデー回転子は強磁性
体であり、設置位置の磁界をファラデー回転子の飽和磁
界以上とすることで、入射光の偏光面の回転角を正確に
４５゜としている。このため、中空円筒形の永久磁石３
内にファラデー回転子２を設置し、磁石をその中心軸方
向に磁化することにより、ファラデー回転子の設置位置
の磁界を安定化している。

【０００４】光通信用のレーザー光源モジュール（以
下、光源モジュールと略す）には、半導体レーザー素子
と光アイソレータ、レンズなどが一つの密封されたパッ
ケージの中に組み込まれたものと、半導体レーザーが密
封されたキャンの中に設置され、該キャンに光アイソレ
ータ、レンズといった他の光学部品が取り付けられたも
のがある。アナログ用や超高密度伝送用の通信機には、
前者が使われることが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通信機の大きさを増す
ことなく、発信される情報を極力多くするために、同じ
大きさの通信機内に組み込まれる光源モジュール数を増
やす試みがなされている。この目的を達成する一つの方
法として、光源モジュールを実装した回路基板の厚みを
減らし、通信機内に多数の該回路基板を近接させて配置
することで、高密度の空間実装を実現するという方法が
ある。そのためには、光源モジュールの厚み方向の寸法
を減ずる必要があり、光源モジュールを構成する光アイ
ソレータも小型化する必要性が生じてきた。

【０００６】しかしながら、従来の光アイソレータは中
空円筒形の永久磁石を用いていることから永久磁石の直
径以下には寸法を小さくすることができない。また、光
アイソレータを光源モジュール内に組み込む際には、レ
ーザー光の損失を最小とするため、半導体レーザーから
の出射光の偏光面と光アイソレータの偏光子の偏光面を
一致させる必要があるが、この目的のため、予め光アイ
ソレータに偏光面の位置合わせ用部品が取り付けられる
場合もあった。その場合、実質的な光アイソレータの厚
み方向の寸法は位置合わせ用部品の付加された分さらに
大きくなっていた。

【０００７】本発明の目的は、厚み方向の寸法を減じた
光アイソレータの提供することにある。また、同時に偏
光面の調整を行うことなしに光源モジュール内に組み込
める光アイソレータを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光アイソレータは、偏光子、ファラデー回
転子、検光子の各光学素子と直方体の磁石とを平板状の
取り付け基板に設置した構造を有している。

【０００９】ファラデー回転子に印加されるべき磁界
は、ファラデー回転子の磁化が飽和する以上の強さに磁
界があれば良く、それ以上の磁界は実質的にファラデー
回転角に寄与しない。したがって、十分な磁界を印加す
べき永久磁石を偏光子、ファラデー回転子、検光子の各
光学素子と同じ平板上に並列して配置することにより、
厚み方向の寸法を実質的に取り付け基板の厚さと光学素
子の大きさの和にすることができる。

【００１０】光学素子の大きさを一辺がａの正方形とす
ると、従来の円筒形の光アイソレータにおいては光学素
子を円筒形の永久磁石の内径の中に設置されるので、こ
の永久磁石の内径は少なくとも１．４１ａが必要であ
る。また、永久磁石の径方向の必要厚みをｂ、ホルダー
の厚さをｃとすると光アイレータの直径ｄは少なくとも
ｄ＝１．４１ａ＋２ｂ＋２ｃである。

【００１１】これに対して本発明による光アイソレータ
においては、取り付け基板の厚さを従来の円筒形の光ア
イソレータの外筒の厚さの二倍としても、光アイソレー
タの厚さをｈとするとｈ＝ａ＋２ｃであり、厚さ方向の
寸法の差はｄ−ｈ＝０．４１ａ＋２ｂとなる。つまり、
永久磁石の肉厚の二倍以上の寸法が低減されるのであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の光アイソレータの斜視図
を図１に示す。本発明の光アイソレータは、偏光子１、
ファラデー回転子２、検光子１の各光学素子と直方体の
磁石３とを平板状の取り付け基板４上に配置した構造を
有している。

【００１３】偏光子と検光子の偏光方向はファラデー回
転子を挟んで正確に４５゜である必要がある。このた
め、偏光子、検光子は共に矩形、特に正方形であるのが
望ましい。偏光子としては正方形に切りだす二辺をその
偏光方向に平行に、検光子としては正方形の対角線をそ
の偏光方向に平行ににしておくのがよい。この偏光子、
検光子を、同様に正方形に切りだした４５゜ファラデー
回転子を挟んで平板状の取り付け基板に押しつけて固定
することにより、容易にアイソレータの光学素子配置が
実現できる。そして、直方体に成形した永久磁石を光軸
に平行に着磁して、平板上のファラデー回転子の横に光
軸に平行に並べて配置することにより所望の光アイソレ
ータが構成される。

【００１４】また、これら光学素子と永久磁石を取り付
け基板に固定する際には、半導体レーザー素子と一緒に
密封されたパッケージ内で接着剤の分解物などにより半
導体を劣化させる可能性の少ない金属やガラスなどで固
着されることが望ましい。このため、各光学素子は透過
光の通過する面を矩形とし、少なくとも直交する四つの
側面の内、取り付け基板に接する側面にメタライズを施
し、金と錫の合金により固着することが望ましい。メタ
ライズの最表面は金であることが望ましく、四つの面及
び光学面の一部に透過光の妨げにならない位置に同様に
メタライズの施されていることは更に好ましい。

【００１５】各光学素子と永久磁石のの固着は別々でも
良く同時でもよい。工程の短縮の観点からは同時固着が
望ましく、工程の容易さの観点からは別々に行うことが
良いが、別々に行う場合は、後から行う固着の際に先に
固着に用いた合金よりも融点の低い合金または金属を用
いるのが望ましい。

【００１６】各光学素子を正方形にかつ同じ大きさで切
り出しておけば、光学素子の整列の工程において同時に
二辺あるいはそれ以上の数の辺を基準に整列が可能とな
るため、素子整列の工程の観点から好ましい。また、通
常の透過光に望まれる光学面の領域は円形であることか
ら、各光学素子が正方形であることは矩形の中でも材料
の無駄が少ない形状である。

【００１７】

【実施例】偏光子、検光子には、コーニング社製のポラ
コア１３００ＨＣを用い、これの表面に酸化珪素及び酸
化チタンを真空蒸着法により交互に５層重ねた反射防止
コーティングを行ったものを用いた。偏光子には偏光方
向を切断した正方形の辺方向に一致させて切り出したも
の、検光子には偏光方向を正方形の対角線方向に一致さ
せたものを用意した。これらの光学素子の一辺の大きさ
は１．２ｍｍである。同様に稀土類鉄ガーネットの単結
晶である４５゜ファラデー回転子には、上記偏光子、検
光子と同様の処方で反射防止コートを施したものを、や
はり１．２ｍｍの正方形にダイシングソーにより切り出
したものを用意した。これらの素子の側面には、真空蒸
着プロセスによりクロムの薄膜層を形成した後、金の薄
膜層を形成して、半田により固着が可能であるようにし
た。

【００１８】取り付け基板には、ステンレス（ＳＵＳ３
０４)の厚さ０．５ｍｍの平板を２ｍｍ×４ｍｍに切り
出したものを用い、湿式法によりニッケル、金をメッキ
して半田付けが可能となるようにした。

【００１９】また、磁石にはサマリウムコバルト磁石を
用い、１．２ｍｍ×１．２ｍｍ×２ｍｍの寸法に加工
し、その表面に湿式メッキによりニッケル、金をメッキ
し、半田付けが可能となるようにした。

【００２０】偏光子とファラデー回転子と検光子を、そ
れぞれの切断した辺を一致させ、金属薄膜形成を施して
いない面を重ねるように整列し、重ねた面が取り付け基
板の２ｍｍの辺に平行になるようにして取り付け基板の
中央に配置した。この光学素子の両側にサマリウムコバ
ルト磁石の２ｍｍの辺が同様に取り付け基板の２ｍｍの
辺に平行になるように配置した。

【００２１】これらの光学素子及び磁石の上に０．０５
ｍｍの金８０％、錫２０％を含む半田泊を載せ、ステン
レスの押さえ板で仮押さえした状態で、アルゴンガス９
０％、水素１０％の雰囲気ガスの炉の中を通し、２９０
℃に加熱し、光学素子及び磁石を取り付け基板に固着し
た。その後、磁石を２Ｔのパルス磁場で着磁し、１０台
の光アイソレータを作製した。この本実施例の光アイソ
レータの外形寸法は２ｍｍ×４ｍｍ×１．７ｍｍであっ
た。本実施例の光アイソレータの光学特性を表１に示
す。

【００２２】

【表１】 試料番号 順方向損失（ｄＢ） 逆方向損失（ｄＢ） 1 0.18 35 2 0.09 33 3 0.17 38 4 0.16 37 5 0.15 38 6 0.11 39 7 0.11 38 8 0.09 41 9 0.15 35 10 0.16 39 平均 0.14 37

【００２３】比較例として、本実施例と同じ寸法で同じ
処理を施された光学素子を用い、図３に示す断面形状の
光アイソレータを作製した。まず、偏光子、検光子を、
それぞれ厚さが０．２５ｍｍで外径が３．２ｍｍの円形
開口を有するステンレス製の円板状ホルダーに金８０
％、錫２０％を含む半田で固定した。次に、ファラデー
回転子と内径１．８ｍｍ、外径２．７ｍｍ、長さ１．５
ｍｍ（実施例と比較すると不当にサイズが大きくありま
せんか？）のサマリウムコバルト磁石を内径２．７ｍ
ｍ、外径３．２ｍｍ、長さ２．５ｍｍのステンレス製の
円筒形ホルダー中に設置し、偏光子、検光子と同様、金
８０％、錫２０％を含む半田を用いて固定した。そし
て、最後に上記３種類の光学素子が固定されたホルダー
を組み合わせ、光学調整した後、レーザー溶接により最
終組立を行い、光アイソレータを５台作製した。比較例
の光アイソレータは、偏光子、検光子が円板状ホルダー
に固定されているため、両者の偏光面を４５°ずらすた
めに光学調整が必要なのである。比較例の光アイソレー
タの光学特性を表２に示す。

【００２４】

【表２】 試料番号 順方向損失（ｄＢ） 逆方向損失（ｄＢ） 1 0.09 39 2 0.15 40 3 0.12 38 4 0.14 40 5 0.14 36 平均 0.13 39

【００２５】本発明による光アイソレータは無調整組立
にもかかわらず、光学調整を行って組み立てる従来の光
アイソレータとほぼ同様の光学特性を示す。光学調整工
程の省略にかかわらず同等の特性が得られたことは、作
製に関わる人員や設備に対する費用が低減できるという
ことを意味している。寸法に関しては、比較例の光アイ
ソレータが３．２ｍｍであるのに対し、本実施例による
光アイソレータでは厚さ方向の寸法が１．７ｍｍであ
り、約半分となった。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明の光アイソレータを用
いれば、厚みの小さい構造の光源モジュールを作製する
ことが可能であり、これにより光源モジュールの取り付
けられた回路基板の厚み寸法を低減することができる。
この結果、通信機内への回路基板の取り付け密度を向上
することが可能となり、通信機内に取り付けられる光源
モジュール数増あるいは光源モジュール数が同一であれ
ば通信機の小型化が可能となる。

【００２７】また、光学素子が矩形であれば光学素子を
取り付ける基板と光学素子の接触面積が大きくなり接合
が強固にすることができるばかりでなく、取り付け基板
上に永久磁石を取り付ける事が容易になりかつ強固に取
り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光アイソレータの斜視図である。

【図２】従来の光アイソレータの外観斜視図である。

【図３】従来の光アイソレータの断面図である。

【符号の説明】

１ 偏光子、検光子 ２ ファラデー回転子 ３ 永久磁石 ４ 取り付け基板 ５ ホルダー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザー素子と光アイソレータと
   レンズとが一つの密封されたパッケージの中に組み込ま
   れたレーザー光源モジュール用の光アイソレータであっ
   て、偏光子、ファラデー回転子、検光子の各光学素子と
   直方体の磁石が平板状の取り付け基板上に設置されてい
   ることを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 上記偏光子、ファラデー回転子、検光子
   の各光学素子の形状が正方形であることを特徴とする請
   求項１記載の光アイソレータ。