JPH10333095A - 光アイソレータ用素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐湿性、耐光性の信頼性に優れ、小型の光ア
イソレータ用素子を、簡単な製造工程で得る。 【解決手段】偏光子、ファラデー回転子等の光学素子を
低融点ガラスあるいは半田により接合した光アイソレー
タ用素子であって、その製造工程において、低融点ガラ
スペーストあるいはクリーム半田を、該光学素子の開口
部以外の一部にスクリーン印刷によって直接印刷で製造
されているので、長時間あるいは高出力のレーザー光中
の使用でも、接合材の変質の可能性が無く、信頼性に優
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、光源から出射さ
れた光を各種光学素子や光ファイバの導入した際に生じ
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
素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、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、該入射
光の一部は、該各種光学素子や光ファイバの端面や内部
で反射されたり散乱されたりする。そしてこの反射，散
乱された光の内の一部は戻り光として前記光源に戻ろう
とするが、この戻り光を防止するために光アイソレータ
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つの部品を筒状の磁石内に部品ホルダを介して収納
し、構成されていた。ここで通常、ファラデー回転子は
飽和磁界内において所定の波長の光の偏光面を４５°回
転する厚みに構成され、また２つの偏光子はそれぞれの
透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整
されている。上記構造の光アイソレータにおいては、フ
ァラデー回転子と２つの偏光子が別部品で各素子にホル
ダが必要であり、そのため部品点数が多くなり組立工数
が多くなり小型化できないばかりか、各製品ごとに微小
光学素子の組立調整が必要で、作業が煩雑となるもので
あった。そこで本出願人は、図６に示すように、上記偏
光子３、４、ファラデー回転子２を光学接着剤２２で接
着して積層一体化することによって、部品点数を減ら
し、生産性を高くした光アイソレータ用素子２１を用い
た光アイソレータ２０を提案した（特開平４−３３８９
１６号公報参照）。また、各光学素子を接着した場合、
高湿度の環境下では接着剤の剥離が発生するため、側面
に金属薄膜や樹脂等をコーティングしたシール材を備え
ることも提案している。この光アイソレータ用素子２１
を作製する場合には、大型の偏光子基板とファラデー回
転子基板を交互に光学接着剤で一体化し、これをカット
して多数個の光アイソレータ用素子２１を得るといった
方法を用いることにより、作業性や生産量を高くし、さ
らにホルダ等の部品点数を削減することができるという
利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うにファラデー回転子の両面に板状の偏光子を光学接着
剤により接着し一体化した光アイソレータ用素子におい
ては、以下のような問題点があった。

【０００４】光の透過面（以降、開口部という）を光
学接着剤で固定しているため耐湿性に劣り、特に高温高
湿条件下での使用が制限される。

【０００５】開口部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ー光中の使用では接
着層の変質の可能性があり、信頼性に問題がある。

【０００６】光学接着剤から発生するアウトガスによ
り他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。特に半導体
レーザーパッケージ内への設置は、該アウトガスが半導
体レーザーチップの発光特性に悪影響を及ぼすため、該
パッケージ内への設置が不可能で、装置の大型化につな
がる。

【０００７】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、耐湿性、耐光性に優れ、アウトガスの
発生がなく、半導体レーザーパッケージ内に設置可能
な、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。更に、部品点数、組立工数が少なく、量産性の
高い光アイソレータ用素子の製造方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、偏光子、ファ
ラデー回転子等の光学素子を低融点ガラスあるいは半田
により接合した光アイソレータ用素子であって、その製
造工程において、低融点ガラスペーストあるいはクリー
ム半田を、該光学素子の開口部以外の一部にスクリーン
印刷により、直接印刷する事を特徴とするものである。
また本発明は平板状のファラデー回転子基板あるいは偏
光子基板の一部に低融点ガラス層あるいは半田層をスク
リーン印刷する工程と、該偏光子基板とファラデー回転
子基板を積層し、所定温度で焼成一体化する工程と、該
一体化した積層基板を所望のサイズにカッティングして
光アイソレータ用素子を多数個切り出す工程とを具備す
ることによって光アイソレータ用素子の製造方法を構成
した。

【０００９】本発明はこのような構成としたことによ
り、開口部以外の一部に印刷した接合材によって各光学
素子を接合したので、開口部に光学接着剤等が存在しな
い。そのため、高温高湿条件や、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、
各光学素子が直接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、低融点
ガラスや半田等の接合材を、スクリーン印刷により直接
光学素子に印刷することにより、各光学素子の接合間
隔、接合幅、開口部サイズを、マスクパターンに従っ
て、精度良く、再現性良く作製することができる。その
ため、均一で、優れた特性の光アイソレータ用素子が、
容易に多数個作製することができる。また、本発明の光
アイソレータ用素子の製造方法においては、１度の調整
工程で多数個の光アイソレータ用素子を作製することが
でき、組立工数の削減が可能で、量産性に優れる。また
接合材に低融点ガラスあるいは半田等の無機材料をもち
た場合、光アイソレータ用素子からはアウトガスが発生
しない。そのため、半導体レーザーパッケージ内に光ア
イソレータ用素子を設置することができ、装置の小型化
および、特性の安定化が実現する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図１は本発明にかかる光アイソレータ用
素子１の構成を示す斜視図である。同図に示すようにこ
の光アイソレータ用素子１は、平板状のファラデー回転
子２と、その両面に配置された平板状の偏光子３，４
と、低融点ガラス５から構成されている。低融点ガラス
５は、開口部Ａ以外の部分で接合幅Ｘ、厚みｔをもっ
て、各光学素子を接合している。

【００１１】ここでファラデー回転子２はビスマス置換
ガーネット結晶等で構成されており、その厚みは、該フ
ァラデー回転子２に光軸Ｌ方向の飽和磁界を印可した場
合に該ファラデー回転子２に入射する光の偏光面が４５
゜光軸まわりに回転するに必要な厚みに構成されてい
る。光アイソレータとして使用の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
及び、光アイソレータ用素子１を保持するホルダ等の構
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、磁石なしで光アイソレータを構成するこ
とが出来る。

【００１２】２枚の偏光子３，４は光軸Ｌ方向に入射す
る光の内の１方向の偏光成分を吸収する機能を有する吸
収型偏光子、あるいは分離する機能を複屈折性偏光子で
構成されている。ここで両偏光子のそれぞれの透過偏光
方向は、相対的に４５゜光軸まわりにずらされている。
これら光学素子（ファラデー回転子２と偏光子３，４）
は、それぞれの開口部Ａ以外の部分にスクリーン印刷さ
れた低融点ガラス５を、溶融固化することにより接合さ
れている。

【００１３】従って本発明の光アイソレータ用素子１
は、各光学素子間の開口部に、空気層以外の物質が存在
しないため、長時間あるいは高出力のレーザー光中での
使用でも接着層の変質による特性低下の可能性はなく、
信頼性に優れた光アイソレータ用素子が提供できる。ま
た、同じく高温高湿条件でも、優れた信頼性を示す。

【００１４】ここで、低融点ガラス５は融点が３５０℃
程度のガラス材で構成されている。低融点ガラスの熱膨
張係数は、ファラデー回転子２および偏光素子３，４の
熱膨張係数の中間の値を有することが望ましい。例えば
ファラデー回転子２と偏光子３，４の熱膨張係数がそれ
ぞれ１×１０^-5Ｋ^-1、０．６５×１０^-5Ｋ^-1の場合、低
融点ガラスの熱膨張係数は０．６５×１０^-5〜１×１０
^-5Ｋ^-1の範囲で選択することにより、ファラデー回転子
２と偏光子３，４間での、熱による歪み、破損を少なく
することができる。

【００１５】図２は本発明にかかる光アイソレータ用素
子１の製造手順を示す図である。まづ、同図（ａ）で示
すように、板状の偏光子基板１３と、同一形状のファラ
デー回転子基板１２に、ペースト状の低融点ガラス５を
スクリーン印刷し、乾燥させておく。

【００１６】本実施例１に示す光アイソレータ用素子で
は、低融点ガラス５をストライプ状に印刷塗布する。以
下に印刷パターンについて説明する。印刷パターンの線
幅は、溶融固化時のパターンだれを予想して、あらかじ
め（切断幅Ｗ＋接合幅Ｘ×２）より若干細くしておくこ
とが望ましい。なお、ここで切断幅Ｗとは図２（ｄ）の
点線で示す切断工程による切り代を示し、また接合幅Ｘ
は図１に図示した。また塗布厚みは、印刷、乾燥を２〜
３回繰り返すことにより、数十〜百数十ミクロンの厚み
を得ることができる。この場合も低融点ガラス５の溶融
固化時のだれを予想して、あらかじめ光学素子間隔ｔよ
り厚めにしておくことが望ましい。各光学素子間隔ｔは
各光学素子表面の反射による共振構造をとらないように
設計し、作製する必要があるが、スクリーン印刷はパタ
ーン精度±数μｍが可能で、再現性があり、厚みの調整
が可能であるため、従来のプリフォームされた低融点ガ
ラス５、あるいは棒状半田を用いる場合と比べて、高精
度で均一な接合部の作製が可能である。

【００１７】次に印刷した低融点ガラス５の仮焼成をお
こなう。これは塗膜中の樹脂を除去するため行い、焼成
は３２０℃〜３８０℃の範囲内で行う。次に、図２
（ｂ）（ｃ）に示すように、ファラデー回転子基板１２
と偏光子基板１３、１４の接合を行う。偏光子基板１
３、１４が、その透過偏波方向が精度が良く規定されて
いるいものであれば、光学調整無しで接合する事が可能
である。この場合、偏光子基板１３、ファラデー回転子
基板１２、偏光子基板４をこの順番に重ね、低融点ガラ
ス５の溶融作業温度に設定された高温炉６内で、約１０
分ほど保持した後、常温に戻し、低融点ガラス５の溶融
固化によって３枚の光学素子基板を一体化し、光アイソ
レータ用素子基板１１を得る。

【００１８】ここで、光アイソレータに高い特性が要求
される場合には、ファラデー回転子基板１２と偏光子基
板１３を接合一体化する第１の工程と、その後偏光子基
板４を光透過パワーをモニタしながら調整、接合一体化
する第２の工程が必要となる。この場合、第１の工程で
固化した低融点ガラスが、第２の工程で再溶融しないよ
うに、第１の工程では、第２の工程と比較して、充分高
い融点を有する低融点ガラスを使用する必要がある。

【００１９】なお上記偏光子基板１３、１４とファラデ
ー回転子基板１２には予め反射防止コートを施しておく
ことが望ましい。これは各基板と低融点ガラス層及び空
気層の屈折率の違いにより生じるフレネル反射を防止す
るためである。次にこの一体化された光アイソレータ用
素子基板１１を、同図（ｄ）に示すように、接合部の中
心を接合幅Ｘを残し切断幅Ｗで切断し、同図（ｅ）に示
すような光アイソレータ用素子１のサイズに多数個カッ
ティングして、均一な形状および特性の光アイソレータ
用素子の製造が可能となる。

【００２０】以上のように本製造方法によれば組立調整
工数が少なく短時間で同時に多数個の光アイソレータ用
素子の製造が可能となる。また、低融点ガラスを基板に
直接スクリーン印刷することにより、開口部Ａの大き
さ、光学素子間隔ｔ、接合幅Ｘを、数μｍから数十μｍ
の精度で作製でき、かつ再現性よく作製することが出来
る。

【００２１】本実施例では低融点ガラスのペーストをス
クリーン印刷する方法について説明したが本発明はこれ
に限ることなく、スクリーン印刷できる接合材、例えば
クリームハンダや高分子樹脂等を用いても良い。また本
実施例では、偏光子基板１３とファラデー回転子基板１
２の各片面に低融点ガラスを印刷する方法について説明
したが、本発明はこれに限ることなく、接合する基板の
少なくとも一方の面に接合材が印刷されていればよく、
例えば、ファラデー回転子基板１２の両面に接合材を印
刷しても良い。

【００２２】また本実施例では偏光子が２枚、ファラデ
ー回転子が１枚の構成を用いたが、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
いて同様の製造方法で光アイソレータ用素子を作製する
ことも可能である。次に本発明の光アイソレータ用素子
１の他の実施例について説明する。図３に示すように、
ファラデー回転子基板１２あるいは偏光子基板１３に、
接合材５を格子状に印刷し、各光学素子基板を接合後、
接合部を切断し、多数個に切り出す。このようにスクリ
ーン印刷では接合材を格子状に印刷する事も可能で、こ
の場合切り出した光アイソレータ用素子１は外周部が接
合されており、接合材が低融点ガラスあるいはハンダの
場合、気密型の部品として機能する特長を有する。

【００２３】図４（ａ）に示すように、ファラデー回転
子基板１２あるいは偏光子基板１３の開口部Ａ以外の部
分に、あらかじめ溝部７を作製し、溝部７とほぼ同じパ
ターンで、かつ溝部深さ以上の厚みに、接合材５をスク
リーン印刷する。その後は第一の実施例と同じく、焼
成、溶融接合、切断を行い、図４（ｂ）に示すような光
アイソレータ用素子１を得ることが出来る。本実施例の
光アイソレータ用素子１はあらかじめ作製した溝部に、
接合材を埋め込むことにより、光アイソレータ用素子の
側面にも接合材が回り込み、接合部分が多くなり、従っ
てより堅固な接合が実現する。

【００２４】次に本発明の光アイソレータ用素子１の応
用例を説明する。図５は半導体レーザーモジュール８に
本発明の光アイソレータ用素子１を組み込んだ断面図で
ある。一般にＧａＡｓ等からなる半導体レーザーチップ
１８はわずかな残留酸素によってその表面に酸化膜が形
成され、発振効率の低下が見られる。そこで、半導体レ
ーザーチップを設置するパッケージ１６は、窒素ガス等
の不活性ガスで気密封止され、当然、封止パッケージ内
にはアウトガスの発生する部品の設置は不可能である。
ここで、アウトガスは主に有機系の接合材より発生し、
接合材として低融点ガラスや半田の無機材料を用いた本
発明の光アイソレータ用素子１は、アウトガスの発生が
ほとんど無く、また小型であるため、半導体レーザーチ
ップやレンズを同様に、パッケージ内に設置が可能とな
る。従って、高性能で非常に小型の半導体レーザーモジ
ュールが提供できる。また、半導体レーザーの温度調整
用にペルチエクーラー１５を内蔵している半導体レーザ
ーモジュールにおいては、本発明の光アイソレータ用素
子１は非常に小型であるためペルチエクーラー上に設置
することができるため、光アイソレータの特性が安定化
し、半導体レーザーモジュールの特性向上が実現する。

【００２５】

【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及びその製造方法によれば、以下の
ような効果を有する。

【００２６】各光学素子の固定を開口部Ａ以外の部分
で行っているので、長時間あるいは高出力のレーザー光
中の使用でも、接合材の変質の可能性が無く、信頼性に
優れる。

【００２７】低融点ガラスや半田等の無機材料で各光
学素子を接合したので、アウトガスが発生せず、かつ耐
湿性に優れる。

【００２８】各光学素子を直接一体化しているため、
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。

【００２９】光アイソレータ用素子の製造方法におい
ては、スクリーン印刷法により、接合材を直接光学素子
基板に印刷することにより、量産性を向上させ、コスト
を低減させることができる。また、各光学素子の接合間
隔ｔ、接合幅Ｘ、開口部Ａ、サイズを精度良く、再現性
良く作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる光アイソレータ用素子の１実
施例を示す斜視図。

【図２】 本発明にかかる光アイソレータ用素子の製造
方法を示す図。

【図３】 本発明にかかる光アイソレータ用素子の他の
実施例を示す図。

【図４】 本発明にかかる光アイソレータ用素子の他の
実施例を示す図。

【図５】 本発明にかかる光アイソレータ用素子の応用
例を示す図。

【図６】 従来の光アイソレータを示す斜視図。

【符号の説明】

１ 光アイソレータ用素子 ２ ファラデー回転子 ３，４ 偏光子 ５ 低融点ガラス ６ 高温炉 ７ 溝部 ８ 半導体レーザーモジュール １０ レンズ １１ 光アイソレータ用素子基板 １２ ファラデー回転子基板 １３，１４ 偏光子基板 １５ ペルチエクーラ １６ パッケージ １７ 蓋 １８ 半導体レーザーチップ １９ 受光素子 ２０ 光アイソレータ ２１ 光アイソレータ用素子 ２２ 光学接着剤 ２３ 磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏光子、ファラデー回転子等の光学素子を
   接合材を介して積層されている光アイソレータ用素子に
   おいて、前記光学素子の内、光の透過面である開口部以
   外の一部分に前記接合材がスクリーン印刷によって塗布
   されることを特徴とする光アイソレータ用素子。
2. 【請求項２】前記接合材は低融点ガラスペーストあるい
   はクリーム半田が用いら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】偏光子基板とファラデー回転子等の光学素
   子を接合材を介して積層されている光アイソレータ用素
   子において、前記ファラデー回転子基板と偏光子基板の
   一部に接合材をスクリーン印刷し、乾燥させる工程と、
   前記偏光子基板とファラデー回転子基板を積層し、接合
   材を溶融固化させる工程と、前記接合材が溶融固化して
   一体となった積層基板を所望のサイズにカッティングし
   て光アイソレータ用素子を多数個切り出す工程とを具備
   することを特徴とする光アイソレータ用素子の製造方
   法。