JP2003161914A - 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子同士を接着剤を使用することなく接
合し、小型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供す
る。 【解決手段】 磁性ガーネットの少なくとも一面が偏光
子と接着剤を使用することなしに接合されて成り、光が
その接合面を透過することによって機能する光学デバイ
スにおいて、前記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／
℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／℃）及び偏光子
の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α２）×ｔ２
│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５であることを特
徴とする光学デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子が接着剤
を使用することなしに接合された光学デバイス及び光学
デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、波長分割多
重）の多波長化により、光通信システムの高集積化が進
んでいる。その結果、そこに使用される光学デバイスの
小型化に対する要求も強くなってきている。光学デバイ
スは、多くの場合、固定部材にファラデー回転子や偏光
子等の光学素子を接合し、これらを組み合わせることに
より構成されている。しかし、この方法では、固定部材
が邪魔になり光学デバイスの小型化の妨げとなってい
る。そこで、固定部材を排除し、光学素子同士を接着す
る方法が検討されている。

【０００３】光学素子同士の接合で最も簡単な方法は、
有機接着剤を使用して接着することである。しかしなが
ら、有機接着剤はアウトガスが発生し、これがレーザー
ダイオードに悪影響を及ぼす上に、高出力レーザーの照
射や高温高湿雰囲気下の暴露に弱く、デバイスの信頼性
に欠けるといった欠点を有する。

【０００４】そこで、有機接着剤を使用することなく、
光学素子同士を接合する方法が種々検討されてきた。例
えば、その一つとして、低融点ガラスや半田を無機接合
材として使用して光学素子同士を接合する方法がある。
低融点ガラスとは、Ｂｉ_２Ｏ _３やＰｂＯ等の低融点材料
を主成分とした接合用ガラスであるが、接合時にガラス
の軟化点よりも高温に加熱する必要がある。また、光学
デバイスの小型化を目的とした場合、光学素子の透光面
同士を接合すると効果的である。しかし、このような低
融点ガラスを用いて光学素子の透光面同士を接合する場
合、低融点ガラスを加熱軟化する際に光学素子に施した
反射防止膜と低融点ガラスが反応し、反射防止機能を損
なうといった問題がある。このため、透光面同士の接合
に低融点ガラスを使用した光学デバイスの実用化は困難
とされている。

【０００５】一方、半田を使用する場合、半田は透光性
が全く無いため、透光面に直接配置することができな
い。従って、透光面の外枠に選択的メタライズを施し、
メタライズ部のみに半田が介在するような接合方法が採
られている。このような接合方法は、複雑なメタライズ
工程を必要とし、歩留りの低下およびコスト上昇が避け
にくいといった問題を有する。

【０００６】また、接合材を一切使用しないで光学素子
同士を直接接合する方法（特開平７−２２０９２３号公
報、特開２０００−５６２６５号公報参照）も試みられ
ている。この方法は、光学素子の表面を親水化処理した
後に親水化面同士を貼り合せるもので、半導体ではＳＯ
Ｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエ
ーハの製造工程で実用化されている。しかしながら、こ
の方法を光学デバイスに適用する場合、次に述べるよう
な問題点があり、実用化が困難な状況である。

【０００７】すなわち、このように、親水化処理を行っ
て光学素子同士を直接接合する方法は、被接合物の形状
および物性に大きく依存する。例えば、反りに関して
は、曲率半径で数百ｍ以上あることが望ましい。また、
被接合物の表面粗さは、Ｒａ＝０．３ｎｍ以下であるこ
とが望ましいと言われている。さらに、被接合物間の線
膨張係数の差にも大きく影響される。

【０００８】しかしながら、上記の要件を満足する光学
素子は少ない。例えば、光学デバイスで一般的に使用さ
れる光学素子の一つである鉄系ガーネット等は、厚さ方
向に応力分布を有するため大きな反りを伴うことが多
い。また、偏光ガラスは、ガラスに銀や銅などの金属粒
子を分散させた構造であるため、表面粗さを制御するこ
とが困難である。さらに、これら光学素子の線膨張係数
は材料によって大きく異なる場合が多く、被接合物間の
線膨張係数差が大きくなる傾向にある。そのため、上述
したように光学素子同士が直接接合した接合体は、熱処
理が施されることによって接合面に剥離が発生しやす
く、接合面の密着性、耐久性は低いものとなっていた。

【０００９】さらに、このような線膨張係数の異なる材
料を直接接合した場合、異種材料間に熱応力が発生し、
それが接合面に集中することによって光学歪が生じやす
くなり、消光比等の光学特性を低下させるという問題が
あった。したがって、直接接合技術を光学デバイスヘ適
用することは、非常に困難なものとなっている。

【００１０】以上のように、現在、有機接着剤を使用す
ることなく光学素子を接合し、高信頼性の光学デバイス
を安価にかつ容易に製造することは、非常に困難な状況
にある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上記問
題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、
光学素子同士を有機接着剤を使用することなく接合し、
小型でかつ高信頼性の光学デバイスを安価に提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、磁性ガーネットの少なくとも一面
が偏光子と接着剤を使用することなしに接合されて成
り、光がその接合面を透過することによって機能する光
学デバイスにおいて、前記磁性ガーネットの線膨張係数
α１（／℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／℃）及
び偏光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α
２）×ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５であ
ることを特徴とする光学デバイスが提供される（請求項
１）。

【００１３】このように、磁性ガーネットの線膨張係数
α１（／℃）、偏光子の線膨張係数α２（／℃）及び偏
光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α２）×
ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５であれば、
接合の際の熱処理工程時に磁性ガーネットと偏光子が剥
離する事を防止でき、十分な接合強度を得ることができ
る。また、磁性ガーネットと偏光子間で生じる熱応力を
低減できるため、熱応力を起源とした光学歪による光学
特性の劣化を抑制できる。さらに、有機接着剤を使用し
ていないため、これに基づくアウトガスの発生や接合面
の劣化もない。したがって、優れた光学特性を有し、小
型で高信頼性の光学デバイスを安価に提供することがで
きる。

【００１４】このとき、前記磁性ガーネットの偏光子と
の接合面に金属酸化膜が形成されていることが好ましく
（請求項２）、前記金属酸化膜がＡｌ_２Ｏ_３、Ｔｉ
Ｏ_２、ＳｉＯ_２から選択される１種または２種以上の金
属酸化膜であり、該金属酸化膜が単層または多層に積層
されたものであることが好ましい（請求項３）。

【００１５】このように、磁性ガーネットの偏光子との
接合面に金属酸化膜が形成されていることによって、反
射防止膜として作用し、また偏光子との接合をより強固
にすることができる。また、該金属酸化膜がＡｌ
_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択される１種または
２種以上の金属酸化膜であり、単層または多層に積層さ
れたものであることによって、反射防止膜としての効果
に優れ、さらに接合力の向上が顕著であるため、高性能
で高信頼性の光学デバイスとすることができる。

【００１６】またこのとき、前記偏光子が偏光ガラスで
あることが好ましい（請求項４）。本発明は、上述した
ように、偏光子の厚さを適切に設定することを要件の一
つとしている。したがって、偏光子の光学特性がその厚
さに依存しにくいことが求められる。そのため、偏光子
が光学特性への厚さの影響が少ない偏光ガラスであるこ
とが好ましく、それによって、光学特性を低下させるこ
となく偏光子の厚さを適切に設定することができる。

【００１７】さらに、前記磁性ガーネットがビスマス置
換鉄ガーネットであることが好ましい（請求項５）。こ
のように、磁性ガーネットがファラデー回転能に優れて
いるビスマス置換鉄ガーネットであることによって、
０．５ｍｍ程度の厚さで４５度のファラデー回転角が実
現可能であり、光学デバイスの小型化に有効である。

【００１８】また、前記光学デバイスを光アイソレータ
とすることができる（請求項６）。

【００１９】光アイソレータは、光学デバイスの中で最
も利用価値が高いものの一つであり、光通信における必
須デバイスである。このように、本発明の光学デバイス
が光アイソレータであることによって、近年要望の強い
光アイソレータの小型化、有機接着剤のフリー化に応え
た光学デバイスを提供することができる。

【００２０】次に、本発明に係る光学デバイスの製造方
法は、磁性ガーネットの少なくとも一面を偏光子と接着
剤を使用することなしに接合して光学デバイスを製造す
る方法において、前記磁性ガーネットの線膨張係数α１
（／℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／℃）及び偏
光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α２）×
ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５となる磁性
ガーネット及び偏光子を用いて接合することを特徴とす
る（請求項７）。

【００２１】このように、磁性ガーネットの線膨張係数
α１（／℃）、偏光子の線膨張係数α２（／℃）及び偏
光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α２）×
ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５となる磁性
ガーネット及び偏光子を用いて光学デバイスを製造する
ことによって、接着剤を使用することなく磁性ガーネッ
トと偏光子を十分な接合強度で接合でき、また接合体の
光学歪による光学特性の劣化を抑制できる。したがっ
て、優れた光学特性を有する高信頼性の光学デバイスを
安価に製造することができる。

【００２２】このとき、前記磁性ガーネットと前記偏光
子との接合は、各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処
理、乾燥工程を施した後、接合面を直接または溶液を介
して貼り合わせ、その後熱処理を行うことによって接合
することが好ましい（請求項８）。

【００２３】このように、磁性ガーネットと偏光子の各
々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥工程を施し
た後、それらを直接または溶液を介して貼り合わせ、そ
の後熱処理を行うことによって、磁性ガーネットを構成
する化学種と偏光子を構成する化学種との相互作用が有
効に働き、十分な接合強度を得ることができる。それに
よって、接合面の剥離を防止することができる。

【００２４】さらにこのとき、前記磁性ガーネットと偏
光子を接合する際に用いる溶液として、極性分子を主成
分とした液体を単独または混合して使用することが好ま
しい（請求項９）。

【００２５】このように、磁性ガーネットと偏光子を接
合する際に、極性分子を主成分とした液体を単独または
混合して使用することによって、磁性ガーネットと偏光
子の接合力を更に向上することができる。

【００２６】また、前記磁性ガーネットの偏光子との接
合面に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと
偏光子を接合することが好ましい（請求項１０）。

【００２７】このように、磁性ガーネットの偏光子との
接合面に金属酸化膜を形成した後に接合を行うことによ
って、その接合強度をさらに高めることができる。ま
た、形成された金属酸化膜が光学デバイスにおいて反射
防止膜として機能することにより、信頼性が高く、高性
能の光学デバイスを製造することができる。

【００２８】さらに、前記磁性ガーネットに形成する金
属酸化膜を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択
される１種または２種以上の金属酸化膜とし、該金属酸
化膜を単層または多層に積層することが好ましい（請求
項１１）。

【００２９】このように、金属酸化膜をＡｌ_２Ｏ_３、Ｔ
ｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択される１種または２種以上の
金属酸化膜とし、単層または多層に積層することによっ
て、金属酸化膜の反射防止膜としての機能をさらに高
め、また磁性ガーネットと偏光子の接合力も著しく高め
ることができる。

【００３０】また、本発明では、前記磁性ガーネットに
偏光子を接合して、光アイソレータを製造することがで
きる（請求項１２）。このように、光アイソレータを製
造することによって、接着剤を用いることなく、十分な
接合強度を有する小型の光アイソレータを製造すること
ができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発
明者等は、小型で信頼性の高い光学デバイスを提供する
ために、光学素子同士が有機接着剤を使用することなく
十分な接合強度で透光面で接合され、また接合時に種々
の光学素子の反射防止膜に与えられるダメージがなく、
しかも、線膨張係数差を有する光学素子間の接合におい
ても光学特性の低下のない光学デバイスとして、磁性ガ
ーネットと偏光子を接合した光学デバイスであって、磁
性ガーネットの線膨張係数、偏光子の線膨張係数及び偏
光子の厚さが適切に選択された光学デバイスであれば極
めて効果的であることを見出し、接合に関する諸条件を
精査することによって本発明を完成させるに至った。

【００３２】すなわち、磁性ガーネットの少なくとも一
面が偏光子と接着剤を使用することなしに接合されて成
り、光がその接合面を透過することによって機能する光
学デバイスにおいて、前記磁性ガーネットの線膨張係数
α１（／℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／℃）及
び偏光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α
２）×ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５であ
ることを特徴とする光学デバイスであれば、十分な接合
強度と優れた光学特性を有する小型で高信頼性の光学デ
バイスを安価に提供することができる。

【００３３】まず、本発明の磁性ガーネットと偏光子と
の接合における接合方法の一例を図１に示す。先ず、磁
性ガーネット及び偏光子の接合される表面（接合面）に
十分な研磨加工（工程）を施す。その後、各々の接合
面を十分に洗浄し（工程）、親水化処理（工程）を
行う。その際、接合面の洗浄には、通常の湿式洗浄が
有効であるが、さらに短波長紫外線処理（ＵＶ処理）や
プラズマ処理を併用するとより効果的である。また、親
水化処理には、半導体ＳＯＩウエーハプロセスで一般
的に利用されているアンモニア過水（アンモニア水、過
酸化水素水、純水の混合液）や硝酸、塩酸の希釈液もし
くはこれら希釈液に過酸化水素水を添加した溶液が有効
である。

【００３４】次に、純水による洗浄を行い、親水化処理
液を除去する。純水洗浄後は、ＩＰＡ蒸気乾燥法やスピ
ンドライヤーにより乾燥を行い、乾燥むらを防止するこ
とが望ましい（工程）。次いで、このようにして得ら
れた前処理済みの磁性ガーネットと偏光子を貼り合わせ
る。その際、接合面で直接接合しても良いが、より接合
を容易に行うために接合面に溶液を塗布し（工程）、
その後磁性ガーネットと偏光子を貼り合せることが好ま
しい（工程）。このとき塗布する溶液は、水、アンモ
ニア等の極性分子を主成分とした液体を単独もしくは混
合して使用することが望ましく、特に純水を介して接合
することが望ましい。この様な溶液を用いて接合を行う
ことによって、磁性ガーネットと偏光子の接合力を高め
ることができる。また、この溶液にアルカリ金属元素や
ケイ酸塩などの可溶性物質を添加することによって、更
に接合力を向上させることも可能である。

【００３５】上記の手順で貼り合せた接合体を自然乾燥
もしくは真空乾燥させることによって、弱い接合力で固
定される（工程）。

【００３６】乾燥後、得られた接合体に８０〜２００℃
程度の温度で数時間熱処理を施すことにより、十分な接
合力が得られる（工程）。このとき、熱処理工程にお
ける昇温速度が速や過ぎると、昇温中に接合面の剥離が
発生する恐れがある。従って、２０℃／ｈ以下の昇温速
度に設定することが望ましい。また、熱処理時の雰囲気
は、大気中でも問題ないが、減圧雰囲気もしくは水素を
含む雰囲気であるとより好ましい。

【００３７】しかしながら、上述のような接合方法によ
って光学素子同士を直接接合する場合でも、工程の熱
処理において熱応力の発生等の原因により接合面に剥離
が発生することがある。

【００３８】そこで本発明者等は、光学デバイスを構成
する磁性ガーネットの線膨張係数α１（／℃）、偏光子
の線膨張係数α２（／℃）及び厚さｔ２（ｍ）に注目
し、実際に諸条件を変化させながら実験を行い、接合面
の剥離を抑制できる条件を導き出した。すなわち、前記
α１、α２及びｔ２の関係が、│（α１−α２）×ｔ２
│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５となる磁性ガー
ネット及び偏光子を用いて接合された光学デバイスであ
れば、接合面の剥離が極めて低減された光学デバイスと
することができることを実験的に確認した。

【００３９】なお、上記接合プロセスにおいて、磁性ガ
ーネットと偏光子を接合する際、光学素子の接合面には
予め相対する光学素子の屈折率に最適化した反射防止コ
ートを施しておくことが望ましい。

【００４０】例えば、上記の直接接合方法において、磁
性ガーネットと偏光子を接合する際、磁性ガーネットの
偏光子との接合面に金属酸化膜を形成し、その後、該磁
性ガーネットと偏光子を貼り合わせることによって、形
成された金属酸化膜が反射防止膜として作用する。さら
に、このように金属酸化膜を形成することによって、磁
性ガーネットと偏光子の接合強度をより強固にすること
ができる。

【００４１】その際、磁性ガーネットの接合面に形成さ
れる金属酸化膜は、化学的に安定で通信波長帯(０．９
〜１．７μｍ)で透明であれば良く、表面層が親水化さ
れ易いものであればさらに好ましい。そのため、該金属
酸化膜がＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
る１種または２種以上の金属酸化膜であり、単層または
多層に積層されたものであることによって、反射防止膜
としての効果が大きく、さらに接合力の向上が顕著であ
るため、高信頼性の光学デバイスとすることができる。

【００４２】この様にして、図２に示すように磁性ガー
ネット１の両面に偏光子２が直接接合された、光アイソ
レータとして機能する光学デバイス５を得ることができ
る。尚、この図２においては、磁性ガーネット１に対ガ
ラス反射防止膜として作用する金属酸化膜３が形成さ
れ、また偏光子２には対空気反射防止膜４が形成された
光学デバイスの一例を示している。しかしながら、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明
の光学デバイスは、磁性ガーネットあるいは偏光子に必
ずしも反射防止膜が形成されてなくても良い。また、偏
光子の反射防止膜４の形成に関しては、上記接合プロセ
スのいずれの工程間で行っても良い。

【００４３】また、一般に、光学素子の歪に影響を受け
易い光学デバイス、例えば光アイソレータ等では、接合
された光学素子にストレスがかかると消光比が低下する
傾向にある。さらに、光学デバイスの小型化のために光
学素子が接着剤を使用せずに接合された光学デバイスで
は、光学素子同士が強固に固定されているため、光学デ
バイスの温度変化に伴って、光学素子間の線膨張係数差
に比例したストレス（熱応力）が加わる。

【００４４】そのため、このように接着剤を使用せずに
直接接合された光学デバイスでは、温度変化に伴って消
光比が劣化することになる。この温度変化による消光比
劣化は、光学素子間の線膨張係数差が２×１０^−６／℃
以上で顕著になる傾向にある。一般に、偏光子として使
用される偏光ガラスの線膨張係数は６．５×１０^−６／
℃であり、磁性ガーネットとして使用されるビスマス置
換鉄ガーネットの線膨張係数は１１×１０^−６／℃であ
る。したがって、両者の線膨張係数の差は４．５×１０
^−６／℃となり、ビスマス置換鉄ガーネットと偏光ガラ
スを直接接合して得られた光学デバイスの場合、大きな
消光比劣化が生じてしまう。

【００４５】そこで、本発明は、磁性ガーネットと偏光
子の線膨張係数差が大きくても、磁性ガーネットと偏光
子の線膨張係数の差に応じて偏光子の厚さを最適化する
ことによって消光比劣化の防止を図っている。

【００４６】消光比の劣化は、偏光子の厚さが薄いほど
抑えられ、また偏光子と磁性ガーネットの線膨張係数の
差が小さいほど抑えられる。これは、偏光子と磁性ガー
ネット間に働く熱応力が、磁性ガーネットの厚さを一定
とした場合、偏光子の厚さに比例するためで、偏光子の
厚さが厚いと接合面における歪が大きくなり消光比が劣
化する。また、線膨張係数の差が大きい場合も熱応力が
大きくなり、消光比の劣化が大きくなる。

【００４７】上記の関係を具体的に記述すると、磁性ガ
ーネットの線膨張係数（α１）と偏光子の熱膨張係数
（α２）との差を｜（α１−α２）｜とし、偏光子の厚
さをｔ２としたとき、｜（α１−α２）｜とｔ２の積が
一定値を下回れば、消光比の劣化を抑えることが可能と
なる。そこで、この偏光子と磁性ガーネットの線膨張係
数差と偏光子の厚みの関係｜（α１−α２）×ｔ２｜に
ついて実験、調査を行い、下記条件を満足すれば良いこ
とを見出した。

【００４８】すなわち、上記α１、α２及びｔ２の関係
において、｜（α１−α２）×ｔ２｜≦１０^−９となる
光学デバイスであれば、熱応力を起源とした歪による消
光比の劣化が低減され、優れた光学特性を有する光学デ
バイスとすることができる。さらに、このとき、偏光子
自体が十分な消光特性を有するためには、偏光子が２×
１０^−５ｍ以上の厚さを有している必要がある。したが
って、偏光子の厚さｔ２≧２×１０^−５の条件も同時に
満足する必要がある。

【００４９】また、本発明は、上述したように、偏光子
の厚さを適切に設定することを要件の一つとして、接合
面での剥離を防止しまた熱応力を低減することで、光学
デバイスの接合力及び光学特性の改善を図っている。し
たがって、偏光子の光学特性がその厚さに依存しにくい
ことが求められる。そのため、偏光子が光学特性への厚
さの影響が少ない偏光ガラスであることが好ましい。そ
うすることによって、光学特性を低下させることなく偏
光子の厚さを適切に設定することができる。この偏光ガ
ラスとしては、一般的に使用されている硼珪酸ガラス等
のガラス母材中に銀や銅などの金属粒子を分散させたも
のを用いることができる。

【００５０】さらに、このとき、磁性ガーネットはファ
ラデー回転能に優れているビスマス置換鉄ガーネットで
あることが好ましく、それによって、０．５ｍｍ程度の
厚さで４５度のファラデー回転角が実現可能であり、光
学デバイスの小型化に有効である。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。 （実施例１）接合に用いる光学素子に、偏光子として厚
さの異なる数種類の偏光ガラスを用意し、磁性ガーネッ
トとしてビスマス置換鉄ガーネット（波長１．３１μｍ
でθｆ＝４５°に調整したもの）を用意した。これらの
光学素子に十分な研磨加工を施して表面粗さＲａを０．
３ｎｍ以下に調製した。

【００５２】その後、Ｂｉ置換鉄ガーネットについて
は、その両面に対ガラス反射防止膜（Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔｉ
Ｏ_２及びＳｉＯ_２の単層膜、あるいはＡｌ_２Ｏ_３／Ｔｉ
Ｏ_２／ＳｉＯ_２の３層膜）を施したものと対ガラス反射
防止膜を施していないものを準備し、また一方、偏光ガ
ラスには非接合面側のみに対空気反射防止膜（Ａｌ_２Ｏ
_３／ＳｉＯ_２膜）を施した。尚、これらの反射防止膜は
波長１．３１μｍで最適化した。各光学素子の詳細な物
性については以下の表１に示す。表１に示した光学素子
のデータは、偏光ガラスの非接合面およびＢｉ置換鉄ガ
ーネットの両面に反射防止膜を施したものについて測定
したものである。

【００５３】

【表１】

【００５４】図２に、磁性ガーネットに対ガラス反射防
止膜を施したものを用いて接合一体化する光学デバイス
の構成を示す。Ｂｉ置換鉄ガーネット１の両面に対ガラ
ス反射防止膜３を施し、偏光ガラス２の非接合面側のみ
に対空気反射防止膜４を施した後、偏光ガラス２の接合
面とＢｉ置換鉄ガーネット１の対ガラス反射防止膜３の
接合面とを接合して、光学デバイス５を作製した。

【００５５】Ｂｉ置換ガーネットと偏光ガラスの接合手
順は、図１に示すフローに従って行った。各工程の主な
製造条件を以下に示す。 研磨：各光学素子の表面粗さが表１に示す値となるよ
うに研磨を行う。 洗浄：低圧水銀灯によるＵＶ（紫外線）処理後、純水
で洗浄（ＵＳ（Ｕｌｔｒａ Ｓｏｎｉｃ、超音波）洗
浄）する。 親水化処理：アンモニア水：過酸化水素水: 純水＝
１：１：４のアンモニア過水に浸漬する。 洗浄・乾燥：純水洗浄（ＵＳ洗浄）後、ＩＰＡ蒸気乾
燥を行う。 液体塗布：各光学素子の接合面に純水を塗布する。 貼合：塗布液が乾燥する前にＢｉ置換鉄ガーネットと
偏光ガラスを貼り合せる。 乾燥：貼り合わせ後２４時間真空乾燥する。 熱処理：１１０℃、１０時間、大気中で行う。昇温速
度は４℃／ｈとする。

【００５６】工程の熱処理を行った後、得られた接合
体（光学デバイス５）をダイサーにより１ｍｍ×１ｍｍ
のチップ状に切断した。このチップを、１０５℃、１０
０時間のプレッシャークッカーで処理した後に接合面を
観察し、接合面の耐久性を評価した。その結果を下記表
２に示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２に示したように、Ｂｉ置換鉄ガーネッ
トと偏光ガラスの線膨張係数α１、α２及び偏光ガラス
の厚さｔ２との関係（α１−α２）×ｔ２の値が１．８
×１０^−９以上の光学デバイスにおいては、接合面での
剥離が大きく実用上問題があった。それに対して、（α
１−α２）×ｔ２が１．８×１０^−９より小さい場合
（望ましくは１．０×１０^−９以下）、接合面での侵食
は少なく、接合力が向上していることがわかる。また、
Ｂｉ置換鉄ガーネットに金属酸化膜を施したものは、さ
らに接合強度が向上しており、（α１−α２）×ｔ２の
値が１．８×１０ ^−９より小さいものは十分な接合強度
を有する信頼性の高い光学デバイスであった。

【００５９】（実施例２）次に、偏光子の厚さが光学特
性に及ぼす影響について実験を行った。偏光子として、
実施例１と同様に厚さの異なる数種類の偏光ガラスを用
意し、また磁性ガーネットについては、その両面に対ガ
ラス反射防止膜としてＡｌ_２Ｏ _３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２
の３層膜のみを施した１種類のＢｉ置換鉄ガーネットを
用意した。これらの光学素子に実施例１と同様の条件で
接合し、接合体（光学デバイス５）を作製した。尚、本
実験では、偏光ガラスを線膨張係数の異なる各種光学ガ
ラスで代用した。

【００６０】次に、図３に示すように、得られた光学デ
バイス５を１×１ｍｍのチップ状に切断して円筒型マグ
ネット６中に設置し、光アイソレータ７を構成した。そ
の後、作製した偏光ガラスの厚さの異なる各光アイソレ
ータに対して、消光比の測定を行った。

【００６１】消光比の測定は、図５に示すように、光源
（不図示）より発した光線１０を、仮に外側に配置した
偏光子９を介して光アイソレータ７（偏光ガラスを線膨
張係数の異なる各種光学ガラスで代用したもの）に透過
させ、透過した光線１０を再び偏光子９（検光子）を介
してをディテクタ８で検出することによって行った。

【００６２】このとき、測定温度は前記図１の工程に
おける光学素子温度、及び光学素子温度よりも４０℃低
い温度に設定し、このときの消光比の差（消光比劣化
量）を測定することによって光学歪の評価を行った。こ
のように光学素子温度よりも４０℃低い温度で測定する
ことによって、接合面に熱応力が印加された状態で消光
比を測定することができる。尚、工程における光学素
子温度で各試料の消光比を測定した結果、いずれも５０
ｄＢ程度であった。

【００６３】図４に、偏光ガラスの厚さｔ２（ｍ）とＢ
ｉ置換鉄ガーネットと偏光ガラスの線膨張係数の差｜α
１−α２｜（／℃）に関する２次元マップを示す。この
マップ上に、消光比劣化量が３ｄＢ未満のものには○、
３ｄＢ以上のものには×をプロットした。図４に示した
ように、この○と×のプロットの境界を示す実線は、
（α１−α２）＝１０^−９／ｔ２の式で表すことができ
る。したがって、消光比劣化量が３ｄＢ未満となる高い
光学特性を有する光学デバイスを得るために必要な条件
は、｜（α１−α２）×ｔ２｜≦１０^−９であることが
確認された。

【００６４】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００６５】例えば、上記の実施の形態では、磁性ガー
ネットの両面に偏光子が接合された最小単位で構成され
た光アイソレータを示しているが、これに限定されるも
のではなく、偏光子と磁性ガーネットを更に組み合わせ
て多段構造に構成した光アイソレータ等にも適用するこ
とができる。また、上述した実施の形態では、磁性ガー
ネットと偏光子を接合する際に接合面に純水を塗布して
接合を行っているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、十分な結合強度が得られる場合は液体を介さず
直接接合しても良い。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接着剤を使用することなく磁性ガーネットと偏光子の接
合を容易でかつ強固な接合強度で行うことができ、アウ
トガスの発生や接合面の劣化がなく、優れた光学特性を
有する小型で高信頼性の光デバイスを安価に提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合方法の一例を示すフロー図であ
る。

【図２】本発明の光学デバイスの構成の一例を示す概要
図である。

【図３】実施例２において作製した接合型光アイソレー
タの概要図である。

【図４】偏光子の厚さと光学素子間の熱膨張係数差に関
して、消光比劣化量についてプロットを行ったグラフで
ある。

【図５】光アイソレータの消光比測定における構成を表
した概略図である。

【符号の説明】

１…磁性ガーネット（Ｂｉ置換鉄ガーネット）、２…偏
光子（偏光ガラス）、 ３…金属酸化膜（対ガラス反射
防止膜）、４…対空気反射防止膜、 ５…光学デバイ
ス、６…円筒型マグネット、 ７…光アイソレータ、８
…ディテクタ、 ９…偏光子（実験時の仮の設置）、１
０…光線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 繁 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 白崎 享 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA08 BB03 BB65 BC25 2H099 AA01 BA02 CA11 DA05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性ガーネットの少なくとも一面が偏光
   子と接着剤を使用することなしに接合されて成り、光が
   その接合面を透過することによって機能する光学デバイ
   スにおいて、前記磁性ガーネットの線膨張係数α１（／
   ℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／℃）及び偏光子
   の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１−α２）×ｔ２
   │≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５であることを特
   徴とする光学デバイス。
2. 【請求項２】 前記磁性ガーネットの偏光子との接合面
   に金属酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の光学デバイス。
3. 【請求項３】 前記磁性ガーネットに形成された金属酸
   化膜が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
   る１種または２種以上の金属酸化膜であり、該金属酸化
   膜が単層または多層に積層されたものであることを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
4. 【請求項４】 前記偏光子が偏光ガラスであることを特
   徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の
   光学デバイス。
5. 【請求項５】 前記磁性ガーネットがビスマス置換鉄ガ
   ーネットであることを特徴とする請求項１から請求項４
   のいずれか一項に記載の光学デバイス。
6. 【請求項６】 前記光学デバイスが光アイソレータであ
   ることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一
   項に記載の光学デバイス。
7. 【請求項７】 磁性ガーネットの少なくとも一面を偏光
   子と接着剤を使用することなしに接合して光学デバイス
   を製造する方法において、前記磁性ガーネットの線膨張
   係数α１（／℃）、前記偏光子の線膨張係数α２（／
   ℃）及び偏光子の厚さｔ２（ｍ）との関係が、│（α１
   −α２）×ｔ２│≦１０^−９、かつｔ２≧２×１０^−５
   となる磁性ガーネット及び偏光子を用いて接合すること
   を特徴とする光学デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 前記磁性ガーネットと前記偏光子との接
   合は、各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理、乾燥工
   程を施した後、接合面を直接または溶液を介して貼り合
   わせ、その後熱処理を行うことによって接合することを
   特徴とする請求項７に記載の光学デバイスの製造方法。
9. 【請求項９】 前記磁性ガーネットと偏光子を接合する
   際に用いる溶液として、極性分子を主成分とした液体を
   単独または混合して使用することを特徴とする請求項８
   に記載の光学デバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記磁性ガーネットの偏光子との接合
    面に金属酸化膜を形成した後に、該磁性ガーネットと偏
    光子を接合することを特徴とする請求項７から請求項９
    のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記磁性ガーネットに形成する金属酸
    化膜を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２から選択され
    る１種または２種以上の金属酸化膜とし、該金属酸化膜
    を単層または多層に積層することを特徴とする請求項１
    ０に記載の光学デバイスの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記磁性ガーネットに偏光子を接合し
    て、光アイソレータを製造することを特徴とする請求項
    ７から請求項１１のいずれか一項に記載の光学デバイス
    の製造方法。