JP2003195047A - 光学デバイスの製造方法及び光学デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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製造す
る方法を提供する。 【解決手段】 光学素子同士を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であって、少
なくとも前記光学素子の各々の接合面に研磨、洗浄、親
水化処理を施した後、光学素子同士を接合面で貼り合わ
せ、その後、熱処理を行うことによって光学素子同士を
接合する光学デバイスの製造方法において、前記光学素
子を加熱した状態で、該光学素子同士を貼り合わせ、そ
の後熱処理することを特徴とする光学デバイスの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子同士を接
着剤を使用することなく接合し一体化する光学デバイス
の製造方法及びこの方法で作製された光学デバイスに関
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】例えば、特開平６−７５１８９号公報に
は、樹脂等の有機接着剤を用いて光学素子同士を接着し
一体化された光アイソレータが開示されている。しかし
ながら、このような有機接着剤で接着した光アイソレー
タは、耐湿性・耐熱性が悪く、またアウトガスが発生す
るため、光アイソレータの光軸がずれたり、他の光学部
品に悪影響を及ぼす等の問題があった。

【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、Ｂ_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の上昇が避
け難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、これら光学素子の熱膨張係数
は材料によって大きく異なる場合が多く、被接合物間の
熱膨張係数の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】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。

【００１０】

【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製造する方法を提
供することにある。

【００１１】

【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、光学素子同士を接着剤を使用する
ことなしに接合して光学デバイスを製造する方法であっ
て、少なくとも前記光学素子の各々の接合面に研磨、洗
浄、親水化処理を施した後、光学素子同士を接合面で貼
り合わせ、その後、熱処理を行うことによって光学素子
同士を接合する光学デバイスの製造方法において、前記
光学素子を加熱した状態で、該光学素子同士を貼り合わ
せ、その後熱処理することを特徴とする光学デバイスの
製造方法が提供される（請求項１）。

【００１２】このように、光学素子を加熱した後、この
加熱した光学素子同士を貼り合わせることによって、貼
り合わせの際の光学素子の温度とその後行う熱処理の熱
処理温度との温度差を小さくすることができる。それに
よって、接合面において熱処理時の温度変化により発生
する熱応力を小さくすることができるため、熱応力に起
因する接合面の剥離を防止でき、十分な接合強度で接合
された光学デバイスを製造することができる。また、光
学素子の平坦度や表面粗さが十分に制御されていない光
学素子であっても接合することが可能となる。また、有
機接着剤を使用せずに接合を行うため、アウトガスの発
生がない。さらに、このように接合された光学デバイス
は接合状態が優れているため、順方向挿入損失も低く、
優れた光学特性を有する。したがって、小型で信頼性が
高く、高性能の光学デバイスを安価に製造することがで
きる。

【００１３】このとき、前記光学素子を加熱し、光学素
子の温度を４０℃以上１００℃以下にして光学素子同士
を貼り合わせることが好ましい（請求項２）。

【００１４】このように、光学素子を加熱し、光学素子
の温度を４０℃以上にして光学素子同士を貼り合わせる
ことによって、熱処理の際の温度変化により発生する熱
応力をより小さくすることができ、熱応力に起因する接
合面の剥離を効果的に防止することができる。また、光
学素子の温度を１００℃以下にすることによって、貼り
合わせを行う際に、作業上の問題が生じることなく容易
に光学素子同士を貼り合わせることができる。

【００１５】またこのとき、前記光学素子を貼り合わせ
た後、前記光学素子の温度を、熱処理を行うまで４０℃
以上に保持することが好ましい（請求項３）。

【００１６】このように、光学素子を貼り合わせた後、
光学素子の温度を熱処理を行うまで４０℃以上に保持す
ることによって、光学素子同士を貼り合わせてから熱処
理を行うまでの間に、光学素子の温度低下に起因して発
生する熱応力を小さくでき、弱い接合力で接着されてい
る接合体の接合面の剥離を防止することができる。ま
た、その後接合体に熱処理を行うことによって、さらに
接合面の接合強度を高め、十分な接合強度と優れた接合
状態で接合された光学デバイスを製造することができ
る。

【００１７】またこのとき、前記光学素子同士を接合面
で貼り合わせる際、該接合面を直接または溶液を介して
貼り合わせることが好ましい（請求項４）。

【００１８】このように、光学素子同士を接合面で貼り
合わせる際、該接合面を直接または溶液を介して貼り合
わせることによって、各々の光学素子を構成する化学種
同士の相互作用が有効に働き、高い接合強度で光学素子
同士を接合することができる。

【００１９】また、前記光学素子同士を溶液を介して貼
り合わせる際に、前記溶液として、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５）。

【００２０】このように、光学素子同士を溶液を介して
貼り合わせる際に、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、光学素子同士の
接合力を更に向上させることができ、それによって、接
合面に発生する剥離を効果的に防止することができる。

【００２１】また、前記光学素子同士を接合面で貼り合
わせた後、前記熱処理工程において熱処理温度を１００
℃以上４００℃以下にすることが好ましい（請求項
６）。このように、熱処理工程の熱処理温度が１００℃
以上４００℃以下であれば、光学素子の接合力を効果的
に高めることができ、十分な接合強度で接合された、ま
た接合状態が優れた光学デバイスを製造することができ
る。

【００２２】このとき、前記熱処理を行う際に、昇温速
度を２０℃／ｈｒ以下とすることが好ましい（請求項
７）。このように、昇温速度を２０℃／ｈｒ以下とする
ことによって、熱処理を行う際に接合面で大きな熱応力
を急激に受けることがない。そのため、接合面の剥離を
低減することができ、さらに接合面における接合強度の
バラツキを小さくすることができる。したがって、光学
素子同士が良好な状態で接合された光学デバイスを得る
ことができる。

【００２３】さらに、前記熱処理が、減圧雰囲気あるい
は水素を含む雰囲気で行われることが好ましい。このよ
うに、熱処理雰囲気が減圧雰囲気あるいは水素を含む雰
囲気であることによって、さらに接合面の接合強度を強
めることができる。

【００２４】このとき、前記接合される光学素子を、少
なくとも磁性ガーネット及び偏光子とすることができる
（請求項８）。このように、接合される光学素子を少な
くとも磁性ガーネット及び偏光子とすることによって、
得られる光学デバイスを光アイソレータとして機能する
光学デバイスとすることができる。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。したがって本
発明により、小型で十分な接合強度を有する光アイソレ
ータを提供することができる。

【００２５】さらに、このとき、前記光学素子同士を貼
り合わせる前に、予め接合する光学素子の少なくとも一
方の接合面に金属酸化膜を形成し、その後光学素子同士
を貼り合わせることが好ましい（請求項９）。

【００２６】このように、接合する光学素子の少なくと
も一方の接合面、例えば磁性ガーネットと偏光子を接合
する場合であれば、磁性ガーネットの偏光子との接合面
に予め金属酸化膜を形成し、その後それらを貼り合わせ
ることによって、接合面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。

【００２７】このとき、前記光学素子の接合面に形成す
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１０）。

【００２８】このように、形成する金属酸化膜をＡｌ_２
Ｏ_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、それを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、また光学素子同士の接合力も著しく高
めることができる。

【００２９】そして、本発明の製造方法により製造され
た光学デバイスは、光学素子同士が有機接着剤を使用せ
ずに十分な接合強度で接合された光学デバイスであり、
アウトガスの発生や接合面の劣化がない。さらに、接合
面の接合状態も優れているため、光学デバイスの順方向
挿入損失を低減することができる。したがって、小型で
高信頼性、高性能の光学デバイスとすることができる
（請求項１１）。

【００３０】さらに、本発明の製造方法により製造され
た光学デバイスは、例えば光アイソレータとすることが
できる（請求項１２）。

【００３１】上述したように、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る。
したがって、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。さらに、十分な接合強度を有し、
接合状態も優れているため、信頼性が高く、高性能の光
アイソレータを提供することができる。

【００３２】

【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製造する
方法を提供するために、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、反り、表面粗れが生じ易い光学素子に対しても十
分な接合強度が得られる光学デバイスの製造方法とし
て、接合する光学素子を高温の状態で貼り合わせ、その
後熱処理を行って接合一体化することによって、接合面
の剥離を抑制でき、接着剤を使用することなく十分な接
合強度で光学素子同士を接合することができることを見
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。

【００３３】すなわち、本発明の光学デバイスの製造方
法は、光学素子同士を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であって、少なくとも
前記光学素子の各々の接合面に研磨、洗浄、親水化処理
を施した後、光学素子同士を接合面で貼り合わせ、その
後、熱処理を行うことによって光学素子同士を接合する
光学デバイスの製造方法において、前記光学素子を加熱
した状態で、該光学素子同士を貼り合わせ、その後熱処
理することを特徴とする光学デバイスの製造方法であ
る。

【００３４】このような本発明の光学デバイスの製造方
法により、光学素子同士を貼り合わせる際の温度と熱処
理の際の熱処理温度との温度差を小さくし、それによっ
て熱処理の際に接合面で発生する熱応力を小さくするこ
とができるため、熱処理の際に接合面で発生する剥離を
低減することができ、十分な接合強度で接合された光学
デバイスを製造することができる。すなわち、光学素子
同士を使用に耐えるほど強固に接合するためには、どう
しても最終的に１００℃以上の熱処理をする必要があ
る。したがって、この熱処理の温度と光学素子同士を貼
り合わせた時の温度の差が大きければ大きい程、貼り合
わせ時に対する熱処理時に発生する熱応力が大きくな
り、熱処理の昇降温時や熱処理中に剥離が生じ易いもの
と思われる。

【００３５】そして、本発明により光学素子の平坦度や
表面粗さが十分に制御されていない光学素子であっても
接合することが可能となる。さらに、有機接着剤を使用
しないためアウトガスの発生がなく、他の光学部品に悪
影響を及ぼすこともない。さらに、このように製造され
た光学デバイスは接合状態も良く、また接合面の劣化が
低減されるため、光学デバイスの光学特性の低下を抑制
できる。したがって、小型で高信頼性、高性能の光学デ
バイスを安価に製造することができる。

【００３６】まず、本発明による光学素子同士を接合す
る接合方法について、光学素子として磁性ガーネットと
偏光子を用いて光学デバイスを製造する場合を例に挙
げ、図１を参照しながら以下に説明する。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。

【００３７】次に、純水による洗浄を行い、親水化処理
液を除去する（工程）。この純水洗浄を行った後、必
要に応じて、ＩＰＡ蒸気乾燥法やスピンドライヤー等に
より接合面の乾燥を行うこともできる。このように接合
面を乾燥させる場合には、乾燥むらを防止することが望
ましい。

【００３８】その後、上記工程で得られた前処理済みの
磁性ガーネットと偏光子を加熱し（工程）、この加熱
された状態のままそれらを貼り合わせる。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）。

【００３９】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。この様に純水を用いて接合を行うこと
によって強力な水素結合が得られ、磁性ガーネットと偏
光子の接合力を一層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。

【００４０】そして、光学素子を加熱してそれらを貼り
合わせる際、光学素子の温度を４０℃以上１００℃以下
に加熱して光学素子同士を貼り合わせることが好まし
い。光学素子同士を貼り合わせる際に光学素子の温度が
４０℃より低いと、熱処理の際に接合面に発生する熱応
力が大きくなり、剥離が発生する恐れがある。また一
方、光学素子の温度が１００℃より高いと、光学素子同
士の貼り合わせを行う際に高温であるためハンドリング
上問題が生じ易く、さらに光学素子同士を溶液、特に純
水を介して貼り合わせる場合では、接合面に純水を塗布
すると蒸発してしまい、適切に光学素子同士を接合する
ことが困難となる。そこで、光学素子の加熱と接合面
への液体塗布を合わせて、加熱した純水に光学素子を
浸漬することにより行うこともできる。

【００４１】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）。

【００４２】乾燥後、弱い接合力で固定された接合体に
１００℃以上４００℃以下の熱処理温度で数時間熱処理
を施すことにより、接合体の接合力を高めて十分な接合
強度で接合された光学デバイスを作製することができる
（工程）。このとき、熱処理温度を１００℃以上にす
ることにより、製品として問題ない程度に十分な接合強
度を得ることができる。一方、熱処理温度が４００℃を
超えると、光学素子、特に偏光ガラス等を用いた場合
は、光学特性が劣化する恐れがある。

【００４３】またこのとき、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、昇温速度は２０℃／ｈ以下に設定す
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
であるとより望ましい。このような雰囲気で熱処理を行
うことによって、さらに接合面の接合を強固にすること
ができる。

【００４４】また、上記の接合プロセスにおいて、光学
素子を加熱した後、それらを貼り合わせて得られる接合
体は接合強度が弱いため、温度変化による熱応力の影響
を受けやすく接合面で剥離が発生し易い。そのため、光
学素子を貼り合わせた（工程）後、熱処理が行われる
まで、光学素子の温度を４０℃以上に保持することが好
ましい。

【００４５】このように、接合体に熱処理を行うまで光
学素子の温度を４０℃以上に保持することにより、弱い
接合力で接着されている接合面において熱処理を行うま
での光学素子の温度低下に伴って生じる熱応力を小さく
でき、剥離の発生を低減することができる。したがっ
て、その後、優れた接合状態で接着されている接合体に
熱処理を行って更に接合強度を高めることにより、十分
な接合強度で接合された、また接合状態がより優れた光
学デバイスを製造することができる。

【００４６】なお、上記接合プロセスにおいて、光学素
子同士を接合する際、光学素子の接合面に予め相対する
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。

【００４７】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場合、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、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をより強固にすることがで
きる。

【００４８】その際、光学素子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、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。

【００４９】このようにして、本発明によれば、例えば
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、上述したように磁性ガーネット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、さらに偏
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。

【００５０】このとき、上記のように光学素子として偏
光子を用いる場合、比較的薄くても十分な消光性能を有
する偏光ガラスであることが好ましく、このような偏光
ガラスを用いることによって光学デバイスをさらに小型
化することができる。このような偏光ガラスとしては、
一般的に用いられているホウケイ酸ガラス等のガラス母
材中に銀や銅等の金属を分散させたものを使用すること
ができる。さらに、上記磁性ガーネットとして、ファラ
デー回転能に優れたビスマス置換鉄ガーネットを使用す
ることが好ましい。このような磁性ガーネットであれ
ば、０．５ｍｍ程度の厚さで４５°のファラデー回転角
が実現可能であり、より小型の光学デバイスを構成する
場合に有効である。

【００５１】しかしながら、本発明はこれに限定される
ものではない。例えば、本発明に適用される光学素子と
しては、上記の偏光子、また磁性ガーネットのような磁
気光学素子の他に、電気光学素子や波長選択フィルタ
ー、波長板、圧電素子を使用することができ、このよう
な光学素子を接合する場合でも、本発明により光学素子
同士を十分な接合強度で接合することができる。

【００５２】また、本発明の光学デバイスは、図２に示
したように、必ずしも磁性ガーネットあるいは偏光子に
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を形成する場合、反射防止膜の形成は上記
接合プロセスのいずれの工程間で行ってもよい。

【００５３】このように製造された光学デバイスは、十
分な接合強度で光学素子同士が接合されており、また、
有機接着剤を使用せずに接合されているため、アウトガ
スの発生がない。さらに、接合面の接合状態が優れてい
るため順方向挿入損失が低く、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。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本
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１〜８）接合に用いる光学素子は、偏光子とし
て偏光ガラスを、また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。

【００５５】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。磁性ガーネットと偏光
子の詳細な物性については以下の表１に示す。表１に示
したデータは、偏光子の非接合面および磁性ガーネット
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。

【００５６】

【表１】

【００５７】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。磁性ガーネット１の両面に対ガラス反射
防止膜３を施し、偏光子２の非接合面側のみに対空気反
射防止膜４を施した後、偏光子２の接合面と磁性ガーネ
ット１の対ガラス反射防止膜３とを接合して、光学デバ
イス５を作製した。

【００５８】偏光子と磁性ガーネットの接合手順は、図
１に示すフローに従って行い、光学デバイスを作製し
た。各工程の主な接合条件を以下に示す。 研磨：磁性ガーネット及び偏光子の表面粗さが０．３
ｎｍ以下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：純水洗浄（ＵＳ洗浄）し、その後、ＩＰＡ蒸気
乾燥を行う。 加熱：光学素子を４０〜１００℃に加熱する。 液体塗布：各光学素子の接合面に純水を塗布する。 貼合：純水が乾燥する前に磁性ガーネットと偏光子を
貼り合せる。 乾燥：貼り合わせ後、２４時間真空乾燥する。このと
き、光学素子の温度を２５〜７０℃にする。 熱処理：０．２気圧の水素雰囲気中で、熱処理温度を
１１０℃に設定し、１０時間熱処理を行う。その際、昇
温速度は４℃／ｈｒとする。

【００５９】（比較例）上記実施例と同様の偏光ガラス
およびＢｉ置換鉄ガーネットを用意し、それぞれの光学
素子に実施例と同様の反射防止膜を施した後、それらの
接合を行った。このとき、図１のフローに示す加熱（工
程）を行わずに光学素子同士を貼り合わせたこと以外
は、上記接合条件と同様の条件で光学デバイスを作製し
た。

【００６０】工程の熱処理を行った後、得られた各光
学デバイス（実施例１〜８および比較例）の接合面の評
価を行った。得られた各光学デバイスをダイサーにより
１×１ｍｍのチップ状に切断し、得られたチップを密閉
容器中に１０５℃、相対湿度１００％で１００時間保持
し（以下、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）と記
す）た後、その接合面を観察した。この接合面の観察に
おいて、ダイサーで切断した時に接合面が剥離したもの
は×、ＰＣＴ後に接合面に浸食が発生したものは△、Ｐ
ＣＴ後も接合面に浸食が無いものは○として評価を行っ
た。

【００６１】以下の表２に、各試料の貼り合わせ時の光
学素子の温度、光学素子を貼り合わせた後から熱処理を
行うまでの光学素子の保持温度、及び得られた光学デバ
イスの接合面の観察結果を示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】表２に示したように、本発明により製造さ
れた光学デバイス、すなわち、光学素子を加熱した後、
加熱した光学素子同士を貼り合わせて作製した実施例１
〜８は、いずれもダイサー切断時に剥離を生じることな
く、十分な接合強度で接合されていることがわかる。

【００６４】また、実施例１〜８を比較すると、磁性ガ
ーネットに金属酸化膜、特にＳｉＯ _２の単層膜及びＡｌ
_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の３層膜を施したものは、
接合面の接合強度をより高めることができた。さらに、
光学素子同士を貼り合わせた後、熱処理を行うまで光学
素子の温度を４０℃以上に保持することによって、接合
強度をさらに高めることができ、より信頼性の高い光学
デバイスを製造することができた。

【００６５】それに対して、光学素子を加熱せずに光学
素子同士を貼り合わせた比較例では、磁性ガーネットに
酸化膜を施さなかったものはダイサーで切断した時に接
合面が剥離してしまい、また磁性ガーネットに酸化膜を
施したものでも、接合強度が十分とは言えず、反射防止
膜としてＡｌ_２Ｏ_３の単層膜、またＴｉＯ_２の単層膜を
施したものはダイサー切断時に接合面が剥離し、またＳ
ｉＯ_２の単層膜、Ａｌ _２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の３
層膜を施したものでもＰＣＴ後は接合面に大きな浸食が
発生していた。

【００６６】（実施例９〜１２）接合に用いる光学素子
として、上記実施例と同様に、偏光ガラスとビスマス置
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、これらの光学素子に十分な研磨
加工を施した。このとき、Ｂｉ置換鉄ガーネットの表面
粗さＲａは、０．１５ｎｍと０．５０ｎｍの２種類のも
のを準備した。

【００６７】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としてＡｌ_２Ｏ_３／
ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の３層膜を施し、偏光ガラスには非
接合面側のみに対空気反射防止膜としてＡｌ_２Ｏ_３／Ｓ
ｉＯ_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。

【００６８】光学素子の接合手順については、図１に示
すフローに従って接合する方法と、図１の工程の加熱
後、光学素子の接合面に純水の塗布（工程）を行わず
に直接光学素子同士を貼り合わせ（工程）、その後乾
燥（工程）を行わず熱処理する方法の２種類の接合方
法で光学デバイスを作製した。その際、工程の加熱で
は光学素子を７０度に加熱し、また光学素子同士を貼り
合わせた後、熱処理を行うまで光学素子の温度を４０℃
に保持した。また、光学素子の貼り合わせを行う際、２
枚の偏光子の偏波方向が互いに４５°になるように調製
して磁性ガーネットと偏光子を貼り合わせた。それ以外
の接合条件については、上記実施例と同様とした。

【００６９】まず、このようにして得られた各光学デバ
イスを１×１ｍｍのチップ状に切断し、図３に示すよう
に、切断した光学デバイス５を円筒型マグネット６中に
設置し、光アイソレータ７を構成した。作製したそれぞ
れの光アイソレータについて上記と同様にＰＣＴを行
い、接合面の観察を行った。また、ＰＣＴ前後での光ア
イソレータの順方向挿入損失を波長１．３１μｍのレー
ザー光により測定した。順方向挿入損失の測定は、図４
に示すように、光源（不図示）より発した光線１０を光
アイソレータ７に透過させ、透過した光線１０をディテ
クタ８で検出することによって行った。

【００７０】以下の表３に、各試料の接合面の観察結
果、及びＰＣＴ前後での順方向挿入損失の測定結果を示
す。

【００７１】

【表３】

【００７２】表３に示したように、表面の粗い光学素子
を用いても、十分な接合強度で接合された光学デバイス
を製造することができた。また、光学素子を貼り合わせ
る際に溶液（純水）を介して貼り合わせることによっ
て、ＰＣＴ後でも接合面の浸食がなく、さらに高い接合
強度で接合することができた。さらに、本発明により作
製された光学デバイスは接合面の接合状態も優れている
ため、順方向挿入損失を小さくすることができ、ＰＣＴ
後でもその性質が低下することなく、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。以上のことか
ら、本発明によれば、光学素子の表面が十分に制御され
ていない光学素子を接合する場合でも、信頼性が高く、
高性能の光学デバイスを作製することができる。また、
溶液を介して光学素子同士を接合することによって、さ
らに接合強度を高め、より信頼性の高い光学デバイスを
製造することができる。

【００７３】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。

【００７４】例えば、上記の実施の形態では、光学素子
として磁性ガーネットと偏光子を使用して、磁性ガーネ
ットの両面に偏光子が接合された光アイソレータについ
て示しているが、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、磁性ガーネットと偏光子をバッファガラス等の透光
性光学材料等を介して接合する際にも、本発明の製造方
法を適用することができる。

【００７５】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溶液を介さず
直接接合しても良い。

【００７６】

【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光学素子同士の接合を容易に
かつ強固な接合強度で行うことができる。さらに、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】光アイソレータの順方向挿入損失を測定する際
の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、 １０…光線。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ａ ４Ｇ０６１ (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） 2H043 AE02 AE23 2H049 BA02 BB51 BC14 BC25 2H099 AA01 BA02 CA06 DA00 DA05 2K009 AA04 AA06 BB02 CC03 CC42 4G059 AA11 AC04 EA05 4G061 AA20 BA12 CA01 CD02 CD10 DA23 DA51

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子同士を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であって、少
   なくとも前記光学素子の各々の接合面に研磨、洗浄、親
   水化処理を施した後、光学素子同士を接合面で貼り合わ
   せ、その後、熱処理を行うことによって光学素子同士を
   接合する光学デバイスの製造方法において、前記光学素
   子を加熱した状態で、該光学素子同士を貼り合わせ、そ
   の後熱処理することを特徴とする光学デバイスの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記光学素子を加熱し、光学素子の温度
   を４０℃以上１００℃以下にして光学素子同士を貼り合
   わせることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記光学素子を貼り合わせた後、前記光
   学素子の温度を、熱処理を行うまで４０℃以上に保持す
   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
   学デバイスの製造方法。
4. 【請求項４】 前記光学素子同士を接合面で貼り合わせ
   る際、該接合面を直接または溶液を介して貼り合わせる
   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の製造方法。
5. 【請求項５】 前記光学素子同士を溶液を介して貼り合
   わせる際に、前記溶液として、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４に記載の光学デバイスの製造方法。
6. 【請求項６】 前記光学素子同士を接合面で貼り合わせ
   た後、前記熱処理工程において熱処理温度を１００℃以
   上４００℃以下にす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の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記熱処理を行う際に、昇温速度を２０
   ℃／ｈｒ以下とすることを特徴とする請求項１から請求
   項６のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 前記接合される光学素子を、少なくとも
   磁性ガーネット及び偏光子とすることを特徴とする請求
   項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学デバイス
   の製造方法。
9. 【請求項９】 前記光学素子同士を貼り合わせる前に、
   予め接合する光学素子の少なくとも一方の接合面に金属
   酸化膜を形成し、その後光学素子同士を貼り合わせるこ
   とを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に
   記載の光学デバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記光学素子の接合面に形成する金属
    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
    ９に記載の光学デバイスの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１から請求項１０のいずれか一
    項に記載の方法で製造された光学デバイス。
12. 【請求項１２】 前記製造された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１１に記載の光
    学デバイス。