JP2004177618A - 光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付き光部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温高湿雰囲気下では、積層型光アイソレータ素子の接着剤接合部の強度が低下するという問題がある。
【解決手段】積層型光アイソレータ素子と、該積層型光アイソレータ素子の外周側面を保持した内側スリーブと、該内側スリーブの周囲に備えた外側スリーブと、概略中央部に貫通孔を有し前記内側スリーブと前記外側スリーブの両端面に当接して気密封止された底板とからなり、前記光アイソレータ素子の外周側面が前記内側スリーブの内壁に固着され気密封止した光アイソレータユニットを光部品の光入射面に接合することによって、積層型光アイソレータが気密封止されるため、高信頼性が得られる。
【選択図】図１
【解決手段】積層型光アイソレータ素子と、該積層型光アイソレータ素子の外周側面を保持した内側スリーブと、該内側スリーブの周囲に備えた外側スリーブと、概略中央部に貫通孔を有し前記内側スリーブと前記外側スリーブの両端面に当接して気密封止された底板とからなり、前記光アイソレータ素子の外周側面が前記内側スリーブの内壁に固着され気密封止した光アイソレータユニットを光部品の光入射面に接合することによって、積層型光アイソレータが気密封止されるため、高信頼性が得られる。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光情報処理などに使用する光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用に使用される光モジュールには、光信号を送信するＬＤモジュール、及び光信号を受信するＰＤモジュールがあり、大容量、高速、長距離無中継通信が要求されるシステムに対して、ＬＤモジュール内部に実装されるＯ／Ｅ変換用の発光素子には、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）が使用される。ＤＦＢレーザの特徴は、発振スペクトルが狭く分散特性に優れる一方、反射戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバへの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が素子へ戻ると、ＤＦＢレーザは不安定状態となってしまう。
【０００３】
そこで、上記モジュールには、反射光が発光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光ファイバとの間に、順方向の光は透過し、逆方向の光は遮断する機能を有する光アイソレータ素子を配置する。
【０００４】
光アイソレータ素子の構造は、２枚の偏光子の相対角を約４５°とし、それらの間にファラデー回転子を設置固定し、周囲に永久磁石を配置して構成される。ファラデー回転子は永久磁石から印加される磁界により、光信号の偏波面を４５°回転させるように設計されている。また、偏光子はある一定方向の偏光のみ通過させる作用を有する。
【０００５】
入射側の偏光子を通った順方向の光は、偏波面がファラデー回転子で４５°回転するため、４５°の相対角を有する出射光側の偏光子を通過できる。また、光ファイバからの反射戻り光は、出射側の偏光子を通ってファラデー回転子を透過するが、そのときに偏波が更に４５°回転され、入射側の偏光子に対して偏波面が９０°傾いた状態となるため、入射側の偏光子を透過できない。このようにして、光ファイバから発光素子方向への反射戻り光は光アイソレータ素子部で遮断され、発光素子は常に安定動作を行うことが可能となる。
【０００６】
これらの光アイソレータ素子に対しては、小型化、高信頼性、低コスト化が要求されている。このため積層型光アイソレータ素子を組み合わせ、光ファイバ端部へ配置、一体化した光アイソレータ付光部品が提案されている。これは、従来コリメートビーム系に使用されているバルク型光アイソレータに比較すると、積層型光アイソレータ素子が集光位置である光ファイバ端部へ配置されるため、積層型光アイソレータ素子を通過する光ビーム径を小さくすることができる。
【０００７】
このため、積層型光アイソレータ素子の有効エリアサイズを小さくすることができ、積層型光アイソレータ素子の小型化、低コスト化が可能である。また、バルク型光アイソレータは、ＬＤモジュールのパッケージ部へ接続する工程が必要であるが、光アイソレータ付光部品は光アイソレータ素子と光ファイバが一体化されているため、発光素子と光ファイバを調芯、固定するだけでよく、製造工程を短縮できる。
【０００８】
例えば、特許文献１では、図７（ａ）に開示されているように、積層型光アイソレータ素子２１は、入射側偏光子２２、ファラデー回転子２３、出射側偏光子２４から構成され、上記積層型光アイソレータ素子２１および永久磁石２５と光ファイバ２９端部を一体化するために、積層型光アイソレータ素子２１固定用の金属部材２６を用いて、キャピラリ２７を保持しているフェルール２８周辺部に接続固定する構造が提案されている。
【０００９】
また、特許文献２では、図７（ｂ）に開示されているように、積層型光アイソレータ素子３１は、入射側偏光子３２、ファラデー回転子３３、出射側偏光子３４から構成され、上記積層型光アイソレータ素子３１および永久磁石３５と光ファイバ３９端部を一体化するために、フェルール３８内のキャピラリ３７の研磨端面へ直接、積層型光アイソレータ素子３１を接着固定する構造が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３２５２９９号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−１３３１４６号公報（第５頁、図１（ｂ））
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来型の光アイソレータ付光部品においては、積層型光アイソレータ素子の搭載部は気密封止されておらず、また、積層型光アイソレータ素子を構成する入射側偏光子、ファラデー回転子、出射側偏光子をそれぞれ接着剤にて貼り合わせてなることから、積層型光アイソレータ素子は直接外部雰囲気にさらされるため、高温高湿状態においては上記接着剤接合部の強度が低下し、層間剥離を起こす可能性が高いという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献２には、積層型光アイソレータ素子３１を金属筒、ガラス板、レンズなどで気密封止する技術が開示されているが、積層型光アイソレータ素子３１とキャピラリ３７同士が直接接着剤を用いて固定されているため、接着界面が剥離した場合、剥離界面部で発光素子からの出射光軸が変動し、ＬＤモジュールの光出力が変動するという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光アイソレータユニットは、光アイソレータ素子と、該光アイソレータ素子の外周側面を保持した内側スリーブと、該内側スリーブの周囲に備えた外側スリーブと、概略中央部に貫通孔を有し前記内側スリーブと前記外側スリーブの両端面に当接して気密封止された底板とからなり、前記光アイソレータ素子の外周側面が前記内側スリーブの内壁に固着され気密封止されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記貫通孔は、前記光アイソレータ素子の光入射面よりも小さく、該光入射面は前記貫通孔を完全に覆い隠すように前記底板に当接されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記光アイソレータ素子は、少なくとも１つのファラデー回転子および少なくとも１つの偏光子を積層した積層型の光アイソレータであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記内側スリーブと前記底板が、同一材料で一体形成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記外側スリーブは永久磁石であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記外側スリーブの前記底板に当接する側の端面が、前記外側スリーブの中心軸に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記光アイソレータ素子の外形が、円弧の一部が切り離された略円形状であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、光部品の光入射側部材に、本発明の光アイソレータユニットの光アイソレータ素子の光出射側の外側スリーブ端面を当接させて、固着封止したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、前記光部品が、フェルールであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、前記光部品が、レセプタクルであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２４】
図１は本発明の光アイソレータユニットの実施形態を示す側面断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の光アイソレータユニット９は、積層型光アイソレータ素子１、内側スリーブ５、外側スリーブ６、底板７とからなり、内側スリーブ５に前記積層型光アイソレータ素子１が嵌装されて、その外周側面が、前記内側スリーブ５の内壁に固着され気密封止されている。
【００２６】
また、前記内側スリーブ５の周囲に外側スリーブ６が配設され、さらに、前記内側スリーブ５および前記外側スリーブ６の端面は、概略中央部に貫通孔８を有する底板７に当接して気密封止された構造となっている。
【００２７】
また、積層型光アイソレータ素子１は、入射側偏光子２、ファラデー回転子３、出射側偏光子４とからなり、それぞれ接着剤によって貼り合わされて積層されている。
【００２８】
この光アイソレータユニット９は、詳しくは後述するが、外側スリーブ６が底板７と接しているのと反対側の端面を、光部品の入射側の部材に当接させて固着封止させて用いる。そして、前記底板７の貫通孔８から入射した光が積層型光アイソレータ素子１を透過して光部品の入射側部材へと導かれる。
【００２９】
ここで、全ての部材間隙が封止されているため、積層型光アイソレータ素子１の周囲は内側スリーブ５、外側スリーブ６、底板７、光部品の入射側部材で囲まれた気密封止構造となる。特に湿度を遮断するため、外部雰囲気に変動があっても接着剤で貼り合わされた積層構造を有する積層型光アイソレータ素子１の接着剤の接合部強度劣化を防止することが可能となる。
【００３０】
なお、ここでは、光アイソレータユニット９で用いる光アイソレータ素子として、積層型光アイソレータ素子１によって説明したが、それ以外の光アイソレータ素子を用いることも可能である。しかしながら、小型化、低コスト化が可能であり、問題であった環境変動によるアイソレータ積層部の強度劣化も本発明の簡易封止構造により解消されることから、積層型光アイソレータ素子を用いることが望ましい。
【００３１】
なお、積層型光アイソレータ素子１は、複数のファラデー回転子、複数の偏光子を組み合わせた多段型のものでもよい。また、入射光の光源として、偏光方向に直交する戻り光の影響に強い発光素子を用いるときは、入射側偏光子２は必ずしも必要でないが、光学系などから光源への戻り光を確実に遮断するために、入射側偏光子２を設けるのが望ましい。
【００３２】
また、入射側偏光子２の入射面、ファラデー回転子３両面および出射側偏光子４の出射面には、反射防止のためＡＲコートを施しておくことが重要であり、例えば、対空気に対してのＡＲコート材料としてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の４層構成としたものがあり、使用波長によって各層の膜厚を最適化することが必要である。
【００３３】
また、入射側偏光子２、ファラデー回転子３、出射側偏光子４を積層する接着剤としては、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤が望ましく、製造工程上簡単に高い接着力が得られることから、ＵＶ併用熱硬化型がより望ましい。
【００３４】
また、ファラデー回転子３としては、磁性ガーネット単結晶材料を用い、ファラデー効果を得るために外部磁界が必要な非保磁型ファラデー回転子や、外部磁界を加える必要のない保磁型ファラデー回転子などを用いることができるが、例えば、保磁型ファラデー回転子は、あらかじめ強い外部磁界にて着磁することによって、単磁区構造を保つことが可能になることから、外部から磁界を印加しなくても偏波面を回転させる作用を有するため、積層型光アイソレータ素子１の周囲に永久磁石を配設する必要がなくなり、構造を簡素化され、部品点数を削減することが可能となる。
【００３５】
なお、必要に応じて、永久磁石を積層型光アイソレータ素子１の周囲に配設する。例えば、前記内側スリーブ５と前記外側スリーブ６の間に配設してもよいし、あるいは、前記内側スリーブ５、前記外側スリーブ６そのものを永久磁石で構成してもよい。
【００３６】
この中でも、磁性ガーネット単結晶のファラデー効果を安定的に得ることが可能であることから、前記外側スリーブ６を永久磁石により構成することが望ましい。
【００３７】
永久磁石を用いる場合、Ｎｄ（ネオジウム）材料やＳｍＣｏ（サマリウム・コバルト）材料などの強磁性体を用いることができるが、その中でも温度特性が良好であるため、ＳｍＣｏ材料を用いることが望ましい。また、永久磁石材の表面は、腐食防止のため表面全体をＮｉなどでメッキすることが望ましい。
【００３８】
次に、本発明の光アイソレータユニット９の各構成部材を組み立てる手順について、図２の（ａ）〜（ｄ）の各図に示す。
【００３９】
図２（ａ）では、貫通孔８を設けた底板７に内側スリーブ５の下端面を当接し接着固定させ、前記内側スリーブ５の内部に積層型光アイソレータ素子１を搭載する。また、図２（ｂ）では、前記内側スリーブ５の内壁部と前記積層型光アイソレータ素子１の外周側面部に接着剤１１を塗布するのと同時に、前記底板７上の外端周辺にも接着剤１１を塗布する。さらに、図２（ｃ）では、外側スリーブ６を、前記内側スリーブ５の前記底板７の周辺の接着剤１１を用いて搭載する。最後に、図２（ｄ）では、接着剤１１を完全硬化させて、各接着部を固定する。
【００４０】
ここで、前記貫通孔８は、前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面よりも小さく、該光入射面は前記貫通孔８を完全に覆い隠すように前記底板に当接されていることが望ましい。前記貫通孔８が前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面よりも大きいときは、前記積層型光アイソレータ素子１を安定して底板７上に保持することが難しく、さらに前記積層型光アイソレータ素子１外周側面と前記内側スリーブ５内壁の接着した部分が外部に対して完全に露出し、悪影響を及ぼす恐れがあるからである。
【００４１】
また、前記貫通孔８が、前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面に対して、小さすぎるときは、十分に光が入射できず、発光素子と光ファイバの結合効率が劣化したり、また底板７によって入射光が反射し、その反射戻り光の影響により発光素子を不安定動作させたりする恐れがある。このため、貫通孔８の直径は、積層型光アイソレータ素子１の約８０％以上とすることが望ましい。
【００４２】
また、前記内側スリーブ５と前記底板７は、同一材料で一体形成されていることが望ましい。その理由としては、前記内側スリーブ５と前記底板７とが固着されているのは、該底板７の端面のみであるため、接着強度が若干低い。そのため、大きな衝撃を受けたときや、熱膨張の影響を受けたときなど、微小ではあるが、前記底板７の上で前記内側スリーブ５の位置が変位し、積層型光アイソレータ素子１と外部の光部品の光軸がずれる恐れがあるからである。
【００４３】
なお、前記内側スリーブ５と前記底板７を一体形成するための材料としては、ＳＦ２０Ｔなどの快削材料が好適に使用され、これをフライス盤による切削加工や射出成形加工などの方法により一体形成すればよい。
【００４４】
また、本発明の光アイソレータユニットでは、図２の（ｃ）に示したように前記外側スリーブ６の前記底板７に当接する側の端面を、前記外側スリーブ６の中心軸に垂直な面に対して傾斜させることが望ましい。通常、反射を防止するため、積層型光アイソレータ素子１の実装位置を光軸に対し斜めに配置することはごく普通になされているが、本発明においては、前記外側スリーブ６の端面を傾斜させて加工し、前記底板７に当接させるだけで、簡単かつ正確に、前記積層型光アイソレータ素子１を光軸に対して斜めに配設することができる。なお、傾斜の角度はおおよそ６〜８°程度が好ましい。
【００４５】
また図３（ａ）〜（ｄ）に、積層型光アイソレータ素子１を傾斜させるための別の方法を示す。貫通孔１３を有する底板１２において、内側スリーブ５と当接する面の部分を所望の角度の傾斜を有するように加工しておき、後は同様に、積層型光アイソレータ素子１の外周側面を前記内側スリーブ５の内壁に固着させ気密封止して搭載し、外側スリーブ１４を固着させて形成するものである。
【００４６】
この場合、端面がフラットな形状の外側スリーブ１４で本発明を構成することが可能であり、最終的な光アイソレータユニット１５の形状も先端がフラットな形状となる。
【００４７】
また、積層型光アイソレータ素子１については、外形が円形状のものを好適に用いることができる。特に、上記のように内側スリーブ５と底板７を一体形成するような場合は、切削加工や射出成形加工などの方法により、前記内側スリーブ５の内壁を容易に円筒内壁形状に形成することができるため、前記積層型光アイソレータ素子１の形状は、円形であることが望ましい。
【００４８】
従来型の光アイソレータ付光部品においては、積層型光アイソレータ素子１の入射偏波方向を形状より識別するため、四角形状として長辺方向を入射偏波方向としていたが、発光素子より入射される信号光のビーム形状はほぼ円形であることから、実際に必要な有効エリアとしては円形でよい。したがって、積層型光アイソレータ素子１を円形にすることによって、不要な四角形状の角部を除くことができ、低コスト化に寄与するという利点がある。
【００４９】
さらに、前記積層型光アイソレータ素子１を円形にするに当たっては、円弧の一部が切り離された略円形状にし、この切り離された箇所によって入射偏波方向を示すことが望ましい。
【００５０】
前記円弧の一部が切り離された略円形状の積層型光アイソレータ素子１を加工する方法について、図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）は本発明の積層型光アイソレータ素子を示す側面断面図であり、図４（ｂ）はその製造方法を説明する図である。
【００５１】
図４（ｂ）中一点鎖線１６で示したように、あらかじめワックスなどでダミー基体上に貼り付けた大判形状の積層体を、超音波加工機を用いて必要な有効径以上の外形を有する丸形へ加工し、図４（ｂ）中破線１７で示したようなダイシング加工により、例えば、入射偏波方向を示すためのラインを入れる。
【００５２】
その後、ワックスを溶かして、加工した積層体を取り外すことによって、図４（ａ）に示すような、円弧の一部が切り離された略円形状の積層型光アイソレータ素子１を得る。
【００５３】
この円弧が切り離された箇所により、素子の入射偏波方向を容易に判別することができ、さらに四角形状の場合と比較して、一枚の大判形状の積層体からの素子の取り数を多くできるため、素子の低コスト化を行うことが可能となる。
【００５４】
また、光アイソレータユニット９の部材同士を気密封止するための接着剤１１は、高耐湿性、高強度、低硬化収縮率、低ヤング率材料であることが必要とされることから、アクリル系接着剤や熱硬化型のエポキシ系接着剤を用いるのが望ましい。一般的には、例えば、エポキシテクノロジー社製熱硬化型エポキシ接着剤エポテック３５３ＮＤを好適に用いることができる。
【００５５】
接着剤１１については、上記にとらわれるものではなく、要求される環境条件に対応した接着剤を適宜選択し、硬化条件や接着面洗浄条件などの条件が最適になるように選択し管理を行えばよい。また、長期信頼性を確保するために、硬化後にアニールなどを行い、残留応力低減を行ってもよい。
【００５６】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、光部品の光入射側部材に、本発明の光アイソレータユニットの光アイソレータ素子の光出射側の外側スリーブ端面を当接させて、固着封止して用いることを特徴とする。
【００５７】
例えば、前記光部品として、フェルールやレセプタクルなどと組み合わせることによって、これらの部品に光アイソレータの機能を付加することが可能となる。即ち、前記光アイソレータユニット９を構成する底板７の貫通孔８から入射した光が積層型光アイソレータ素子１を透過して前記光部品の入射側部材へと導かれ、前記光部品からの反射光などは、前記光アイソレータユニット９で遮断される。
【００５８】
また、上記構造は、接着剤１１により部材間隙が充填され気密封止されているために、環境の変動に対する変化を受けにくく、長期にわたって安定して使用できるという利点も有する。
【００５９】
さらに、前記光アイソレータユニット９の光透過面は、光部品の光入射側部材を取り付ける際に、接着剤を介することなく取り付けられているため、例えば、図７（ｂ）に示す積層型光アイソレータ素子３１とキャピラリ３７同士が直接、接着剤を用いて固定されている構造に比較し、上記接着剤固定部の接着界面剥離に起因する、発光素子およびフェルールの光軸変動を防止することが可能になるため、外部環境や雰囲気の影響によるＬＤモジュールの光出力劣化を防止することができるという利点を有している。
【００６０】
次に、本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態として、本発明の光アイソレータユニットと光ファイバ付きのフェルールを組み合わせた例について、図５の側面断面図を用いて説明する。
【００６１】
光ファイバ５３は、金属製のフェルール５２へキャピラリ５１を圧入固定した後、フェルール５２に形成されている孔部５６へ挿入し、接着剤５４で気密封止されている。そして、本発明の光アイソレータユニット９が、フェルール５２端面へ当接し接着剤５５を用いて接着固定されている。
【００６２】
本発明の光アイソレータ付光部品をモジュールへ固定する際にＹＡＧ溶接を用いることが望ましいため、フェルール５２に使用する材料としては、溶接性の良好な金属材料が好ましく、一般的にはＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４などが好ましい。さらに低コスト化のために、快削材料であるＳＦ２０Ｔなどを使用することも可能である。
【００６３】
また、キャピラリ５１の材料としては、セラミックを用いるのが好ましく、その中でもコネクタ側に最も多く使用されるジルコニアセラミックスがコスト上有利である。
【００６４】
さらに、ＬＤ素子への反射戻り光を低減するため、キャピラリ５１は光軸に対し斜め研磨されることが好ましく、同様に本発明の光アイソレータユニット９についても、積層型光アイソレータ素子１を光軸に対し斜めに搭載したタイプのものを用いることが好ましい。
【００６５】
また、キャピラリ５１の光入射面と積層型光アイソレータ１の光出射面は、略平行となるように配置されることが望ましい。その理由は次の通りである。まず、積層型光アイソレータ素子１の光入射面に入射する光は、平行光ではなく光ファイバ端面に結像するように絞られた光である。そのため、積層型光アイソレータ素子１を配置する位置は、光ファイバに近ければ近いほど、光入射面の有効受光径が小さくてすむ。したがって、キャピラリ５１の光入射面と積層型光アイソレータ１の光出射面を略平行に配置することにより、キャピラリ５１と積層型光アイソレータ１同士の距離を短くすることができ、積層型光アイソレータ１の小型化が可能になるからである。
【００６６】
前記光アイソレータユニット９を前記フェルール５２の端面に取り付けるに当たっては、あらかじめ光アイソレータユニット９およびフェルール５２へ、それぞれ光軸に対する傾斜面を示すマークを設け、そのマークを一致させるように位置を調整しながら、各々の傾斜面が平行になるような最適な位置に取り付けることが必要である。
【００６７】
各部材を接着する接着剤は、気密封止する必要があることから、前記光アイソレータユニット９の各部材の組み立てに用いた熱硬化性のエポキシ接着剤などを使用することが望ましい。
【００６８】
また、本発明の光アイソレータ付光部品の別の実施形態として、本発明の光アイソレータユニットとレセプタクルを組み合わせた例について、図６の側面断面図を用いて説明する。
【００６９】
スタブ６３は内部に短尺光ファイバ６５を内蔵しており、片端はＰＣ研磨処理、もう一方を斜め研磨処理し、圧入金具６２へ圧入固定した後、弾性スリーブ６４を挿入し、その後シェル６１を圧入してレセプタクル６７とし、上記で説明したと同様な本発明の光アイソレータユニット９を前記レセプタクル６７へ接着剤６６を用いて接着固定するものである。
【００７０】
前記スタブ６３の材料は、一般的にジルコニアセラミックスが使用され、フェルールと光学的に接続される側の端面は、曲率半径２０ｍｍ程度のＰＣ研磨が必要であり、反対側の端面は、ＬＤ素子への反射戻り光を小さくするため、光軸に対して６〜８°程度の斜め研磨が必要である。
【００７１】
また、前記弾性スリーブ６４に使用される材料は、一般的に用いられているジルコニア、リン青銅などが好適であり、また圧入金具６２、シェル６１へ使用される材料としては、圧入して固定する構造を用いることから、ＳＵＳ系材料が好適に用いられる。
【００７２】
前記光アイソレータユニット９を前記レセプタクル６７の端面に取り付けるに当たっても、前記フェルールに取り付けたときと同様の理由から、積層型光アイソレータ１の光出射面と前記レセプタクル６７の前記スタブ６３の光入射面の傾斜は略平行にすることが望ましく、同じように位置を調整しながら最適な位置に取り付けることが望ましい。
【００７３】
各部材を接着する接着剤については、フェルールの場合と同様に、熱硬化性のエポキシ接着剤などが好適に用いられる。
【００７４】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。
【００７５】
片面に対空気用ＡＲコートを施した１０×１０×０．２ｍｍサイズの入射側偏光子２、出射側偏光子４および両面に対接着剤ＡＲコートを施した１０×１０×０．４ｍｍサイズのファラデー回転子３を積層し、その際にエポキシ系接着剤を塗布し、入射側偏光子２と出射側偏光子の入射偏波方向が４５°となるよう光学調芯した後、接着剤を硬化した。
【００７６】
そして、図４（ｂ）に示すように、積層型光アイソレータ素子１を個片に分割するため、超音波加工によりφ０．５ｍｍの丸形へ形成し、さらに入射偏波方向に平行にダイシングラインを入れ、積層型光アイソレータ素子１とした。
【００７７】
次に、図１に示すように内側スリーブ５と底板７はＳＦ２０Ｔを用いて、フライス盤を用いた切削加工により一体形成し、貫通孔８はφ０．４ｍｍとなるよう加工した。
【００７８】
また、外側スリーブ６は、ＳｍＣｏ材を使用した永久磁石とし、外形φ２．４５ｍｍ、内径φ１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱形状とし、その片側端面を８°形状に加工した後、腐食防止のため表面全体をＮｉメッキした。
【００７９】
上記により作製した積層型光アイソレータ素子１を図２に示すように内側スリーブ５に嵌装し、底板７の貫通孔８を覆い隠すように当接した。その後、熱硬化型エポキシ系接着剤１１をディスペンサにより積層型光アイソレータ素子１外周部と内側スリーブ５内壁の隙間部、および前記底板７の周辺部に連続的に塗布した後、前記永久磁石よりなる外側スリーブ６が８°となるように斜め加工された端面を前記底板７の接着剤１１付着部に搭載し、全体を加熱して熱硬化することによって、本発明の光アイソレータユニット９を得た。
【００８０】
この光アイソレータユニット９を図５に示すような光ファイバ付きのフェルール部材と組合せた。光ファイバ５３を保持したキャピラリ５１は８°に研磨され、フェルール５２端面全周へ熱硬化型エポキシ系の接着剤５５を塗布した後、上記で作製した光アイソレータユニット９を搭載し、８°の面同士が略平行になるよう調整し、光軸を合わせた後、熱硬化を行って光アイソレータ付光部品とした。
【００８１】
このようにして作製した光アイソレータ付光部品の光学特性を測定したところ、波長１３１０ｎｍ、温度２５℃で、挿入損失≦０．３ｄＢ、アイソレーション≧３０ｄＢであることがわかり、さらに先端部の積層型光アイソレータ素子１が実装される閉空間の気密性をヘリウムリークテストにより測定したところ、１×１０−８ａｔｍ．ｃｃ・ｓｅｃ．であることがわかり、光学特性も気密性も良好であることを確認した。
【００８２】
また、表１は大判における積層型光アイソレータ素子１の取り数とコスト比較を示す。大判形状が０．５×０．６ｍｍサイズの場合、素子形状が四角形状とすれば取り数は約２００個となる。それに対して、本発明の円弧の一部が切り離された略円形状の素子では、取り数が約２７０個と約１．４倍に増加することがわかった。
【００８３】
したがって、同等の有効エリアを有する積層型光アイソレータ素子１個当たりの単価は、従来の四角形状のものに比較して、コストを約０．７倍とすることが可能となった。
【００８４】
【表１】
【００８５】
【発明の効果】
本発明の光アイソレータユニットを用いた光部品によれば、積層型光アイソレータ素子部が完全に気密封止されることから、上記積層型光アイソレータ素子が直接外部雰囲気にさらされることがなくなり、高温高湿状態においても光アイソレータ素子の積層部の強度が低下したり、光特性が変化したりすることがなく、高信頼性を維持することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータユニットを示す側面断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光アイソレータユニットの製造工程を示す側面断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光アイソレータユニットの別の実施形態における製造工程を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の積層型光アイソレータ素子を示す側面断面図であり、（ｂ）は本発明の積層型光アイソレータ素子の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態を示す側面断面図である。
【図６】本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態を示す側面断面図である。
【図７】従来型の光アイソレータ付光部品を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１：積層型光アイソレータ素子
２：入射側偏光子
３：ファラデー回転子
４：出射側偏光子
５：内側スリーブ
６：外側スリーブ
７：底板
８：貫通孔
９：光アイソレータユニット
１１：接着剤
１２：底板
１３：貫通孔
１４：外側スリーブ
１５：光アイソレータユニット
１６：中一点鎖線
１７：中破線
５１：キャピラリ
５２：フェルール
５３：光ファイバ
５４：接着剤
５５：接着剤
５６：孔部
６１：シェル
６２：圧入金具
６３：スタブ
６４：弾性スリーブ
６５：短尺光ファイバ
６６：接着剤
６７：レセプタクル
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光情報処理などに使用する光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用に使用される光モジュールには、光信号を送信するＬＤモジュール、及び光信号を受信するＰＤモジュールがあり、大容量、高速、長距離無中継通信が要求されるシステムに対して、ＬＤモジュール内部に実装されるＯ／Ｅ変換用の発光素子には、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）が使用される。ＤＦＢレーザの特徴は、発振スペクトルが狭く分散特性に優れる一方、反射戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバへの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が素子へ戻ると、ＤＦＢレーザは不安定状態となってしまう。
【０００３】
そこで、上記モジュールには、反射光が発光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光ファイバとの間に、順方向の光は透過し、逆方向の光は遮断する機能を有する光アイソレータ素子を配置する。
【０００４】
光アイソレータ素子の構造は、２枚の偏光子の相対角を約４５°とし、それらの間にファラデー回転子を設置固定し、周囲に永久磁石を配置して構成される。ファラデー回転子は永久磁石から印加される磁界により、光信号の偏波面を４５°回転させるように設計されている。また、偏光子はある一定方向の偏光のみ通過させる作用を有する。
【０００５】
入射側の偏光子を通った順方向の光は、偏波面がファラデー回転子で４５°回転するため、４５°の相対角を有する出射光側の偏光子を通過できる。また、光ファイバからの反射戻り光は、出射側の偏光子を通ってファラデー回転子を透過するが、そのときに偏波が更に４５°回転され、入射側の偏光子に対して偏波面が９０°傾いた状態となるため、入射側の偏光子を透過できない。このようにして、光ファイバから発光素子方向への反射戻り光は光アイソレータ素子部で遮断され、発光素子は常に安定動作を行うことが可能となる。
【０００６】
これらの光アイソレータ素子に対しては、小型化、高信頼性、低コスト化が要求されている。このため積層型光アイソレータ素子を組み合わせ、光ファイバ端部へ配置、一体化した光アイソレータ付光部品が提案されている。これは、従来コリメートビーム系に使用されているバルク型光アイソレータに比較すると、積層型光アイソレータ素子が集光位置である光ファイバ端部へ配置されるため、積層型光アイソレータ素子を通過する光ビーム径を小さくすることができる。
【０００７】
このため、積層型光アイソレータ素子の有効エリアサイズを小さくすることができ、積層型光アイソレータ素子の小型化、低コスト化が可能である。また、バルク型光アイソレータは、ＬＤモジュールのパッケージ部へ接続する工程が必要であるが、光アイソレータ付光部品は光アイソレータ素子と光ファイバが一体化されているため、発光素子と光ファイバを調芯、固定するだけでよく、製造工程を短縮できる。
【０００８】
例えば、特許文献１では、図７（ａ）に開示されているように、積層型光アイソレータ素子２１は、入射側偏光子２２、ファラデー回転子２３、出射側偏光子２４から構成され、上記積層型光アイソレータ素子２１および永久磁石２５と光ファイバ２９端部を一体化するために、積層型光アイソレータ素子２１固定用の金属部材２６を用いて、キャピラリ２７を保持しているフェルール２８周辺部に接続固定する構造が提案されている。
【０００９】
また、特許文献２では、図７（ｂ）に開示されているように、積層型光アイソレータ素子３１は、入射側偏光子３２、ファラデー回転子３３、出射側偏光子３４から構成され、上記積層型光アイソレータ素子３１および永久磁石３５と光ファイバ３９端部を一体化するために、フェルール３８内のキャピラリ３７の研磨端面へ直接、積層型光アイソレータ素子３１を接着固定する構造が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３２５２９９号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−１３３１４６号公報（第５頁、図１（ｂ））
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来型の光アイソレータ付光部品においては、積層型光アイソレータ素子の搭載部は気密封止されておらず、また、積層型光アイソレータ素子を構成する入射側偏光子、ファラデー回転子、出射側偏光子をそれぞれ接着剤にて貼り合わせてなることから、積層型光アイソレータ素子は直接外部雰囲気にさらされるため、高温高湿状態においては上記接着剤接合部の強度が低下し、層間剥離を起こす可能性が高いという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献２には、積層型光アイソレータ素子３１を金属筒、ガラス板、レンズなどで気密封止する技術が開示されているが、積層型光アイソレータ素子３１とキャピラリ３７同士が直接接着剤を用いて固定されているため、接着界面が剥離した場合、剥離界面部で発光素子からの出射光軸が変動し、ＬＤモジュールの光出力が変動するという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光アイソレータユニットは、光アイソレータ素子と、該光アイソレータ素子の外周側面を保持した内側スリーブと、該内側スリーブの周囲に備えた外側スリーブと、概略中央部に貫通孔を有し前記内側スリーブと前記外側スリーブの両端面に当接して気密封止された底板とからなり、前記光アイソレータ素子の外周側面が前記内側スリーブの内壁に固着され気密封止されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記貫通孔は、前記光アイソレータ素子の光入射面よりも小さく、該光入射面は前記貫通孔を完全に覆い隠すように前記底板に当接されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記光アイソレータ素子は、少なくとも１つのファラデー回転子および少なくとも１つの偏光子を積層した積層型の光アイソレータであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記内側スリーブと前記底板が、同一材料で一体形成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記外側スリーブは永久磁石であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記外側スリーブの前記底板に当接する側の端面が、前記外側スリーブの中心軸に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光アイソレータユニットは、前記光アイソレータ素子の外形が、円弧の一部が切り離された略円形状であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、光部品の光入射側部材に、本発明の光アイソレータユニットの光アイソレータ素子の光出射側の外側スリーブ端面を当接させて、固着封止したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、前記光部品が、フェルールであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、前記光部品が、レセプタクルであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２４】
図１は本発明の光アイソレータユニットの実施形態を示す側面断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の光アイソレータユニット９は、積層型光アイソレータ素子１、内側スリーブ５、外側スリーブ６、底板７とからなり、内側スリーブ５に前記積層型光アイソレータ素子１が嵌装されて、その外周側面が、前記内側スリーブ５の内壁に固着され気密封止されている。
【００２６】
また、前記内側スリーブ５の周囲に外側スリーブ６が配設され、さらに、前記内側スリーブ５および前記外側スリーブ６の端面は、概略中央部に貫通孔８を有する底板７に当接して気密封止された構造となっている。
【００２７】
また、積層型光アイソレータ素子１は、入射側偏光子２、ファラデー回転子３、出射側偏光子４とからなり、それぞれ接着剤によって貼り合わされて積層されている。
【００２８】
この光アイソレータユニット９は、詳しくは後述するが、外側スリーブ６が底板７と接しているのと反対側の端面を、光部品の入射側の部材に当接させて固着封止させて用いる。そして、前記底板７の貫通孔８から入射した光が積層型光アイソレータ素子１を透過して光部品の入射側部材へと導かれる。
【００２９】
ここで、全ての部材間隙が封止されているため、積層型光アイソレータ素子１の周囲は内側スリーブ５、外側スリーブ６、底板７、光部品の入射側部材で囲まれた気密封止構造となる。特に湿度を遮断するため、外部雰囲気に変動があっても接着剤で貼り合わされた積層構造を有する積層型光アイソレータ素子１の接着剤の接合部強度劣化を防止することが可能となる。
【００３０】
なお、ここでは、光アイソレータユニット９で用いる光アイソレータ素子として、積層型光アイソレータ素子１によって説明したが、それ以外の光アイソレータ素子を用いることも可能である。しかしながら、小型化、低コスト化が可能であり、問題であった環境変動によるアイソレータ積層部の強度劣化も本発明の簡易封止構造により解消されることから、積層型光アイソレータ素子を用いることが望ましい。
【００３１】
なお、積層型光アイソレータ素子１は、複数のファラデー回転子、複数の偏光子を組み合わせた多段型のものでもよい。また、入射光の光源として、偏光方向に直交する戻り光の影響に強い発光素子を用いるときは、入射側偏光子２は必ずしも必要でないが、光学系などから光源への戻り光を確実に遮断するために、入射側偏光子２を設けるのが望ましい。
【００３２】
また、入射側偏光子２の入射面、ファラデー回転子３両面および出射側偏光子４の出射面には、反射防止のためＡＲコートを施しておくことが重要であり、例えば、対空気に対してのＡＲコート材料としてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の４層構成としたものがあり、使用波長によって各層の膜厚を最適化することが必要である。
【００３３】
また、入射側偏光子２、ファラデー回転子３、出射側偏光子４を積層する接着剤としては、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤が望ましく、製造工程上簡単に高い接着力が得られることから、ＵＶ併用熱硬化型がより望ましい。
【００３４】
また、ファラデー回転子３としては、磁性ガーネット単結晶材料を用い、ファラデー効果を得るために外部磁界が必要な非保磁型ファラデー回転子や、外部磁界を加える必要のない保磁型ファラデー回転子などを用いることができるが、例えば、保磁型ファラデー回転子は、あらかじめ強い外部磁界にて着磁することによって、単磁区構造を保つことが可能になることから、外部から磁界を印加しなくても偏波面を回転させる作用を有するため、積層型光アイソレータ素子１の周囲に永久磁石を配設する必要がなくなり、構造を簡素化され、部品点数を削減することが可能となる。
【００３５】
なお、必要に応じて、永久磁石を積層型光アイソレータ素子１の周囲に配設する。例えば、前記内側スリーブ５と前記外側スリーブ６の間に配設してもよいし、あるいは、前記内側スリーブ５、前記外側スリーブ６そのものを永久磁石で構成してもよい。
【００３６】
この中でも、磁性ガーネット単結晶のファラデー効果を安定的に得ることが可能であることから、前記外側スリーブ６を永久磁石により構成することが望ましい。
【００３７】
永久磁石を用いる場合、Ｎｄ（ネオジウム）材料やＳｍＣｏ（サマリウム・コバルト）材料などの強磁性体を用いることができるが、その中でも温度特性が良好であるため、ＳｍＣｏ材料を用いることが望ましい。また、永久磁石材の表面は、腐食防止のため表面全体をＮｉなどでメッキすることが望ましい。
【００３８】
次に、本発明の光アイソレータユニット９の各構成部材を組み立てる手順について、図２の（ａ）〜（ｄ）の各図に示す。
【００３９】
図２（ａ）では、貫通孔８を設けた底板７に内側スリーブ５の下端面を当接し接着固定させ、前記内側スリーブ５の内部に積層型光アイソレータ素子１を搭載する。また、図２（ｂ）では、前記内側スリーブ５の内壁部と前記積層型光アイソレータ素子１の外周側面部に接着剤１１を塗布するのと同時に、前記底板７上の外端周辺にも接着剤１１を塗布する。さらに、図２（ｃ）では、外側スリーブ６を、前記内側スリーブ５の前記底板７の周辺の接着剤１１を用いて搭載する。最後に、図２（ｄ）では、接着剤１１を完全硬化させて、各接着部を固定する。
【００４０】
ここで、前記貫通孔８は、前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面よりも小さく、該光入射面は前記貫通孔８を完全に覆い隠すように前記底板に当接されていることが望ましい。前記貫通孔８が前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面よりも大きいときは、前記積層型光アイソレータ素子１を安定して底板７上に保持することが難しく、さらに前記積層型光アイソレータ素子１外周側面と前記内側スリーブ５内壁の接着した部分が外部に対して完全に露出し、悪影響を及ぼす恐れがあるからである。
【００４１】
また、前記貫通孔８が、前記積層型光アイソレータ素子１の光入射面に対して、小さすぎるときは、十分に光が入射できず、発光素子と光ファイバの結合効率が劣化したり、また底板７によって入射光が反射し、その反射戻り光の影響により発光素子を不安定動作させたりする恐れがある。このため、貫通孔８の直径は、積層型光アイソレータ素子１の約８０％以上とすることが望ましい。
【００４２】
また、前記内側スリーブ５と前記底板７は、同一材料で一体形成されていることが望ましい。その理由としては、前記内側スリーブ５と前記底板７とが固着されているのは、該底板７の端面のみであるため、接着強度が若干低い。そのため、大きな衝撃を受けたときや、熱膨張の影響を受けたときなど、微小ではあるが、前記底板７の上で前記内側スリーブ５の位置が変位し、積層型光アイソレータ素子１と外部の光部品の光軸がずれる恐れがあるからである。
【００４３】
なお、前記内側スリーブ５と前記底板７を一体形成するための材料としては、ＳＦ２０Ｔなどの快削材料が好適に使用され、これをフライス盤による切削加工や射出成形加工などの方法により一体形成すればよい。
【００４４】
また、本発明の光アイソレータユニットでは、図２の（ｃ）に示したように前記外側スリーブ６の前記底板７に当接する側の端面を、前記外側スリーブ６の中心軸に垂直な面に対して傾斜させることが望ましい。通常、反射を防止するため、積層型光アイソレータ素子１の実装位置を光軸に対し斜めに配置することはごく普通になされているが、本発明においては、前記外側スリーブ６の端面を傾斜させて加工し、前記底板７に当接させるだけで、簡単かつ正確に、前記積層型光アイソレータ素子１を光軸に対して斜めに配設することができる。なお、傾斜の角度はおおよそ６〜８°程度が好ましい。
【００４５】
また図３（ａ）〜（ｄ）に、積層型光アイソレータ素子１を傾斜させるための別の方法を示す。貫通孔１３を有する底板１２において、内側スリーブ５と当接する面の部分を所望の角度の傾斜を有するように加工しておき、後は同様に、積層型光アイソレータ素子１の外周側面を前記内側スリーブ５の内壁に固着させ気密封止して搭載し、外側スリーブ１４を固着させて形成するものである。
【００４６】
この場合、端面がフラットな形状の外側スリーブ１４で本発明を構成することが可能であり、最終的な光アイソレータユニット１５の形状も先端がフラットな形状となる。
【００４７】
また、積層型光アイソレータ素子１については、外形が円形状のものを好適に用いることができる。特に、上記のように内側スリーブ５と底板７を一体形成するような場合は、切削加工や射出成形加工などの方法により、前記内側スリーブ５の内壁を容易に円筒内壁形状に形成することができるため、前記積層型光アイソレータ素子１の形状は、円形であることが望ましい。
【００４８】
従来型の光アイソレータ付光部品においては、積層型光アイソレータ素子１の入射偏波方向を形状より識別するため、四角形状として長辺方向を入射偏波方向としていたが、発光素子より入射される信号光のビーム形状はほぼ円形であることから、実際に必要な有効エリアとしては円形でよい。したがって、積層型光アイソレータ素子１を円形にすることによって、不要な四角形状の角部を除くことができ、低コスト化に寄与するという利点がある。
【００４９】
さらに、前記積層型光アイソレータ素子１を円形にするに当たっては、円弧の一部が切り離された略円形状にし、この切り離された箇所によって入射偏波方向を示すことが望ましい。
【００５０】
前記円弧の一部が切り離された略円形状の積層型光アイソレータ素子１を加工する方法について、図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）は本発明の積層型光アイソレータ素子を示す側面断面図であり、図４（ｂ）はその製造方法を説明する図である。
【００５１】
図４（ｂ）中一点鎖線１６で示したように、あらかじめワックスなどでダミー基体上に貼り付けた大判形状の積層体を、超音波加工機を用いて必要な有効径以上の外形を有する丸形へ加工し、図４（ｂ）中破線１７で示したようなダイシング加工により、例えば、入射偏波方向を示すためのラインを入れる。
【００５２】
その後、ワックスを溶かして、加工した積層体を取り外すことによって、図４（ａ）に示すような、円弧の一部が切り離された略円形状の積層型光アイソレータ素子１を得る。
【００５３】
この円弧が切り離された箇所により、素子の入射偏波方向を容易に判別することができ、さらに四角形状の場合と比較して、一枚の大判形状の積層体からの素子の取り数を多くできるため、素子の低コスト化を行うことが可能となる。
【００５４】
また、光アイソレータユニット９の部材同士を気密封止するための接着剤１１は、高耐湿性、高強度、低硬化収縮率、低ヤング率材料であることが必要とされることから、アクリル系接着剤や熱硬化型のエポキシ系接着剤を用いるのが望ましい。一般的には、例えば、エポキシテクノロジー社製熱硬化型エポキシ接着剤エポテック３５３ＮＤを好適に用いることができる。
【００５５】
接着剤１１については、上記にとらわれるものではなく、要求される環境条件に対応した接着剤を適宜選択し、硬化条件や接着面洗浄条件などの条件が最適になるように選択し管理を行えばよい。また、長期信頼性を確保するために、硬化後にアニールなどを行い、残留応力低減を行ってもよい。
【００５６】
また、本発明の光アイソレータ付光部品は、光部品の光入射側部材に、本発明の光アイソレータユニットの光アイソレータ素子の光出射側の外側スリーブ端面を当接させて、固着封止して用いることを特徴とする。
【００５７】
例えば、前記光部品として、フェルールやレセプタクルなどと組み合わせることによって、これらの部品に光アイソレータの機能を付加することが可能となる。即ち、前記光アイソレータユニット９を構成する底板７の貫通孔８から入射した光が積層型光アイソレータ素子１を透過して前記光部品の入射側部材へと導かれ、前記光部品からの反射光などは、前記光アイソレータユニット９で遮断される。
【００５８】
また、上記構造は、接着剤１１により部材間隙が充填され気密封止されているために、環境の変動に対する変化を受けにくく、長期にわたって安定して使用できるという利点も有する。
【００５９】
さらに、前記光アイソレータユニット９の光透過面は、光部品の光入射側部材を取り付ける際に、接着剤を介することなく取り付けられているため、例えば、図７（ｂ）に示す積層型光アイソレータ素子３１とキャピラリ３７同士が直接、接着剤を用いて固定されている構造に比較し、上記接着剤固定部の接着界面剥離に起因する、発光素子およびフェルールの光軸変動を防止することが可能になるため、外部環境や雰囲気の影響によるＬＤモジュールの光出力劣化を防止することができるという利点を有している。
【００６０】
次に、本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態として、本発明の光アイソレータユニットと光ファイバ付きのフェルールを組み合わせた例について、図５の側面断面図を用いて説明する。
【００６１】
光ファイバ５３は、金属製のフェルール５２へキャピラリ５１を圧入固定した後、フェルール５２に形成されている孔部５６へ挿入し、接着剤５４で気密封止されている。そして、本発明の光アイソレータユニット９が、フェルール５２端面へ当接し接着剤５５を用いて接着固定されている。
【００６２】
本発明の光アイソレータ付光部品をモジュールへ固定する際にＹＡＧ溶接を用いることが望ましいため、フェルール５２に使用する材料としては、溶接性の良好な金属材料が好ましく、一般的にはＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４などが好ましい。さらに低コスト化のために、快削材料であるＳＦ２０Ｔなどを使用することも可能である。
【００６３】
また、キャピラリ５１の材料としては、セラミックを用いるのが好ましく、その中でもコネクタ側に最も多く使用されるジルコニアセラミックスがコスト上有利である。
【００６４】
さらに、ＬＤ素子への反射戻り光を低減するため、キャピラリ５１は光軸に対し斜め研磨されることが好ましく、同様に本発明の光アイソレータユニット９についても、積層型光アイソレータ素子１を光軸に対し斜めに搭載したタイプのものを用いることが好ましい。
【００６５】
また、キャピラリ５１の光入射面と積層型光アイソレータ１の光出射面は、略平行となるように配置されることが望ましい。その理由は次の通りである。まず、積層型光アイソレータ素子１の光入射面に入射する光は、平行光ではなく光ファイバ端面に結像するように絞られた光である。そのため、積層型光アイソレータ素子１を配置する位置は、光ファイバに近ければ近いほど、光入射面の有効受光径が小さくてすむ。したがって、キャピラリ５１の光入射面と積層型光アイソレータ１の光出射面を略平行に配置することにより、キャピラリ５１と積層型光アイソレータ１同士の距離を短くすることができ、積層型光アイソレータ１の小型化が可能になるからである。
【００６６】
前記光アイソレータユニット９を前記フェルール５２の端面に取り付けるに当たっては、あらかじめ光アイソレータユニット９およびフェルール５２へ、それぞれ光軸に対する傾斜面を示すマークを設け、そのマークを一致させるように位置を調整しながら、各々の傾斜面が平行になるような最適な位置に取り付けることが必要である。
【００６７】
各部材を接着する接着剤は、気密封止する必要があることから、前記光アイソレータユニット９の各部材の組み立てに用いた熱硬化性のエポキシ接着剤などを使用することが望ましい。
【００６８】
また、本発明の光アイソレータ付光部品の別の実施形態として、本発明の光アイソレータユニットとレセプタクルを組み合わせた例について、図６の側面断面図を用いて説明する。
【００６９】
スタブ６３は内部に短尺光ファイバ６５を内蔵しており、片端はＰＣ研磨処理、もう一方を斜め研磨処理し、圧入金具６２へ圧入固定した後、弾性スリーブ６４を挿入し、その後シェル６１を圧入してレセプタクル６７とし、上記で説明したと同様な本発明の光アイソレータユニット９を前記レセプタクル６７へ接着剤６６を用いて接着固定するものである。
【００７０】
前記スタブ６３の材料は、一般的にジルコニアセラミックスが使用され、フェルールと光学的に接続される側の端面は、曲率半径２０ｍｍ程度のＰＣ研磨が必要であり、反対側の端面は、ＬＤ素子への反射戻り光を小さくするため、光軸に対して６〜８°程度の斜め研磨が必要である。
【００７１】
また、前記弾性スリーブ６４に使用される材料は、一般的に用いられているジルコニア、リン青銅などが好適であり、また圧入金具６２、シェル６１へ使用される材料としては、圧入して固定する構造を用いることから、ＳＵＳ系材料が好適に用いられる。
【００７２】
前記光アイソレータユニット９を前記レセプタクル６７の端面に取り付けるに当たっても、前記フェルールに取り付けたときと同様の理由から、積層型光アイソレータ１の光出射面と前記レセプタクル６７の前記スタブ６３の光入射面の傾斜は略平行にすることが望ましく、同じように位置を調整しながら最適な位置に取り付けることが望ましい。
【００７３】
各部材を接着する接着剤については、フェルールの場合と同様に、熱硬化性のエポキシ接着剤などが好適に用いられる。
【００７４】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。
【００７５】
片面に対空気用ＡＲコートを施した１０×１０×０．２ｍｍサイズの入射側偏光子２、出射側偏光子４および両面に対接着剤ＡＲコートを施した１０×１０×０．４ｍｍサイズのファラデー回転子３を積層し、その際にエポキシ系接着剤を塗布し、入射側偏光子２と出射側偏光子の入射偏波方向が４５°となるよう光学調芯した後、接着剤を硬化した。
【００７６】
そして、図４（ｂ）に示すように、積層型光アイソレータ素子１を個片に分割するため、超音波加工によりφ０．５ｍｍの丸形へ形成し、さらに入射偏波方向に平行にダイシングラインを入れ、積層型光アイソレータ素子１とした。
【００７７】
次に、図１に示すように内側スリーブ５と底板７はＳＦ２０Ｔを用いて、フライス盤を用いた切削加工により一体形成し、貫通孔８はφ０．４ｍｍとなるよう加工した。
【００７８】
また、外側スリーブ６は、ＳｍＣｏ材を使用した永久磁石とし、外形φ２．４５ｍｍ、内径φ１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱形状とし、その片側端面を８°形状に加工した後、腐食防止のため表面全体をＮｉメッキした。
【００７９】
上記により作製した積層型光アイソレータ素子１を図２に示すように内側スリーブ５に嵌装し、底板７の貫通孔８を覆い隠すように当接した。その後、熱硬化型エポキシ系接着剤１１をディスペンサにより積層型光アイソレータ素子１外周部と内側スリーブ５内壁の隙間部、および前記底板７の周辺部に連続的に塗布した後、前記永久磁石よりなる外側スリーブ６が８°となるように斜め加工された端面を前記底板７の接着剤１１付着部に搭載し、全体を加熱して熱硬化することによって、本発明の光アイソレータユニット９を得た。
【００８０】
この光アイソレータユニット９を図５に示すような光ファイバ付きのフェルール部材と組合せた。光ファイバ５３を保持したキャピラリ５１は８°に研磨され、フェルール５２端面全周へ熱硬化型エポキシ系の接着剤５５を塗布した後、上記で作製した光アイソレータユニット９を搭載し、８°の面同士が略平行になるよう調整し、光軸を合わせた後、熱硬化を行って光アイソレータ付光部品とした。
【００８１】
このようにして作製した光アイソレータ付光部品の光学特性を測定したところ、波長１３１０ｎｍ、温度２５℃で、挿入損失≦０．３ｄＢ、アイソレーション≧３０ｄＢであることがわかり、さらに先端部の積層型光アイソレータ素子１が実装される閉空間の気密性をヘリウムリークテストにより測定したところ、１×１０−８ａｔｍ．ｃｃ・ｓｅｃ．であることがわかり、光学特性も気密性も良好であることを確認した。
【００８２】
また、表１は大判における積層型光アイソレータ素子１の取り数とコスト比較を示す。大判形状が０．５×０．６ｍｍサイズの場合、素子形状が四角形状とすれば取り数は約２００個となる。それに対して、本発明の円弧の一部が切り離された略円形状の素子では、取り数が約２７０個と約１．４倍に増加することがわかった。
【００８３】
したがって、同等の有効エリアを有する積層型光アイソレータ素子１個当たりの単価は、従来の四角形状のものに比較して、コストを約０．７倍とすることが可能となった。
【００８４】
【表１】
【発明の効果】
本発明の光アイソレータユニットを用いた光部品によれば、積層型光アイソレータ素子部が完全に気密封止されることから、上記積層型光アイソレータ素子が直接外部雰囲気にさらされることがなくなり、高温高湿状態においても光アイソレータ素子の積層部の強度が低下したり、光特性が変化したりすることがなく、高信頼性を維持することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータユニットを示す側面断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光アイソレータユニットの製造工程を示す側面断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光アイソレータユニットの別の実施形態における製造工程を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の積層型光アイソレータ素子を示す側面断面図であり、（ｂ）は本発明の積層型光アイソレータ素子の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態を示す側面断面図である。
【図６】本発明の光アイソレータ付光部品の実施形態を示す側面断面図である。
【図７】従来型の光アイソレータ付光部品を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１：積層型光アイソレータ素子
２：入射側偏光子
３：ファラデー回転子
４：出射側偏光子
５：内側スリーブ
６：外側スリーブ
７：底板
８：貫通孔
９：光アイソレータユニット
１１：接着剤
１２：底板
１３：貫通孔
１４：外側スリーブ
１５：光アイソレータユニット
１６：中一点鎖線
１７：中破線
５１：キャピラリ
５２：フェルール
５３：光ファイバ
５４：接着剤
５５：接着剤
５６：孔部
６１：シェル
６２：圧入金具
６３：スタブ
６４：弾性スリーブ
６５：短尺光ファイバ
６６：接着剤
６７：レセプタクル
Claims (10)
- 光アイソレータ素子と、該光アイソレータ素子の外周側面を保持した内側スリーブと、該内側スリーブの周囲に備えた外側スリーブと、概略中央部に貫通孔を有し前記内側スリーブと前記外側スリーブの両端面に当接して気密封止された底板とからなり、前記光アイソレータ素子の外周側面が前記内側スリーブの内壁に固着され気密封止されていることを特徴とする光アイソレータユニット。
- 前記貫通孔は、前記光アイソレータ素子の光入射面よりも小さく、該光入射面は前記貫通孔を完全に覆い隠すように前記底板に当接さ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ユニット。
- 前記光アイソレータ素子は、少なくとも１つのファラデー回転子および少なくとも１つの偏光子を積層した積層型の光アイソレータであることを特徴とする請求項１または２記載の光アイソレータユニット。
- 前記内側スリーブと前記底板が、同一材料で一体形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光アイソレータユニット。
- 前記外側スリーブは永久磁石であることを特徴とする請求項４記載の光アイソレータユニット。
- 前記外側スリーブの前記底板に当接する側の端面が、前記外側スリーブの中心軸に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光アイソレータユニット。
- 前記光アイソレータ素子の外形が、円弧の一部が切り離された略円形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光アイソレータユニット。
- 光部品の光入射側部材に、請求項１〜７のいずれかに記載の光アイソレータユニットの光アイソレータ素子の光出射側の外側スリーブ端面を当接させて、固着封止したことを特徴とする光アイソレータ付光部品。
- 前記光部品が、フェルールであることを特徴とする請求項８記載の光アイソレータ付光部品。
- 前記光部品が、レセプタクルであることを特徴とする請求項８記載の光アイソレータ付光部品。
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| JP2002342861A JP2004177618A (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付き光部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002342861A JP2004177618A (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付き光部品 |
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| JP2002342861A Pending JP2004177618A (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 光アイソレータユニットおよび光アイソレータ付き光部品 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004177618A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009230092A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-10-08 | Kyocera Corp | 光アイソレータモジュールおよびそれを用いた光素子モジュール |
-
2002
- 2002-11-26 JP JP2002342861A patent/JP2004177618A/ja active Pending
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