JP3784198B2

JP3784198B2 - 光アイソレータ

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Publication number: JP3784198B2
Application number: JP09386799A
Authority: JP
Inventors: 真人新谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000284226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報通信分野で用いられる光アイソレータであって、透明基板上に物理蒸着法等により島状の金属粒子分散層と透明誘電体層とを交互に積層した偏光層としての積層体を形成し、透明基板及び積層体に延伸処理を施し偏光特性を付与した偏光子を利用した光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバーを利用した光通信における光波長多重化により、光通信システムの情報量増大、多機能化及び特性向上が盛んに行われている。このような光通信システムでは、通信光の光源として半導体レーザが使用されており、半導体レーザの出射光が各種光学部品，光ファイバー，これらの接続箇所で反射されて戻り半導体レーザに再入射するとその動作が不安定になるため、信頼性の高い光通信を行うには前記反射光を除去する光アイソレータが不可欠である。
【０００３】
光アイソレータの構成部品の一つである偏光子は、特定方向に偏光した光を取り出すためのもので、種々の構成の偏光子が研究されている。例えば、複屈折性結晶を組み合わせたグラントムソンプリズム、複屈折性の大きいルチル結晶、二色性を有する高分子材料を偏光方向に延伸した偏光フィルム、透明誘電体層と金属薄膜とを交互に積層した積層型偏光子（「ラミポール」：住友セメント（株）商標名）、ホウ珪酸ガラス中に銀コロイドを析出させて偏光方向に延伸させた析出金属分散型偏光子（「ポーラコア」：コーニンググラスインダストリー社の商標名）、島状の金属粒子分散層と透明誘電体層とを交互に積層した積層体を偏光方向に延伸させた金属粒子分散層型偏光子等が挙げられる。
【０００４】
これらの偏光子は、サングラス，液晶表示用フィルター，写真用フィルター，スキー用ゴーグル，自動車用ヘッドライト，ＣＲＴディスプレイ用防眩フィルター等のほか、光ピックアップ，光センサー，光アイソレータ等に幅広く使用され、近年光記録及び光通信等の分野で、小型で高性能及び安価な偏光子の必要性が高まっている。特に、ホウ珪酸ガラス中に銀コロイドを析出させて偏光方向に延伸させた析出金属分散型偏光子は、実用化された偏光子の中で光通信分野で最も利用されているものの一つである（特公平２−４０６１９号公報，米国特許第４４８６２１３号公報，米国特許第４４７９８１９号公報参照）。
【０００５】
そして、図４〜図７に従来の光アイソレータＡ１，Ａ２の動作及び基本構成を示す。図４及び図５の光アイソレータＡ１において、第一の偏光子１６及び第二の偏光子１９と、第一，第二偏光子１６，１９間に設けられた少なくとも１個のファラデー回転子１８とを有し、ファラデー回転子１８は第一，第二偏光子１６，１９のいずれかにスペーサー１７を介してハンダ，低融点ガラス又は接着剤により接合している。この構成では、ファラデー回転子１８と第一の偏光子１６は全く異なる材質であるため、ハンダや低融点ガラスで接合しようとすると、熱膨張率の違いによる熱応力が発生する為、ファラデー回転子１８と第一の偏光子１６を直接接合することはできない。そこで、熱膨張率の違いによる熱応力を緩和するために、スペーサー１７を介装させ、各々の表面に反射防止膜を施したファラデー回転子１８と第一の偏光子１６を間接的に接合しアセンブルしていた。尚、図５において、２０は磁石、２１は第一のホルダ、２２は第二のホルダである。
【０００６】
また、図６及び図７の光アイソレータＡ２では、第一の偏光子２３及び第二の偏光子２５と、第一，第二の偏光子２３，２５との間に設けられる少なくとも１個のファラデー回転子２４とを、ハンダ，低融点ガラス，接着剤等により接合している。この構成においては、光アイソレータＡ２の小型化、組み立て工程数の削減、構成部品の一括加工による量産性向上を図るために、第一の偏光子２３及び第二の偏光子２５の間に少なくとも１個のファラデー回転子２４を挟持させ、第一，第二の偏光子２３，２５の偏光方向が互いに４５°ずれるように配置し、透光性の接着剤２６を接合面全面に塗布して貼り合わせ、一体化している。この場合にも、ファラデー回転子２４，第一の偏光子２３，第二の偏光子２５，接着剤２６の屈折率がそれぞれ異なるため、それぞれの界面に反射防止膜を施す必要がある。尚、図７において、２７は磁石、２８は第一のホルダ、２９は第二のホルダである。
【０００７】
そして、図４において、所定の偏光方向の入射光３は、偏光方向が同じ第一の偏光子１６を通過しファラデー回転子１８により４５°偏光方向が回転し、第二の偏光子１９を通過し出射光４が外部の光ファイバー等に入射する。光ファイバー等から戻って来た戻り光５は、第二の偏光子１９と同じ偏光方向又はランダム偏光であり、第二の偏光子１９を通過し、ファラデー回転子１８により更に４５°偏光方向が回転するため、第一の偏光子１６の偏光方向と９０°偏光方向が異なり、第一の偏光子１６を通過できない、又はきわめて出力の小さい戻り光６となる。前記動作は図６においても同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５の従来の光アイソレータＡ１においては、熱膨張率の違いによる熱応力は完全に解消される訳ではなく、また第一の偏光子１６とファラデー回転子１８との間には空間伝搬領域がありそれが光損失の増大に繋がっていた。
【０００９】
また、図７の従来の光アイソレータＡ２においては、接着面が光の入出射面となることから、接着剤２６の塗布状態の均一性が問題となっていた。また組み立て後に接着剤２６からアウトガスが発生することも問題であった。更に、ファラデー回転子２４，第一の偏光子２３，第二の偏光子２５の各々の屈折率の違いによる界面反射の問題があった。
【００１０】
更に、上記従来の析出金属分散型偏光子では、所望の金属コロイドを一定の大きさに凝集させるためには、媒質となる透明誘電体材料がフォトクロミックガラス等に限定されてしまう。一方、島状の金属粒子分散層と透明誘電体層とを交互に積層させた金属粒子分散層型偏光子では、Ａｕの金属粒子分散層とパイレックスガラス（コーニンググラスインダストリー社商標名）の透明誘電体層とを交互に積層し、透明誘電体層中に金属粒子を分散させた状態とした後、特定の面内方向（水平方向）に加熱延伸し、金属粒子に光吸収異方性を付与したものが提案されている。この構成では、偏光子を構成する透明誘電体層や透明誘電体基板用の材料を比較的自由に選択することができる。
【００１１】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、島状の金属粒子分散層と透明誘電体層とを交互に積層させた金属粒子分散層型偏光子を利用したものであって、偏光子とファラデー回転子との熱膨張差による熱応力発生を解消し、空間伝搬領域や界面反射による損失を無くした光アイソレータとすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光アイソレータは、ファラデー効果を有する透明誘電体基板上に、光吸収異方性を有する金属粒子分散層と透明誘電体基板と同じ材料の透明誘電体層とを交互に直接積層したことにより、前記透明誘電体基板上に偏光層が形成されてなる偏光子を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明は上記構成により、偏光子としての偏光層と、ファラデー回転子としての透明誘電体基板とが接着剤等を使用せずに直接接合され、その結果空間伝搬領域や界面反射による損失が発生せず、また透明誘電体基板材料と透明誘電体層材料を同じにすることで、熱膨張差による熱応力が解消される。
【００１４】
また本発明において、好ましくは、前記透明誘電体基板が、磁性元素を含有するガラス又は磁性金属微粒子を分散させたガラスから成る。
【００１５】
上記構成により、ファラデー効果を有する透明誘電体基板材料を従来のガーネット単結晶のように結晶成長させる必要がなく、低コストに製造でき、また磁性元素又は磁性金属微粒子の種類及び含有量を調整することによりファラデー効果を容易に制御でき、更に偏光層用の透明誘電体層と同じ材料が使用でき、熱膨張差による熱応力が発生せず、界面反射による損失も解消される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光アイソレータについて以下に説明する。図１〜図３に本発明の光アイソレータＡ３を示す。同図において、１は偏光子としての偏光層１ａとファラデー効果を有する透明誘電体基板１ｂから成る第一の偏光子、２は偏光層２ａと透明誘電体基板２ｂから成る第二の偏光子、７はファラデー回転子に磁界を作用して偏光面を回転させる磁石、８は第一の偏光子１を設置する第一のホルダー、９は第二の偏光子２を設置する第二のホルダーである。前記第一のホルダー８及び第二のホルダー９は、ガラス，プラスチック等の透明材料からなる板状体としても良く、その他不透明な樹脂材料，Ａｌ等の金属材料からなる枠状のものでも良い。
【００１７】
本発明のファラデー効果を有する透明誘電体基板１ｂ，２ｂは、従来のＣｄＭｎＴｅ，ＹＩＧ等のガーネット単結晶とは異なり、Ｐｂ，Ｔｌ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｔｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ等の磁性元素を一成分として含有する、硼酸塩ガラス，燐酸塩ガラス，珪酸塩ガラス，弗燐酸塩ガラス，硼珪酸ガラス等から成る所謂ファラデー回転ガラスが好ましい。前記ファラデー回転ガラスは、従来のガーネット単結晶のように結晶成長させる必要がなく、磁性元素を含有させることで低コストに製造でき、また磁性元素の種類及び含有量を調整することによりファラデー効果を容易に制御できる。更に、後述する偏光層１ａ，２ａ用の透明誘電体層１０と同じ材料が使用でき、熱膨張差による熱応力が発生せず、界面反射による光損失も解消される。
【００１８】
前記磁性元素の含有量は０．３〜３．０重量％が良く、０．３重量％未満ではファラデー効果が小さくなり必要なファラデー回転角が得られず、３．０重量％を超えると光吸収が生じて損失が大きくなる。
【００１９】
また、透明誘電体基板１ｂ，２ｂとして、粒径が２〜１０ｎｍのＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の磁性金属微粒子を分散させた硼酸塩ガラス，燐酸塩ガラス，珪酸塩ガラス，弗燐酸塩ガラス，硼珪酸ガラス等からなる磁性金属微粒子分散ガラスが、上記ファラデー回転ガラスと同様好適である。
【００２０】
前記磁性金属微粒子の含有量は１０〜３０重量％が良く、１０重量％未満ではファラデー効果が殆ど得られず、３０重量％を超えると光散乱や光反射が大きくなり透明性が劣化する。
【００２１】
そして、本発明の光アイソレータＡ３は以下のようにして製造される。図３の偏光子Ｐ１に示すように、透明誘電体基板１３の少なくとも一主面上に、島状に金属粒子１２を分散させた金属粒子分散層１１を真空蒸着法等により設け、次いで透明誘電体基板１３と同じ材料の透明誘電体層１０をスパッタリング法等で前記金属粒子分散層１１上に積層する。更に、金属粒子分散層１１と透明誘電体層１０を交互に数層ずつ積層し偏光層１４を形成する。次に、加熱下で偏光層１４及び透明誘電体基板１３を特定の面内方向（水平方向）に延伸し、金属粒子１２が回転楕円体に成形され光吸収異方性を有することになる。尚、図３において、Ｌ１は入射光、Ｌ２は出射光を示し、ｘ方向に延伸した結果ｘ方向の光吸収性が高く、ｙ方向に偏光した出射光Ｌ２となる。
【００２２】
また、透明誘電体基板１３中に分散している磁性金属微粒子は粒径が２〜１０ｎｍと微小のため、延伸時に引張応力が磁性金属微粒子に加わってもその形状は殆ど変化せず、延伸後も等方性を保ちファラデー効果を生ずる。
【００２３】
透明誘電体基板１３にＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の磁性金属微粒子を分散させるには、イオン注入法，イオンアシストスパッタ法，超微粒子ビーム成膜法，ゾルゲル法等を用いることができる。また、金属粒子１２はＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の貴金属元素及びＣｕ，Ｃｒ，Ａｌ又はＷ等の遷移金属のうち少なくとも一種が好ましく、これらは透明誘電体基板１３や透明誘電体層１０との濡れ性が悪く凝集しやすい金属でしかも酸化され難く、その結果透明誘電体層１０中で金属粒子１２として存在し得る。これらの内、特に好ましいものは、低融点なため凝集が容易でガラスとの濡れが悪く、しかも酸化され難いＡｕと、安価でガラスとの濡れ性が悪いＣｕである。なお、金属粒子１２は金属単体でなくとも良く、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の貴金属元素及びＣｕ，Ｃｒ，Ａｌ又はＷ等の遷移金属の少なくとも一種を含む合金でもよい。
【００２４】
また、金属粒子１２の形状の好ましい条件は、アスペクト比（長軸方向の長さ／短軸方向の長さ）が３〜３０、長軸方向の長さの平均値が１００〜３００ｎｍ、短軸方向の長さの平均値が１０〜５０ｎｍであり、より好ましくはアスペクト比が１０〜３０、最も好ましくはアスペクト比が１０〜２０である。
【００２５】
前記透明誘電体層１０としては、透明誘電体基板１３がファラデー回転ガラスの場合にはファラデー回転ガラスと同じガラス材料を用い、磁性金属微粒子分散ガラスの場合には透明誘電体基板１３と同じ材料の硼酸塩ガラス，燐酸塩ガラス，珪酸塩ガラス，弗燐酸塩ガラス，硼珪酸ガラス等を用いる。例えば、ホウ珪酸ガラスとしては、ＢＫガラス｛ＢＫはホーヤ（株）商標名｝、Ｓ−ＢＳＬガラス｛Ｓ−ＢＳＬは（株）オハラ商標名｝、パイレックスガラス（パイレックスはコーニンググラスインダストリー社商標名）等であり、他にシリカガラス等の珪酸塩ガラスを用いる。また、このようなガラス材料に代えてプラスチック等の他の透明材料を用いてもよいが、ガラス材料は安価で延伸が容易である点で好適である。
【００２６】
更に、ファラデー回転子一体型の偏光子１，２の製法を、下記工程〔１〕〜〔５〕により具体的に述べる。
【００２７】
〔１〕スパッタリング法により、ガラスからなる透明誘電体基板１３上に、透明誘電体基板１３と同じ成分の下地ガラス薄膜を成膜する。
【００２８】
〔２〕前記下地ガラス薄膜上にＣｕ薄膜をスパッタリング法により成膜し、透明透明誘電体基板１３を成膜温度にてアニール処理し、Ｃｕ薄膜を島状化させる。
【００２９】
〔３〕島状化したＣｕ薄膜を逆スパッタリング処理し、Ｃｕ薄膜の上に透明誘電体基板１３と同じ成分のガラス薄膜を成膜する。
【００３０】
〔４〕工程〔２〕，〔３〕を所望の積層数になるように繰り返し、透明誘電体層１０中の含有ガスを除去するため透明誘電体基板１３を熱処理する。
【００３１】
〔５〕脱ガス処理を経た透明誘電体基板１３をその軟化点近傍の温度で加熱延伸する。
【００３２】
本発明は、図１，２の如く、前記ファラデー回転子一体型の第一の偏光子１，第二の偏光子２を組み合わせて用いることで、界面反射や異種材料の接合による熱応力等の問題を解消した光アイソレータを実現できる。また、図２の構成において、透明誘電体基板１ｂ，２ｂのうち少なくとも一方がファラデー効果を有していれば良い。
【００３３】
また本発明は、第一の偏光子１，第二の偏光子２のいずれかを有し、もう一方の偏光子として、ファラデー効果を有さない透明誘電体基板上に偏光層を設けたタイプのもの、或いは金属粒子分散層型以外の偏光子を用いても良い。
【００３４】
かくして、本発明は、偏光子としての偏光層と、ファラデー回転子としての透明誘電体基板とが接着剤等を使用せずに直接接合でき、その結果空間伝搬領域や界面反射による損失が発生せず、また透明誘電体基板材料と透明誘電体層材料を同じにすることで、熱膨張差による熱応力発生が解消されるという作用効果を有する。
【００３５】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
（実施例１）
図８は、本発明による光アイソレータＡ４の断面図である。透明誘電体基板としてファラデー効果を有する磁性金属微粒子（Ｆｅ）３３ｃ，３４ｃを分散させた硼珪酸ガラスから成るガラス基板３３ｂ，３４ｂを用い、そのガラス基板３３ｂ，３４ｂ上に透明誘電体層としてガラス基板３３ｂ，３４ｂと同一成分のガラス層を、金属粒子分散層として銅（Ｃｕ）粒子分散層を交互に積層することで、図３に示したものと同様に積層体を形成した。尚、同図において、３３ａ，３４ａは偏光層、３３は第一の偏光子、３４は第二の偏光子、３５は磁石、３６は第一のホルダー、３７は第二のホルダーである。
【００３８】
光アイソレータＡ４の作製は以下の工程〔１〕〜〔４〕により行った。
【００３９】
〔１〕第一の偏光子３３において、ガラス基板３３ｂ上に、マグネトロンスパッタリング法により真空度２．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度１０．６ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚３０ｎｍの第一層目の金属粒子分散層であるＣｕ粒子分散層を形成した。
【００４０】
〔２〕Ｃｕ粒子分散層上に、真空度２．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度０．２ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚１５０ｎｍの第一層目の透明誘電体層であるガラス層を形成した。
【００４１】
〔３〕前記〔１〕，〔２〕の成膜工程を繰り返し、Ｃｕ粒子分散層とガラス層との交互層からなる積層体（偏光層３３ａ）を作製した。
【００４２】
〔４〕この積層体を５８０℃で脱ガス熱処理した後、ガラス基板３３ｂの軟化点近傍の温度６２０℃〜６３０℃で加熱延伸を行い、Ｃｕ粒子の形状を回転楕円体状とし光吸収異方性を持たせ、同時にＣｕ粒子の配向化も行った。
【００４３】
その結果、各Ｃｕ粒子は光吸収異方性をもち、偏光特性が１３００ｎｍ近傍の光波長領域で得られ、偏光子とファラデー回転子を一体化した第一の偏光子３３を作製した。また、第二の偏光子３４も同様に作製した。
【００４４】
そして、図８の如く、ファラデー回転角が２２．５°となる厚みを有する第一，第二の偏光子３３，３４を用い、これらをそれぞれ第一のホルダー３６と第二のホルダー３７にハンダにて接合した。その際、第一の偏光子３３と第二の偏光子３４の偏光方向が互いに４５°ずれるように位置合せすることで、光波長１３１０ｎｍで動作する光アイソレータＡ４を実現した。
【００４５】
本実施例の光アイソレータＡ４と、図５に示す従来の光アイソレータＡ１とについて、光波長に関する挿入損失特性を図１２に、光波長に関するアイソレーション特性を図１３にそれぞれ示す。図１２，図１３から判るように、アイソレーション特性は本実施例と従来例とで殆ど変化ないが、挿入損失特性は本実施例が光波長１２８０〜１３４０ｎｍ全域にわたって優れていた。
【００４６】
（実施例２）
図９は、本発明による光アイソレータＡ５の断面図である。透明誘電体基板として、ファラデー回転ガラスであるＦＲ−４ガラス（ＦＲはホーヤ（株）商標名）から成るガラス基板４１ｂ，４２ｂを用い、ガラス基板４１ｂ，４２ｂ上に透明誘電体層としてガラス基板４１ｂ，４２ｂと同じ成分のガラス層を、金属粒子分散層として金（Ａｕ）粒子分散層を交互に積層することにより、Ａｕ−ガラスの積層体（偏光層）を構成した。尚、同図において、４１ａ，４２ａは偏光層、４１は第一の偏光子、４２は第二の偏光子、４３は磁石、４４は第一のホルダー、４５は第二のホルダーである。
【００４７】
光アイソレータＡ５の作製は以下の工程〔１〕〜〔４〕により行った。
【００４８】
〔１〕第一の偏光子４１において、ガラス基板４１ｂ上に、マグネトロンスパッタリング法により真空度４．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度１５．３ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚２０ｎｍの第一層目の金属粒子分散層であるＡｕ粒子分散層を形成した。
【００４９】
〔２〕Ａｕ粒子分散層上に、真空度２．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度０．２ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚１７０ｎｍの第一層目の透明誘電体層であるガラス層を形成した。
【００５０】
〔３〕前記〔１〕，〔２〕の成膜工程を繰り返し、Ａｕ粒子分散層とガラス層との交互層からなる積層体（偏光層４１ａ）を作製した。
【００５１】
〔４〕この積層体を５８０℃で脱ガス熱処理した後、ガラス基板４１ｂの軟化点近傍の温度６６０℃〜６７０℃で加熱延伸を行い、Ａｕ粒子の形状を回転楕円体状とし光吸収異方性を持たせ、同時にＡｕ粒子の配向化も行った。
【００５２】
その結果、各Ａｕ粒子は光吸収異方性をもち、偏光特性が１５５０ｎｍ近傍の光波長領域で得られ、偏光子とファラデー回転子を一体化した第一の偏光子４１を作製した。また、第二の偏光子４２も同様に作製した。
【００５３】
そして、図９の如く、ファラデー回転角が２２．５°となる厚みを有する第一の偏光子４１，第二の偏光子４２を用い、これらをそれぞれ第一のホルダー４４と第二のホルダー４５に低融点ガラスにて接合した。その際、第一の偏光子４１と第二の偏光子４２の偏光方向が互いに４５°ずれるように位置合せすることで、光波長１５５０ｎｍで動作する光アイソレータＡ５を実現した。
【００５４】
本実施例の光アイソレータＡ５と、図５に示す従来の光アイソレータＡ１とについて、光波長に関する挿入損失特性及び光波長に関するアイソレーション特性を調べたところ、光波長１５５０ｎｍ帯域で上記実施例１と同様の結果が得られた。
【００５５】
（実施例３）
図１０，図１１は、本発明による光アイソレータＡ５の動作を説明する斜視図及びその断面図である。図１０において、光アイソレータＡ５の動作は図４の場合と同様でありその説明は省略する。
【００５６】
透明誘電体基板として、ファラデー回転ガラスであるＦＲ−４ガラス（ＦＲはホーヤ（株）商標名）から成るガラス基板４６ｂ，４６ｂ′を用い、ガラス基板４６ｂ，４６ｂ′上に透明誘電体層としてガラス基板４６ｂ，４６ｂ′と同じ成分のガラス層を、金属粒子分散層としてＣｕ粒子分散層を交互に積層することにより積層体（偏光層）を構成した。尚、同図において、４６はファラデー回転子と偏光子を一体化した偏光子を２個接合した偏光子、４７は磁石、４８は第一のホルダー、４９は第二のホルダーである。
【００５７】
光アイソレータＡ６の作製は以下の工程〔１〕〜〔４〕により行った。
【００５８】
〔１〕ガラス基板４６ｂと偏光層４６ａについて、ガラス基板４６ｂ上に、マグネトロンスパッタリング法により真空度４．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度１５．３ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚２０ｎｍの第一層目の金属粒子分散層であるＣｕ粒子分散層を形成した。
【００５９】
〔２〕Ｃｕ粒子分散層上に、真空度２．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、成膜速度０．２ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚１７０ｎｍの第一層目の透明誘電体層であるガラス層を形成した。
【００６０】
〔３〕前記〔１〕，〔２〕の成膜工程を繰り返し、Ｃｕ粒子分散層とガラス層との交互層からなる積層体（偏光層４６ａ）を作製した。
【００６１】
〔４〕この積層体を５８０℃で脱ガス熱処理した後、ガラス基板４６ｂの軟化点近傍の温度６６０℃〜６７０℃で加熱延伸を行い、Ｃｕ粒子の形状を回転楕円体状とし光吸収異方性を持たせ、同時にＣｕ粒子の配向化も行った。
【００６２】
その結果、各Ｃｕ粒子は光吸収異方性をもち、偏光特性が１３１０ｎｍ近傍の光波長領域で得られ、偏光子とファラデー回転子を一体化したガラス基板４６ｂ及び偏光層４６ａを作製した。また、ガラス基板４６ｂ′及び偏光層４６ａ′も同様に作製した。
【００６３】
そして、図１１の如く、２つのファラデー回転子一体型の偏光子を接合した偏光子４６を、ファラデー回転角が２２．５°となる厚みを有するガラス基板４６ｂ，４６ｂ′の主面（偏光層４６ａ，４６ａ′の反対面）同士を対向させ、かつ各偏光子層４６ａ，４６ａ′の偏光方向が互いに４５°ずれるように配置し、約５８０℃で熱処理し表面接合させて作製した。そして、偏光子４６を第一のホルダー４８に低融点ガラスを用いて接合し、光波長１３１０ｎｍで動作する光アイソレータＡ６を実現した。
【００６４】
本実施例の光アイソレータＡ６と、図５に示す従来の光アイソレータＡ１とについて、光波長に関する挿入損失特性及び光波長に関するアイソレーション特性を調べたところ、光波長１３１０ｎｍ帯域で上記実施例１と同様の結果が得られた。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、ファラデー効果を有する透明誘電体基板上に、光吸収異方性を有する金属粒子分散層と透明誘電体基板と同じ材料の透明誘電体層とを交互に直接積層したことにより、前記透明誘電体基板上に偏光層が形成されてなる偏光子を有することにより、偏光子としての偏光層と、ファラデー回転子としての透明誘電体基板とが接着剤等を使用せずに直接接合でき、その結果空間伝搬領域や界面反射による光損失が発生せず、また透明誘電体基板材料と透明誘電体層材料を同じにすることで、熱膨張差による熱応力発生が解消される。
【００６６】
また、透明誘電体基板と偏光層用の透明誘電体層を同じ材料で作製でき、それらの屈折率を同一とすることができるため、従来のような反射防止膜を光出入射界面に施す必要がない。また、従来のように偏光子とファラデー回転子を貼り合わせる必要がないため、接着剤の塗布状態の均一性の問題、接着剤からのアウトガス発生の問題は生じない。その結果、本発明の光アイソレータは、組み立ての工程数を大幅に削減でき、構成部品の一括加工により量産性が向上し、接着剤が不要となるため長期的信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータＡ３の動作を説明する斜視図である。
【図２】本発明の光アイソレータＡ３の断面図である。
【図３】本発明のファラデー回転子一体型の偏光子Ｐ１の基本構成を示す斜視図である。
【図４】従来の光アイソレータＡ１の動作を説明する斜視図である。
【図５】従来の光アイソレータＡ１の断面図である。
【図６】従来の光アイソレータＡ２の動作を説明する斜視図である。
【図７】従来の光アイソレータＡ２の断面図である。
【図８】本発明の光アイソレータＡ４の断面図である。
【図９】本発明の光アイソレータＡ５の断面図である。
【図１０】本発明の光アイソレータＡ６の動作を説明する斜視図である。
【図１１】本発明の光アイソレータＡ６の断面図である。
【図１２】本発明の光アイソレータＡ３と従来の光アイソレータＡ１について、光波長に関する挿入損失特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の光アイソレータＡ３と従来の光アイソレータＡ１について、光波長に関するアイソレーション特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１：第一の偏光子
１ａ：偏光層
１ｂ：ファラデー効果を有する透明誘電体基板
２：第二の偏光子
２ａ：偏光層
２ｂ：ファラデー効果を有する透明誘電体基板
３：入射光
４：出射光
５：戻り光
６：戻り光の出射光
７：磁石
８：第一のホルダー
９：第二のホルダー
１０：透明誘電体層
１１：金属粒子分散層
１２：金属粒子
１３：ファラデー効果を有する透明誘電体基板
１４：偏光層

Claims

ファラデー効果を有する透明誘電体基板上に、光吸収異方性を有する金属粒子分散層と前記透明誘電体基板と同じ材料の透明誘電体層とを交互に直接積層したことにより、前記透明誘電体基板上に偏光層が形成されてなる偏光子を有することを特徴とする光アイソレータ。
前記透明誘電体基板が、磁性元素を含有するガラス又は磁性金属微粒子を分散させたガラスから成る請求項１記載の光アイソレータ。