JP6164118B2

JP6164118B2 - Faraday rotator manufacturing method

Info

Publication number: JP6164118B2
Application number: JP2014035451A
Authority: JP
Inventors: 浩畑中
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015161729A

Description

本発明は、液相エピタキシャル法（以下、ＬＰＥ法と称する）により育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜で構成されるファラデー回転子に係り、特に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に光学用接着剤を介し接着された第一放熱用基板並びに第二放熱用基板を有するファラデー回転子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a Faraday rotator composed of a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film grown by a liquid phase epitaxial method (hereinafter referred to as LPE method), and in particular, on both sides of a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film. The present invention relates to a method for manufacturing a Faraday rotator having a first heat dissipation substrate and a second heat dissipation substrate bonded via an optical adhesive.

磁性ガーネット単結晶はファラデー効果を有しており、光通信や加工用レーザの戻り光対策に利用される光アイソレータの中心材料である。近年、この種の磁性ガーネット単結晶として、ＬＰＥ法により非磁性ガーネット基板上に育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜が主流になっている。ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜は、希土類鉄ガーネット単結晶中における希土類元素の一部がビスマスで置換されたもので、厚さ数百μｍ程度を有する結晶膜である。尚、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜の育成にＬＰＥ法が採用されている理由は、ＬＰＥ法が量産性に優れるため高品質の結晶膜を低価格で製造できるからである。 A magnetic garnet single crystal has a Faraday effect and is a central material of an optical isolator used for optical communication and a countermeasure against return light of a processing laser. In recent years, as this type of magnetic garnet single crystal, a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film grown on a nonmagnetic garnet substrate by the LPE method has become mainstream. The bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is a crystal film having a thickness of about several hundred μm, in which a part of rare earth elements in a rare earth iron garnet single crystal is substituted with bismuth. The reason why the LPE method is adopted for the growth of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is that a high-quality crystal film can be manufactured at a low cost because the LPE method is excellent in mass productivity.

そして、上記非磁性ガーネット基板上に育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜（以下、ＲＩＧ膜と称する）は、研削と研磨工程によりＲＩＧ膜のファラデー回転角が４５度となるよう加工され、光アイソレータのファラデー回転子用材料として提供されている。 The bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (hereinafter referred to as RIG film) grown on the nonmagnetic garnet substrate is processed so that the Faraday rotation angle of the RIG film is 45 degrees by grinding and polishing processes, It is provided as a material for Faraday rotators of isolators.

ところで、光アイソレータは、従来、出力５Ｗ程度のレーザを適用対象としていたが、近年、出力１０Ｗ以上のハイパワーレーザを対象とするものも多くなってきている。 By the way, the optical isolator has been conventionally applied to a laser having an output of about 5 W, but in recent years, an optical isolator targeted to a high power laser having an output of 10 W or more is increasing.

上記ハイパワーレーザ用の場合、ファラデー回転角が４５度に加工されたＲＩＧ膜両面に放熱用サファイア（Sapphire）を貼り付けた構造（Sapphire／ＲＩＧ／Sapphire：以下、放熱用基板としてのSapphireを「Ｓ」と表記する）の光アイソレータでは、レーザが導入された際のＲＩＧ膜で発生する熱量が大きいため、放熱用サファイアにより十分な放熱を行うことが困難となり温度が上昇する。そして、温度上昇に起因してＲＩＧ膜の光透過率が低くなるため、挿入損失（insertion loss：以下、「ＩＬ」と略称する）が増加して基準外となってしまう。ＰＩＯＩ（Polarization Independent Optical Isolator：偏光無依存型光アイソレータ）の部品中において、熱源となるものは光を吸収するＲＩＧ膜のみである。 In the case of the above high-power laser, a structure in which sapphire for heat dissipation (Sapphire) is pasted on both surfaces of a RIG film processed at a Faraday rotation angle of 45 degrees (Sapphire / RIG / Sapphire: hereinafter, Sapphire as a heat dissipation substrate is referred to as “ In the optical isolator (denoted as “S”), the amount of heat generated in the RIG film when the laser is introduced is large, so that it is difficult to sufficiently dissipate heat with the sapphire for heat dissipation, and the temperature rises. Since the light transmittance of the RIG film is lowered due to the temperature rise, the insertion loss (hereinafter abbreviated as “IL”) increases and falls outside the standard. Among the components of PIOI (Polarization Independent Optical Isolator), the only heat source is the RIG film that absorbs light.

そこで、このような温度上昇を防止するため、ファラデー回転角が２２．５度に加工されたＲＩＧ膜を２枚用い、あるいは、ファラデー回転角が１５度に加工されたＲＩＧ膜を３枚用いると共に、これ等ＲＩＧ膜間にもサファイア等の放熱用基板を挿入して放熱性を高める（すなわち、ファラデー回転角が２２．５度の場合にはＳ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ、ファラデー回転角が１５度の場合にはＳ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ）ことにより、上記挿入損失（ＩＬ）を増加させない手法が開発されている。 Therefore, in order to prevent such a temperature rise, two RIG films processed at a Faraday rotation angle of 22.5 degrees are used, or three RIG films processed at a Faraday rotation angle of 15 degrees are used. Also, a heat dissipation substrate such as sapphire is inserted between these RIG films to improve heat dissipation (that is, when the Faraday rotation angle is 22.5 degrees, S / RIG / S / RIG / S, Faraday rotation angle) When the angle is 15 degrees, a method has been developed that does not increase the insertion loss (IL) by S / RIG / S / RIG / S / RIG / S).

尚、図１は、ファラデー回転角が４５度に加工された１枚のＲＩＧ膜を用いた「４５度品」に係る光アイソレータと、ファラデー回転角が２２．５度に加工された２枚のＲＩＧ膜を用いた「２２．５度品」に係る光アイソレータについて、その入力パワーと挿入損失（「ＩＬ」）との関係を示したグラフ図で、図１のグラフ図から「２２．５度品」に係る光アイソレータの方が挿入損失（「ＩＬ」）に優れていることが確認される。 FIG. 1 shows an optical isolator according to a “45-degree product” using one RIG film processed at a Faraday rotation angle of 45 degrees, and two sheets processed at a Faraday rotation angle of 22.5 degrees. 1 is a graph showing the relationship between the input power and insertion loss (“IL”) of an optical isolator using a RIG film according to “22.5 degree product”. It is confirmed that the optical isolator according to the “product” is superior in insertion loss (“IL”).

但し、複数のＲＩＧ膜を用いる方法は、ＲＩＧ膜が薄くなることに起因して加工時におけるＲＩＧ膜の反りや厚みムラが問題となったため、特許文献１に開示されているように、予めＲＩＧ膜を放熱用基板に接着させた後、ＲＩＧ膜を所望の厚さに研磨することによってＲＩＧ膜の反りや厚みムラを改善する方法が提案されている。 However, in the method using a plurality of RIG films, since the RIG film becomes thin, warping and uneven thickness of the RIG film during processing become a problem. There has been proposed a method for improving the warpage and thickness unevenness of the RIG film by polishing the RIG film to a desired thickness after bonding the film to the heat dissipation substrate.

しかし、特許文献１で提案された方法は、エピタキシャル成長用基板上にＲＩＧ膜を育成し、図２に示すようにエピタキシャル成長用基板（図示せず）を削り落として薄いＲＩＧ膜２０を単体の状態にし、かつ、薄いＲＩＧ膜２０に対接着剤用反射防止膜２１を形成した後、対接着剤用反射防止膜３１が設けられたサファイア等の放熱用基板３０に上記薄いＲＩＧ膜２０を接着させる手法が採られているため、エピタキシャル成長用基板の削り落としやその後のハンドリング時において薄いＲＩＧ膜にクラックが生じたり、ＲＩＧ膜が割れたりして、収率を低下させる新たな問題が懸念されている。 However, the method proposed in Patent Document 1 grows an RIG film on an epitaxial growth substrate and scrapes off the epitaxial growth substrate (not shown) as shown in FIG. Further, after the antireflection film 21 for the adhesive is formed on the thin RIG film 20, the thin RIG film 20 is adhered to the heat dissipation substrate 30 such as sapphire provided with the antireflection film 31 for the adhesive. Therefore, there is a concern that a thin RIG film may be cracked or the RIG film may be broken when the epitaxial growth substrate is scraped off or handled thereafter, resulting in a new problem of lowering the yield.

特開２００６−２９２７９９号公報JP 2006-292799 A

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、製造時におけるＲＩＧ膜のクラックや割れが防止され、かつ、ファラデー回転角の精度が高いと共に、ハイパワー用の光アイソレータに適用された場合でも挿入損失が増加し難いファラデー回転子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that the RIG film is prevented from being cracked or cracked during manufacturing, and the accuracy of the Faraday rotation angle is high, and the high power It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a Faraday rotator in which insertion loss hardly increases even when applied to an optical isolator.

そこで、上記課題を解決するため、本発明者は、特許文献１で提案された手法、すなわち、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）を削り落として薄いＲＩＧ膜を単体の状態にし、サファイア等の放熱用基板に単体の状態にされた薄いＲＩＧ膜を接着させた後、該ＲＩＧ膜を所望の厚さに研磨する手法とは異なる以下の方法を検討した。 Therefore, in order to solve the above problems, the present inventor used the technique proposed in Patent Document 1, that is, the substrate for epitaxial growth (nonmagnetic garnet substrate) is scraped to make a thin RIG film as a single state, and sapphire or the like. The following method, which is different from the method of polishing the RIG film to a desired thickness after bonding the thin RIG film in a single state to the heat dissipation substrate, was examined.

まず、特許文献１で提案された手法と同様、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）上にＲＩＧ膜を育成し、育成されたＲＩＧ膜を研削、研磨して平面状に加工した後、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）を削り落とさずに上記ＲＩＧ膜に光学用接着剤を用いて放熱用基板（第一放熱用基板）を貼り付ける方法を検討した。この方法では、平面状に加工されたＲＩＧ膜に放熱用基板（第一放熱用基板）が貼り付けられる際、削り落とされていないエピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）によりＲＩＧ膜が保持されるため、ＲＩＧ膜にクラックが生じたり割れたりする現象を回避できることが確認された。 First, similarly to the method proposed in Patent Document 1, an RIG film is grown on an epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate), and the grown RIG film is ground and polished into a planar shape, and then epitaxial growth is performed. A method of attaching a heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) to the RIG film using an optical adhesive without scraping off the substrate (nonmagnetic garnet substrate) was studied. In this method, when the heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) is attached to the planarly processed RIG film, the RIG film is held by the epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate) that has not been scraped off. Therefore, it has been confirmed that the phenomenon that the RIG film is cracked or broken can be avoided.

次に、平面状に加工されたＲＩＧ膜に光学用接着剤を用いて放熱用基板（第一放熱用基板）を貼り付けた後、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）を削り落とすと共に、露出したＲＩＧ膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する工程について検討した。この工程の際、平面状に加工されたＲＩＧ膜に光学用接着剤を用いて放熱用基板（第一放熱用基板）を貼り付け、かつ、高温加熱処理して光学用接着剤を硬化させた場合、ＲＩＧ膜の一方面に存在するエピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）と他方面に存在する放熱用基板（第一放熱用基板）の熱膨張率が異なるため、熱膨張率が大きい基板側（すなわち、非磁性ガーネット基板側）を凸の状態にしてＲＩＧ膜が湾曲し、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）を削り落とすときにＲＩＧ膜中央部が削られてＲＩＧ膜の平面性が低下すると共に、露出したＲＩＧ膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定することが難しくなることが確認された。そこで、平面状に加工されたＲＩＧ膜に光学用接着剤を用いて放熱用基板（第一放熱用基板）を貼り付け、かつ、光学用接着剤を硬化させることなくエピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）を削り落とすと共に、露出したＲＩＧ膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する方法を採ったところ、ＲＩＧ膜の上記湾曲現象が回避されて高い精度でもって所望のファラデー回転角に設定することができ、かつ、エピタキシャル成長用基板（非磁性ガーネット基板）の除去作業にも支障を来さないことが確認された。 Next, after attaching a heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) to the flat processed RIG film using an optical adhesive, the epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate) is scraped off and exposed. The process of setting the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the RIG film was examined. During this step, the heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) was attached to the flat processed RIG film using an optical adhesive, and the optical adhesive was cured by high-temperature heat treatment. In this case, since the thermal expansion coefficient of the epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate) existing on one surface of the RIG film is different from that of the heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) existing on the other surface, the substrate side having a large thermal expansion coefficient The RIG film is curved with the convex shape (that is, the nonmagnetic garnet substrate side), and when the epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate) is scraped off, the central portion of the RIG film is scraped and the flatness of the RIG film is lowered. At the same time, it was confirmed that it was difficult to set the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the exposed RIG film. Therefore, the substrate for epitaxial growth (non-magnetic garnet) is bonded to the RIG film processed into a flat shape by using an optical adhesive with a heat dissipation substrate (first heat dissipation substrate) and without curing the optical adhesive. The substrate is scraped off and the exposed RIG film is ground and polished to set the desired Faraday rotation angle. As a result, the bending phenomenon of the RIG film is avoided and the desired Faraday rotation angle is obtained with high accuracy. It was confirmed that the removal work of the epitaxial growth substrate (nonmagnetic garnet substrate) was not hindered.

本発明はこのような技術的検討を経て完成されたものである。 The present invention has been completed through such technical studies.

すなわち、請求項１に係る発明は、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と該ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に光学用接着剤を介し接着された第一放熱用基板並びに第二放熱用基板を有し、かつ、ファラデー回転角の合計が４５度となるように複数個を組み合わせて適用されるファラデー回転子の製造方法において、
非磁性ガーネット基板上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を育成し、かつ、育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して平面状に加工する第一工程と、
平面状に加工されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第一放熱用基板を貼り付け、かつ、該光学用接着剤を硬化させることなく非磁性ガーネット基板を研削して除去すると共に、露出したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する第二工程と、
非磁性ガーネット基板が除去された側のビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第二放熱用基板を貼り付ける第三工程と、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に第一放熱用基板と第二放熱用基板を貼り付けた後、上記光学用接着剤を硬化させる第四工程、
を具備することを特徴とし、
請求項２に係る発明は、
請求項１に記載のファラデー回転子の製造方法において、
硬化温度が９０℃以上のエポキシ樹脂により上記光学用接着剤が構成されていることを特徴とする。 That is, the invention according to claim 1
Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, first radiating substrate and second radiating substrate bonded via optical adhesive on both sides of bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, and Faraday rotation In the manufacturing method of the Faraday rotator applied by combining a plurality of angles so that the total angle is 45 degrees,
A first step of growing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on a non-magnetic garnet substrate, and grinding and polishing the grown bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film into a planar shape;
A first heat dissipation substrate is attached to a planar bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film using an optical adhesive, and the nonmagnetic garnet substrate is ground without curing the optical adhesive. A second step of removing and setting the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the exposed bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
A third step of attaching the second heat dissipation substrate to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on the side from which the nonmagnetic garnet substrate has been removed using an optical adhesive;
A fourth step of curing the optical adhesive after pasting the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate on both sides of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
It is characterized by comprising,
The invention according to claim 2
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to claim 1,
The optical adhesive is composed of an epoxy resin having a curing temperature of 90 ° C. or higher.

また、請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載のファラデー回転子の製造方法において、
第二工程において、３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の温度条件下で光学用接着剤を１時間〜２４時間加熱して上記光学用接着剤を硬化させることなくその粘性を低下させることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項３に記載のファラデー回転子の製造方法において、
３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の上記温度条件が３０℃以上かつ８０℃以下であることを特徴とし、
請求項５に係る発明は、
請求項３に記載のファラデー回転子の製造方法において、
３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の温度条件下で１時間〜２４時間加熱された光学用接着剤の粘度が０．０４〜０．１０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。 The invention according to claim 3
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to claim 1 or 2,
In the second step, the optical adhesive is heated for 1 hour to 24 hours under a temperature condition of 30 ° C. or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive to reduce the viscosity without curing the optical adhesive. It is characterized by
The invention according to claim 4
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to claim 3,
The temperature condition of 30 ° C. or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive is 30 ° C. or higher and 80 ° C. or lower,
The invention according to claim 5
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to claim 3,
The viscosity of the optical adhesive heated at 30 ° C. or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive for 1 hour to 24 hours is 0.04 to 0.10 Pa · s.

次に、請求項６に係る発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載のファラデー回転子の製造方法において、
上記第一放熱用基板並びに第二放熱用基板がサファイアで構成されていることを特徴とし、
請求項７に係る発明は、
請求項１〜６のいずれかに記載のファラデー回転子の製造方法において、
上記第一放熱用基板並びに第二放熱用基板とビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜との間に対接着剤用反射防止膜が形成され、かつ、第一放熱用基板並びに第二放熱用基板の上記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜とは反対側に位置する各面に対空気用反射防止膜がそれぞれ形成されていることを特徴とするものである。 Next, the invention according to claim 6 is:
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to any one of claims 1 to 5,
The first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate are made of sapphire,
The invention according to claim 7 provides:
In the manufacturing method of the Faraday rotator according to any one of claims 1 to 6,
An antireflection film for an adhesive is formed between the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate and the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, and the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate An antireflection film for air is formed on each surface located opposite to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film.

請求項１に係る発明は、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と該ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に光学用接着剤を介し接着された第一放熱用基板並びに第二放熱用基板を有し、かつ、ファラデー回転角の合計が４５度となるように複数個を組み合わせて適用されるファラデー回転子の製造方法において、
非磁性ガーネット基板上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を育成し、かつ、育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して平面状に加工する第一工程と、
平面状に加工されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第一放熱用基板を貼り付け、かつ、該光学用接着剤を硬化させることなく非磁性ガーネット基板を研削して除去すると共に、露出したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する第二工程と、
非磁性ガーネット基板が除去された側のビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第二放熱用基板を貼り付ける第三工程と、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に第一放熱用基板と第二放熱用基板を貼り付けた後、上記光学用接着剤を硬化させる第四工程、
を具備することを特徴とする。 The invention according to claim 1
Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, first radiating substrate and second radiating substrate bonded via optical adhesive on both sides of bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, and Faraday rotation In the manufacturing method of the Faraday rotator applied by combining a plurality of angles so that the total angle is 45 degrees,
A first step of growing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on a non-magnetic garnet substrate, and grinding and polishing the grown bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film into a planar shape;
A first heat dissipation substrate is attached to a planar bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film using an optical adhesive, and the nonmagnetic garnet substrate is ground without curing the optical adhesive. A second step of removing and setting the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the exposed bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
A third step of attaching the second heat dissipation substrate to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on the side from which the nonmagnetic garnet substrate has been removed using an optical adhesive;
A fourth step of curing the optical adhesive after pasting the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate on both sides of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
It is characterized by comprising.

そして、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して平面状に加工する第一工程では、平面状に加工されるビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜が非磁性ガーネット基板により保持されているため、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜にクラックや割れが生ずる現象を回避することが可能となる。 And, in the first step of grinding and polishing the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and processing it into a planar shape, since the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film processed into a planar shape is held by the nonmagnetic garnet substrate, It is possible to avoid a phenomenon in which cracks and cracks occur in the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film.

また、平面状に加工されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第一放熱用基板を貼り付ける第二工程でも、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜は非磁性ガーネット基板により保持されているため、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜にクラックや割れを生じさせることなく第一放熱用基板を貼り付けることが可能となる。 The bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is also held by the non-magnetic garnet substrate in the second step of attaching the first heat dissipation substrate to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film processed into a flat shape using an optical adhesive. Therefore, the first heat dissipation substrate can be attached without causing cracks or cracks in the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film.

更に、光学用接着剤を用いて第一放熱用基板が貼り付けられたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜から非磁性ガーネット基板を研削して除去すると共に、露出したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する第二工程では、上記光学用接着剤を硬化させることなく非磁性ガーネット基板を研削、除去していることから、放熱用基板と非磁性ガーネット基板における熱膨張率の差異に起因して一方の基板側にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜が湾曲する現象を回避できるため、高い精度でもって所望のファラデー回転角に設定することが可能となり、かつ、非磁性ガーネット基板の除去作業にも支障を来すことがない。 Further, the non-magnetic garnet substrate is ground and removed from the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film to which the first heat dissipation substrate is attached using an optical adhesive, and the exposed bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is ground. In the second step of polishing and setting the desired Faraday rotation angle, the nonmagnetic garnet substrate is ground and removed without curing the optical adhesive, so that the heat dissipation substrate and the nonmagnetic garnet substrate Since the phenomenon that the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is curved on one substrate side due to the difference in thermal expansion coefficient can be avoided, it becomes possible to set the desired Faraday rotation angle with high accuracy, and non- There is no problem in removing the magnetic garnet substrate.

このため、請求項１に係るファラデー回転子の製造方法によれば、製造時におけるビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜のクラックや割れが防止され、かつ、設定されたファラデー回転角の精度が高いと共に、ハイパワー用の光アイソレータに適用された場合でも挿入損失が増加し難いファラデー回転子を得ることが可能となる効果を有している。 For this reason, according to the manufacturing method of the Faraday rotator according to claim 1, cracks and cracking of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film at the time of manufacturing are prevented, and the accuracy of the set Faraday rotation angle is high, Even when applied to a high-power optical isolator, an Faraday rotator in which insertion loss hardly increases can be obtained.

ファラデー回転角が４５度に加工された１枚のＲＩＧ膜を用いた「４５度品」に係る光アイソレータとファラデー回転角が２２．５度に加工された２枚のＲＩＧ膜を用いた「２２．５度品」に係る光アイソレータについてその入力パワーと挿入損失（ＩＬ）との関係を示したグラフ図。An optical isolator related to a “45 degree product” using one RIG film processed at a Faraday rotation angle of 45 degrees and “22” using two RIG films processed at a Faraday rotation angle of 22.5 degrees. The graph which showed the relationship between the input power and insertion loss (IL) about the optical isolator which concerns on ".5 degree | times goods." エピタキシャル成長用基板が削り落とされた薄いＲＩＧ膜にサファイア等の放熱用基板を接着させる工程を示す特許文献１に係る製造法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method which concerns on the patent document 1 which shows the process of adhere | attaching heat dissipation board | substrates, such as sapphire, to the thin RIG film | membrane from which the substrate for epitaxial growth was shaved off. 図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る第一工程から第二工程途中までを示す工程説明図。3A to 3D are process explanatory views showing the first process to the middle of the second process according to the present invention. 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る上記第二工程の途中から第四工程までを示す工程説明図。4 (A) to 4 (C) are process explanatory views showing from the middle of the second process to the fourth process according to the present invention. 本発明に係る製造方法により得られた大面積ファラデー回転子が光アイソレータに搭載されるサイズにカットされる工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process in which the large area Faraday rotator obtained by the manufacturing method which concerns on this invention is cut to the size mounted in an optical isolator. 図６（Ａ）は、本発明に係る第二工程において光学用接着剤を用いてＲＩＧ膜に第一放熱用基板を貼り付けかつ光学用接着剤を加熱、硬化させた場合、非磁性ガーネット基板の熱膨張率と第一放熱用基板の熱膨張率との差に起因して発生する湾曲現象を示す説明図、図６（Ｂ）は、湾曲した非磁性ガーネット基板を研削して除去した場合、ＲＩＧ膜中央部も研削されてＲＩＧ膜の平面性が低下してしまう弊害を示す説明図。FIG. 6A shows a non-magnetic garnet substrate when the first heat dissipation substrate is attached to the RIG film using the optical adhesive in the second step according to the present invention, and the optical adhesive is heated and cured. FIG. 6B is an explanatory view showing a bending phenomenon that occurs due to the difference between the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the first heat dissipation substrate, and FIG. 6B shows the case where the curved nonmagnetic garnet substrate is removed by grinding. Explanatory drawing which shows the bad effect which the RIG film center part is ground and the planarity of a RIG film falls. 本発明で適用された光学用接着剤の温度と粘度との関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the temperature and the viscosity of the optical adhesive applied by this invention. ファラデー回転角が１５度に加工された３枚のＲＩＧ膜を用い、３個のファラデー回転子が隙間を介して組み込まれた偏光無依存型光アイソレータの概略構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a polarization-independent optical isolator using three RIG films processed at a Faraday rotation angle of 15 degrees and incorporating three Faraday rotators through a gap.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

上述したように本発明に係るファラデー回転子の製造方法は、
非磁性ガーネット基板上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を育成し、かつ、育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して平面状に加工する第一工程と、
平面状に加工されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第一放熱用基板を貼り付け、かつ、該光学用接着剤を硬化させることなく非磁性ガーネット基板を研削して除去すると共に、露出したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する第二工程と、
非磁性ガーネット基板が除去された側のビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第二放熱用基板を貼り付ける第三工程と、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に第一放熱用基板と第二放熱用基板を貼り付けた後、上記光学用接着剤を硬化させる第四工程、
を具備することを特徴とするものである。 As described above, the manufacturing method of the Faraday rotator according to the present invention is as follows.
A first step of growing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on a non-magnetic garnet substrate, and grinding and polishing the grown bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film into a planar shape;
A first heat dissipation substrate is attached to a planar bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film using an optical adhesive, and the nonmagnetic garnet substrate is ground without curing the optical adhesive. A second step of removing and setting the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the exposed bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
A third step of attaching the second heat dissipation substrate to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on the side from which the nonmagnetic garnet substrate has been removed using an optical adhesive;
A fourth step of curing the optical adhesive after pasting the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate on both sides of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
It is characterized by comprising.

（１）第一工程
図３（Ａ）に示すように、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）により非磁性ガーネット基板２−１上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜（以下、ＲＩＧ膜と略称する）１−１を育成する。 (1) First Step As shown in FIG. 3A, a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (hereinafter abbreviated as an RIG film) on a nonmagnetic garnet substrate 2-1 by a liquid phase epitaxial method (LPE method). Raise 1-1.

尚、上記非磁性ガーネット基板２−１としては、Ｇｄ₃（ＳｃＧａ）₅Ｏ₁₂基板（ＧＳＧＧ基板）が例示され、また、ＲＩＧ膜１−１としては、組成式Ｎｄ_0.71Ｇｄ_1.10Ｂｉ_1.19Ｆｅ₅Ｏ₁₂で示されるガーネット結晶膜が例示される。 The nonmagnetic garnet substrate 2-1 is exemplified by a Gd ₃ (ScGa) ₅ O ₁₂ substrate (GSGG substrate), and the RIG film 1-1 is represented by a composition formula Nd _0.71 Gd _1.10 Bi _1.19 Fe _5. A garnet crystal film represented by O ₁₂ is exemplified.

次に、図３（Ｂ）に示すように、育成されたＲＩＧ膜１−１を研削、研磨して平面状に加工する。 Next, as shown in FIG. 3B, the grown RIG film 1-1 is ground and polished to be processed into a flat shape.

そして、ＲＩＧ膜１−１を研削、研磨して平面状に加工する際、ＲＩＧ膜１−１は非磁性ガーネット基板２−１により保持されているため、ＲＩＧ膜１−１にクラックが生じたり割れたりする現象を回避することができる。 When the RIG film 1-1 is ground and polished to be processed into a flat shape, the RIG film 1-1 is held by the nonmagnetic garnet substrate 2-1, so that the RIG film 1-1 is cracked. The phenomenon of cracking can be avoided.

（２）第二工程
（２−１）貼り付け工程
次に、図３（Ｃ）〜（Ｄ）に示すように、平面状に加工されたＲＩＧ膜１−１に光学用接着剤（図示せず）を用いて第一放熱用基板３−１を貼り付ける。 (2) Second Step (2-1) Affixing Step Next, as shown in FIGS. 3C to 3D, an optical adhesive (not shown) is applied to the RIG film 1-1 processed into a flat shape. 1) is used to attach the first heat dissipation substrate 3-1.

平面状に加工された上記ＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１が貼り付けられる際、ＲＩＧ膜１−１は非磁性ガーネット基板２−１により保持されているため、ＲＩＧ膜１−１にクラックや割れを生じさせることなく第一放熱用基板３−１を貼り付けることができる。 Since the RIG film 1-1 is held by the nonmagnetic garnet substrate 2-1, when the first heat dissipation substrate 3-1 is attached to the planarly processed RIG film 1-1, the RIG film 1 The first heat dissipation substrate 3-1 can be attached without causing cracks or cracks in -1.

上記第一放熱用基板３−１としては、特許文献１に記載されたサファイア基板が例示される。尚、サファイア基板は複屈折性を有するが、Ｃ面サファイア基板を適用することで等方的となる。 As said 1st board | substrate for heat radiation 3-1, the sapphire board | substrate described in patent document 1 is illustrated. The sapphire substrate has birefringence, but isotropic by applying a C-plane sapphire substrate.

また、図３（Ｃ）中、符号４ａは、第一放熱用基板３−１の一方面とＲＩＧ膜１−１にそれぞれ設けられた対接着剤用反射防止膜を示し、符号４ｂは、第一放熱用基板３−１の他方面に設けられた対空気用反射防止膜を示している。 Further, in FIG. 3C, reference numeral 4a indicates an anti-reflection film for an adhesive provided on one surface of the first heat dissipation substrate 3-1 and the RIG film 1-1, and reference numeral 4b indicates the first The anti-reflective film for air provided in the other surface of the board | substrate 3-1 for one heat dissipation is shown.

（２−２）非磁性ガーネット基板の研削、除去と、ファラデー回転角の設定工程
次に、光学用接着剤（図示せず）を硬化させることなく図４（Ａ）に示すように非磁性ガーネット基板２−１を研削して除去すると共に、非磁性ガーネット基板２−１が除去されて露出したＲＩＧ膜１−１を研削、研磨して所望のファラデー回転角、例えば、２２．５度、１５度に設定する。 (2-2) Grinding and removing of nonmagnetic garnet substrate and setting process of Faraday rotation angle Next, as shown in FIG. 4A, the nonmagnetic garnet is not cured without curing the optical adhesive (not shown). The substrate 2-1 is ground and removed, and the RIG film 1-1 exposed by removing the nonmagnetic garnet substrate 2-1 is ground and polished to obtain a desired Faraday rotation angle, for example, 22.5 degrees, 15 Set to degrees.

尚、光学用接着剤（図示せず）を用いて第一放熱用基板３−１をＲＩＧ膜１−１に貼り付ける際、高温加熱処理して光学用接着剤を硬化させた場合、ＲＩＧ膜１−１の一方面に存在する非磁性ガーネット基板２−１の熱膨張率と他方面に存在するＣ面サファイア基板から成る第一放熱用基板３−１の熱膨張率とが異なるため、図６（Ａ）に示すように熱膨張率が大きい基板側（図６Ａでは非磁性ガーネット基板２−１側）を凸の状態にしてＲＩＧ膜１−１が湾曲し、非磁性ガーネット基板２−１を研削、除去したときに、図６（Ｂ）に示すようにＲＩＧ膜１−１中央部も削られてＲＩＧ膜１−１の平面性が低下してしまう。 When the first heat dissipation substrate 3-1 is attached to the RIG film 1-1 using an optical adhesive (not shown), the RIG film is cured when the optical adhesive is cured by high-temperature heat treatment. 1-1 because the thermal expansion coefficient of the non-magnetic garnet substrate 2-1 existing on one side of 1-1 differs from the thermal expansion coefficient of the first heat radiation substrate 3-1 composed of the C-plane sapphire substrate existing on the other side. As shown in FIG. 6 (A), the RIG film 1-1 is curved with the substrate side having a large thermal expansion coefficient (the nonmagnetic garnet substrate 2-1 side in FIG. 6A) convex, and the nonmagnetic garnet substrate 2-1 is curved. As shown in FIG. 6B, the central portion of the RIG film 1-1 is also shaved and the flatness of the RIG film 1-1 is deteriorated.

このため、本発明に係るファラデー回転子の製造方法では、光学用接着剤を用いてＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付け、光学用接着剤を硬化させることなく図４（Ａ）に示すように非磁性ガーネット基板２−１を研削して除去すると共に、非磁性ガーネット基板２−１が除去されて露出したＲＩＧ膜１−１を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する方法を採用している。 For this reason, in the manufacturing method of the Faraday rotator according to the present invention, the first heat dissipation substrate 3-1 is attached to the RIG film 1-1 using an optical adhesive, and the optical adhesive is not cured. 4A, the nonmagnetic garnet substrate 2-1 is ground and removed, and the RIG film 1-1 exposed by removing the nonmagnetic garnet substrate 2-1 is ground and polished to obtain a desired Faraday. A method of setting the rotation angle is adopted.

そして、このような方法を採用したことにより、ＲＩＧ膜１−１の湾曲現象が回避されるため、高い精度でもって所望のファラデー回転角に設定することができ、かつ、非磁性ガーネット基板２−１の除去作業にも支障を来さない利点を有している。 By adopting such a method, the bending phenomenon of the RIG film 1-1 is avoided, so that the desired Faraday rotation angle can be set with high accuracy, and the nonmagnetic garnet substrate 2- 1 has the advantage of not hindering the removal work.

ところで、３０℃以上かつ適用した光学用接着剤の硬化温度未満の温度条件下で光学用接着剤を１時間〜２４時間加熱することで、上記光学用接着剤を硬化させることなくその粘性を低下させて光学用接着剤内に含まれるボイド等を除去することが可能となる。例えば、３０℃以上かつ８０℃以下の温度条件下で光学用接着剤を１時間〜２４時間加熱することで光学用接着剤を硬化させることなく光学用接着剤の粘度を０．０４〜０．１０Ｐａ・ｓに低下させることができ、これにより光散乱の原因となる光学用接着剤内のボイド等を除去することが可能となる。尚、上記加熱処理により光学用接着剤の粘度を低下させた場合、上記非磁性ガーネット基板の研削加工については常温に戻して行うことが望ましい。光学用接着剤の粘度が低い状態下で非磁性ガーネット基板の研削加工を行った場合、硬化前における光学用接着剤の接着強度が弱まって非磁性ガーネット基板の剥がれ等を引き起こす危険性があるからである。このため、光学用接着剤内のボイド等を除去するために加熱処理を行った場合には、加熱処理後における接着剤の温度が常温に戻るまで上記非磁性ガーネット基板の研削加工を待った方が好ましい。 By the way, heating the optical adhesive for 1 hour to 24 hours under a temperature condition of 30 ° C. or higher and lower than the curing temperature of the applied optical adhesive reduces its viscosity without curing the optical adhesive. Thus, voids and the like contained in the optical adhesive can be removed. For example, the viscosity of the optical adhesive is adjusted to 0.04 to 0.00 without curing the optical adhesive by heating the optical adhesive for 1 to 24 hours under a temperature condition of 30 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. The pressure can be reduced to 10 Pa · s, which makes it possible to remove voids and the like in the optical adhesive that cause light scattering. In addition, when the viscosity of the optical adhesive is lowered by the heat treatment, it is desirable that the nonmagnetic garnet substrate is ground at a normal temperature. If the non-magnetic garnet substrate is ground under a condition where the viscosity of the optical adhesive is low, there is a risk that the adhesive strength of the optical adhesive before curing will weaken and cause the non-magnetic garnet substrate to peel off. It is. For this reason, when heat treatment is performed to remove voids or the like in the optical adhesive, it is better to wait for grinding of the nonmagnetic garnet substrate until the temperature of the adhesive after the heat treatment returns to room temperature. preferable.

次に、本発明に係るファラデー回転子は、ファラデー回転角の合計が４５度となるように複数個を組み合わせて適用されるため、研削、研磨処理後におけるＲＩＧ膜の厚みムラは１１ｍｍ角内で１μｍ以下が好ましい。 Next, since the Faraday rotator according to the present invention is applied in combination so that the total Faraday rotation angle is 45 degrees, the thickness unevenness of the RIG film after grinding and polishing is within 11 mm square. 1 μm or less is preferable.

（２−３）光学用接着剤
次に、本発明で適用可能な光学用接着剤として、例えば、硬化温度が９０℃以上のエポキシ樹脂であって、接着剤の粘度と温度との関係が、例えば、図７のグラフ図で示されるものが挙げられる。 (2-3) Optical adhesive Next, as an optical adhesive applicable in the present invention, for example, an epoxy resin having a curing temperature of 90 ° C. or higher, and the relationship between the viscosity of the adhesive and the temperature is For example, the one shown in the graph of FIG.

すなわち、このエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するもので、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＦ、水添ビスフェノールＡ等や、カテコール、レゾルシンなどの多価フェノールとエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルエーテルや、ｐ−オキシ安息香酸、β−オキシナフト香酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンを反応させて得られるグリシジルエーテルエステルや、フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル、更にはノボラック型エポキシやエポキシ化ポリオレフィン等が例示される。 That is, this epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule, and reacts bisphenol A, bisphenol AD, bisphenol F, hydrogenated bisphenol A, etc., polyphenols such as catechol and resorcin, and epichlorohydrin. Polyglycidyl ether, glycidyl ether ester obtained by reacting hydroxycarboxylic acid such as p-oxybenzoic acid and β-oxynaphthoic acid and epichlorohydrin, and polycarboxylic acid such as phthalic acid and terephthalic acid Examples thereof include polyglycidyl esters obtained from Novolak type epoxy and epoxidized polyolefin.

以下、主剤と硬化剤を主成分とした二液性エポキシ樹脂（混合型接着剤）の一例について説明する。 Hereinafter, an example of a two-component epoxy resin (mixed adhesive) mainly composed of a main agent and a curing agent will be described.

尚、この二液性エポキシ樹脂（混合型接着剤）は実施例で適用されているものであり、以下のようにして製造されている。 This two-part epoxy resin (mixed adhesive) is applied in the examples and is manufactured as follows.

（主剤）
エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型「ＥＰＩＫＯＴＥ８２８」：シェル社製エポキシ樹脂登録商標）１００重量部に対し、メタノールと微量の蟻酸（または酢酸）を加え、混合攪拌した後、温度２０±５℃の条件で有機溶剤に溶かした０．５重量部のオクチル酸スズを混合した。 (Main agent)
Methanol and a small amount of formic acid (or acetic acid) are added to 100 parts by weight of an epoxy resin (bisphenol A type “EPIKOTE 828”: manufactured by Shell, Inc.), mixed and stirred, and then at a temperature of 20 ± 5 ° C. 0.5 parts by weight of tin octylate dissolved in an organic solvent was mixed.

混合後、６０℃程度の条件で加温、攪拌し、その後、常温に戻しかつ純水を加え真空攪拌によりアルコール（メタノール）、水および蟻酸（または酢酸）を除去する。 After mixing, the mixture is heated and stirred at about 60 ° C., and then returned to room temperature, pure water is added, and alcohol (methanol), water and formic acid (or acetic acid) are removed by vacuum stirring.

次に、γグリシドキシトリメトキシシラン５重量部と、アルコール系溶剤および純水を若干加え、６０±２０℃で真空攪拌脱泡を行った後、冷却器を使い徐々に冷却して、エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部が金属石鹸により不活性化されかつ少なくとも１のエポキシ基にシランカップリング剤が結合されたシラン変性エポキシ樹脂を得た。 Next, 5 parts by weight of γ-glycidoxytrimethoxysilane, a little alcohol solvent and pure water were added, and after vacuum stirring and defoaming at 60 ± 20 ° C., the mixture was gradually cooled using a cooler to obtain an epoxy group. A silane-modified epoxy resin in which part or all of the active group part other than the above was inactivated with a metal soap and a silane coupling agent was bonded to at least one epoxy group was obtained.

（硬化剤）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に、メンセンジアミン（ＭＤＡ）６０重量部を加え、１５重量％酢酸水溶液中で６０±５℃で混合攪拌した後、室温に戻し、１０重量％アンモニア水にて中和させ、更に水とメタノールにて洗浄を行った後、減圧蒸留を行い、ＭＤＡアダクトを得た。 (Curing agent)
60 parts by weight of mensendiamine (MDA) is added to 100 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin, mixed and stirred at 60 ± 5 ° C. in a 15% by weight acetic acid aqueous solution, then returned to room temperature, and 10% by weight ammonia water After neutralization and further washing with water and methanol, vacuum distillation was performed to obtain an MDA adduct.

このＭＤＡアダクト４０重量部にポリオキシアルキレンジアミンを６０重量部混合し窒素ガス中で混合攪拌を行い硬化剤とした。 60 parts by weight of polyoxyalkylene diamine was mixed with 40 parts by weight of this MDA adduct and mixed and stirred in nitrogen gas to obtain a curing agent.

そして、主剤：硬化剤の重量割合を１００：２５として二液性エポキシ樹脂（混合型接着剤）を得た。 Then, a two-part epoxy resin (mixed adhesive) was obtained with a weight ratio of main agent: curing agent of 100: 25.

（３）第三工程と第四工程
次に、図４（Ａ）に示すように非磁性ガーネット基板２−１が除去された側のＲＩＧ膜１−１に、図４（Ｂ）に示すように光学用接着剤（図示せず）を用いＣ面サファイア基板から成る第二放熱用基板３−２を貼り付けた後、上記光学用接着剤を硬化させることにより図４（Ｃ）に示す大面積のファラデー回転子を製造することができる。 (3) Third Step and Fourth Step Next, as shown in FIG. 4 (B), the RIG film 1-1 on the side from which the nonmagnetic garnet substrate 2-1 has been removed as shown in FIG. 4 (A). A second heat dissipation substrate 3-2 made of a C-plane sapphire substrate is attached to the substrate using an optical adhesive (not shown), and then the optical adhesive is cured to obtain a large size as shown in FIG. An area Faraday rotator can be manufactured.

尚、図４（Ａ）〜（Ｃ）中、符号４ａは、第一放熱用基板３−１および第二放熱用基板３−２の一方面とＲＩＧ膜１−１にそれぞれ設けられた対接着剤用反射防止膜を示し、符号４ｂは、第一放熱用基板３−１および第二放熱用基板３−２の他方面にそれぞれ設けられた対空気用反射防止膜を示している。 4A to 4C, reference numeral 4a denotes a pair of adhesives provided on one surface of the first heat dissipation substrate 3-1 and the second heat dissipation substrate 3-2 and the RIG film 1-1, respectively. The antireflective film for agents is shown, and the reference numeral 4b shows the antireflective film for air provided on the other surfaces of the first heat radiating substrate 3-1 and the second heat radiating substrate 3-2.

また、製造された大面積（例えば、１１ｍｍ角）のファラデー回転子は、図５に示すように光アイソレータに搭載されるサイズ（例えば、２．２ｍｍ角）のファラデー回転子にカットされて用いられる。 Further, the manufactured Faraday rotator having a large area (for example, 11 mm square) is cut into a Faraday rotator having a size (for example, 2.2 mm square) mounted on an optical isolator as shown in FIG. .

（４）偏光無依存型光アイソレータ
図８は、ファラデー回転角が１５度に加工された３枚のＲＩＧ膜を用い、３個のファラデー回転子が隙間を介して組み込まれた偏光無依存型光アイソレータの概略構成を示す説明図である。 (4) Polarization-independent optical isolator FIG. 8 shows polarization-independent light in which three Faraday rotators are incorporated through a gap using three RIG films processed at a Faraday rotation angle of 15 degrees. It is explanatory drawing which shows schematic structure of an isolator.

すなわち、この偏光無依存型光アイソレータは、本発明方法により製造されかつ光軸上に沿って配置された３個のファラデー回転子８１、８２、８３と、楔形状を有しかつファラデー回転子を中央にして光軸上外側にそれぞれ設けられた複屈折結晶８４、８５と、各ファラデー回転子８１、８２、８３の第一放熱用基板並びに第二放熱用基板（Ｃ面サファイア基板により各々構成されている）に接触しかつ各ファラデー回転子８１、８２、８３を保持する高熱伝導性ホルダ８６と、該高熱伝導性ホルダ８６を保持する外側ホルダ８７と、外側ホルダ８７を覆うように設けられた筒状磁石８８とで主要部が構成されている。 In other words, this polarization-independent optical isolator is manufactured by the method of the present invention and is arranged along the optical axis with three Faraday rotators 81, 82, 83, a wedge-shaped and Faraday rotator. Birefringent crystals 84 and 85 respectively provided on the outer side of the optical axis at the center, and a first heat dissipation substrate and a second heat dissipation substrate (C-plane sapphire substrate) of each Faraday rotator 81, 82, 83. A high thermal conductivity holder 86 that holds the Faraday rotators 81, 82, and 83, an outer holder 87 that holds the high thermal conductivity holder 86, and an outer holder 87. The main part is composed of the cylindrical magnet 88.

そして、図８に示された偏光無依存型光アイソレータにおいては、３個のファラデー回転子が隙間を介して組み込まれているため、隙間を設けずに３枚のＲＩＧ膜がサファイア基板Ｓを介し積層された構造（Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ）を有する従来の光アイソレータと較べ、空冷作用が加わる分、放熱性に優れる利点を有している。 In the polarization-independent optical isolator shown in FIG. 8, since three Faraday rotators are incorporated through a gap, three RIG films are placed through the sapphire substrate S without providing a gap. Compared with a conventional optical isolator having a laminated structure (S / RIG / S / RIG / S / RIG / S), it has an advantage of excellent heat dissipation because of the air cooling effect.

以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below with reference to comparative examples.

１１ｍｍ角の非磁性ガーネット基板（上述したＧＳＧＧ基板）上に育成したＲＩＧ膜として、組成式Ｎｄ_0.71Ｇｄ_1.10Ｂｉ_1.19Ｆｅ₅Ｏ₁₂で示されるガーネット結晶膜を適用し、かつ、非磁性ガーネット基板２−１により保持した状態で平面状に研削、研磨して、膜厚２００μｍ以下に設定すると共に、図３（Ｃ）に示すようにＲＩＧ膜１−１の研磨面に対接着剤用反射防止膜４ａを設けたもの（特許文献１に記載された方法と異なり非磁性ガーネット基板２−１は削り落とされていない）を予め準備した。 A garnet crystal film represented by the composition formula Nd _0.71 Gd _1.10 Bi _1.19 Fe ₅ O ₁₂ is applied as the RIG film grown on the 11 mm square nonmagnetic garnet substrate (the GSGG substrate described above), and the nonmagnetic garnet substrate 2 -1 is ground and polished in a flat state with a thickness of 200 μm or less, and the antireflection film for adhesive is applied to the polished surface of the RIG film 1-1 as shown in FIG. A substrate provided with 4a (unlike the method described in Patent Document 1, the nonmagnetic garnet substrate 2-1 was not scraped off) was prepared in advance.

また、第一放熱用基板３−１と第二放熱用基板３−２として、１１ｍｍ角でかつ厚みが４００μｍのＣ面サファイア基板をそれぞれ適用し、図３（Ｃ）と図４（Ｂ）に示すようにＲＩＧ膜１−１に面する側の第一放熱用基板３−１と第二放熱用基板３−２の各面に対接着剤用反射防止膜４ａを設けると共に、第一放熱用基板３−１と第二放熱用基板３−２の他方の各面に対空気用反射防止膜４ｂを設けたものを予め準備した。 Further, as the first heat dissipation substrate 3-1 and the second heat dissipation substrate 3-2, respectively, a C-plane sapphire substrate having an 11 mm square and a thickness of 400 μm is applied, and FIGS. 3C and 4B are applied. As shown, an antireflection film 4a for an adhesive is provided on each surface of the first heat dissipation substrate 3-1 and the second heat dissipation substrate 3-2 on the side facing the RIG film 1-1, and the first heat dissipation What provided the antireflection film 4b for air on the other each surface of the board | substrate 3-1 and the board | substrate 3-2 for 2nd heat radiation was prepared previously.

［実施例１］
図３（Ｃ）に示すように非磁性ガーネット基板２−１上に育成されたＲＩＧ膜１−１の研磨面に設けられた対接着剤用反射防止膜４ａ側と、第一放熱用基板３−１に設けられた対接着剤用反射防止膜４ａ側を対向させ、硬化温度が９０℃以上でかつ図７のグラフ図に示された温度−粘度特性を有するエポキシ接着剤（主剤と硬化剤を主成分とした上記二液性エポキシ樹脂）を用いて図３（Ｄ）に示すようにＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付けると共に、オーブンの加熱温度を８０℃に設定かつ７時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させることなくエポキシ接着剤の粘度を０．０５（Ｐａ・ｓ）程度まで低下させてエポキシ接着剤内のボイド等を除去しかつ常温に戻した後、図４（Ａ）に示すように非磁性ガーネット基板２−１を研削により除去すると共に、非磁性ガーネット基板２−１が除去されて露出したＲＩＧ膜１−１を研削、研磨して、所望とするファラデー回転角（２２．５度）の膜厚（７０μｍ）に設定された構造体を得た。 [Example 1]
As shown in FIG. 3C, the antireflection film 4a side for the adhesive provided on the polished surface of the RIG film 1-1 grown on the nonmagnetic garnet substrate 2-1, and the first heat radiation substrate 3 -1 epoxy adhesive having a temperature-viscosity characteristic as shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 3D, the first heat dissipation substrate 3-1 is attached to the RIG film 1-1 and the oven heating temperature is set to 80 ° C. And the viscosity of the epoxy adhesive is reduced to about 0.05 (Pa · s) without curing the epoxy adhesive by heating for 7 hours to remove voids in the epoxy adhesive and return to room temperature. Thereafter, as shown in FIG. 4A, the non-magnetic garnet substrate 2-1 In addition to removing by grinding, the RIG film 1-1 exposed by removing the nonmagnetic garnet substrate 2-1 is ground and polished to a desired Faraday rotation angle (22.5 degrees) film thickness (70 μm). A set structure was obtained.

次に、第一放熱用基板３−１が接着され、かつ、非磁性ガーネット基板２−１が除去されて所望のファラデー回転角に設定されたＲＩＧ膜１−１の露出面に、図４（Ｂ）に示すように対接着剤用反射防止膜４ａを成膜し、かつ、ＲＩＧ膜１−１の対接着剤用反射防止膜４ａ側と、第二放熱用基板３−２に設けられた対接着剤用反射防止膜４ａ側を対向させ、上記エポキシ接着剤（図示せず）を用いて図４（Ｃ）に示すようにＲＩＧ膜１−１に第二放熱用基板３−２を貼り付けた後、オーブンの加熱温度を１２０℃に上昇させ、かつ、３時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させ、実施例１に係る大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を製造した。 Next, the first heat radiation substrate 3-1 is bonded, and the non-magnetic garnet substrate 2-1 is removed, and the exposed surface of the RIG film 1-1 set to a desired Faraday rotation angle is set as shown in FIG. B), an anti-reflection film 4a for an adhesive was formed, and the anti-adhesion film 4a for an adhesive was provided on the side of the RIG film 1-1 and provided on the second heat radiation substrate 3-2. The antireflective film 4a side for the adhesive is opposed to the second adhesive substrate 3-2 on the RIG film 1-1 as shown in FIG. 4C using the epoxy adhesive (not shown). Then, the heating temperature of the oven was raised to 120 ° C., and the epoxy adhesive was cured by heating for 3 hours to produce a large area (11 mm square) Faraday rotator according to Example 1.

そして、同様の条件により大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を１５枚製造し、得られた１５枚のファラデー回転子について、クラックや割れの有無、ＲＩＧ膜の反り、厚みムラを調べたところ、ファラデー回転子のクラックや割れは確認されず、かつ、ＲＩＧ膜の反りや厚みムラも確認されなかった。 Then, 15 Faraday rotators having a large area (11 mm square) were manufactured under the same conditions, and the obtained 15 Faraday rotators were examined for cracks and cracks, warpage of the RIG film, and thickness unevenness. No cracks or cracks were observed in the Faraday rotator, and no warping or uneven thickness of the RIG film was observed.

［実施例２］
ＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付けるための光学用接着剤として実施例１で使用したエポキシ接着剤（主剤と硬化剤を主成分とした二液性エポキシ樹脂）を用い、かつ、オーブンの加熱温度を７０℃、８時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させることなくエポキシ接着剤の粘度を０．０４（Ｐａ・ｓ）程度まで低下させてエポキシ接着剤内のボイド等を除去しかつ常温に戻した以外は実施例１と同様にして実施例２に係る大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を１５枚製造した。 [Example 2]
The epoxy adhesive (two-component epoxy resin mainly composed of a main agent and a curing agent) used in Example 1 as an optical adhesive for attaching the first heat dissipation substrate 3-1 to the RIG film 1-1. Void in the epoxy adhesive by reducing the viscosity of the epoxy adhesive to about 0.04 (Pa · s) without curing the epoxy adhesive by heating the oven at 70 ° C. for 8 hours. 15 Faraday rotators having a large area (11 mm square) according to Example 2 were manufactured in the same manner as Example 1 except that the temperature was returned to room temperature.

そして、実施例１と同様、１５枚のファラデー回転子について、クラックや割れの有無、ＲＩＧ膜の反り、厚みムラを調べたところ、ファラデー回転子のクラックや割れは確認されず、かつ、ＲＩＧ膜の反りや厚みムラも確認されなかった。 Then, as in Example 1, the presence or absence of cracks and cracks, warpage of the RIG film, and uneven thickness of the 15 Faraday rotators were checked, and no cracks or cracks were found in the Faraday rotator, and the RIG film No warpage or thickness unevenness was observed.

［実施例３］
ＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付けるための光学用接着剤として実施例１で使用したエポキシ接着剤（主剤と硬化剤を主成分とした二液性エポキシ樹脂）を用い、かつ、オーブンの加熱温度を６０℃、１５時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させることなくエポキシ接着剤の粘度を０．０７（Ｐａ・ｓ）程度まで低下させてエポキシ接着剤内のボイド等を除去しかつ常温に戻した以外は実施例１と同様にして実施例３に係る大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を１５枚製造した。 [Example 3]
The epoxy adhesive (two-component epoxy resin mainly composed of a main agent and a curing agent) used in Example 1 as an optical adhesive for attaching the first heat dissipation substrate 3-1 to the RIG film 1-1. Void in the epoxy adhesive by reducing the viscosity of the epoxy adhesive to about 0.07 (Pa · s) without curing the epoxy adhesive by heating the oven at 60 ° C. for 15 hours. 15 Faraday rotators having a large area (11 mm square) according to Example 3 were manufactured in the same manner as Example 1 except that the temperature was returned to room temperature.

［実施例４］
ＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付けるための光学用接着剤として実施例１で使用したエポキシ接着剤（主剤と硬化剤を主成分とした二液性エポキシ樹脂）を用い、かつ、オーブンの加熱温度を５０℃、２０時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させることなくエポキシ接着剤の粘度を０．１０（Ｐａ・ｓ）程度まで低下させてエポキシ接着剤内のボイド等を除去しかつ常温に戻した以外は実施例１と同様にして実施例４に係る大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を１５枚製造した。 [Example 4]
The epoxy adhesive (two-component epoxy resin mainly composed of a main agent and a curing agent) used in Example 1 as an optical adhesive for attaching the first heat dissipation substrate 3-1 to the RIG film 1-1. Void in the epoxy adhesive by reducing the viscosity of the epoxy adhesive to about 0.10 (Pa · s) without curing the epoxy adhesive by heating at an oven heating temperature of 50 ° C. for 20 hours. 15 Faraday rotators having a large area (11 mm square) according to Example 4 were produced in the same manner as Example 1 except that the temperature was returned to room temperature.

［比較例１］
ＲＩＧ膜１−１に第一放熱用基板３−１を貼り付けるための光学用接着剤として実施例１で使用したエポキシ接着剤（主剤と硬化剤を主成分とした二液性エポキシ樹脂）を用い、かつ、オーブンの加熱温度を１２０℃、３時間加熱しエポキシ接着剤を硬化させた状態で非磁性ガーネット基板２−１を研削により除去した以外は実施例１と同様にして比較例１に係る大面積（１１ｍｍ角）のファラデー回転子を１０枚製造した。 [Comparative Example 1]
The epoxy adhesive (two-component epoxy resin mainly composed of a main agent and a curing agent) used in Example 1 as an optical adhesive for attaching the first heat dissipation substrate 3-1 to the RIG film 1-1. Comparative Example 1 was used in the same manner as in Example 1 except that the nonmagnetic garnet substrate 2-1 was removed by grinding in the state where the oven was heated at 120 ° C. for 3 hours and the epoxy adhesive was cured. Ten Faraday rotators having a large area (11 mm square) were manufactured.

そして、実施例１と同様、１０枚のファラデー回転子について、クラックや割れの有無、ＲＩＧ膜の反り、厚みムラを調べたところ、１０枚のファラデー回転子中１０枚に反りが発生し、かつ、加工中において１０枚のファラデー回転子中８枚にクラックの発生が確認され、更に、ＲＩＧ膜の湾曲現象に起因して１１ｍｍ角内で１μｍ以下の厚みムラ条件を満たさせることはできなかった。 Then, as in Example 1, for the 10 Faraday rotators, the presence or absence of cracks or cracks, the warpage of the RIG film, and the thickness unevenness were examined, and warpage occurred in 10 of the 10 Faraday rotators, and During the processing, occurrence of cracks was confirmed in 8 of 10 Faraday rotators, and furthermore, the thickness unevenness condition of 1 μm or less could not be satisfied within 11 mm square due to the bending phenomenon of the RIG film. .

本発明に係るファラデー回転子の製造方法によれば、製造時におけるビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜のクラックや割れが防止され、設定されるファラデー回転角の精度も高いと共に、ハイパワー用の光アイソレータに適用された場合でも挿入損失が増加し難いファラデー回転子を得ることが可能なため、ハイパワー用光アイソレータのファラデー回転子として利用される産業上の利用可能性を有している。 According to the method for manufacturing a Faraday rotator according to the present invention, cracking and cracking of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film during manufacturing are prevented, the accuracy of the set Faraday rotation angle is high, and an optical isolator for high power is used. Therefore, it is possible to obtain a Faraday rotator in which insertion loss hardly increases even when it is applied to the above, and thus has industrial applicability to be used as a Faraday rotator of a high power optical isolator.

１−１ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（ＲＩＧ膜）
２−１非磁性ガーネット基板
３−１第一放熱用基板
３−２第二放熱用基板
４ａ対接着剤用反射防止膜
４ｂ対空気用反射防止膜
２０ＲＩＧ膜
２１対接着剤用反射防止膜
３０放熱用基板
３１対接着剤用反射防止膜
８１ファラデー回転子
８２ファラデー回転子
８３ファラデー回転子
８４複屈折結晶
８５複屈折結晶
８６高熱伝導性ホルダ
８７外側ホルダ
８８筒状磁石
1-1 Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (RIG film)
2-1 Nonmagnetic Garnet Substrate 3-1 First Heat Dissipation Substrate 3-2 Second Heat Dissipation Substrate 4a Antireflection Film for Adhesive 4b Antireflection Film for Air 20 RIG Film 21 Antireflection Film for Adhesive 30 Heat dissipation substrate 31 Anti-reflection film for adhesive 81 Faraday rotator 82 Faraday rotator 83 Faraday rotator 84 Birefringent crystal 85 Birefringent crystal 86 High thermal conductive holder 87 Outer holder 88 Cylindrical magnet

Claims

ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と該ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に光学用接着剤を介し接着された第一放熱用基板並びに第二放熱用基板を有し、かつ、ファラデー回転角の合計が４５度となるように複数個を組み合わせて適用されるファラデー回転子の製造方法において、
非磁性ガーネット基板上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を育成し、かつ、育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して平面状に加工する第一工程と、
平面状に加工されたビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第一放熱用基板を貼り付け、かつ、該光学用接着剤を硬化させることなく非磁性ガーネット基板を研削して除去すると共に、露出したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜を研削、研磨して所望のファラデー回転角に設定する第二工程と、
非磁性ガーネット基板が除去された側のビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶膜に光学用接着剤を用いて第二放熱用基板を貼り付ける第三工程と、
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の両面側に第一放熱用基板と第二放熱用基板を貼り付けた後、上記光学用接着剤を硬化させる第四工程、
を具備することを特徴とするファラデー回転子の製造方法。 Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, first radiating substrate and second radiating substrate bonded via optical adhesive on both sides of bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, and Faraday rotation In the manufacturing method of the Faraday rotator applied by combining a plurality of angles so that the total angle is 45 degrees,
A first step of growing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on a non-magnetic garnet substrate, and grinding and polishing the grown bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film into a planar shape;
A first heat dissipation substrate is attached to a planar bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film using an optical adhesive, and the nonmagnetic garnet substrate is ground without curing the optical adhesive. A second step of removing and setting the desired Faraday rotation angle by grinding and polishing the exposed bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
A third step of attaching the second heat dissipation substrate to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film on the side from which the nonmagnetic garnet substrate has been removed using an optical adhesive;
A fourth step of curing the optical adhesive after pasting the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate on both sides of the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film;
A method for producing a Faraday rotator, comprising:

硬化温度が９０℃以上のエポキシ樹脂により上記光学用接着剤が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転子の製造方法。 The method for producing a Faraday rotator according to claim 1, wherein the optical adhesive is composed of an epoxy resin having a curing temperature of 90 ° C or higher.

第二工程において、３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の温度条件下で光学用接着剤を１時間〜２４時間加熱して上記光学用接着剤を硬化させることなくその粘性を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載のファラデー回転子の製造方法。 In the second step, the optical adhesive is heated for 1 hour to 24 hours under a temperature condition of 30 ° C. or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive to reduce the viscosity without curing the optical adhesive. The method for producing a Faraday rotator according to claim 1 or 2.

３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の上記温度条件が３０℃以上かつ８０℃以下であることを特徴とする請求項３に記載のファラデー回転子の製造方法。 The method for producing a Faraday rotator according to claim 3, wherein the temperature condition of 30 ° C or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive is 30 ° C or higher and 80 ° C or lower.

３０℃以上かつ光学用接着剤の硬化温度未満の温度条件下で１時間〜２４時間加熱された光学用接着剤の粘度が０．０４〜０．１０Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項３に記載のファラデー回転子の製造方法。 The viscosity of the optical adhesive heated at 30 ° C or higher and lower than the curing temperature of the optical adhesive for 1 to 24 hours is 0.04 to 0.10 Pa · s. 4. A method for producing a Faraday rotator according to 3.

上記第一放熱用基板並びに第二放熱用基板がサファイアで構成され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ファラデー回転子の製造方法。 6. The method for manufacturing a Faraday rotator according to claim 1, wherein the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate are made of sapphire.

上記第一放熱用基板並びに第二放熱用基板とビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜との間に対接着剤用反射防止膜が形成され、かつ、第一放熱用基板並びに第二放熱用基板の上記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜とは反対側に位置する各面に対空気用反射防止膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のファラデー回転子の製造方法。 An antireflection film for an adhesive is formed between the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate and the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, and the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate The Faraday rotator according to any one of claims 1 to 6, wherein an antireflection film for air is formed on each surface located opposite to the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film. Manufacturing method.