JP7654485B2 - Optical element and its manufacturing method, optical isolator, and optical transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、光アイソレータに使用される光学素子に係り、特に、高出力の光アイソレータを製造する上で有効な光学素子及びその製造方法並びに光学素子を用いた光アイソレータ、光伝送装置の改良に関する。 The present invention relates to an optical element used in an optical isolator, and in particular to an optical element that is effective in producing a high-output optical isolator, a manufacturing method thereof, and improvements to an optical isolator and optical transmission device that use the optical element.
光通信システムでは、半導体レーザから発した光はレンズを介して光ファイバの端面に投影され伝送されるが、一部の光はレンズや光ファイバの端面で表面反射して半導体レーザまで戻り、ノイズとなってしまう。このノイズは半導体レーザの動作を不安定にするという悪影響を与える。そこで、この戻り光を除去するために光アイソレータが使用されている。 In optical communication systems, light emitted from a semiconductor laser is projected onto the end face of an optical fiber through a lens and transmitted, but some of the light is surface reflected by the lens and the end face of the optical fiber and returns to the semiconductor laser, becoming noise. This noise has the adverse effect of destabilizing the operation of the semiconductor laser. Therefore, optical isolators are used to remove this returning light.
また、エルビウムドープファイバアンプ(EDFA)の励起光源であるポンプレーザでは、光源のパワーを安定化させると共に、強い戻り光で半導体レーザ素子が破損することを防ぐ必要もあり、光アイソレータが使用されている。
光アイソレータは、例えば二枚の偏光ガラス板(偏光子)との間にファラデー回転子を一体的に配設した構造をもつ光学素子を使用している。この場合、偏光子の偏光方向は相互に45度傾斜するように設定されている。これが磁界中に置かれると、ファラデー回転子の偏光面が回転するので、一方の偏光子、ファラデー回転子及び他方の偏光子を通過する光の特性が変化する。この特性を利用し、ファラデー回転子を磁気飽和させるための永久磁石がファラデー回転子の周囲に設けられ、ファラデー回転子の偏光面を45度回転させている。これにより、戻り光を遮断することが可能となる。
In addition, in a pump laser, which is an excitation light source for an erbium-doped fiber amplifier (EDFA), it is necessary to stabilize the power of the light source and to prevent the semiconductor laser element from being damaged by strong returning light, so an optical isolator is used.
An optical isolator uses an optical element having a structure in which a Faraday rotator is integrally disposed between, for example, two polarizing glass plates (polarizers). In this case, the polarization directions of the polarizers are set to be inclined at 45 degrees to each other. When this is placed in a magnetic field, the polarization plane of the Faraday rotator rotates, and the characteristics of the light passing through one polarizer, the Faraday rotator, and the other polarizer change. Taking advantage of this characteristic, a permanent magnet for magnetically saturating the Faraday rotator is provided around the Faraday rotator, rotating the polarization plane of the Faraday rotator by 45 degrees. This makes it possible to block return light.
ところで、光源に半導体レーザを用いる光アイソレータでは、半導体レーザの高出力化に伴い、高密度の光パワーが光アイソレータに照射されると局所的に発熱しその機能を失うことがある。例えば、EDFAの励起光源であるポンプレーザに用いる光アイソレータでは、ガラス偏光子を用いて製造されるが、ガラス偏光子は、高密度の光パワーが照射されると、局所的に数100℃に達するような発熱が起こる。発熱がガラス偏光子のガラス転移点を超えるような場合、ガラス偏光子自体の機能を保持することができない。現在市販されている通信デバイス用のガラス偏光子はガラス転移温度が500℃程度である。このため、局所温度が500℃を超えるような条件では、上記光アイソレータは機能を失うこととなる。 However, in optical isolators that use semiconductor lasers as light sources, when high-density optical power is irradiated onto the optical isolator due to the increasing power output of semiconductor lasers, localized heat generation can occur, causing the isolator to lose its function. For example, optical isolators used for pump lasers, which are the excitation light sources for EDFAs, are manufactured using glass polarizers, but when high-density optical power is irradiated onto the glass polarizer, localized heat of up to several hundred degrees Celsius occurs. If the heat generation exceeds the glass transition point of the glass polarizer, the glass polarizer itself cannot maintain its function. The glass transition temperature of glass polarizers currently available on the market for communication devices is around 500 degrees Celsius. For this reason, the optical isolator loses its function under conditions where the local temperature exceeds 500 degrees Celsius.
局所温度が500℃以下であれば、耐熱性が問題となる次の部材は、偏光子の表面に付する反射防止膜(ARコート(anti-reflective coating))や偏光子を固定するために用いられている材料である。偏光子やファラデー回転子が光アイソレータに組み込まれる場合に適用される一般的なARコート材料の耐熱温度は、450℃程度である。 If the local temperature is below 500°C, the next components whose heat resistance becomes an issue are the anti-reflective coating (AR coating) applied to the surface of the polarizer and the material used to fix the polarizer. The heat resistance temperature of typical AR coating materials used when polarizers and Faraday rotators are incorporated into optical isolators is about 450°C.
このような温度域で耐性が要求されるため、従前の光アイソレータにおいては、特許文献1,2に記載の手法が採用されていた。
特許文献1には、ファラデー回転素子、偏光子、検光子及びホルダから成り、ホルダが中心軸に貫通孔を有し同軸型の形状をなす第1の金属ホルダ及び第2の金属ホルダから成り、第1の金属ホルダと第2の金属ホルダを中心軸を一致させて組み合わせたときに生ずる空隙内の中心軸上にファラデー回転素子、偏光子及び磁石が配置され、検光子が第2の金属ホルダの外側の中心軸上に配置され、偏光子、ファラデー回転素子及び検光子がいずれも中央の円形部分を除く外周部分にメタライズされてそれぞれ第1の金属ホルダ、第2の金属ホルダにハンダ付けまたはろう付けにより接着固定され、第1の金属ホルダと第2の金属ホルダが溶接により接合されている光アイソレータが開示されている。
また、特許文献2には、光アイソレータを構成する各部品の接着固定において、偏光子、永久磁石、ファラデー回転子の夫々の接着面に、予めスパッタまたは蒸着により金属薄層を形成し、夫々の構成素子間の接着面は半田付けにより接着する態様が開示されている。
このように、特許文献1,2には、偏光子やファラデー回転子を夫々離した状態で配置し、かつ、偏光子やファラデー回転子の主面(光透過領域を除く)若しくは側面に金属皮膜を形成すると共に、金属薄層が形成された偏光子やファラデー回転子等の光学要素を、半田等を介して接合させたり、あるいは、半田等を介して金属ホルダに接合させて放熱機能を具備させる手法が開示されている。
Since resistance to such a temperature range is required, the techniques described in
Furthermore,
In this way,
一方、比較的出力の弱い通信用の光アイソレータにおいては、通信用半導体レーザが広く普及し、かつ、低価格化が要請される中、例えば特許文献3に記載されているように、良質な光学用接着剤の開発がなされ、近年においては、光学面に有機系の光学用接着剤を使用し、偏光子やファラデー回転子等の光学要素が積層された構造の光学素子が主流となっている。光学素子を金属ホルダに固定する場合も、前述した半田等に代って有機系接着剤が主流となっている。
また、特許文献4には、ファラデー回転素子と偏光子と検光子とからなる四角柱状の光学素子を、マグネットに設けられた断面がほぼ四角形の空孔に挿入し、光学素子の光軸に平行な4面と相対するマグネットの空孔の壁面とが形成する4つの空隙に接着剤を充填することによりマグネットと光学素子が固定される光アイソレータが開示されている。
On the other hand, in the case of optical isolators for communication, which have a relatively low output, the widespread use of semiconductor lasers for communication and the demand for lower prices have led to the development of high-quality optical adhesives, as described in, for example,
Furthermore, Patent Document 4 discloses an optical isolator in which a rectangular prism-shaped optical element consisting of a Faraday rotator, a polarizer, and an analyzer is inserted into a hole with a nearly rectangular cross section provided in a magnet, and an adhesive is filled into four gaps formed by the four faces of the optical element parallel to the optical axis and the opposing wall surfaces of the hole in the magnet, thereby fixing the magnet and the optical element.
比較的光パワーの弱い通信用の光アイソレータは、上述したように偏光子やファラデー回転子等の光学要素を積層させた構造が主流になっているが、近年、光アイソレータは、小型化が進み、レーザ光の集光による発熱点の加熱は、有機系光学用接着剤にとって非常に大きな負荷となっている。一般に使用される光パワーは数10mW以下である。これは有機系光学用接着剤の分解温度に依存するものである。ファラデー回転子や偏光子の耐パワー性は偏向光で700mW、無偏向光で300mW程度あり、小型化やコストダウンに寄与してきた有機系光学用接着剤が、ここでは逆に足枷になっている。つまり、光学面に有機系光学用接着剤がある構造では、ファラデー回転子と偏光子を貼り合わせる有機系光学用接着剤が局所的に熱せられた場合、有機系光学用接着剤が変質したり気泡を生ずることがあり、数100mWが限界である。数100mWを超える出力の大きな半導体レーザ等を用いる光アイソレータにおいては、依然として発熱の問題が存在し、特許文献1,2に示すような従前の手法、つまり、ファラデー回転子や偏光子に金属薄層を形成し、半田等を介して接合したり、半田等を介して金属ホルダに接合する手法で製造され、高コストでかつ小型化が進まない状況であった。
このため、光通信システム等で使用される高出力の半導体レーザ等に用いる光アイソレータにおいては、耐熱性を有し、小型化可能で、かつ、低コストで提供できる積層型の光学素子の出現が強く要望されている。
尚、特許文献4には、ファラデー回転子や偏光子等の光学要素を積層した光学素子とマグネットとの間に接着剤を充填する構造が開示されているが、この接着剤はマグネットに積層された光学素子を固定するためのものに過ぎず、光学素子を構成する各光学要素は有機系光学用接着剤で貼り合わせており、各光学要素を接合するために使用するものでないことを念のために申し添えておく。
Optical isolators for communication, which have relatively weak optical power, are mainly made of a structure in which optical elements such as polarizers and Faraday rotators are laminated as described above. However, in recent years, optical isolators have become smaller, and the heating of the heat generating point due to the concentration of laser light places a very large load on the organic optical adhesive. The optical power generally used is several tens of mW or less. This depends on the decomposition temperature of the organic optical adhesive. The power resistance of the Faraday rotator and polarizer is about 700 mW for polarized light and about 300 mW for unpolarized light, and the organic optical adhesive, which has contributed to miniaturization and cost reduction, is now a hindrance. In other words, in a structure in which an organic optical adhesive is present on the optical surface, if the organic optical adhesive that bonds the Faraday rotator and polarizer is locally heated, the organic optical adhesive may change in quality or generate bubbles, and the limit is several hundreds of mW. In optical isolators using semiconductor lasers or the like with high output power exceeding several hundred mW, the problem of heat generation still remains. As such, conventional methods such as those shown in
For this reason, in the field of optical isolators for use in high-output semiconductor lasers used in optical communication systems and the like, there is a strong demand for laminated optical elements that are heat resistant, can be miniaturized, and can be provided at low cost.
Incidentally, Patent Document 4 discloses a structure in which an adhesive is filled between an optical element in which optical elements such as a Faraday rotator and a polarizer are stacked, and a magnet. However, it should be noted that this adhesive is only for fixing the optical elements stacked on the magnet, and that the individual optical elements that make up the optical element are bonded together with an organic optical adhesive, and is not used to join the individual optical elements.
本発明が解決しようとする技術的課題は、光アイソレータに使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で使用される接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することにある。 The technical problem that this invention aims to solve is to suppress the deterioration of optical characteristics due to the alteration of the adhesive used in the laminated optical element used in the optical isolator, even when high-power light is passed through the laminated optical element.
そこで、上述した技術的課題を解決するために、本発明者らは、高出力の半導体レーザ等の光が通過するエリア(光路)から有機系光学用接着剤を排除し、有機系光学用接着剤の変質による光学特性の劣化を無くすという観点から、本発明を案出するに至ったものである。 Therefore, in order to solve the above-mentioned technical problems, the inventors came up with the present invention from the viewpoint of eliminating the deterioration of optical properties due to the alteration of the organic optical adhesive by excluding the organic optical adhesive from the area (optical path) through which light such as a high-output semiconductor laser passes.
本発明の第1の技術的特徴は、光アイソレータに使用される光学素子であって、磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面の角部の少なくとも複数箇所に平面状又は曲面状の面取り部を形成し、前記面取り部に有機系接着剤を塗布することで隣接する各光学要素を接合することを特徴とする光学素子である。
本発明の第2の技術的特徴は、光アイソレータに使用される光学素子であって、磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面の角部の少なくとも複数箇所に曲面状の凹所を形成し、前記凹所に有機系接着剤を塗布することで隣接する各光学要素を接合することを特徴とする光学素子である。
A first technical feature of the present invention is an optical element used in an optical isolator, comprising at least a Faraday rotator that rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements that are arranged on both sides of the Faraday rotator in the optical axis direction to polarize and guide light, and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in the forward direction and block light from passing in the reverse direction, wherein these optical elements are stacked in the optical axis direction to form an optical element stack , and flat or curved chamfered portions are formed at at least a plurality of corners of side surfaces along the optical axis direction of the optical element stack, and adjacent optical elements are joined by applying an organic adhesive to the chamfered portions .
A second technical feature of the present invention is an optical element used in an optical isolator, comprising at least a Faraday rotator that rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements that are arranged on both sides of the Faraday rotator in the optical axis direction to polarize and guide light, and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in the forward direction and block light from passing in the reverse direction, the optical element being characterized in that these optical elements are stacked in the optical axis direction to form an optical element stack, curved recesses are formed in at least a plurality of corners of side surfaces along the optical axis direction of the optical element stack, and adjacent optical elements are joined by applying an organic adhesive to the recesses.
本発明の第3の技術的特徴は、第1又は第2の技術的特徴を備えた光学素子において、前記偏光案内要素は、偏光方向が予め決められた角度分だけ相互に異なる二枚の偏光子を含み、偏光依存型光アイソレータとして用いられる光学素子である。
本発明の第4の技術的特徴は、第1又は第2の技術的特徴を備えた光学素子において、前記偏光案内要素は、光の順方向入射側及び光の順方向出射側に複屈折結晶を含み、偏光無依存型光アイソレータとして用いられる光学素子である。
A third technical feature of the present invention is an optical element having the first or second technical feature, wherein the polarization guiding element includes two polarizers whose polarization directions differ from each other by a predetermined angle, and the optical element is used as a polarization-dependent optical isolator.
A fourth technical feature of the present invention is an optical element having the first or second technical feature, wherein the polarization guide element includes a birefringent crystal on a forward light input side and a forward light output side, and the optical element is used as a polarization-independent optical isolator .
本発明の第5の技術的特徴は、光アイソレータに使用される光学素子であって、磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、隣接する各光学要素を接合するように前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面を有機系接着剤で接着する光学素子を製造するに際し、前記光学要素積層体を構成するための各光学要素基材を予め決められた大きさで用意し、各光学要素基材を積層して光学要素積層基板を作製する作製工程と、前記作製工程にて作製された前記光学要素積層基板に対し、前記光学要素積層体の大きさに対応する切断予定箇所の交差部の少なくとも複数箇所を穿孔する穿孔工程と、前記穿孔工程にて前記光学要素積層基板に穿孔された孔に前記有機系接着剤を塗布する塗布工程と、前記塗布工程にて前記有機系接着剤が塗布された前記光学要素積層基板を、前記光学要素積層体となるように前記切断予定箇所に沿って切断する切断工程と、を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法である。 A fifth technical feature of the present invention is an optical element used in an optical isolator, the optical element including at least a Faraday rotator which rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements which are arranged on both sides of the Faraday rotator in the optical axis direction to polarize and guide light, and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in a forward direction and block light from passing in a reverse direction, the optical elements being stacked in the optical axis direction to form an optical element stack, and the optical elements being stacked in the optical axis direction to bond adjacent optical elements to each other at side surfaces of the optical element stack along the optical axis direction with an organic adhesive, a manufacturing method for optical elements, the method comprising: a manufacturing step of preparing each optical element substrate of a predetermined size to constitute a body, and stacking the optical element substrates to manufacture an optical element laminated substrate; a drilling step of drilling holes in the optical element laminated substrate manufactured in the manufacturing step at least at a plurality of intersections of planned cutting locations corresponding to the size of the optical element laminate; a coating step of applying the organic adhesive to holes drilled in the optical element laminated substrate in the drilling step; and a cutting step of cutting the optical element laminated substrate to which the organic adhesive has been applied in the coating step along the planned cutting locations so as to obtain the optical element laminate.
本発明の第6の技術的特徴は、第1乃至第4の技術的特徴のいずれかを備えた光学素子と、前記光学素子の前記ファラデー回転子を飽和磁化させる磁石と、を備えたことを特徴とする光アイソレータである。
本発明の第7の技術的特徴は、第6の技術的特徴を備えた光アイソレータと、前記光アイソレータに対して光を入射する又は前記光アイソレータから出射された光を受け入れる光学部品と、を備えたことを特徴とする光伝送装置である。
A sixth technical feature of the present invention is an optical isolator comprising: an optical element having any one of the first to fourth technical features; and a magnet that saturates magnetization of the Faraday rotator of the optical element.
A seventh technical feature of the present invention is an optical transmission device comprising: an optical isolator having the sixth technical feature; and an optical component that inputs light to the optical isolator or receives light output from the optical isolator.
本発明の第1又は第2の技術的特徴によれば、光アイソレータに使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することができる。また、有機系接着剤による接着箇所が一箇所である場合に比べて、光学要素積層体に対する接着強度を安定させることができ、更に、有機系接着剤の接着箇所を光学要素積層体の側面の角部以外とする場合に比べて、光学要素積層体の光軸中心からの距離を離すことができ、有機系接着剤への高出力な光による影響をより低減することができる。
特に、第1の技術的特徴によれば、面取り部のない場合に比べて、有機系接着剤を安定的に保持することができる。
特に、第2の技術的特徴によれば、穿孔処理等で有機系接着剤の接着箇所を簡単に確保でき、しかも、有機系接着剤を安定的に保持することができる。
本発明の第3の技術的特徴によれば、偏光依存型光アイソレータで使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することができる。
本発明の第4の技術的特徴によれば、偏光無依存型光アイソレータで使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することができる。
本発明の第5の技術的特徴によれば、光アイソレータに使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。更に、光学要素積層体を作製する工程で、有機系接着剤を容易に塗布することができる。また、光学要素積層体の光軸方向に沿う側面の角部の少なくとも複数箇所を有機系接着剤の接着領域とした光学素子を簡単に製造することができる。
本発明の第6の技術的特徴によれば、光アイソレータに使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することが可能な光アイソレータを構築することができる。また、高出力の半導体レーザ等に用いる光アイソレータにおいて、耐熱性を有し、小型化可能で、かつ、低コストの光アイソレータを提供できる。
本発明の第7の技術的特徴によれば、光アイソレータに使用される積層型光学素子に高出力の光を通過させたとしても、積層型光学素子で用いられる接着剤の変質による光学特性の劣化を抑制することが可能な光アイソレータを含む光伝送装置を構築することができる。また、光アイソレータにおいて、小型化が可能となり、それを用いた光伝送装置も小型化が可能となる。
According to the first or second technical feature of the present invention, even if high-power light is passed through a laminated optical element used in an optical isolator, it is possible to suppress deterioration of optical characteristics due to deterioration of the adhesive used in the laminated optical element. In addition, compared to the case where the organic adhesive is bonded at one location, the adhesive strength to the optical element laminate can be stabilized, and further, compared to the case where the organic adhesive is bonded at a location other than the corner of the side of the optical element laminate, the distance from the optical axis center of the optical element laminate can be increased, and the effect of high-power light on the organic adhesive can be further reduced.
In particular, according to the first technical feature, the organic adhesive can be held more stably than in a case where there is no chamfered portion.
In particular, according to the second technical feature, the adhesive locations for the organic adhesive can be easily secured by perforation or the like, and the organic adhesive can be stably held.
According to a third technical feature of the present invention, even if high-power light is passed through a laminated optical element used in a polarization-dependent optical isolator, degradation of the optical characteristics due to alteration of the adhesive used in the laminated optical element can be suppressed.
According to a fourth technical feature of the present invention, even if high-power light is passed through a laminated optical element used in a polarization-independent optical isolator, degradation of the optical characteristics due to alteration of the adhesive used in the laminated optical element can be suppressed .
According to the fifth technical feature of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an optical element that can suppress deterioration of optical characteristics due to deterioration of the adhesive used in the laminated optical element used in an optical isolator, even if high-power light is passed through the laminated optical element. Furthermore, in the process of manufacturing the optical element laminate, an organic adhesive can be easily applied. Also, it is possible to easily manufacture an optical element in which at least a plurality of corners of the side surface along the optical axis direction of the optical element laminate are adhesive regions of the organic adhesive.
According to the sixth technical feature of the present invention, it is possible to construct an optical isolator capable of suppressing deterioration of optical characteristics caused by alteration of adhesive used in the laminated optical element even when high-power light is passed through the laminated optical element used in the optical isolator. In addition, it is possible to provide an optical isolator that is heat-resistant, compact, and low-cost for use in a high-power semiconductor laser or the like.
According to the seventh technical feature of the present invention, it is possible to construct an optical transmission device including an optical isolator capable of suppressing deterioration of optical characteristics caused by deterioration of adhesive used in the laminated optical element even when high-power light is passed through the laminated optical element used in the optical isolator. In addition, it is possible to miniaturize the optical isolator, and therefore the optical transmission device using the optical isolator can also be miniaturized.
◎実施の形態の概要
図1(a)は本発明が適用された光学素子を用いた光アイソレータが組み込まれた光伝送装置の実施の形態の概要を示す。
同図において、光伝送装置12は、光アイソレータ10と、光アイソレータ10に対して光を入射する光学部品13と、を備えたものである。
ここで、光アイソレータ10は、図1(a)に示すように、所定構造を有する光学素子1と、光学素子1の周囲に配置される磁場形成用の磁石11と、を備えている。また、光学部品13としては、入射用のものに限定されるものではなく、光アイソレータ10から出射された光を受け入れる光学部品13も広く含み、この種の光伝送装置の代表例としては光レセプタクルが挙げられる。
Overview of the Embodiment FIG. 1(a) shows an overview of an embodiment of an optical transmission device incorporating an optical isolator using an optical element to which the present invention is applied.
In the figure, an optical transmission device 12 includes an
1A, the
本実施の形態において、光アイソレータ10に使用される光学素子1の基本的構成は、磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子2(FR:Faraday Rotatorの略)と、ファラデー回転子2の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、ファラデー回転子2と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素3(具体的には3a,3b)と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体5を構成し、隣接する各光学要素を接合するように光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面を有機系接着剤6で接着するものである。
In this embodiment, the basic configuration of the
このような技術的手段において、光アイソレータ10には偏光依存型、偏光無依存型があるが、本例の光学素子1はいずれにも適用可能である。また、光アイソレータ10の磁石11は、光学素子1に対して接触して配置されていてもよいし、非接触に配置されていてもよい。特に、磁石11に対して光学素子1を非接触に配置する態様では、光学素子1を小型化する上で、光学素子1と磁石11とを切り離して設計することが可能になり、小型化した光学素子1に対して必要な磁場を形成する磁石11を設置するようにすればよい。
また、ファラデー回転子2は一つに限られず、複数使用する態様も含まれる。
更に、偏光案内要素3(3a,3b)としては、偏光依存型光アイソレータ10に使用される光学素子1では偏光方向が予め決められた角度分異なる偏光子が用いられ、また、偏光無依存型光アイソレータ10に使用される光学素子1では光の順方向入射側に、順方向出射側に夫々複屈折結晶が用いられ、更に、入射光と出射光の偏光方向を調整するために、例えば入射側の複屈折結晶とファラデー回転子2との間に一枚の波長板を設置するようにしてもよい。
更にまた、本例の光学素子1としては、ファラデー回転子2と偏光案内要素3との間に反射防止膜を介在させたり、複数のファラデー回転子2間に放熱要素を介在させる等の変形の態様もあり得るので、光学要素については、ファラデー回転子2と偏光案内要素3とを少なくとも含む態様を広く含むものとする。
In such technical means, the
Further, the number of
Furthermore, as the polarization guide elements 3 (3a, 3b), in the
Furthermore, the
また、光学要素積層体5は代表的には略直方体形状を有しているが、有機系接着剤6による接着場所は光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面であれば平面部でもよいし、角部でもよい。このような接着方式を採用すれば、各光学要素の光路面に有機系接着剤6が存在しないため、高出力の光が通過したとしても、有機系接着剤6が変質したり、気泡が発生したりする懸念がない。
更に、有機系接着剤6としては、耐熱性を有し、熱伝導性の良いものであればよく、接着剤の使用箇所が光路面ではないことから、透明性については要求されない。ここで、熱伝導性の良い有機系接着剤6としては、例えば有機系樹脂接着剤に、熱伝導性フィラー(例えば金属フィラー等)を含有したものが用いられる。例えば熱伝導率が0.6W/mK以上が好ましい。高出力の光が通過すると、光学素子1が発熱するが、熱伝導性の良好な有機系接着剤6を用いるようにすれば、発熱した熱を磁石11やホルダに拡散する上で有効である。
Furthermore, while the
Furthermore, the
次に、本実施の形態に係る光学素子1の代表的態様又は好ましい態様について説明する。
有機系接着剤6による接着手法の好ましい態様としては、図1(a)(b)に示すように、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面5aの角部5bを複数箇所接着する態様が挙げられる。本例は、接着箇所を複数とすることで、一箇所よりも接着強度が強くなる点で好ましく、更に、接着箇所を光学要素積層体5の側面5aの角部5bとすることで、角部5b以外の側面5aを接着箇所とする場合に比べて、光学要素積層体5の光軸中心から接着位置までの距離を離すことが可能になり、有機系接着剤6が高出力の光パワーの影響を受け難い点で好ましい。
また、有機系接着剤6による接着手法の別の好ましい態様としては、角部5bは平面状又は曲面状の面取り部を有しており、当該面取り部に有機系接着剤6が塗布されている態様が挙げられる。ここで、面取り部は有機系接着剤6を安定的に保持する面として有効である。
更に、有機系接着剤6による接着手法の他の好ましい態様としては、角部5bは曲面状の凹所を有しており、当該凹所に有機系接着剤6が塗布されている態様が挙げられる。ここで、凹所は穿孔処理等で容易に作成できるほか、有機系接着剤6を安定的に保持する受部として有効である。
Next, a representative or preferred embodiment of the
1(a) and 1(b), a preferred embodiment of the bonding method using the
Another preferred embodiment of the bonding method using the
Furthermore, another preferred embodiment of the bonding method using the
また、光学素子1の製造方法の代表的態様としては、前述した光学素子1を製造するに際し、光学要素積層体5を構成するための各光学要素基材を予め決められた大きさで用意し、各光学要素基材を積層して光学要素積層基板を作製する作製工程と、作製工程にて作製された光学要素積層基板に対し、光学要素積層体5の大きさに対応する切断予定箇所のうち予め決められた箇所を穿孔する穿孔工程と、穿孔工程にて光学要素積層基板に穿孔された孔に有機系接着剤6を塗布する塗布工程と、塗布工程にて有機系接着剤6が塗布された光学要素積層基板を、光学要素積層体5となるように切断予定箇所に沿って切断する切断工程と、を備えたものが挙げられる。
A representative embodiment of the method for manufacturing the
ここで、作製工程は、各光学要素基材を積層するに当たって、位置を調整し仮止めするようにすればよい。また、穿孔工程は、レーザ加工機による切断でもよいし、マイクロドリル等の機械加工でもよい。この場合、光学要素積層体5の切断予定箇所のいずれかに穿孔するようにすればよい。更に、塗布工程については、穿孔工程で穿孔された孔に有機系接着剤6を塗布すればよい。孔に対する有機系接着剤6の塗布量は適宜選定して差し支えない。更にまた、切断工程についてはダイシング装置やレーザ切断装置等適宜選定して差し支えない。
また、光学素子1の製造方法の好ましい態様としては、穿孔工程は、光学要素積層基板に対し、切断予定箇所の交差部の全部若しくは一部を穿孔する態様が挙げられる。本例は、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面5aの角部5bを有機系接着剤6の接着領域とした光学素子1を製造する上で有効である。
Here, in the fabrication process, when stacking each optical element substrate, the positions may be adjusted and temporarily fixed. In addition, the drilling process may be cutting by a laser processing machine or mechanical processing such as a micro drill. In this case, holes may be drilled at any of the planned cutting locations of the
In addition, as a preferred embodiment of the method for manufacturing the
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態1
-光レセプタクルの全体構成-
図2(a)は実施の形態1に係る光伝送装置としての光レセプタクル20の基本構成を示す。
本例において、光レセプタクル20は、光ファイバ21を接続部品25を介して光アイソレータ10に接続したものであり、光アイソレータ10によって光ファイバ21からの光(本例ではレーザ光)を一方向だけ伝送し、反射して戻ってくる光成分が光ファイバ21側へ逆光するのを阻止するものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
First embodiment
- Overall configuration of optical receptacle -
FIG. 2A shows a basic configuration of an
In this example, the
<接続部品>
ここで、接続部品25は、金属製(例えばステンレス製)のフェルール26の貫通孔27内に外被で保護された光ファイバ21を挿入装着し、このフェルール26の貫通孔27の出口側には段付き孔部28を形成すると共に、この段付き孔部28にはセラミックス製(例えばジルコニア製)の円筒状の小径フェルールからなるキャピラリ29を嵌め込んで保持し、更に、キャピラリ29の一端部をフェルール26の段付き孔部28から突出するように露呈させ、かつ、キャピラリ29の貫通孔30内には光ファイバ21の外被が取り除かれた光ファイバ素線部22を挿入保持するようにしたものである。尚、キャピラリ29の露呈部端面は光ファイバ素線部22の光軸方向に直交する面になっている。
<光アイソレータ>
光アイソレータ10は、図2(a)に示すように、光学素子1の周囲には円環状の磁石110(本例では永久磁石)を配置するようにしたものである。
<Connection parts>
Here, the
<Optical isolator>
As shown in FIG. 2A, the
-光学素子の構成例-
図2(b)は本実施の形態で用いられる光学素子1の一例を示す。
同図において、光学素子1は、偏光依存型光アイソレータ10で使用されるものであって、矩形状のファラデー回転子2と、ファラデー回転子2の光軸方向両側に配置される二枚の矩形状の偏光子40(具体的には40a,40b)とを含む光学要素からなっており、本例では、各光学要素が積層されて略直方体状の光学要素積層体5として構成されている。
本例において、ファラデー回転子2は例えば磁気光学結晶膜である磁性ガーネット結晶膜からなり、また、二枚の偏光子40(40a,40b)は本例では偏光ガラス板からなり、偏光方向が相互に予め決められた角度、例えば45°傾斜するように配置されている。そして、二枚の偏光子40(40a,40b)はファラデー回転子2を挟み込んだ状態で有機系接着剤6を介して積層されている。そして、光学素子1の周囲に配置された永久磁石110によりファラデー回転子2には磁場が作用し、ファラデー回転子2を通過する光を偏光させるようになっている。
このため、ファラデー回転子2の偏光面が回転するので、偏光子40a、ファラデー回転子2、偏光子40bを通過する順方向の光は通過するが、逆方向の戻り光は遮断されるという挙動を示す。
また、図3に示すように、偏光子40及びファラデー回転子2の各表面には、光学素子1を通過する光の反射損失を抑制する上で、反射防止膜50を施してもよい。反射防止膜50は、後述するように、偏光子40とファラデー回転子2の光路面に光学用接着剤を使用しないので、対接着剤用の反射防止膜と対空気用の反射防止膜とを別々に設ける必要がなく、対空気用の反射防止膜に統一することにより、光学素子1の生産性の向上も期待される。
-Examples of optical element configurations-
FIG. 2B shows an example of the
In the figure, the
In this example, the
Therefore, the polarization plane of the
3, an
本実施の形態において、光学要素積層体5は、偏光子40(40a,40b)、ファラデー回転子2の光路面ではなく、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面5aを有機系接着剤6により接着して固定されている。このため、偏光子40、ファラデー回転子2の光路面に有機系光学用接着剤が存在しないことにより、高パワーの半導体レーザ等に用いても、有機系光学用接着剤が変質したり気泡を生ずることがなく、光学特性を維持することが可能となる。
ここで、有機系接着剤6による接着手法の具体例について説明する。
本例において、光学要素積層体5に対する有機系接着剤6の接着箇所は、光学要素積層体5の角部5bが選定されており、この角部5bには光軸方向に沿って1/4円弧状の凹所60が形成され、この凹所60に有機系接着剤6が塗布される。この凹所60は複数の角部5bに設けることが好ましく、本例では、強度の点から4箇所全ての角部5bに設けられている。
In this embodiment, the
Here, a specific example of a bonding method using the
In this example, the
また、凹所60の形状は、後述する光学素子1の製造方法に依存するもので、穿孔工程で開設された貫通孔の1/4円弧部を利用したものである。この点の詳細については後述する。
更に、本例では、凹所60に有機系接着剤6による接着層6aが形成され、隣接する偏光子40、ファラデー回転子2を夫々固定している。そして、本例の接着層6aは、図3(a)に示すように、有機系接着剤6の塗布量等により、凹所60の形状に沿う層状に形成されている。ここで、凹所60の形状に沿う層状にする時の接着層6aの厚みは、接着強度を有していれば特に限定はない。3μm以上が好ましく、10μm~30μmがより好ましい。偏光子40、ファラデー回転子2間の接着強度は、最終的に光アイソレータ10を製造する時に光学素子1と磁石11とを接着剤で固定するため、光アイソレータ10製造時に光学要素積層体5の剥離等が起きない程度の接着強度があればよく、接着層6aは凹所60の形状に沿う層状であっても十分である。
尚、有機系接着剤6による接着層6aの形状については、前述した層状に限られるものではなく、凹所60に塗布された有機系接着剤6で光学要素積層体5の角部5bの空所部分を埋め、図3(a)に示す正面形状が矩形形状になるようにしたものであってもよい。但し、接着層6aを凹所60の形状に沿う層状にするか、凹所60を埋めて光学要素積層体5と接着層6aとを含めて図3(a)に示す正面形状が矩形形状になるようにするかは、特に限定は無い。
The shape of the
Furthermore, in this example, an
The shape of the
また、有機系接着剤6は、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面5aに使用され、光路面には使用されない。このため、有機系接着剤6は、光学用の透明な接着剤である必要はなく、偏光子40やファラデー回転子2が発熱する熱を迅速に磁石11やホルダ等に拡散することが重要となり、熱伝導率が高い熱伝導性樹脂系接着剤が好ましい。
一般に、光学用の接着剤は、有機樹脂系接着剤で透明でありかつ耐熱性を有する必要がある。例えばエポキシ系接着剤は透明で耐熱性300℃を有する接着剤として使用できるが、これ以上の耐熱性を必要とする場合には使用できない。これに対し、熱伝導性樹脂系接着剤は、同様に有機樹脂系接着剤で、光路面に使用する必要はないので不透明でより熱伝導性を有するものを使用することが好ましく、熱伝導性フィラー、例えば金属フィラー等を含有し、熱伝導率は0.6W/mK以上であることが好ましい。
The
In general, adhesives for optical use must be organic resin adhesives that are transparent and heat resistant. For example, epoxy adhesives can be used as adhesives that are transparent and have a heat resistance of 300°C, but cannot be used when higher heat resistance is required. In contrast, thermally conductive resin adhesives are similarly organic resin adhesives, and since they do not need to be used on the optical path surface, it is preferable to use ones that are opaque and have higher thermal conductivity, and preferably contain thermally conductive fillers, such as metal fillers, and have a thermal conductivity of 0.6 W/mK or more.
-光学素子の製造方法-
次に、本実施の形態に係る光学素子の製造方法を図4に基づいて説明する。
図4(a)は光学要素積層体5を構成するための各光学要素基材70を予め決められた大きさで用意する工程である。本例では、光学要素基材70としては、2枚の偏光子基材71(具体的には71a,71b)と、1枚のファラデー回転子基材72とが用意される。ここで、ファラデー回転子基材72は回転角が45度になるように厚みを調整しておく。また、偏光子基材71は、偏光方向がある一辺に対して水平な偏光方向をもつものを第1の偏光子基材71aとし、これに対して45度の勾配をもった偏光方向をもつものを第2の偏光子基材71bとし、それぞれ用意することが好ましい。尚、偏光子基材71には、その両面の光路面に対空気用の反射防止膜(図示せず)を形成してもよい。例えば空気の屈折率1.0に合わせ、反射率が0.25%以下となるように反射防止膜を形成するようにすればよい。また、ファラデー回転子基材72にも、同様に両面の光路面に対空気用の反射防止膜(図示せず)を施すようにしてもよい。
更に、偏光子基材71、ファラデー回転子基材72の大きさは、特に限定はないが、次工程にてそれぞれを積層するため偏光子基材71とファラデー回転子基材72の大きさは同一が好ましい。例えば11mm×11mmの矩形状基材とすることができる。
尚、偏光子基材71単体での偏光消光比は、50dB以上の値が好ましい。偏光消光比を50dB以上にすることで、光アイソレータ10として組み立てた場合に要求されるアイソレーションを実現することが可能となる。
-Method of manufacturing optical elements-
Next, a method for manufacturing an optical element according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4(a) shows a process of preparing each
Furthermore, the sizes of the
The polarization extinction ratio of the
次に、図4(b)は各光学要素基材70を積層する積層工程である。
この積層工程は、第1の偏光子基材71a(71)、ファラデー回転子基材72、第2の偏光子基材71b(71)の順で積層し、位置を調整し仮止めし、光学要素積層基板73とする工程である。ここで、仮止めは、偏光子基材71、ファラデー回転子基材72の光学要素積層体5として用いない部分に行う。例えば、偏光子基材71、ファラデー回転子基材72の外形の角部の4箇所に少々の接着剤を用いて接着してもよい。この接着剤に後工程に支障がない接着剤であれば特に限定はなく、後述の接着工程で使用する熱伝導性樹脂系接着剤(有機系接着剤6に相当)でもよい。
尚、図4(a)(b)は光学要素積層基板73を作製する作製工程を示す。
図4(c)は穿孔工程である。この穿孔工程は、光学要素積層基板73に対し、光学要素積層体5の大きさに対応する切断予定箇所のうち予め決められた箇所を穿孔し、貫通孔74を形成する工程である。本例では、穿孔位置は、後工程のダイシング工程で所定の大きさに切断して光学要素積層体5の角部5b(図3(a)参照)になるように設定されている。穿孔処理は、隣接する光学要素積層体5の角部5bと共用で行うことが好ましい。隣接する光学要素積層体5の角部5bと共用で行うことで穿孔処理の作業を低減することが可能である。穿孔の大きさは、後工程のダイシング工程の切断幅を踏まえ、光学要素積層体5の角部5bに形成される凹所60に合わせて設定される。更に、角部5bの凹所60の形状は、光学素子1の大きさ(光学要素積層体5の大きさに相当)、および、使用されるレーザの光路の有効面積(クリア・アパーチャ(CA))により決定される。
Next, FIG. 4B shows a lamination step in which the
In this lamination step, the
4A and 4B show the steps of producing the optical element laminated
FIG. 4(c) shows a perforation process. This perforation process is a process of perforating a predetermined portion of the planned cutting portion corresponding to the size of the
図3に示すように、光学素子1の大きさに対しクリア・アパーチャ(CA)にかからない範囲で角部を凹形状に設定することができる。例えば、光学素子1の大きさが□0.5mm、クリア・アパーチャ(CA)がφ0.4mmの場合は、凹所60(具体的には60a~60d)の半径は50μm、クリア・アパーチャ(CA)がφ0.3mmの場合は、凹所60の半径は0.1mm、クリア・アパーチャ(CA)がφ0.25mmの場合は、凹所60の半径は0.125mmとなる。また、切断幅は、切断方法にもよるが、0.05mm~0.2mmである。このため、光学素子1の大きさが□0.5mm、クリア・アパーチャ(CA)がφ0.4mm、切断幅が0.1mmの場合、穿孔径は、約φ0.2mmとなり、凹所60(60a~60d)の半径は、50μm程度となる。
穿孔方法は、特に限定はない。任意の穿孔器具80を用いて差し支えない。レーザ加工機による切断でもよい。または、マイクロドリル等機械加工でもよい。
As shown in Fig. 3, the corners can be set to a concave shape within a range that does not overlap the clear aperture (CA) with respect to the size of the
There is no particular limitation on the method of drilling. Any
図4(d)は、穿孔工程にて光学要素積層基板73に穿孔された貫通孔74に有機系接着剤6を塗布する塗布工程である。前述したように接着層6aは、熱伝導率が高い熱伝導性樹脂系接着剤を用いることが好ましい。本例では、接着剤塗布器具90は、例えば貫通孔74の孔周面に沿って有機系接着剤6を層状に塗布可能なものが採用されており、有機系接着剤6が貫通孔74の形状に沿うように塗布されるが、貫通孔74を有機系接着剤6で全て充填するようにしてもよい。貫通孔74に対する有機系接着剤6の塗布状態を調整するには、有機系接着剤6の塗布量等を調整するようにすればよい。また、硬化作業が必要な場合、所定の方法にて有機系接着剤6を硬化させるようにすればよい。例えば、熱硬化接着剤では80℃に加熱して接着剤を硬化させる等である。
尚、接着剤塗布器具90としては、例えば武蔵エンジニアリング社製のオートディスペンサが用いられる。
4D shows a coating process in which the
As the
図4(e)はダイシング工程である。これは、塗布工程にて有機系接着剤6が塗布された光学要素積層基板73を、光学要素積層体5となるように切断予定箇所に沿って切断する切断工程である。これは、光学要素積層体5の角部5bが貫通孔74の一部となるように切断するものである。切断方法は特に限定はなく、任意の切断器具(図示せず)を用いて差し支えない。切断器具としては、ダイシング装置やレーザ切断装置等を使用することができる。
図4(f)は、前述したダイシング工程を経て得られる光学素子1(光学要素積層体5の角部5bを有機系接着剤6による接着層6aで接着した態様)を示す。
4(e) shows a dicing step. This is a cutting step in which the optical
FIG. 4(f) shows the optical element 1 (in which the
-光アイソレータの製造方法-
本例において、光アイソレータ10は、図5(a)(b)に示すように、円環状の磁石110(本例では永久磁石を使用)内に略直方体形状の光学素子1を搭載した円筒型光アイソレータであり、磁石110の中空部に面した内周面に光学素子1の光軸方向に沿う角部4箇所を接着剤100を介して接着固定したものである。
ここで、接着剤100としては熱伝導性接着剤を用いることが好ましく、光学素子1の偏光子40やファラデー回転子2で発生した熱を磁石110側に効率よく拡散することが可能である。また、接着剤100による磁石110への固定に伴って、光学素子1の偏光子40、ファラデー回転子2の接合が補強され、より接着強度が大きくなる。
また、本例では、光学素子1の光軸方向に沿う角部には1/4円弧状の凹所60が形成されており、当該凹所60の形状に沿って有機系接着剤6による接着層6aが形成されているため、光学素子1の各角部と円環状の磁石110の内周面とを接着剤100で接着固定するに当たり、光学素子1の各角部の接着面積を広く確保することができ、その分、磁石110に対する光学素子1の接着強度を増加させることが可能である。本例では、光学素子1の角部4箇所を全て接着固定するようにしているが、角部2箇所あるいは3箇所にしてもよい。
-Method of manufacturing optical isolator-
In this example, the
Here, it is preferable to use a thermally conductive adhesive as the adhesive 100, which can efficiently diffuse heat generated in the
In this example, a quarter-arc shaped
本実施の形態に係る光学素子の性能を評価する上で、比較の形態1に係る光学素子と対比する。
◎比較の形態1
図6(a)(b)は比較の形態1に係る光学素子1’の要部を示す。
同図において、光学素子1’は、実施の形態1と同様に、ファラデー回転子2と、ファラデー回転子2の光軸方向両側に配置される二枚の偏光子40(40a,40b)とを含み、これらの光学要素が積層されて略直方体形状の光学要素積層体5’として構成されている。このため、この光学素子1’が図示外の磁石による磁界中に置かれると、実施の形態1と同様に、ファラデー回転子2の偏光面が回転するので、偏光子40a、ファラデー回転子2、偏光子40bを通過する順方向の光は通過するが、逆方向の戻り光は遮断されるという挙動を示す。
しかしながら、光学要素積層体5’を構成する各光学要素は、偏光子40a(40)、ファラデー回転子2、偏光子40b(40)の順に積層され、偏光子40及びファラデー回転子2の光路面に光学用の接着剤6’を塗布し接着、固定されている。この光学用の接着剤6’は、偏光子40及びファラデー回転子2の光路面で接着するため、透明でかつ耐熱性が要求される。この種の光学用の接着剤6’としては、有機樹脂系の透明な接着剤、例えばエポキシ系接着剤が挙げられる。
また、偏光子40及びファラデー回転子2の各表面には、光学素子1’を通過する光の反射損失を抑制するために、反射防止膜50としてのARコート(anti-reflective coating)が施される。反射防止膜50は、光軸が通る偏光子40の外表面に対空気用の反射防止膜50aを備え、ファラデー回転子2と接着する面には、対接着剤用の反射防止膜50bを備えるのがよい。また、ファラデー回転子2の偏光子40と接着する面には対接着剤用の反射防止膜50bを備えるのがよい。
しかしながら、この種の光学素子1’を用いた光アイソレータに対して、高出力の半導体レーザ等に用いると、光学用の接着剤6’が局所的に熱せられ、接着剤6’が変質したり気泡を生ずることがあり、光学素子1’の光学特性を劣化させるという現象が見られる。
In evaluating the performance of the optical element according to this embodiment, it is compared with the optical element according to Comparative Example 1.
6(a) and (b) show a main part of an optical element 1' according to a first comparative example.
In the figure, the optical element 1' includes a
However, the optical elements constituting the optical element laminate 5' are laminated in the order of
Moreover, in order to suppress reflection loss of light passing through the optical element 1', an AR coat (anti-reflective coating) is applied to each surface of the
However, when an optical isolator using this type of optical element 1' is used with a high-output semiconductor laser or the like, the optical adhesive 6' may be locally heated, causing the adhesive 6' to change in quality or produce air bubbles, resulting in a deterioration of the optical characteristics of the optical element 1'.
実施の形態1に係る光学素子1については、前述したものに限定されるものではなく、例えば以下に示す変形の形態1-1~1-3のように変更して使用しても差し支えない。
◎変形の形態1-1
実施の形態1では、図3(a)に示すように、光学要素積層体5の角部5bには断面円弧状の凹所60が形成され、当該凹所60が有機系接着剤6の接着箇所になっているが、例えば図7(a)に示すように、光学要素積層体5の角部5bに平面状の面取り部65を形成し、当該面取り部65を有機系接着剤6の接着箇所にしてもよいことは勿論である。尚、図7(a)中に仮想線で示すように、曲面状の面取り部66を用いてもよいことは勿論である。
このような面取り部65,66については、穿孔工程において、非円形状(矩形状又は変形矩形状)の貫通孔を、例えばレーザ加工機により加工位置を制御することで容易に開設することが可能である。
The
◎Transformation form 1-1
In the first embodiment, as shown in Fig. 3(a), a
Regarding such
◎変形の形態1-2
図7(b)は実施の形態1に係る光学素子1を更に補強したものである。
同図において、光学素子1は、光学要素積層体5の光軸方向に沿う少なくとも一側面に補強板150を設置するようにしたものである。この補強板150の材質は、光学素子1の特性に支障がなければ特に限定されないが、偏光子40やファラデー回転子2と同様な切断条件で切断可能な材質のものを使用すれば、例えば光学要素積層基板73を製作する際に補強板150となる基材を付加するだけで、この種の光学素子1を得ることが可能である。
また、このような補強板150を備えた光学素子1にあっては、光学素子1の大きさが0.3mm×0.3mm等より小さい態様であっても、光学要素間の接合状態を補強することが可能である。
◎Transformation form 1-2
FIG. 7B shows the
In the figure, the
Furthermore, in the
◎変形の形態1-3
本実施の形態では、光学素子1は二枚の偏光子40(40a,40b)間に一枚のファラデー回転子2を介在させる態様が採用されているが、これに限定されるものではなく、例えば図7(c)に示すように、第1の偏光子40a(40)、第1のファラデー回転子2a(2)、放熱用基板160、第2のファラデー回転子2b(2)、第2の偏光子40b(40)のように、五枚の光学要素を積層した光学要素積層体5としたものでもよい。この場合には、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面を有機系接着剤6による接着層6aで固定するようにすればよい。
◎Transformation form 1-3
In this embodiment, the
◎実施の形態2
図8(a)(b)は実施の形態2に係る光アイソレータの要部を示す。
同図において、光アイソレータ10は、板状の磁石120(本例では永久磁石)に光学素子1を搭載した表面実装型光アイソレータを示す。
本例において、光学素子1は、実施の形態1と略同様な構成要素を備えているが、実施の形態1と異なる断面形状を有している。
本例では、光学素子1の製造方法が実施の形態1と異なる箇所がある。具体的には、光学素子1の製造工程のうち、有機系接着剤6の塗布工程において、穿孔処理で開設された光学要素積層基板73(図4参照)の貫通孔74を有機系接着剤6で全て充填するようにし、この状態で、ダイシング工程による穿孔処理を実施するようにしたものである。
この結果、本実施の形態では、光学要素積層体5と凹所60を埋めた有機系接着剤6による接着層6a(本例では凹所60上に盛られた断面扇状の接着剤充填部に相当)とを含め、図8(a)に示すように、光学素子1の形状が正面側から見て矩形形状になるように構成されている。
そして、本例では、光学素子1の光軸方向に沿う一側面に接着剤100が塗布され、板状の磁石120上に接着固定されている。特に、本例では、光学素子1の角部には、光学要素積層体5の各角部5bの凹所60には各光学要素を接合するために有機系接着剤6による接着層6aが設けられているが、当該接着層6aが光学素子1の角部を実質的に構成して光学素子1の断面形状が矩形状になっていることから、実施の形態1に示す光学素子1を使用する場合に比べて、実施の形態2に係る光学素子1と板状の磁石120との間の接着面積を広く確保することができ、その分、接着強度を増加させることができる。
8(a) and (b) show a main part of an optical isolator according to the second embodiment.
In the figure, an
In this example, the
In this example, there are some differences in the manufacturing method of the
As a result, in this embodiment, the
In this example, adhesive 100 is applied to one side surface along the optical axis direction of
◎実施の形態3
図9は実施の形態3に係る光伝送装置としての光レセプタクル20の要部を示す。
同図において、光レセプタクル20の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、実施の形態1と異なり、キャピラリ29の露呈部端面は光ファイバ素線部22の光軸方向に直交する面に対して予め決められた角度θ(例えば0<θ≦8°)だけ傾斜した傾斜面31を有しており、光学素子1は、入射側に位置する偏光子40aが接続部品25の傾斜面31に図示外の接着剤を用いて直接的に貼り付けられている。尚、実施の形態1と同様な構成要素については、同様な符号を付してその詳細な説明を省略する。
本例においては、光学素子1は、光進行方向に対してθだけ傾斜して配置されることから、傾斜しない場合に比べて、アイソレーション機能を確保しつつ反射戻り光の影響を抑えることが可能になる。
更に、本例では、光学素子1は、円環状の磁石110に直接的に固着されないので、光学素子1を製造する上で、磁石110の大きさ等の影響を受けずに、光学素子1の小型化を追求することが可能である。
尚、本例では、光学素子1は接続部品25に設置されているが、これに限られるものではなく、他部品との接続のためのホルダ(図示せず)を設置し、光学素子1、磁石110を夫々のホルダに設置するようにしてもよい。
Third embodiment
FIG. 9 shows a main part of an
In the figure, the basic configuration of
In this example, the
Furthermore, in this example, the
In this example, the
◎実施の形態4
図10(a)は実施の形態4に係る光アイソレータの要部を示す。
同図において、光アイソレータ10は、実施の形態1~3に示す偏光依存型光アイソレータと異なり、偏光無依存型光アイソレータである。
偏光無依存型光アイソレータは、エルビウムドープファイバアンプ(EDFA)のような増幅器に使われる他に、半導体光増幅器用に求められることがある。この場合は、コスト的に一層安価なものが求められると同時に、実装密度の高い製品が必要となる。このような用途に有用な光アイソレータ10は、例えば以下のような光学素子1と、この周囲に配置される円環状の磁石110(本例では永久磁石)とを備えている。尚、光学素子1は実施の形態1のように、磁石110に設置されていてもよいし、あるいは、実施の形態3に示すように、磁石110以外の部材(例えば接続部品25)に設置するようにしてもよい。
本例において、光学素子1は、偏波無依存型光アイソレータに使用されるものであって、ファラデー回転子2と、このファラデー回転子2の光軸方向両側に配置される二つの複屈折結晶板130(130a,130b)と、ファラデー回転子2と出射側の複屈折結晶板130bとの間に配置される波長板140とを積層し、光学要素積層体5として構成したものである。
ここで、複屈折結晶板130(130a,130b)は例えばルチル(TiO2)結晶やYVO4結晶で構成され、ファラデー回転子2は実施の形態1と同様に、磁気光学結晶膜(例えば磁性ガーネット結晶膜)で構成される。
更に、入射光と出射光の偏光方向を調整するために、出射側の複屈折結晶板130bとファラデー回転子2の間に一枚の波長板140として1/2波長板が設置されている。尚、この波長板140の設置箇所については出射側の複屈折結晶板130bの手前であればよく、本例では、入射側の複屈折結晶板130a、ファラデー回転子2、波長板140及び出射側の複屈折結晶板130bの順に配置されているが、これに限られない。
そして、本例では、ファラデー回転子2、複屈折結晶板130(130a,130b)及び波長板140の各接合面には必要に応じて反射防止膜が形成されている。
そして、本例では、光学要素積層体5の光軸方向に沿う側面の例えば角部には有機系接着剤6による接着層6aが設けられ、光学要素積層体5の隣接する光学要素が接合されている。
Fourth embodiment
FIG. 10A shows a main part of an optical isolator according to the fourth embodiment.
In the figure, an
Polarization-independent optical isolators are sometimes used for semiconductor optical amplifiers, in addition to being used in amplifiers such as erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs). In this case, a cheaper product is required, and at the same time, a product with a high packaging density is also required. An
In this example, the
Here, the birefringent crystal plate 130 (130a, 130b) is made of, for example, rutile (TiO2) crystal or YVO4 crystal, and the
Furthermore, in order to adjust the polarization directions of the incident light and the outgoing light, a half-wave plate is provided as a
In this embodiment, anti-reflection films are formed on the respective bonding surfaces of the
In this example,
本例において、光入射側に位置する複屈折結晶板130aに入射した光は偏光面が90度異なる常光線と異常光線とに分かれ、これらの偏光は、ファラデー回転子2で45度、波長板(本例では1/2波長板)140で45度、合わせて90度回転させられ、常光線は異常光線に、異常光線は常光線へと逆になって後段の複屈折結晶板130bに入射し、合波されて低損失で出射される。
一方、逆方向からの光については、順方向と同じく、光は、複屈折結晶板130bを通過するときに常光線と異常光線とに分かれて波長板140とファラデー回転子2とを通過する。しかし、順方向の場合とは異なり、偏光面は元の状態のままであるため、後段に位置する複屈折結晶板130aで合波されることなく進み、光ファイバ側に再入射される懸念はない。
尚、本実施の形態において、図10(b)に示すように、光学素子1について、光進行方向に対してθ(例えば0<θ≦8°)だけ傾斜して配置するようにすれば、傾斜しない場合に比べて、アイソレーション機能を確保しつつ反射戻り光の影響を抑えることが可能になる。
In this example, the light incident on the
On the other hand, as with the forward direction, the light from the reverse direction is split into an ordinary ray and an extraordinary ray when it passes through the
In this embodiment, as shown in FIG. 10(b), if the
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
〔実施例1〕
実施例1は、実施の形態1に示す偏光依存型光アイソレータ(図3参照)を具現化したものである。
本例において、偏光子基材は、コーニング社製の大きさ11mm×11mm、厚み0.2mmで、一般に流通しているサイズとした。偏光方向は、ある一辺に対して水平な偏光方向をもつものを第1の偏光子基材とし、これに対して45度の勾配をもった偏光方向をもつものを第2の偏光子基材として使用した。
また、偏光子基材の両面に、空気の屈折率1.0に合わせた対空気用の反射防止膜を形成し、反射率は0.25%以下となるように調整した状態のものとした。偏光子基材単体での偏光消光比は、50dB以上の値を保持していることを確認した。
更に、ファラデー回転子基材はグラノプト社製を用いた。すなわち、波長1480nm、25℃において45度のファラデー回転角が得られる厚さ400μmの大面積ファラデー回転子を用い、その両面には、対空気用の反射防止膜を施した。
Examples of the present invention will now be described in detail.
Example 1
Example 1 is a tangential realization of the polarization-dependent optical isolator (see FIG. 3) shown in the first embodiment.
In this example, the polarizer substrate was a Corning polarizer having a size of 11 mm x 11 mm and a thickness of 0.2 mm, which is a commonly available size. The first polarizer substrate had a polarization direction horizontal to one side, and the second polarizer substrate had a polarization direction at an angle of 45 degrees to the first polarizer substrate.
In addition, an anti-reflection film for air, which has a refractive index of 1.0, was formed on both sides of the polarizer substrate, and the reflectance was adjusted to 0.25% or less. It was confirmed that the polarization extinction ratio of the polarizer substrate alone was 50 dB or more.
Furthermore, the Faraday rotator substrate used was manufactured by Granopt Co., Ltd. That is, a large-area Faraday rotator with a thickness of 400 μm capable of obtaining a Faraday rotation angle of 45 degrees at a wavelength of 1480 nm and 25° C. was used, and both sides of the rotator were coated with anti-reflection films for air.
前述した偏光子基材及びファラデー回転子基材は、面積11mm×11mmのサイズに合わせて、図4に示した工程に従って、位置調整し、偏光子基材、ファラデー回転子基材の外形の角部の4箇所に少々の接着剤を用いて仮固定し光学要素積層基板を作製した。しかる後、加工用レーザ(波長1064nm、ビーム径50ミクロン)により、光学要素積層基板の所定の部位に所定の穿孔処理を施して貫通孔を形成し、貫通孔に熱伝導性樹脂接着剤を武蔵エンジニアリング社製のオートディスペンサにより塗布した。熱伝導性樹脂接着剤は、エポキシ系樹脂で熱伝導性フィラーを含有し、熱伝導率が0.9W/mKの接着剤を使用した。その後、80℃で硬化させた後に、ダイシング装置によって正面寸法が0.5mm×0.5mmサイズに切り出しを行い、光アイソレータ用の光学素子を作製した。この際に行った接着剤の塗布は、50ミクロン・セラミックチップを先端とするノズルを使用して、微細な塗布を行った。
The polarizer substrate and the Faraday rotator substrate were adjusted to the size of 11 mm x 11 mm according to the process shown in Figure 4, and the polarizer substrate and the Faraday rotator substrate were temporarily fixed at four corners of the outer shape using a small amount of adhesive to prepare an optical element laminate substrate. After that, a predetermined portion of the optical element laminate substrate was perforated using a processing laser (wavelength 1064 nm,
次に、上記で作製した光学素子を使用して、図3に示すように円筒型光アイソレータを作製した。先ず、上記で作製した光学素子のファラデー回転子が飽和磁界になる外径がφ1.5mm、内径がφ0.9mm、長さ1.1mmの円筒型磁石を用意した。この磁石の中心付近に上記で作製した光学素子を熱伝導性樹脂系接着剤にて接着した。
接着剤は、エポキシ系樹脂で熱伝導性フィラーを含有し、熱伝導率が0.9W/mKの接着剤を使用した。また、接着剤は、図4に示すように、光学素子の4箇所の角部の凹所を中心に接着した。その後、80℃に加熱して接着剤を硬化させて磁石に固定し、円筒型光アイソレータを作製した。
Next, a cylindrical optical isolator was fabricated using the optical element fabricated above, as shown in Fig. 3. First, a cylindrical magnet with an outer diameter of φ1.5 mm, an inner diameter of φ0.9 mm, and a length of 1.1 mm was prepared, so that the Faraday rotator of the optical element fabricated above would be in a saturated magnetic field. The optical element fabricated above was attached near the center of this magnet with a thermally conductive resin adhesive.
The adhesive used was an epoxy resin containing a thermally conductive filler with a thermal conductivity of 0.9 W/mK. The adhesive was applied to the four recessed corners of the optical element as shown in Figure 4. The optical element was then heated to 80°C to harden the adhesive and fixed to the magnet, completing the cylindrical optical isolator.
次に、上記で作製した円筒型光アイソレータについて光学評価(入力光は偏向光である)を行った。
ここで、レーザの径(ビーム径)は、φ0.2mmとした。レーザの出力は、実施例1-1が300mW、実施例1-2が500mW、実施例1-3が700mWとした。その時の光学面の観察を行った。その結果を表1に示す。
Next, the cylindrical optical isolator fabricated as described above was optically evaluated (input light was polarized light).
Here, the diameter of the laser (beam diameter) was φ0.2 mm. The laser output was 300 mW in Example 1-1, 500 mW in Example 1-2, and 700 mW in Example 1-3. The optical surfaces were observed at that time. The results are shown in Table 1.
〔実施例2〕
実施例2は、実施の形態2に係る光アイソレータ(図8参照)を具現化したものである。
実施例2では、光学要素積層基板の貫通孔に熱伝導性樹脂接着剤をオートディスペンサにより塗布する時、接着剤を貫通孔の全てに充填した。それ以外は、実施例1と同様にて光アイソレータ用の光学素子を作製した。また、作製した光学素子を使用して、図8に示すように表面実装型光アイソレータを作製した。まず、上記で作製した光学素子のファラデー回転子が飽和磁界になる大きさが1.3mm×1.8mm、厚さ1.0mmの平板状の磁石を用意した。この磁石の中心付近に実施例2で作製した光学素子を熱伝導性樹脂接着剤にて接着した。接着剤は、エポキシ系樹脂で熱伝導性フィラーを含有し、熱伝導率が0.9W/mKの接着剤を使用した。また、接着剤は、図8に示すように、光学素子の角部の凹所を含む一辺(一面)に接着した。その後、80℃に加熱して接着剤を硬化させて磁石に固定し、表面実装型光アイソレータを作製した。
次に、実施例2で作製した表面実装型光アイソレータについて光学評価を行った。
ここで、レーザの径(ビーム径)は、φ0.2mmとした。レーザの出力は、実施例2-1が300mW、実施例2-2が500mW、実施例2-3が700mWとした。その時の光学面の観察を行った。その結果を表1に示す。
Example 2
Example 2 is a concrete embodiment of the optical isolator according to the second embodiment (see FIG. 8).
In Example 2, when the thermally conductive resin adhesive was applied to the through holes of the optical element laminated substrate by an automatic dispenser, the adhesive was filled into all of the through holes. Except for this, an optical element for an optical isolator was manufactured in the same manner as in Example 1. In addition, a surface-mounted optical isolator was manufactured using the manufactured optical element as shown in FIG. 8. First, a flat magnet with a size of 1.3 mm×1.8 mm and a thickness of 1.0 mm was prepared so that the Faraday rotator of the optical element manufactured above would be saturated in magnetic field. The optical element manufactured in Example 2 was bonded near the center of this magnet with a thermally conductive resin adhesive. The adhesive used was an epoxy resin containing a thermally conductive filler and having a thermal conductivity of 0.9 W/mK. In addition, the adhesive was bonded to one side (one surface) of the optical element including the recess at the corner as shown in FIG. 8. Thereafter, the adhesive was heated to 80° C. to harden the adhesive and fix it to the magnet, thereby manufacturing a surface-mounted optical isolator.
Next, the surface mount type optical isolator produced in Example 2 was subjected to optical evaluation.
Here, the diameter of the laser (beam diameter) was φ0.2 mm. The laser output was 300 mW in Example 2-1, 500 mW in Example 2-2, and 700 mW in Example 2-3. The optical surfaces were observed at that time. The results are shown in Table 1.
〔実施例3〕
実施例3は、実施の形態4に係る光アイソレータ(図10(b)参照)を具現化したものである。
実施例3では、光学素子は、偏光子に替えて、ファラデー回転子の光入射側に無偏光状態の光が複数の偏光に分かれる第1の複屈折結晶板とファラデー回転子の光出射側に第2の複屈折結晶板とし、更に、第2の複屈折結晶板とファラデー回転子との間に波長板を介在させた構造とした。この光学素子を製造するに当たって、夫々必要な光学要素基材を積層した光学要素積層基板については、大きさを11mm×11mm、厚さを0.2mmとした。その他は、実施例1と略同様とし、偏波無依存型光アイソレータ用の光学素子を作製した。
また、実施例3で作製した光学素子を使用して実施例1と略同様に、円筒型光アイソレータを作製した。
また、実施例1と同様に、光学評価を行った。レーザの出力は、実施例3-1が500mWとした。
Example 3
Example 3 is a concrete embodiment of the optical isolator according to the fourth embodiment (see FIG. 10B).
In the third embodiment, the optical element is structured such that instead of a polarizer, a first birefringent crystal plate that splits unpolarized light into multiple polarized lights on the light input side of the Faraday rotator and a second birefringent crystal plate on the light output side of the Faraday rotator are used, and a wave plate is interposed between the second birefringent crystal plate and the Faraday rotator. In manufacturing this optical element, the optical element laminate substrate in which the necessary optical element base materials are laminated has a size of 11 mm x 11 mm and a thickness of 0.2 mm. The rest is substantially the same as in the first embodiment, and an optical element for a polarization-independent optical isolator is manufactured.
Moreover, a cylindrical optical isolator was fabricated in substantially the same manner as in Example 1 using the optical element fabricated in Example 3.
Moreover, optical evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The laser output was set to 500 mW in Example 3-1.
〔比較例1〕
比較例1は、比較の形態1に係る光アイソレータ(図6参照)を具現化したものである。
比較例1では、実施例1と同様に、二枚の偏光子基材、ファラデー回転子基材を用意し、偏光子基材の外側の面には、対空気用の反射防止膜を、接着剤面側には、対接着剤用の反射防止膜、ファラデー回転子基材の両面には、対接着剤用の反射防止膜をそれぞれ形成した。第1の偏光子基材、ファラデー回転子基材、第2の偏光子基材の順に、それらの光路面を光学系接着剤で接着し、光学要素積層基板を作製した。接着剤は、エポキシ系接着剤で透明で耐熱性300℃を有する接着剤を使用した。その後、80℃で硬化させた後に、ダイシング装置によって、光学要素積層基板を正面寸法が0.5mm×0.5mmサイズに切り出しを行い、光アイソレータ用の光学素子を作製した。
次に、上記で作製した光学素子を使用して、実施例1と同様に、円筒型光アイソレータを作製した。そして、比較例1で作製した表面実装型光アイソレータについても、実施例1と同様に光学評価を行った。レーザの出力は、比較例1-1が300mW、比較例1-2が500mW、比較例1-3が700mWとした。その時の光学面の観察を行った。その結果を表1に示す。
Comparative Example 1
Comparative Example 1 is an embodiment of the optical isolator according to Comparative Example 1 (see FIG. 6).
In Comparative Example 1, similarly to Example 1, two polarizer substrates and a Faraday rotator substrate were prepared, and an anti-reflection film for air was formed on the outer surface of the polarizer substrate, an anti-reflection film for adhesive was formed on the adhesive surface side, and an anti-reflection film for adhesive was formed on both sides of the Faraday rotator substrate. The first polarizer substrate, the Faraday rotator substrate, and the second polarizer substrate were bonded in this order at their optical path surfaces with an optical system adhesive to prepare an optical element laminate substrate. The adhesive used was an epoxy adhesive that was transparent and had a heat resistance of 300°C. After that, it was cured at 80°C, and then the optical element laminate substrate was cut into a size with a front dimension of 0.5 mm x 0.5 mm by a dicing device to prepare an optical element for an optical isolator.
Next, a cylindrical optical isolator was fabricated in the same manner as in Example 1 using the optical element fabricated above. Then, the surface mount optical isolator fabricated in Comparative Example 1 was subjected to optical evaluation in the same manner as in Example 1. The laser output was 300 mW in Comparative Example 1-1, 500 mW in Comparative Example 1-2, and 700 mW in Comparative Example 1-3. The optical surface was observed at that time. The results are shown in Table 1.
以下に表1の結果について説明する。
実施例1-1、1-2、1-3において、光学面の外観上の変化はなく良好であった。レーザの出力が700mWにおいても変化は生じていない。
また、実施例2-1、2-2、2-3において、光学面の外観上の変化はなく良好であった。レーザの出力が700mWにおいても変化は生じていない。
このように、表面実装型光アイソレータでも、実施例1と同様に、700mWでも外観上の変化は生じていない。
更に、実施例3-1において、光学面の外観上の変化はなく良好であった。
これに対し、比較例1-1、1-2、1-3によれば、500mW以上で光学面に欠陥が生じていた。実施例1による光アイソレータでは700mWでも外観上の変化は生じていない。これは、光学素子の光路面に発熱を受ける接着剤層がないために、偏光子、あるいは、ファラデー回転子の耐熱温度の限界まで利用できることを示している。また、光学素子表面で発生した熱が、直ちに光学素子の角部4箇所に設置された熱伝導エリアに逃げることができるため、長時間レーザを照射された場合であっても、熱の放散性がよく、発熱点での絶対温度が低下する効果も合わせて発現しているものと推測される。
The results in Table 1 will be explained below.
In Examples 1-1, 1-2, and 1-3, there was no change in the appearance of the optical surface, which was good. There was no change even when the laser output was 700 mW.
In addition, in Examples 2-1, 2-2, and 2-3, there was no change in the appearance of the optical surface, which was good. No change occurred even when the laser output was 700 mW.
Thus, in the surface mount type optical isolator, similarly to the first embodiment, no change in appearance occurs even at 700 mW.
Furthermore, in Example 3-1, there was no change in the appearance of the optical surface, which was good.
In contrast, in Comparative Examples 1-1, 1-2, and 1-3, defects occurred on the optical surface at 500 mW or more. In the optical isolator according to Example 1, no change in appearance occurred even at 700 mW. This indicates that since there is no adhesive layer that receives heat on the optical path surface of the optical element, the polarizer or Faraday rotator can be used up to the limit of its heat resistance temperature. In addition, since the heat generated on the surface of the optical element can immediately escape to the heat conduction areas installed at the four corners of the optical element, it is assumed that the heat dissipation is good even when the laser is irradiated for a long time, and the effect of lowering the absolute temperature at the heat generation point is also manifested.
本発明の光アイソレータに使用される光学素子は、有機系接着剤を使用する積層型光アイソレータでありながら、光路面の接着剤を除去し、発熱により接着剤が変質したり、発泡したりすることにより光学特性が劣化することを防止することが可能である。このため、本発明の光学素子を用いた光アイソレータは、高パワーの半導体レーザ等に用いることが可能で、耐熱性を有し、小型化可能で、かつ、低コストで提供することができる。 The optical element used in the optical isolator of the present invention is a laminated optical isolator that uses an organic adhesive, but it is possible to remove the adhesive from the optical path surface and prevent deterioration of optical characteristics due to the adhesive changing or foaming caused by heat generation. Therefore, an optical isolator using the optical element of the present invention can be used for high-power semiconductor lasers, etc., is heat resistant, can be miniaturized, and can be provided at low cost.
1 光学素子
2 ファラデー回転子
3(3a,3b) 偏光案内要素
5 光学要素積層体
5a 側面
5b 角部
5’ 光学要素積層
6 有機系接着剤
6’ 光学用接着剤
6a 接着層
10 光アイソレータ
11 磁石
12 光伝送装置
13 光学部品
Bm 光
20 光レセプタクル
21 光ファイバ
22 光ファイバ素線部
25 接続部品
26 フェルール
27 貫通孔
28 段付き孔部
29 キャピラリ
30 貫通孔
31 傾斜面
40(40a,40b) 偏光子
50(50a,50b) 反射防止膜
60(60a~60d) 凹所
65 面取り部
66 面取り部
70 光学要素基材
71(71a,71b) 偏光子基材
72 ファラデー回転子基材
73 光学要素積層基板
74 貫通孔
80 穿孔器具
90 接着剤塗布器具
100 接着剤
110 磁石
120 磁石
130(130a,130b) 複屈折結晶板
140 波長板
150 補強板
160 放熱用基板
LIST OF
Claims (7)
磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、
これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面の角部の少なくとも複数箇所に平面状又は曲面状の面取り部を形成し、前記面取り部に有機系接着剤を塗布することで隣接する各光学要素を接合することを特徴とする光学素子。 An optical element for use in an optical isolator,
The optical element includes at least a Faraday rotator that rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements that are arranged on both sides of the optical axis direction of the Faraday rotator to polarize and guide light, and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in a forward direction and block light from passing in a reverse direction;
An optical element characterized in that these optical elements are stacked in the optical axis direction to form an optical element stack , flat or curved chamfered portions are formed at least in multiple locations on the corners of the side surfaces along the optical axis direction of the optical element stack, and adjacent optical elements are bonded by applying an organic adhesive to the chamfered portions .
磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、
これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面の角部の少なくとも複数箇所に曲面状の凹所を形成し、前記凹所に有機系接着剤を塗布することで隣接する各光学要素を接合することを特徴とする光学素子。 An optical element for use in an optical isolator,
The optical element includes at least a Faraday rotator that rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements that are arranged on both sides of the optical axis direction of the Faraday rotator to polarize and guide light, and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in a forward direction and block light from passing in a reverse direction;
An optical element characterized in that these optical elements are stacked in the optical axis direction to form an optical element stack , curved recesses are formed in at least a few corners of the side surfaces along the optical axis direction of the optical element stack, and adjacent optical elements are bonded by applying an organic adhesive to the recesses .
前記偏光案内要素は、偏光方向が予め決められた角度分だけ相互に異なる二枚の偏光子を含み、偏光依存型光アイソレータとして用いられる光学素子。 3. The optical element according to claim 1 ,
The polarization guiding element includes two polarizers whose polarization directions differ from each other by a predetermined angle, and is an optical element used as a polarization-dependent optical isolator.
前記偏光案内要素は、光の順方向入射側及び光の順方向出射側に複屈折結晶を含み、偏光無依存型光アイソレータとして用いられる光学素子。 3. The optical element according to claim 1 ,
The polarization guide element includes birefringent crystals on the forward light input side and the forward light output side, and is used as a polarization-independent optical isolator.
磁界を作用させることで光の偏光方向を予め決められた角度だけ回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光軸方向両側に配置されて光を偏光案内し、前記ファラデー回転子と協働して光の順方向への通過を許容し、光の逆方向への通過を阻止する偏光案内要素と、が少なくとも含まれる光学要素を有し、これらの光学要素を光軸方向に積層して光学要素積層体を構成し、隣接する各光学要素を接合するように前記光学要素積層体の光軸方向に沿う側面を有機系接着剤で接着する光学素子を製造するに際し、
前記光学要素積層体を構成するための各光学要素基材を予め決められた大きさで用意し、各光学要素基材を積層して光学要素積層基板を作製する作製工程と、
前記作製工程にて作製された前記光学要素積層基板に対し、前記光学要素積層体の大きさに対応する切断予定箇所の交差部の少なくとも複数箇所を穿孔する穿孔工程と、
前記穿孔工程にて前記光学要素積層基板に穿孔された孔に前記有機系接着剤を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程にて前記有機系接着剤が塗布された前記光学要素積層基板を、前記光学要素積層体となるように前記切断予定箇所に沿って切断する切断工程と、
を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。 An optical element for use in an optical isolator,
In manufacturing an optical element having optical elements including at least a Faraday rotator which rotates the polarization direction of light by a predetermined angle by applying a magnetic field, and polarization guide elements which are arranged on both sides of the Faraday rotator in the optical axis direction to polarize and guide light and cooperate with the Faraday rotator to allow light to pass in the forward direction and block light from passing in the reverse direction, these optical elements are stacked in the optical axis direction to form an optical element stack, and side surfaces of the optical element stack along the optical axis direction are bonded with an organic adhesive so as to join adjacent optical elements,
a production step of preparing each optical element substrate for constituting the optical element laminate in a predetermined size, and laminating each optical element substrate to produce an optical element laminated substrate;
a perforation step of perforating at least a plurality of intersections of planned cutting locations corresponding to the size of the optical element laminate in the optical element laminate substrate produced in the production step;
a coating step of coating the organic adhesive into the holes formed in the optical element laminated substrate in the hole-forming step;
a cutting step of cutting the optical element laminate substrate onto which the organic adhesive has been applied in the application step along the intended cutting location so as to obtain the optical element laminate;
A method for manufacturing an optical element, comprising:
前記光学素子の前記ファラデー回転子を飽和磁化させる磁石と、
を備えたことを特徴とする光アイソレータ。 The optical element according to claim 1 ,
a magnet for saturating the Faraday rotator of the optical element;
An optical isolator comprising:
前記光アイソレータに対して光を入射する又は前記光アイソレータから出射された光を受け入れる光学部品と、
を備えたことを特徴とする光伝送装置。 An optical isolator according to claim 6 ;
an optical component that inputs light to the optical isolator or receives light output from the optical isolator;
An optical transmission device comprising:
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001021839A (en) | 1999-07-07 | 2001-01-26 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Plate optical element and method of manufacturing the same |
| JP2001264694A (en) | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Polarization-independent optical isolator |
| JP2003131099A (en) | 2001-10-22 | 2003-05-08 | Tdk Corp | Optical element and optical component provided with optical element |
| JP2004309876A (en) | 2003-04-08 | 2004-11-04 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Optical isolator and method of manufacturing the same |
| JP2006126607A (en) | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Nec Tokin Corp | Optical isolator |
| CN105974615A (en) | 2016-07-11 | 2016-09-28 | 武汉优信光通信设备有限责任公司 | Manufacturing method of light-path rubber-free free space isolator |
| JP2016173479A (en) | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 株式会社精工技研 | Manufacturing method of optical components |
| JP2019219435A (en) | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 株式会社Smmプレシジョン | Optical isolator and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7263247B1 (en) * | 2002-02-11 | 2007-08-28 | Gemfire Corporation | Integrated optical isolator array |
-
2021
- 2021-06-29 JP JP2021107353A patent/JP7654485B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001021839A (en) | 1999-07-07 | 2001-01-26 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Plate optical element and method of manufacturing the same |
| JP2001264694A (en) | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Polarization-independent optical isolator |
| JP2003131099A (en) | 2001-10-22 | 2003-05-08 | Tdk Corp | Optical element and optical component provided with optical element |
| JP2004309876A (en) | 2003-04-08 | 2004-11-04 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Optical isolator and method of manufacturing the same |
| JP2006126607A (en) | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Nec Tokin Corp | Optical isolator |
| JP2016173479A (en) | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 株式会社精工技研 | Manufacturing method of optical components |
| CN105974615A (en) | 2016-07-11 | 2016-09-28 | 武汉优信光通信设备有限责任公司 | Manufacturing method of light-path rubber-free free space isolator |
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