ファラデー回転子の製造方法及び該回転子が組込まれた光アイソレータ
【課題】 ２枚以上のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜(ＲＩＧ膜)を用いたファラデー回転子において、ＲＩＧ膜に反りや厚みムラなどにより、高出力のレーザーに対してアイソレーションが劣化する。
【解決手段】複数の放熱用基板１ー１，１−２，１−３と複数のＲＩＧ膜２ー１，２−２とからなり、一方面のみに反射防止膜３を形成したＲＩＧ膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜を対向させて接着した後に、前記複数のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨することにより、、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並んだファラデー回転子を作製する。また、光アイソレータの製造は、上記した方法により製造されたものであって、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなる。
【解決手段】複数の放熱用基板１ー１，１−２，１−３と複数のＲＩＧ膜２ー１，２−２とからなり、一方面のみに反射防止膜３を形成したＲＩＧ膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜を対向させて接着した後に、前記複数のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨することにより、、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並んだファラデー回転子を作製する。また、光アイソレータの製造は、上記した方法により製造されたものであって、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信や加工用に使用される高出力レーザーの反射戻り光対策に用いられるファラデー回転子の製造方法と該ファラデー回転子が組込まれた光アイソレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に利用されている半導体レーザーや、レーザー加工などに利用されている固体レーザーなどは、レーザー共振器外部の光学面や加工面で反射された光がレーザー素子に戻ってくるとレーザー発振が不安定になる。発振が不安定になると、光通信の場合には信号ノイズとなり、加工用レーザーの場合は、レーザー素子が破壊されてしまう場合がある。そのため、このように途中で反射して戻ってくる光がレーザー素子に当たらないように遮断するために、光アイソレータが使用される。通常、光アイソレータは、ファラデー回転子、偏光子、検光子および永久磁石とから構成されている。
【０００３】
従来、高出力レーザー用の光アイソレータに用いられるファラデー回転子としての単結晶厚膜は、テルビウム・ガリウム・ガーネット結晶（以下、「ＴＧＧ」と称する）やテルビウム・アルミニウム・ガーネット結晶（以下、「ＴＡＧ」と称する）が用いられてきた。
しかしながら、ＴＧＧやＴＡＧは単位長さあたりのファラデー回転係数が小さいため、光アイソレータとして機能させるために４５°の偏光回転角を得て光路長を長くする必要があり、そのために長さが６ｃｍ程度にもなる大きな結晶を用いなければならなかった。また、高いアイソレーションを得るためには、結晶に一様で大きな磁場をかけることが必要であり、強力で大きな磁石を必要としていた。そのため、光アイソレータの寸法は大型なものとなっていた。また、光路長を長くするために、レーザーのビーム形状が結晶内で歪むことがあり、歪みを補正するための光学系が別途必要となる場合もあった。さらには、ＴＧＧは高価でもあり、小型で安価なファラデー回転子が望まれていた。
【０００４】
一方、光通信分野で専ら用いられているビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（以下、「ＲＩＧ膜」と称する）は、単位長さあたりのファラデー回転係数がＴＧＧやＴＡＧに比べて著しく大きいため、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。しかしながら、ＲＩＧ膜は使用する光の波長が、加工用レーザーに用いられる１．１μｍ付近まで短くなると鉄イオンによる吸収が大きくなり、結果としてこの吸収による温度上昇により性能劣化を起こすことが知られている。
前記ＲＩＧ膜のかかる温度上昇による問題を改善する方法として、特許文献１が提案されている。この特許文献1に紹介された技術は、通常は研磨により除去してしまうＲＩＧ膜育成用の基板である（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２基板（以下、「ＧＧＧ基板」と称する）を残したままにしておき、ＲＩＧ膜で発生した熱を放熱し易くしたものである。また、ＲＩＧ膜の両面を透明なＧＧＧ基板で一体的に密着挟持して、熱伝導性の高いＧＧＧ基板を介してＲＩＧ膜の熱を放熱する方法も、特許文献２に提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０公報
【特許文献２】特開平７−２８１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法でもＲＩＧ膜における光吸収による発熱を完全に防止できる訳ではない。またＲＩＧ膜においては、ＲＩＧ膜の温度が上昇すると吸収係数も増えるので、レーザー光を吸収したことによるＲＩＧ膜の温度上昇により、吸収係数が増え、さらにＲＩＧ膜の温度上昇による性能劣化を招くという悪循環に陥っていた。入射するレーザー光の強度が増えると、ＲＩＧ膜とＧＧＧ基板が直接結合し一体化しているために、両者の熱膨張係数が異なることに起因する歪みが発生して、ＲＩＧ膜とＧＧＧ基板の双方に複屈折が生じ、光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化するという問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１には、ＲＩＧ膜で生じた熱を更に放熱し易くした構成として、２枚以上のＧＧＧ基板付きＲＩＧ膜を用いて、ファラデー回転角の合計が４５°程度となるようにした構成が提案されている。
しかしながら、２枚以上のＧＧＧ基板付きＲＩＧ膜を用いたものは、熱を逃がす能力の面では優れているものの、光源側のＲＩＧ膜とＧＧＧ基板の界面で反射した光は、１枚のＲＩＧ膜で構成されているときとは異なり、ＲＩＧ膜を往復したときに受けるファラデー回転角が９０°とはならないため、レーザー素子に戻ってしまうという問題があった。
また、特許文献２では、２枚のＲＩＧ膜と放熱用基板である３枚のＧＧＧ基板を用いて、ＧＧＧ基板、ＲＩＧ膜、ＧＧＧ基板、ＲＩＧ膜、ＧＧＧ基板の順に密着並設している例が提案されているが、２枚のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転角を４５°程度にしようとすると、波長が１μｍ付近では１枚のＲＩＧ膜の厚みが７０μｍ程度になってしまう。実施可能な構造を商品化するためＲＩＧ膜を研磨していくと、膜厚が薄いために、反りや厚みムラが発生するという新たな問題が生じた。
【０００８】
反りが生じたＲＩＧ膜を放熱用基板と密着させたり、接着させたりするとＲＩＧ膜に複屈折が生じ、光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化する。また、ＲＩＧ膜の厚みムラは、ファラデー回転角の面内のばらつきとなり、アイソレーションの劣化に繋がる。
そこで本発明は、２枚以上のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転子を構成したとしても、ＲＩＧ膜に反りや厚みムラなどを起こさずに、高出力のレーザーに対して使用してもアイソレーションが劣化しないファラデー回転子の製造方法及び該回転子を組込んだ光アイソレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ＲＩＧ膜におけるファラデー回転角の温度係数は、０．０５°／℃から０．１０°／℃程度であり、光アイソレータでのアイソレーションを３０ｄＢ以上に維持するためには、ＲＩＧ膜の温度上昇を２０℃〜３０℃程度に抑える必要がある。
ＲＩＧ膜の温度上昇を抑制するためには、前述のように２枚のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転角を構成し、それぞれのＲＩＧ膜を放熱用基板で挟み込み、放熱性を高めることが有効であるが、ＲＩＧ膜の厚みが薄くなりすぎて、ＲＩＧ膜の加工が難しいのが欠点であった。
そこで、本発明ではＲＩＧ膜の加工方法を鋭意検討した結果、ＲＩＧ膜を薄く研磨してから放熱用基板に接着するのではなく、予めＲＩＧ膜を放熱用基板に接着した後、研磨することによってＲＩＧ膜に反りや厚みムラが改善することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
薄く研磨することになるＲＩＧ膜を放熱用基板に接着した後に研磨するため、放熱用基板の分だけ研磨対象の厚みが増し、研磨後のＲＩＧ膜に反りや厚みムラが生じ難いのである。また、ＲＩＧ膜と放熱用基板とは反射防止膜が形成された後に接着されるため、接合界面で不要な反射戻り光が発生することもない。
【００１１】
したがって、(イ)本発明の第1の実施態様に係るファラデー回転子の製造方法は、複数の放熱用基板と複数のＲＩＧ膜とからなり、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並んだファラデー回転子の製造方法であって、一方面のみに反射防止膜を形成したＲＩＧ膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜が対向するようにして接着した後に、前記複数のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨することを特徴とするものである。
(ロ)また、本発明の方法では、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第１の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第１のＲＩＧ膜、および少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第３の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第２のＲＩＧ膜とを、それぞれ前記反射防止膜が対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、第１および第２のＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
第１および第２のＲＩＧ膜の前記研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜でもって両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする。
(ハ)さらに、本発明の方法では、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板に一方面のみに反射防止膜を形成した第１のＲＩＧ膜と第２のＲＩＧ膜の反射防止膜がそれぞれ対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
両面に反射防止膜を形成した第１および第３の放熱用基板でもって前記ＲＩＧ膜を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする。
次に、本発明の第２の実施態様に係る光アイソレータは、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなり、また上記した方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記したように本発明を用いることで、１Ｗ以上の高出力レーザーであっても、光アイソレータに用いたときに高い光絶縁効果を維持できる小型で安価なファラデー回転子と該回転子を組込んだ光アイソレータを提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、本発明を添付図面に基づいて説明する。
本発明のファラデー回転子は、放熱用基板１−１、１−２、１−３とＲＩＧ膜２−１、２−２が交互に並設されているが、ＲＩＧ膜に挟まれた放熱用基板１−２に関しては、複屈折性の材料は光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化するため適さない。しかしながら、例えばサファイア基板の場合であれば、一軸性結晶であるから複屈折性を有するが、Ｃ面の基板を用いれば通過する光にとっては等方的となる。このように複屈折性の材料でも、最適な方位で用いることにより複屈折が生じないようにすることができれば使用することができる。
【００１４】
換言すると、(イ)本発明に係るファラデー回転子は、複数の放熱用基板１−１、１−２、１−３と複数のＲＩＧ膜２−１、２−２とからなり、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並設されたファラデー回転子であって、一方面のみに反射防止膜３を形成したＲＩＧ膜２−１、２−２を、少なくとも一方面に反射防止膜３を形成した放熱用基板１−１、１−２、１−３に、前記反射防止膜が対向するよう貼り合せた後に、前記複数のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜３が形成されていない他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨して製造するものである。
【００１５】
(ロ)また、本発明のファラデー回転子では、３枚の放熱用基板と２枚のＲＩＧ膜からなるファラデー回転子の製造方法であって、第１の放熱用基板１−１、第１のＲＩＧ膜２−１、第２の放熱用基板１−２、第２のＲＩＧ膜２−２、第３の放熱用基板１−３の順に並設されたファラデー回転子を製造する際に、次の（ａ）〜（ｄ）の４つの工程の順に製造することができる。
（ａ）一方面１−１ａ及び/または他方面１−１ｂに反射防止膜３を形成した第１の放熱用基板１−１と一方面２−１ａのみに反射防止膜３を形成した第１のＲＩＧ膜２−１、および一方面１−３ａ及び/または他方面１−３ｂに反射防止膜３を形成した第３の放熱用基板１−３と一方面２−２ａのみに反射防止膜３を形成した第２のＲＩＧ膜２−２とを、それぞれ反射防止膜３が対向するよう重ね合わせて接着する工程(図１(ａ)参照)、
（ｂ）前記放熱用基板１−１、１−３に接着した前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるように、第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の反射防止膜３が形成されていない他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨する工程(図1(b)参照)、
（ｃ）他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨した前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の該他方面２−１ｂ、２−２ｂの研磨面に反射防止膜３を形成する工程(図1（ｃ）参照)、
（ｄ）前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２でもって両面１−２ａ、１−２ｂに反射防止膜３を形成した第２の放熱用基板１−２を挟み込み、相互に重ね合わせて接着する工程(図１(ｄ)参照)。
この実施形態では、上記（ａ）工程において、第１の放熱用基板１−１と第３の放熱用基板１−３の反射防止膜３を、少なくとも一方面に形成しているとしたのは、反射防止膜３が形成されていない他方面には上記（ｄ）工程の後で反射防止膜３を形成することもできるからである。
【００１６】
(ハ)さらに、本発明のファラデー回転子は、３枚の放熱用基板１−１、１−２、１−３と２枚のＲＩＧ膜２−１、２−２からなるファラデー回転子の製造方法であって、第１の放熱用基板１−１、第１のＲＩＧ膜２−１、第２の放熱用基板１−２、第２のＲＩＧ膜２−２、第３の放熱用基板１−３の順に並設されたファラデー回転子を製造する際に、次の（ａ）〜（ｄ）の４つの工程の順に製造することもできる。
（ａ）まず、両面１−２ａ、１−２ｂに反射防止膜３を形成した第２の放熱用基板１−２に、一方面２−１ｂ、２−２ａのみに反射防止膜３を形成した第１のＲＩＧ膜２−１と第２のＲＩＧ膜２−２を前記反射防止膜３が対向するよう重ね合わせて接着する工程(図２(ａ)参照)、
（ｂ）前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるようにＲＩＧ膜２−１、２−２の反射防止膜３が形成されていない外側の他方面２−１ａ、２−２ｂを研磨する工程(図２(ｂ)参照)、
（ｃ）第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の前記他方面２−１ａ、２−２ｂの研磨面に反射防止膜３を形成する工程(図２（ｃ）参照)、
（ｄ）両面１−１ａ、１−１ｂ;１−３ａ、１−３ｂに反射防止膜３を形成した第１および第３の放熱用基板１−１、１−３でもって、前記ＲＩＧ膜２−１、２−２を挟み込み、重ね合わせて接着する工程(図２(ｄ)参照)。
この実施形態では、ＲＩＧ膜２−１、２−２は２枚とも中心の第２の放熱用基板１−２に接着され、研磨される。そして、最外側をなす２つの第１および第３の放熱用基板１−１、１−３は上記(ｄ)工程においてＲＩＧ膜２−１、２−２に接着されるため、第１および第３の放熱用基板１−１、１−３に平行平板ではない基板を用いるのに適している。
【００１７】
次に、本発明に係る光アイソレータは、上記した(ハ)に示される方法により製造されたものであって、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなるものであることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、小型で、ファラデー回転角の合計が４５°程度となるような構成とするため光路長を長くでき、複数のＲＩＧ膜を並設して接着して、ＲＩＧ膜の反りや厚みムラを防止できる。
また、ＲＩＧ膜２−１、２−２に挟まれた放熱用基板１−２の熱伝導率は７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、具体的にはＧＧＧ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、サファイア、ダイヤモンドといった結晶が挙げられるが、入手の容易さと、４２Ｗ／ｍ・Ｋという比較的高い熱伝導率を有することからサファイア基板が好ましい。
一方面のみがＲＩＧ膜２−１、２−２に接着されている最外側の２つの放熱用基板１−１、１−３に関しては、複屈折性の結晶を用いることができる。ここに楔型のルチル、ＹＶＯ４といった複屈折の大きな結晶を用いれば、放熱用基板に偏光子機能を具備させることができるので、偏波無依存型の光アイソレータとすることができる。その場合は熱伝導率の高いルチルを用いるのが好ましい。
なお、放熱用基板に楔型の複屈折性結晶を用いる場合は、上記した(ハ)の方法を採用することが好ましい。楔型の放熱用基板に接着したＲＩＧ膜を研磨するより、平行平板である第２の放熱用基板１−２に接着したＲＩＧ膜を研磨する方が簡単であるからである。
ＲＩＧ膜を放熱用基板と重ね合せて接着する方法としては、必ずしも接着剤で行う必要はなく、ＲＩＧ膜と放熱用基板表面を真空中においてイオンビームで数ｎｍ削り、それをそのまま接合する、いわゆる常温接合技術を用いることもできる。
放熱用基板１−１、１−２、１−３の厚みは、材質を問わず０．２ｍｍ未満では十分な放熱の効果が発揮し難く、１ｍｍ以上になると放熱用基板での光の損失が増えてくるので、０．２ｍｍ以上で、１ｍｍ未満が好ましい。
［実施例］
【００１９】
以下に実施例を説明すると、波長１０６４ｎｍ用のファラデー回転子の製造方法を説明する。なお、本発明の実施例および比較例で用いたＲＩＧ膜の波長１０６４ｎｍでファラデー回転角が４５°となる厚みは１４０μｍであり、挿入損失は０．６ｄＢ程度である。
【実施例１】
【００２０】
ＲＩＧ膜としては、１１ｍｍ角で、３００μｍ以上の厚みの状態で一方面を平面に研磨し、対接着剤用の反射防止膜を施したものを２枚準備した。放熱用基板としては、１１ｍｍ角で、厚み５００μｍのＣ面サファイア基板を用い、第１および第３の放熱用基板には、ＲＩＧ膜を接着する側の一方面には対接着剤用の反射防止膜を、他方面には対空気用の反射防止膜を施した。また、第２の放熱用基板には、両面に対接着剤用の反射防止膜を施した。
まず、図１（ａ）のように、第１および第３の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜と、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、接着剤で接着した。
次に、図1（ｂ）のように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨し、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。これで、２枚のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計は４５°となる。
その後、図１（ｃ）に示すように、ＲＩＧ膜１の上記研磨面に対接着剤用の反射防止膜３を施した。
最後に、図１(ｄ)に図示するごとく、このように作製した２組の放熱用基板が接着されたＲＩＧ膜により、第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着することでファラデー回転子を構成した。
【００２１】
このようにして得られたファラデー回転子を３．０ｍｍ角になるようにダイシングソーで切断して、ファラデー回転子チップ１１とし、光アイソレータとしての特性を評価するために、光アイソレータのファラデー回転部を組み立てた。以下に図３を用いて、ファラデー回転部の組立てについて説明する。
上記のようにして得られたファラデー回転子チップ１１を、直径２ｍｍの貫通孔１２と３ｍｍ角の凹部１３が形成された真鍮製のホルダー１４の凹部に収め、ホルダー１４と同形状のホルダー１５とで挟持し、ホルダー同士を半田で固定した。この場合、ホルダー１４および１５がヒートシンク１６に相当する。なお、ホルダー１４、１５には半田が良く濡れるように金メッキを施した。また、ファラデー回転子チップ１１とホルダー１４および１５との接触部には伝熱ペーストを塗布した。
ファラデー回転子チップ１１を納めたヒートシンク１６を、ヒートシンク１６の外側に配置される円筒形のＳｍ−Ｃｏ磁石１７の貫通孔１２に挿入し、ヒートシンク１６と磁石１７の間に高熱伝導性の銀ペースト（図示せず）を充填した。このように銀ペーストを充填することにより、Ｓｍ−Ｃｏ磁石もヒートシンクとして機能させることができる。
上記ファラデー回転子チップ１１とヒートシンク１６およびＳｍ−Ｃｏ磁石を一体化したファラデー回転部２１(図４参照)に、波長１０６４ｎｍ、出力１ｍＷ、ビーム径０．５ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を入射し、ファラデー回転角を測定したところ４４．０°であった。また、消光比は面内全てで４０ｄＢ以上であった。
【００２２】
次に図４に示す光学系で、ファラデー回転部２１に高出力のレーザー光を入射し、特性を評価した。４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー２２を入射してもファラデー回転角の変化は約１°程度であった。使用したＲＩＧ膜の室温近傍におけるファラデー回転角の温度係数は０．０６°／℃であるので、レーザー光を吸収したことによる温度上昇は約１６℃であった。
また、上記ファラデー回転部２１を消光比が４０ｄＢの偏光子２３と検光子２５の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーション３０ｄＢ以上を維持することができた。
なお、厚みが１４０μｍのＲＩＧ膜の両面に本実施例と同様に厚み５００μｍのＣ面サファイア基板を接着した場合には、２．５ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー２２を入射した時点で、ファラデー回転角は１．５°以上減少し、急激な温度上昇による劣化が観測された。なお、図４において、２４はウェッジガラス、２６はパワーメータである。
【実施例２】
【００２３】
ＲＩＧ膜と放熱用基板には、実施例１と同様のものを準備した。
まず、図２（ａ）のように、第２の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜に、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、接着剤で接着した。
次に、図２（ｂ）のように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨し、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。これで、２枚のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計は４５°となる。
その後、図２（ｃ）に示すように、ＲＩＧ膜の上記研磨面に対接着剤用の反射防止膜を施した。
最後に、図２(ｄ)に図示するごとく、このように作製した放熱用基板に接着されたＲＩＧ膜を、第１および第３の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜がＲＩＧ膜に対向するようにして挟み込み、重ね合わせて接着することでファラデー回転子を構成した。
このようにして得られたファラデー回転子チップを実施例１と同様にダイシングソーで切断し、ファラデー回転部を組み立てた。
実施例１と同じく、図４に示す光学系により光アイソレータとしての特性を評価したところ、実施例１と同様に４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザーを入射してもファラデー回転角の変化は約１°程度であった。使用したＲＩＧ膜の室温近傍におけるファラデー回転角の温度係数は０．０６°／℃であるので、レーザー光を吸収したことによる温度上昇は約１６℃であった。
また、上記ファラデー回転部を消光比が４０ｄＢの偏光子と検光子の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーション３０ｄＢを維持することができた。
【実施例３】
【００２４】
ＲＩＧ膜と第２の放熱用基板には、実施例１と同様のものを準備した。また、第１および第３の放熱用基板としてサファイア基板の代わりに光透過面が１．５ｍｍ角の楔型のルチル基板を準備し、光透過面の楔の傾斜している方の面には対空気用の反射防止膜を、他方の面には対接着剤用の反射防止膜を施した。
まず、第２の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜に、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、重ね合わせて接着剤で接着した。次に、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨し、ファラデー回転角の合計が４５°となるように、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。ＲＩＧ膜の研磨面に対接着剤用の反射防止膜を施した後、１．５ｍｍ角になるようにダイシングソーで切断した。最後に、このように作製した放熱用基板に接着されたＲＩＧ膜を、第１および第３の放熱用基板である楔型ルチルの対接着剤用の反射防止膜がＲＩＧ膜に対向するようにして挟み込み、重ね合わせて接着することで偏波無依存型の光アイソレータを作製した。
光アイソレータとしての特性を、対向するファイバコリメータ内に上記偏波無依存型光アイソレータを挿入し、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いて評価したところ、挿入損失１．０ｄＢ、アイソレーション３２ｄＢという良好な特性を得た。
（比較例）
【００２５】
ＲＩＧ膜としては、１１ｍｍ角で厚みが３００μｍのものを用意し、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した後、両面に対接着剤用の反射防止膜を施したものを２枚準備した。また、放熱用基板としては、実施例１と同様のものを準備した。
上記ＲＩＧ膜と放熱用基板を、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並べて接着し、ファラデー回転子チップとし、実施例１と同様にファラデー回転部を製造した。出力１ｍＷのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて図４に示す光学系で特性を評価したところ、消光比が３ｍｍ角の面内で３０ｄＢから４０ｄＢまでばらついた。
上記ファラデー回転部を消光比が４０ｄＢの偏光子と検光子の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーションが２０ｄＢ程度の領域が存在した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のファラデー回転子の製造方法の一実施例を示す断面図で、(ａ)〜（ｄ）はファラデー回転子の製造工程を順次説明する図である。
【図２】本発明のファラデー回転子の製造方法の他の実施例を示す断面図で、(ａ)〜（ｄ）はファラデー回転子の製造工程を順次説明する図である。
【図３】本発明のファラデー回転部の構成を示す説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】光アイソレータとしての特性を評価する光学系を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１−１、１−２、１−３ 第１、第２、第３の放熱用基板
２−１、２−２ 第１、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜（ＲＩＧ膜）
３ 反射防止膜
１１ ファラデー回転子チップ
１２ 貫通孔
１３ 凹部
１４、１５ ホルダー
１６ ヒートシンク
１７ 磁石
２１ ファラデー回転部
２２ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
２３ 偏光子
２４ ウェッジガラス
２５ 回転ステージ付き検光子
２６ パワーメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信や加工用に使用される高出力レーザーの反射戻り光対策に用いられるファラデー回転子の製造方法と該ファラデー回転子が組込まれた光アイソレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に利用されている半導体レーザーや、レーザー加工などに利用されている固体レーザーなどは、レーザー共振器外部の光学面や加工面で反射された光がレーザー素子に戻ってくるとレーザー発振が不安定になる。発振が不安定になると、光通信の場合には信号ノイズとなり、加工用レーザーの場合は、レーザー素子が破壊されてしまう場合がある。そのため、このように途中で反射して戻ってくる光がレーザー素子に当たらないように遮断するために、光アイソレータが使用される。通常、光アイソレータは、ファラデー回転子、偏光子、検光子および永久磁石とから構成されている。
【０００３】
従来、高出力レーザー用の光アイソレータに用いられるファラデー回転子としての単結晶厚膜は、テルビウム・ガリウム・ガーネット結晶（以下、「ＴＧＧ」と称する）やテルビウム・アルミニウム・ガーネット結晶（以下、「ＴＡＧ」と称する）が用いられてきた。
しかしながら、ＴＧＧやＴＡＧは単位長さあたりのファラデー回転係数が小さいため、光アイソレータとして機能させるために４５°の偏光回転角を得て光路長を長くする必要があり、そのために長さが６ｃｍ程度にもなる大きな結晶を用いなければならなかった。また、高いアイソレーションを得るためには、結晶に一様で大きな磁場をかけることが必要であり、強力で大きな磁石を必要としていた。そのため、光アイソレータの寸法は大型なものとなっていた。また、光路長を長くするために、レーザーのビーム形状が結晶内で歪むことがあり、歪みを補正するための光学系が別途必要となる場合もあった。さらには、ＴＧＧは高価でもあり、小型で安価なファラデー回転子が望まれていた。
【０００４】
一方、光通信分野で専ら用いられているビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（以下、「ＲＩＧ膜」と称する）は、単位長さあたりのファラデー回転係数がＴＧＧやＴＡＧに比べて著しく大きいため、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。しかしながら、ＲＩＧ膜は使用する光の波長が、加工用レーザーに用いられる１．１μｍ付近まで短くなると鉄イオンによる吸収が大きくなり、結果としてこの吸収による温度上昇により性能劣化を起こすことが知られている。
前記ＲＩＧ膜のかかる温度上昇による問題を改善する方法として、特許文献１が提案されている。この特許文献1に紹介された技術は、通常は研磨により除去してしまうＲＩＧ膜育成用の基板である（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２基板（以下、「ＧＧＧ基板」と称する）を残したままにしておき、ＲＩＧ膜で発生した熱を放熱し易くしたものである。また、ＲＩＧ膜の両面を透明なＧＧＧ基板で一体的に密着挟持して、熱伝導性の高いＧＧＧ基板を介してＲＩＧ膜の熱を放熱する方法も、特許文献２に提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０公報
【特許文献２】特開平７−２８１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法でもＲＩＧ膜における光吸収による発熱を完全に防止できる訳ではない。またＲＩＧ膜においては、ＲＩＧ膜の温度が上昇すると吸収係数も増えるので、レーザー光を吸収したことによるＲＩＧ膜の温度上昇により、吸収係数が増え、さらにＲＩＧ膜の温度上昇による性能劣化を招くという悪循環に陥っていた。入射するレーザー光の強度が増えると、ＲＩＧ膜とＧＧＧ基板が直接結合し一体化しているために、両者の熱膨張係数が異なることに起因する歪みが発生して、ＲＩＧ膜とＧＧＧ基板の双方に複屈折が生じ、光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化するという問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１には、ＲＩＧ膜で生じた熱を更に放熱し易くした構成として、２枚以上のＧＧＧ基板付きＲＩＧ膜を用いて、ファラデー回転角の合計が４５°程度となるようにした構成が提案されている。
しかしながら、２枚以上のＧＧＧ基板付きＲＩＧ膜を用いたものは、熱を逃がす能力の面では優れているものの、光源側のＲＩＧ膜とＧＧＧ基板の界面で反射した光は、１枚のＲＩＧ膜で構成されているときとは異なり、ＲＩＧ膜を往復したときに受けるファラデー回転角が９０°とはならないため、レーザー素子に戻ってしまうという問題があった。
また、特許文献２では、２枚のＲＩＧ膜と放熱用基板である３枚のＧＧＧ基板を用いて、ＧＧＧ基板、ＲＩＧ膜、ＧＧＧ基板、ＲＩＧ膜、ＧＧＧ基板の順に密着並設している例が提案されているが、２枚のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転角を４５°程度にしようとすると、波長が１μｍ付近では１枚のＲＩＧ膜の厚みが７０μｍ程度になってしまう。実施可能な構造を商品化するためＲＩＧ膜を研磨していくと、膜厚が薄いために、反りや厚みムラが発生するという新たな問題が生じた。
【０００８】
反りが生じたＲＩＧ膜を放熱用基板と密着させたり、接着させたりするとＲＩＧ膜に複屈折が生じ、光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化する。また、ＲＩＧ膜の厚みムラは、ファラデー回転角の面内のばらつきとなり、アイソレーションの劣化に繋がる。
そこで本発明は、２枚以上のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転子を構成したとしても、ＲＩＧ膜に反りや厚みムラなどを起こさずに、高出力のレーザーに対して使用してもアイソレーションが劣化しないファラデー回転子の製造方法及び該回転子を組込んだ光アイソレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ＲＩＧ膜におけるファラデー回転角の温度係数は、０．０５°／℃から０．１０°／℃程度であり、光アイソレータでのアイソレーションを３０ｄＢ以上に維持するためには、ＲＩＧ膜の温度上昇を２０℃〜３０℃程度に抑える必要がある。
ＲＩＧ膜の温度上昇を抑制するためには、前述のように２枚のＲＩＧ膜を用いてファラデー回転角を構成し、それぞれのＲＩＧ膜を放熱用基板で挟み込み、放熱性を高めることが有効であるが、ＲＩＧ膜の厚みが薄くなりすぎて、ＲＩＧ膜の加工が難しいのが欠点であった。
そこで、本発明ではＲＩＧ膜の加工方法を鋭意検討した結果、ＲＩＧ膜を薄く研磨してから放熱用基板に接着するのではなく、予めＲＩＧ膜を放熱用基板に接着した後、研磨することによってＲＩＧ膜に反りや厚みムラが改善することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
薄く研磨することになるＲＩＧ膜を放熱用基板に接着した後に研磨するため、放熱用基板の分だけ研磨対象の厚みが増し、研磨後のＲＩＧ膜に反りや厚みムラが生じ難いのである。また、ＲＩＧ膜と放熱用基板とは反射防止膜が形成された後に接着されるため、接合界面で不要な反射戻り光が発生することもない。
【００１１】
したがって、(イ)本発明の第1の実施態様に係るファラデー回転子の製造方法は、複数の放熱用基板と複数のＲＩＧ膜とからなり、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並んだファラデー回転子の製造方法であって、一方面のみに反射防止膜を形成したＲＩＧ膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜が対向するようにして接着した後に、前記複数のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨することを特徴とするものである。
(ロ)また、本発明の方法では、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第１の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第１のＲＩＧ膜、および少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第３の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第２のＲＩＧ膜とを、それぞれ前記反射防止膜が対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、第１および第２のＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
第１および第２のＲＩＧ膜の前記研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜でもって両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする。
(ハ)さらに、本発明の方法では、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板に一方面のみに反射防止膜を形成した第１のＲＩＧ膜と第２のＲＩＧ膜の反射防止膜がそれぞれ対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のＲＩＧ膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
両面に反射防止膜を形成した第１および第３の放熱用基板でもって前記ＲＩＧ膜を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする。
次に、本発明の第２の実施態様に係る光アイソレータは、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなり、また上記した方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記したように本発明を用いることで、１Ｗ以上の高出力レーザーであっても、光アイソレータに用いたときに高い光絶縁効果を維持できる小型で安価なファラデー回転子と該回転子を組込んだ光アイソレータを提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、本発明を添付図面に基づいて説明する。
本発明のファラデー回転子は、放熱用基板１−１、１−２、１−３とＲＩＧ膜２−１、２−２が交互に並設されているが、ＲＩＧ膜に挟まれた放熱用基板１−２に関しては、複屈折性の材料は光アイソレータに用いたときにアイソレーションが劣化するため適さない。しかしながら、例えばサファイア基板の場合であれば、一軸性結晶であるから複屈折性を有するが、Ｃ面の基板を用いれば通過する光にとっては等方的となる。このように複屈折性の材料でも、最適な方位で用いることにより複屈折が生じないようにすることができれば使用することができる。
【００１４】
換言すると、(イ)本発明に係るファラデー回転子は、複数の放熱用基板１−１、１−２、１−３と複数のＲＩＧ膜２−１、２−２とからなり、放熱用基板とＲＩＧ膜とが交互に並設されたファラデー回転子であって、一方面のみに反射防止膜３を形成したＲＩＧ膜２−１、２−２を、少なくとも一方面に反射防止膜３を形成した放熱用基板１−１、１−２、１−３に、前記反射防止膜が対向するよう貼り合せた後に、前記複数のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ＲＩＧ膜の反射防止膜３が形成されていない他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨して製造するものである。
【００１５】
(ロ)また、本発明のファラデー回転子では、３枚の放熱用基板と２枚のＲＩＧ膜からなるファラデー回転子の製造方法であって、第１の放熱用基板１−１、第１のＲＩＧ膜２−１、第２の放熱用基板１−２、第２のＲＩＧ膜２−２、第３の放熱用基板１−３の順に並設されたファラデー回転子を製造する際に、次の（ａ）〜（ｄ）の４つの工程の順に製造することができる。
（ａ）一方面１−１ａ及び/または他方面１−１ｂに反射防止膜３を形成した第１の放熱用基板１−１と一方面２−１ａのみに反射防止膜３を形成した第１のＲＩＧ膜２−１、および一方面１−３ａ及び/または他方面１−３ｂに反射防止膜３を形成した第３の放熱用基板１−３と一方面２−２ａのみに反射防止膜３を形成した第２のＲＩＧ膜２−２とを、それぞれ反射防止膜３が対向するよう重ね合わせて接着する工程(図１(ａ)参照)、
（ｂ）前記放熱用基板１−１、１−３に接着した前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるように、第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の反射防止膜３が形成されていない他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨する工程(図1(b)参照)、
（ｃ）他方面２−１ｂ、２−２ｂを研磨した前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の該他方面２−１ｂ、２−２ｂの研磨面に反射防止膜３を形成する工程(図1（ｃ）参照)、
（ｄ）前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２でもって両面１−２ａ、１−２ｂに反射防止膜３を形成した第２の放熱用基板１−２を挟み込み、相互に重ね合わせて接着する工程(図１(ｄ)参照)。
この実施形態では、上記（ａ）工程において、第１の放熱用基板１−１と第３の放熱用基板１−３の反射防止膜３を、少なくとも一方面に形成しているとしたのは、反射防止膜３が形成されていない他方面には上記（ｄ）工程の後で反射防止膜３を形成することもできるからである。
【００１６】
(ハ)さらに、本発明のファラデー回転子は、３枚の放熱用基板１−１、１−２、１−３と２枚のＲＩＧ膜２−１、２−２からなるファラデー回転子の製造方法であって、第１の放熱用基板１−１、第１のＲＩＧ膜２−１、第２の放熱用基板１−２、第２のＲＩＧ膜２−２、第３の放熱用基板１−３の順に並設されたファラデー回転子を製造する際に、次の（ａ）〜（ｄ）の４つの工程の順に製造することもできる。
（ａ）まず、両面１−２ａ、１−２ｂに反射防止膜３を形成した第２の放熱用基板１−２に、一方面２−１ｂ、２−２ａのみに反射防止膜３を形成した第１のＲＩＧ膜２−１と第２のＲＩＧ膜２−２を前記反射防止膜３が対向するよう重ね合わせて接着する工程(図２(ａ)参照)、
（ｂ）前記第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２のファラデー回転角の合計が４５°となるようにＲＩＧ膜２−１、２−２の反射防止膜３が形成されていない外側の他方面２−１ａ、２−２ｂを研磨する工程(図２(ｂ)参照)、
（ｃ）第１および第２のＲＩＧ膜２−１、２−２の前記他方面２−１ａ、２−２ｂの研磨面に反射防止膜３を形成する工程(図２（ｃ）参照)、
（ｄ）両面１−１ａ、１−１ｂ;１−３ａ、１−３ｂに反射防止膜３を形成した第１および第３の放熱用基板１−１、１−３でもって、前記ＲＩＧ膜２−１、２−２を挟み込み、重ね合わせて接着する工程(図２(ｄ)参照)。
この実施形態では、ＲＩＧ膜２−１、２−２は２枚とも中心の第２の放熱用基板１−２に接着され、研磨される。そして、最外側をなす２つの第１および第３の放熱用基板１−１、１−３は上記(ｄ)工程においてＲＩＧ膜２−１、２−２に接着されるため、第１および第３の放熱用基板１−１、１−３に平行平板ではない基板を用いるのに適している。
【００１７】
次に、本発明に係る光アイソレータは、上記した(ハ)に示される方法により製造されたものであって、第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアからなるものであることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、小型で、ファラデー回転角の合計が４５°程度となるような構成とするため光路長を長くでき、複数のＲＩＧ膜を並設して接着して、ＲＩＧ膜の反りや厚みムラを防止できる。
また、ＲＩＧ膜２−１、２−２に挟まれた放熱用基板１−２の熱伝導率は７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、具体的にはＧＧＧ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、サファイア、ダイヤモンドといった結晶が挙げられるが、入手の容易さと、４２Ｗ／ｍ・Ｋという比較的高い熱伝導率を有することからサファイア基板が好ましい。
一方面のみがＲＩＧ膜２−１、２−２に接着されている最外側の２つの放熱用基板１−１、１−３に関しては、複屈折性の結晶を用いることができる。ここに楔型のルチル、ＹＶＯ４といった複屈折の大きな結晶を用いれば、放熱用基板に偏光子機能を具備させることができるので、偏波無依存型の光アイソレータとすることができる。その場合は熱伝導率の高いルチルを用いるのが好ましい。
なお、放熱用基板に楔型の複屈折性結晶を用いる場合は、上記した(ハ)の方法を採用することが好ましい。楔型の放熱用基板に接着したＲＩＧ膜を研磨するより、平行平板である第２の放熱用基板１−２に接着したＲＩＧ膜を研磨する方が簡単であるからである。
ＲＩＧ膜を放熱用基板と重ね合せて接着する方法としては、必ずしも接着剤で行う必要はなく、ＲＩＧ膜と放熱用基板表面を真空中においてイオンビームで数ｎｍ削り、それをそのまま接合する、いわゆる常温接合技術を用いることもできる。
放熱用基板１−１、１−２、１−３の厚みは、材質を問わず０．２ｍｍ未満では十分な放熱の効果が発揮し難く、１ｍｍ以上になると放熱用基板での光の損失が増えてくるので、０．２ｍｍ以上で、１ｍｍ未満が好ましい。
［実施例］
【００１９】
以下に実施例を説明すると、波長１０６４ｎｍ用のファラデー回転子の製造方法を説明する。なお、本発明の実施例および比較例で用いたＲＩＧ膜の波長１０６４ｎｍでファラデー回転角が４５°となる厚みは１４０μｍであり、挿入損失は０．６ｄＢ程度である。
【実施例１】
【００２０】
ＲＩＧ膜としては、１１ｍｍ角で、３００μｍ以上の厚みの状態で一方面を平面に研磨し、対接着剤用の反射防止膜を施したものを２枚準備した。放熱用基板としては、１１ｍｍ角で、厚み５００μｍのＣ面サファイア基板を用い、第１および第３の放熱用基板には、ＲＩＧ膜を接着する側の一方面には対接着剤用の反射防止膜を、他方面には対空気用の反射防止膜を施した。また、第２の放熱用基板には、両面に対接着剤用の反射防止膜を施した。
まず、図１（ａ）のように、第１および第３の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜と、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、接着剤で接着した。
次に、図1（ｂ）のように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨し、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。これで、２枚のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計は４５°となる。
その後、図１（ｃ）に示すように、ＲＩＧ膜１の上記研磨面に対接着剤用の反射防止膜３を施した。
最後に、図１(ｄ)に図示するごとく、このように作製した２組の放熱用基板が接着されたＲＩＧ膜により、第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着することでファラデー回転子を構成した。
【００２１】
このようにして得られたファラデー回転子を３．０ｍｍ角になるようにダイシングソーで切断して、ファラデー回転子チップ１１とし、光アイソレータとしての特性を評価するために、光アイソレータのファラデー回転部を組み立てた。以下に図３を用いて、ファラデー回転部の組立てについて説明する。
上記のようにして得られたファラデー回転子チップ１１を、直径２ｍｍの貫通孔１２と３ｍｍ角の凹部１３が形成された真鍮製のホルダー１４の凹部に収め、ホルダー１４と同形状のホルダー１５とで挟持し、ホルダー同士を半田で固定した。この場合、ホルダー１４および１５がヒートシンク１６に相当する。なお、ホルダー１４、１５には半田が良く濡れるように金メッキを施した。また、ファラデー回転子チップ１１とホルダー１４および１５との接触部には伝熱ペーストを塗布した。
ファラデー回転子チップ１１を納めたヒートシンク１６を、ヒートシンク１６の外側に配置される円筒形のＳｍ−Ｃｏ磁石１７の貫通孔１２に挿入し、ヒートシンク１６と磁石１７の間に高熱伝導性の銀ペースト（図示せず）を充填した。このように銀ペーストを充填することにより、Ｓｍ−Ｃｏ磁石もヒートシンクとして機能させることができる。
上記ファラデー回転子チップ１１とヒートシンク１６およびＳｍ−Ｃｏ磁石を一体化したファラデー回転部２１(図４参照)に、波長１０６４ｎｍ、出力１ｍＷ、ビーム径０．５ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を入射し、ファラデー回転角を測定したところ４４．０°であった。また、消光比は面内全てで４０ｄＢ以上であった。
【００２２】
次に図４に示す光学系で、ファラデー回転部２１に高出力のレーザー光を入射し、特性を評価した。４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー２２を入射してもファラデー回転角の変化は約１°程度であった。使用したＲＩＧ膜の室温近傍におけるファラデー回転角の温度係数は０．０６°／℃であるので、レーザー光を吸収したことによる温度上昇は約１６℃であった。
また、上記ファラデー回転部２１を消光比が４０ｄＢの偏光子２３と検光子２５の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーション３０ｄＢ以上を維持することができた。
なお、厚みが１４０μｍのＲＩＧ膜の両面に本実施例と同様に厚み５００μｍのＣ面サファイア基板を接着した場合には、２．５ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー２２を入射した時点で、ファラデー回転角は１．５°以上減少し、急激な温度上昇による劣化が観測された。なお、図４において、２４はウェッジガラス、２６はパワーメータである。
【実施例２】
【００２３】
ＲＩＧ膜と放熱用基板には、実施例１と同様のものを準備した。
まず、図２（ａ）のように、第２の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜に、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、接着剤で接着した。
次に、図２（ｂ）のように、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨し、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。これで、２枚のＲＩＧ膜のファラデー回転角の合計は４５°となる。
その後、図２（ｃ）に示すように、ＲＩＧ膜の上記研磨面に対接着剤用の反射防止膜を施した。
最後に、図２(ｄ)に図示するごとく、このように作製した放熱用基板に接着されたＲＩＧ膜を、第１および第３の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜がＲＩＧ膜に対向するようにして挟み込み、重ね合わせて接着することでファラデー回転子を構成した。
このようにして得られたファラデー回転子チップを実施例１と同様にダイシングソーで切断し、ファラデー回転部を組み立てた。
実施例１と同じく、図４に示す光学系により光アイソレータとしての特性を評価したところ、実施例１と同様に４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザーを入射してもファラデー回転角の変化は約１°程度であった。使用したＲＩＧ膜の室温近傍におけるファラデー回転角の温度係数は０．０６°／℃であるので、レーザー光を吸収したことによる温度上昇は約１６℃であった。
また、上記ファラデー回転部を消光比が４０ｄＢの偏光子と検光子の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーション３０ｄＢを維持することができた。
【実施例３】
【００２４】
ＲＩＧ膜と第２の放熱用基板には、実施例１と同様のものを準備した。また、第１および第３の放熱用基板としてサファイア基板の代わりに光透過面が１．５ｍｍ角の楔型のルチル基板を準備し、光透過面の楔の傾斜している方の面には対空気用の反射防止膜を、他方の面には対接着剤用の反射防止膜を施した。
まず、第２の放熱用基板の対接着剤用の反射防止膜に、ＲＩＧ膜の反射防止膜を対向させて、重ね合わせて接着剤で接着した。次に、ＲＩＧ膜の反射防止膜が形成されていない面を研磨し、ファラデー回転角の合計が４５°となるように、２枚のＲＩＧ膜共、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した。ＲＩＧ膜の研磨面に対接着剤用の反射防止膜を施した後、１．５ｍｍ角になるようにダイシングソーで切断した。最後に、このように作製した放熱用基板に接着されたＲＩＧ膜を、第１および第３の放熱用基板である楔型ルチルの対接着剤用の反射防止膜がＲＩＧ膜に対向するようにして挟み込み、重ね合わせて接着することで偏波無依存型の光アイソレータを作製した。
光アイソレータとしての特性を、対向するファイバコリメータ内に上記偏波無依存型光アイソレータを挿入し、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いて評価したところ、挿入損失１．０ｄＢ、アイソレーション３２ｄＢという良好な特性を得た。
（比較例）
【００２５】
ＲＩＧ膜としては、１１ｍｍ角で厚みが３００μｍのものを用意し、ファラデー回転角が２２．５°になるように厚み７０μｍに研磨した後、両面に対接着剤用の反射防止膜を施したものを２枚準備した。また、放熱用基板としては、実施例１と同様のものを準備した。
上記ＲＩＧ膜と放熱用基板を、第１の放熱用基板、第１のＲＩＧ膜、第２の放熱用基板、第２のＲＩＧ膜、第３の放熱用基板の順に並べて接着し、ファラデー回転子チップとし、実施例１と同様にファラデー回転部を製造した。出力１ｍＷのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて図４に示す光学系で特性を評価したところ、消光比が３ｍｍ角の面内で３０ｄＢから４０ｄＢまでばらついた。
上記ファラデー回転部を消光比が４０ｄＢの偏光子と検光子の間に入れて、光アイソレータとし、レーザー出力が４ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を上記光アイソレータの逆方向から入射したところ、３ｍｍ角の面内においてアイソレーションが２０ｄＢ程度の領域が存在した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のファラデー回転子の製造方法の一実施例を示す断面図で、(ａ)〜（ｄ）はファラデー回転子の製造工程を順次説明する図である。
【図２】本発明のファラデー回転子の製造方法の他の実施例を示す断面図で、(ａ)〜（ｄ）はファラデー回転子の製造工程を順次説明する図である。
【図３】本発明のファラデー回転部の構成を示す説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】光アイソレータとしての特性を評価する光学系を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１−１、１−２、１−３ 第１、第２、第３の放熱用基板
２−１、２−２ 第１、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜（ＲＩＧ膜）
３ 反射防止膜
１１ ファラデー回転子チップ
１２ 貫通孔
１３ 凹部
１４、１５ ホルダー
１６ ヒートシンク
１７ 磁石
２１ ファラデー回転部
２２ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
２３ 偏光子
２４ ウェッジガラス
２５ 回転ステージ付き検光子
２６ パワーメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放熱用基板と複数のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とからなり、放熱用基板とビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とが交互に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
一方面のみに反射防止膜を形成したビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜が対向するようにして接着した後に、前記複数のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨することを特徴とするファラデー回転子の製造方法。
【請求項２】
第１の放熱用基板、第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第２の放熱用基板、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第１の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、および少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第３の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とを、それぞれ前記反射防止膜が対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜でもって両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする請求項１記載のファラデー回転子の製造方法。
【請求項３】
第１の放熱用基板、第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第２の放熱用基板、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板に、一方面のみに反射防止膜を形成した第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜と第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜がそれぞれ対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
両面に反射防止膜を形成した第１および第３の放熱用基板でもって前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする請求項１記載のファラデー回転子の製造方法。
【請求項４】
第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアであることを特徴とする請求項３記載の方法により製造された光アイソレータ。
【請求項１】
複数の放熱用基板と複数のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とからなり、放熱用基板とビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とが交互に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
一方面のみに反射防止膜を形成したビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜を、少なくとも一方面に反射防止膜を形成した放熱用基板に、前記反射防止膜が対向するようにして接着した後に、前記複数のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨することを特徴とするファラデー回転子の製造方法。
【請求項２】
第１の放熱用基板、第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第２の放熱用基板、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第１の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、および少なくとも一方面に反射防止膜を形成した第３の放熱用基板と一方面のみに反射防止膜を形成した第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜とを、それぞれ前記反射防止膜が対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜でもって両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする請求項１記載のファラデー回転子の製造方法。
【請求項３】
第１の放熱用基板、第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第２の放熱用基板、第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜、第３の放熱用基板の順に並設されたファラデー回転子の製造方法であって、
両面に反射防止膜を形成した第２の放熱用基板に、一方面のみに反射防止膜を形成した第１のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜と第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜がそれぞれ対向するようにして接着する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜のファラデー回転角の合計が４５°となるように、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の反射防止膜が形成されていない他方面を研磨する工程と、
前記第１および第２のビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜の研磨面に反射防止膜を形成する工程と、
両面に反射防止膜を形成した第１および第３の放熱用基板でもって前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット膜を挟み込み、重ね合わせて接着する工程と
からなることを特徴とする請求項１記載のファラデー回転子の製造方法。
【請求項４】
第１および第３の放熱用基板が楔型のルチルからなり、第２の放熱用基板がサファイアであることを特徴とする請求項３記載の方法により製造された光アイソレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２９２７９９（Ｐ２００６−２９２７９９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０９４０９（Ｐ２００５−１０９４０９）
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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