光學器件與法拉第旋轉器的製造方法、光學器件及光通信系統的製作方法

2023-07-23 06:03:41

專利名稱：光學器件與法拉第旋轉器的製造方法、光學器件及光通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於光通信系統的法拉第旋轉器、採用法拉第旋轉器的光隔離器等的光學器件以及設有光學器件的光通信系統。
背景技術：
現在對於傳送容量小的電氣通信而言，光通信正在加速普及。如下所述，其主要原因是光通信能夠高速大容量傳送、由於中繼器可減少而有利於長距離傳送以及不受電磁噪聲的影響。
光與電視、無線電廣播或無線通信中使用的電波在作為電磁波這一點上是一致的。但是在光通信中使用的電磁波的頻率大約是200THz，相當於衛星廣播(約10GHz)的約20000倍。頻率高表示波長短，就能高速傳送非常多的信號。附帶指出，光通信中使用的電磁波的波長(中心波長)為1.31μm和1.55μm。
眾所周知，光通信中使用的光纖構成折射率不同的玻璃的二重結構。由於通過中心的纖芯的光由於在纖芯內部來回反射，即使光纖成為彎曲的，也能正確地傳送信號。並且因為在光纖中使用高透明度的高純度石英玻璃，光通信衰減僅為0.2dB/km。所以不用通過放大器，就可傳送約100km，與電氣通信相比，可以減少中繼器的數量。
在電氣通信中EMI(電磁幹擾)成為問題，而使用光纖的通信不受電磁感應引起的噪聲的影響。因此能夠傳送極高品質的信息。
現在的光通信系統通過光發射器的LD(雷射二極體)將電信號轉換為光信號，光信號通過光纖傳送後，再通過光接收器的PD(光電二極體)轉換為電信號。這樣在光通信系統中不可缺少的元件是LD、PD、光纖和光連接器。低速、近距離的通信系統不用說，在高速、遠距離的通信系統中除了以上元件之外光放大器、光分配器等等光傳送設備以及用於這些設備上的光隔離器、光循環器、光耦合器、光分波器、光開關、光調製器、光衰減器等光學部件(光學器件)都是必需的。
在高速、遠距離傳送或多分支的光通信系統中特別重要的元件是光隔離器。在目前的光通信系統中光隔離器用於光發射器的LD模塊和中繼器中。光隔離器是設有使電磁波僅在一個方向傳播而阻止途中反射返回的電磁波之作用的光學部件。光隔離器是一種應用磁光效應之一的法拉第效應的光學部件。法拉第效應是指使透過由具有法拉第效應的材料，即稀土鐵柘榴石單晶膜等形成的法拉第旋轉器的光的偏振面旋轉的現象。像法拉第效應那樣，使光的偏振方向旋轉的性質稱作旋光性，但是與通常的旋光性不同，在法拉第效應中光的前進方向即使反過來也不回到原來狀態，而還在偏振方向旋轉。利用法拉第效應使光的偏振方向旋轉的現象的元件稱作法拉第旋轉器。
下面，以LD模塊為例說明光隔離器的功能。
LD作為與光纖一體化的LD模塊裝入光發射器中。光隔離器配置在LD和光纖之間，它具有應用法拉第效應而防止在LD上反射返回光的功能。所謂反射返回光是指從LD出射的光通過光連接器等構件微量反射返回的光。反射返回光成為對於LD噪聲的原因。使光僅在一個方向通過的光隔離器可除去這種噪聲而保持通信品質。
對於光發射器的LD的情況，由於從LD出射的光的振動方向(偏振方向)定在一個方向，可以採用構造簡單的偏振依存型光隔離器。圖19表示傳統的偏振依存型光隔離器10的基本結構。光隔離器10由柘榴石單晶膜構成的法拉第旋轉器11、用於圍住且磁化法拉第旋轉器11的圓筒狀永久磁石12和配置在法拉第旋轉器11的內外兩面的偏振片13、14所成分。偏振片13、14按相互之間的偏振軸以45°的相對角度配置。另外在光隔離器10中將光的行進方向稱為順向，而將反射返回的方向稱為逆向。
法拉第旋轉器決定光隔離器的特性。因此為了獲得高性能的光隔離器，構成法拉第旋轉器的材料的特性是重要的。選擇構成法拉第旋轉器的材料的要點在於，使用波長(對於光纖1.31μm和1.55μm。)的法拉第轉角大且透明度高。具備這種條件的材料當初使用的是YIG(釔鐵柘榴石，Y3Fe5O12)，但在批量生產性和小型化方面是不充分的。
後來發現，如果用鉍(Bi)置換柘榴石型結晶的稀土類格點，則法拉第的旋轉能力飛躍提高，其後就將鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶用於法拉第旋轉器。
然而傳統的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶在大於飽和磁場的磁場中法拉第轉角呈現固定的值。而且，在小於飽和磁場的磁場中法拉第轉角與磁場大小成比例，如取消外部磁場，則法拉第效應消失。因此如圖19所示，在傳統的光隔離器10中設置有用於在法拉第旋轉器11上施加大於飽和磁場的磁場的永久磁石12。
光隔離器10跟其它設備、構件一樣，也有小型化和低成本化的要求。但是，永久磁石12的存在妨礙了光隔離器10的小型化和低成本化。
如果取消磁場，傳統的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶的法拉第效應完全消失，從這一點看可以說是軟磁性材料。因此，永久磁石12的設置是不可缺少的。然而，如果對於鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶能夠賦予硬磁性，也就是說，即使取消外部磁場，也能維持法拉第轉角的性質(鎖住)，則可以省略永久磁石12的設置。永久磁石12的省略將帶來光隔離器或者各種利用法拉第效應的設備、構件的小型化和低成本化。因此，人們正在進行鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶的開發。
例如特開平6-222311號公報中公開的一種由LPE(Liquid PhaseEpitaxial液相外延)法生長的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜，在這種鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜中在與上述單晶膜面正交的方向上施加外部磁場而達到磁飽和後，即使除去該外部磁場，仍能保持磁飽和時的法拉第旋轉效應。這種單晶膜顯示，如果施加大於飽和磁場的外部磁場，即使取消外部磁場，仍能維持法拉第轉角。

發明內容
如上所述，提出了具有硬磁性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的方案。在這種硬磁性單晶膜中與需要設置永久磁石12的傳統的軟磁性單晶膜不同，磁化方向變得極其重要。也就是說，由於圖19所示的傳統的光隔離器10按照永久磁石12的方向決定由軟磁性單晶膜成分的法拉第旋轉器11的磁化方向，因此法拉第旋轉器11的內外面不需要特別區別。然而採用不需要設置永久磁石12的、由硬磁性單晶膜成分的法拉第旋轉器的光學器件則必須識別施加了外部磁場的法拉第旋轉器的磁化方向，即法拉第旋轉器的內外面。如果假設將法拉第旋轉器磁化方向弄錯而裝配到光隔離器等光學器件中，則光學器件將完全失去功能。
但是，由於法拉第旋轉器的內外面顏色相同，因此用肉眼區別是困難的。在製造法拉第旋轉器中當賦予硬磁性後，加工、清洗這樣的工序可以不加考慮，但在以後的工序中繼續區別其內外是不容易的。因此在特開平10-115815號公報中提出了使在法拉第旋轉器上形成的防反射膜的色相在其內外面上不同的方案。
更具體地說，所生長的單晶膜經切斷、研磨後，在其內外面分別形成色相不同的防反射膜而作成內外色相不同的定型品後，能夠將內外色相作為指標來判別磁化後的磁化方向。
但是，在上述特開平10-115815號公報中將法拉第旋轉器裝配到光隔離器等光學器件上時，必須一直掌握哪一種色調是單晶膜的外面或者是內面。並且，為了在單晶膜的內外面分別施以色相不同的塗層，必須使防反射膜在外面和內面形成不同的結構，這樣就存在便利性上的問題。
並且，不是以硬磁性柘榴石為對象，而是作為區別法拉第旋轉器的內外面的方法，在特開2000-89165號公報中提出在縱橫方向上切斷磁性柘榴石單晶而加工成矩形板狀片時，通過沿一方的切斷線從一面進行開溝加工，沿一邊形成切口的方案。
特開平10-115815號公報的方案、特開2000-89165號公報的方案的價值均在於能夠區別法拉第旋轉器的內外面這一點上。在特開平10-115815號公報的方案中，本來在法拉第旋轉器的內外面上加上相同的防反射膜即可滿足需要，現在卻反而要採用具有不同色相的不同防反射膜，這樣就產生了在內外面分別進行防反射膜的設計和成膜條件的設定的負擔。並且，依據本發明人員的研究，由內外面的色相來識別差別，即使對於熟練者來說，有時也不容易。
並且，如特開2000-89165號公報的方案那樣，通過沿一方的切斷線從一面進行開溝加工，沿一邊形成切口的法拉第旋轉器，按照本發明人員的研究，已確認會使硬磁性法拉第旋轉器所要求的特性，特別是保磁力下降。
本發明的目的在於，提供一種便利性優良的光學器件的製造方法，特別是一種穩定製造高性能光學器件的技術。
本發明的目的還在於，提供一種採用防反射膜而能明確區別法拉第旋轉器的內外面的、便利性好的方法。
本發明的目的還在於，提供一種能夠防止法拉第旋轉器所要求的特性惡化的、並能區別內外面的加工方法。
〔第一解決手段〕
法拉第旋轉器是用LPE法等生長的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜(以下適當地稱作「柘榴石單晶膜」或簡單稱作「單晶膜」)磁化後，經研磨、切斷而加工到預定的厚度製成。然後將這樣製成的法拉第旋轉器與其它的光學元件一起裝配，製成光學器件。本發明人員為了用簡易的方法獲得高性能的光學器件而進行了各種研究，發現通過將法拉第旋轉器裝入光學器件之後執行磁化工序，完全沒有必要區別單晶膜的內外面。
於是，本發明提供一種光學器件製造方法，其特徵在於作為裝入法拉第旋轉器的光學器件的製造方法，包括獲得構成法拉第旋轉器、且實質上能呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的工序和在此單晶膜裝入光學器件中的狀態下對單晶膜進行磁化的磁化工序。
此處，光學器件通常包含光隔離器、光衰減器、光循環器、光開關及它們的波導型器件等。另外光隔離器有偏振依存型和非偏振依存型，但本申請的發明在只提到光隔離器時，具有包含偏振依存型和非偏振依存型二者的概念。
本發明的光學器件的製造方法中，最好在上述磁化工序之前對得到的單晶膜進行去磁處理。對單晶膜的去磁處理可以在加熱到單晶膜居裡溫度以上的狀態下進行。最好通過去磁處理後，單晶膜完全失去磁力。但是去磁處理的結果有時也會殘留若干磁力，而在本申請的說明書中以單晶膜去磁處理為目的而進行的處理通常稱為「去磁處理」。而對去磁處理的結果有若干磁力殘留的情況，以下恰當地稱為「減磁」。
並且，本發明提供的由法拉第旋轉器、法拉第旋轉器以外的光學元件和固定法拉第旋轉器的構件所成分的光學器件具有以下的特徵。即本發明的光學器件的特徵在於設有能使順向的光入射的第一光學元件，與該第一光學元件有預定間隔而相對配置並使順向的光出射的第二光學元件，配置在第一光學元件與第二光學元件之間、並使透過第一光學元件的光的偏振面旋轉後向第二光學元件出射的法拉第旋轉器，以及固定法拉第旋轉器的構件；其中法拉第旋轉器由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成，同時通過熔點大於此法拉第旋轉器的居裡點的粘合劑固定在上述構件上。
此處，第一光學元件和第二光學元件可以採用偏振片、金紅石等偏光分離元件等。例如，在作為光學器件製造光隔離器時，可以採用偏振片作為第一光學元件和第二光學元件。並且，作為粘合劑焊料或低熔點玻璃是合適的，採用這些材料，能夠將法拉第旋轉器牢固地固定在構件上。
另外，本發明提供的光學器件是由法拉第旋轉器、法拉第旋轉器以外的光學元件和固定法拉第旋轉器的構件所成分的光學器件，其特徵在於法拉第旋轉器由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成，同時通過熔點大於200°的粘合劑將該法拉第旋轉器固定在構件上。再有，熔點大於200°的粘合劑有焊料和低熔點玻璃等。
並且，本發明提供的法拉第旋轉器的製造方法，其特徵在於作為採用實質上呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的法拉第旋轉器的製造方法，包括獲得單晶膜的工序、對獲得的單晶膜進行去磁處理的工序、對去磁處理後的單晶膜施以規定處理的工序以及對施以了規定處理的單晶膜進行磁化的工序。該去磁處理是為了使單晶膜去磁(或減磁)而進行的處理。去磁處理可以採用將法拉第旋轉器加熱到法拉第旋轉器的居裡溫度以上或採用交流去磁的方法。
眾所周知，光隔離器等光學器件適用於光通信系統中。本發明的方案是將本發明的光學器件用於光通信系統中。該方案的光通信系統包括發出由電信號轉換的光信號的光發射器、傳送由上述光發射器發出的上述光信號的光傳送線路以及接收通過上述光傳送線路而傳送的上述光信號並將接收的上述光信號轉換為電信號的光接收器，上述光發射器設有將上述電信號轉換為上述光信號的電-光轉換元件和配置於上述電-光轉換元件與上述光傳送線路之間的光學器件，構成上述光學器件的法拉第旋轉器由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜成分，同時通過熔點大於該法拉第旋轉器居裡點的粘合劑固定在構件上。
〔第二解決手段〕本發明人員在研究了採用防反射膜區別法拉第旋轉器內外面的方法後，提出不是如特開平10-115815號公報的方案那樣使色相在內外面上不同，而是在內外面的任一個面上形成如先前一樣在整個面上形成防反射膜，而在另一個面的一部分上設置不形成防反射膜的區域，這樣在內外面上防反射膜的形態不同，則能夠區別內外面。
因此，本發明的特徵在於作為使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器，包括由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成並設有相對的內外面的扁平狀旋轉器本體和在上述旋轉器本體的內外面上形成的防反射膜，上述防反射膜在上述內外面中的形成狀態不同。
由於本發明的法拉第旋轉器在內外面中防反射膜的形成狀態不同，因此只要在內外面上照射光，一看就能區別內外面。與使內外面的防反射膜的色相不同的情況相比，可顯著提高區別內外面的簡易性。例如對於防反射膜的色相是淺紫色和藍紫色的不同，如果考慮到構成法拉第旋轉器本體的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜大致是黑色，則並不容易加以區別。
與此形成對比，依據本發明，即使色相相同，只要照射光，就能夠明確區別未形成防反射膜的區域和形成防反射膜的區域。並且如果要決定在整個面上形成防反射膜的面是外面還是內面，只要識別整面形成防反射膜的面，就能區別法拉第旋轉器的內外面。
防反射膜在內外面形成的形態存在各種狀況。例如通過在內外面的任何一個面中至少一個角部的近旁不形成防反射膜，就能夠使防反射膜在內外面中形成的狀態不同。例如，如果防反射膜在裝入光隔離器時，在光透過的區域形成，就能夠發揮功能。反過來說，在光透過區域以外的區域形成防反射膜也沒有意義。以往的法拉第旋轉器只不過是避免僅在光透過區域上選擇性地形成防反射膜的麻煩，而在內外兩面的整個面上形成防反射膜。
因此，本發明所推薦的是在不適用於光透過區域的角部近旁形成不設防反射膜的區域。
並且，最好在內外面的任何一個面的整個面上形成防反射膜，而在另一個面上僅在包含法拉第旋轉器的光透過區域的預定的區域上形成防反射膜。
以上的方案是有關採用防反射膜區別法拉第旋轉器的內外兩面的方法，但是如以下說明中提及，本發明也提出了施以機械加工等其它加工來區別法拉第旋轉器的內外兩面的方法。
如特開2000-89165號公報的方案那樣，通過沿著一方的切斷線從一面進行開溝加工而沿一邊形成切口的法拉第旋轉器會產生保磁力下降，磁滯特性出現非對稱性。然而，通過限定加工區域，就能夠防止特性惡化，並能區別法拉第旋轉器的內外面。
本發明的方案是將加工區域限定在光透過區域以外的區域，更具體地說，限定在法拉第旋轉器的角部而形成區別內外面的處理部分。即本發明作為使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器，其特徵在於包括由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成並設有相對的內外面的扁平狀旋轉器本體和設在上述旋轉器本體的角部上的內外面確認處理部分。
本發明的內外面確認處理部分，可以將旋轉器本體的至少一個角部進行倒角加工。例如通過將屬於旋轉器本體的外面或內面的任何一個面的角部進行倒角加工，能夠區別旋轉器本體的內外。倒角加工的角部至少有一個就足夠，但是也容許對2～4個角部進行倒角加工。
作為本發明的內外面確認處理部分，也可以修圓加工旋轉器本體的全部邊緣部，並且在屬於旋轉器本體的外面的邊緣部以及屬於內面的邊緣部進行有差異的修圓加工。
再有，關於本發明中角部和邊緣部將在以後所述的實施例中談及。所謂修圓加工是指將倒角加工的加工面形成圓形的狀態。
作為本發明的內外面確認處理部分並不限於以上進行機械加工的方式，例如也可以通過在角部進行印刷而構成內外面確認處理部分。另外也可以將在角部上照射雷射束而得到的雷射照射痕跡作為內外面確認處理部分。
再有，重要的是以上的內外面確認處理部分在法拉第旋轉器的光透過區域之外形成。這是由於在光透過區域內有內外面確認處理部分的情況下，可能會阻礙法拉第旋轉器中光的透過而使法拉第旋轉器的特性惡化。另外以上的內外面確認處理部分的例子只不過列舉了理想的方式，並不是本發明中的全部方式。


圖1是表示依據本發明實施例1的光通信系統結構的圖。
圖2是表示依據本發明實施例1的LD模塊結構的斜視圖。
圖3是表示依據本發明實施例1的光隔離器結構的圖。
圖4是表示依據本發明實施例1的光隔離器製造工序的流程圖。
圖5用於說明LPE方法的圖。
圖6是表示在法拉第旋轉器裝入光隔離器的狀態下進行磁化的狀況圖。
圖7是表示依據本發明實施例2中實施例2-1的法拉第旋轉器的圖。
圖8是表示依據本發明實施例2中實施例2-2的法拉第旋轉器的圖。
圖9是表示依據本發明實施例2中實施例2-3的法拉第旋轉器的圖。
圖10是表示依據本發明實施例2中實施例2-4的法拉第旋轉器的圖。
圖11是表示依據本發明實施例2中實施例2-5的法拉第旋轉器的圖。
圖12是表示依據本發明實施例2中實施例2-6的法拉第旋轉器的圖。
圖13是表示依據本發明實施例2的法拉第旋轉器製造工序的流程圖。
圖14是表示依據本發明實施例2中實施例2-1的法拉第旋轉器製造方法的圖。
圖15是表示依據本發明實施例2中實施例2-1的法拉第旋轉器製造方法的圖。
圖16是表示依據本發明實施例2中實施例2-5的法拉第旋轉器製造方法的圖。
圖17是表示依據本發明實施例2中實施例2-6的法拉第旋轉器製造方法的圖。
圖18是表示與比較例有關的法拉第旋轉器的圖。
圖19是表示傳統的光隔離器結構的圖。
具體實施例方式
實施例1以下，參照附圖對本發明進行更詳細、具體的說明。
首先，用圖1說明本發明採用的光通信系統1。
光通信系統1是用於在發射側與接收側之間通過光信號傳送信息的系統。在發射側設置光發射器2，而在接收側設置光接收器3。光發射器2和光接收器3通過由光纖成分的光傳送線路4連接。光放大器5位於光傳送線路4中間。根據光傳送線路4的長度設置相應數量的光放大器5。
光發射器2中設有電子線路21和LD模塊22。以成為傳送對象的數據作為電信號接收的電子線路21在進行預定的處理後，將電信號輸出到LD模塊22。LD模塊22將接收的電信號轉換為光信號後，傳送到光傳送線路4。
光接收器3中設有PD模塊31和電子線路32。接收了來自光傳送線路4的光信號的PD模塊31，將該信號轉換為電信號後，輸出到電子線路32。電子線路32將接收的電信號輸出到接收側。
在光傳送線路4上配置的光放大器5進行放大，以防止光傳送線路4傳送的光信號衰減。
圖2是表示LD模塊22結構的圖。LD模塊22中設有配置在外殼內的LD 222，使LD 222輸出的光(信號)透過的透鏡223，以及使透過透鏡223的光(信號)的偏振面旋轉的光隔離器224。
圖3是表示光隔離器224結構的圖。如圖3所示，光隔離器224具有法拉第旋轉器224b配置在兩個偏振片224a、224c之間的結構。兩個偏振片224a、224c以預定的間隔相對配置。現在，如果順向的光入射在偏振片224a上，則順向的光就從偏振片224c向光傳送線路4出射。
偏振片224a、224c可以採用眾所周知的材料。例如要求是康寧公司制的「波拉高」(ポ-ラ·コア(商品名))，但不限定於此。
法拉第旋轉器224b使透過偏振片224a的順向的光的偏振面例如只旋轉45°後，向偏振片224c出射。偏振片224c的偏振軸對於偏振片224a的偏振軸只旋轉45°而配置。因此偏振片224c使順向的光透過。而從偏振片224c一側入射、並透過偏振片224c的反方向的光的偏振面通過法拉第旋轉器224b，再僅旋轉45°後，與偏振片224a的偏振軸垂直。這樣光隔離器224使來自偏振片224a側的順向光透過，而阻止來自偏振片224c側的逆向光透過。
本實施例中該法拉第旋轉器224b由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成。該法拉第旋轉器224b作為光隔離器等光學器件的一部分而發揮功能。
下面，採用圖4說明本實施例的光學器件的製造方法。如上所述，本實施例的特徵在於將由單晶膜構成的法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224等光學器件後進行磁化。下面詳細說明本實施例的光學器件的製造方法。
如圖4所示，本實施例包括單晶膜生長工序(步驟S101)、去磁處理工序(步驟S102)、切斷、研磨工序(步驟S103)和磁化工序(步驟S104)。
下面在談及單晶膜所要求的成分後，說明各工序。
單晶膜的成分
單晶膜的構成材料選擇硬磁性材料，即在後面所述的磁化工序(步驟S104)後使法拉第旋轉器224b呈現矩形磁滯特性的材料。
鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的成分最好是(Bi3-X-RX)Fe(5-W)MWO12的化學成分(但R為包含Y的稀土元素中的一種或兩種以上元素，M為Ga、Al、Ge、Sc、In、Si與Ti中的一種或兩種以上元素)。此處，R為包含Y的稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb與Lu)中的一種或兩種以上元素。下面將包含Y的稀土元素稱作「稀土元素R」。
並且，本實施例的硬磁性柘榴石材料中，0.5≤x≤2.5且0.2≤w≤2.5，最好是1.0≤x≤2.3且0.4≤w≤1.5。
作為稀土元素R，特別理想的是Gd、Tb、Yb。Gd的磁矩在稀土元素中是最大的，因此對於降低飽和磁化(4πMs)是有效的。並且，GdBi系柘榴石的磁化反轉溫度是-10℃左右，與TbBi系柘榴石的-50℃相比，更接近室溫，因此對於硬磁性是有利的。另外，Gd不吸收波長大於1.2μm的光，因此對於插入損耗是有利的。
Tb是對於確保溫度特性和波長特性有效的元素。Gd的磁各向異性大，對於高頑磁力化是有效的元素，但是Tb對於高頑磁力的貢獻更大。
基於以上理由，本實施例的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的成分最好設定為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-W)MWO12的化學成分(式中，M為Ga、Al、Ge、Sc、In、Si與Ti中的一種或兩種以上元素，0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)。
本實施例的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜以LPE法形成為前提，但為了調整該單晶膜的晶格常數使之適合襯底的晶格常數而加入了Yb。為了增大法拉第旋轉能力，最好是含Bi量大的晶體。此處，法拉第轉角與構成法拉第旋轉器224b的材料厚度成比例，將每單位厚度的轉角稱作法拉第旋轉能力。由於光隔離器224中使用的法拉第旋轉器224b的旋轉角是45°，因此法拉第旋轉能力越大，法拉第旋轉器224b的厚度可以越薄，這對於小型化是有利的。
LPE法中採用的襯底(以下稱為LPE襯底)具有預定的晶格常數。由於Bi的離子半徑大，因此，單增加Bi的量，不能將要獲得的結晶膜的晶格常數調製得和襯底的晶格常數相適合。因此，通過增加Bi的量，並使之含有離子半徑小的Yb，就能將要獲得的結晶膜的晶格常數調整得和襯底的晶格常數相適合。並且Yb對光通信中使用的光波長區域的光不吸收，所以不會使插入損耗惡化。
在本實施例的鉍置換型稀土鐵柘榴石材料中，M為置換Fe的一部分的元素，M可以是從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si與Ti中選擇一種或兩種以上元素。從對單晶膜生長的穩定性或容易程度的影響考慮，其中以Ga為最理想。
在本實施例的鉍置換型稀土鐵柘榴石材料中，表示Gd、Tb、Yb含量的a、b、c為0.5≤a+b+c≤2.5。如果a+b+c小於0.5，離子半徑大的Bi的量相對較多，則不能調整得與用於通過LPE法生長單晶膜的LPE板的晶格常數相適合。而如果a+b+c大於2.5，則相反，Bi的量相對較少，法拉第旋轉能力減小。結果必須增加單晶膜的厚度，通過LPE法生長單晶膜變得困難，引起合格率下降。a+b+c的範圍最好為1.0≤a+b+c≤2.3。
另外，a、b、c的值最好分別是0.1≤a≤1.5，0.3≤b≤2.0，0.1≤c≤1.5。a(Gd量)不小於0.1是為了充分確保用於獲得硬磁性的磁各向異性。而如果a大於1.5，則由於Tb和Bi的量不足，不能獲得高的法拉第旋轉能力。
b(Tb量)不小於0.3是為了充分確保用於獲得硬磁性的磁各向異性。另一方面，如果b大於2.0，則波長超過1.5μm的光中的插入損耗增大。
c(Yb量)不小於0.1是因為Yb量小於0.1時，不能確保足夠的法拉第旋轉能力，必須增加膜厚。而如果c大於1.5，則由於Gd、Tb和Bi的量不足，不能確保高的法拉第旋轉能力。
在本實施例的鉍置換型稀土鐵柘榴石材料中，M對Fe的置換量w為0.2≤w≤2.5。當w小於0.2時，所得到的單晶膜不保持矩形磁滯特性。另一方面，如果w大於2.5，則在單晶膜生長中在熔融部分生成不必要的結晶核，單晶膜的良好生長變得困難。w的範圍最好為0.3≤w≤2.0，w範圍為0.4≤w≤1.5則更好。
但是，如上所述，本實施例的特徵在於將由硬磁性鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜成分的法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224等光學器件之後進行磁化，此單晶膜的成分並不特別限定於上述範圍，為了使單晶膜具有硬磁性，可以適當調整。
依據本實施例的法拉第旋轉器224b可以由以上說明的鉍置換型稀土鐵柘榴石材料，例如由採用LPE法生長的單晶膜構成。此單晶膜實質上呈現矩形磁滯特性。
單晶膜生長工序
下面，說明單晶膜生長工序(步驟S101)。
本實施例的單晶膜可以採用LPE法生長。圖5是表示採用LPE法生長單晶膜的情況的示圖。
如圖5所示，將要獲得的單晶膜的原料和助熔劑投入例如鉑制的坩堝40中。投入鉑坩堝40中的原料和助熔劑，通過在加熱線圈41上通電而加熱、熔融後，形成熔融物42。使熔融物42的溫度下降，成為過冷卻狀態後，如果一邊使LPE襯底43旋轉，一邊接觸熔融物，則在LPE襯底43上外延生長單晶膜44。另外，在生長的單晶膜44上不可避免地會混入助熔劑和來自坩堝40的雜質，自不待言，本實施例容許這種不可避免的雜質的混入。當然，為了獲得本實施例的效果，要求降低這些雜質的混入。
採用LPE法得到的單晶膜44的生長厚度比最終要得到的法拉第旋轉器224b的厚度厚一些。這是因為它要經研磨加工後作為法拉第旋轉器224b來使用。
去磁處理工序
在單晶膜生長工序(步驟S101)中生長單晶膜44後，進入去磁處理工序(步驟S102)。去磁處理工序(步驟S102)是為了使單晶膜44的磁力消失，也就是使單晶膜44去磁(或減磁)而進行的工序。本實施例包括去磁處理工序(步驟S102)是基於以下的理由即在單晶膜生長工序(步驟S101)中生長的單晶膜44已經帶有某種程度的磁力。而且如果對於帶有磁力的單晶膜44施行切斷、研磨、無反射塗層等預定的處理，則鐵等金屬灰塵、金屬夾具等由於磁力會附著在單晶膜44的表面。
在附著這種灰塵等的狀態下切斷、研磨單晶膜44，從製造效率和加工精度等方面考慮是有問題的，而對於附著這種灰塵的狀態下直接將單晶膜44裝入光隔離器224等光學器件中的情況，光學器件的特性會惡化。因此最好在切斷、研磨工序(步驟S103)之前先進行去磁處理工序(步驟S102)。
對單晶膜44的去磁處理方法，例如可以有加熱、交流去磁或者它們的組合等。在採用加熱對單晶膜44進行去磁(或減磁)時，加熱溫度應為單晶膜44的居裡點以上的溫度。眾所周知，如果磁性物處於居裡點以上的高溫，則磁力完全消失。此處，單晶膜44的居裡點由於成分不同而異，一般約為180～200℃。
具體地說，在鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜中在Fe未被Ga、Al等置換的情況下，單晶膜44的居裡點約為280℃，而在Fe被Ga、Al等置換的情況下，單晶膜44的居裡點約為190～200℃。因此在本實施例中所謂單晶膜44的居裡點以上的溫度具體指180℃以上的溫度。
在採用交流去磁對單晶膜44去磁(或減磁)時，可以在幾乎無靜磁場的場所作用充分強的交流磁場，然後可使振幅逐漸減小到0。
切斷、研磨工序
在去磁處理工序(步驟S102)中單晶膜44進行去磁(或減磁)後，進入切斷、研磨工序(步驟S103)。在切斷、研磨工序(步驟S103)中將單晶膜44切斷、研磨到預定的大小，從而獲得法拉第旋轉器224b。
單晶膜44的切斷要求採用鋼絲鋸進行。如果採用鋼絲鋸切斷，可以將切斷時的掉片控制在最小程度。由於這樣控制掉片，可以保持在單晶膜生長工序(步驟S101)中生長的近乎完全結晶的狀態，獲得磁特性良好的單晶膜44。此處，所謂掉片是指在切斷單晶膜44時單晶膜44的切斷面的邊緣產生缺口的現象。
在法拉第旋轉器224b上，採用對所使用的光波長而言轉角為45°單晶膜44。換句話說，採用LPE法生長的單晶膜44被研磨加工到法拉第轉角成為45°。法拉第旋轉器224b具有約500μm的厚度。
經切斷、研磨加工之後，為了減少插入損耗，要求在法拉第旋轉器224b的表面上施以無反射塗層。此處，所謂插入損耗是指出射光相對於入射光的衰減量。在法拉第旋轉器224b中的插入損耗包括構成法拉第旋轉器224b的材料的光吸收損失和由於此材料與空氣的折射率差異而引起的界面的反射損失。為了確保高品質的信息傳送，要求降低法拉第旋轉器224b的插入損耗，而通過在法拉第旋轉器224b的表面上加無反射塗層，反射損失能夠降低到可忽略的程度。
磁化工序
在切斷、研磨工序(步驟S103)獲得預定尺寸的法拉第旋轉器224b後，進入磁化工序(步驟S104)。在磁化工序(步驟S104)中對由單晶膜44形成的法拉第旋轉器224b施加外部磁場。該磁化工序(步驟S104)是本實施例的特徵部分，在法拉第旋轉器224b被裝入光隔離器224等光學器件的狀態下進行。因此在法拉第旋轉器224b被裝入光隔離器224等光學器件時，完全不需要區分法拉第旋轉器224b的內外面。
磁化工序(步驟S104)中的外部磁場強度應不小於飽和磁場，具體地說，在具有上述成分的法拉第旋轉器224b的情況下，應為500Oe以上。最大是在約數倍於頑磁力Hc的範圍內，外部磁場強度越高，越能期待法拉第旋轉器224b的高頑磁力化。但是為了防止裝置成本上升，在目前條件下外部磁場強度的上限應約20k Oe。最好是外部磁場強度大於1k Oe，外部磁場強度大於2k Oe則更好。
施加外部磁場的時間可以為1分鐘至1小時左右。但是此時間是受外部磁場強度左右的，在外部磁場強度高的情況下，具體地說，在外部磁場的強度大於2k Oe的情況下，施加外部磁場的時間即使為數秒，也能夠獲得高頑磁力的效果。
如上所述，本實施例是在法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224中的狀態下進行磁化。此處，用圖6表示法拉第旋轉器224b磁化的情況。
如圖6所示，法拉第旋轉器224b通常在用粘合劑S固定於金屬構件M的狀態下，裝入光隔離器224中。而且，保持法拉第旋轉器224b裝於光隔離器224等光學器件中的狀態不變，在法拉第旋轉器224b上施加飽和磁場以上的磁場。
為了在法拉第旋轉器224b上施加飽和磁場以上的磁場，可以採用例如電磁鐵等磁場發生裝置(圖中未表示)。也就是保持法拉第旋轉器224b裝於光隔離器等光學器件中的狀態不變，將該光學器件設置在電磁鐵等磁場發生裝置中，在法拉第旋轉器224b上施加飽和磁場以上的磁場。磁場的施加方向設為最終法拉第旋轉器224b應被磁化的方向，具體地說，在法拉第旋轉器224b的厚度方向上施加磁場。如圖6所示，法拉第旋轉器224b配置在偏振片224a、224c之間，與光的行進方向即順向的光大致平行地在法拉第旋轉器224b的厚度方向施加磁場。
在固定法拉第旋轉器224b的金屬構件M上，與法拉第旋轉器224b的形狀相適合地形成插入並保持法拉第旋轉器224b的插入孔。粘合劑S以往採用熔點低於法拉第旋轉器224b的居裡點以下的溫度的樹脂，具體地說低於180℃的樹脂等。這是由於以往採用的工序是經磁化工序之後再將法拉第旋轉器224b再裝入光隔離器224的工序。也就是說，對於經磁化工序的法拉第旋轉器224b，如果加熱到法拉第旋轉器224b的居裡點以上，則磁力完全消失，而磁化的意義也完全失去。因此用熔點低於居裡點的樹脂將法拉第旋轉器224b固定在金屬構件M上。
但是在以樹脂等作為粘合劑S的情況下，粘結強度低，光隔離器224的可靠性不充分。因此本實施例基於與以往完全不同的設想，提出採用熔點大於法拉第旋轉器224b的居裡點的粘合劑，即大於180℃或200℃的粘合劑S。如上所述，本實施例是在法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224之後進行磁化。所以在磁化工序(步驟S104)之前，將法拉第旋轉器224b在法拉第旋轉器224b的居裡點以上的溫度下加熱，在特性上不會有任何問題。
有各種各樣的熔點大於法拉第旋轉器224b的居裡點的粘合劑S，但其中以焊料、低熔點玻璃作為粘合劑S為最好。焊料、低熔點玻璃與樹脂相比，不僅粘結強度高，而且具有以下優點即在焊料、低熔點玻璃作為粘合劑S時，即使加熱到它的熔點以上，也不會產生腐蝕固定法拉第旋轉器224b的金屬構件M的揮發成分。因此，在焊料、低熔點玻璃作為粘合劑S而使用時，不會腐蝕金屬構件M，而且能將法拉第旋轉器224b牢固地固定於金屬構件M。
焊料中有金錫(Au-Sn)焊料等各種各樣的材料，而在採用金錫(Au-Sn)焊料的場合，其成分可以如下Au60～90wt％，Sn10～40wt％。金錫(Au-Sn)焊料的熔點為200～300℃，具體數值隨成分不同而異。
作為低熔點玻璃，可以採用例如鉛-硼酸系玻璃、銀-磷酸系玻璃。鉛-硼酸系玻璃、銀-磷酸系玻璃的熔點為350～500℃，具體數值也隨成分不同而異。
裝入採用以上成分和製造方法的本實施例的法拉第旋轉器224b的光隔離器224具有良好的特性，具體地說，具有低的插入損耗和高的消光比。
另外用圖4表示製造光隔離器224的工序，但是也可以在經過切斷、研磨工序(步驟S103)之後且在磁化工序(步驟S104)之前，再次進行去磁處理工序(步驟S102)。在這種情況下能夠更有效地防止因切斷、研磨工序(步驟S103)而產生的切屑等附著在單晶膜44上。並且，也可以省略去磁處理工序(步驟S102)，在磁化工序(步驟S104)之前利用以粘合劑S將法拉第旋轉器224b固定在金屬構件M上時的加熱一併進行去磁(或減磁)。這種場合，以焊料等粘合劑S將法拉第旋轉器224b固定在金屬構件M上時所需要的加熱時間可以設定得比通常的時間長。
以下，說明本實施例的具體實施例。
(實施例1-1)以下，用為確認以基於圖4所示的工序將法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224之後再進行磁化的光隔離器224特性而進行的實驗作為實施例1-1進行說明。
以氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化亞鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，4N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)、氧化鎵(Ga2O3，4N)為原料，採用圖5所示的裝置，通過外延生長法生長一種鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜。所用LPE襯底是(111)柘榴石單晶(GdCa)3(GaMgZr)5O12。此襯底的晶格常數是1.±0.nm。而選擇上述原料是為了在單晶膜44磁化之後，呈現硬磁性。並且，除了上述材料之外，以氧化鉛(PbO，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作為助熔劑投入鉑坩堝40中。
對生長鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜之後而獲得的單晶膜44的成分分析的結果是Bi1.0Gd0.4Tb1.2Yb0.4Fe4.0Ga1.0O12。而此單晶膜44的居裡溫度是190℃。接著，將這樣獲得的單晶膜44在升溫爐內加熱到430℃，即單晶膜44的居裡點以上的溫度，進行去磁處理，將去磁後的單晶膜44切斷、研磨到預定的厚度和大小。再有，切斷、研磨後的法拉第旋轉器224b的尺寸為高1.0×寬1.0mm×厚500μm。
在法拉第旋轉器224b上塗敷無反射塗層後，與偏振片224a、224c一起裝配成為光隔離器224。將這樣裝配的光隔離器224設置在磁場發生器中，在外部磁場10k Oe中在要求的方向磁化。接著，測定光隔離器224的特性，結果顯示其插入損耗為0.15dB，消光比為35dB。而產品合格率為100％。
(比較例1-1)採用與實施例1-1同樣的方法生長的單晶膜44在外部磁場10kOe中磁化後，經切斷、研磨並塗敷無反射塗層，製成法拉第旋轉器。然後，將法拉第旋轉器224b與偏振片224a、224c一起裝成光隔離器。測定光隔離器的特性，結果顯示其插入損耗為1.3dB，消光比為17dB，作為光隔離器二者都呈現不充分的值。並且，產品合格率為80％。
調查特性不充分的原因的結果，確認在光隔離器內的法拉第旋轉器的光路面上附著有微量的灰塵。可以認為灰塵是在裝配光隔離器時附著的。
從以上實施例1-1和比較例1-1的結果可知通過將法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224後再進行磁化，可以獲得具有插入損耗低、消光比良好的光隔離器224。並可知通過將法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224後進行磁化，可以不管法拉第旋轉器224b的內外面而裝入光隔離器224中，因此製造效率大幅提高，同時與在裝入光隔離器224之前進行磁化的情況相比，合格率顯著改善。
(實施例1-2)以用於確認由粘合劑將法拉第旋轉器224b固定在金屬構件(不鏽鋼構件)之後，再裝入光隔離器224中後進行磁化的情況的產品合格率所進行的實驗作為實施例1-2進行說明。
將由實施例1-1獲得的法拉第旋轉器224b(單晶膜44生長後加熱到居裡點以上的溫度，進行去磁處理，再切斷、研磨到預定的厚度和大小，塗敷無反射塗層)採用以下的粘合劑固定在不鏽鋼構件上，然後與偏振片224a、224c一起裝配成光隔離器224。下面，將採用金錫焊料的粘合劑稱作樣品1，採用鉛-硼酸系玻璃的粘合劑稱作樣品2。
(粘合劑)金錫焊料(Au/Sn＝80/20)熔點約250℃鉛-硼酸系玻璃熔點約430℃測定樣品1和樣品2的插入損耗和消光比，它具有與實施例1-1同樣的特性。而產品合格率為100％，具有理想的值。
如上所述，如本實施例所推薦的，通過將法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224後再進行磁化，可以獲得具有插入損耗低、消光比良好的高性能光隔離器224。另外通過採用熔點高於法拉第旋轉器224b的居裡溫度的焊料或低熔點玻璃作為粘合劑S，可提高法拉第旋轉器224b和金屬構件M的粘結強度，其結果提高了光隔離器224的可靠性。另外，通過將法拉第旋轉器224b裝入光隔離器224後再進行磁化，可以不用去注意法拉第旋轉器224b的內外面而裝入光隔離器224中，因此製造效率大幅提高，同時合格率得到改善。
在實施例1-1和實施例1-2中對於採用法拉第旋轉器224b和偏振片224a、224c裝配光隔離器224的情況進行了說明，但並不限於玻璃偏振片，在採用在玻璃、雙折射玻板、玻璃上蒸鍍金屬而構成的金屬薄膜反射鏡等光學元件和法拉第旋轉器224b一起製作的光學器件時也可以期待取得同樣的效果。
實施例2下面參照附圖更詳細、具體地說明本發明的實施例2。正如前面所述，本實施例的法拉第旋轉器的主要用途有光通信系統。另外如圖6所示，法拉第旋轉器224b在垂直於光透過方向的面呈矩形，而在此矩形範圍內透過的光一般成為圓形。因此可以說並不是法拉第旋轉器224b的所有部分都可用於發揮它的功能，對應於光透過區域以外的部分並沒有發揮作為法拉第旋轉器224b的功能。
在本實施例中，法拉第旋轉器224b由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成。鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的成分與實施例1中所示的成分相同，因此在-20～+80℃的溫度範圍，即保證光隔離器224工作所必須的溫度範圍內呈現法拉第效應，同時可以得到法拉第旋轉能力大於700°/cm的鉍置換型稀土鐵柘榴石材料。此柘榴石材料在施加大於該材料所具有的飽和磁場的外部磁場之後，即使除去該外部磁場後，實質上仍能維持以上的法拉第旋轉能力。
再有，最好將本實施例應用於硬磁性鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜，但也不排除在軟磁性鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜中的應用。因為即使對於例如偏振倒波器、光衰減器那樣採用軟磁性鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的情況，也有涉及到要考慮內外面問題的用途。
接著，對法拉第旋轉器224b作更詳細的說明。
依據本實施例的法拉第旋轉器224b的防反射膜在內外面上形成形態不同。作為其方式之一，可以舉出在內外面的任何一個面的至少一個角部的近旁上不形成防反射膜的法拉第旋轉器224b的例子。
此法拉第旋轉器224b如圖7所示(實施例2-1)。如圖7(b)所示，在法拉第旋轉器224b的外面(也可以是內面，以下相同)的整個面上形成防反射膜AR，而如圖7(a)所示，其內面(也可以是外面，以下相同)除一個角部C的近旁之外，形成防反射膜AR。
為了獲得這樣的防反射膜AR，可以通過在上述角部C的近旁施以掩膜的狀態下形成防反射膜AR，之後除去掩膜，或者在整個面上形成防反射膜AR之後，再除去上述角部C的近旁的防反射膜AR(例如通過腐蝕)而獲得。關於製造方法的具體內容隨後說明。另外在圖7中防反射膜AR用灰色表示，而法拉第旋轉器224b本體用無色表示。但為了慎重起見，還要提及這並不反映真實的色彩。
通過對內面照射光，就能夠容易地用肉眼區別形成防反射膜AR的部分和未形成防反射膜AR的部分。所以也能夠容易地區別法拉第旋轉器224b的內外面。另外未形成防反射膜AR的部分限於角部C的近旁，這是因為角部C的近旁不是光透過的部分，沒有必要形成防反射膜AR。
而在圖7的例中是僅除去一個角部C的近旁來形成防反射膜AR，不用說也可以除去2～4個角部C的近旁而形成防反射膜AR。而且依據本實施例，構成防反射膜AR的物質在內外即使採用同一物質，也可以區別內外。
另一個採用防反射膜AR可以區別內外的例子，如圖8所示(實施例2-2)。如圖8(a)所示，此例是在旋轉器本體的外面形成圓形防反射膜AR。該圓形區域須包含光透過區域。另一方面，如圖8(b)所示，在旋轉器本體的整個內面上形成防反射膜AR。根據該例，通過在旋轉器本體的外面上照射光，也能夠區別形成防反射膜AR的區域和未形成防反射膜AR的區域。結果能夠容易地區別法拉第旋轉器224b的內外。
如上所述，通過使防反射膜AR的形成狀態在法拉第旋轉器224b的內外面上不同，可以容易地區別法拉第旋轉器224b的內外面。另外，在以上的實施例中是在旋轉器本體的整個內面上形成防反射膜AR，但是本實施例並不限定於此。例如在圖7所示的例子中通過在內面的兩個角部的近旁不形成防反射膜AR，能夠使內外面的防反射膜AR的形成狀態不同。並且，在圖8所示的例子中通過在內面形成的防反射膜AR形成在含有光透過區域的矩形區域上，也能夠使內外面的防反射膜AR的形成狀態不同。
接著，說明通過施以機械加工形成內外面確認處理部分的法拉第旋轉器224b。
圖9是其一例，它是表示在法拉第旋轉器224b的外面的一個角部C上施以倒角的例子(實施例2-3)。再有，法拉第旋轉器224b的內面仍保持平面，而在整個面上形成防反射膜AR。圖9所示的法拉第旋轉器224b通過僅在外面形成倒角，也能夠容易地區別法拉第旋轉器224b的內外。另外在圖9所示的例中雖然僅在外面進行倒角，但也可以使其數目不同，在內外兩個面上形成倒角。
圖10是圖9的變形例，它是在法拉第旋轉器224b的所有邊緣部E上施以倒角的例子(實施例2-4)。另外在本實施例中邊緣部E指包含存在於角部C和角部C之間的稜線的部分。並且倒角帶有修圓加工，即圓角。這樣以所有的邊緣部E為對象而形成修圓的倒角，是為了防止法拉第旋轉器224b的特性，特別是頑磁力的惡化。
也就是說，因為法拉第旋轉器224b通過切斷預定的單晶膜而獲得，但在切斷時在邊緣部E上易產生掉片，這樣頑磁力有下降的傾向，對此通過修圓加工邊緣部E，可以抑制頑磁力的下降。
在圖10的例中，在法拉第旋轉器224b的所有邊緣部E上形成經修圓加工的倒角，並且屬於外面的面的倒角與屬於內面的面的倒角相比，倒角量更大。因此，通過比較倒角量，能夠區別外面和內面。
圖11表示不施以機械加工而形成內外面確認處理部分的法拉第旋轉器224b的一例(實施例2-5)。此例是在法拉第旋轉器224b的外面的角部近旁上加圓形印刷標記P的例子。要求印刷標記P以清晰的色彩與防反射膜AR區別。
另外，圖12也表示不施以機械加工而形成內外面確認處理部分的法拉第旋轉器224b的一例(實施例2-6)。此例是在法拉第旋轉器224b的外面的角部近旁上通過照射雷射束形成照射痕跡。雷射束照射可以在防反射膜AR形成之前或之後進行。在防反射膜AR形成之前照射雷射束的情況下，照射痕跡比其它部分凹下，因此可以識別是外面。而在防反射膜AR形成之後照射雷射束的情況下，由於照射雷射束使防反射膜AR除去，加上照射痕跡比其它部分凹下，因此也可以識別是外面。
接著，說明本實施例的法拉第旋轉器224b的製造方法。如圖13所示，本實施例包括單晶膜生長工序(步驟S101)、切斷、研磨工序(步驟S103)、防反射膜形成工序(步驟S105)、細斷工序(步驟S107)和磁化工序(步驟S109)。在各工序中或各工序之間實施內外面確認處理部分形成工序。下面依次說明各工序。單晶膜生長工序
本實施例的單晶膜生長工序(步驟S101)與實施例1中單晶膜生長工序(步驟S101)相同，省略說明。
切斷、研磨工序
本實施例的切斷、研磨工序(步驟S103)與實施例1中切斷、研磨工序(步驟S103)相同，省略說明。而單晶膜44切斷成10mm×10mm左右的大小。
防反射膜形成工序
切斷、研磨加工後，為了降低插入損耗，進入在法拉第旋轉器224b的外面上形成防反射膜AR的防反射膜形成工序(步驟S105)。
作為防反射膜AR可以將眾所周知的材料，例如SiO2、MgF2、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、TiO2、Nd2O3、Y2O3單獨或組合起來使用。形成防反射膜AR的方法可以採用真空蒸鍍法、離子加速(ion-assisted)法、離子鍍法和濺射法。
細斷工序
在形成防反射膜AR後，進入切斷成預定尺寸的細斷工序(步驟S107)。例如在形成防反射膜AR的階段中將具有10mm×10mm左右大小的單晶膜44切斷成1mm×1mm左右。細斷工序中的切斷方法可以採用金剛石鋸、鋼絲鋸等眾所周知的切斷方法。特別由於鋼絲鋸可以降低掉片的產生，因此是適當的。作為鋼絲鋸，例如可以採用金剛石鋼絲鋸。金剛石鋼絲鋸是將混合金剛石磨粒的金屬粘合物的珠粒排列、粘結在專用的鋼絲上而製成的。
磁化工序
在細斷工序後，進入磁化工序(步驟S109)。在磁化工序中對於由單晶膜44構成的法拉第旋轉器224b施加外部磁場。在磁化工序之前有必要使法拉第旋轉器224b的內外可以區別。因為磁化後要識別磁化方向。所以，在單晶膜生長工序(步驟S101)以後、在磁化工序之前的任何一個工序的階段中必須形成前面說明的內外面確認處理部分。再有，磁化工序也可以在細斷工序(步驟S107)前進行。
以上，說明了用於獲得本實施例的法拉第旋轉器224b的基本製造工序。下面，對於圖7～圖12表示的實施例2-1～實施例2-6中的固有製造工序的適用例進行說明。
如圖14所示，按照實施例2-1(參照圖7)的法拉第旋轉器224b的將要形成防反射膜AR的區域開孔的掩膜M疊層在例如10mm×10mm大小的單晶膜44上，在此狀態下形成防反射膜AR。而在相對於疊層掩膜M的面的另一面上不用掩膜M，而在整個面上形成防反射膜AR。
如圖15所示，形成防反射膜AR的單晶膜44除了因掩膜M而阻止防反射膜AR形成的部分(無色部分)之外，形成防反射膜AR。圖15所示狀態的單晶膜44接著被送到細斷工序(圖13中步驟S107)。
依據實施例2-2(圖8)的法拉第旋轉器224b也可以採用與以上說明的實施例2-1相同的方法僅在外面預定的區域上形成防反射膜AR。
依據實施例2-3(圖9)的法拉第旋轉器224b在細斷工序(圖13中步驟S107)切斷之後，採用例如空氣驅動的微研磨機或者通過雷射束照射可以形成倒角。
依據實施例2-4(圖10)的法拉第旋轉器224b經細斷工序(圖13中步驟S107)之後，先採用滾筒研磨方式修圓加工法拉第旋轉器224b的邊緣部E。在施以滾筒研磨之後，與實施例2-1同樣，採用微研磨機、雷射束照射，使屬於外側的邊緣部E的倒角尺寸大於屬於內側的面的倒角尺寸。
如圖16所示，按照實施例2-5(圖11)的法拉第旋轉器224b在去磁處理工序(圖13中步驟S105)結束之後、並形成防反射膜AR的單晶膜44的狀態下，採用點陣印表機(在圖16上僅以一根擊點鋼絲D表示)進行印刷。在單晶膜44的狀態下在構成法拉第旋轉器224b的每個區域上以點狀金屬絲D印刷。圖16的無色部分表示印刷。再有，在本例中雖然談到點陣印表機，但也可以使用噴墨印表機等其它設備。
依據實施例2-6(圖12)的法拉第旋轉器224b，是在防反射膜形成工序(圖13中步驟S105)結束之後、在形成防反射膜AR的單晶膜44的狀態下，照射雷射束RB。圖17表示其加工情況，在構成法拉第旋轉器224b的每個區域上從雷射束照射裝置RM照射雷射束RB，形成照射痕跡之後，進入細斷工序(圖13中步驟S107)。
以下，說明本實施例的具體實施例。
(實施例2-1)以氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化亞鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，4N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)、氧化鎵(Ga2O3，4N)為原料，採用圖5所示的裝置，通過外延生長法生長鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜。
所用的LPE襯底是(111)柘榴石單晶(GdCa)3(GaMgZr)5O12。此襯底的晶格常數是1.±0.nm。而選擇上述原料是為了在單晶膜44磁化之後，呈現硬磁性。並且，除了上述材料之外，以氧化鉛(PbO，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作為助熔劑投入鉑坩堝40中。
對生長鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜之後獲得的單晶膜44的成分分析的結果是Bi1.0Gd0.3Tb1.5Yb0.2Fe4.2Ga0.8O12.0。
將獲得的單晶膜44切斷、研磨，作成10mm×10mm×500μm的尺寸。在切斷、研磨後的單晶膜44上採用圖14所示的方法用離子加速真空蒸鍍法形成防反射膜AR。再有，作為防反射膜AR的材料採用Ta2O5、SiO2，在單晶膜44上按此順序疊層。形成防反射膜AR之後，採用金剛石鋼絲鋸切斷成1mm×1mm的尺寸，得到法拉第旋轉器224b。
在外部磁場10k Oe中對得到的法拉第旋轉器224b進行磁化處理。在磁化處理時，應考慮對於防反射膜AR形成狀態不同的內外面使磁化方向一致。磁化處理結束後，與偏振片224a、224c一起裝配成光隔離器224。此時，一邊確認法拉第旋轉器224b的內外面，一邊進行裝配作業。
測定這樣裝配的光隔離器224的特性，結果顯示其插入損耗為0.08dB，消光比為40dB。並且，法拉第旋轉器224b的內外面無誤，產品合格率為100％。而對於防反射膜AR的形成狀態沒有不同的法拉第旋轉器224b的情況，由於內外面的差錯，致使產品合格率只有80％。
(實施例2-2)採用與實施例2-1相同的方法，單晶膜44經切斷、研磨工序(圖13中步驟S103)、防反射膜AR形成、細斷工序(圖13中步驟S107)，得到1mm×1mm尺寸的法拉第旋轉器224b。如圖9所示，採用微研磨機對此法拉第旋轉器224b的外面的一個角部C進行倒角。
採用與實施例2-1相同的方法，對倒角後的法拉第旋轉器224b進行磁化處理。使用磁化處理後的法拉第旋轉器224b，與實施例2-1同樣裝配光隔離器224，測定其特性。結果是插入損耗為0.08dB，消光比為40dB。並且，法拉第旋轉器224b的內外面無誤，產品合格率為100％。
作為比較例2-1，採用微研磨機將1mm×1mm尺寸的法拉第旋轉器224b加工成圖18所示的形狀。測定此法拉第旋轉器224b和未進行角部倒角的法拉第旋轉器224b以及依據實施例2-2的法拉第旋轉器224b的頑磁力。
結果確認如下未進行角部倒角的法拉第旋轉器224b的頑磁力是500Oe，而加工成圖18所示形狀的法拉第旋轉器224b的磁滯特性為非對稱的，而且頑磁力也下降(200Oe和400Oe)，因此作為硬磁性法拉第旋轉器224b是不適當的。對此，確認依據實施例2-2的法拉第旋轉器224b的頑磁力是490Oe，頑磁力僅輕微下降。
(實施例2-3)採用與實施例2-1相同的方法，單晶膜44經切斷、研磨工序(圖13中步驟S103)、防反射膜AR形成、細斷工序(圖13中步驟S107)，得到1mm×1mm尺寸的法拉第旋轉器224b。
採用滾筒研磨裝置對此法拉第旋轉器224b進行處理之後，如圖10所示，外面的一個角部C的倒角尺寸擴大。採用與實施例2-1相同的方法對倒角後的法拉第旋轉器224b進行磁化處理。使用磁化處理後的法拉第旋轉器224b，與實施例2-1同樣裝配光隔離器224，測定其特性。結果是插入損耗為0.08dB，消光比為40dB。另外，法拉第旋轉器224b的內外面無誤，產品合格率為100％。
(實施例2-4)採用與實施例2-1相同的方法，切斷、研磨單晶膜44，作成10mm×10mm×500μm的尺寸。在切斷、研磨後的單晶膜44上採用離子加速真空蒸鍍法形成防反射膜AR。另外作為防反射膜AR的材料採用Ta2O5、SiO2，在單晶膜44上按此順序疊層。
形成防反射膜AR之後，如圖16所示，採用點擊式印表機進行印刷。印刷的直徑是50μm，使用的墨水是白色的。印刷結束後，採用金剛石鋼絲鋸切斷成1mm×1mm的尺寸，然後與實施例2-1同樣裝配光隔離器224，測定其特性。結果是插入損耗為0.08dB，消光比為40dB。並且，法拉第旋轉器224b的內外面無誤，產品合格率為100％。
採用與實施例2-1相同的方法，切斷、研磨單晶膜44，作成10mm×10mm×500μm的尺寸。在切斷、研磨後的單晶膜44上採用離子加速真空蒸鍍法形成防反射膜AR。再有，作為防反射膜AR的材料採用Ta2O5、SiO2，在單晶膜44上按此順序疊層。
形成防反射膜AR之後，如圖17所示，照射雷射束RB。作為雷射束照射裝置RM使用加工用的UV雷射裝置。UV雷射由于波長短，因此具有能夠形成微細、無熱影響、加工痕跡淺的優點。
雷射束RB照射結束後，採用金剛石鋼絲鋸切斷成1mm×1mm的尺寸，然後與實施例2-1同樣裝配光隔離器224，測定其特性。結果是插入損耗為0.08dB，消光比為40dB。並且，法拉第旋轉器224b的內外面正確，產品合格率為100％。
發明效果如上所述，按照本發明，能夠用簡易的方法獲得高性能的光學器件。
另外，如上所述，通過採用本發明的內外面確認方法，能夠顯著提高區別內外的可靠性，並且能夠將作為法拉第旋轉器的特性化降低到最小程度。
權利要求
1.一種光學器件，其特徵在於設有由順向的光入射的第一光學元件，與所述第一光學元件以預定間隔相向配置的、由所述順向的光出射的第二光學元件，配置在所述第一光學元件與所述第二光學元件之間的、使透過所述第一光學元件的光的偏振面旋轉後向所述第二光學元件出射的法拉第旋轉器，以及固定所述法拉第旋轉器的構件；所述法拉第旋轉器，由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成，同時用熔點高於該法拉第旋轉器的居裡點的粘合劑固定在所述構件上。
2.如權利要求1所述的光學器件，其特徵在於所述第一光學元件和所述第二光學元件是偏振片。
3.如權利要求1所述的光學器件，其特徵在於所述粘合劑是焊料或低熔點玻璃。
4.一種光學器件，其特徵在於設有由順向的光入射的第一光學元件，與所述第一光學元件以預定間隔相向配置的、由使所述順向的光出射的第二光學元件，配置在所述第一光學元件與所述第二光學元件之間的、使透過所述第一光學元件的光的偏振面旋轉後向所述第二光學元件出射的法拉第旋轉器，以及固定所述法拉第旋轉器的構件；所述法拉第旋轉器，由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成，同時該法拉第旋轉器用熔點高於200℃的粘合劑固定在所述構件上。
5.一種採用實質上呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜的法拉第旋轉器的製造方法，其特徵在於包括獲得所述單晶膜的工序，對獲得的所述單晶膜進行去磁處理的工序，對所述去磁處理後的所述單晶膜進行預定處理的工序，以及對作了所述預定處理的所述單晶膜進行磁化的工序。
6.如權利要求5所述的法拉第旋轉器的製造方法，其特徵在於所述去磁處理是加熱到所述法拉第旋轉器的居裡溫度以上進行去磁或進行交流去磁。
7.一種光通信系統，其特徵在於設有發射由電信號轉換的光信號的光發送器，傳送由所述光發送器發射的所述光信號的光傳送線路，以及接收通過所述光傳送線路傳送的所述光信號並將所接收的所述光信號轉換為電信號的光接收器；所述光發送器，設有將所述電信號轉換為所述光信號的電-光轉換元件，以及配置於所述電-光轉換元件與所述光傳送線路之間的光學器件；構成所述光學器件的法拉第旋轉器，由呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜組成，同時通過熔點高於該法拉第旋轉器居裡點的粘合劑固定在構件上。
8.一種使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器，其特徵在於設有由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成的、具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體，以及在所述旋轉器本體的內外面上形成的防反射膜；使所述防反射膜在所述內外面上的形成狀態不同。
9.如權利要求8所述的法拉第旋轉器，其特徵在於通過在所述內外面的任何一個面上至少一個角部的近旁不形成所述防反射膜，使所述防反射膜在所述內外面上的形成狀態不同。
10.如權利要求8所述的法拉第旋轉器，其特徵在於通過在所述內外面的任何一個面的整個面上形成所述防反射膜，而在另一個面上僅在包含所述法拉第旋轉器的光透射區的預定區域上形成所述防反射膜，使所述防反射膜在所述內外面上的形成狀態不同。
11.一種使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器，其特徵在於設有由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成的、具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體；以及設於所述旋轉器本體的角部或邊緣部的內外確認處理部。
12.如權利要求11所述的法拉第旋轉器，其特徵在於所述內外確認處理部是將所述旋轉器本體的至少一個角部作了倒角加工的部分。
13.如權利要求11所述的法拉第旋轉器，其特徵在於所述內外確認處理部是作了倒圓加工的所述旋轉器本體的全部邊緣部，並且在屬於所述旋轉器本體的外面的邊緣部和屬於內面的邊緣部中的所述倒圓加工中設置差異。
14.如權利要求11所述的法拉第旋轉器，其特徵在於所述內外確認處理部是在所述角部上作了印刷處理的部分。
15.如權利要求11所述的法拉第旋轉器，其特徵在於所述內外確認處理部是在所述角部上施加的雷射照射痕。
16.如權利要求11所述的法拉第旋轉器，其特徵在於所述內外確認處理部在所述法拉第旋轉器的光透射區以外形成。
17.一種使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器的製造方法，其特徵在於包括獲得由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成的、具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體的工序(a)，以及在所述旋轉器本體的內外面上形成防反射膜的工序(b)；在所述工序(b)中，在所述內外面上形成狀態不同的所述防反射膜。
18.一種使入射光的偏振面旋轉的法拉第旋轉器的製造方法，其特徵在於包括獲得由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成並具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體的工序(c)，以及在所述旋轉器本體的內外面上形成防反射膜的工序(d)；在所述工序(c)或所述工序(d)之後，在所述旋轉器本體的角部或邊緣部上形成內外確認處理部。
19.一種光隔離器，其特徵在於設有由順向的光入射的第一偏振片，與所述第一偏振片以預定間隔相向配置的、由所述順向的光出射的第二偏振片，配置在所述第一偏振片與所述第二偏振片之間並使透過所述第一偏振片的光的偏振面旋轉後而向所述第二偏振片出射的法拉第旋轉器；所述法拉第旋轉器，設有由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成的、具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體，以及在所述旋轉器本體的內外面上形成的防反射膜；所述防反射膜在所述內外面上的形成狀態不同。
20.一種光隔離器，其特徵在於設有由順向的光入射的第一偏振片，與所述第一偏振片以預定間隔相向配置的、由所述順向的光出射的第二偏振片，配置在所述第一偏振片與所述第二偏振片之間的、使透過所述第一偏振片的光的偏振面旋轉後向所述第二偏振片出射的法拉第旋轉器；所述法拉第旋轉器，設有由鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜構成的、具有相向的內外面的扁平狀旋轉器本體，以及設在所述旋轉器本體的角部或邊緣部上的內外確認處理部。
全文摘要
本發明提供一種便利性優良的光學器件的製造方法，特別是一種穩定地製造高性能光學器件的技術。在獲得構成法拉第旋轉器的、實質上能呈現矩形磁滯特性的鉍置換型稀土鐵柘榴石單晶膜之後，在此單晶膜裝於光隔離器等光學器件的狀態下對單晶膜進行磁化。通過在法拉第旋轉器裝入光器件之後進行磁化工序，能完全不需要區別單晶膜的內外面，並且能改善光學器件的特性。
文檔編號H04B10/12GK1815302SQ200610002540
公開日2006年8月9日 申請日期2003年3月14日 優先權日2002年3月14日
發明者菅原保, 大井戶敦 申請人:Tdk株式會社