专利名称：光隔离器用光学元件组件的制造方法
技术领域：
本发明涉及光通信、光测量等中使用的利用发拉第效应的光隔离，更详细地说，涉及光隔离器零件的光学元件组件的制造方法。
背景技术：
近年来，将半导体激光器作为光源的光通信系统或使用半导体激光器的光应用机器已被广范地利用起来，而且其用途及应用范围正进一步扩大。
为了提高这些光通信系统或光应用机器的精度和安全性，除去返回半导体激光器的光是一种有效的方法，且使用光隔离器作为这种返回光除去装置。
现有的光隔离器的一般结构是它由将偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜这至少3种光学元件沿一直线配置成的光学元件组件、产生磁场用的永磁铁、以及将这些光学元件组件及永磁铁固定并进行保护用的保持架构成。
迄今，作为将光学元件互相固定的方法及将光学元件固定在保持架上的方法，可以采用利用有机粘接剂进行固定的方法，但该固定法难以长期维持粘接力，特别是由于温度、湿度等环境条件变化，会引起粘接力下降。
因此，在光通信用中继器等这种要求长期保持高度可靠性的光隔离器方面，提出了采用金属融合法进行固定的方法，以代替利用有机粘接剂进行固定的方法，构成光隔离器的方案。
利用这种金属融合法进行的粘接，被应用于燃气轮机叶片、磁控管及微波电子管的真空窗、以及大功率高频发射管等广阔领域，是一种已实用化的技术。这种金属融合法用于在光隔离器中，通过在各光学元件的孔隙周围形成的金属镀膜，将光学元件之间粘接起来，或将光学元件与保持架粘接起来。
该金属镀膜的材料随着被粘接的材料不同而稍有不同，通常，为了确保紧密粘接力，形成由Cr、Ta、W、Ti、Mo、Ni、或Pt中的一种金属构成的层作为底层，或形成由含有这些金属中的至少一种金属的合金构成的层，另外，使用Au、Ni、Pt等作为表面层。形成由Ni、Pt等构成的层作为底层和表面层之间的中间层。
另外，作为熔合用的金属，可使用Au-Sn合金、Pb-Sn合金、Au-Ge合金等软钎料或各种焊料，但粘接强度大、融合温度也比较低的Au-Sn合金软钎料由于其粘接强度及操作性较好，所以最好用它作为金属融合固定用材料。
作为上述金属镀膜的形成方法，已知有采用电镀法的湿式工艺、以及真空蒸镀法及溅射法等干式工艺，但为了防止在光学元件的光学面或防反射膜上产生缺陷或附着灰尘，多半采用干式工艺。
这里，图29及图30表示现有的金属融合型光隔离器的制造方法。首先，如图29(a)所示，用激光将外部保持架42和经过镀金处理的端部保持架40焊接起来，在其内部依次配置着环状的永磁铁3、环状的软钎料14、在表面和背面都形成了金属镀膜10的偏光镜50、环状的软钎料14、经过镀金处理的内环15、环状的软钎料14、以及在一面形成了金属镀膜10的法拉第旋光镜60，将它们放入热处理炉中进行它们之间的焊接。将该零件称为零件A。
另一方面，如图29(b)所示，在一面形成了金属镀膜10的偏光镜70通过环状的软钎料14配置在经过镀金处理的端部保持架41上，将它们放入热处理炉中进行它们之间的焊接。将该零件称为零件B。
然后，如图30(a)所示，使偏光镜70旋转，以便使给定波长的光线从偏光镜一侧(零件B)入射后从偏光镜一侧(零件A)射出的光的能量最低，在光的能量达到最低位置将零件B嵌入零件A中，然后，用激光焊接机将端部保持架40、41和外部保持架42焊接起来，于是，如图30(b)所示，零件A和零件B被组合在一起，制成了一个光隔离器1。
可是，现有的制造方法在大量生产和价格方面存在着重大的问题。即，偏光镜、偏光镜及法拉第旋光镜各光学元件都是在10mm以上大小的方形光学材料板上形成防反射膜后，按1.6mm方形左右的尺寸切断制成。然后，如图31所示，一个光学元件20被固定在由支撑板17及遮光压板18构成的固定夹具上。利用该固定夹具，借助于金属掩模19，将一个光学元件20上应成为孔隙的区域遮住，利用真空蒸镀法或溅射法这样的干式工艺，按给定的形状形成金属镀膜。
采用这种现有的制造方法时，将光学材料板切断成1个光学元件后，在进行清洗、以及将清洗后的光学元件定位在固定夹具上所需的工序中，要花费非常多的时间，在大量的光学元件上形成金属镀膜有困难。
再者，如上所述，将偏光镜、法拉第旋光镜及端部保持架焊接后的零件A和将偏光镜及端部保持架焊接后的零件B一组一组地调整角度后固定起来，为此所花费的工时有碍于降低成本。
另外，还研究了对切出多个光学元件大小的偏光镜材料板、法拉第旋光镜材料板及偏光镜材料板各光学材料板进行直接焊接的方法，实施了利用真空蒸镀法在金属镀膜上形成由软钎料构成的薄膜的方法。可是，形成软钎料膜的部分的面积相对于光学元件的全部面积来说很小，所以软钎料的利用效率非常低，为了获得充分的粘接状态，必须形成数μm以上厚的软钎料膜，致使成本增加，不实用。
本发明的技术课题是解决以上的问题，提供一种能使大量生产性好、价格便宜的可靠性高的光隔离器的制造方法。发明的公开如果采用本发明的第1方面，则能获得这样一种光隔离器用光学元件组件的制造方法，即由至少将偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜这3个光学元件沿一光轴整齐排列配置成的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于包括下述工序准备可切出多个上述偏光镜的偏光镜材料板、可切出多个上述法拉第旋光镜的法拉第旋光镜材料板、及可切出多个上述偏光镜的偏光镜材料板至少这3种光学材料板，在上述偏光镜材料板上与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面上、在上述法拉第旋光镜材料板上与上述偏光镜材料板及偏光镜材料板相对的光学面上、以及在上述偏光镜材料板上与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面上，在应成为透光用的孔隙的区域以外的部分形成金属镀膜的金属镀膜形成工序；在该金属镀膜形成工序之后，将上述各光学材料板重叠，使上述偏光镜材料板的偏振光方向相对于上述偏光镜材料板的偏振光方向实际倾斜45°，利用在上述各光学面上形成的金属镀膜部分，将上述各光学材料板互相焊接起来的焊接工序；以及在该焊接工序之后，将上述各光学材料板切断，切出多个上述光学元件组件的切断工序。
如果采用本发明的第2方面，则能获得本发明的第1方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序之前，增加一道槽形成工序，即在与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面和与上述偏光镜材料板相对的光学面内，至少在一方的光学面上形成以上述光学元件组件为单位切割上述各光学材料板用的第1槽，再在与上述偏光镜材料板相对的光学面和与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面内，至少在一方的光学面上形成与上述第1槽相同图形的第2槽，在上述切断工序中，在上述第1及第2槽部分处切断上述各光学材料板。
如果采用本发明的第3方面，则能获得本发明的第2方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述槽形成工序之后，执行上述金属镀膜形成工序，在该金属镀膜形成工序中，在构成上述第1及第2槽的壁面上也形成上述金属镀膜，在上述切断工序中，在上述第1及第2槽部分的中央部分切断，以便使有形成了上述金属镀膜的壁面的部分在上述各光学元件的侧面作为台阶部留下。
如果采用本发明的第4方面，则能获得这样一种光隔离器用光学元件组件，即偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜至少这3个光学元件排列配置在一条光轴上，通过在上述各光学元件各自的光学面上的孔隙周边形成的金属镀膜焊接起来，该光隔离器用光学元件组件的特征在于在上述各光学元件的侧面形成台阶部，在该台阶部上形成金属镀膜，通过在该台阶部上形成的金属镀膜焊接在永磁铁的电镀部。
如果采用本发明的第5方面，则能获得本发明的第1或第2方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序中，重叠上述各光学材料板，使通过由上述金属镀膜规定了范围的上述各光学材料板上的孔隙的同一处的光轴相对于与上述光学面正交的直线呈倾斜状态，在此状态下，用上述金属镀膜的部分焊接上述各光学材料板，在上述切断工序中，沿上述光轴切断上述各光学材料板。
如果采用本发明的第6方面，则能获得这样一种光隔离器用光学元件组件，即偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜至少这3个光学元件排列配置在一条光轴上，通过在上述各光学元件各自的光学面上的孔隙周边形成的金属镀膜焊接起来，该光隔离器用光学元件组件的特征在于与上述各光学元件的光学面正交的直线相对于通过上述各孔隙的同一处的光轴呈倾斜状态，上述各光学元件的侧面排列在同一平面上，且与上述光轴平行。
如果采用本发明的第7方面，则能获得本发明的第1或第2方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序之后，执行在上述各光学材料板的光学面上涂敷具有疏水性的表面改质剂的表面改质工序，在该表面改质工序之后，执行上述切断工序。
如果采用本发明的第8方面，则能获得本发明的第7方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述表面改质工序中使用的表面改质剂是硅烷系列耦联剂。
如果采用本发明的第9方面，则能获得本发明的第7方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述表面改质工序中使用的表面改质剂是氟代烷基硅烷。
如果采用本发明的第10方面，则能获得本发明的第1或第2方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述金属镀膜形成工序中，这样形成上述金属镀膜，即利用该金属镀膜将用上述金属镀膜规定范围的上述孔隙完全包围。
如果采用本发明的第11方面，则能获得本发明的第10方面所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述金属镀膜形成工序中，为了形成上述金属镀膜所使用的金属掩模有覆盖应形成上述孔隙的区域的掩模部和连接该掩模部彼此之间的桥部，而且，上述掩模部覆盖应形成上述孔隙的区域时，上述桥部离开上述光学面。
附图的简单说明
图1是表示本发明的第1实施例的槽形成工序的斜视图。
图2是表示第1实施例的金属镀膜形成工序的斜视图。
图3表示第1实施例的焊接工序，(a)是表示将软钎料插入槽中后的状态的断面图，(b)是表示焊接结束状态的断面图。
图4模式地表示第1实施例中的动作过程，(a)是将软钎料插入槽中后的状态的断面图，(b)是软钎料融熔后的状态的断面图。
图5模式地表示第1实施例的变形例中的动作过程，(a)是将软钎料插入槽中后的状态的断面图，(b)是软钎料融熔后的状态的断面图。
图6表示第1实施例的切断工序，(a)是表示切断前的状态的断面图，(b)是表示切断后的状态的断面图。
图7是用由第1实施例获得的光学元件组件构成的隔离器的断面图。
图8是表示第1实施例的变形例中的金属镀膜形成工序的斜视图。
图9是表示本发明的第1实施例中的金属镀膜形成工序结束时的光学材料板的主要部分的斜视图。
图10表示将由第2实施例获得的光学元件组件插入磁铁中结合的状态，(a)是在结合后的状态下将一部分切去的斜视图，(b)是插入时的断面图。
图11是用由第2实施例获得的光学元件组件构成的光隔离器的断面图。
图12是表示本发明的第3实施例中的金属镀膜形成工序及槽形成工序的斜视图。
图13是表示第3实施例中的焊接工序及切断工序的断面图。
图14是用由第3实施例获得的光学元件组件构成的光隔离器的断面图。
图15是表示本发明的第4实施例中的焊接工序及切断工序的断面图。
图16是表示本发明的第5实施例中的焊接工序及切断工序的断面图。
图17是表示本发明的第6实施例中的焊接工序及切断工序的断面图。
图18是表示本发明的第7实施例中的槽形成工序及金属镀膜形成工序的斜视图。
图19是表示第7实施例中的焊接工序及切断工序的断面图。
图20是第7实施例中用的表面改质剂的结构式。
图21是表示本发明的第7实施例的光隔离器及比较例的光隔离器的测定结果的图。
图22是本发明的第8实施例的制造方法中的槽形成工序后的光学材料板的斜视图。
图23是概略地表示在图22所示的光学材料板上形成金属镀膜的金属镀膜形成工序的透视图。
图24是表示在图23所示的金属镀膜形成工序时使用的金属掩模的主要部分的斜视图。
图25表示焊接图22所示的光学材料板的焊接工序，(a)是表示焊接前的状态的断面图，(b)是表示焊接后的状态的断面图。
图26是表示将图25所示的焊接后的光学材料板切断的切断工序的侧视图。
图27是进行比较用的制造方法的金属镀膜形成工序中使用的金属掩模的俯视图。
图28是表示第8实施例的光隔离器及比较例的光隔离器的测定结果的图表。
图29表示现有的光隔离器的组装方法，(a)是表示零件A的组装方法的断面图，(b)是表示零件B的组装方法的断面图。
图30表示现有的光隔离器的组装方法，(a)是表示将零件B嵌入零件A之前的状态的断面图，(b)是表示将零件B嵌入零件A之后的状态的断面图。
图31表示现有的金属镀膜形成的状态，(a)是斜视图，(b)是断面图。
图32是用现有的倾斜保持架使光学元件组件倾斜的光隔离器的断面图。
图33是用现有的制造方法获得的光学元件组件的透视图。
实施发明用的最佳形态参照图1至图7，说明本发明的第1实施例。
首先，如图1所示，准备好可切出多个偏光镜50的偏光镜材料板5、可切出多个法拉第旋光镜60的法拉第旋光镜材料板6、及可切出多个偏光镜70的偏光镜材料板7等各种光学材料板。作为偏光镜材料板5和偏光镜材料板7，采用在两表面上形成了防反射膜的金红石单晶板。另外，作为法拉第旋光镜材料板6，采用在两表面上形成了防反射膜的石榴石单晶板。
在偏光镜材料板5的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面5a上、以及在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板5相对的光学面6a上，形成以光学元件组件为单位切割各光学材料板用的格子状的第1槽8。再在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板7相对的光学面6b上、以及在偏光镜材料板7的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面7a上，形成与第1槽8图形相同的第2槽9。在偏光镜材料板5上形成的槽8的方向相对于金红石单晶的C轴呈0°及90°的2个方向，在偏光镜材料板7上形成的槽9的方向相对于金红石单晶的C轴呈45°及135°的2个方向。
在以上的槽形成工序后，使用金属掩模，在偏光镜材料板5的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面5a上、在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板5及偏光镜材料板7相对的光学面6a、6b上，以及在偏光镜材料板7的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面7a上等各光学面上，在应成为透光用的孔隙11的区域以外的部分形成了金属镀膜10。这时，金属镀膜10的形成方法采用RF磁控管溅射法，所使用的金属是Ti/Ni/Au，金属镀膜10为3层膜。图2表示在偏光镜材料板5上形成的金属镀膜10，在法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7上形成的金属镀膜10也一样。
在以上的金属镀膜形成工序后，如图3(a)所示，将各光学材料板5、6、7重叠，使偏光镜材料板7的偏振光方向相对于偏光镜材料板5的偏振光方向实际倾斜45°(在本实施例的情况下，可使第1槽8和第2槽9一致)，将棒状软钎料12插入槽8、9中，用热处理炉进行融熔-固化后，如图3(b)所示，用在各光学面5a、6a、6b、7a上形成的金属镀膜10的部分，将各光学材料板5、6、7互相焊接起来。这时用的软钎料12是Au-Sn(Au50atm％；融点为418℃)。
这样，通过使偏光镜材料板7的偏振光方向相对于偏光镜材料板5的偏振光方向旋转45°，则用按本实施例获得的光学元件组件构成光隔离器时，能获得最大的消光比，所以通过在偏光镜材料板5及偏光镜材料板7上沿上述方向形成槽8、9，能省去以往进行的旋转调整检光镜的工序，以使从偏光镜一侧入射后从偏光镜一侧射出的光的能量最低。
另外，光学材料板之间焊接时，为了能在大范围内获得充分的粘接强度，在焊接工序中必须使必要的最低限度的软钎料流入沿各光学材料板的大范围形成的全部金属镀膜上。在本实施例中，如图4(a)的模式图所示，置于光学材料板5、6的槽8中的软钎料12在热处理炉中加热而呈液体状态后，如图4(b)的模式图所示，融熔了的软钎料12通过槽8流入光学材料板的各角处，利用毛细管现象，焊接所需量的软钎料从该槽8流入相对的金属镀膜10之间，冷却后由金属镀膜10部分进行焊接。这时，由于剩余的软钎料12留在槽8中，所以不会因软钎料流入光通过的部分而增大入射损失。另外，如图5(a)所示，即使在只在光学材料板5、6两者中的一个粘接面上形成槽8的变形例的情况下，如图5(b)所示，与图4(b)一样，融熔了的软钎料12只流金属镀膜10之间，所以融熔了的软钎料12不流入孔隙11部分。
在以上的焊接工序后，如图6(a)中的虚线所示，沿槽8、9切断焊接后的各光学材料板5、6、7，如图4(b)所示，从焊接后的各光学材料板5、6、7切出多个光学元件组件2。
通过将端部保持架40、41、永磁铁3、外部保持架42焊接在如上获得的光学元件组件2中，制成了图7所示的光隔离器1。这时用的软钎料是比焊接光学材料板的软钎料12的融点低的Au-Sn(Au80atm％；融点为252℃)。
利用以上说明的工序，能大量地处理各光学元件上的金属镀膜的形成及各光学元件之间的焊接，所以能减少工序降低成本。
另外，在本实施例下，槽的断面形状呈长方形，但也可以是三角形、梯形等多边形或半圆形、椭圆形，只要能插入软钎料且能保持焊接时剩余的软钎料即可。
另外，在本实施例下，将槽8、9配置成格子状，但不受此限，如图8中的变形例所示，可使槽8(9)沿一个方向并排设置。
另外，防反射膜的形成既可在槽的形成前、也可在形成后进行。
另外，按本实施例获得的光学元件组件是由偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜3个光学元件构成的所谓一级式光隔离器用组件，但本发明也能适用于将2个一级式光隔离器连接起来、由6个光学元件构成的所谓二级式光隔离器用的光学元件组件，而且也能适用于中间结构的由5个光学元件构成的所谓1.5级式光隔离器用的光学元件组件。
其次，参照图9至图11说明本发明的第2实施例。
本实施例除了在金属镀膜形成工序中形成的金属镀膜的形状及材质、以及切断工序中的光学材料板的切断位置不同以外，与第1实施例相同。
图9表示将3个光学材料板分别构成各自的1个光学元件。由图9可知，在本实施例的情况下，用金属镀膜形成工序形成的金属镀膜10不仅在光学面上、而且在构成槽8、9的壁面80、90上也形成。该金属镀膜10形成厚0.35μm的Cr作为底膜，形成厚0.35μm的Ni作为中间膜，形成厚0.15μm的Au作为结合膜共3层膜。
然后，用第1软钎料(Au-Sn280℃)12焊接各光学材料板5、6、7。
然后，在槽8、9的中央切断焊接好的各光学材料板5、6、7，以使有形成了金属镀膜10的壁面80，90的部分作为台阶部51、61、71留在各光学元件50、60、70的侧面上，获得多个光学元件组件2。
其次，如图10所示，将光学元件组件2插入永磁铁3中，该永磁铁3呈圆柱状、沿中心轴方向形成长方体状的穴30、在该穴30的4个角处形成退刀槽31、再在表面上镀上Ni电镀膜(膜厚10μm)32，利用第2软钎料(Pb-Sn175℃)13，将光学元件组件2通过在其侧面露出的金属镀膜10焊接在永磁铁3上，制成光隔离器1。
顺便提一下，在现有的光隔离器上，光学元件组件的焊接部不从已焊接的光学元件组件的侧面露出。因此，不能利用该部分焊接光学元件组件和永磁铁。在按本实施例获得的光学元件组件的情况下，如上所述，在光学元件的侧面有台阶部51、61、71，在这些台阶部51、61、71上有金属镀膜10，所以在焊接工序中，如图11所示，第1软钎料12也流到台阶部51、61、71的金属镀膜10上。因此，在所结合的光学元件组件2的侧面能使第1软钎料12露出，能在该部分用第2软钎料13将光学元件组件2焊接在永磁铁3上。
如上所述，在本实施例下，在各光学元件上形成台阶部，使金属镀膜在光学元件组件的侧面露出，能在已附着在该侧面的金属镀膜上的第1软钎料的部分，用第2软钎料将光学元件组件焊接在永磁铁上。其结果是能不使用端部保持架及外部保持架而制成光隔离器。
另外，金属镀膜的材质及软钎料的材质不限于在本实施例中使用的。
其次，参照图12至图14说明本发明的第3实施例。
为了使本实施例具有更优异的特性，故使入射光的光轴相对于与光学面正交的直线呈倾斜状态。
本实施例也基本上与第1实施例相同。
首先，准备好其大小可切出多个偏光镜50的纵横长度相等的具有规定厚度的偏光镜材料板5、其大小可切出多个法拉第旋光镜60的纵横长度与偏光镜材料板5相等的具有规定厚度的法拉第旋光镜材料板6、及其大小可切出多个偏光镜70的纵横长度与偏光镜材料板5相等的具有规定厚度的偏光镜材料板7。
其次，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成金属镀膜10。然后，在偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7上形成了金属镀膜10的面上按格子状形成槽8、9，如图12所示，用偏光镜材料板5上形成了金属镀膜10的面和偏光镜材料板7上形成了金属镀膜10的面将法拉第旋光镜材料板6夹在中间重合起来。这样形成槽8、9，使在将各光学材料板的端部对齐并将各光学材料板重合时，能使槽8、9相对。
将光学材料板重合后，如图13(a)所示，使偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7的端部位于与相对于各光学材料板的光学面垂直的线相交成角度θ的直线上，以使槽8、9的位置及孔隙11的位置互相偏移。然后，将软钎料12插入槽8、9中。通过这样使各光学材料板互相偏移，以使通过各光学材料板上的孔隙的同一处的光轴相对于与光学材料板的光学面垂直的直线相交成角度θ。
插入的软钎料12在热处理炉中加热而呈液体状态后，如图13(b)所示，焊接所需要的量的软钎料利用毛细管现象，流入相对的金属镀膜10之间，冷却后而被焊接起来。这时，由于剩余的软钎料12留在槽8、9中，所以不会因软钎料流入光通过的部分而增大入射损失。
其次，如图13(b)中的虚线所示，将包括偏光镜材料板5的偏光镜50、一个光透射区、与其对应的法拉第旋光镜材料板6的法拉第旋光镜60、一个光透射区、与其对应的偏光镜材料板7的偏光镜70、一个光透射区这样的一组和包围这一组的各个光透射区的各金属镀膜10的部分作为一个光隔离器的光学元件组件2切出。
这样，如图13(c)所示，能从焊接好的各光学材料板得到多个光学元件组件2。
用按本实施例获得的光学元件组件2构成了图14所示的光隔离器1。该光隔离器1由光学元件组件2、永磁铁3、端部保持架40、41和外部保持架43构成。由图14可知，按本实施例获得的光学元件组件2的各光学元件50、60、70是其断面形状呈平行四边形的六面体，该光学元件组件2被配置在永磁铁3内，且被焊接在永磁铁3的电镀了金属的内壁上。该光隔离器1与现有的例如图32所示的使光隔离器的光学元件组件2倾斜设置的光隔离器相比，各光学元件50、60、70的光学面上的除金属镀膜10的部分以外的大部分区域都能使用。即在使孔隙的大小相同的情况下，按本实施例获得的光学元件组件能小型化。另外，能省去以往为了倾斜设置而使用的倾斜保持架43，所以与以往的产品相比，能小型化和低成本化。
其次，参照图15说明本发明的第4实施例。
首先，与第3实施例一样，准备好其大小可切出多个偏光镜50的纵横长度相等的具有规定厚度的偏光镜材料板5、其纵横长度与偏光镜材料板5相等的具有规定厚度的法拉第旋光镜材料板6、及其纵横长度与偏光镜材料板5相等的具有规定厚度的偏光镜材料板7。
其次，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成金属镀膜10。然后，在偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7上形成了金属镀膜10的面上按格子状形成槽8、9，采用与图12所示相同的方法，用偏光镜材料板5上形成了金属镀膜10的面和偏光镜材料板7上形成了金属镀膜10的面将法拉第旋光镜材料板6夹在中间重合起来。这里，各光学材料板5、6、7上的槽8、9与图15(a)所示的相同，将各光学材料板5、6、7的端部对齐时，排列在与相对于各光学材料板的光学面垂直的直线相交成角度θ的直线上。通过这样构成，使通过各光学材料板上的孔隙的同一处的光轴相对于与光学材料板的光学面垂直的直线相交成角度θ。
将各光学材料板5、6、7重合后，将软钎料12插入槽8、9中。插入的软钎料12在热处理炉中加热而呈液体状态后，如图15(b)所示，焊接所需要的量的软钎料利用毛细管现象，流入相对的金属镀膜10之间，冷却后而被焊接起来。
其次，如图15(b)中的虚线所示，将包括偏光镜材料板5的偏光镜50、一个光透射区、与其对应的法拉第旋光镜材料板6的法拉第旋光镜60、一个光透射区、与其对应的偏光镜材料板7的偏光镜70、一个光透射区这样的一组和包围该组的各个光透射区的各金属镀膜10的部分作为一个光隔离器的光学元件组件2切出。
这样，如图15(c)所示，能从焊接好的各光学材料板得到多个光学元件组件2。
图16是表示本发明的第5实施例的光学元件组件的制造方法的工序的断面图。
本实施例与第3实施例近似。可是，在第3实施例中，是在形成金属镀膜10以后才形成槽8、9，但在本实施例中，首先，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成槽8、9。这里，在将各光学材料板的端部对齐并将各光学材料板重合时，槽8、9处于相对位置。形成该槽8、9后，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成金属镀膜10。
此后，通过执行与第3实施例相同的工序，一次能制造出多个光学元件组件2。
图17是表示本发明的第6实施例的光学元件组件的制造方法的工序的断面图。
本实施例与第4实施例近似。可是，在第4实施例中，是在形成金属镀膜10以后才形成槽8、9，但在本实施例中，与此相反。即，在本实施例中，首先，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成槽8、9。这里，如图17(a)所示，在将各光学材料板5、6、7的端部对齐时，槽8、9排列在与相对于各光学材料板的光学面垂直的直线相交成角度θ的直线上。形成该槽8、9后，在偏光镜材料板5的一面、法拉第旋光镜材料板6的两面及偏光镜材料板7的一面上形成金属镀膜10。
此后，通过执行与第4实施例相同的工序，一次能制造出多个光学元件组件2。
另外，在第3至第6实施例中，图示出了将软钎料12插入槽8、9中进行焊接的方法，但也可采用蒸镀法、溅射法或离子镀敷法，在金属镀膜10上形成由软钎料构成的薄膜后进行焊接，关于软钎料的设置方法，不受第3至第4实施例的限制。
另外，在第3至第6实施例中，槽8、9的偏移方向既可以只沿图12中的X轴方向，也可以只沿Y轴方向，或沿X轴和Y轴所夹的任意方向。
另外，在第3至第6实施例中，偏光镜材料板5及偏光镜材料板7采用了由金红石单晶构成的光学材料板。这些偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7各自的纵横尺寸为11mm×11mm。偏光镜材料板5及偏光镜材料板7的厚度为0.4mm，法拉第旋光镜材料板6的厚度为0.485mm。另外，相对于各光学材料板的光学面垂直的直线和与该直线相交的直线所构成的角度θ为4度。
下面，说明以增加了表面改质工序为特征的第7实施例。
在上述的实施例中，执行切断工序时，切削粉、冷却水、光学材料板固定用的蜡等异物，往往进入焊接后的光学材料板之间，即使进行清洗，也不能将异物除去，致使合格率下降，但本实施例可防止这一现象的发生。
参照图18至图20，说明第7实施例。如图18所示，将由板面尺寸为11mm×11mm的金红石单晶构成的板状光学材料板作为偏光镜材料板5及偏光镜材料板7，另外，将具有11mm×11mm相同面积的板状石榴石作为法拉第旋光镜材料板6。与第1实施例相同，在这些光学材料板上形成槽8、9，然后形成金属镀膜10。此后，如图19(a)、(b)所示，利用软钎料12将各光学材料板5、6、7互相焊接起来。
此后，将焊接好的光学材料板浸渍在以异丙醇为溶剂、具有图20所示结构式的过氟代烷基硅烷[东芝硅(株)制1的0.5wt％溶液中，持续30分钟，用120℃干燥1小时。这样处理后，再在各光学材料板5、6、7的表面上涂敷疏水性的表面改质材料。
然后，如图19(c)所示，在槽8、9部位用切割锯将焊接好的光学材料板切断，切出尺寸为1.6mm×1.6mm的25个光隔离器的光学元件组件2。
其次，说明本实施例的效果。作为在光学材料表面上形成的防反射膜，通常是形成2～3层折射率不同的材料的薄膜。其中，用于最外层表面上材料多半使用SiO2、TiO2、以及A12O2膜。这些材料的表面能高，非常活泼，使得切削粉、水垢、蜡等尘埃牢固地附着在表面上。
因此，通过将疏水性表面改质剂涂敷在防反射膜的表面上，使表面能下降，增大冷却水或蜡同表面改质剂的接触角，能防止冷却水或蜡进入光学材料板之间的间隙中。另外，即使切削粉进入间隙，由于表面改质剂的作用，不会牢固地附着，能通过简单地清洗而将其除去。
这里，作为疏水性表面改质剂，最好是末端具有与氟系列树脂的反应性高的基且与底材之间的结合力强的物质。与作为防反射膜使用的SiO2、TiO2、以及Al2O2反应最强的该末端基，一般称为耦联剂的物质最为有效，例如有硅烷系列耦联剂及钛酸盐耦联剂。其中，硅烷系列耦联剂与氧化物表面中的(-OH)基、(-COOH)基进行化学反应，结合牢固，所以作为表面改质剂非常好。
另外，能置换氟的碳直链功能基称为氟代烷基硅烷，涂敷在防反射膜上后，牢固地结合在表面上，使表面能下降，所以能防止切断时的切削粉、冷却水及光学材料固定用的蜡进入间隙中，另外，即使上述尘埃一旦进入，也能通过简单地清洗而将其除去，是特别推荐使用的。
一般在被处理面上涂敷一个分子厚的这些耦联剂，就能充分地起作用，即使超过上述厚度，效果也不变。因此，将焊接好的光学材料浸渍在用溶剂将浓度稀释到0.01～5wt％的溶液中后，加热进行光学材料表面的改质处理。
为了确认本实施例的有效性，采用一部分工序与本实施例不同的制造方法(以下称为“比较例”)制成了光学元件组件。该比较例与本实施例不同之点仅在于不涂敷过氟代烷基硅烷就进行切断。
将由本实施例及比较例制成的光学元件组件固定在磁铁中，构成光隔离器，对其插入损失进行了比较。
本实施例及比较例的光隔离器的插入损失的直方图示于图21。
由于一枚金红石单晶本身的透射损失为0.01dB，一枚石榴石单晶为0.15dB，所以3枚晶体损失0.17dB，除此以外的大部分损失都是由在切断工序中附着在光学材料板的光学面上的切削粉、水垢、蜡等尘埃造成的损失。
由图21可知，比较例的光隔离器的损失大，而且很分散，与此不同，本实施例的光隔离器几乎只是晶体本身的损失，大致全一样。这表明各元件的间隙中没有尘埃，本实施例十分有效。
如上所述，如果采用本实施例，则能提供一种能提高合格率的光学元件组件的制造方法，即通过将疏水性表面改质剂涂敷在焊接好的光学材料板的表面上，然后再切断，能防止切削粉、水垢及光学材料固定用的蜡进入该间隙，而且，即使一旦有异物进入，也能通过简单地清洗将其除去。
而且，虽然在本实施例中，使用倾斜法作为表面处理剂的处理方法，但本实施例的目的在于对光学材料板表面进行表面处理，至于处理方法不限于本实施例。
另外，在本实施例中，使用了直链碳数为7的氟代烷基硅烷，但随着制造方法的不同，也可变更其直链碳数进行合成，能获得与本实施例相同的效果，所以氟代烷基硅的直链碳数不受本实施例中的直链碳数的限制。
下面，详细说明本发明的第8实施例。本实施例的目的与第7实施例相同。
参照图22至图28，首先，如图22所示，将由尺寸为11mm×11mm的金红石单晶(厚1mm)构成的板状光学材料板作为偏光镜材料板5及偏光镜材料板7，另外，将具有11mm×11mm(厚0.5mm)的石榴石作为法拉第旋光镜材料板6。偏光镜材料板5的大小能切出多个偏光镜50，同样，法拉第旋光镜材料板6的大小也能切出多个法拉第旋光镜60，另外，偏光镜材料板7的大小也能切出多个偏光镜70。
在偏光镜材料板5的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面5a上及在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板5相对的光学面6a上分别形成纵向及横向的间距为1.6mm的第1槽8，再在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板7相对的光学面6b上、以及在偏光镜材料板7的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面7a上分别形成与第1槽8的图形相同的第2槽9。当偏光镜材料板7的偏振方向相对于偏光镜材料板5的偏振方向实际上倾斜45°时，该第2槽9与第1槽8相对。利用第1及第2槽8、9，获得了1.6mm方形的光学元件组件2共25组。
在以上的槽形成工序后，如图23所示，在偏光镜材料板5的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面5a上、在法拉第旋光镜材料板6的与偏光镜材料板5及偏光镜材料板7相对的光学面6a、6b上、以及在偏光镜材料板7的与法拉第旋光镜材料板6相对的光学面7a的各光学面上分别形成了金属镀膜10。这时，形成金属镀膜10使其不覆盖应成为各光学面上的孔隙11的区域。利用该金属镀膜10能在各光学面上规定出孔隙11的范围。另外，该金属镀膜10将应成为孔隙11的区域完全包围。这样，通过形成金属镀膜10，在后文所述的焊接工序中，在相对的金属镀膜10之间形成软钎料层12’，利用这些金属镀膜10及软钎料层12’，将在孔隙11的部分产生的间隙13完全堵塞。因此，如图31所示，没有构成通到在孔隙11的部分产生的间隙13的开口，在后文所述的切断工序中，异物16不会进入间隙13。
在本实施例中，利用溅射法形成金属镀膜10。进行溅射时使用图24所示的金属掩模140。该金属掩模140由覆盖应成为孔隙11的区域的圆状形掩模部141、连接各圆板状掩模部141的棒状桥部142和支撑它们的框部143构成，当然，掩模部141和桥部142之间是空间144。从图24上来说，桥部142的光学材料板侧面142a比掩模部141的光学材料板侧面141a低，因此，掩模部141覆盖应成为孔隙11的区域时，桥部142离开光学面。该金属掩模140的掩模部141的直径为φ1.45mm，桥部142的宽度为0.2mm。另外，掩模部141及框部143的厚度为0.2mm，桥部142的厚度为0.1mm。
在以上的金属掩模形成工序之后，如图25(a)所示，将软钎料12分别配置在第1及第2槽8、9中，将偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7重叠起来，使偏光镜材料板7的偏振光方向相对于偏光镜材料板5的偏振光方向实际倾斜45°，在此状态下，将这些光学材料板放入热处理炉(图中未示出)中，加热软钎料12。如图25(a)所示，利用毛细管现象，被加热而成液体状的软钎料12流入相对的金属镀膜10之间。此后，停止加热，软钎料12固化而成软钎料层12’，利用该软钎料层12’，在金属镀膜10的部分将偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7互相接合起来。另外，在本实施例的情况下，在偏光镜材料板7的与法拉第旋光镜材料板6相对的面上也形成第2槽9，而且，当偏光镜材料板7的偏振方向相对于偏光镜材料板5的偏振方向实际上倾斜45°时，该第2槽9与第1槽8相对，所以只要使第1槽8和第2槽9重合而将偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7重叠起来，偏光镜材料板7的偏振方向相对于偏光镜材料板5的偏振方向实际上便呈倾斜45°的状态。
在以上的焊接工序之后，如图25(b)所示，在第1及第2槽8、9处将焊接好的光学材料板5、6、7切断。利用该切断工序如图26所示，从焊接好的光学材料板切出多个光学元件组件2。
在本实施例中，由于在光学材料板5、6、7的光学面上形成金属镀膜10，以便将光学材料板5、6、7上应成为孔隙11的区域完全包围，所以从侧面看焊接好的光学材料板5、6、7时，孔隙11的周围被金属镀膜10及软钎料层12’完全遮蔽。因此，没有通向在孔隙11的部分产生的间隙13的开口，从而，在切断焊接好的光学材料板5、6、7时，切削粉、冷却水、固定用的蜡等异物，不会进入在孔隙11的部分产生的间隙中。
在本实施例中，为了提高光学材料板5、6、7之间的粘接力，从而提高可靠性，除了应成为孔隙11的区域以外，对光学材料板5、6、7的表面上形成的防反射膜进行溅射腐蚀后，用溅射法形成金属镀膜10。进行该溅射腐蚀时，如果用光敏抗蚀剂膜作为应成为孔隙11的区域的掩模，因该光敏抗蚀剂膜不耐受溅射腐蚀，所以进行该溅射腐蚀时，必须使用金属掩模。在用溅射法形成金属镀膜时，也使用该金属掩模，但若使用现有的金属掩模时，则不能使金属镀膜的形状呈完全包围应成为孔隙11的区域的形状。这是因为用金属掩模时，必须有支撑覆盖孔隙的掩模部分用的桥部，与该桥部相接的光学材料板的部分上就不能形成金属镀膜。关于这一点，本发明者进行了深入地研究，找到了解决方法。即，在使覆盖孔隙的金属掩模的掩模部分不与光学材料板的光学面接触的状态下，这样构成金属掩模，使桥部离开光学面，于是即使位于桥部的正下方的光学面，也能形成金属镀膜。之所以这样能形成金属镀膜，是因为只要桥部稍微离开光学面，从电镀材料飞来的粒子能迂徊到桥部的下侧而附着在桥部正下方的光学面上。
为了证明本实施例的有效性，采用一部分工序与本实施例不同的制造方法(以下称为“比较例”)制成了光学元件组件。本实施例与比较例不同之点仅在于在金属镀膜的形成工序中使用的金属掩模不同，除此以外都相同。
在比较例中使用的金属掩模如图27所示，在正向加工的光学面(图中未示出)的四角处也形成了金属镀膜。在图27中，金属掩模150上无阴影线的部分是光学面上形成金属镀膜用的孔151，包围该孔151的阴影部分是覆盖应成为孔隙的区域的掩模部152。孔151呈正方形，其对角线长为1.5mm。使用该金属掩模形成的金属镀膜10如图33所示。
将由本实施例及比较例制成的光学元件组件分别固定在磁铁中，对插入损失进行了比较。
利用由本实施例获得的光学元件组件的光隔离器(以下称“本实施例的光隔离器”)，及利用由比较例获得的光学元件组件的光隔离器(以下称“比较例的光隔离器”)的插入损失的直方图示于图28。
晶体本身的透射损耗，每块金红单晶是0.01dB每块石榴石单晶是0.15dB，所以三枚晶体是0.17dB的损耗，以上的损耗大部分是切削粉、水垢、腊等异物造成的损耗。
由图28可知，比较例的光隔离器的损失大，而且很分散，与此不同，本实施例的光隔离器几乎只是晶体本身的损失，大致全一样。
这表明沿孔隙产生的间隙中没有异物，本实施例十分有效。
另外，本实施例的特征部分在于形成金属镀膜以完全包围了应成为孔隙的区域，金属镀膜的形成工序不限于本实施例的这种利用溅射法的金属镀膜形成工序。作为除此以外的金属镀膜的形成方法，例如有在全部光学面上形成的金属镀膜上形成用光敏抗蚀剂形成的图形后，用蚀刻法将金属镀膜上不要的部分除去的光蚀刻法；以及预先在光学面上的不需要形成金属镀膜的部分上形成光敏抗蚀剂，然后在全部光学面上形成金属镀膜，再将抗蚀膜和在它上面形成的金属镀膜除去的分离法。
另外，在本实施例的金属镀膜形成工序中所使用的金属掩模，只不过是一个例子，本发明中使用的金属掩模在溅射时只要桥部离开光学面即可，不受本实施例中使用的金属掩模的形状的限制。另外，孔隙的形状除了圆形外，也可以是多边形、椭圆形，孔隙的形状不受本实施例的形状的限制。
工业上利用的可能性本发明作为在将半导体激光器作为光源的光通信系统或使用半导体激光器的光应用机器中使用的光隔离器的光学元件组件的制造方法是非常优异的。
权利要求
1.一种光隔离器用光学元件组件的制造方法，即由至少将偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜这3个光学元件在一光轴配置成的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于包括下述工序准备可切出多个上述偏光镜的偏光镜材料板、可切出多个上述法拉第旋光镜的法拉第旋光镜材料板、及可切出多个上述偏光镜的偏光镜材料板等至少3种光学材料板，在上述偏光镜材料板上与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面上、在上述法拉第旋光镜材料板上与上述偏光镜材料板及偏光镜材料板相对的光学面、以及在上述偏光镜材料板上与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面的各光学面中，在应成为透光用的孔隙的区域以外的部分形成金属镀膜的金属镀膜形成工序；在该金属镀膜形成工序之后，将上述各光学材料板重叠，使上述偏光镜材料板的偏振光方向相对于上述偏光镜材料板的偏振光方向实际倾斜45°，利用在上述各光学面上形成的金属镀膜部分，将上述各光学材料板互相焊接起来的焊接工序；以及在该焊接工序之后，将上述各光学材料板切断，切出多个上述光学元件组件的切断工序。
2.根据权利要求1所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序之前，增加一道槽形成工序，即在与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面和与上述偏光镜材料板相对的光学面内，至少在一个的光学面上形成以上述光学元件组件为单位切割上述各光学材料板用的第1槽，再在与上述偏光镜材料板相对的光学面和与上述法拉第旋光镜材料板相对的光学面内，至少在一个的光学面上形成与上述第1槽相同图形的第2槽，在上述切断工序中，在上述第1及第2槽部分处切断上述各光学材料板。
3.根据权利要求2所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述槽形成工序之后，执行上述金属镀膜形成工序，在该金属镀膜形成工序中，在构成上述第1及第2槽的壁面上也形成上述金属镀膜，在上述切断工序中，在上述第1及第2槽部分的中央部分切断，以便使有形成了上述金属镀膜的壁面的部分在上述各光学元件的侧面作为台阶部留下。
4.一种光隔离器用光学元件组件，即偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜至少这3个光学元件排列配置在一条光轴上，通过在上述各光学元件各自的光学面上的孔隙周边形成的金属镀膜焊接起来，该光隔离器用光学元件组件的特征在于在上述各光学元件的侧面形成台阶部，在该台阶部上形成金属镀膜，通过在该台阶部上形成的金属镀膜焊接到永久磁铁的电镀部。
5.根据权利要求1或2所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序中，重叠上述各光学材料板，使通过用上述金属镀膜规定范围的上述各光学材料板上的孔隙的同一处的光轴相对于与上述光学面正交的直线呈倾斜状态，在此状态下，用上述金属镀膜的部分焊接上述各光学材料板，在上述切断工序中，沿上述光轴切断上述各光学材料板。
6.一种光隔离器用光学元件组件，即偏光镜、法拉第旋光镜及偏光镜至少3个光学元件整齐地排列配置在一条光轴上，通过在上述各光学元件各自的光学面上的孔隙周边形成的金属镀膜焊接起来，该光隔离器用光学元件组件的特征在于与上述各光学元件的光学面正交的直线相对于通过上述各孔隙的同一处的光轴呈倾斜状态，上述各光学元件的侧面排列在同一平面上，且与上述光轴平行。
7.根据权利要求1或2所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述焊接工序之后，执行在上述各光学材料板的光学面上涂敷具有疏水性的表面改质剂的表面改质工序，在该表面改质工序之后进行上述切断工序。
8.根据权利要求7所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述表面改质工序中使用的表面改质剂是硅烷系列耦联剂。
9.根据权利要求7所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述表面改质工序中使用的表面改质剂是氟代烷基硅烷。
10.根据权利要求1或2所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述金属镀膜形成工序中，形成上述金属镀膜，使利用该金属镀膜将用上述金属镀膜规定范围的上述孔隙完全包围。
11.根据权利要求10所述的光隔离器用光学元件组件的制造方法，其特征在于在上述金属镀膜形成工序中，为了形成上述金属镀膜，使用的金属掩模有覆盖应形成为上述孔隙的区域的掩模部和使该掩模部彼此连接的桥部，而且，上述掩模部覆盖应形成上述孔隙的区域时，上述桥部离开上述光学面。
全文摘要
一种至少将偏光镜50、法拉第旋光镜60及偏光镜70这3个光学元件沿一光轴整齐地配置成的光隔离器用光学元件组件的制造方法。其特征是将偏光镜材料板5、法拉第旋光镜材料板6及偏光镜材料板7焊接起来，切断这些焊接好的光学材料板，一次制成多个光隔离器用光学元件组件2。本发明有利于大量生产，能大幅度降低光学元件组件的成本。
文档编号G02B27/28GK1146245SQ95192601
公开日1997年3月26日 申请日期1995年12月27日 优先权日1994年12月27日
发明者大泽隆二 申请人:株式会社东金