专利名称：光学部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及诸如非互易元件的光学部件及其制造方法，该光学部件主要适于用作光通信中的光学无源器件。
常规上，光隔离器被用作光通信中的光学部件。
正如以下将要详细说明的那样，传统的光隔离器通常包括第一偏振器、第二偏振器、法拉第旋转器、补偿器、第一衬底和第二衬底。在制造传统的光隔离器的方法中，第一偏振器、法拉第旋转器和补偿器被切割成预定的尺寸，然后利用粘合剂固定到切割成相同尺寸的第一衬底上。随后，由粘合剂将第二偏振器粘合到第一衬底上。此后，第二衬底从与第一衬底相对的侧边粘合到第一偏振器、法拉第旋转器、补偿器和第二偏振器上。
另一种传统的光隔离器包括圆柱形金属外壳、主偏振器和副偏振器、法拉第旋转器以及环形磁铁。此外，金属外壳由管形外壳器件和帽形外壳器件组合构成。主偏振器、法拉第旋转器以及环形磁铁被固定在管形外壳器件内，而副偏振器被固定在帽形外壳器件内。环形磁铁被插入法拉第旋转器的外围部分。
然而，传统光隔离器的制造方法存在的一个问题是，需要大量工时用于组装光学元件。而且，即使用镊子将光学元件安放到第一衬底上，光学元件也会由于粘合剂、焊剂或玻璃焊剂的表面张力而互相吸引。因此，由于粘合剂、焊剂或玻璃焊剂在光学面的沉积或由于光学元件的倾斜和偏斜，可能会对传统光隔离器的特性产生负面影响。
此外，在另一种传统光隔离器中，为了对法拉第旋转器提供磁场，将环形磁铁环绕法拉第旋转器放置。然而，加工该环形磁铁的成本很高。
不仅如此，为了通过焊接将传统光隔离器安装到LD(激光二极管)等模块中，将光学元件整体插入金属盒内。然而，制造尺寸更小的金属盒存在困难而且成本很高。因此，以低成本制造小尺寸的传统光隔离器存在困难。
因此，本发明的一个目的是提供诸如非互易元件的光学部件，它具有良好的光学特性并适于批量生产，并且可以可靠地固定该光学部件内的各光学元件。
本发明的另一个目的是提供光学部件的制造方法，该光学部件具有良好的光学特性并适于批量生产，并且可以可靠地固定该光学部件内的各光学元件。
通过以下的说明，将逐渐明了本发明的其它目的。
在本发明的光学部件中，当在衬底上固定偏振器或法拉第旋转器时，无需将上述各光学元件切割成片。相反，本发明的光学部件是按以下方法成型的。即，首先将衬底切割成预定宽度的带，同时将各光学元件也切割成预定宽度的带。接着，将各带形光学元件固定到带形衬底上。然后，将衬底和固定在其上的光学元件同时切割成预定的尺寸。此外，双折射晶体也可以用作偏振器。
以下说明了实现本发明光学部件的制造方法。首先，主衬底和副衬底被切割成具有预定宽度的带，同时将各偏振器或双折射晶体以及法拉第旋转器切割成预定宽度的带。接着，将各带形偏振器或带形双折射晶体以及带形法拉第旋转器固定到带形主衬底上。然后，将按预定宽度切割成带的副衬底从与固定主衬底的侧边相对的侧边固定到带形偏振器或带形双折射晶体以及带形法拉第旋转器上。此后，通过同时以预定尺寸切割光学元件和主衬底以及副衬底就可以生产光学部件。
此外，根据本发明的光学部件，包括诸如光隔离器、光环行器等非互易元件。在该光学部件中，无需利用环形磁铁环绕偏振器为法拉第旋转器提供磁场，而是为法拉第旋转器提供四片板状磁铁。板状磁铁的加工成本比环形磁铁的加工成本低。这样可以提供制造成本低的光学部件。
此外，根据本发明的光学部件，其包括诸如光隔离器、光环行器等非互易元件。在此光学部件中，通过利用可被焊接的磁铁将偏振器和法拉第旋转器固定到衬底上，在金属外壳内不必含有偏振器和法拉第旋转器。由于光学部件不需要此金属外壳，所以就可以降低成本并减小光学部件的尺寸。此外，双折射晶体也可用作偏振器。
而且，根据本发明的光学部件的制造方法，光学部件的半成品被切割成预定宽度的带并被固定到衬底上。从而，可以容易地利用仪器对光隔离器、光环行器等进行定位。因此，不仅可以降低光学部件的倾斜或偏斜而且不会在光学部件上产生粘合剂的沉淀。于是，含有诸如光隔离器、光环行器等非互易元件的光学部件可以被制造成具有稳定可靠特性的器件。
此外，根据本发明的光学部件的制造方法，可以将光学部件的带形半成品固定到玻璃衬底。此后，可以将光学部件带形半成品与玻璃衬底同时切割。因此，可以在很大程度上减少制造光学部件的工时。
换句话说，根据本发明的一个方面，所提供的光学部件包括偏振装置、法拉第旋转器以及衬底。至少利用除其各自光学面以外的两个表面将偏振装置和法拉第旋转器分别固定到衬底，衬底包括可以焊接的磁铁。
偏振装置可以由偏振器或双折射晶体构成。
可以将光学部件用于诸如光隔离器和光环行器的非互易元件。
根据本发明的另一个方面，提供光学部件的一种制造方法，该方法包括如下步骤制备偏振装置材料的第一长条；制备法拉第旋转体材料的第二长条；将第一长条和第二长条固定到衬底上；将第一长条、第二长条以及衬底在其整个长度切割成多个分别具有预定尺寸的片；并且，将多个片的每一个用作光学部件。
偏振装置可以由两个偏振器或两个双折射晶体构成。
衬底可以包括能被焊接的磁铁。
进一步根据本发明的另一个方面，还提供一种制造光学部件的制造方法，该方法包括步骤制备偏振装置材料的第一长条；制备法拉第旋转器材料的第二长条；利用其间插入了第一长条和第二长条的两个衬底固定第一长条和第二长条；将第一长条、第二长条以及两个衬底在其整个长度上切割成具有预定尺寸的多个片；并且每个片用作光学部件。
图1A是用于说明传统光隔离器的一个实例的前视图；图1B是用于说明图1A所示的传统光隔离器的一个实例的侧视图；图2是制造光隔离器的传统制造方法的原理图；图3A是用于说明传统光隔离器的另一个实例的前视图；图3B是用于说明图3A所示的传统光隔离器的另一个实例的侧视图4显示了在制造根据本发明的优选实施例的光学部件的方法中加工的制成品；图5A是用于解释在制造根据本发明的优选实施例的光学部件的方法中加工的半成品的切割过程的平面图；图5B是用于解释图5A所示的待加工的半成品的切割过程的侧视图；图6A是示意说明根据本发明的实施例的光隔离器的前视图；以及图6B是示意说明图6A所示的光隔离器的侧视图。
参考图1至图3，为了便于理解本发明，首先说明传统光学部件以及一种传统光学部件的制造方法。
图1示出传统的光隔离器。图1A示出传统光隔离器的前视图，图1B示出其侧视图。在图1A和图1B中，光隔离器11包括两片偏振器2a和2b、法拉第旋转器3b、补偿器4b以及两片衬底1a和1b。在所说明的实例中，衬底1a和1b的材料通常为铁氧体磁材料。
图2示出用于解释制造图1所示的传统光隔离器11的方法的说明图。在图2中，光隔离器11的半成品由偏振器2b、法拉第旋转器3b、衬底1a以及补偿器4a组成。偏振器2b、法拉第旋转器3b以及补偿器4b被切割成预定的尺寸并用粘合剂固定到被切割成同样尺寸的衬底1a上。在制造光隔离器11过程中，利用粘合剂52将偏振器2a粘合到衬底1a，衬底1b被可靠地粘合到与上述半成品中的衬底1a相对的侧边。此外，有机粘合剂、焊剂或玻璃焊剂可以用作粘合剂52。
以下将说明传统光隔离器和传统光隔离器的制造方法所存在的几个问题。图1所示的传统光隔离器的制造方法存在的问题是需要大量的组装工时。此外，如图2所示，即使利用镊子将光学元件安放到衬底上，光学元件也会由于粘合剂、焊剂或玻璃焊剂的表面张力而互相吸引。因此，由于粘合剂、焊剂或玻璃焊剂在光学面的沉积或光学元件的倾斜和偏斜，会对光隔离器的特性产生负面影响。
图3示出另一个传统光隔离器的实例。图3A是正仰视图，而图3B为侧仰视图。在图3A中和图3B中，光隔离器12包括圆柱形金属外壳102、两片偏振器2c和2d、法拉第旋转器3b以及环形磁铁8。此外，金属外壳102由管形外壳器件61和帽形外壳器件71组合构成。主偏振器2d、法拉第旋转器3b以及环形磁铁8被固定在管形外壳器件61内，而副偏振器2c被固定在帽形外壳器件71内。环形磁铁8被插入法拉第旋转器3b的外围部分。为了向法拉第旋转体3b提供磁场，将环形磁铁8环绕法拉第旋转体3b放置。然而，加工环形磁铁8需要的成本很高。
不仅如此，为了通过焊接将图1和图3所示的传统光隔离器安装到LD等模块，而将整个光学元件插入金属外壳。然而，以更小的尺寸制造这种金属外壳受到限制而且成本高。因此，难于以低成本制造小尺寸的传统光隔离器。
参考图4至图6，现在将说明根据本发明的光学部件以及此光学部件的制造方法。
图4示出采用根据本发明的优选实施例的光学部件制造方法加工的中间产品的说明图。图4所示的待加工的中间产品(换句话说即半成品)中，将由光学元件各自材料构成的、并分别被切割成1．2mm带的长条器件(即，长条)2e、3a、2f、4a分别固定到衬底1上。即，将分别由偏振器材料构成的长条器件(长条)2e和2f、由法拉第旋转器材料构成的长条器件(长条)3a以及由补偿器材料构成的长条器件(长条)4a固定到衬底1上。在此，衬底1的宽度为3．1mm。此外，衬底1由可焊接的磁性材料构成。例如，可以选择Fe-Cr-Co磁性材料作为制造衬底1的材料。
为了制造图4所示的中间产品，首先，将环氧粘合剂涂到衬底1上。利用定位仪器(未示出)分别将被切割成1．2mm宽的带的光学元件定位到衬底1。在此种情况下，在加热室中将衬底1以及固定到其上的光学元件加热到120℃以固化环氧树脂粘合剂。
在图4所示的实例中，采用了分别由偏振器材料构成的长条器件(长条)2e和2f。待加工的中间产品可以另外通过采用双折射晶体材料构成的长条器件(长条)同样地制造。
图5示出说明根据本发明的优选实施例的光学部件的制造方法切割待加工的中间产品的切割过程的说明图。如图5A和5B所示，利用蜡10将在加热室固化了其粘合剂的待加工的中间产品粘合到玻璃衬底9。然后，利用切割器将待加工的中间产品切割成宽度均为1．2mm的多个片而且各片均被用作光学部件。此处，光学部件是作为非互易元件实例的光隔离器。
图6A是示意说明光隔离器的前视图，图6B是示意说明光隔离器的侧视图。如图6A所示，分别被切割成1．2mm×3．1mm尺寸的三片衬底1d、1e和1f被粘合并被固化到按图5A和图5B切割的光隔离器上。然后将粘合固化的光隔离器插入管形外壳器件6。如图6B所示，利用粘合剂将衬底1c、1d、1e和1f固定到管形外壳器件6的端部。此后，帽形外壳器件7被粘合固定到上述管形外壳器件6的侧面。这样就获得了图6A和图6B所示的光隔离器。
为了确认根据上述实施例的光隔离器的光学特性，需要测试光插入损耗和反向损耗。结果是，光插入损耗确定为0．3dB，反向损耗为25dB。因此，根据上述实施例的光隔离器获得了优良的光学特性。
在根据上述实施例的光隔离器中，采用了包括管形外壳器件6和帽形外壳器件7的金属外壳101。然而，在将研究的根据另一个实施例的光隔离器中未采用金属外壳。在这种情况下，由于衬底1c、1d和1f由可被焊接的磁性材料构成，所以可以通过焊接将衬底1c、1d和1f直接固定到LD(激光二极管)等组件上。
如上所述，根据本发明，分别由各光学元件材料构成并分别被切割成预定宽度的带的长条器件(长条)被分别固定到衬底。相应地，利用仪器定位光学部件变得容易了。因此，不仅可以减小光学元件的倾斜或偏斜而且可以减少在光学元件上产生不必要的粘合剂沉淀。因此，能够制造具有稳定可靠特性的光学部件。
此外，根据本发明，分别被切割成预定宽度带的光学元件被分别固定到板状衬底上。因此，就可以同时切割光学部件和板状衬底。这样就可以在很大程度上减少制造光学部件的工时。
不仅如此，在此光学部件中，通过用四片板状磁铁环绕光学部件，可不必使用环形磁铁。板状磁铁的加工成本比环状磁铁的加工成本低。因此可以提供制造成本更低的光学部件。
此外，可以利用可被焊接的磁铁固定光学部件。因此，可以将光学部件焊接到LD(激光二极管)组件上，而无需金属外壳。这样就可以获得成本低、尺寸小的光学部件。
如上所述，根据本发明，可以提供具有优良光学特性并适于批量生产的、并且其中的各光学元件被可靠地固定在其上的诸如非互易元件的光学部件及其制造方法。
权利要求
1．一种光学部件，包括偏振装置、法拉第旋转器以及衬底，至少利用除其各光学面以外的两个表面将所述偏振装置和所述法拉第旋转器分别固定到所述衬底上，所述衬底由可焊接的磁性材料构成。
2．根据权利要求1所述的光学部件，其中所述偏振装置由偏振器构成。
3．根据权利要求1所述的光学部件，其中所述偏振装置由双折射晶体构成。
4．根据权利要求1所述的光学部件，其中所述光学部件供非互易元件使用。
5．根据权利要求4所述的光学部件，其中所述非互易元件为光隔离器。
6．根据权利要求4所述的光学部件，其中所述非互易元件为光环行器。
7．一种制造光学部件的方法，所述方法包括步骤制备由偏振装置材料构成的第一长条；制备由法拉第旋转器材料构成的第二长条；将所述第一长条和所述第二长条固定到衬底上；将所述第一长条、所述第二长条以及所述衬底在其整个长度上切割成多个具有预定尺寸的片；以及所述多个片的每个被用作所述光学部件。
8．根据权利要求7所述的方法，其中所述偏振装置由两个偏振器构成。
9．根据权利要求7所述的方法，其中所述偏振装置由两个双折射晶体构成。
10．根据权利要求7所述的方法，其中所述衬底由可焊接的磁铁构成。
11．根据权利要求7所述的方法，其中所述光学部件供非互易元件使用。
12．根据权利要求11所述的方法，其中所述非互易元件为光隔离器。
13．根据权利要求11所述的方法，其中所述非互易元件为光环行器。
14．一种制造光学部件的方法，所述方法包括步骤制备由偏振装置材料构成的第一长条；制备由法拉第旋转器材料构成的第二长条；由具有插入到其中的所述第一长条和所述第二长条的两个衬底固定所述第一长条和所述第二长条；将所述第一长条、所述第二长条和所述两个衬底在其整个长度上切割成多个具有预定尺寸的片；以及所述多个片的各片用作光学部件。
15．根据权利要求14所述的方法，其中所述偏振装置由两个偏振器构成。
16．根据权利要求14所述的方法，其中所述偏振装置由两个双折射晶体构成。
17．根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底由可焊接的磁铁构成。
18．根据权利要求14所述的方法，其中所述光学部件供非互易元件使用。
19．根据权利要求18所述的方法，其中所述非互易元件为光隔离器。
20．根据权利要求18所述的方法，其中所述非互易元件为光环行器。
全文摘要
在制造光学部件的方法中,通过环氧树脂粘合剂将分别用于偏振器的长形器件2e、2f、用于法拉第旋转器的3a、用于补偿器的4a固定到衬底1上以制造中间产品。随后,利用蜡10将中间产品粘合到玻璃衬底9上。然后,将中间产品切割成各片均用于作为光隔离器的光学部件的片。
文档编号G02F1/09GK1295263SQ0013021
公开日2001年5月16日 申请日期2000年10月27日 优先权日1999年10月28日
发明者三浦英志, 东海林利男, 细川忠利, 土屋治彦 申请人:株式会社东金