JP2002196129A

JP2002196129A - 光学多層膜フィルタ

Info

Publication number: JP2002196129A
Application number: JP2000395588A
Authority: JP
Inventors: Mikio Okamoto; 幹夫岡本; Takayuki Akiyama; 貴之秋山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10
Also published as: WO2002052308A1

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光依存性が小さく、高性能な光通信システ
ムを構築可能な光学多層膜フィルタを得る。【解決手段】高屈折率物質層１１と低屈折率物質層１
２とを交互に積層して構成される光学多層膜フィルタ１
０において、高屈折率物質層１１および低屈折率物質層
１２の光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対象光の波長λに対
し、下記式（１）を満足する（３／４・λ）に設定され
ている。（ｎ・ｄ）＞（１／２・λ）・・・（１）但し、ｎ：対応する物質層の屈折率ｄ：対応する物質層の機械的厚さ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高屈折率物質層と
低屈折率物質層とを交互に積層して構成され、近赤外領
域の光による光通信等に用いられる光学多層膜フィルタ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、インターネット通信等の普及およ
び利用が進み、通信ラインの通信量が急速に増大しつつ
ある。現在は通信容量の大きな光ファイバを用いた光通
信が主流であるが、各光ファイバを介して伝達できる容
量を増加させることが要求され、光通信技術の中でも通
信容量の大容量化が容易な波長分割多重通信技術（ＷＤ
Ｍ通信方式：Wave-length Division Multplexing 通信
方式）が使用されるようになってきている。ＷＤＭ通信
方式では通信用に用いられる近赤外領域の光を複数の細
かな波長領域に分割したり、これら複数の波長領域の光
を合成したりする必要があり、これら波長分割および合
成のために、光学多層膜フィルタが大量に必要とされ
る。

【０００３】また、このような光通信技術において、長
距離を隔てた区間の光通信に際しては光信号を増幅器に
より増幅する必要がある。この場合に、増幅器の増幅率
が波長に依存して変動するため、この増幅率を平坦化す
るための利得平坦化フィルタとしても光学多層膜フィル
タが必要とされる。

【０００４】このような光学多層膜フィルタは、例え
ば、特開平７−１０４１２３号公報、特開平７−１９８
９３５号公報等に開示されており、高屈折率物質層と低
屈折率物質層とを交互に積層して作られる。このような
従来の光学多層膜フィルタ１００の一例を図１９に示し
ており、ガラス基板１０５の上に、光学的膜厚（ｎ・
ｄ）が対象光の波長λのほぼ（１／４）倍の厚さの五酸
化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる高屈折率物質層１０１
と、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λのほぼ（１
／４）倍の厚さの二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）からなる低屈
折率物質層１０２とを交互に積層して作られている。こ
の光学多層膜フィルタ１００の最上層１０２ａおよび最
下層１０２ｂが低屈折率物質層から構成され、これらの
光学的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層１０２の
光学的膜厚の（１／２）倍の厚さに構成されている。こ
のような構成の光学多層膜フィルタは、光通信技術用等
の各種光学機器にダイクロイックミラー、ビームスプリ
ッター、濃度調整用フィルタとして用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この光学多層膜フィル
タ１００の分光透過率特性を図２０に示している。ここ
では光学多層膜フィルタ１００に入射角５度で入射した
光の透過率特性を示しており、入射軸を含む垂直面に平
行な方向のＰ偏光透過率を太線で示し、これと直角な方
向のＳ偏光透過率を細線で示している。この図から分か
るように、入射角が５度傾くだけで偏光による透過率の
ずれが生じており、このずれが偏光依存性となり、光通
信システムに悪影響を与えるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
偏光依存性が小さく、高性能な光通信システムを構築可
能な光学多層膜フィルタを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明に係る光学多層膜フィルタは、高屈折率物質
層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成され、高屈
折率物質層および低屈折率物質層の少なくともいずれか
一方の光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対象光の波長λに対
し、下記式（１）を満足するように設定されている。

【０００８】

【数１】（ｎ・ｄ）＞（１／２・λ）・・・（１）但し、ｎ：対応する物質層の屈折率ｄ：対応する物質層の機械的厚さ

【０００９】なお、高屈折率物質層および低屈折率物質
層はガラス基板の上に真空蒸着法等により交互に形成さ
れるのであるが、成膜速度の問題から、これらの膜厚
（層厚）をあまり厚くすると生産時間が長くなりすぎて
生産効率が低下するため、光学的膜厚（ｎ・ｄ）の上限
厚さを下記式（２）を満足するように設定するのが、好
ましい。

【００１０】

【数２】（ｎ・ｄ）＜（３／２・λ）・・・（２）

【００１１】本発明に係る光学多層膜フィルタは、例え
ば、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が波長λのほぼ（３／４）倍
の厚さの高屈折率物質層と光学的膜厚（ｎ・ｄ）が波長
λのほぼ（３／４）倍の厚さの低屈折率物質層とを交互
に積層して構成される。本発明に係る光学多層膜フィル
タは、さらに例えば、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が波長λの
ほぼ（５／４）倍の厚さの高屈折率物質層と光学的膜厚
（ｎ・ｄ）が波長λのほぼ（５／４）倍の厚さの低屈折
率物質層とを交互に積層して構成される。この場合に、
好ましくは、最上層および最下層の光学的膜厚が、中間
層を構成する光学的膜厚のほぼ（１／２）倍の厚さに設
定される。

【００１２】本発明に係る光学多層膜フィルタを、光学
的膜厚（ｎ・ｄ）が波長λのほぼ（３／４）倍の厚さの
高屈折率物質層と光学的膜厚（ｎ・ｄ）が波長λのほぼ
（１／４）倍の厚さの低屈折率物質層とを交互に積層し
て構成しても良い。この場合には、好ましくは、最上層
および最下層が低屈折率物質層から構成されるとともに
これらの光学的膜厚が、中間層を構成する低屈折率物質
層の光学的膜厚のほぼ（１／２）倍の厚さに設定され
る。

【００１３】以上のような構成を用いれば、偏光依存性
が非常に小さな且つ所望の透過率特性を有する光学多層
膜フィルタを得ることができ、この光学多層膜フィルタ
を用いれば、高性能な光通信システム等を構築すること
ができる。

【００１４】もう一つの本発明は、第１光学的膜厚の高
屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に第１所定層数
だけ積層して構成される第１積層の上に第１光学的膜厚
より厚い第２光学的膜厚の高屈折率物質からなる中間層
を設けるとともにこの中間層の上に第１積層と同様構成
の第２積層を設けてサンドイッチ状の積層組を構成し、
このような構成の積層組を複数積み重ねて光学多層膜フ
ィルタが構成される。このとき、中間層の第２光学的膜
厚が対象光の波長λに対して（１／２・λ）からずれて
おり、このような構成の光学多層膜フィルタが、近赤外
領域の光による光通信用のフィルタとして用いられる。

【００１５】なお、この光学多層膜フィルタにおいて、
第１光学的膜厚が対象光の波長λに対してほぼ（１／４
・λ）の光学的膜厚を有し、第２光学的膜厚が対象光の
波長λに対してほぼ｛（１／２・λ）×１．１｝の光学
的膜厚を有するように設定するのが好ましい。もしく
は、第１光学的膜厚が、対象光の波長λに対してほぼ
（１／４・λ）の光学的膜厚を有し、第２光学的膜厚が
対象光の波長λに対してほぼ｛（１／２・λ）×０．
９｝の光学的膜厚を有するように設定しても良い。

【００１６】このような構成の光学多層膜フィルタによ
れば、少なくとも所定の波長において光の透過率を急激
に変化させて帯域分離を行うフィルタとして良好な性能
を有するとともに偏光依存性の少ない光学多層膜フィル
タを得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。本発明に係る光学多
層膜フィルタについて説明する前に、このような光学多
層膜フィルタが用いられるＷＤＭ通信システムについて
図１を参照して説明する。

【００１８】このシステムは、それぞれ異なる波長の光
信号を出力する複数のレーザー発光器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ
３，・・・，Ｌｎと、これらレーザー発光器から出射さ
れる信号光を合成する合波器１と、合波器１により合成
されて出射される信号光を伝送する伝送用光ファイバ２
と、この伝送用光ファイバ２に所定間隔（例えば、８０
ｋｍ間隔）をおいて配置されて伝送光信号を増幅する複
数の増幅器３（例えば、光ファイバアンプから構成され
る）と、伝送用光ファイバ２を介して送られてくる光信
号を複数の異なる波長の光信号に分割する分波器５と、
分波器５により分割された各光信号を検出する複数のデ
ィテクタＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，Ｄｎとを有して構
成される。

【００１９】このような構成のシステムでは、発信側に
おいて、各レーザー発光器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・，
Ｌｎからそれぞれ光信号を出力し、これを合波器１によ
り合成して一纏めの光信号として伝送用光ファイバ２に
より伝送する。一方、受信側においては、伝送用光ファ
イバ２から出射される光信号を分波器５により複数の光
信号として分割した後、各光信号を対応するディテクタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，Ｄｎにより検出する。この
ように構成することにより、一本の伝送用光ファイバ２
により多数の光信号を重ねて送信することができ、信号
伝送効率が高い。

【００２０】ここで、合波器１の構成を図２に詳しく示
している。この合波器１は、各レーザー発光器Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３，・・・，Ｌｎに対向して配設される複数の光
学多層膜フィルタＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３，・・・，Ｆ
Ｌｎを有して構成される。レーザー発光器Ｌ１からは波
長λ１のレーザー信号光が出射され、光学多層膜フィル
タＦＬ１により所望の波長幅（例えば、１ｎｍ程度の狭
い波長幅）の光が選択されて、光ファイバＯＦ１に出射
される。なお、レーザー発光器Ｌ１から所望の波長幅の
レーザー信号光が出射される場合には、光学多層膜フィ
ルタＦＬ１はなくてもよい。

【００２１】一方、レーザー発光器Ｌ２からは波長λ２
のレーザー信号光が出射され、光学多層膜フィルタＦＬ
２の前面側に入射する。この光学多層膜フィルタＦＬ２
の後面側には上記光ファイバＯＦ１が導かれて波長λ１
のレーザー信号光が光学多層膜フィルタＦＬ２の前面の
方向に出射される。ここで、光学多層膜フィルタＦＬ２
は、図３に示すように、波長λ２の光を透過させるがこ
れ以外の波長の光は反射させる性質の光学多層膜フィル
タから構成されており、レーザー発光器Ｌ２からの波長
λ２の信号光をそのまま透過させ、後面側に照射された
光ファイバＯＦ１からの波長λ１の光は反射させる。

【００２２】光学多層膜フィルタＦＬ２の後面側には光
ファイバＯＦ２が対向配設されており、上記のようにし
て光学多層膜フィルタＦＬ２を透過した信号光と光ファ
イバＯＦ１から出射されて光学多層膜フィルタＦＬ２で
反射された信号光とが光ファイバＯＦ２に入射するよう
になっている。この結果、光ファイバＯＦ２には波長λ
１と波長λ２との信号光が合成された信号光が入射され
る。

【００２３】以下、上記と同様の関係で、各レーザー発
光器Ｌ３・・・Ｌｎに対向して光学多層膜フィルタＦＬ
３・・・ＦＬｎが配設されており、光学多層膜フィルタ
ＦＬ３には、波長λ１とλ２の合成信号光およびλ３の
信号光がそれぞれ異なる面に入射され、λ１、λ２およ
びλ３の信号光が合成され、次の光ファイバＯＦ３に入
射される。最終の位置にある光学多層膜フィルタＦＬｎ
には、λ１，λ２，λ３・・・λn-1の合成信号光とλ
ｎの信号光が入射され、全波長λ１，λ２，λ３・・・
λｎの合成信号光が光ファイバＯＦｎに入射される。な
お、この光ファイバＯＦｎが伝送用光ファイバ２に繋が
り、このように合成された信号光が伝送用光ファイバ２
を介して伝送される。

【００２４】上記の説明から分かるように、各光学多層
膜フィルタＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３・・・ＦＬｎはそれ
ぞれ、図３に示すような対応する狭い波長幅の光信号の
みを透過させるがその他の光信号を反射させるという性
能が要求され（すなわち、狭帯域干渉フィルタとしての
性能が要求され）、このような要求を満足させるために
光学多層膜フィルタが用いられる。なお、分波器５にお
いては、合波器１と逆の作用を行うように構成すればよ
く、分波器５においても合波器１に用いられるものと同
じ複数の光学多層膜フィルタが用いられる。

【００２５】ところで光通信システムにおいて伝送用光
ファイバ２を介して伝達される光信号としては、Ｃ−ba
ndと称される波長１５２５〜１５６５ｎｍの帯域の信号
と、Ｌ−bandと称される波長１５６５〜１５９０ｎｍの
帯域の信号とを用いることが知られており、Ｃ−bandお
よびＬ−band光信号を混在させて一本の伝送用光ファイ
バ２を介して伝送することが行われている。このような
光信号の伝送を行う場合に、伝送用光ファイバ２の途中
に配設されて信号増幅を行う増幅器３においてはＣ−ba
ndおよびＬ−band光信号をそれぞれに適した増幅器で増
幅することが求められる。このため、増幅器３は例えば
図４のように構成され、ここでも光学多層膜フィルタ
６，７が用いられる。

【００２６】ここで、光学多層膜フィルタ６，７は、図
５のような光透過特性を有するフィルタであり、図４に
おける左側から伝送用光ファイバ２を通って伝送されて
きたＣ−bandおよびＬ−band光信号が混在する光信号
は、光学多層膜フィルタ６に照射され、Ｃ−band光信号
のみが光学多層膜フィルタ６を透過して第１ファイバア
ンプ８により所定の増幅率で増幅された後、光学多層膜
フィルタ７に照射されてここをそのまま透過する。一
方、Ｌ−band光信号は光学多層膜フィルタ６において反
射されて第２ファイバアンプ９に入射してここで所定の
増幅率で増加された後、光学多層膜フィルタ７の後面側
に照射されて反射される。

【００２７】この結果、光学多層膜フィルタ６により分
割され、それぞれ第１および第２ファイバアンプ８，９
において所定の増幅率で増幅されたＣ−bandおよびＬ−
band光信号は光学多層膜フィルタ７により合成され、図
４における右側の光伝送用ファイバ２を通って伝送され
る。なお、一般的にＣ−band光信号の増幅率はＬ−band
光信号の増幅率より大きい。そして、光学多層膜フィル
タ６，７は帯域分離フィルタ（エッジフィルタ）として
の役割が要求される。

【００２８】

【第１の実施形態】このような帯域分離フィルタを構成
する本発明の第１の実施形態に係る光学多層膜フィルタ
１０の基本構成を図６に示している。この光学多層膜フ
ィルタ１０は、ガラス基板１５の上に、光学的膜厚（ｎ
・ｄ）が対象光の波長λの（３／４）倍の厚さの五酸化
ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる高屈折率物質層１１と、光
学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（３／４）倍の
厚さの二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）からなる低屈折率物質層
１２とを交互に積層して作られている。この光学多層膜
フィルタ１０の最上層１２ａおよび最下層１２ｂが低屈
折率物質層から構成され、これらの光学的膜厚が中間層
を構成する低屈折率物質層１２の光学的膜厚の（１／
２）倍の厚さに構成されている。

【００２９】このように構成された光学多層膜フィルタ
１０の透過率特性を図７に示している。この図は、光学
多層膜フィルタ１０に入射角５度で入射した光の透過率
特性を示しており、入射軸を含む垂直面に平行な方向の
Ｐ偏光透過率を太線で示し、これと直角な方向のＳ偏光
透過率を細線で示している。この図から分かるように、
入射角が５度傾いた場合での偏光による透過率のずれは
従来に比較して非常に小さく、この光学多層膜フィルタ
１０を用いれば良好な性能の光通信システムを構築する
ことができる。

【００３０】この光学多層膜フィルタ１０は、前述した
光通信システムにおいて帯域分離フィルタとして用いる
ためのフィルタであるが、図６に示したように、各層１
１，１２の光学的厚さを対象光の波長λの３／４倍に設
定した基本的構成における透過率特性を図７に示してい
る。このため図７に示すように、透過率は波長に対応し
て変動しており、図５に示したような平坦な透過率特性
とはなっていない。しかしながら、実際には、各層１
１，１２の膜厚を僅かずつ調整することにより、図５に
示すような特性となるような設定がなされる。

【００３１】

【第２の実施形態】次に、帯域分離フィルタを構成する
本発明の第２の実施形態に係る光学多層膜フィルタ２０
について図８および図９を参照して説明する。この光学
多層膜フィルタ２０の基本構成を図８に示しており、こ
の光学多層膜フィルタ２０は、ガラス基板２５の上に、
光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（５／４）倍
の厚さの五酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる高屈折率物
質層２１と、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの
（５／４）倍の厚さの二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）からなる
低屈折率物質層２２とを交互に積層して作られている。
この光学多層膜フィルタ２０の最上層２２ａおよび最下
層２２ｂが低屈折率物質層から構成され、これらの光学
的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層２２の光学的
膜厚の（１／２）倍の厚さに構成されている。

【００３２】このように構成された光学多層膜フィルタ
２０の透過率特性を図９に示している。この図は、光学
多層膜フィルタ２０に入射角５度で入射した光の透過率
特性を示しており、入射軸を含む垂直面に平行な方向の
Ｐ偏光透過率を太線で示し、これと直角な方向のＳ偏光
透過率を細線で示している。この図から分かるように、
入射角が５度傾いた場合での偏光による透過率のずれは
従来に比較して非常に小さく、この光学多層膜フィルタ
２０を用いても良好な性能の光通信システムを構築する
ことができる。

【００３３】この光学多層膜フィルタ２０も、第１の実
施形態で説明したように、帯域分離フィルタとして用い
るために平坦な透過率特性を得たい場合は、各層２１，
２２の膜厚を僅かずつ調整することにより、図５に示す
ような特性となるような設定がなされる。

【００３４】

【第３の実施形態】さらに、帯域分離フィルタを構成す
る本発明の第３の実施形態に係る光学多層膜フィルタ３
０について図１０および図１１を参照して説明する。こ
の光学多層膜フィルタ３０の基本構成を図１０に示して
おり、この光学多層膜フィルタ３０は、ガラス基板３５
の上に、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（３
／４）倍の厚さの五酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる高
屈折率物質層３１と、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の
波長λの（１／４）倍の厚さの二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）
からなる低屈折率物質層３２とを交互に積層して作られ
ている。この光学多層膜フィルタ３０の最上層３２ａお
よび最下層３２ｂが低屈折率物質層から構成され、これ
らの光学的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層３２
の光学的膜厚の（１／２）倍の厚さに構成されている。

【００３５】このように構成された光学多層膜フィルタ
３０の透過率特性を図１１に示している。この図は、光
学多層膜フィルタ３０に入射角５度で入射した光の透過
率特性を示しており、入射軸を含む垂直面に平行な方向
のＰ偏光透過率を太線で示し、これと直角な方向のＳ偏
光透過率を細線で示している。この図から分かるよう
に、入射角が５度傾いた場合での偏光による透過率のず
れは従来に比較して非常に小さく、この光学多層膜フィ
ルタ３０を用いても良好な性能の光通信システムを構築
することができる。

【００３６】この光学多層膜フィルタ３０も、帯域分離
フィルタとして用いるために平坦な透過率特性を得たい
場合は、各層３１，３２の膜厚を僅かずつ調整すること
により、図５に示すような特性となるような設定がなさ
れる。

【００３７】以上においては、帯域分離フィルタとして
用いられる光学多層膜フィルタについて説明したが、本
発明に係る光学多層膜フィルタを利得平坦化フィルタと
して構成することも可能である。上述の実施形態におい
ては、各層の厚さを調整することにより透過率特性を図
５に示すように平坦化しているが、利得平坦化フィルタ
においては、このフィルタが用いられる増幅器（光アン
プ）の波長依存特性と正反対の特性を有する透過率特性
が設定される。このように設定された透過率特性の一例
を図１２に示している。この特性は、図６、図８および
図１０に示した構成の光学多層膜フィルタの各層の厚さ
を調整して得られ、このフィルタについても偏光による
透過率のずれは従来に比較して非常に小さく、良好な性
能の光通信システムを構築することができる。

【００３８】以上の実施形態からわかるように、本発明
の実施例に係る光学多層膜フィルタは、高屈折率物質層
と低屈折率物質層とを交互に積層して構成され、高屈折
率物質層および低屈折率物質層の少なくともいずれか一
方の光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対象光の波長λに対し、
ほぼ（３／４）倍もしくはほぼ（５／４）倍に設定され
ており、これらの厚さを微妙に調整して初期の性能を有
するとともに偏光依存性の少ない光学多層膜を得てい
る。このようなことに鑑みれば、本発明に係る光学多層
膜フィルタは、高屈折率物質層および低屈折率物質層の
少なくともいずれか一方の光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対
象光の波長λに対し、上述の式（１）を満足すること、
すなわち、（１／２・λ）より厚い厚さを有するのが好
ましいということが分かった。

【００３９】さらに、高屈折率物質層および低屈折率物
質層はガラス基板の上に真空蒸着法等により交互に形成
されるのであるが、成膜速度が生産効率に非常に大きく
影響し、これらの膜厚（層厚）をあまり厚くすると生産
時間が長くなりすぎて生産効率が低下するという問題
や、膜の剥がれが発生しやすくなるという問題がある。
本発明者が種々の検討を行った結果、現在の成膜方法
（真空蒸着、スパッタリング等）の下では、高屈折率物
質層および低屈折率物質層の少なくともいずれか一方の
光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対象光の波長λに対し、上述
の式（２）を満足すること、すなわち、（３／２・λ）
より薄い厚さを有することが生産効率を確保するととも
に膜の剥がれを防止する上で好ましいことが分かった。

【００４０】

【第４の実施形態】次に、もう一つの本発明の実施形態
（第４の実施形態）に係る光学多層膜フィルタについて
以下に説明する。まず最初に、従来から知られている帯
域分離フィルタとして、光学多層膜フィルタ５０を例示
する。この光学多層膜フィルタ５０は、図１３に示すよ
うな構成を有する。この光学多層膜フィルタ５０におい
ては、図示のように、ガラス基板６０の上に光学的膜厚
（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（１／４）倍の厚さの五
酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる高屈折率物質層５１
と、光学的膜厚（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（１／
４）倍の厚さの二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）からなる低屈折
率物質層５２とを交互に積層して第１積層５３がまず作
られる。そして、この第１積層５３の上に光学的膜厚
（ｎ・ｄ）が対象光の波長λの（１／２）倍の厚さの五
酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる中間層５５が形成さ
れ、この中間層５５の上に上記第１積層５３と同様の構
成の第２積層５４が形成される。上記のようにして、中
間層５５を第１及び第２積層５３，５４によりサンドイ
ッチ状に挟んで積層形成された積層組５６が形成される
が、この積層組５６が合計９組積み重ねて、光学多層膜
フィルタ５０が構成されている。

【００４１】このような構成の光学多層膜フィルタ５０
の透過率特性を図１４に示している。この図は、光学多
層膜フィルタ５０に入射角５度で入射した光の透過率特
性を示しており、入射軸を含む垂直面に平行な方向のＰ
偏光透過率を太線で示し、これと直角な方向のＳ偏光透
過率を細線で示している。また、Ｃ−Bandの光とＬ−Ba
ndの光を分けるのに必要な波長域（１５６０ｎｍ〜１５
６５ｎｍ）において透過率曲線を拡大したものを図１５
に示している。

【００４２】これらの図から分かるように、波長域（１
５６０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）での偏光による透過率のず
れは第１の実施形態より総膜数を多くしてもいくらか存
在している。このように図１３のような構成の光学多層
膜フィルタ５０では、Ｐ偏光透過率とＳ偏光透過率とに
まだ相違が存在しており、このような偏光依存性を小さ
く抑えることが望まれる。

【００４３】そこで本発明の第４の実施形態では、図１
３に示す構成の光学多層膜フィルタ５０において、五酸
化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる中間層５５の光学的膜厚
を、全て上述の場合の１．１倍に設定した。このような
構成の光学多層膜フィルタ５０に入射角５度で入射した
光の透過率特性を図１６に示しており、さらにこの図に
おいて右側の透過率が急激に変化する部分を拡大して図
１７に示している。これらの図から分かるように、中間
層５５の厚さを１．１倍にすれば、透過率が急激に変化
する右側部分（波長１５６２ｎｍ近傍）において偏光依
存性が殆どなくなり、左側（波長１５２３ｎｍ近傍）に
おいて偏光依存性が大きくなっている。このため、この
光学多層膜フィルタは、総膜厚を増やさなくても波長１
５６２ｎｍ近傍を境とする帯域分離フィルタとして用い
ると偏光依存性のない良好な性能を得ることができる。

【００４４】また、もう一つの本発明の第４の実施形態
として、図１３に示す構成の光学多層膜フィルタ５０に
おいて、五酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）からなる中間層５５
の光学的膜厚を、全て上述の場合の０．９倍に設定し
た。このような構成の光学多層膜フィルタ５０に入射角
５度で入射した光の透過率特性を図１８に示している。
この図から分かるように、中間層５５の厚さを０．９倍
にすれば、透過率が急激に変化する左側部分（波長１５
２３ｎｍ近傍）において偏光依存性が殆どなくなり、右
側（波長１５６３ｎｍ近傍）において偏光依存性が大き
くなっている。このため、この光学多層膜フィルタは、
総膜厚を増やさなくても波長１５２３ｎｍ近傍を境とす
る帯域分離フィルタとして用いると偏光依存性のない良
好な性能を得ることができる。

【００４５】なお、本発明は、光通信用光学多層膜フィ
ルタについて、先に例示した合波器、分波器に用いられ
る波長選択フィルタや、増幅器に用いられる波長選択フ
ィルタに限られるものではなく、上述したように増幅器
で出力された光信号をどの波長においても同じ強度にす
る利得平坦化フィルタなど多種にわたる。なお、これら
の光学多層膜は全て非常に厳密な波長特性が必要とな
り、且つ一つの回線に非常に多くの数を必要とする。特
に、利得平坦化フィルタを使用するファィバアンプの波
長に対する増幅利得に対して反転した透過利得性能が必
要とされるため、複雑な波長特性となり、非常に多くの
層数を必要とする。従って必然的に総膜厚も大きくな
り、膜応力も大きくなる傾向がある。

【００４６】これに対して、第４の実施形態のように極
く一部の膜厚を変化させれば、偏光依存性が所定の波長
域で小さくなるので、この特性を帯域分離フィルターの
分離波長域に設定すれば偏光依存性の小さなフィルター
を作ることができる。このようにすれば、総膜厚は従来
と殆ど変わることがなく、今まで偏光依存性解消のため
に総膜厚が厚くなって生じているフィルターの変形や、
多層膜の剥がれ等の問題を増長させることなく偏光依存
性を解消できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して光
学多層膜フィルタが構成され、高屈折率物質層および低
屈折率物質層の少なくともいずれか一方の光学的膜厚
（ｎ・ｄ）が、対象光の波長λに対し、（ｎ・ｄ）＞
（１／２・λ）となるように設定されており、このよう
に構成された光学多層膜フィルタを用いれば、偏光依存
性が小さく、高性能な光通信システムを構築可能な光学
多層膜フィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学多層膜フィルタを用いて構成され
るＷＤＭ通信システム構成を示す概略図である。

【図２】上記システムを構成する合波器の構成を示す概
略図である。

【図３】上記合波器に用いられる光学多層膜フィルタの
光透過特性を示すグラフである。

【図４】上記システムを構成する増幅器の構成を示す概
略図である。

【図５】上記増幅器に用いられる光学多層膜フィルタの
光透過特性を示すグラフである。

【図６】本発明の第１の実施形態に係る光学多層膜フィ
ルタ構成を示す説明図である。

【図７】上記第１の実施形態に係る光学多層膜フィルタ
の透過率特性を示すグラフである。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る光学多層膜フィ
ルタ構成を示す説明図である。

【図９】上記第２の実施形態に係る光学多層膜フィルタ
の透過率特性を示すグラフである。

【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光学多層膜フ
ィルタ構成を示す説明図である。

【図１１】上記第３の実施形態に係る光学多層膜フィル
タの透過率特性を示すグラフである。

【図１２】本発明に係る光学多層膜フィルタを利得平坦
化フィルタとして構成した場合の透過率特性を示すグラ
フである。

【図１３】従来の光学多層膜フィルタ構成を示す説明図
である。

【図１４】上記従来の光学多層膜フィルタの透過率特性
を示すグラフである。

【図１５】上記従来の光学多層膜フィルタの透過率特性
の右側部分を拡大して示すグラフである。

【図１６】本発明の第４の実施形態に係る光学多層膜フ
ィルタにおいて中間層厚さを１．１倍にした場合の透過
率特性を示すグラフである。

【図１７】図１６に示す光学多層膜フィルタの透過率特
性の右側部分を拡大して示すグラフである。

【図１８】本発明の第４の実施形態に係る光学多層膜フ
ィルタにおいて中間層厚さを０．９倍にした場合の透過
率特性を示すグラフである。

【図１９】従来の光学多層膜フィルタ構成を示す説明図
である。

【図２０】上記従来の光学多層膜フィルタの透過率特性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１合波器２伝送用光ファイバ３増幅器５分波器６，７光学多層膜フィルタ８，９ファイバアンプ１０，２０，３０，５０光学多層膜フィルタ１１，２１，３１，５１高屈折率物質層１２，２２，３２，５２低屈折率物質層５３第１積層５４第２積層５５中間層５６積層組Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・，Ｌｎレーザー発光器Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，ＤｎディテクタＦＬ１，ＦＬ２，ＦＬ３，・・・，ＦＬｎ光学多層膜
フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交
互に積層して構成される光学多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率物質層および前記低屈折率物質層の少なく
ともいずれか一方の光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、対象光の
波長λに対し、（ｎ・ｄ）＞（１／２・λ）但し、ｎ：対応する物質層の屈折率ｄ：対応する物質層の機械的厚さとなるように設定されていることを特徴とする光学多層
膜フィルタ。
【請求項２】前記光学的膜厚（ｎ・ｄ）が、（ｎ・ｄ）＜（３／２・λ）となるように設定されていることを特徴とする光学多層
膜フィルタ。
【請求項３】光学的膜厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほ
ぼ（３／４）倍の厚さの前記高屈折率物質層と光学的膜
厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほぼ（３／４）倍の厚さの
前記低屈折率物質層とを交互に積層して構成されること
を特徴とする請求項１もしくは２に記載の光学多層膜フ
ィルタ。
【請求項４】光学的膜厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほ
ぼ（５／４）倍の厚さの前記高屈折率物質層と光学的膜
厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほぼ（５／４）倍の厚さの
前記低屈折率物質層とを交互に積層して構成されること
を特徴とする請求項１もしくは２に記載の光学多層膜フ
ィルタ。
【請求項５】最上層および最下層の光学的膜厚が、中
間層を構成する光学的膜厚のほぼ（１／２）倍の厚さに
設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の光学多層膜フィルタ。
【請求項６】光学的膜厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほ
ぼ（３／４）倍の厚さの前記高屈折率物質層と光学的膜
厚（ｎ・ｄ）が前記波長λのほぼ（１／４）倍の厚さの
前記低屈折率物質層とを交互に積層して構成されること
を特徴とする請求項１もしくは２に記載の光学多層膜フ
ィルタ。
【請求項７】最上層および最下層が前記低屈折率物質
層から構成されるとともにこれらの光学的膜厚が、中間
層を構成する前記低屈折率物質層の光学的膜厚のほぼ
（１／２）倍の厚さに設定されることを特徴とする請求
項６に記載の光学多層膜フィルタ。
【請求項８】第１光学的膜厚の高屈折率物質層と低屈
折率物質層とを交互に第１所定層数だけ積層して構成さ
れる第１積層の上に前記第１光学的膜厚より厚い第２光
学的膜厚の高屈折率物質からなる中間層を設けるととも
に前記中間層の上に前記第１積層と同様構成の第２積層
を設けてサンドイッチ状の積層組を構成し、前記中間層
の前記第２光学的膜厚が対象光の波長λに対して（１／
２・λ）からずれており、複数の前記積層組を積み重ねて構成され、近赤外領域の
光による光通信用のフィルタとして用いられることを特
徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項９】前記第１光学的膜厚が、対象光の波長λ
に対してほぼ（１／４・λ）の光学的膜厚を有し、前記
第２光学的膜厚が対象光の波長λに対してほぼ｛（１／
２・λ）×１．１｝の光学的膜厚を有することを特徴と
する請求項８に記載の光学多層膜フィルタ。
【請求項１０】前記第１光学的膜厚が、対象光の波長
λに対してほぼ（１／４・λ）の光学的膜厚を有し、前
記第２光学的膜厚が対象光の波長λに対してほぼ｛（１
／２・λ）×０．９｝の光学的膜厚を有することを特徴
とする請求項８に記載の光学多層膜フィルタ。