JP2002323620A - Dielectric multilayered film filter element, method for manufacturing the same and optical filter device using the same - Google Patents

Dielectric multilayered film filter element, method for manufacturing the same and optical filter device using the same

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JP2002323620A
JP2002323620A JP2001126123A JP2001126123A JP2002323620A JP 2002323620 A JP2002323620 A JP 2002323620A JP 2001126123 A JP2001126123 A JP 2001126123A JP 2001126123 A JP2001126123 A JP 2001126123A JP 2002323620 A JP2002323620 A JP 2002323620A
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JP
Japan
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optical
filter element
optical waveguide
dielectric multilayer
refractive
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Application number
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Japanese (ja)
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Noboru Uehara
昇 上原
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Suntech Co
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Suntech Co
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a filter device without using a lens in a dielectric multilayered film filter. SOLUTION: The multilayered film filter element 21 is obtained by alternately laminating high refractive index films and low refractive index films on a glass substrate 22 to form a multilayered film 23. The refractive indices of the layers of the multilayered film 23 and the glass substrate 22 are increased with respect to the multilayered film filter element 21 to form an optical waveguide 24. Thus, the optical filter device is obtained without using a collimator lens.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は小型化が可能な波長
選択性の高い誘電体多層膜フィルタ素子とその製造方法
及びこれを用いた光フィルタ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric multilayer filter element having high wavelength selectivity which can be miniaturized, a method of manufacturing the same, and an optical filter device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来誘電体多層膜フィルタ素子はガラス
基板上に高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とを交互
に積層して形成されている。このフィルタ素子を使用す
る際には、図8に示すように光ファイバ11からの光を
コリメータレンズ12に入射し、コリメータレンズ12
によって光を平行光として誘電体多層膜フィルタ素子1
3に入射する。誘電体多層膜フィルタ素子13は必要と
される波長の光信号成分を透過させる。そしてこのフィ
ルタ素子13を透過した光を再びコリメータレンズ14
を介して受光用の光ファイバ15に入射する。透過光信
号はコリメータレンズ14により再び光ファイバ15に
集光され、光ファイバ中を伝送している。不要な光信号
の波長成分は誘電体多層膜フィルタ素子13によって反
射され、元の光ファイバ11に戻されるか他の空間に伝
搬される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a dielectric multilayer filter element is formed by alternately stacking high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films on a glass substrate. When this filter element is used, light from an optical fiber 11 enters a collimator lens 12 as shown in FIG.
To convert parallel light into dielectric multilayer filter element 1
3 is incident. The dielectric multilayer filter element 13 transmits an optical signal component having a required wavelength. The light transmitted through the filter element 13 is returned to the collimator lens 14 again.
Through the optical fiber 15 for receiving light. The transmitted light signal is condensed again on the optical fiber 15 by the collimator lens 14 and transmitted through the optical fiber. The unnecessary wavelength component of the optical signal is reflected by the dielectric multilayer filter element 13 and returned to the original optical fiber 11 or propagated to another space.

【0003】ここで誘電体多層膜フィルタ素子13は一
般的に厚さ1mm以上のガラス基板上に形成される。そ
の理由は通常の光通信で使用される誘電体多層膜フィル
タは高い波長選択性が要求されるため、誘電体多層膜フ
ィルタの多層膜の層数が多く、膜厚は例えば10μm以
上と厚く積層される。ガラス基板の厚さが1mm未満で
その上に同様の誘電体多層膜フィルタを製膜すると、膜
の応力によってガラス基板に亀裂が生じたり、場合によ
ってはガラス基板が割れてしまう可能性がある。従って
下地になるガラス基板も1mm以上の厚さが必要であっ
た。
Here, the dielectric multilayer filter element 13 is generally formed on a glass substrate having a thickness of 1 mm or more. The reason is that the dielectric multilayer filter used in ordinary optical communication requires high wavelength selectivity, so the number of multilayer films of the dielectric multilayer filter is large, and the film thickness is large, for example, 10 μm or more. Is done. If a similar dielectric multilayer filter is formed on a glass substrate having a thickness of less than 1 mm, cracks may occur in the glass substrate due to the stress of the film, or the glass substrate may be broken in some cases. Therefore, the thickness of the glass substrate to be used as an underlayer must be 1 mm or more.

【0004】又光ファイバ11から出射される光ビーム
は回折現象のため、以下に定まる広がり角θ(rad)
でビームが広がる。 θ=2λ/πD ・・・(1) ここでλは光の波長、Dは開口径である。
The light beam emitted from the optical fiber 11 has a divergence angle θ (rad) determined by the following due to a diffraction phenomenon.
The beam spreads. θ = 2λ / πD (1) where λ is the light wavelength and D is the aperture diameter.

【0005】光ファイバではコアの開口径が小さいた
め、広がり角θが大きくなる。例えば単一モード光ファ
イバを伝搬する光波長1.5μmの光信号はコアの開口
径が10μm程度のため、光ファイバ端面より広がり角
θは式(1)より約6°となる。このため開口部から距
離1mm離れるとビーム径は約200μmとなる。従っ
て同一の開口径を持つ光ファイバを1mm離して用いる
と、光信号成分は20dB以上減衰してしまうこととな
る。そのため光ファイバ端面より出射される光信号は、
コリメータレンズ12を介してビーム径φ0.5mm程
度の空間を伝搬する光ビームに変換する。こうすればビ
ーム広がり角を1°以下とすることができ、ビーム径を
ほぼ維持したまま伝送することができる。又受光側のコ
リメータレンズ14を介して光ファイバ15の端面に回
折損失1dB以下の実用範囲内で光信号を伝搬すること
ができる。
In an optical fiber, since the core has a small opening diameter, the spread angle θ becomes large. For example, an optical signal having an optical wavelength of 1.5 μm propagating through a single-mode optical fiber has an opening diameter of the core of about 10 μm. Therefore, the divergence angle θ from the end face of the optical fiber is about 6 ° according to Expression (1). Therefore, at a distance of 1 mm from the opening, the beam diameter becomes about 200 μm. Therefore, when optical fibers having the same aperture diameter are used at a distance of 1 mm, the optical signal component is attenuated by 20 dB or more. Therefore, the optical signal emitted from the end face of the optical fiber is
The light beam is converted into a light beam propagating through a space having a beam diameter of about 0.5 mm via the collimator lens 12. In this case, the beam divergence angle can be reduced to 1 ° or less, and transmission can be performed while maintaining the beam diameter substantially. Also, an optical signal can be propagated to the end face of the optical fiber 15 via the collimator lens 14 on the light receiving side within a practical range of a diffraction loss of 1 dB or less.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の光フ
ィルタ装置では、一旦レンズを介して空間を伝搬するビ
ームに変換している。このため損失が多く、コリメータ
レンズ等の部材が必要となり、フィルタ素子自体も例え
ば1mm角程度の大きさが必要となっていた。
As described above, in the conventional optical filter device, the beam is once converted into a beam that propagates through space through a lens. For this reason, the loss is large, and a member such as a collimator lens is required, and the filter element itself needs to have a size of, for example, about 1 mm square.

【0007】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、誘電体多層膜フィルタ素子自
体に光導波路を形成することによって、レンズ等を用い
て空間ビームに変換することなく所望の波長を選択でき
る誘電体多層膜フィルタ素子とその製造方法及び光フィ
ルタ装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem. By forming an optical waveguide in a dielectric multilayer filter element itself, it is converted into a spatial beam using a lens or the like. It is an object of the present invention to provide a dielectric multilayer filter element capable of selecting a desired wavelength without using the same, a method for manufacturing the same, and an optical filter device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、ガラス基板上の少なくとも一方の面に高屈折率膜及
び低屈折率膜の誘電体膜を交互に積層して形成される誘
電体多層膜フィルタ素子において、前記多層膜フィルタ
素子内にその屈折率分布を他より上昇させることによっ
て形成された光を伝搬する光導波路を設けたことを特徴
とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a dielectric material formed by alternately laminating high refractive index films and low refractive index films on at least one surface of a glass substrate. In the multi-layer filter element, an optical waveguide for transmitting light formed by increasing the refractive index distribution of the multi-layer filter element is provided in the multi-layer filter element.

【0009】本願の請求項2の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタ素子において、前記光導波路は、前記
誘電体多層膜に対して略垂直に形成されていることを特
徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the dielectric multilayer filter element of the first aspect, the optical waveguide is formed substantially perpendicular to the dielectric multilayer film. It is.

【0010】本願の請求項3の発明は、ガラス基板上に
高屈折率誘電体膜及び低屈折率誘電体膜を交互に所定の
厚さに積層することによって誘電体多層膜フィルタを形
成し、前記誘電体多層膜フィルタに対して光導波路を形
成する経路に紫外線レーザ光を照射し、前記紫外線レー
ザ光により色中心効果を用いて照射した部分の屈折率を
上昇させ、光導波路を形成することを特徴とするもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, a dielectric multilayer filter is formed by alternately laminating high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films to a predetermined thickness on a glass substrate, Forming an optical waveguide by irradiating an ultraviolet laser beam to a path for forming an optical waveguide with respect to the dielectric multilayer filter, and increasing a refractive index of the irradiated portion using the color center effect by the ultraviolet laser beam; It is characterized by the following.

【0011】本願の請求項4の発明は、ガラス基板の光
導波路を形成する経路に紫外線レーザ光を照射し、色中
心効果を用いて照射した部分の屈折率を上昇させること
によって光導波路を形成し、前記ガラス基板上に高屈折
率誘電体膜及び低屈折率誘電体膜を交互に所定の厚さに
積層することによって誘電体多層膜フィルタを形成する
ことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, an optical waveguide is formed by irradiating an ultraviolet laser beam onto a path of an optical waveguide on a glass substrate and increasing the refractive index of the irradiated portion by using a color center effect. A dielectric multilayer filter is formed by alternately stacking high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films on the glass substrate to a predetermined thickness.

【0012】本願の請求項5の発明は、ガラス基板上の
少なくとも一方の面に高屈折率膜及び低屈折率膜の誘電
体膜を交互に積層して形成され、その内部に屈折率分布
を他より上昇させることによって光の伝搬する光導波路
を設けた多層膜フィルタ素子と、前記誘電体多層膜フィ
ルタ素子に接続され、その光導波路とコアが同軸となる
ようにコアを配置した少なくとも1本の光ファイバと、
を有することを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, a high refractive index film and a low refractive index film are alternately laminated on at least one surface of a glass substrate, and a refractive index distribution is formed inside the dielectric film. A multilayer filter element provided with an optical waveguide through which light propagates by being raised from the other; and at least one core connected to the dielectric multilayer filter element and having a core arranged so that the optical waveguide and the core are coaxial. Optical fiber and
It is characterized by having.

【0013】本願の請求項6の発明は、光導波路が形成
されている基板の端面に請求項1又は2記載の誘電体多
層膜フィルタ素子をその光導波路を合わせて接続したこ
とを特徴とするものである。
The invention of claim 6 of the present application is characterized in that the dielectric multilayer filter element according to claim 1 or 2 is connected to the end face of the substrate on which the optical waveguide is formed so that the optical waveguide is aligned. Things.

【0014】本願の請求項7の発明は、請求項5又は6
の光フィルタ装置において、前記光フィルタ装置は、光
波長1.0〜1.7μmの間で光通信用として使用され
ることを特徴とするものである。
The invention of claim 7 of the present application is directed to claim 5 or 6
In the optical filter device, the optical filter device is used for optical communication at an optical wavelength of 1.0 to 1.7 μm.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
による誘電体多層膜フィルタ素子を示している。この誘
電体多層膜フィルタ素子21は例えばShott社製B
K7ホウケイ酸ガラス基板22(屈折率nS =1.5
0)上に高屈折率の誘電体膜H、例えばTa2 5 (屈
折率nH =2.1)と低屈折率膜L、例えばSiO
2 (屈折率n L =1.45)を交互に積層して成る誘電
体多層膜23を形成する。誘電体多層膜23はイオンビ
ームスパッタ法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレー
ティング法等により、ガラス基板22上に例えば、HL
HLHLHLH4LHLHLHLHLHLのように、交
互に形成する。ここでH,Lは夫々第1,第2の誘電体
物質の膜厚を示しており、夫々の膜厚はH=λ0 /4n
H 、L=λ0 /4nL である。λ0は膜設定波長であ
る。この波長λ0 を例えば1500nmとすると、夫々
の膜厚はH=197nm、L=259nmである。又4
Lはキャビティ層である。H,Lの層数を多くすれば、
より鋭い特性が得られることとなる。高屈折率膜として
は他にSi(nH =3.45)、Nb2 5 (nH
2.20)、低屈折率膜として他にMgO(nL =1.
72)などが考えられる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
1 shows a dielectric multilayer filter element according to the present invention. This invitation
The electric multilayer filter element 21 is, for example, B manufactured by Shott.
K7 borosilicate glass substrate 22 (refractive index nS= 1.5
0) A high refractive index dielectric film H such as TaTwoOFive(Crown
Folding ratio nH= 2.1) and low refractive index film L, for example, SiO
Two(Refractive index n L= 1.45) alternately laminated
The body multilayer film 23 is formed. The dielectric multilayer film 23 is an ion
Sputtering, ion-assisted evaporation, ion play
For example, HL is formed on the glass substrate 22 by the
Like HLHLHLH4LHLHLHLHLHL,
Form with each other. Here, H and L are first and second dielectrics, respectively.
The thickness of the substance is shown, and each thickness is H = λ.0/ 4n
H, L = λ0/ 4nLIt is. λ0Is the film setting wavelength
You. This wavelength λ0Is 1500 nm, for example.
Are H = 197 nm and L = 259 nm. 4
L is a cavity layer. By increasing the number of layers H and L,
A sharper characteristic will be obtained. As high refractive index film
Is Si (nH= 3.45), NbTwoOFive(NH=
2.20), MgO (nL= 1.
72) and the like.

【0016】次にこの誘電体多層膜フィルタ素子に光導
波路24を形成する。光導波路24は誘電体多層膜フィ
ルタ素子を伝搬する光信号経路に光導波路を形成するた
め、所望の光導波路の屈折率が高くなるように屈折率分
布を形成したものである。即ち光導波路の光が伝搬する
中心部で屈折率が高く、周囲にいくに従い屈折率が減少
する屈折率分布をフィルタ素子内に形成すれば、それに
よって光導波路24が形成できる。屈折率の分布形状に
より光導波路の光伝搬モード系が決定されるので、微小
な径に集光された紫外線レーザ25を照射する。紫外線
を照射することにより誘電体多層膜フィルタ並びにガラ
ス基板の分子結合が分解される。例えばSiO2 膜は紫
外線照射によってその一部がSiO+Oに分解され、S
iOの屈折率がSiO2 より高いため、照射部分のSi
2 とSiOとの比に応じて屈折率がわずかに上昇す
る。このような色中心効果により紫外線照射強度の強い
領域ほど屈折率が増加することが知られている。紫外線
レーザは強い光強度を有し狭い領域に集光できるため、
誘電体多層膜を形成する物質やガラス基板として使用さ
れる酸化物ガラス等に対し色中心効果に伴う屈折率の増
加効果がある。
Next, an optical waveguide 24 is formed in the dielectric multilayer filter element. Since the optical waveguide 24 forms an optical waveguide in an optical signal path propagating through the dielectric multilayer filter element, a refractive index distribution is formed so that a desired optical waveguide has a high refractive index. That is, by forming a refractive index distribution in the filter element where the refractive index is high in the central portion of the optical waveguide where the light propagates and the refractive index decreases toward the periphery, the optical waveguide 24 can be formed. Since the light propagation mode system of the optical waveguide is determined by the distribution shape of the refractive index, the ultraviolet laser 25 focused to a small diameter is irradiated. By irradiating ultraviolet rays, molecular bonds of the dielectric multilayer filter and the glass substrate are decomposed. For example, a part of the SiO 2 film is decomposed into SiO + O by ultraviolet irradiation,
Since the refractive index of iO is higher than that of SiO 2 ,
The refractive index increases slightly according to the ratio between O 2 and SiO. It is known that, due to such a color center effect, the refractive index increases in a region having a higher ultraviolet irradiation intensity. Ultraviolet laser has strong light intensity and can focus on a narrow area.
There is an effect of increasing the refractive index due to the color center effect with respect to the substance forming the dielectric multilayer film and the oxide glass used as the glass substrate.

【0017】又屈折率の増加量は使用する紫外線レーザ
の光源の波長や光強度、照射時間により調整することが
でき、種々の紫外線レーザを選択することができる。又
短波長の光を使用するため、小さいビーム径でも広がり
角が小さく維持される。このように光強度が強く微小な
領域を選択して照射することができる光源を使用するこ
とで、伝搬モードに適した光導波路構造を誘電体多層膜
フィルタ素子内部に形成することができる。尚光導波路
24は誘電体多層膜23に対して任意の角度とすること
ができるが、実際上ほぼ垂直とすることが使用上好都合
なことが多い。
The amount of increase in the refractive index can be adjusted according to the wavelength, light intensity, and irradiation time of the ultraviolet laser light source used, and various ultraviolet lasers can be selected. In addition, since short-wavelength light is used, the divergence angle is kept small even with a small beam diameter. By using a light source capable of selectively irradiating a minute region having a high light intensity as described above, an optical waveguide structure suitable for a propagation mode can be formed inside the dielectric multilayer filter element. Although the optical waveguide 24 can be formed at an arbitrary angle with respect to the dielectric multilayer film 23, it is often convenient in practice to make it substantially vertical.

【0018】この実施の形態では、連続発振動作を行う
Nd:YAGレーザ(基本波1064nm)の3倍波
(光波長355nm)を使用する。この波長では誘電体
多層膜Ta2 3 膜、SiO2 膜及びガラス基板共に前
述した色中心効果を示す。ここでは光強度1MW/cm
2 の紫外線レーザビーム25を誘電体多層膜フィルタ素
子21に対して図1に示すように下方より照射した。図
2はYAGレーザの光強度分布と各層の位置に対する屈
折率の変化を示している。このレーザ光のビーム形状を
図2に示すようにガウシアン分布とし、例えばビーム径
10μmとしておけば、屈折率nS ,nH ,nL の分布
もガウシアン形状が得られ、屈折率を増加させた円筒状
の領域を光導波路24とすることができる。この照射時
間を10秒〜1分の間で選択することによって、夫々の
層の屈折率nS ,nH ,nL を0.0001から0.0
01増加することができる。照射時間をあまり長くすれ
ば基板が不透明となって好ましくない。これによって誘
電体多層膜フィルタ素子に屈折率分布を持った光導波路
24を形成することができる。尚、ここではYAGレー
ザを用いたが、所望の波長,強度があれば、他のレーザ
光源を用いてもよい。又レーザ光源の波長は色中心効果
の得られる波長、好ましくは400nm以下とする。又
より短波長側まで透明のガラス基板に対しては、より短
波長側の紫外線レーザを用いることが好ましい。
In this embodiment, a third harmonic (light wavelength: 355 nm) of an Nd: YAG laser (fundamental wave: 1064 nm) that performs continuous oscillation operation is used. At this wavelength, the dielectric multilayer film Ta 2 O 3 film, SiO 2 film, and glass substrate exhibit the above-described color center effect. Here, the light intensity is 1 MW / cm
The second ultraviolet laser beam 25 was applied to the dielectric multilayer filter element 21 from below as shown in FIG. FIG. 2 shows the light intensity distribution of the YAG laser and the change in the refractive index with respect to the position of each layer. If the beam shape of this laser beam is set to a Gaussian distribution as shown in FIG. 2 and the beam diameter is set to, for example, 10 μm, the Gaussian shape is obtained for the distributions of the refractive indexes n S , n H and n L , and the refractive index is increased. The cylindrical region can be used as the optical waveguide 24. By selecting the irradiation time from 10 seconds to 1 minute, the refractive indices n S , n H , and n L of each layer can be set from 0.0001 to 0.01.
01 can be increased. If the irradiation time is too long, the substrate becomes opaque, which is not preferable. As a result, the optical waveguide 24 having a refractive index distribution can be formed in the dielectric multilayer filter element. Although a YAG laser is used here, another laser light source may be used as long as it has a desired wavelength and intensity. The wavelength of the laser light source is a wavelength at which the color center effect can be obtained, preferably 400 nm or less. For a glass substrate that is transparent to a shorter wavelength, it is preferable to use an ultraviolet laser having a shorter wavelength.

【0019】尚光導波路の屈折率分布は図2では屈折率
が連続的に高くなるガウシアン分布を持つグレーテッド
型としているが、図3に示すように、屈折率を光導波路
の部分でステップ的に上昇させることによって単一モー
ド型の構造を持つものとしてもよい。又光ファイバと同
様の分散補償型の光導波路とすることも可能である。
Although the refractive index distribution of the optical waveguide is of a graded type having a Gaussian distribution in which the refractive index continuously increases in FIG. 2, as shown in FIG. To have a single-mode structure. It is also possible to use a dispersion compensation type optical waveguide similar to an optical fiber.

【0020】図4は紫外線レーザを用いた他の光導波路
の形成方法を示している。この方法でも立方体状の誘電
体多層膜フィルタ素子21については前述のものと同様
である。図4において正面側を多層膜フィルタ面とする
と、これに垂直な2方向から平たいスリット状とした前
述の紫外線レーザ26,27を照射する。この紫外線レ
ーザを直交した方向に照射すると、これらのレーザ光が
重なる部分は多層膜23に対して略垂直方向に形成さ
れ、その部分の屈折率増加率が高くなり、これによって
誘電体多層膜フィルタ素子21の内部に光導波路24を
形成することができる。この場合にはスリット状の紫外
線レーザ26,27を同時に照射し、導波路を形成する
ことが好ましい。これによって入射光を導波路が形成さ
れているかどうかをモニタしながら紫外線レーザ26,
27の強度を制御することができる。この方式ではスリ
ット状の紫外線レーザを用いるため、図2の場合に比べ
て光導波路の径をより細くした導波路を形成することが
できる。
FIG. 4 shows another method of forming an optical waveguide using an ultraviolet laser. Also in this method, the cubic dielectric multilayer filter element 21 is the same as that described above. Assuming that the front side is a multilayer filter surface in FIG. 4, the above-mentioned ultraviolet lasers 26 and 27 each having a flat slit shape are irradiated from two directions perpendicular to the multilayer filter surface. When the ultraviolet laser beam is irradiated in a direction orthogonal to the direction, a portion where these laser beams overlap is formed in a direction substantially perpendicular to the multilayer film 23, and the refractive index increase rate of the portion is increased. The optical waveguide 24 can be formed inside the element 21. In this case, it is preferable to simultaneously irradiate slit-shaped ultraviolet lasers 26 and 27 to form a waveguide. Thus, while monitoring whether or not the waveguide is formed, the ultraviolet light 26,
27 can be controlled. In this method, since a slit-shaped ultraviolet laser is used, it is possible to form a waveguide in which the diameter of the optical waveguide is smaller than that in the case of FIG.

【0021】尚図1,図4においては誘電体多層膜フィ
ルタを構成した後、光導波路を形成するようにしている
が、多層膜23の厚さはガラス基板2に比べてごく薄
い。従ってガラス基板にのみ光導波路を形成するように
してもよい。この場合には多層膜を形成する前のガラス
基板に図1又は図4の方法で光導波路を形成し、その後
多層膜23を形成して光導波路を持つ多層膜フィルタを
構成する。
In FIGS. 1 and 4, the optical waveguide is formed after the dielectric multilayer filter is formed. However, the thickness of the multilayer film 23 is extremely thin as compared with the glass substrate 2. Therefore, the optical waveguide may be formed only on the glass substrate. In this case, an optical waveguide is formed on the glass substrate before the formation of the multilayer film by the method shown in FIG. 1 or FIG. 4, and then the multilayer film 23 is formed to constitute a multilayer filter having the optical waveguide.

【0022】図5はこの多層膜フィルタの光導波路24
を通過する光波長特性を示す図である。光導波路24を
形成することによって誘電体多層膜23についても屈折
率がわずかに上昇するため、元の特性に比べて約1〜
1.5nm長波長側にピーク波長がシフトする。従って
所望の波長λ1 に対してあらかじめオフセットを付けて
形成しておき、光導波路を形成した段階でピーク波長が
所望の波長となるようにすることが好ましい。例えば所
望の波長λ1 =1500nmに対して多層膜フィルタ2
1の設計波長λ0 を破線で示すように1449nmとし
ておけば、光導波路を形成した後に所望の波長特性が得
られることとなる。
FIG. 5 shows an optical waveguide 24 of this multilayer filter.
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength characteristics of light passing through the optical path. By forming the optical waveguide 24, the refractive index of the dielectric multilayer film 23 also slightly increases, so that it is about
The peak wavelength shifts to 1.5 nm longer wavelength side. Thus previously formed with a pre-offset with respect to the desired wavelength lambda 1, it is preferable that the peak wavelength is the desired wavelength at the stage of forming the optical waveguide. For example, for a desired wavelength λ 1 = 1500 nm, the multilayer filter 2
If the design wavelength λ 0 of 1 is set to 1449 nm as shown by a broken line, a desired wavelength characteristic can be obtained after forming the optical waveguide.

【0023】図6はこのような誘電体多層膜フィルタ素
子21を用いた光フィルタ装置を示す図である。本図に
示すように誘電体多層膜フィルタ素子に対して内部に形
成された光導波路24と同軸上に光ファイバのコアが位
置するように一対の光ファイバ31,32を接続する。
光ファイバ31は入射用光ファイバであり、多層膜の光
導波路24とコアが同軸となるように接続する。又光フ
ァイバ32は出射用の光ファイバであり、ガラス基板2
2の光導波路24にコアが一致するように光ファイバ3
2を接続する。
FIG. 6 is a diagram showing an optical filter device using such a dielectric multilayer filter element 21. As shown in FIG. As shown in this figure, a pair of optical fibers 31 and 32 are connected so that the core of the optical fiber is located coaxially with the optical waveguide 24 formed inside the dielectric multilayer filter element.
The optical fiber 31 is an incident optical fiber, and is connected so that the core and the multilayer optical waveguide 24 are coaxial. The optical fiber 32 is an optical fiber for emission, and the glass substrate 2
Optical fiber 3 so that the core coincides with the optical waveguide 24
2 is connected.

【0024】こうすれば入射側光ファイバ31から入射
した光は多層膜フィルタ素子21を通過し、出射側光フ
ァイバ32のコア側に直接入射する。又誘電体多層膜フ
ィルタで選択されなかった光は反射光として光ファイバ
31を逆方向に進行することとなる。このように本発明
ではコリメータレンズを用いる必要がなくなり、極めて
小型のフィルタ装置が実現できる。尚、入射側,出射側
のいずれか一方のみに光ファイバを用いてもよいことは
いうまでもない。
In this way, the light incident from the incident side optical fiber 31 passes through the multilayer filter element 21 and directly enters the core side of the exit side optical fiber 32. Light not selected by the dielectric multilayer filter travels in the optical fiber 31 in the opposite direction as reflected light. As described above, in the present invention, it is not necessary to use a collimator lens, and an extremely small filter device can be realized. It goes without saying that an optical fiber may be used for only one of the incident side and the output side.

【0025】光ファイバのコア径は通常10μm程度で
あるため、フィルタ素子自体も極めて小型に、例えば略
0.1mmの立方体形状として形成することが可能とな
る。又光ファイバを切断し、その内部にコアとフィルタ
の光導波路とが一直線上に位置するようにフィルタ素子
を挿入し固定することによって、超小型の光フィルタ装
置を実現することができる。
Since the core diameter of the optical fiber is usually about 10 μm, the filter element itself can be formed very small, for example, in a cubic shape of about 0.1 mm. Also, by cutting the optical fiber and inserting and fixing the filter element therein so that the core and the optical waveguide of the filter are located on a straight line, an ultra-small optical filter device can be realized.

【0026】図7は光導波路構造を有する誘電体多層膜
フィルタ素子を使用し、波長多重光ファイバ通信のアド
・ドロップ等に用いられる光フィルタ装置を示す。ガラ
ス基板41上にあらかじめ図示のような光導波路42を
形成する。そしてガラス基板41の端面の光ファイバ導
波路42aの左端には波長多重光を伝える光ファイバ4
3を取付け、右端には多層膜フィルタ素子44をその光
導波路24が一致するように張り付けておく。ここで光
ファイバ43に光を入射すると、その一部が多層膜フィ
ルタ素子44で透過し、他の波長成分を反射して光導波
路42bに入射するように、光導波路42a,42bの
なす角度を例えば1〜2°程度としておく。同様にして
光導波路42b,42cと42c,42dの角度も同様
に1〜2°程度とし、夫々の端面に多層膜フィルタ素子
45,46を取付ける。フィルタ素子44,45,46
の透過波長をλ1 ,λ2 ,λ3 とする。そして入射光と
してλ1 ,λ2 ,λ3 ・・・を含む波長多重光を入射す
ると、各フィルタ素子の透過波長は夫々異なっているた
め、波長多重光から所望の波長λ1 ,λ2 ,λ3 ・・・
のみをドロップして、所望の波長の信号を取り出して出
力することができる。
FIG. 7 shows an optical filter device which uses a dielectric multilayer filter element having an optical waveguide structure and is used for add / drop of wavelength multiplexed optical fiber communication. An optical waveguide 42 as shown in the figure is formed on a glass substrate 41 in advance. An optical fiber 4 for transmitting wavelength-division multiplexed light is provided on the left end of the optical fiber waveguide 42a on the end face of the glass substrate 41.
3 is attached, and a multilayer filter element 44 is attached to the right end so that the optical waveguide 24 coincides therewith. Here, when light enters the optical fiber 43, the angle formed by the optical waveguides 42a and 42b is changed so that a part of the light is transmitted through the multilayer filter element 44 and reflects other wavelength components to enter the optical waveguide 42b. For example, it is set to about 1 to 2 °. Similarly, the angles of the optical waveguides 42b, 42c and 42c, 42d are similarly set to about 1 to 2 °, and the multilayer filter elements 45, 46 are attached to the respective end faces. Filter elements 44, 45, 46
Are λ 1 , λ 2 , and λ 3 . When wavelength multiplexed light including λ 1 , λ 2 , λ 3 ... Is incident as incident light, the desired wavelengths λ 1 , λ 2 ,. λ 3・ ・ ・
By dropping only the signal, a signal of a desired wavelength can be extracted and output.

【0027】又この光学系は光の伝搬を逆方向に使用す
ることによって、光信号成分λ1 ,λ2 ,λ3 ・・・の
各光信号成分を1本の光伝送路に合波する機能を持たせ
ることもできる。
This optical system combines the optical signal components λ 1 , λ 2 , λ 3 ... Into one optical transmission line by using the propagation of light in the reverse direction. Functions can also be provided.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、誘電体多層膜フィルタ素子自体に光導波路構造を形
成しているため、光フィルタ装置においてコリメータレ
ンズ等を用いることがなく、極めて小型で高精度のフィ
ルタ素子を実現することができる。又請求項5〜7の発
明によれば、このフィルタ素子を用いて光フィルタ装置
を構成する場合に全体を極めて小型化することができ、
低価格でフィルタ装置を実現することができる。
As described in detail above, according to the present invention, since the optical waveguide structure is formed in the dielectric multilayer filter element itself, the optical filter device does not use a collimator lens or the like, and is extremely useful. A small and high-precision filter element can be realized. Further, according to the invention of claims 5 to 7, when an optical filter device is constructed using this filter element, the whole can be extremely miniaturized,
A filter device can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による誘電体多層膜
フィルタ素子の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a dielectric multilayer filter element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】誘電体多層膜フィルタ素子に照射する紫外線レ
ーザのレーザ分布及び屈折率変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a laser distribution and a change in refractive index of an ultraviolet laser applied to a dielectric multilayer filter element.

【図3】誘電体多層膜フィルタ素子に照射する紫外線レ
ーザのレーザ分布及び屈折率変化の他の例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a laser distribution and a refractive index change of an ultraviolet laser applied to a dielectric multilayer filter element.

【図4】本発明の誘電体多層膜フィルタ素子を製造する
第2の実施の形態を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment for manufacturing the dielectric multilayer filter element of the present invention.

【図5】誘電体多層膜フィルタ素子の波長特性を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing wavelength characteristics of a dielectric multilayer filter element.

【図6】この多層膜フィルタ素子を用いた光フィルタ装
置の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an optical filter device using the multilayer filter element.

【図7】本実施の形態による誘電体多層膜フィルタ素子
を用いた光フィルタ装置の他の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the optical filter device using the dielectric multilayer filter element according to the present embodiment.

【図8】従来光フィルタ装置の使用状態を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a use state of a conventional optical filter device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,44〜46 誘電体多層膜フィルタ素子 22,41 ガラス基板 23 誘電体多層膜 24,42a〜42d 光導波路 31,32,43 光ファイバ 21, 44 to 46 Dielectric multilayer filter element 22, 41 Glass substrate 23 Dielectric multilayer film 24, 42a to 42d Optical waveguide 31, 32, 43 Optical fiber

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 6/13 G02B 6/12 A Fターム(参考) 2H038 BA06 BA22 BA23 2H047 KA04 KA15 LA18 LA24 MA00 PA01 PA11 PA22 TA01 2H048 GA01 GA04 GA09 GA21 GA23 GA34 GA51 GA60 GA62 2H050 AA01 AB02Z AC90 AD16Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G02B 6/13 G02B 6/12 A F term (reference) 2H038 BA06 BA22 BA23 2H047 KA04 KA15 LA18 LA24 MA00 PA01 PA11 PA22 TA01 2H048 GA01 GA04 GA09 GA21 GA23 GA34 GA51 GA60 GA62 2H050 AA01 AB02Z AC90 AD16

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板上の少なくとも一方の面に高
屈折率膜及び低屈折率膜の誘電体膜を交互に積層して形
成される誘電体多層膜フィルタ素子において、 前記多層膜フィルタ素子内にその屈折率分布を他より上
昇させることによって形成された光を伝搬する光導波路
を設けたことを特徴とする誘電体多層膜フィルタ素子。
1. A dielectric multilayer filter element formed by alternately laminating high-refractive-index films and low-refractive-index films on at least one surface of a glass substrate, wherein: An optical waveguide for transmitting light formed by increasing the refractive index distribution of the dielectric multilayer filter element.
【請求項2】 前記光導波路は、前記誘電体多層膜に対
して略垂直に形成されていることを特徴とする請求項1
記載の誘電体多層膜フィルタ素子。
2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide is formed substantially perpendicular to the dielectric multilayer film.
The dielectric multilayer filter element according to claim 1.
【請求項3】 ガラス基板上に高屈折率誘電体膜及び低
屈折率誘電体膜を交互に所定の厚さに積層することによ
って誘電体多層膜フィルタを形成し、 前記誘電体多層膜フィルタに対して光導波路を形成する
経路に紫外線レーザ光を照射し、 前記紫外線レーザ光により色中心効果を用いて照射した
部分の屈折率を上昇させ、光導波路を形成することを特
徴とする誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
3. A dielectric multilayer filter is formed by alternately laminating high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films to a predetermined thickness on a glass substrate. A dielectric multilayer, comprising: irradiating an ultraviolet laser beam on a path for forming an optical waveguide, increasing a refractive index of an irradiated portion by using the color center effect by the ultraviolet laser beam, and forming an optical waveguide. A method for manufacturing a membrane filter element.
【請求項4】 ガラス基板の光導波路を形成する経路に
紫外線レーザ光を照射し、色中心効果を用いて照射した
部分の屈折率を上昇させることによって光導波路を形成
し、 前記ガラス基板上に高屈折率誘電体膜及び低屈折率誘電
体膜を交互に所定の厚さに積層することによって誘電体
多層膜フィルタを形成することを特徴とする誘電体多層
膜フィルタ素子の製造方法。
4. An optical waveguide is formed by irradiating an ultraviolet laser beam on a path of the glass substrate on which the optical waveguide is formed, and increasing the refractive index of the irradiated portion using a color center effect. A method for manufacturing a dielectric multilayer filter element, comprising forming a dielectric multilayer filter by alternately laminating high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films to a predetermined thickness.
【請求項5】 ガラス基板上の少なくとも一方の面に高
屈折率膜及び低屈折率膜の誘電体膜を交互に積層して形
成され、その内部に屈折率分布を他より上昇させること
によって光の伝搬する光導波路を設けた多層膜フィルタ
素子と、 前記誘電体多層膜フィルタ素子に接続され、その光導波
路とコアが同軸となるようにコアを配置した少なくとも
1本の光ファイバと、を有することを特徴とする光フィ
ルタ装置。
5. A light-emitting device comprising a dielectric layer of a high-refractive-index film and a low-refractive-index film alternately laminated on at least one surface of a glass substrate, and having a higher refractive index distribution in the interior thereof than that of the others. And a at least one optical fiber connected to the dielectric multilayer filter element and having a core disposed so that the optical waveguide and the core are coaxial. An optical filter device comprising:
【請求項6】 光導波路が形成されている基板の端面に
請求項1又は2記載の誘電体多層膜フィルタ素子をその
光導波路を合わせて接続したことを特徴とする光フィル
タ装置。
6. An optical filter device, wherein the dielectric multilayer filter element according to claim 1 or 2 is connected to an end face of a substrate on which the optical waveguide is formed, with the optical waveguide being combined.
【請求項7】 前記光フィルタ装置は、光波長1.0〜
1.7μmの間で光通信用として使用されることを特徴
とする請求項5又は6記載の光フィルタ装置。
7. The optical filter device according to claim 1, wherein the light wavelength is 1.0 to 1.0.
The optical filter device according to claim 5, wherein the optical filter device is used for optical communication at a distance of 1.7 μm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009038342A (en) * 2007-05-31 2009-02-19 Schott Ag Interference filter and method of manufacturing the same

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