JP2002350633A - Multiple thin film optical filter - Google Patents

Multiple thin film optical filter

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JP2002350633A
JP2002350633A JP2001159645A JP2001159645A JP2002350633A JP 2002350633 A JP2002350633 A JP 2002350633A JP 2001159645 A JP2001159645 A JP 2001159645A JP 2001159645 A JP2001159645 A JP 2001159645A JP 2002350633 A JP2002350633 A JP 2002350633A
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JP
Japan
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layer
filter
reflecting mirror
thin film
layers
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Application number
JP2001159645A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Takeda
重喜 武田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing a narrow specific band optical filter not only having selection characteristic to exclude disturbance signals but adding no linear distortion to desired signals passing the filter, and to realize the filter. SOLUTION: The transmission and reflection characteristics of the optical filter are defined by a Hurwitz polynomial. The Hurwitz polynomial is developed into a standardized low pass filter of a specific electric circuit and the filter is subjected to the equivalent conversion to determine the structure of the optical filter. When the wavelength of the light signal transmitting the filter is denoted λ0 , the layer structure contains at least one pair of two layers adjacent to each other and having different film thicknesses the sum of which is equal to the electric length of λ0 /2 in first reflecting mirror layers, second reflecting mirror layers, connecting layers or the series of these layers.

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】本発明は波長多重(WDM)
方式のフォトニックネットワーク(光ファイバー通信
網)等に用いるフィルタに関し、特に選択特性と透過特
性とを改善した多重薄膜光学フィルタに関する。
The present invention relates to wavelength division multiplexing (WDM).
The present invention relates to a filter used in a photonic network (optical fiber communication network) of a system, and more particularly to a multiplex thin film optical filter having improved selection characteristics and transmission characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長多重方式(WDM)のフォトニック
ネットワークでは、それぞれの波長の光信号を分離抽出
あるいは合波するため光学的な挿入分岐器(ADM:ad
d/dropmultiplexer)が用いられ、その機能を実現する
ために波長分離用光学フィルタが用いられる。
2. Description of the Related Art In a wavelength division multiplexing (WDM) photonic network, an optical add / drop device (ADM: ad) is used to separate and extract or combine optical signals of respective wavelengths.
d / dropmultiplexer) is used, and an optical filter for wavelength separation is used to realize the function.

【0003】従来、その為のフィルタとしては、主に図
24に示す光学薄膜フィルタ、図22に示すFBG(Fi
ber Bragg Grating)、図23に示すAWG(Arrayed, W
aveguide Grating)の3種類の光学フィルタが用いられ
ている。
Conventionally, filters for this purpose are mainly an optical thin film filter shown in FIG. 24 and an FBG (Fi
ber Bragg Grating), AWG (Arrayed, W
aveguide Grating) are used.

【0004】図24に示す光学薄膜フィルタにおいて
は、多層の薄膜からなる反射鏡129、スペーサ13
0、反射鏡131を積層して構成され、各層に垂直に光
が入射、透過する。
In the optical thin film filter shown in FIG. 24, a reflecting mirror 129 and a spacer 13 made of a multilayer thin film are used.
0, the reflecting mirror 131 is laminated, and light is vertically incident on and transmitted to each layer.

【0005】図22に示すFBGにおいては、フィルタ
端面124からの入射光はグレイティング部125で波
長選択されて反射して反射光としてフィルタ端面124
より取り出される。
In the FBG shown in FIG. 22, the incident light from the filter end face 124 is wavelength-selected by the grating section 125 and reflected and reflected as reflected light.
Taken out.

【0006】図23に示すAWGにおいては、入射波は
分波部126で分波されて移相部127を通り、波長選
択部128で波長分離されて取り出される。
In the AWG shown in FIG. 23, an incident wave is split by a splitter 126, passes through a phase shifter 127, is separated by a wavelength by a wavelength selector 128, and is extracted.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光学フィルタにおいて、図24の例は比較的単純
な構造であり、熱的に安定で比較的低価格で実現できる
が、設計法がまだ原始的であった。すなわち図24に示
すように反射鏡129、スペーサ130、反射鏡131
のように積層してキャビティとなる膜構成とし、透過特
性が最大平坦特性となるような層構成を見つけ出し、さ
らに波長選択特性を急峻にするには、この最大平坦特性
のキャビティを単純に経験則的に重ねていた。
However, in the optical filter as described above, the example shown in FIG. 24 has a relatively simple structure and can be realized at a relatively low cost and is thermally stable. It was primitive. That is, as shown in FIG. 24, the reflecting mirror 129, the spacer 130, the reflecting mirror 131
In order to find a layer configuration in which the transmission characteristics have the maximum flatness, and further steepen the wavelength selection characteristics, simply use the cavity with the maximum flatness as an empirical rule. Was repeatedly stacked.

【0008】一般にこのような単純な特性のフィルタで
は、フィルタの中心の層から入力端側と出力端側とを見
たときに、互いに軸対称、軸相反の層構造となる。ただ
しフィルタを実装するためのガラスなどの基板に接する
層のみ、基板との整合を取るために軸対称、軸相反から
ずらした層構成や定数に補正してある。
In general, a filter having such a simple characteristic has a layer structure which is axially symmetric and opposite to each other when the input end side and the output end side are viewed from the center layer of the filter. However, only the layer in contact with the substrate, such as glass, for mounting the filter is corrected to have a layer configuration or a constant shifted from the axis symmetry and the axis reciprocity in order to match the substrate.

【0009】このように図24のフィルタは経験則で作
成された単純な特性のものしか得ることができず、任意
の振幅や位相あるいは郡遅延特性のフィルタなど複雑高
度な特性のフィルタの実現が困難である。
As described above, the filter shown in FIG. 24 can obtain only a filter having a simple characteristic created by an empirical rule, and a filter having a complicated and sophisticated characteristic such as a filter having an arbitrary amplitude, phase, or group delay characteristic can be realized. Have difficulty.

【0010】また、図22に示す例は、ファイバーと同
じ形状をしており、ファイバシステムに組み込み易い
が、反射を利用することからフィルタ特性に制約がつ
き、また円柱状の構造であるためアレイ化するとかさば
り、また製造過程が複雑で量産、低価格化が困難であ
る。
The example shown in FIG. 22 has the same shape as a fiber and is easy to incorporate into a fiber system. However, since reflection is used, filter characteristics are restricted, and an array is used because of a columnar structure. If it becomes bulky, the production process is complicated, and mass production and cost reduction are difficult.

【0011】さらに図23に示す例は、多チャネル化に
は適しているが、平面上の位置に関する分散を利用した
原理であるため、信号が分散特性に束縛されて劣化しや
すく、また平板構造に束縛され、熱などに対してクリテ
ィカルで不安定である、等の問題点がある。
Further, the example shown in FIG. 23 is suitable for multi-channeling, but since it is based on a principle utilizing dispersion on a plane position, a signal is liable to be degraded due to a dispersion characteristic, and a flat plate structure is used. And it is critical and unstable to heat and the like.

【0012】以上のようにいずれのフィルタも問題点を
有しているが、実際の使用条件とこれらの性質を総合的
に判断してフィルタの種類が決められ、ADMが構成さ
れていた。
As described above, all filters have problems, but the type of filter is determined by comprehensively judging actual use conditions and their properties, and an ADM has been configured.

【0013】また、図22〜24のフィルタはいずれ
も、フィルタを実現すること自体がすでに複雑で困難で
あるため、透過や反射の振幅特性や位相特性、郡遅延時
間特性など高度な特性までは考慮されておらず、またそ
の設計法も知られていない。そのため波長選択特性とし
ては、単純で比較的ゆるやかな帯域通過特性を実現して
いるに過ぎない。
Further, in all of the filters shown in FIGS. 22 to 24, since realizing the filters themselves is already complicated and difficult, advanced filters such as transmission and reflection amplitude characteristics, phase characteristics, and group delay time characteristics are not available. It is not considered, and its design method is not known. Therefore, as a wavelength selection characteristic, a simple and relatively gentle bandpass characteristic is realized.

【0014】一方、フォトニックネットワークの伝送容
量は益々増加しており、D−WDMなど高容量のネット
ワークが実用化されるようになってきた。D−WDMに
おいては、狭帯域の波長選択特性のフィルタが求められ
る。従来例に挙げた手法により狭帯域のフィルタを実現
する試みがなされているが、フィルタの設計法がまだ原
始的な段階であり、選択特性のみを満足しているが、分
散による通過する光信号へ与える直線歪までは考慮され
ていない。そのため、フィルタの通過帯域外の阻止域の
妨害信号を抑圧する選択特性はなんとか満たしても、フ
ィルタを透過し選択抽出される希望信号に劣化を与えて
しまう。
On the other hand, the transmission capacity of a photonic network is increasing more and more, and a high-capacity network such as D-WDM has come into practical use. In D-WDM, a filter having a narrow band wavelength selection characteristic is required. Attempts have been made to realize a narrow-band filter by the method described in the conventional example, but the filter design method is still primitive, and only the selection characteristics are satisfied. No consideration is given to the linear distortion applied to Therefore, even if the selection characteristic for suppressing the interfering signal in the stop band outside the pass band of the filter is satisfied, a desired signal transmitted through the filter and selectively extracted is deteriorated.

【0015】特にフィルタの通過帯域の全域を信号スペ
クトラムが占有するような高速、広帯域変調された光信
号を選択抽出するような厳しい使用条件では、フィルタ
の分散特性が希望信号の大きな波形歪を引き起こす。そ
の結果、復調される信号の品質が劣化する等の問題もあ
る。
In particular, under severe operating conditions such as selecting and extracting a high-speed, wide-band modulated optical signal in which the signal spectrum occupies the entire pass band of the filter, the dispersion characteristics of the filter cause large waveform distortion of the desired signal. . As a result, there is a problem that the quality of the demodulated signal is deteriorated.

【0016】本発明者は上記従来技術における問題点に
鑑み、簡単な構造で実現でき、熱などの使用条件に対し
安定で、かつ信号の伝送特性をも考慮した合理的な設計
法による分散の少ないフィルタを提案した。
In view of the problems in the prior art described above, the present inventor has realized a simple structure, which is stable with respect to use conditions such as heat, and which is distributed by a rational design method in consideration of signal transmission characteristics. Proposed fewer filters.

【0017】しかし実際には、フィルタを実現する材料
の定数や層数を完全に任意には選ぶことが出来ず、この
ため設計値通りのパラメータのフィルタが実現できなか
った。その結果、実際のフィルタ定数は設計値に対し若
干の誤差を含むことになり、フィルタの特性が乱れると
いう不具合が生じていた。とくに位相、郡遅延時間の特
性への影響が顕著であった。
However, in practice, it is impossible to completely and arbitrarily select the material constant and the number of layers for realizing the filter, and therefore, it has not been possible to realize a filter having parameters as designed. As a result, the actual filter constant includes a slight error with respect to the design value, and the characteristic of the filter is disturbed. In particular, the effects of phase and group delay time on the characteristics were remarkable.

【0018】本発明は前特許の前記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、簡単な層構成で設計されたパラメータ
どおりの定数のフィルタを実現し、直線歪の少ない波長
多重システムのADMを実現し、光信号の合波と分波を
確実に行い、また同時にフィルタの分散に起因する信号
の劣化を抑えて通信の品質を確保することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior patent, and realizes a filter having a constant according to a parameter designed with a simple layer configuration and realizes an ADM of a wavelength division multiplexing system with little linear distortion. It is another object of the present invention to reliably combine and demultiplex an optical signal, and at the same time, suppress signal degradation due to filter dispersion to ensure communication quality.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、屈折率
の異なる多層の光学薄膜から成る多重薄膜光学フィルタ
において、屈折率の高い光学薄膜と屈折率の低い光学薄
膜を、この順に1層づつ重ねて2層とした第1単位反射
鏡層を複数回重ねて多層化した第1反射鏡層と、前記屈
折率の低い光学薄膜と屈折率の高い光学薄膜を、この順
に1層づつ重ねて2層とした第2単位反射鏡層を複数回
重ねて多層化した第2反射鏡層と、前記屈折率の高い光
学薄膜を偶数回重ねて多層化したスペーサ層と、前記屈
折率の低い光学薄膜を奇数回重ねて多層化した連絡層と
からなり、前記第1反射鏡層と前記第2反射鏡層との間
に前記スペーサ層をはさんで構成した単位キャビティ層
を、前記連絡層を介して複数回多層化して構成し、透過
する光信号の波長をλ0とすると、前記第1反射鏡層、
第2反射鏡層、連絡層あるいはこれらの連なり中に、異
なる膜厚の隣り合う2層からなり、その膜厚の和がλ0
/2の電気長となる層の組を1組以上有し、複素周波数
sのフルビッツ多項式より、求める透過特性及び反射特
性に応じた基準化低域通過型フィルタの素子値を定め、
前記基準化低域通過型フィルタを周波数変換、等価変換
することにより、前記各層の屈折率、層の数、多層の順
番などの層構成を定めたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a multi-layer thin film optical filter comprising a plurality of optical thin films having different refractive indices, an optical thin film having a high refractive index and an optical thin film having a low refractive index, one by one in this order. The first reflecting mirror layer, which is formed by laminating the first unit reflecting mirror layers, which are two layers, a plurality of times, and the optical thin film having a low refractive index and the optical thin film having a high refractive index are stacked one by one in this order. A second reflecting mirror layer in which a plurality of second unit reflecting mirror layers of two layers are stacked a plurality of times, a spacer layer in which an optical thin film having a high refractive index is stacked an even number of times, and an optical layer having a low refractive index; A unit cavity layer comprising a spacer layer interposed between the first reflecting mirror layer and the second reflecting mirror layer; The wavelength of an optical signal that is configured and multilayered multiple times through When lambda 0, the first reflecting mirror layer,
The second reflecting mirror layer, the connecting layer, or a series of these layers includes two adjacent layers having different thicknesses, and the sum of the thicknesses is λ 0.
/ 2 has at least one set of layers having an electrical length of / 2, and determines element values of a normalized low-pass filter according to transmission characteristics and reflection characteristics to be determined from a Hurwitz polynomial of a complex frequency s,
A frequency conversion and an equivalent conversion of the standardized low-pass filter are performed to determine a layer configuration such as a refractive index of each layer, the number of layers, and an order of a multilayer.

【0020】また本発明は、上記多重薄膜光学フィルタ
であって、前記多重光学薄膜フィルタの中心の層から入
力端側と出力端側とを見たときに、互いに軸対称、軸相
反の層構成となっており、かつこのフィルタを実装する
ための基板等に接する層のみ軸対称、軸相反からずれた
層構成となっているか、あるいは前記中心の層から入力
端側と出力端側とを見たときに、全体が互いに軸対称、
軸相反からずれた層構成となっていることを特徴とす
る。
The present invention also relates to the above-mentioned multilayer thin-film optical filter, wherein when viewed from the center layer of the multilayer optical thin-film filter on the input end side and the output end side, the layers have axial symmetry and axial reciprocity. And only the layer in contact with the board or the like on which this filter is mounted is axially symmetric and deviates from the axis reciprocity, or the input and output ends are viewed from the center layer. When the whole is axisymmetric with each other,
It is characterized by having a layer structure deviated from the axis reciprocity.

【0021】[0021]

【作用】本発明の多重薄膜光学フィルタは、光学フィル
タの透過、反射特性を電気回路のフィルタ理論における
フルビッツ多項式で規定し、そのフルビッツ多項式を具
体的な電気回路の基準化低域通過型フィルタに展開し、
さらにその基準化低域通過型フィルタを等価変換して光
学フィルタの層構成を定め、透過する光信号の波長をλ
0とすると、前記第1反射鏡層、第2反射鏡層、連絡層
あるいはこれらの連なり中に、異なる膜厚の隣り合う2
層からなり、その膜厚の和がλ0/2の電気長となる層
の組を1組以上有を含む層構成とすることで希望の特性
の光学フィルタを正確に実現できる。これにより 従来
の光学フィルタと比較して高い選択特性を有し、かつ高
い選択特性にも関わらず通過する信号には直線歪を与え
にくい理想的な特性のフィルタとすることができる。そ
の結果、妨害信号を排除する一方で、希望信号に直線歪
の劣化を与えないので、優れた通信品質を維持すること
ができる多重薄膜光学フィルタとなる。
According to the multi-layer thin film optical filter of the present invention, the transmission and reflection characteristics of the optical filter are defined by a Hurwitz polynomial in the filter theory of an electric circuit, and the Hurwitz polynomial is used as a standardized low-pass filter of a specific electric circuit. Expand,
Further, the standardized low-pass filter is equivalently converted to determine the layer configuration of the optical filter, and the wavelength of the transmitted optical signal is set to λ.
If it is set to 0 , adjacent two layers having different film thicknesses are formed in the first reflecting mirror layer, the second reflecting mirror layer, the connecting layer, or a series thereof.
Consist layer, can be accurately realize an optical filter of the desired characteristics by the sum of the thickness and layer structure comprising a perforated set of one or more sets of lambda 0/2 electrical length and comprising layer. As a result, it is possible to provide a filter having high selection characteristics as compared with the conventional optical filter, and having ideal characteristics in which a signal passing therethrough is hardly subjected to linear distortion despite the high selection characteristics. As a result, while eliminating the disturbing signal, the desired signal is not degraded in the linear distortion, so that the multiplex thin film optical filter can maintain excellent communication quality.

【0022】[0022]

【本発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を
詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定される
ものではなく以下、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変
更・改良を施すことは何ら差し支えない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following examples, and modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

【0023】まず、図1に本発明の多重薄膜光学フィル
タの具体例を示す。
First, FIG. 1 shows a specific example of the multiple thin film optical filter of the present invention.

【0024】本実施形態は、2種の屈折率の異なる多層
の光学薄膜から成る多重薄膜光学フィルタであり、透過
する光の中心波長をλ0としたとき、λ0/4の厚みを持
った屈折率の高い光学薄膜Hと、λ0/4の厚みを持っ
た屈折率の低い光学薄膜Lを基本的な光学薄膜とする。
The present embodiment is a multiple thin film optical filter consisting of two different refractive indexes multilayer optical thin film, when the center wavelength of transmitted light was set to lambda 0, having a thickness of lambda 0/4 a high refractive index optical thin film H, and lambda 0/4 basic optical thin film with low optical film L refractive index having a thickness of.

【0025】そして、屈折率の高い光学薄膜Hと屈折率
の低い光学薄膜Lをそれぞれこの順(HL)に1層づつ
重ねて2層とした層を第1単位反射鏡層90として、該
第1単位反射鏡層90を複数回重ねて多層化した第1反
射鏡層1、2、3とする。
The optical thin film H having a high refractive index and the optical thin film L having a low refractive index are stacked one by one in this order (HL) to form two layers. The first reflecting mirror layers 1, 2, and 3 are formed by stacking the 1-unit reflecting mirror layer 90 a plurality of times to form a multilayer.

【0026】同様に、屈折率の低い光学薄膜Lと屈折率
の高い光学薄膜Hこの順(LH)に1層づつ重ねて2層
とした層を第2単位反射鏡層94として、該第2単位反
射鏡層94を複数回重ねて多層化した第2反射鏡層4、
5とする。
Similarly, an optical thin film L having a low refractive index and an optical thin film H having a high refractive index are stacked in this order (LH), one layer at a time to form two layers. A second reflecting mirror layer 4 in which the unit reflecting mirror layer 94 is stacked a plurality of times to form a multilayer;
5 is assumed.

【0027】また、屈折率の高い光学薄膜Hを偶数回重
ねて多層化したものをスペーサ層6、7とし、上記第1
反射鏡層1と第2反射鏡層4との間にスペーサ層6をは
さんで構成した薄膜光学フィルタを単位キャビティ層8
とし、同様にして単位キャビティ層9、10とする。
The optical thin films H having a high refractive index are laminated evenly for a number of times to form spacer layers 6 and 7.
A thin-film optical filter having a spacer layer 6 interposed between the reflecting mirror layer 1 and the second reflecting mirror layer 4 is connected to the unit cavity layer 8.
Similarly, the unit cavity layers 9 and 10 are formed.

【0028】また屈折率の低い光学薄膜Lを奇数回重ね
て多層化したものを連絡層11、12、13、14と
し、上記単位キャビティ層8、9、10を連絡層11、
12、13、14を介して複数回多層化することによっ
て、本発明の多重薄膜光学フィルタが構成される。
Also, optical thin films L having a low refractive index are stacked in an odd number of times to form multilayers, which are referred to as connecting layers 11, 12, 13, and 14. The unit cavity layers 8, 9, and 10 are used as connecting layers 11, 12.
The multilayer thin film optical filter of the present invention is formed by multilayering a plurality of times through the layers 12, 13, and 14.

【0029】ここで、電気回路のフィルタ理論における
複素周波数sのフルビッツ多項式より、求めるフィルタ
ーの透過特性及び反射特性が定まるものとすると、この
フルビッツ多項式より基準化低域通過型フィルタの素子
値が定まり、該基準化低域通過型フィルタを周波数変
換、等価変換することにより、図1に示す本発明の多重
薄膜光学フィルタの層構成を定めてある。
Here, assuming that the transmission characteristics and reflection characteristics of the filter to be determined are determined from the Hurwitz polynomial of the complex frequency s in the filter theory of the electric circuit, the element values of the standardized low-pass filter are determined from the Hurwitz polynomial. By performing frequency conversion and equivalent conversion of the standardized low-pass filter, the layer configuration of the multiple thin film optical filter of the present invention shown in FIG. 1 is determined.

【0030】このような手法で層構成を定めることによ
って、求める特性の光学フィルタを正確に実現でき、従
来の光学フィルタと比較して高い選択特性を有し、かつ
高い選択特性にも関わらず通過する信号には直線歪を与
えにくい理想的な特性のフィルタとすることができる。
By determining the layer structure by such a method, an optical filter having desired characteristics can be accurately realized, has a high selection characteristic as compared with the conventional optical filter, and has a high pass characteristic despite high selection characteristics. It is possible to provide a filter having ideal characteristics that hardly gives a linear distortion to a signal to be processed.

【0031】以下に、動作原理を詳細に説明する。Hereinafter, the operation principle will be described in detail.

【0032】図5に2種の屈折率の異なる光学材料1
5、16の層の前後における光の入射波と反射波の様子
を示す。屈折率が異なる光学材料15と光学材料16
は、紙面に垂直且つ紙面の上下の方向に平面の境界面1
7があるものとする。
FIG. 5 shows two types of optical materials 1 having different refractive indexes.
The states of incident waves and reflected waves of light before and after layers 5 and 16 are shown. Optical material 15 and optical material 16 having different refractive indexes
Is a plane boundary surface 1 perpendicular to the paper surface and in the vertical direction of the paper surface.
7 is assumed.

【0033】このとき図5に示すように光学材料15の
側から紙面に平行な入射波18が境界面17に入射する
と、一部は反射して光学材料15の領域に戻り、一部は
透過して光学材料17の領域を通る。
At this time, as shown in FIG. 5, when an incident wave 18 parallel to the paper surface is incident on the boundary surface 17 from the side of the optical material 15, a part is reflected and returns to the area of the optical material 15, and a part is transmitted. Through the region of the optical material 17.

【0034】今、対象とする光の中心波長をλ0、また
周波数をω0とする。図6はλ0/4の厚みの光学材料1
6が、両面を光学材料15ではさまれた状態を示してい
る。光学材料15は比誘電率、比透磁率ともに1の基本
材料とし、光学材料16は比誘電率をεr、比透磁率を
μrとする。この光学材料16が図1に示す本発明の基
本的な光学薄膜HあるいはLに相当する。
Now, assume that the center wavelength of the target light is λ 0 and the frequency is ω 0 . Figure 6 is lambda 0/4 thick optical material 1
6 shows a state where both surfaces are sandwiched between the optical materials 15. The optical material 15 is a basic material having both a relative permittivity and a relative permeability of 1, and the optical material 16 has a relative permittivity of ε r and a relative permeability of μ r . This optical material 16 corresponds to the basic optical thin film H or L of the present invention shown in FIG.

【0035】光学材料15と光学材料16の面に垂直に
光が入射するものとし、紙面に向かい左側を第1境界面
24、右側を第2境界面25とすると、これらの境界面
における入射、反射を定量表現する目的で、図7に示す
ように、第1境界面24、第2境界面25とそれらの境
界面での入射波、反射波を、sパラメータのポート1、
ポート2、入射波a1,a2、反射波b1,b2に対応させ
る。
It is assumed that light is incident on the surfaces of the optical materials 15 and 16 perpendicularly, and that the left side facing the paper surface is the first boundary surface 24 and the right side is the second boundary surface 25. For the purpose of quantitatively expressing the reflection, as shown in FIG. 7, the first boundary surface 24, the second boundary surface 25, and the incident wave and the reflected wave at those boundary surfaces are converted to the port 1 of the s parameter,
Port 2 corresponds to incident waves a 1 and a 2 and reflected waves b 1 and b 2 .

【0036】このとき、各ポートにおける入射波と反射
波の関係は数1のようになる。
At this time, the relationship between the incident wave and the reflected wave at each port is as shown in Equation 1.

【0037】[0037]

【数1】 (Equation 1)

【0038】図7のsパラメータを図6のλ0/4の厚
みの光学材料16の両境界面に当てはめて、そのsパラ
メータを求めると数2のようになる。
[0038] The s parameters of Figure 7 by applying to both boundary surfaces of the optical material 16 of lambda 0/4 of the thickness of 6, so that the two numbers when determining the s parameter.

【0039】[0039]

【数2】 (Equation 2)

【0040】次に求める光学フィルタの特性は数3に示
されるsパラメータで完全に表現できる。損失が無い受
動素子材料でできている回路のsパラメータは、数3に
示すように、複素周波数sの3つの多項式で完全に表現
される。
Next, the characteristic of the optical filter to be obtained can be completely expressed by the s parameter shown in Expression 3. The s-parameter of a circuit made of a passive element material without loss is completely represented by three polynomials of complex frequency s as shown in Expression 3.

【0041】[0041]

【数3】 (Equation 3)

【0042】ここでg(s)はフルビッツ多項式、f
(s)は遇多項式、h(s)とh*(s)はg(s)と
f(s)より定まる多項式である。
Where g (s) is the Hurwitz polynomial, f
(S) is an even polynomial, and h (s) and h * (s) are polynomials determined from g (s) and f (s).

【0043】そして、フィルタの反射、透過特性はこれ
らのsパラメータで表現できる。特に大切なのは透過特
性であり、透過特性の振幅特性は数4、郡遅延特性は数
5となる。
The reflection and transmission characteristics of the filter can be expressed by these s parameters. What is particularly important is the transmission characteristic. The amplitude characteristic of the transmission characteristic is represented by Equation 4, and the group delay characteristic is represented by Equation 5.

【0044】[0044]

【数4】 (Equation 4)

【0045】[0045]

【数5】 (Equation 5)

【0046】理想的なフィルタの特性は、フィルタの阻
止域で十分な減衰量を確保し、通過帯域における振幅特
性と郡遅延特性が同時に平坦であることである。基準化
低域通過型の理想的な特性のフィルタの振幅特性を図8
(a)に、郡遅延特性を図8(b)にそれぞれ示す。
The ideal characteristics of the filter are that a sufficient amount of attenuation is secured in the stop band of the filter, and the amplitude characteristic and the group delay characteristic in the pass band are simultaneously flat. FIG. 8 shows the amplitude characteristic of a normalized low-pass type filter having ideal characteristics.
FIG. 8A shows the group delay characteristics in FIG. 8B.

【0047】次に、数3で表す特性のフィルタを実現す
る。単純な例として、阻止域において伝送零点(減衰
極)の無い単調減衰特性の基準化低域通過型フィルタと
する。この場合、透過係数s21の分子多項式は数6のよ
うになる。
Next, a filter having a characteristic represented by Expression 3 is realized. As a simple example, a standardized low-pass filter having a monotone attenuation characteristic without a transmission zero (attenuation pole) in a stop band is used. In this case, the numerator polynomial of the transmission coefficient s 21 is as shown in Equation 6.

【0048】[0048]

【数6】 (Equation 6)

【0049】その結果、透過係数s21は数7に示す様に
フルビッツ多項式の分母多項式のみで決定される。
As a result, the transmission coefficient s 21 is determined only by the denominator polynomial of the Hurwitz polynomial as shown in Expression 7.

【0050】[0050]

【数7】 (Equation 7)

【0051】ただし、ここではa0・・・anはフルビッ
ツ多項式の係数を示し、数1及び図7に示す入射波、反
射波を示すものではない。
[0051] However, a 0 ··· a n here represents the coefficient of Hurwitz polynomial, the incident wave shown in Equation 1 and 7, it does not indicate a reflected wave.

【0052】そのため、求めるフィルタの特性を有する
フルビッツ多項式を求めれば、以下に説明するように、
その特性と同じ特性の薄膜光学フィルタを構成すること
ができる。
Therefore, if the Hurwitz polynomial having the characteristics of the filter to be obtained is obtained, as described below,
A thin film optical filter having the same characteristics as the characteristics can be formed.

【0053】たとえば直線歪を抑えるために通過帯域で
郡遅延特性が平坦なフルビッツ多項式を採用すれば、そ
の特性のフィルタを実現できる。
For example, if a Hurwitz polynomial having a flat group delay characteristic in the pass band is adopted to suppress the linear distortion, a filter having the characteristic can be realized.

【0054】フルビッツ多項式の次数が高いほど、複雑
な特性を実現できる。またフルビッツ多項式の次数nが
これより導いて実現するフィルタの次数すなわち共振器
の数nあるいは単位キャビティ層8,9,10の数nに
対応する。
The higher the degree of the Hurwitz polynomial, the more complicated the characteristics. Further, the order n of the Hurwitz polynomial corresponds to the order of the filter to be derived and realized, that is, the number n of resonators or the number n of the unit cavity layers 8, 9, and 10.

【0055】最終的な目的の帯域通過型フィルタの特性
は、基準化低域通過型フィルタにおける複素周波数sを
周波数変換することで得られる。周波数変換は数8に従
い行われる。
The final characteristic of the band-pass filter is obtained by frequency-converting the complex frequency s in the scaled low-pass filter. Frequency conversion is performed according to Equation 8.

【0056】[0056]

【数8】 (Equation 8)

【0057】ここでω0は帯域通過型フィルタの中心周
波数、Δは通過帯域を示す。
Here, ω 0 is the center frequency of the band-pass filter, and Δ is the pass band.

【0058】フィルタ合成の手順に従い、先ず希望の透
過特性のフルビッツ多項式を与えると、数3より、回路
網合成理論に従い図9に示す基準化低域通過型フィルタ
が合成される。
When a Hurwitz polynomial having a desired transmission characteristic is first given in accordance with the procedure of filter synthesis, a normalized low-pass filter shown in FIG.

【0059】この基準化低域通過型フィルタは、入力端
側に信号源抵抗26を、出力端側に負荷抵抗27を備
え、両者間に容量28、29・・・30と、インダクタ
ンス31・・・32を備えたものである。
The standardized low-pass filter has a signal source resistor 26 at the input end and a load resistor 27 at the output end, and has capacitances 28, 29...・ It is equipped with 32.

【0060】最終的な薄膜光学フィルタの構造を見越し
て、図9に示す基準化低域通過型フィルタを等価変換す
る。図9中、パラレルに接続されている容量28、29
・・・30を、おのおのの容量の両端に虚ジャイレータ
を接続することで、シリーズ接続のインダクタンスに変
換する。
In anticipation of the structure of the final thin-film optical filter, equivalent conversion is performed on the normalized low-pass filter shown in FIG. In FIG. 9, capacitors 28 and 29 connected in parallel
.. Are converted into series-connected inductances by connecting imaginary gyrators to both ends of each capacitance.

【0061】例えば図9の容量28を、図10のように
インダクタンス35と両端の虚ジャイレータ38、39
に変換し、同様に容量29・・・30も変換する。な
お、図10中のインダクタンス35は図9中の容量28
に相当する。また、おのおののインダクタンスの記号は
その部分がインダクタンスであることを示し、値を示す
ものではない。これは以後の説明でも同様である。 ま
た、入力端側及び出力端側をAセクション42、43と
し、中間をBセクション44、45・・・47とする。
For example, the capacitance 28 shown in FIG. 9 is replaced with an inductance 35 and imaginary gyrators 38 and 39 at both ends as shown in FIG.
, And the capacitances 29... 30 are similarly converted. The inductance 35 in FIG. 10 is equivalent to the capacitance 28 in FIG.
Is equivalent to Further, the symbol of each inductance indicates that the part is an inductance, and does not indicate a value. This is the same in the following description. The input end side and the output end side are A sections 42 and 43, and the middle is B sections 44, 45.

【0062】この虚ジャイレータ38、39・・・4
0、41のFマトリクスを数9に示す。
The imaginary gyrators 38, 39... 4
Equation 9 shows the F matrix of 0 and 41.

【0063】[0063]

【数9】 (Equation 9)

【0064】図10中に示す基準化低域通過型フィルタ
のインダクタンス35、36・・・37がフィルタの特
性を決める本質的な素子である。図10中に示すおのお
ののインダクタンスの素子値が実際に実現しやすい素子
値にするためにインピーダンス変換を施した例を図11
に示す。
The inductances 35, 36,... 37 of the standardized low-pass filter shown in FIG. 10 are essential elements that determine the characteristics of the filter. FIG. 11 shows an example in which impedance conversion is performed so that the element values of the respective inductances shown in FIG.
Shown in

【0065】それぞれのインダクタンス35、36・・
・37の両端をトランス56、57、58・・・59、
60、61ではさんだ形となっている。
The respective inductances 35, 36,.
· Transformers 56, 57, 58 ... 59 at both ends of 37
60 and 61 are sandwiched.

【0066】次に、基準化低域通過型フィルタにおける
インダクタンス35、36・・・37に数8に示す周波
数変換を行って直列共振回路に変換すると、フィルタは
帯域通過型フィルタに変換される。
Next, when the inductances 35, 36,..., 37 in the standardized low-pass filter are subjected to frequency conversion represented by Expression 8 and converted into a series resonance circuit, the filter is converted into a band-pass filter.

【0067】例えば、Aセクション42を変換すると、
図12(a)から図12(b)のようになり、インダク
タンス35は共振器インダクタンス72、共振器容量7
3に変換される。またBセクション44を変換すると、
図13(a)から図13(b)のようになり、インダク
タンス35、36は、それぞれ共振器インダクタンス8
1、82、共振器容量83、84に変換される。
For example, when the A section 42 is converted,
FIG. 12 (b) changes from FIG. 12 (a) to FIG. 12 (b).
Converted to 3. When B section 44 is converted,
13 (a) to FIG. 13 (b), and the inductances 35 and 36 are respectively equal to the resonator inductance 8
1, 82 and the resonator capacitances 83 and 84 are converted.

【0068】図12、図13中Kはインピーダンス変換
用の理想トランスの巻数比、Δは通過帯域幅を示す。図
12、図13より明らかなように、現実の実際のある素
子で、素子値をある値に保ったままより狭い通過帯域幅
Δを実現するには巻数比Kをより大とする必要がある。
In FIGS. 12 and 13, K denotes the turns ratio of the ideal transformer for impedance conversion, and Δ denotes the pass bandwidth. As is clear from FIGS. 12 and 13, it is necessary to make the turns ratio K larger in order to realize a narrower pass bandwidth Δ while maintaining the element value at a certain value in an actual actual element. .

【0069】次に図12、図13の各回路要素と図1の
光学薄膜との関係を示す。
Next, the relationship between each circuit element shown in FIGS. 12 and 13 and the optical thin film shown in FIG. 1 will be described.

【0070】図12(b)、図13(b)のトランス5
6、57、58が第1反射鏡層1、2・・・3、第2反
射鏡層4・・・5に対応し、共振回路をなす共振器イン
ダクタンス72、81、82、共振器容量73、83、
84がスペース層6・・・7に対応し、虚ジャイレータ
38、39が連絡層11、12・・・13、14に対応
することになる。
The transformer 5 shown in FIGS. 12 (b) and 13 (b)
6, 57, 58 correspond to the first reflecting mirror layers 1, 2,..., 3 and the second reflecting mirror layers 4,. , 83,
84 corresponds to the space layers 6... 7, and the imaginary gyrators 38 and 39 correspond to the communication layers 11, 12.

【0071】以下にその対応の根拠を示す。The grounds for the correspondence will be described below.

【0072】まず、巻数比が1:KあるいはK:1のト
ランス56、57、58が、第1反射鏡層1、2・・・
3、第2反射鏡層4・・・5に対応することを示す。
First, the transformers 56, 57, 58 having a turns ratio of 1: K or K: 1 are connected to the first reflecting mirror layers 1, 2,.
3, corresponding to the second reflecting mirror layers 4...

【0073】図12、図13に示す巻数が1:Kのトラ
ンス56、58のFマトリクスは数10となる。
The F matrices of the transformers 56 and 58 having the number of turns of 1: K shown in FIGS.

【0074】[0074]

【数10】 (Equation 10)

【0075】一方、図6に示すλ0/4の厚さの光学薄
膜のFマトリクスは数11となる。
[0075] On the other hand, F matrix of the optical thin film having a thickness of lambda 0/4 shown in FIG. 6 is several 11.

【0076】[0076]

【数11】 [Equation 11]

【0077】中心波長λ0あるいは中心周波数ω0におい
ては数11は数12となる。
At the center wavelength λ 0 or center frequency ω 0 , Equation 11 becomes Equation 12.

【0078】[0078]

【数12】 (Equation 12)

【0079】注目している波長帯域がλ0近辺の非常に
狭帯域であることを考慮すると、その帯域内ではFマト
リクスはほぼ数12のままである。
Considering that the wavelength band of interest is a very narrow band in the vicinity of λ 0 , the F matrix remains almost as shown in Expression 12 in that band.

【0080】ここで、図14に示すように、本発明の基
本光学薄膜である屈折率の高い光学薄膜Hの比誘電率、
比透磁率をεH、μHとし、同様に屈折率の低い光学薄膜
LのそれらをεL、μLと示すものとする。すると図14
に示される第1単位反射鏡層90のFマトリクスは、こ
れらのパラメータを数12に適用し、数13となる。
Here, as shown in FIG. 14, the relative dielectric constant of the optical thin film H having a high refractive index, which is the basic optical thin film of the present invention,
The relative magnetic permeability is ε H , μ H, and similarly, those of the optical thin film L having a low refractive index are ε L , μ L. Then Figure 14
The F matrix of the first unit reflecting mirror layer 90 shown in FIG.

【0081】[0081]

【数13】 (Equation 13)

【0082】数13と数10を比べると、図14に示す
単位反射鏡層90が,図12、10におけるインピーダ
ンス変換用のトランス56、58の要素となっているこ
とが明らかである。
Comparing Equations 13 and 10, it is clear that the unit reflecting mirror layer 90 shown in FIG. 14 is an element of the transformers 56 and 58 for impedance conversion in FIGS.

【0083】一方、通常の光学材料では屈折率の高い光
学薄膜Hの屈折率は2.3程度、屈折率の低い光学薄膜
Lの屈折率は1.3程度である。
On the other hand, in ordinary optical materials, the refractive index of the optical thin film H having a high refractive index is about 2.3, and the refractive index of the optical thin film L having a low refractive index is about 1.3.

【0084】ここで屈折率をnrで示すと、通常μr=1
として数14のようになる。
Here, when the refractive index is represented by n r , usually μ r = 1
Equation 14 is obtained.

【0085】[0085]

【数14】 [Equation 14]

【0086】すると、数13、数14より、これらの屈
折率の値では図14に示す第1単位反射鏡層90に対応
するトランスの巻数比は小にしかならないことが明らか
である。
It is apparent from Expressions 13 and 14 that the turn ratio of the transformer corresponding to the first unit reflecting mirror layer 90 shown in FIG. 14 is only small with these refractive index values.

【0087】巻数比が大のトランスに相当する膜構造を
得るには、図14に示す第1単位反射鏡層を多層化すれ
ばよい。図15に示すようにn回多層化して第1反射鏡
層1とすると、相当するトランスの巻数比はn乗倍とな
り、そのFマトリクスは数15となる。
In order to obtain a film structure corresponding to a transformer having a large turns ratio, the first unit reflecting mirror layer shown in FIG. 14 may be multi-layered. As shown in FIG. 15, when the first reflecting mirror layer 1 is formed by multiplying the number of times by n times, the turns ratio of the corresponding transformer becomes the n-th power, and the F matrix thereof is represented by Formula 15.

【0088】[0088]

【数15】 (Equation 15)

【0089】その結果対応するトランスの巻数比を大と
することができる。目的の巻数比に十分近い値になるま
で多層化を繰り返す。
As a result, the turns ratio of the corresponding transformer can be increased. The multilayering is repeated until the value is sufficiently close to the desired turns ratio.

【0090】しかし、数10より巻数比をKとすると、
この値を数15中の数16では完全には正確に実現でき
ない。本発明では、巻数比Kを多層構造で完全に正確に
実現する手法を与える。
However, assuming that the turns ratio is K from Equation 10,
This value cannot be completely and accurately realized by Expression 16 out of Expression 15. The present invention provides a technique for completely and accurately realizing the turns ratio K in a multilayer structure.

【0091】[0091]

【数16】 (Equation 16)

【0092】前述の第1単位反射鏡層の多層化を繰り返
し、数17がKを超えた時の多層化の回数をnとする。
The above-mentioned multilayering of the first unit reflecting mirror layer is repeated, and the number of times of multilayering when Equation 17 exceeds K is set to n.

【0093】[0093]

【数17】 [Equation 17]

【0094】すると数18に示すように数17はKより
もわずかに大きい値となっている。
Then, as shown in Expression 18, Expression 17 has a value slightly larger than K.

【0095】[0095]

【数18】 (Equation 18)

【0096】そのn回多層化した層構成において、図2
に示すある一組の第1単位反射鏡層の屈折率の高い光学
薄膜33と屈折率の低い光学薄膜34の電気長をそれぞ
れλ 0/4からずらして適切に選ぶと、全体で目的の巻
数比Kとすることができる。図2に示す各光学薄膜の境
界面を21、22、23とする。境界面21から左側を
見たインピーダンスがRであるとし、このインピーダン
スを光学薄膜33、34を介して境界面23より左側を
見たインピーダンスがrとなるようにインピーダンス変
換すると全体で目的の巻数比Kとなるものとする。する
と詳細な導出過程はここでは示さないがr/Rは数19
に示す値となる。
In the layered structure having n layers, FIG.
High refractive index optics of a set of first unit reflecting mirror layers shown in FIG.
The electrical lengths of the thin film 33 and the optical thin film 34 having a low refractive index are respectively
Λ 0If you select from / 4, select the appropriate volume as a whole.
It can be a number ratio K. The boundary of each optical thin film shown in FIG.
The interfaces are designated as 21, 22, and 23. From the boundary 21
Assume that the impedance seen is R, and this impedance
To the left side of the boundary surface 23 via the optical thin films 33 and 34.
Impedance change so that the observed impedance becomes r
In other words, the desired turns ratio K is obtained as a whole. Do
And the detailed derivation process is not shown here, but r / R is
It becomes the value shown in.

【0097】[0097]

【数19】 [Equation 19]

【0098】このインピーダンス変換の状態となるよう
に光学薄膜33と34の厚みの電気長を定める。光学薄
膜33の屈折率をnH、光学薄膜34の屈折率をnLとす
る。図3に示すように、1/nHを特性インピーダンス
51としたスミスチャート上に純抵抗Rの点47と数2
0に示す値の点48を通る円53と、純抵抗rの点49
と数21に示す値の点50を通る円54を描くとそれら
の円は交差する。
The electrical length of the thickness of the optical thin films 33 and 34 is determined so that the impedance is converted. The refractive index of the optical thin film 33 is n H , and the refractive index of the optical thin film 34 is n L. As shown in FIG. 3, 1 / n H a characteristic impedance 51 was on the Smith chart and the point 47 of the pure resistance R Number 2
A circle 53 passing through a point 48 having a value of 0 and a point 49 of a pure resistance r
When the circle 54 passing through the point 50 having the value shown in Equation 21 is drawn, the circles intersect.

【0099】[0099]

【数20】 (Equation 20)

【0100】[0100]

【数21】 (Equation 21)

【0101】ここではその詳細な原理には言及しない
が、スミスチャートの角度0°の実軸からその交点55
までの時計回りの回転角62が光学薄膜33の厚みの電
気長に相当し、その電気長をlHとする。同様に図4に
示すように、1/nLを特性インピーダンス52とした
スミスチャート上に純抵抗Rの点47と数20に示す値
の点48を通る円53と、純抵抗rの点49と数21に
示す値の点50を通る円54を描くとそれらの円は交差
する。その交点55からスミスチャートの角度0°の実
軸までの時計回りの回転角63が光学薄膜34の厚みの
電気長に相当し、その電気長をlLとする。このように
して前記単位第1反射鏡層を用いて数23の値の巻数比
のトランスを正確に実現できた。このとき、前記単位第
1反射鏡層の全体の電気長lH+lLは等価的にλ0/2
となっている。
Although the detailed principle will not be described here, the intersection 55
Clockwise rotation angle 62 to correspond to the electrical length of the thickness of the optical thin film 33, and the electrical length and l H. Similarly, as shown in FIG. 4, a circle 53 passing through a point 47 of the pure resistance R and a point 48 having the value shown in Expression 20 and a point 49 of the pure resistance r on a Smith chart in which 1 / n L is a characteristic impedance 52. When the circle 54 passing through the point 50 having the value shown in Equation 21 is drawn, the circles intersect. A clockwise rotation angle 63 from the intersection point 55 to the real axis of the Smith chart at an angle of 0 ° corresponds to the electrical length of the thickness of the optical thin film 34, and the electrical length is assumed to be 1 L. In this way, a transformer having a turns ratio of the value of Expression 23 was accurately realized using the unit first reflecting mirror layer. In this case, the total electrical length l H + l L of said unit first reflector layer is equivalently lambda 0/2
It has become.

【0102】図1にこの層構成の第1反射鏡層1、2、
3を示す。
FIG. 1 shows the first reflecting mirror layers 1, 2,.
3 is shown.

【0103】さらにこの手法による補正を複数の単位反
射鏡層に分割して適用して正確な巻数比Kを実現するこ
ともできる。
Further, an accurate turns ratio K can be realized by applying the correction by this method to a plurality of unit reflecting mirror layers separately.

【0104】全く同様の手順原理で図13に示す巻数比
がK:1のトランス57に相当する層構造が得られる。
巻数比がK:1のトランス57のFマトリクスは数22
となる。
A layer structure corresponding to the transformer 57 having a turn ratio of K: 1 shown in FIG.
The F matrix of the transformer 57 having a turns ratio of K: 1 is given by Formula 22
Becomes

【0105】[0105]

【数22】 (Equation 22)

【0106】同様に図16に示す第2単位反射鏡層94
を、図17のようにm回多層化した第2反射鏡層4とす
る。同様に目的の巻数比に十分近い値になるまで多層化
を繰り返す。更に、前記第1反射鏡層と同様の手順で正
確な巻数比に相当する第2反射鏡層を得る。
Similarly, the second unit reflecting mirror layer 94 shown in FIG.
Is a second reflecting mirror layer 4 which is multi-layered m times as shown in FIG. Similarly, the multilayering is repeated until the value is sufficiently close to the target turns ratio. Further, a second reflector layer corresponding to an accurate turns ratio is obtained in the same procedure as the first reflector layer.

【0107】これを図1に示す第2反射鏡層4、5とす
る。
This is referred to as second reflecting mirror layers 4 and 5 shown in FIG.

【0108】なお、図17に示す第2反射鏡層4のFマ
トリクスは数23となる。
The F matrix of the second reflecting mirror layer 4 shown in FIG.

【0109】[0109]

【数23】 (Equation 23)

【0110】以後に示す反射鏡層はすべて同様の手順に
よる正確な巻数比に相当する反射鏡層とする。
The reflecting mirror layers described hereinafter are all reflecting mirror layers corresponding to an accurate turns ratio by the same procedure.

【0111】次に図13の共振回路が図1のスペーサ層
6に対応することを示す。
Next, it will be shown that the resonance circuit of FIG. 13 corresponds to the spacer layer 6 of FIG.

【0112】図13に示すBセクションのFマトリクス
は数24となる。
The F matrix of the B section shown in FIG.

【0113】[0113]

【数24】 (Equation 24)

【0114】ただし基準化低域通過型フィルタの段階で
は数24に数8のs=jΩを、周波数変換して帯域通過
型フィルタの段階では数24のsに数8を代入した形と
なる。これに対応する層はスペーサ層となり、図6で示
すと、λ0/4の厚さの光学薄膜Hとなる。このスペー
サ層のFマトリクスは数11である。
However, in the stage of the standardized low-pass filter, s = jΩ in Equation 8 is substituted for Equation 24, and in the band-pass filter stage, Equation 8 is substituted for s of Equation 24 in Equation 24. Layer corresponding thereto becomes spacer layer and shown in FIG. 6, the optical thin film H having a thickness of λ 0/4. The F matrix of this spacer layer is represented by Formula 11.

【0115】ここでは詳細には触れないが、数11は中
心周波数ω0の近辺で適当な条件で十分な精度で帯域通
過型フィルタの段階の数24に近似できる。
Although not described in detail here, Equation 11 can be approximated to Equation 24 of the band-pass filter stage with sufficient accuracy near the center frequency ω 0 under appropriate conditions.

【0116】次に図12、図13の虚ジャイレータ3
8、39が図1の連絡層11、12、13、14に対応
することを示す。
Next, the imaginary gyrator 3 shown in FIGS.
8 and 39 correspond to the communication layers 11, 12, 13, and 14 of FIG.

【0117】図10〜図13に示す虚ジャイレータ3
8、39、40、41のFマトリクスは数9である。
The imaginary gyrator 3 shown in FIGS.
The F matrix of 8, 39, 40, and 41 is represented by Expression 9.

【0118】一方、これに対応する連絡層を同様に図6
で示すと、λ0/4の厚さの光学薄膜Lとなる。このF
マトリクスは数11である。
On the other hand, the corresponding communication layer is also shown in FIG.
When indicated by, the optical thin film L having a thickness of λ 0/4. This F
The matrix is shown in Expression 11.

【0119】反射鏡層の場合と同様に、中心波長λ0
るいは中心周波数ω0においては数11は数25とな
る。
As in the case of the reflecting mirror layer, at the center wavelength λ 0 or at the center frequency ω 0 , Equation 11 becomes Equation 25.

【0120】[0120]

【数25】 (Equation 25)

【0121】注目している波長帯域がλ0近辺の非常に
狭帯域であることを考慮すると、その帯域内ではFマト
リクスはほぼ数25のままである。
Considering that the wavelength band of interest is a very narrow band in the vicinity of λ 0 , the F matrix remains at approximately 25 in that band.

【0122】数25と数9を比較すると、数25は数9
で示される虚ジャイレータとある巻数比のトランスとを
組み合わせた回路のFマトリクスを示していることが分
かる。
Comparing Equation 25 and Equation 9, Equation 25 is equal to Equation 9.
It can be seen that it shows an F matrix of a circuit in which the imaginary gyrator shown by is combined with a transformer having a certain turns ratio.

【0123】ここではその詳細には触れないが、以上の
説明より図10から図11へインピーダンス変換をする
際、数25に示される虚ジャイレータの係数分を考慮し
ておけは虚ジャイレータの機能はλ0/4の厚さの光学
薄膜Lで実現できる。
Although the details will not be described here, the function of the imaginary gyrator is as follows if the impedance conversion from FIG. 10 to FIG. It can be realized by lambda 0/4 of the thickness of the optical thin film L.

【0124】以上のように考えれば、図13(b)に示
すBセクションは、図18に示す第1反射鏡層96、第
2反射鏡層97、スペーサ層98、99、連絡層100
の層構成で実現できる。
Considering the above, the section B shown in FIG. 13B corresponds to the first reflecting mirror layer 96, the second reflecting mirror layer 97, the spacer layers 98 and 99, and the connecting layer 100 shown in FIG.
It can be realized with a layer configuration of

【0125】次に図12(b)に示すAセクションを実
現する層構成を示す。
Next, a layer configuration for realizing the A section shown in FIG. 12B will be described.

【0126】この場合はBセクションとは異なり、数1
1で示すスペーサ層を直接図12に示す回路要素に精度
良く近似させることはできない。しかし図19に示すよ
うに、Aセクションの回路側から負荷抵抗を含むソース
あるいはロード側を見込んだインピーダンスをZeqとす
ると、これに対応する層構成のインピーダンスを近似す
ることはできる。
In this case, unlike section B, equation 1
The spacer layer indicated by 1 cannot be directly approximated accurately to the circuit element shown in FIG. However, as shown in FIG. 19, the impedance in anticipation source or load side including the load resistor from the circuit side of the A section When Z eq, can be approximated impedance of a layer structure corresponding thereto.

【0127】すなわち図20に示すように、第1反射鏡
層108とスペーサ層109、連絡層110の層構成
に、比誘電率εr=1、比透磁率μr=1の光学材料基板
107を介して理想アブソーバ106を接続すること
で、図19に示すAセクションのインピーダンスに良い
精度で近似できる。ここではその層構成の導出の詳細に
は触れない。
That is, as shown in FIG. 20, an optical material substrate 107 having a relative dielectric constant ε r = 1 and a relative magnetic permeability μ r = 1 is added to the layer structure of the first reflecting mirror layer 108, the spacer layer 109, and the connecting layer 110. By connecting the ideal absorber 106 through the interface, the impedance of the section A shown in FIG. 19 can be approximated with good accuracy. Here, details of the derivation of the layer configuration will not be described.

【0128】以上をまとめると、図9に示す基準化低域
通過型フィルタは、多重薄膜光学フィルタの形で実現で
きる。図21にその等価回路を示すように、単位キャビ
ティ層113、114、115と連絡層116、11
7、118、119で表される。さらに図21に対応す
る多重薄膜光学フィルタの例が図1に示すものとなる。
To summarize the above, the normalized low-pass filter shown in FIG. 9 can be realized in the form of a multiple thin-film optical filter. As shown in FIG. 21, the unit cavity layers 113, 114, 115 and the communication layers 116, 11
7, 118 and 119. Further, an example of the multiple thin film optical filter corresponding to FIG. 21 is shown in FIG.

【0129】図1の例では、連絡層11、12・・・1
3、14は光学薄膜Lの1層である。またAセクション
とBセクション、あるいはBセクション同士を接続して
単位キャビティ層を形成する際、隣り合うスペーサ層6
・・・7は光学薄膜Hが2層直接重ねられ(HH)とな
っており、このスペーサ層6・・・7がλ0/2の厚み
のキャビティーとなってファブリペローの共振器を形成
している。
In the example of FIG. 1, the communication layers 11, 12,.
Reference numerals 3 and 14 denote one layer of the optical thin film L. When the unit cavity layer is formed by connecting the A section and the B section, or the B sections, the adjacent spacer layers 6 are formed.
... 7 is a superimposed optical thin film H is two layers directly (HH), forming a cavity of the Fabry-Perot the spacer layer 6 ... 7 becomes the cavity of lambda 0/2 of the thickness are doing.

【0130】連絡層11、12・・・13、14は数2
5から明らかなように、光学薄膜Lを奇数回を多層化し
ても実現できる。キャビティ−を形成しているスペーサ
層6・・・7は光学薄膜Hを遇数回重ねた形でも実現で
きる。
The communication layers 11, 12,..., 13 and 14 are
As is clear from FIG. 5, the optical thin film L can be realized even if the optical thin film L is formed into an odd number of times. The spacer layers 6... 7 forming the cavities can also be realized in a form in which the optical thin films H are stacked several times.

【0131】このような本発明の設計法によれば、多重
光学薄膜フィルタの中心の層から入力端側と出力端側と
を見たときに、軸対称、軸相反となる層構成のフィルタ
に限ることなく、軸対称、軸相反からずれた層構成のフ
ィルタを得ることができる。
According to such a design method of the present invention, when the input end side and the output end side are viewed from the center layer of the multiplex optical thin-film filter, a filter having a layer configuration that is axially symmetric and axis reciprocal is obtained. Without limitation, a filter having a layer configuration deviated from axial symmetry and axial reciprocity can be obtained.

【0132】[0132]

【発明の効果】本発明の多重薄膜光学フィルタによれ
ば、光学フィルタの透過、反射特性をフルビッツ多項式
で規定し、そのフルビッツ多項式を具体的な電気回路の
基準化低域通過型フィルタに展開し、さらにその基準化
低域通過型フィルタを等価変換して光学フィルタの構造
を定めたことにより、希望の特性の光学フィルタを正確
に実現でき、高い選択特性を有し、かつ高い選択特性に
も関わらず通過する信号には直線歪を与えにくい理想的
な特性のフィルタとすることができる。
According to the multi-layer thin film optical filter of the present invention, the transmission and reflection characteristics of the optical filter are defined by a Hurwitz polynomial, and the Hurwitz polynomial is developed into a standardized low-pass filter of a specific electric circuit. Furthermore, by equivalently converting the standardized low-pass filter and determining the structure of the optical filter, an optical filter having desired characteristics can be accurately realized, and has a high selection characteristic and a high selection characteristic. Regardless, it is possible to provide a filter having ideal characteristics that hardly gives a linear distortion to a passing signal.

【0133】その結果、妨害信号を排除する一方で、希
望信号に直線歪の劣化を与えないので、優れた通信品質
を維持することができる多重薄膜光学フィルタを得るこ
とができる。
As a result, while eliminating the interfering signal, the desired signal is not degraded in the linear distortion, so that it is possible to obtain a multiplex thin film optical filter capable of maintaining excellent communication quality.

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

【図1】本発明の多重薄膜光学フィルタの一例を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a multiple thin film optical filter of the present invention.

【図2】本発明の層構成の詳細を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing details of a layer configuration of the present invention.

【図3】電気長lHを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an electrical length l H.

【図4】電気長lLを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an electrical length l L.

【図5】2種類の光学材料の境界における入射波と反射
波の関係を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an incident wave and a reflected wave at a boundary between two types of optical materials.

【図6】λ0/4の厚みの光学材料の配置を示した図で
ある。
6 is a diagram showing the arrangement of the optical material of the lambda 0/4 thickness.

【図7】λ0/4の厚みの光学材料における前面と後面
の入射波と反射波の関係を示した図である。
7 is a diagram showing the relationship between the reflected wave and the incident wave front and rear surfaces of the optical material of the lambda 0/4 thickness.

【図8】基準化低域通過型フィルタの好ましい透過特性
を示した図であり、(a)は振幅特性、(b)は郡遅延
特性を示す。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing preferable transmission characteristics of the normalized low-pass filter, wherein FIG. 8A shows amplitude characteristics and FIG. 8B shows group delay characteristics.

【図9】梯子型の基準化低域通過型フィルタの回路の例
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit of a ladder-type normalized low-pass filter.

【図10】図9の基準化低域通過型フィルタに虚ジャイ
レータを導入してインダクタンスのみで構成した例を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which an imaginary gyrator is introduced into the standardized low-pass filter of FIG. 9 and only the inductance is used.

【図11】図10をトランスを用いて各インダクタンス
を実現しやすい値に変換した例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which each inductance is converted into a value that can be easily realized by using a transformer in FIG.

【図12】(a)は図11のAセクションの図、(b)
はこれを周波数変換した例を示す図である。
12A is a view of section A in FIG. 11, and FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example in which this is frequency-converted.

【図13】(a)は図11のBセクションの図、(b)
はこれを周波数変換した例を示す図である。
13 (a) is a view of section B in FIG. 11, (b)
FIG. 4 is a diagram showing an example in which this is frequency-converted.

【図14】本発明の多重光学薄膜に用いる第1単位反射
鏡層を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a first unit reflecting mirror layer used for the multiple optical thin film of the present invention.

【図15】第1単位反射鏡層をn回重ねて構成した第1
反射鏡層を示す図である。
FIG. 15 shows a first unit in which the first unit reflecting mirror layer is formed by overlapping n times.
It is a figure which shows a reflecting mirror layer.

【図16】本発明の多重光学薄膜に用いる第2単位反射
鏡層を示す図である。
FIG. 16 is a view showing a second unit reflecting mirror layer used in the multiple optical thin film of the present invention.

【図17】第2単位反射鏡層をm回重ねて構成した第2
反射鏡層を示す図である。
FIG. 17 shows a second example in which the second unit reflecting mirror layer is formed by overlapping m times.
It is a figure which shows a reflecting mirror layer.

【図18】図13のBセクションと等価な特性の層構成
の例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a layer configuration having characteristics equivalent to those of the B section in FIG. 13;

【図19】負荷をつないだ状態で図12のAセクション
を回路側から見込んだインピーダンスを示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing impedance when section A in FIG. 12 is viewed from the circuit side with a load connected.

【図20】図19のAセクションと等価な特性の層構成
の例を示す図である。
20 is a diagram illustrating an example of a layer configuration having characteristics equivalent to those of the A section in FIG. 19;

【図21】図9のフィルタの等価回路を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an equivalent circuit of the filter of FIG. 9;

【図22】従来のファイバーグレイティングを示す図で
ある。
FIG. 22 is a diagram illustrating a conventional fiber grating.

【図23】従来のAWGを示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a conventional AWG.

【図24】従来の薄膜光学フィルタを示す図である。FIG. 24 is a view showing a conventional thin film optical filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3:第1反射鏡層 4,5:第2反射鏡層 6,7:スペーサ層 8,9,10:単位キャビティ層 11,12,13,14:連絡層 15、16:光学材料 17:境界面 18:入射波 19:反射波 20:透過波 21:境界面1 22:境界面2 23:境界面3 24、25:境界面 26:信号源抵抗 27:負荷抵抗 28,29,30:容量 31,32:インダクタンス 33、34:光学材料 35,36,37:インダクタンス 38,39,40,41:虚ジャイレータ 42,43:Aセクション 44,45,46:Bセクション 47,48,49,50:純抵抗を表す点 51,52:特性インピーダンス 53、54:円 55:交点 56,57,58,59,60,61:トランス 62、63:電気長を示す回転角 72:共振器インダクタンス 73:共振器容量 81,82:共振器インダクタンス 83,84:共振器容量 91:第1反射鏡層 94:第2単位反射鏡層 96:第1反射鏡層 97:第2反射鏡層 98,99:スペーサ層 106:アブソーバ 107:光学材料基板 108:第1反射鏡層 109:スペーサ層 110:連絡層 113,114,115:単位キャビティ層 116,117,118,119:連絡層 124:フィルタ端面 125:グレイティング部 126:分派部 127:移相部 128:波長選択部 129:反射鏡 130:スペーサ 131:反射鏡 1,2,3: first reflecting mirror layer 4,5: second reflecting mirror layer 6,7: spacer layer 8,9,10: unit cavity layer 11,12,13,14: communication layer 15,16: optical Material 17: Boundary 18: Incident wave 19: Reflected wave 20: Transmitted wave 21: Boundary 1 22: Boundary 2 23: Boundary 3 24, 25: Boundary 26: Signal source resistance 27: Load resistance 28, 29 , 30: capacity 31, 32: inductance 33, 34: optical material 35, 36, 37: inductance 38, 39, 40, 41: imaginary gyrator 42, 43: A section 44, 45, 46: B section 47, 48, 49, 50: Point representing pure resistance 51, 52: Characteristic impedance 53, 54: Circle 55: Intersection 56, 57, 58, 59, 60, 61: Transformer 62, 63: Rotation angle indicating electrical length 72: Both Resonator inductance 73: Resonator capacitance 81, 82: Resonator inductance 83, 84: Resonator capacitance 91: First reflecting mirror layer 94: Second unit reflecting mirror layer 96: First reflecting mirror layer 97: Second reflecting mirror layer 98, 99: spacer layer 106: absorber 107: optical material substrate 108: first reflecting mirror layer 109: spacer layer 110: communication layer 113, 114, 115: unit cavity layer 116, 117, 118, 119: communication layer 124: Filter end face 125: grating part 126: branch part 127: phase shift part 128: wavelength selection part 129: reflecting mirror 130: spacer 131: reflecting mirror

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】屈折率の異なる多層の光学薄膜から成る多
重薄膜光学フィルタにおいて、 屈折率の高い光学薄膜と屈折率の低い光学薄膜を、この
順に1層づつ重ねて2層とした第1単位反射鏡層を複数
回重ねて多層化した第1反射鏡層と、 前記屈折率の低い光学薄膜と屈折率の高い光学薄膜を、
この順に1層づつ重ねて2層とした第2単位反射鏡層を
複数回重ねて多層化した第2反射鏡層と、 前記屈折率の高い光学薄膜を偶数回重ねて多層化したス
ペーサ層と、 前記屈折率の低い光学薄膜を奇数回重ねて多層化した連
絡層とからなり、 前記第1反射鏡層と前記第2反射鏡層との間に前記スペ
ーサ層をはさんで構成した単位キャビティ層を、前記連
絡層を介して複数回多層化して構成し、 透過する光信号の波長をλ0とすると、前記第1反射鏡
層、第2反射鏡層、連絡層あるいはこれらの連なり中
に、異なる膜厚の隣り合う2層からなり、その膜厚の和
がλ0/2の電気長となる層の組を1組以上有し、 複素周波数sのフルビッツ多項式より、求める透過特性
及び反射特性に応じた基準化低域通過型フィルタの素子
値を定め、 前記基準化低域通過型フィルタを周波数変換、等価変換
することにより、前記各層の屈折率、層の数、多層の順
番などの層構成を定めたことを特徴とする多重薄膜光学
フィルタ。
1. A multi-layer thin film optical filter comprising a plurality of optical thin films having different refractive indices, wherein a first unit is formed by laminating an optical thin film having a high refractive index and an optical thin film having a low refractive index one by one in this order. A first reflecting mirror layer in which a plurality of reflecting mirror layers are stacked to form a multilayer, an optical thin film having a low refractive index and an optical thin film having a high refractive index;
A second reflecting mirror layer formed by stacking a plurality of second unit reflecting mirror layers, which are stacked one by one in this order, a plurality of times, and a spacer layer formed by stacking the optical thin films having a high refractive index by an even number of times. A unit cavity comprising an interconnect layer formed by laminating the optical thin films having a low refractive index an odd number of times and forming a multilayer, and sandwiching the spacer layer between the first reflecting mirror layer and the second reflecting mirror layer If the wavelength of a transmitted optical signal is λ 0 , the first reflecting mirror layer, the second reflecting mirror layer, the connecting layer, or a series of these layers is formed. , different membrane consists thickness 2 layers adjacent, a set of layers where the sum of the film thickness of the electrical length of lambda 0/2 has one or more pairs, than Hurwitz polynomial of the complex frequency s, transmission characteristic determined and reflected Determining the element value of the standardized low-pass filter according to the characteristic, Frequency converting the low-pass filter, by equivalent transformation, the refractive index of each layer, the number of layers, multiple thin film optical filter, characterized in that defining the layer structure of a multilayer sequence.
【請求項2】請求項1記載の多重薄膜光学フィルタであ
って、 前記多重光学薄膜フィルタの中心の層から入力端側と出
力端側とを見たときに、互いに軸対称、軸相反の層構成
となっており、かつこのフィルタを実装するための基板
等に接する層のみ軸対称、軸相反からずれた層構成とな
っているか、 あるいは前記中心の層から入力端側と出力端側とを見た
ときに、全体が互いに軸対称、軸相反からずれた層構成
となっていることを特徴とする多重薄膜光学フィルタ。
2. The multilayer thin film optical filter according to claim 1, wherein when viewed from the center layer of the multilayer optical thin film filter on an input end side and an output end side, the layers are axially symmetric with respect to each other. And only the layer in contact with the substrate or the like for mounting this filter is axially symmetric, has a layer configuration shifted from the axis reciprocity, or has the input end side and the output end side from the center layer. A multilayer thin-film optical filter characterized in that, when viewed, the whole has a layer configuration that is axially symmetrical and deviated from axis reciprocity.
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