JP2004069954A

JP2004069954A - 光合分波器用多層膜フィルター

Info

Publication number: JP2004069954A
Application number: JP2002228286A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 佐藤　孝; Shin Noguchi; 野口　伸
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】安価でかつ低損失、ばらつきの少ない多層膜フィルターを大量に提供することを目的とする。
【解決手段】基材の多層膜形成面（基材Ａ面）の表面粗さを０．２ｎｍ以上０．７ｎｍ以下、基材の反射防止膜形成面（基材Ｂ面）の表面粗さを０．２ｎｍ以上１．４ｎｍとすることで、挿入損失を−０．４ｄＢ以下とすることができ、基材Ｂ面と基材Ａ面の表面粗さの比を３／２以下とすることで、挿入損失のばらつきを抑える。基材の表面粗さの下限を０．２ｎｍとすることにより安価で大量生産できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信における波長多重通信システムに用いられる光合分波器に用いられる多層膜フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては、高速で大量の情報を伝送可能にする方法の一つとして波長多重通信システムの開発が盛んに行われている。この波長多重通信システムは複数の波長の光を重ねて伝送するものである。情報を伝送するための光ファイバーの前後に複数の波長の光を重ねて多重化したり、多重化された光を別々の波長の光に分けたりする光合分波器を接続する必要がある。
【０００３】
光合分波器は多層膜フィルターを複数個使って構成されている。光合分波器に使用される、多層膜フィルターには、ある光の波長近傍でのみ透過率が高く、透過帯域以外（阻止帯域）の光を高度に反射する狭帯域フィルターとしての光学特性が要求される。
【０００４】
図２に、波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４の光が多重化された状態λ_１２３４の光から、それぞれの波長の光を分波する光分波器５を示す。波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４の光をそれぞれ透過する４つの多層膜フィルター１ａ〜１ｄが必要である。λ_１分波用の多層膜フィルター１ａにλ_１２３４の光を入射しλ_１の光を透過させ、他のλ_２３４の光を反射して次のλ_２分波用の多層膜フィルター１ｂに入射させる。このフィルター１ｂによってλ_２の光が透過され、他の光λ_３４が反射される。同様にして、λ_３、λ_４分波用の多層膜フィルター１ｃ、１ｄによってλ_３、λ_４の光が別々に取り出される。分波する光がλ_１〜ｎであれば、光分波器５はｎ個の透過波長領域の異なる多層膜フィルターで構成される。
【０００５】
図１に多層膜フィルターの外観形状を示す。多層膜フィルター１は、基材３の一方の面（以後、基材Ａ面と言う）に狭帯域フィルターとして機能する多層膜２および光反射膜１０が形成され、他方の面（以後、基材Ｂ面と言う）に、反射防止膜４が形成されている。
【０００６】
丸もしくは角状の厚さ１ｍｍ程度で、使用する光の波長範囲にわたって透明な基板の一方の面に多層膜２、光反射防止膜１０を、他面に反射防止膜４を、真空蒸着法、スパッタ法等により形成し、基板を略１．４ｍｍ角に切断し、基材３のＡ面に多層膜２および光反射防止膜１０、基材３のＢ面に反射防止膜４が形成された多層膜フィルター１が得られる。
【０００７】
図３に多層膜２の膜構成の一例を示す。多層膜２は、基材３上に、キャビティー層６がカップリング膜７を挟んでｎ層積層されている。最上層のキャビティー層６上には光反射防止膜１０が配される。キャビティー層６はミラー層８ａとスぺーサー膜９、ミラー層８ｂから構成される。ミラー層８ａ，８ｂは高屈折率膜１１と低屈折率膜１２が交互にｍ層積層された構造で、スペーサー膜９下（基材側）のミラー層８ａは、基材側から高屈折率膜１１と低屈折率膜１２の順に積層され、スペーサー膜９上のミラー層８ｂは基材側から低屈折率膜１２と高屈折率膜１１の順に積層されている。
【０００８】
波長λ_０を中心とした透過帯域を得るには、ミラー層８を構成する高屈折率膜１１及び低屈折率膜１２の光学膜厚がλ_０／４になるように形成し、スペーサー膜９は光学膜厚が（λ_０／４）×Ｌ（Ｌは遇数）になるように形成する。光学膜厚は、膜材料の屈折率と物理的膜厚の積で表される。ミラー層８の積層数ｍを増やすことで透過帯域がより狭くなるので、透過帯域幅により積層数ｍが決められている。
【０００９】
狭帯域フィルターでは透過帯域を狭くするとともに、透過帯域から阻止帯域への透過率の傾き（透過率の変化）を急峻にする必要がある。透過率の傾きを得るため、キャビティー層６もｎ回積層される。多層膜２の表面における光反射を防止するため、最上層のキャビティー層６上に、単層膜あるいは数層の膜からなる光反射防止膜１０を形成する。光反射防止膜１０の物理的膜厚と積層数は、キャビティー層等の膜構成により異なる。
【００１０】
多層膜フィルターの各層を構成する膜の厚みは光学膜厚で制御される必要がある。光学膜厚は、物理的膜厚と膜の屈折率の積で表わされる。物理的膜厚の求め方は、高屈折率膜の屈折率をｎ_Ｈ、低屈折率膜の屈折率をｎ_Ｌとすると、光学膜厚がλ_０／４となる高屈折率膜の膜厚は、λ_０／４ｎ_Ｈ、光学膜厚がλ_０／４となる低屈折率膜の膜厚は、λ_０／４ｎ_Ｌと表記することもできる。
高屈折率膜としては、ＴｉＯ_２（屈折率約２．３）、Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率約２．１）、低屈折率膜としては、ＳｉＯ_２（屈折率約１．４）が主に使用されている。
【００１１】
光通信における波長多重通信システムでは、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｏｎ）グリッドと言われる標準化された波長間隔の光が多重化して伝送される。ＩＴＵグリッドにおける隣り合う波長の間隔、隣接波長間隔は、２００ＧＨｚと言われるシステムでは、１．６ｎｍ、現在主流の１００ＧＨｚのシステムでは、０．８ｎｍと狭帯域化が進んでいる。
光を狭帯域で透過させるためには、ミラー層８の積層数ｍと、キャビティー層６の積層数ｎを多くすることが必要である。隣接波長間隔０．８ｎｍで使用可能な狭帯域フィルターを得るためには、ｍを６から７、ｎを４から５程度とする必要があり、多層膜２は、１００から２００近くの積層数で構成されることになる。このような多積層数の膜の膜厚を高精度で制御することで、初めて所望の狭帯域フィルターを得ることが可能になるものである。
【００１２】
基材３には、使用される波長領域にわたって透明であることが要求される。また、多層膜フィルターとして所定の形状に加工する必要があるため、多層膜を支持して機械加工に耐え、プロセスを通してかかる熱的な負荷にも耐え得る材質が要求される。さらに、基材３には、環境温度変化に対し多層膜の膜厚方向の熱膨張収縮により生ずる光学特性の変化を抑制するという役割もある。多層膜２の熱膨張係数は概略３０ｘ１０^−７／ｄｅｇ．であり、これよりも熱膨張係数の大きい基材３を用いることで、例えば、熱膨張した多層膜を基材のさらに大きい熱膨張によって膜面方向に引っ張って膜厚の変化を最小限にする。これらの要求を満たす基材材質として、熱膨張係数１１０ｘ１０^−７／ｄｅｇ．の透明ガラスが主に使用される。
【００１３】
基材Ｂ面に設けられる反射防止膜４は、単層膜あるいは複数層の膜からなり、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２が主に使用されている。
【００１４】
光合分波器は低損失であること、すなわち光合分波器に光を通す前後で光量が低下しないことが重要である。低損失な光合分波器を用いることで、光量を増幅させる中継点が少なくて済む等、より安価な通信システムの構築が可能となる。
【００１５】
光合分波器で発生する損失には、大きく分けて２つあり、多層膜フィルター自身で生ずる損失と、それ以外の損失がある。光合分波器では、それぞれの多層膜フィルターは光ファイバーと接着剤等で接続、固定されている。この接続、固定状態によって損失が生じる場合がある。光ファイバーの端面の状態、多層膜フィルターと光ファイバーの接触状態を、固定に用いる接着剤や接着方法を検討することで低損失に抑えることが行われている。
【００１６】
多層膜フィルター自身で生ずる損失としては、所定の波長領域の、それぞれの波長の光について、入射光量が多層膜フィルターを通過したときに何％の光量となっているかを表す透過率をｄＢ（デシベル）表示したものがある。透過率をＡ％とすると、ｄＢ表示では透過率は１０ｌｏｇ_１０（Ａ／１００）（ｄＢ）であり、透過率が１００％の場合０ｄＢ、透過率が下がるとｄＢ表示では負の値となる。
【００１７】
図４に多層膜フィルターに光を入射した時の分光特性を示す。一般的に最大透過率の点Ｔｍａｘと入射光量の差を挿入損失という。挿入損失は、多層膜フィルターを光が通過することによって、透過させたい波長の光が入射光に対してどれだけ減少してしまったかを表すものであり、多層膜フィルター自身の損失を表すものである。以下、挿入損失という場合には、多層膜フィルター自身の損失を表すものとする。透過率が−１５ｄＢとなる波長をλａ，λｂと称し、λａとλｂの中心のλ_０を中心波長と呼ぶ。多層膜フィルターとしては、λａとλｂの差が小さい（透過率の傾きが大きい）こと、挿入損失が小さいこと、λ_０が設計値と一致することが望まれる。
【００１８】
挿入損失は、主に、多層膜フィルター内で起こる光の散乱に起因する。散乱とは、光の波が障害物にあたったときに、それを中心として、周囲に広がっていく波ができる現象である。
高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層させた構造であるため、膜間には界面が生じる。この界面の平坦性が悪いと界面での光の散乱が大きくなる。狭帯域フィルターの機能を上げるには、多層膜の積層数を多くする必要があり、必然的に界面の数も多くなる。積層された膜の界面を積層界面と称する。積層界面の平坦性が悪いと、光が積層界面を横切る毎に散乱が加わり、全体として大きな挿入損失を生じることになる。そのため、光が積層界面で散乱されて挿入損失を生じないように、多層膜の積層界面は、平坦であることが望まれる。反射防止膜に付いても同様である。
【００１９】
多層膜及び反射防止膜の積層界面の平坦性を悪くする主な要因として２つ挙げられる。一つは、薄膜自身が成長過程で生じる粒成長等によって膜面に凹凸が生じ積層界面の平坦性を悪化させる。他は、基材表面の凹凸が原因で積層界面に凹凸が生じ積層界面の平坦性を悪化させるものである。粒成長により生ずる凹凸は製膜条件を検討することで低減するしかない。基材表面に凹凸がある場合には、薄膜自身の成長過程での凹凸形成がなくても、基材の表面状態が転写されるかたちで薄膜が成長し、それが積層界面の凹凸となる。
【００２０】
基材の表面を平坦にして基材の凹凸の影響が出ないようにし、挿入損失を低減すると、基材の精密研磨が要求され加工時間の増加、歩留りの低下から基材の価格が大幅に上がるため、結果的に多層膜フィルターの価格を上げるだけでなく、大量生産の足枷となってしまっていた。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基材の表面状態と多層膜フィルターの挿入損失の関係を定量的に把握して、安価でかつ低損失、ばらつきの少ない多層膜フィルターを大量に提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層膜フィルターは、基材の一方の面に形成されたフィルター機能を有する多層膜および光反射防止膜、他方の面に形成された反射防止膜からなる光合分波器に用いられる多層膜フィルターであって、基材の表面粗さＲａは、多層膜形成面側は０．２ｎｍ以上０．７ｎｍ以下、反射防止膜形成面側は０．２ｎｍ以上１．４ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
表面粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さで規定される。
多層膜形成面（基材Ａ面）側の表面粗さＲａの上限が０．７ｎｍ、反射防止膜形成面（基材Ｂ面）側の表面粗さＲａの上限が１．４ｎｍの基材を使用することで、光合分波器に求められる低挿入損失の多層膜フィルターを得ることができる。表面粗さＲａが、基材Ａ面で０．７ｎｍ、基材Ｂ面で１．４ｎｍより大きくなると、挿入損失が大きな多層膜フィルターとなり、製品の歩留まりが大きく低下してしまう。基材Ａ，Ｂ面側の表面粗さＲａを、０．２ｎｍ未満としても、それ以上の挿入損失の低減効果は認められないだけでなく、基材の精密研磨にかかるコストが急激に増加する。また、基材Ａ，Ｂ面側とも、表面粗さＲａの下限を０．２ｎｍとすることで、基材の精密研磨コストの低減が図れる。
【００２４】
本発明の多層膜フィルターは、反射防止膜を形成する基材Ｂ面の表面粗さＲａ１と、多層膜を形成する基材Ａ面の表面粗さＲａ２の比Ｒａ１／Ｒａ２が１／１以上３／２以下であることを特徴とする。
【００２５】
基材Ｂ面は挿入損失に直接影響しないと考えられていたが、基材Ａ面とＢ面の表面粗さの比を３／２以下とすることで、挿入損失のばらつきを抑えられることが判った。しかし、基材Ｂ面は基材Ａ面に比べ表面粗さを良くする必要は特にない。基材の精密研磨を行い、表面粗さの良い面を基材Ａ面として使用することで、安価に多層膜フィルターを製造することが可能となる。基材Ａ面とＢ面の表面粗さが大きく異なると、表面粗さによる基材の反りが発生し、基材の反りによって多層膜にかかる応力の差が生じ挿入損失にばらつきが生じると考えられるため、基材Ａ面とＢ面の表面粗さの比を規定することは大きな意味を持つものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら本発明の実施形態について、以下に詳細を説明する。多層膜フィルター、多層膜の構成は従来技術と略同一であるので、同一の図を用いて説明する。図１に多層膜フィルターの斜視図、図３に多層膜の構成を示す。図３に示す多層膜の構成で、図１に示す多層膜フィルターを作製し、基材の表面粗さと挿入損失の関係を詳細に調べた。基材の表面粗さは、基材Ａ面を０．１ｎｍから１．０ｎｍまで、基材Ｂ面を０．１ｎｍから２．０ｎｍまで変化させた。
【００２７】
使用した基材は、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＴｉＯ_２を主成分とする厚さ１ｍｍのガラス板であり、その特性は（比重＝２．８８、ヤング率＝８５ＧＰａ，ビッカース硬度＝５７０、摩耗度（Ａａ）＝１９７、耐熱温度＝５００℃、熱伝導率＝０．９Ｗ／（ｍ・ｄｅｇ．）、熱膨張係数＝１０５×１０^−７／ｄｅｇ．（−３０〜７０℃）、熱膨張係数＝１１３×１０^−７／ｄｅｇ．（０〜２００℃）、耐水性ＲＷ（Ｐ）＝２、耐酸性ＲＡ（Ｐ）＝１、内部透過率＝９９．９％（波長１５５０ｎｍ）、屈折率ｎ＝１．６５８（波長１５５０ｎｍ計算値）、屈折率の温度変化ｄｎ／ｄｔ＝−０．７×１０^−６／ｄｅｇ．（波長１５５０ｎｍ、−３０℃〜７０℃計算値）である。
【００２８】
ガラス板は、スラリー濃度を５〜２０％、スラリー流量を１０〜１００ｍｌ／分、研磨速度（基板回転数、研磨パッドの回転数）を１０〜５０ｒｐｍの条件で、研磨時間を変えて精密研磨（ラッピング加工）を行った。スラリーには、酸化セリウム系およびコロイダルシリカ系を併用した。
【００２９】
基材Ａ，Ｂ面の表面粗さＲａは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定し、一辺１０μｍの正方形の領域で求めた。表面粗さの測定範囲が狭いため基材を代表する表面粗さの値とするには難があるので、約１．５ｍｍ角の領域で２０個所測定を行い、２０個の測定値中で最も表面粗さの大きい値を、その領域の表面粗さＲａとしている。
【００３０】
表面粗さを測定した基材Ａ面に多層膜を形成した。多層膜は図３に示す構成とした。キャビティー層の繰り返し数ｎ＝４とし、ミラー層の高屈折率膜と低屈折率膜の繰り返し数ｍは、キャビティー層を基材側から順に第１、第２、第３、第４とすると、第１、第２キャビティー層はｍ＝７、第３キャビティー層はｍ＝８、第４キャビティー層はｍ＝６とした。光反射防止膜は、光学膜厚がλ_０／２となるように低屈折率なＳｉＯ_２膜を形成した。ミラー層を構成する高屈折率膜にはＴａ_２Ｏ_５（屈折率２．１５）、低屈折率膜にはＳｉＯ_２（屈折率１．４６）を使用した。多層膜の総積層数は１２８層で、総膜厚（物理的膜厚）は約３４μｍとなった。
【００３１】
基材Ｂ面に形成する反射防止膜は、基材側から順に、Ｔａ_２Ｏ_５（３１９．９ｎｍ）、ＳｉＯ_２（４０３．４ｎｍ）、Ｔａ_２Ｏ_５（２５４．５ｎｍ）、ＳｉＯ_２（２０２．５ｎｍ）の順で、４層膜構造とした。括弧内は、成膜した物理膜厚を示している。
【００３２】
基材Ａ面の多層膜、光反射防止膜および基材Ｂ面の反射防止膜の形成には、イオンビームアシスト蒸着装置を使用し、成膜条件は表１の通りとした。前記の膜はいずれもＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２で構成されており、膜厚の違いによる成膜時間以外は、表１の成膜条件を用いた。
【００３３】
表１

【００３４】
成膜後、ダイアモンド砥石を用い１．４ｍｍ角切断し、図１に示す多層膜フィルターを得た後、基材Ａ，Ｂ面の表面粗さが異なる多層膜フィルターを用い、中心波長λ_０前後３ｎｍの波長範囲を有する光を多層膜フィルターに入射し、分光特性を測定し挿入損失を求めた。
【００３５】
図５に、基板Ａ面の表面粗さと挿入損失の関係を示す。基板Ｂ面の影響をなくすため、基板Ｂ面の表面粗さは０．３ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲の多層膜フィルターを用いている。基材Ａ面の０．１ｎｍから１．０ｎｍの表面粗さと挿入損失の間には相関関係が見られ、表面粗さが粗くなるに従い、挿入損失も増加している。特に表面粗さが０．７ｎｍを越えると挿入損失も−０．４ｄＢを越え多層膜フィルターとしては使用が難しいことが判る。また、基材Ａ面の表面粗さ０．１ｎｍから０．５ｎｍにおいては、挿入損失にほとんど差がなく安定して低い値が得られている。
【００３６】
図６に、基材Ｂ面の０．１から２．０ｎｍの表面粗さと挿入損失の関係を示す。基板Ａ面の影響をなくすため、基板Ａ面の表面粗さは０．３ｎｍ〜０．５ｎｍの範囲の多層膜フィルターを用いている。基材Ｂ面の表面粗さが０．１ｎｍから１．４ｎｍの間においては、挿入損失が−０．４ｄＢ以下であるが、１．５ｎｍを越えると挿入損失が増加し始め、２ｎｍになると挿入損失が−１．５ｄＢと多層膜フィルターとして使用できない値を示した。
【００３７】
基材Ｂ面に付加した、光ファイバーの反射損失には大きな差がないため、基材Ｂ面の表面粗さが挿入損失に影響を及ぼしていることは確かである。基材Ｂ面の表面粗さが基材Ａ面に形成された多層膜の挿入損失にどの様に影響しているか理論的な解明は出来ていない。しかし、基材Ａ面とＢ面の表面粗さが大きく異なると、表面粗さによる基材の反りが発生し、基材の反りによって多層膜にかかる応力の差が生じ挿入損失にばらつきが生じるものと考えられるが、確証が得られているわけではない。しかしながら、基材Ｂ面の表面粗さを規定することは、多層膜フィルターの挿入損失低減には重要であると言える。何れにしても、基材Ａ面の表面粗さは０．７ｎｍ、基材Ｂ面の表面粗さを１．４ｎｍ以下にすることで、挿入損失は−０．４ｄＢ以下が得られることが判る。
【００３８】
しかしながら、基材の表面粗さを良くするには研磨加工に時間を要するだけでなく歩留りの低下を招くものである。基材Ａ，Ｂ面の表面粗さを０．７ｎｍに加工するコストを１として、表面粗さと加工コスト比を図７に示す。加工コスト比には、歩留りによるコスト増加分も含んでいる。ここで言う歩留りを低下させる主な不良としては、修正出来ない基材表面のうねり、スクラッチ等によって基材が使用出来ないものである。加工コストは表面粗さが２．０ｎｍから０．３ｎｍ程度までは、表面粗さが良くなるに従い加工コストは単純に増加するが、０．２ｎｍ以下となると急激にコストが上昇している。これは、加工時間の増加に比べ、低歩留りによるコスト増加が著しいためである。このことから、基材Ａ，Ｂ面の表面粗さ下限を０．２ｎｍを限度にすることで、基材の加工コストの増加を抑えることが可能となる。また、上限を基材Ａ面は０．７ｎｍ，基材Ｂ面は１．４ｎｍとすることで、低損失で安価な多層膜フィルターを提供することができる。
【００３９】
本発明の他の実施例として、多層膜の積層数を１６４層に増やした多層膜フィルターにおいても、前述した、実施例と同様基材Ａ，Ｂ面の表面粗さと挿入損失に付いて測定を行った。
キャビティー層の繰り返し数ｎ＝５とし、ミラー層の繰り返し数ｍは、キャビティー層を基材側から順に第１、第２、・・、第５とし、第１、第２はｍ＝７、第３はｍ＝８、第４、第５はｍ＝７とした。多層膜上の光反射防止膜、基材Ｂ面の反射防止膜は、先の実施例と同じとした。
多層膜の総積層数は１６４層で、総膜厚（物理的膜厚）は約３９μｍであった。
【００４０】
基材の表面粗さと挿入損失の関係は、図５と図６に示した結果と同様な傾向と値であり、基材Ｂ面の表面粗さを０．３ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲としたとき、−０．４ｄＢ以下の挿入損失を示す基材Ａ面の表面粗さは、０．７ｎｍ以下であった。また、基材Ａ面の表面粗さを０．３ｎｍ〜０．５ｎｍの範囲としたときの、−０．４ｄＢ以下の挿入損失を示す基材Ｂ面の表面粗さは１．４ｎｍ以下であり、多層膜の積層数を変えても低損失が得られる基材の面粗さは同じであった。
【００４１】
基材Ａ面の表面粗さを０．２ｎｍ以上０．７ｎｍ以下、基材Ｂ面の表面粗さを０．２ｎｍ以上１．４ｎｍ以下にすることで、安価で低挿入損失な多層膜フィルターが得られることを示した。しかし、基材を前記表面粗さで製造した場合、挿入損失のばらつきが約０．２ｄＢあることが判った。多層膜フィルターとして使用する上では問題はないのであるが、よりばらつきの少ない多層膜フィルターを実現するため、基材Ａ面とＢ面の関係についてより詳細に調べた。基材Ｂ面の表面粗さをＲａ１、基材Ａ面の表面粗さをＲａ２とすると、Ｒａ１／Ｒａ２が３／２以下の関係を示す多層膜フィルターでは、Ｒａ１／Ｒａ２の値に関係なく、挿入損失のばらつきが小さいことが判った。Ｒａ１／Ｒａ２が３／２を超えた多層膜フィルターの挿入損失はばらつきが大きかった。
【００４２】
表２に、基材Ａ面の表面粗さの範囲と挿入損失のばらつきを示す。挿入損失のばらつきの項で全多層膜フィルターとは、基材Ａ面の表面粗さ範囲に入る全ての多層膜フィルターの挿入損失のばらつきを示し、Ｒａ１／Ｒａ２≦３／２の多層膜フィルターの項は、全多層膜フィルター内でＲａ１／Ｒａ２≦３／２の関係を満たす多層膜フィルターの挿入損失ばらつきを示している。ばらつきは、基材Ａ面の表面粗さ範囲にある多層膜フィルターが示した挿入損失の最大値から最小値を引いて求めている。
【００４３】
表２

【００４４】
表２から判るように、基材Ａ面表面粗さＲａ１とＢ面の表面粗さＲａ２の関係を、Ｒａ１／Ｒａ２が３／２以下とすることで、挿入損失のばらつきを抑えることができるものである。
基材Ａ，Ｂ面の表面粗さを規定することで、挿入損失の値を小さくすることができ、また、基材Ａ，Ｂ面の表面粗さの比を規定することで挿入損失のばらつきを小さくできるものである。
【００４５】
本発明の他の実施例として、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域での、基材表面粗さと挿入損失の関係について調べた。波長多重通信に使用される光の波長領域は、Ｃバンドと言われる１５３０〜１５６５ｎｍの領域が主に使用されているが、近年の大容量化に伴いＣバンドだけでは足りず、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）やＳバンド（１４６０〜１５３０ｎｍ）も必要となってきている。今後、さらに新しいバンドが加えられることは充分考えられることであり、多層膜フィルターとしては、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域においても、低挿入損失が要求されてくる。
【００４６】
中心波長λ_０の狙い値を１２００ｎｍ、１７００ｎｍの多層膜フィルターを作製した。膜構成は本発明の実施例と同じ１２８層とし、各膜の厚みを中心波長λ_０に合う様に調整した。多層膜の物理的総膜厚は、１２００ｎｍで約３０μｍ、１７００ｎｍで４３μｍとなった。
【００４７】
１２００ｎｍ，１７００ｎｍの多層膜フィルターの挿入損失と基材の表面粗さの関係は、他の実施例と同様、基材Ｂ面の表面粗さを０．３ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲としたとき、−０．４ｄＢ以下の挿入損失を示す基材Ａ面の表面粗さは、０．７ｎｍ以下であった。また、基材Ａ面の表面粗さを０．３ｎｍ〜０．５ｎｍの範囲としたときの、−０．４ｄＢ以下の挿入損失を示す基材Ｂ面の表面粗さは１．４ｎｍ以下であった。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、基材の多層膜形成面（基材Ａ面）の表面粗さを０．２ｎｍ以上０．７ｎｍ以下、基材の反射防止膜形成面（基材Ｂ面）の表面粗さを０．２ｎｍ以上１．４ｎｍとすることで、挿入損失を−０．４ｄＢ以下とすることができ、基材Ｂ面と基材Ａ面の表面粗さの比を３／２以下とすることで、挿入損失のばらつきを抑え、安価で高性能な多層膜フィルターを供給することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層膜フィルターの斜視図である。
【図２】光分波器の動作を説明する模式図である。
【図３】多層膜の膜構成図である。
【図４】多層膜フィルターの分光特性を示す図である。
【図５】基材Ａ面の表面粗さと挿入損失の関係を示す図である。
【図６】基材Ｂ面の表面粗さと挿入損失の関係を示す図である。
【図７】基材の表面粗さと加工コストの関係を示す図である。
【符号の説明】
２　多層膜フィルター、２　多層膜、３　基材、４　反射防止膜、
５　光分波器、６　キャビティー層、７　カップリング膜、８　ミラー層、
９　スペーサー膜、１０　光反射防止膜、１１　高屈折材層、
１２　低屈折材層。

Claims

基材の一方の面に形成された光フィルター機能を有する多層膜および光反射防止膜、他方の面に形成された反射防止膜からなる光合分波器用多層膜フィルターであって、基材の表面粗さＲａが多層膜形成面側は０．２ｎｍ以上０．７ｎｍ以下、反射防止膜形成面側は０．２ｎｍ以上１．４ｎｍ以下であることを特徴とする光合分波器用多層膜フィルター。
基材の反射防止膜形成面側の表面粗さＲａ１と、多層膜形成面側の表面粗さＲａ２の比Ｒａ１／Ｒａ２が、１／１以上３／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器用多層膜フィルター。