JP2004138798A

JP2004138798A - Multilayered dielectric band-pass filter

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Publication number: JP2004138798A
Application number: JP2002303152A
Authority: JP
Inventors: Noboru Uehara; 上原　昇; Katsuyoshi Takeuchi; 竹内　克佳; Osamu Hiramatsu; 平松　治
Original assignee: Suntech Co
Current assignee: Suntech Co
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayered dielectric film filter formed in such a manner that wavelength characteristics are not changed according to polarization modes even when a fluctuation in incident angle is caused in a band-pass filter using the multilayered dielectric films. <P>SOLUTION: The basic resonator structure of the multilayered dielectric film filter is constituted so that first stack layers 12-1, spacer layers 12-2 and second stack layers 12-3, and binding layers 12-4 are included. The spacer layers 12-2 comprise layers which are thin dielectric films alternately laminated with high-refractive index materials and low-refractive index materials and have a film thickness of integer times the film thicknesses of a plurality of quarter wave films. The summation of the coefficients of the integer times the respective layers is equal to that of positive even numbers. Peak wavelengths are substantially prevented from being deviated by polarization modes even according to a change in incident angle and desired characteristics can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体多層膜バンドパスフィルタに関し、特に偏光モードにより波長特性が変化しないようにした誘電体多層膜バンドパスフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光波長多重通信等において用いられる光バンドパスフィルタには、透過波長帯域において低損失であり、又平坦性が優れていること、透過波長帯域と阻止域とを急峻な透過スロープ特性で分離することが求められている。光通信分野においては波長１２００ｎｍ〜１８００ｎｍが主に使用されており、通常のフィルタの透過幅は０．０１ｎｍ〜１００　ｎｍと広範囲にわたる。誘電体多層膜を用いてバンドパスフィルタを構成する場合には、一般的に共振器構造が広く用いられている。最も簡単な共振器構造は、２つの反射鏡が半波長の整数倍の膜厚を有する誘電体材料からなる場合である。
【０００３】
さて、以下では波長選択性を有するための誘電体多層膜構造について説明する。光フィルタの膜設計によれば、屈折率が異なる２つの誘電体薄膜をＨ及びＬとし、夫々の屈折率をｎ_Ｈ、ｎ_Ｌ（ｎ_Ｈ＞ｎ_Ｌ）とすると、ある基準波長λ_０を中心に高反射率を有する誘電体多層膜ミラーの膜構造は次式で与えられる。
基板　／　Ｈ　Ｌ　Ｈ　Ｌ　・・・　Ｈ　Ｌ　／　媒質　・・・（１）
ここで、誘電体薄膜ＨとＬの膜厚ｄ_Ｈ，ｄ_Ｌは夫々４分のλの光学膜厚を有し、次式で与えられる。
ｄ_Ｈ＝λ_０／４ｎ_Ｈ　　・・・（２）
ｄ_Ｌ＝λ_０／４ｎ_Ｌ　　・・・（３）
最上層Ｌは媒質で介しており、一般的に媒質は空気、樹脂溶剤、固形基板等が考えられる。
（１）式はある基板の上に光学膜厚ｄ_Ｈとｄ_Ｌの２種類の誘電体薄膜Ｈ，Ｌを交互に積層することを表している。（１）式は次式のように簡便に表すことができる。
基板　／　（ＨＬ）^ｎ　／　媒質　・・・（４）
この式の中では、Ｈ，Ｌは式（２），（３）で示される膜厚を有する層を表している。又（４）式は基板上にＨＬのペアの層をｎ回繰り返し積層することを意味している。
すなわち、
基板　／　ＨＬＨＬＨＬ　／媒質
は
基板　／（ＨＬ）^３／　媒質
と等価である。
【０００４】
ところで、ある特定の光波長成分のみを分離したい場合には、バンドパスフィルタを用いることが多い。図１７に単一共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図を示す。使用する波長帯域において透明な基板１上に高屈折率材料膜（Ｈ）と低屈折率材料膜（Ｌ）とを交互に積層して第１のスタック層２を設ける。第１のスタック層２は（ＨＬ）^ｎＨの膜構造を有する反射鏡であるが、ｎが０の場合、即ち１層の場合も含まれる。次いでスペーサ層３が積層され、その上部に更に第２のスタック層４、結合層５が積層される。第２のスタック層４はＨ（ＬＨ）^ｎの膜構造を有する反射鏡であり、ｎ＝０、即ち１つの層の場合も含まれる。そしてスペーサ層の膜構造はｓＬ（ｓ＝２，４・・）である。ここでＨ及びＬは設計波長に対して１／４波長に相当する膜厚の層である。バンドパスフィルタのバンド幅はそのフィルタを構成するスタック層２，４の反射率と、スペーサ層３の厚さとに依存する。フィルタを構成する共振器構造は誘電体多層膜フィルタの基本的な積層単位である。
【０００５】
この共振器構造は単一又は複数で用いられる。複数の場合は第１の共振器構造の上にフィルタ特性をシャープにするために結合層５と呼ばれる屈折率の１／４の膜厚の層Ｌを介して、別の共振器構造の多層膜が積層される。
【０００６】
図８はこの二重共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの一例を示すものである。このバンドパスフィルタは、以下の膜構造を有している。
基板／
［（ＨＬ）^２Ｈ４ＬＨ（ＬＨ）^２Ｌ］［（ＨＬ）^２Ｈ６ＬＨ（ＬＨ）^２Ｌ］
／媒質
即ち基板１の上部に第１スタック層２ａ、スペーサ層３ａ、第２スタック層４ａが形成され、結合層５ａを介して第２の共振器構造を構成する第２スタック層２ｂ、第２スペーサ層３ｂ、第２スタック層４ｂ、結合層５ｂが形成されている。更にｍ重の共振器構造の誘電体多層膜フィルタの場合はこれと同一の共振器構造が順次積層される。
【０００７】
さて誘電体多層膜バンドパスフィルタをある光の入射角度で使用する場合に、フィルタの透過特性が劣化しないことが望ましい。誘電体多層膜を基本としたフィルタは干渉効果が最大となる基準波長（リファレンス波長）を波長λ_０とすると、薄膜の基本膜厚である１／４波長の光学膜厚ｄ_Ｈ，ｄ_Ｌは前述した（２），（３）で示される。そして光線が多層膜を角度θで伝搬する場合を考えると、（２），（３）式は次式で書き直される。
ｄ_Ｈ・ｃｏｓ　θ＝λ_０／４ｎ_Ｈ　・・・（４）
ｄ_Ｌ・ｃｏｓ　θ＝λ_０／４ｎ_Ｌ　・・・（５）
これらの式（４），（５）より、入射光線の多層膜への入射角度を大きくすると基準波長は短波長に変化することがわかる。バンドパスフィルタを作成する場合はこのように多重共振器構造の多層膜設計が用いられる。しかし光の入射角度が０（垂直入射）以外の場合は、通常の膜設計によるとそのバンドパスフィルタの中心波長が２つのＳ偏光モード、Ｐ偏光モードに対して異なり、入射角度が増加するに従い、各偏光モードの中心波長の差が急激に増加する。従って入射角度が大きくなると、フィルタ特性は各偏光モードに対し異なるふるまいを示し、入射光線に対するフィルタ全体の特性が劣化するという欠点があった。
【０００８】
このような欠点を解消するために、任意の偏光光線に対して透過した光線の偏光面を９０°回転させて再び誘電体多層膜フィルタを通過させることで、偏光依存性を相殺し偏光を無依存化することが提案されている（特許文献１）。
【０００９】
又膜構造自体を変更し、偏光モードに対応するバンドパスフィルタ特性が分離しない膜構造を提案したものもある（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１４６０２０号公報
【特許文献２】
米国特許第５，９２６，３１７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
今日の高密度光波長多重通信（ＤＷＤＭ）ネットワークにおける高密度化により、周波数間隔２００ＧＨｚ（波長１．５μｍにおいて波長間隔が１．６ｎｍ）、１００ＧＨｚ（同０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（同０．４ｎｍ）、更には２５ＧＨｚ（同０．２ｎｍ）以下へと狭帯域化している。このような狭帯域化に対応するため、バンドパスフィルタへの入射角を変えて波長可変とする場合、各偏光モードに対応した中心波長のずれは２００ｐｍ以下でなければならない。このような狭帯域の光信号ネットワークに対応した波長可変特性を有する誘電体多層膜フィルタを実現することが必要となっている。従来では偏光モードに応じて中心波長が異なってくるため使用する角度が制限されたり、波長可変範囲が狭いという欠点があった。又特許文献１の方法では、光の取り扱いが複雑になるという欠点があった。又特許文献２の光バンドパスフィルタでは、偏光モードに対するフィルタ特性の分離の改善効果性が充分でないという欠点があった。
【００１２】
本発明は誘電体多層膜フィルタにおいて入射角が０より大きく増加しても２つの偏光モードのフィルタ特性が重なり合う特別な条件のフィルタ膜構造を見いだすことによって、２つの偏光モードの中心波長差が大きくならず高密度の光波長多重通信に使用することができる誘電体多層膜フィルタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の光学膜厚の誘電体薄膜より構成されるものであり、前記スペーサ層は、少なくとも４層以上の、１／４波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材の層を交互に積層した誘電体薄膜より構成され、これらの各層の整数倍数の係数の総和は正の偶数に等しいものであり、前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の膜厚の誘電体膜厚より構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項２の発明は、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、少なくとも最初と最後の基本共振器構造を除く基本共振器構造は、
Ａ＝［（ＸＹ）^ｎ（ａ_ｉＸｂ_ｉＹ）^ｊ（ＹＸ）^ｎｒＹ］
で表されるものであり、ここでＸは１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材又は低屈折率材の誘電体薄膜であり、Ｙはそれ以外の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する誘電体薄膜であり、ｉは１〜ｊまでの値をとる自然数であり、ｎ，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２は１以上の整数であり、ｂ_３，ａ_４，ｂ_４・・・は０又は１以上の整数であり、ａ_１，ａ_３の少なくとも一方は１以上の整数であり、ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋・・・ａ_ｉ＋ｂ_ｉの総和は正の偶数であり、ｒは１以上の正の奇数であり、これらの値は各基本共振器構造毎に決められることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される。基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものである。第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の光学膜厚の誘電体薄膜より構成されるものである。又スペーサ層は、少なくとも４層以上の、１／４波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材の層を交互に積層した誘電体薄膜より構成され、これらの各層の整数倍数の係数の総和は正の偶数に等しいものである。更に第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長の膜厚の誘電体膜厚より構成される。
【００１６】
発明者はこのような構造によれば、光の入射角度を０より大きく増加しても従来とは異なり、偏光モード間のフィルタ中心波長のずれが極めて小さく、又フィルタ特性が劣化しにくい構造であることを見出した。
【００１７】
この基本共振器構造は、第１、第２のスタック層がスペーサ層に対して対称な鏡像の関係にあることが好ましい。この誘電体多層膜バンドパスフィルタの基本共振器構造は、各基本共振器のスペーサ構造が全て同一としてもよい。又誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造は、他の共振器構造と連結される際に低屈折率材及び高屈折率材のいずれかの１／４波長の光学膜厚の奇数倍の膜厚の結合層を介して接続することが好ましい。
【００１８】
少なくとも最初と最後を除く基本共振器構造は次式で与えられる。
（ＸＹ）^ｎ（ａ_ｉＸｂ_ｉＹ）^ｊ（ＹＸ）^ｎｒＹ
ここでＸは式（２）又は（３）で示される１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材、低屈折率材のいずれかの膜である。Ｙは他方の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する膜である。ＸとＹとは、互いに異なる屈折率を有している。ｊは２以上の自然数、ｉは１〜ｊまでの値をとる自然数、ｎ，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２は１以上の整数、ａ_１，ａ_３は少なくとも一方が１以上の整数、ｂ_３，ａ_４，ｂ_４・・・は０又は１以上の整数である。そしてａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２・・・＋ａ_ｊ＋ｂ_ｊの総和は正の偶数に等しくする。ｒは１，３，５・・・等の正の奇数とする。尚、これらの値ｎ，ｊ，ａ_１，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２・・・，ｒは各基本共振器構造毎に同一でもよく、異なっていてもよい。更にこの基本共振器構造を４以上持つバンドパスフィルタとする。この基本共振器構造毎が積層される場合、各層の最上部に前述したようにλ_０／４の奇数倍（ｒ倍）の光学厚さを有するＹの結合層を設ける。
【００１９】
このような条件を満たした場合に、光線の入射角を０から増加し、フィルタ中心波長を可変する方式においてフィルタ波長可変範囲は５０ｎｍ以上で、且つ偏光モード間のフィルタ中心波長の差は±２００ｐｍ以下となる。そして本発明では共振器構造を４重以上とすることによって必要なフィルタ特性をシャープにすることができる。
【００２０】
本発明の誘電体多層膜バンドパスフィルタにおいては、基板には使用波長域において透明な広範囲な材料、例えば光学結晶、光学ガラス、石英、透明プラスチック、ポリマー材等を適用できる。誘電体多層膜バンドパスフィルタを構成する光学薄膜材料には、適用波長域において透明で一般的に使用されている材料から選択することができる。
【００２１】
高屈折率膜、低屈折率膜としては、例えば屈折率が１．２３〜５．６７までの範囲では、フッ化カルシウムＣａＦ_２（屈折率１．２３）、フッ化マグネシウムＭｇＦ_２（屈折率１．３８）、二酸化シリコンＳｉＯ_２（屈折率１．４６）、酸化マグネシウムＭｇＯ（屈折率１．８０）、五酸化タンタルＴａ_２Ｏ_５（屈折率２．１５）、五酸化ニオブＮｂ_２Ｏ_５（屈折率２．２４）、二酸化チタンＴｉＯ_２（屈折率２．４５）、セレン化亜鉛ＺｎＳｅ（屈折率２．４０）、テルル化鉛ＰｂＴｅ（屈折率５．６７）、窒化アルミニウムＡｌＮ（屈折率１．９４）、窒化シリコンＳｉ_３Ｎ_４（屈折率１．９５）、シリコンＳｉ（屈折率３．４）、ゲルマニウムＧｅ（屈折率４．０）、等の光学材料が用いられている。これらの光学薄膜のうち２種を高屈折率膜Ｈ、低屈折率膜Ｌとして選択する。
【００２２】
そして薄膜の成膜は、例えば電子ビーム蒸着法、イオンアシスト蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ），ディップコーティング法など、従来より用いられている製法が使用できる。フィルタを構成する多層膜設計においては、市販されている膜設計ソフトウェアが使用できる。例えばＴＦＣａｌｃ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｓｐｅｃｔｒａ　Ｉｎｃ．）、Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　Ｍａｃｌｏａｄ　（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ　Ｃｅｎｔｅｒ，　Ｉｎｃ．）などは光通信業界において主に使用されている。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。本実施例１は、２００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる５重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして、誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^６２Ｈ　３Ｌ　２Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^６Ｌ
（（ＨＬ）^７２Ｈ　３Ｌ　２Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^７Ｌ）^３
（ＨＬ）^６２Ｈ　３Ｌ　２Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^５１．０１３６Ｌ　０．７０３４Ｌ　０．５７２１Ｌ
／空気（屈折率１．０）
【００２４】
図１（ａ）は本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を示す図であり、基板１１上に第１〜第５の共振器構造１２，１３，１４，１５，１６が積層されている。図１（ｂ）は第１の共振器構造１２の構造を示している。第１の共振器構造１２は、（ＨＬ）^６から成る第１のスタック層１２−１、２Ｈ３Ｌ２ＨＬから成るスペーサ層１２−２、（ＬＨ）^６から成る第２のスタック層１２−３、及びＬから成る結合層１２−４から成り立っている。第２〜第４の共振器構造は、第１，第２のスタック層の層数を除いて第１の同一の共振器構造と同一であり、これらの共振器構造が４層積層されている。最終の第５の共振器構造のみが最後の３層の膜厚がわずかに異なっている。
【００２５】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一で、ａ_１＝２，ｂ_１＝３，ａ_２＝２，ｂ_２＝１である。各層の係数の合計、即ちａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２は８であり、偶数となっている。第５の共振器構造の最後の３層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は１５２層、全体の物理膜厚は４０μｍである。各偏光モードに対応するバンドパスフィルタの半値全幅の平均値は１ｎｍである。入射角度０°の場合は図２（ａ）にフィルタの透過特性を示すように、フィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２２°の場合は図２（ｂ）に示すように、中心波長１５１１．３ｎｍであり、入射角度の変化により３８．７ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図３に実施例１の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２５°まで増加すると、波長１５５０ｎｍから１５００ｎｍまでの約５０ｎｍの波長可変性が実現する。
【００２６】
又図４はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２５°の範囲で、２５ｐｍ以下を実現している。
【００２７】
次に特許文献２で示された３重共振器構造の誘電体多層膜フィルタ（従来例）と、本実施例１との比較を示す。いずれの場合も透過バンド半値幅は同じ１ｎｍである。以下の表１には従来例と本実施例１のフィルタ特性を比較している。ここでＦＯＭとは、挿入損失より０．５ｄＢ低い幅で定義される透過帯域幅ＢＷと挿入損失が２５ｄＢとなる阻止域幅ＢＷとの比で定義される。ＦＯＭが１の場合は理想的な矩形型のバンドパスフィルタである。
【表１】

従来例ではＦＯＭが０．３６であるのに対して、本実施例では０．７３と極めて信号選択性に優れている。又波長可変範囲は従来例では３５ｎｍであるが、本実施例１では５０ｎｍ以上を実現している。更に偏光モード間のフィルタ中心波長の差は従来例では不明であるが、本実施例１では２５ｐｍ以内であり、光通信ネットワークで求められる波長ずれ幅±２００ｐｍ以内を充分満足している。
【００２８】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍでは、Ｃバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例１で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００２９】
（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例２は１００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる６重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^６４Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　３Ｌ（ＬＨ）^６Ｌ
［（ＨＬ）^７４Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　３Ｌ（ＬＨ）^７Ｌ］^４
（ＨＬ）^６４Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　３Ｌ（ＬＨ）^６
／空気（屈折率１．０）
【００３０】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第６の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造は第１、第２のスタック層にＨＬ又はＬＨが６層積層されているのに対し、第２〜第５の共振器構造では、これらが夫々７層積層されている。第２〜第５の共振器構造は同一の共振器構造であって４層積層されており、夫々結合層Ｌが設けられる。又最終の共振器構造も第１、第２のスタック層にＨＬ又はＬＨが夫々６層積層されている。
【００３１】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一であり、ａ_１＝０，ｂ_１＝４，ａ_２＝４，ｂ_２＝３，ａ_３＝６，ｂ_３＝３である。、各層の係数の合計ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２＋ａ_３＋ｂ_３は２０である。多層膜の総数は１８３層、物理膜厚は６３．７μｍである。バンドパスフィルタの半値全幅の各偏光モードに対応するフィルタ特性の平均値は０．６ｎｍである。入射角度０°の場合は図５（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２２°の場合は図５（ｂ）に示すように波長１５１１．５ｎｍであり、入射角度の変化により３８．５ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図６に実施例２の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２５°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１５００ｎｍまでの約５０ｎｍの波長可変性が実現する。
【００３２】
又図７はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２５°の範囲で、３０ｐｍ以下を実現している。
【００３３】
光波長多重通信では波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例２で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００３４】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例３は５０ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる５重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^７６Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^７Ｌ
［（ＨＬ）^８６Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^８Ｌ］^３
（ＨＬ）^７６Ｌ　４Ｈ　３Ｌ　６Ｈ　Ｌ（ＬＨ）^６　０．７２６Ｌ　１．４４１２Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００３５】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第５の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造は第１、第２のスタック層ではＨＬ又はＬＨが７層積層されているのに対し、第２〜第４の共振器構造では、これらが夫々８層積層されている。第２〜第４の共振器構造は同一の共振器構造であって３層積層されており、夫々結合層Ｌが設けられる。又最終の共振器構造は第１のスタック層ＨＬが７層、第２のスタック層ＬＨが夫々６層積層され、更に次の２層の膜厚がＬ，Ｈから少し異なっている。
【００３６】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一であり、ａ_１＝０，ｂ_１＝６，ａ_２＝４，ｂ_２＝３，ａ_３＝６，ｂ_３＝１である。各層の係数の合計ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２＋ａ_３＋ｂ_３は２０である。最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は１７１層、物理膜厚は５７μｍである。バンドパスフィルタの半値全幅の各偏光モードに対応するフィルタ特性の平均値は０．３ｎｍである。入射角度０°の場合は図８（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２２°の場合は、図８（ｂ）に示すように波長１５１１．５ｎｍであり、入射角度の変化により３８．５ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図９に実施例３の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２５°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１４９５ｎｍまでの約５５ｎｍの波長可変性が実現する。
【００３７】
又図１０はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２６°の範囲で、２８ｐｍ以下を実現している。
【００３８】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例３で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００３９】
（実施例４）
次に本発明の実施例４について説明する。本実施例４は２５ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる６重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^８２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ（ＬＨ）^８Ｌ
［（ＨＬ）^９２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ（ＬＨ）^９Ｌ］^４
（ＨＬ）^８２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ　３Ｈ　２Ｌ（ＬＨ）^８０．６９３３Ｌ　１．４６８８Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００４０】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第６の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造は第１、第２のスタック層にＨＬ又はＬＨが８層積層されているのに対し、第２〜第５の共振器構造では、これらが夫々９層積層されている。第２〜第５の共振器構造は同一の共振器構造であって４層積層されており、夫々結合層Ｌが設けられる。又最終の共振器構造は第１のスタック層ＨＬが８層、第２のスタック層ＬＨが夫々８層形成され、更に次の２層の膜厚がＬ，Ｈから少し異なっている。
【００４１】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一であり、ａ_１＝０，ｂ_１＝２，ａ_２＝３，ｂ_２＝２，ａ_３＝３，ｂ_３＝２である。各層の係数の合計ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２＋ａ_３＋ｂ_３は１２である。最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は２３１層、物理膜厚は６４μｍである。バンドパスフィルタの半値全幅の各偏光モードに対応するフィルタ特性の平均値は０．１５ｎｍである。入射角度０°の場合は図１１（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２２°の場合は、図１１（ｂ）に示すように波長１５１１．８ｎｍであり、入射角度の変化により３８．２ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図１２に実施例４の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２６°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１５００ｎｍまでの約５０ｎｍの波長可変性が実現する。
【００４２】
又図１３はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２６°の範囲で、７ｐｍ以下を実現している。
【００４３】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例４で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００４４】
（実施例５）
次に本発明の実施例５について説明する。本実施例５は１２．５ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる７重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ_０は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（ＨＬ）^８８Ｌ　７Ｈ　４Ｌ　Ｈ　１０Ｌ（ＬＨ）^８Ｌ
［（ＨＬ）^９８Ｌ　７Ｈ　４Ｌ　Ｈ　１０Ｌ（ＬＨ）^９Ｌ］^５
（ＨＬ）^８８Ｌ　７Ｈ　４Ｌ　Ｈ　１０Ｌ（ＬＨ）^８
／空気（屈折率１．０）
【００４５】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第７の共振器構造が設けられている。第１の共振器構造は第１、第２のスタック層にＨＬ又はＬＨが８層積層されているのに対し、第２〜第６の共振器構造では、これらが夫々９層積層されている。第２〜第６の共振器構造は同一の共振器構造であってこれらが６層積層されており、夫々結合層Ｌが設けられる。又最終の共振器構造も第１、第２のスタック層にＨＬ又はＬＨが夫々８層形成されている。
【００４６】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一であり、ａ_１＝０，ｂ_１＝８，ａ_２＝７，ｂ_２＝４，ａ_３＝１，ｂ_３＝１０である。、各層の係数の合計ａ_１＋ｂ_１＋ａ_２＋ｂ_２＋ａ_３＋ｂ_３は３０である。多層膜の総数は２７１層、物理膜厚は１０７．０μｍである。バンドパスフィルタの半値全幅の各偏光モードに対応するフィルタ特性の平均値は０．０７ｎｍである。入射角度０°の場合は図１４（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２２°の場合は図１４（ｂ）に示すように波長１５０７ｎｍであり、入射角度の変化により４３ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図１５に実施例５の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２６°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１４９０ｎｍまでの約６０ｎｍの波長可変性が実現する。
【００４７】
又図１６はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度範囲０°から２６°の範囲で、９ｐｍ以下を実現している。
【００４８】
光波長多重通信では波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例５で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、スペーサ層を最適化すると共に、４重以上の共振器構造を用いることによって急峻な特性が得られる。そしてＰ偏光とＳ偏光との偏光成分が異なってもいずれも同様に波長特性がシフトし、一方の透過バンド幅の範囲内に他方が収まっている。そのため入射角度を変化させても大きな歪みがなくなる。従って入射角を比較的広い範囲で用いることができ、波長可変範囲を広くすることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１による誘電体多層膜バンドパスフィルタの構造を示す図であり、（ｂ）はその第１の共振器構造の詳細な構成を示す図である。
【図２】（ａ）は入射角０°のときの実施例１の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２２°のときの波長選択特性を示す図である。
【図３】実施例１の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図４】実施例１の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図５】（ａ）は入射角０°のときの実施例２の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２２°のときの波長選択特性を示す図である。
【図６】実施例２の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図７】実施例２の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図８】（ａ）は入射角０°のときの実施例３の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２２°のときの波長選択特性を示す図である。
【図９】実施例３の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図１０】実施例３の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は入射角０°のときの実施例４の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２２°のときの波長選択特性を示す図である。
【図１２】実施例４の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例４の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は入射角０°のときの実施例４の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２２°のときの波長選択特性を示す図である。
【図１５】実施例５の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図１６】実施例５の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図１７】従来の単一共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図である。
【図１８】従来の２重共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図である。
【符号の説明】
１１　基板
１２　第１共振器構造
１３　第２共振器構造
１４　第３共振器構造
１５　第４共振器構造
１５　第５共振器構造
１２−１　第１スタック層
１２−２　スペーサ層
１２−３　第２スタック層
１２−４　結合層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric multilayer film bandpass filter, and more particularly to a dielectric multilayer film bandpass filter in which wavelength characteristics are not changed by a polarization mode.
[0002]
[Prior art]
Optical bandpass filters used in optical wavelength division multiplexing communications must have low loss in the transmission wavelength band, excellent flatness, and separate the transmission wavelength band from the stop band with a steep transmission slope characteristic. Is required. In the optical communication field, a wavelength of 1200 nm to 1800 nm is mainly used, and a transmission width of a normal filter is as wide as 0.01 nm to 100 nm. When a bandpass filter is configured using a dielectric multilayer film, a resonator structure is generally widely used. The simplest resonator structure is where the two mirrors are made of a dielectric material having a thickness of an integral multiple of half a wavelength.
[0003]
Now, a dielectric multilayer film structure for having wavelength selectivity will be described below. According to the film design of the optical filter, two dielectric thin films having different refractive indices are defined as H and L, and each refractive index is defined as n._H, N_L(N_H> N_L), A reference wavelength λ₀The film structure of a dielectric multilayer mirror having a high reflectivity is given by the following equation.
Substrate / H L H L H L / Medium (1)
Here, the film thickness d of the dielectric thin films H and L_H, D_LHave an optical film thickness of λ of 4 minutes, respectively, and are given by the following equations.
d_H= Λ₀/ 4n_H・・・ (2)
d_L= Λ₀/ 4n_L・・・ (3)
The uppermost layer L is interposed with a medium, and the medium is generally air, a resin solvent, a solid substrate, or the like.
Equation (1) shows that an optical film thickness d is formed on a certain substrate._HAnd d_LThe two types of dielectric thin films H and L are alternately stacked. Equation (1) can be simply represented as the following equation.
Substrate / (HL)ⁿ/ Medium ・・・ (4)
In this equation, H and L represent layers having the film thickness represented by equations (2) and (3). Equation (4) means that the layers of the HL pair are repeatedly laminated on the substrate n times.
That is,
Substrate / {HLHLHL} / Medium
Is
Substrate / (HL)³/ Medium
Is equivalent to
[0004]
When it is desired to separate only a specific light wavelength component, a bandpass filter is often used. FIG. 17 shows a film structure diagram of a dielectric multilayer film bandpass filter having a single resonator structure. A first stack layer 2 is provided by alternately laminating high-refractive-index material films (H) and low-refractive-index material films (L) on a transparent substrate 1 in a wavelength band to be used. The first stack layer 2 is (HL)ⁿAlthough the reflecting mirror has the H film structure, the case where n is 0, that is, the case of a single layer is also included. Next, a spacer layer 3 is laminated, and a second stack layer 4 and a bonding layer 5 are further laminated thereon. The second stack layer 4 is H (LH)ⁿAnd n = 0, that is, the case of a single layer. The film structure of the spacer layer is sL (s = 2, 4,...). Here, H and L are layers having a film thickness corresponding to a quarter wavelength with respect to the design wavelength. The bandwidth of the band-pass filter depends on the reflectance of the

stack layers

2 and 4 constituting the filter and the thickness of the spacer layer 3. The resonator structure constituting the filter is a basic laminated unit of the dielectric multilayer filter.
[0005]
This resonator structure is used singly or in plural. In the case of a plurality of resonators, a multilayer film having another resonator structure is provided on the first resonator structure via a layer L called a coupling layer 5 having a thickness of 1/4 of the refractive index to sharpen filter characteristics. Are laminated.
[0006]
FIG. 8 shows an example of a dielectric multilayer film band-pass filter having this double resonator structure. This bandpass filter has the following film structure.
substrate/
[(HL)²H4LH (LH)²L] [(HL)²H6LH (LH)²L]
/medium
That is, the first stack layer 2a, the spacer layer 3a, and the second stack layer 4a are formed on the substrate 1, and the second stack layer 2b and the second spacer layer forming the second resonator structure via the coupling layer 5a. 3b, a second stack layer 4b, and a bonding layer 5b are formed. Further, in the case of a dielectric multilayer filter having an m-layer resonator structure, the same resonator structure is sequentially laminated.
[0007]
When a dielectric multilayer film bandpass filter is used at a certain incident angle of light, it is desirable that the transmission characteristics of the filter do not deteriorate. A filter based on a dielectric multilayer film sets a reference wavelength (reference wavelength) at which the interference effect is maximized to a wavelength λ.₀Then, the optical thickness d of 1/4 wavelength, which is the basic thickness of the thin film,_H, D_LAre represented by (2) and (3) described above. Considering the case where the light beam propagates through the multilayer film at an angle θ, the expressions (2) and (3) are rewritten by the following expression.
d_H・ Cos θ = λ₀/ 4n_H・・・ (4)
d_L・ Cos θ = λ₀/ 4n_L・・・ (5)
From these equations (4) and (5), it can be seen that when the incident angle of the incident light beam on the multilayer film is increased, the reference wavelength changes to a short wavelength. When a bandpass filter is created, a multilayer film design having a multiple resonator structure is used in this way. However, when the incident angle of light is other than 0 (perpendicular incidence), the center wavelength of the band-pass filter is different for the two S-polarization modes and P-polarization modes according to the ordinary film design, and as the incident angle increases. The difference between the center wavelengths of the respective polarization modes increases sharply. Therefore, when the incident angle is increased, the filter characteristics show different behaviors for each polarization mode, and there is a disadvantage that the characteristics of the entire filter with respect to the incident light are deteriorated.
[0008]
In order to eliminate such disadvantages, the polarization dependence of the transmitted light is rotated by 90 ° with respect to an arbitrary polarized light beam and passed through the dielectric multilayer filter again to cancel the polarization dependence and eliminate the polarized light. It has been proposed to make it dependent (Patent Document 1).
[0009]
In addition, there has been proposed a film structure in which the film structure itself is changed and the bandpass filter characteristics corresponding to the polarization mode are not separated (Patent Document 2).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-146020
[Patent Document 2]
US Patent 5,926,317
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the densification in today's high-density optical wavelength division multiplexing (DWDM) networks, the frequency spacing is 200 GHz (wavelength spacing is 1.6 nm at 1.5 μm wavelength), 100 GHz (0.8 nm wavelength), 50 GHz (0.4 nm wavelength). , And further narrowed to 25 GHz (0.2 nm). In order to cope with such narrowing of the band, when the wavelength is variable by changing the angle of incidence on the bandpass filter, the shift of the center wavelength corresponding to each polarization mode must be 200 pm or less. It is necessary to realize a dielectric multilayer filter having a wavelength tunable characteristic corresponding to such a narrow band optical signal network. Conventionally, the center wavelength differs depending on the polarization mode, so that the angle used is limited and the wavelength variable range is narrow. Further, the method of Patent Document 1 has a disadvantage that handling of light becomes complicated. Further, the optical bandpass filter disclosed in Patent Document 2 has a drawback that the effect of improving the separation of the filter characteristics from the polarization mode is not sufficient.
[0012]
The present invention finds a large difference in the center wavelength between two polarization modes by finding a filter film structure under special conditions in which the filter characteristics of the two polarization modes overlap even if the incident angle increases more than 0 in the dielectric multilayer filter. Another object of the present invention is to provide a dielectric multilayer filter that can be used for high-density optical wavelength division multiplexing communication.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An invention according to claim 1 of the present application is a dielectric multilayer film bandpass filter configured by laminating at least four basic resonator structures on a substrate, wherein the basic resonator structure includes a first stack layer , A spacer layer, and a second stack layer are stacked in this order, and the first stack layer has a quarter wavelength of a high refractive index material and a low refractive index material alternately stacked. The spacer layer comprises at least four or more high-refractive-index materials and a low-refractive-index material having an integral multiple of a quarter-wave optical thickness. The dielectric layer is composed of a dielectric thin film in which layers of materials are alternately laminated, and the sum of coefficients of these multiple integer multiples is equal to a positive even number. The second stack layer includes a high refractive index material and a low refractive index material. And a dielectric film having a thickness of 1/4 wavelength in which the dielectric materials are alternately laminated. It is characterized in.
[0014]
The invention of claim 2 of the present application is directed to a dielectric multilayer film band-pass filter formed by laminating at least four basic resonator structures on a substrate, wherein at least the first and last basic resonator structures are excluded. The resonator structure is
A = [(XY)ⁿ(A_iXb_iY)^j(YX)ⁿrY]
Where X is a dielectric thin film of a high refractive index material or a low refractive index material having an optical film thickness of １／ wavelength, and Y is １／ of other refractive index materials. A dielectric thin film having an optical film thickness of a wavelength, i is a natural number taking a value from 1 to j, and n and b₁, A₂, B₂Is an integer of 1 or more; b₃, A₄, B₄... is 0 or an integer of 1 or more, and a₁, A₃Is an integer of 1 or more;₁+ B₁+ A₂+ ... a_i+ B_iIs a positive even number, r is a positive odd number of 1 or more, and these values are determined for each basic resonator structure.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The dielectric multilayer bandpass filter of the present invention is formed by laminating at least four basic resonator structures on a substrate. In the basic resonator structure, a first stack layer, a spacer layer, and a second stack layer are stacked in this order. The first stack layer is composed of a dielectric thin film having an optical thickness of 光学 wavelength in which high refractive index materials and low refractive index materials are alternately laminated. The spacer layer is composed of at least four or more dielectric thin films in which layers of a high-refractive-index material and a low-refractive-index material having an integral multiple of an optical thickness of a quarter wavelength are alternately laminated, The sum of the integer multiple coefficients of each of these layers is equal to a positive even number. Further, the second stack layer is formed of a dielectric film having a thickness of 1/4 wavelength in which high refractive index materials and low refractive index materials are alternately laminated.
[0016]
According to such a structure, according to such a structure, even if the incident angle of light is increased more than 0, the shift of the filter center wavelength between the polarization modes is extremely small, and the filter characteristics are hardly deteriorated, unlike the related art. I found something.
[0017]
In this basic resonator structure, it is preferable that the first and second stack layers have a symmetric mirror image relationship with the spacer layer. In the basic resonator structure of this dielectric multilayer film bandpass filter, the spacer structures of the respective basic resonators may all be the same. The basic resonator structure of the dielectric multilayer film filter is a film having an odd multiple of the optical thickness of one-quarter wavelength of either the low refractive index material or the high refractive index material when connected to another resonator structure. Preferably, the connection is made via a thick tie layer.
[0018]
The basic resonator structure excluding at least the first and last is given by the following equation.
(XY)ⁿ(A_iXb_iY)^j(YX)ⁿrY
Here, X is a film of either a high refractive index material or a low refractive index material having a quarter wavelength optical film thickness represented by the formula (2) or (3). Y is a film having an optical thickness of １／ wavelength of the other refractive index material. X and Y have different refractive indices. j is a natural number of 2 or more, i is a natural number taking a value from 1 to j, n, b₁, A₂, B₂Is an integer of 1 or more, a₁, A₃Is an integer at least one of which is 1 or more; b₃, A₄, B₄... is 0 or an integer of 1 or more. And a₁+ B₁+ A₂+ B₂... + a_j+ B_jIs equal to a positive even number. r is a positive odd number such as 1, 3, 5,. Note that these values n, j, a₁, B₁, A₂, B₂, R may be the same or different for each basic resonator structure. Further, a bandpass filter having four or more basic resonator structures is used. When each of the basic resonator structures is laminated, as described above, λ₀A Y coupling layer having an optical thickness of an odd multiple (r times) of / 4 is provided.
[0019]
When such a condition is satisfied, in the method of increasing the incident angle of the light beam from 0 and varying the filter center wavelength, the filter wavelength variable range is 50 nm or more, and the difference of the filter center wavelength between the polarization modes is ± 200 pm. It is as follows. In the present invention, necessary filter characteristics can be sharpened by setting the resonator structure to four or more layers.
[0020]
In the dielectric multilayer film bandpass filter of the present invention, a wide range of transparent materials in the wavelength region to be used, for example, optical crystals, optical glasses, quartz, transparent plastics, and polymer materials can be applied to the substrate. The optical thin film material constituting the dielectric multilayer film bandpass filter can be selected from materials that are transparent and generally used in an applicable wavelength range.
[0021]
As the high refractive index film and the low refractive index film, for example, when the refractive index is in the range of 1.23 to 5.67, calcium fluoride CaF₂(Refractive index 1.23), magnesium fluoride MgF₂(Refractive index: 1.38), silicon dioxide SiO₂(Refractive index 1.46), magnesium oxide MgO (refractive index 1.80), tantalum pentoxide Ta₂O₅(Refractive index 2.15), niobium pentoxide Nb₂O₅(Refractive index 2.24), titanium dioxide TiO₂(Refractive index 2.45), zinc selenide ZnSe (refractive index 2.40), lead telluride PbTe (refractive index 5.67), aluminum nitride AlN (refractive index 1.94), silicon nitride Si₃N₄Optical materials such as (refractive index 1.95), silicon Si (refractive index 3.4), and germanium Ge (refractive index 4.0) are used. Two of these optical thin films are selected as a high refractive index film H and a low refractive index film L.
[0022]
The thin film is formed by, for example, electron beam evaporation, ion assist evaporation, DC magnetron sputtering, RF magnetron sputtering, ion plating, ion beam sputtering, molecular beam epitaxy (MBE), or chemical vapor deposition. Conventional methods such as (CVD) and dip coating can be used. In designing a multilayer film constituting a filter, commercially available film design software can be used. For example, TFCalc (Software Spectra Inc.), Essential Macload (Thin-Film Center, Inc.) and the like are mainly used in the optical communication industry.
[0023]
【Example】
(Example 1)
Next, a first embodiment of the present invention will be described. Example 1 Example 1 is a bandpass filter having a quintuple resonator structure used in an optical communication network for a 200 GHz frequency interval. Where design wavelength λ₀Was 1550 nm. Crystal glass WMS-15 manufactured by OHARA CORPORATION was used as a substrate. As the high refractive index film H, a dielectric thin film Ta₂O₅(Refractive index n_H= 2.15) and SiO 2 as the low refractive index film L₂Film (refractive index n_L= 1.46). The film structure of the dielectric multilayer band pass filter is shown below.
substrate/
(HL)⁶2H 3L 2H L (LH)⁶L
((HL)⁷2H 3L 2H L (LH)⁷L)³
(HL)⁶2H 3L 2H L (LH)⁵1.0136L 0.7034L 0.5721L
/ Air (refractive index 1.0)
[0024]
FIG. 1A is a diagram showing a film structure of a dielectric multilayer film bandpass filter according to the present embodiment. First to

fifth resonator structures

12, 13, 14, 15, and 16 are laminated on a substrate 11. FIG. Have been. FIG. 1B shows the structure of the first resonator structure 12. The first resonator structure 12 has (HL)⁶Stack layer 12-1 composed of 1H, 2H3L2HL, and spacer layer 12-2 composed of (LH)⁶And a bonding layer 12-4 made of L. The second to fourth resonator structures are the same as the first identical resonator structure except for the number of the first and second stack layers, and these resonator structures are stacked in four layers. . Only the final fifth resonator structure differs slightly in the thickness of the last three layers.
[0025]
The configuration of the spacer layer in each resonator structure is the same, and a₁= 2, b₁= 3, a₂= 2, b₂= 1. The sum of the coefficients of each layer, ie a₁+ B₁+ A₂+ B₂Is 8, which is an even number. The last three layers of the fifth resonator structure have been optimized to enhance matching with the air layer (refractive index 1.0), reduce insertion loss and flatten filter characteristics in the transmission band. . The total number of the multilayer films is 152 layers, and the total physical film thickness is 40 μm. The average value of the full width at half maximum of the bandpass filter corresponding to each polarization mode is 1 nm. When the incident angle is 0 °, the center wavelength of the filter is 1550 nm as shown in the transmission characteristics of the filter in FIG. As shown in this figure, the curves indicating the S-polarized light, the P-polarized light, and the average (Ave) thereof overlap each other. In the case of an incident angle of 22 °, as shown in FIG. 2B, the central wavelength is 1511.3 nm, and it can be seen that there is a wavelength variability of 38.7 nm due to a change in the incident angle. In addition, the transmission band of the filter is excellent in flatness, has low insertion loss, and has a characteristic that the insertion loss difference between S-polarized light and P-polarized light is extremely small. As for the polarization characteristics, the central wavelength of the S-polarized light falls within the transmission bandwidth of the P-polarized light, and it can be seen that the filter transmission characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light have no significant distortion even when the incident angle is increased. FIG. 3 shows a wavelength variable characteristic with respect to the incident angle of the center wavelength (CWL) of the first embodiment. Increasing the angle of incidence from 0 ° to 25 ° achieves a wavelength tunability of about 50 nm from 1550 nm to 1500 nm.
[0026]
FIG. 4 shows the difference between the filter center wavelengths of S-polarized light and P-polarized light. As shown in this figure, 25 pm or less is realized in the range of the incident angle from 0 ° to 25 ° that satisfies the wavelength variable range of 50 nm.
[0027]
Next, a comparison between the dielectric multilayer filter having a triple resonator structure (conventional example) disclosed in Patent Document 2 and the first embodiment will be described. In each case, the half band width of the transmission band is the same of 1 nm. Table 1 below compares the filter characteristics of the conventional example and the first embodiment. Here, the FOM is defined as a ratio between a transmission bandwidth BW defined by a width lower than the insertion loss by 0.5 dB and a stop band width BW at which the insertion loss becomes 25 dB. When FOM is 1, it is an ideal rectangular band-pass filter.
[Table 1]

While the FOM is 0.36 in the conventional example, it is 0.73 in the present embodiment, which is extremely excellent in signal selectivity. The wavelength variable range is 35 nm in the conventional example, but is 50 nm or more in the first embodiment. Further, although the difference in the filter center wavelength between the polarization modes is unknown in the conventional example, it is within 25 pm in the first embodiment, which sufficiently satisfies the wavelength shift width ± 200 pm required in the optical communication network.
[0028]
In optical wavelength division multiplexing communication, a C band (wavelength range: 35 nm) from 1530 nm to 1565 nm and an L band (band wavelength: 50 nm) from 1565 nm to 1615 nm are mainly used. In the wavelength variable range of 35 nm in the conventional example, it is applicable only to the C band. On the other hand, the wavelength variable range of 50 nm shown in the first embodiment can be applied not only to the C band but also to the L band.
[0029]
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Second Embodiment A second embodiment is a bandpass filter having a six-resonator structure used in an optical communication network for a 100 GHz frequency interval. Where design wavelength λ₀Was 1550 nm. Crystal glass WMS-15 manufactured by OHARA CORPORATION was used as a substrate. Dielectric thin film Ta as high refractive index film H₂O₅(Refractive index n_H= 2.15) and SiO 2 as the low refractive index film L₂Film (refractive index n_L= 1.46). The film structure of the dielectric multilayer band pass filter is shown below.
substrate/
(HL)⁶4L 4H 3L 6H 3L (LH)⁶L
[(HL)⁷4L 4H 3L 6H 3L (LH)⁷L]⁴
(HL)⁶4L 4H 3L 6H 3L (LH)⁶
/ Air (refractive index 1.0)
[0030]
In the dielectric multilayer film bandpass filter according to the present embodiment, first to sixth resonator structures are stacked on a substrate. In the first resonator structure, six HL or LH layers are stacked on the first and second stack layers, whereas in the second to fifth resonator structures, seven layers each are stacked. . The second to fifth resonator structures have the same resonator structure, are stacked in four layers, and are each provided with a coupling layer L. In the final resonator structure, six layers of HL or LH are respectively laminated on the first and second stack layers.
[0031]
The configuration of the spacer layer of each resonator structure is the same, and a₁= 0, b₁= 4, a₂= 4, b₂= 3, a₃= 6, b₃= 3. , Sum of coefficients of each layer a₁+ B₁+ A₂+ B₂+ A₃+ B₃Is 20. The total number of multilayer films is 183, and the physical film thickness is 63.7 μm. The average value of the filter characteristics corresponding to each polarization mode of the full width at half maximum of the bandpass filter is 0.6 nm. When the incident angle is 0 °, the center wavelength of the filter is 1550 nm as shown in the filter transmission characteristics in FIG. As shown in this figure, the curves indicating the S-polarized light, the P-polarized light, and the average (Ave) thereof overlap each other. In the case of the incident angle of 22 °, the wavelength is 1511.5 nm as shown in FIG. 5B, and it can be seen that there is a wavelength variability of 38.5 nm due to the change of the incident angle. In addition, the transmission band of the filter is excellent in flatness, has low insertion loss, and has a characteristic that the insertion loss difference between S-polarized light and P-polarized light is extremely small. As for the polarization characteristics, the central wavelength of the S-polarized light falls within the transmission bandwidth of the P-polarized light, and it can be seen that the filter transmission characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light have no significant distortion even when the incident angle is increased. FIG. 6 shows a wavelength variable characteristic with respect to the incident angle of the center wavelength (CWL) of the second embodiment. When the angle of incidence is changed from 0 ° to 25 °, wavelength tunability of about 50 nm from 1550 nm to 1500 nm is realized.
[0032]
FIG. 7 shows the difference between the filter center wavelengths of S-polarized light and P-polarized light. As shown in this figure, 30 pm or less is realized in the range of the incident angle from 0 ° to 25 ° that satisfies the wavelength variable range of 50 nm.
[0033]
In optical wavelength division multiplexing communication, a C band (wavelength range: 35 nm) from 1530 nm to 1565 nm and an L band (band wavelength: 50 nm) from 1565 nm to 1615 nm are mainly used. In the wavelength variable range of 35 nm in the conventional example, it is applicable only to the C band. On the other hand, in the wavelength variable range of 50 nm shown in the second embodiment, the present invention can be applied not only to the C band but also to the L band.
[0034]
(Example 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Third Embodiment A third embodiment is a bandpass filter having a quintuple resonator structure used in an optical communication network for a 50 GHz frequency interval. Where design wavelength λ₀Was 1550 nm. Crystal glass WMS-15 manufactured by OHARA CORPORATION was used as a substrate. Dielectric thin film Ta as high refractive index film H₂O₅(Refractive index n_H= 2.15) and SiO 2 as the low refractive index film L₂Film (refractive index n_L= 1.46). The film structure of the dielectric multilayer band pass filter is shown below.
substrate/
(HL)⁷6L 4H 3L 6H L (LH)⁷L
[(HL)⁸6L 4H 3L 6H L (LH)⁸L]³
(HL)⁷6L 4H 3L 6H L (LH)⁶0.726L 1.4412H
/ Air (refractive index 1.0)
[0035]
In the dielectric multilayer film bandpass filter according to the present embodiment, first to fifth resonator structures are stacked on a substrate. In the first resonator structure, seven HLs or LHs are stacked in the first and second stack layers, whereas in the second to fourth resonator structures, eight layers are stacked, respectively. . The second to fourth resonator structures have the same resonator structure and are laminated in three layers, and each has a coupling layer L. In the final resonator structure, seven first stack layers HL and six second stack layers LH are stacked, and the thicknesses of the next two layers are slightly different from L and H.
[0036]
The configuration of the spacer layer of each resonator structure is the same, and a₁= 0, b₁= 6, a₂= 4, b₂= 3, a₃= 6, b₃= 1. Sum of coefficients of each layer a₁+ B₁+ A₂+ B₂+ A₃+ B₃Is 20. The last two layers have been optimized to enhance matching with the air layer (refractive index 1.0), reduce insertion loss, and flatten filter characteristics in the transmission band. The total number of the multilayer films is 171 layers, and the physical film thickness is 57 μm. The average value of the filter characteristics corresponding to each polarization mode of the full width at half maximum of the bandpass filter is 0.3 nm. When the incident angle is 0 °, the center wavelength of the filter is 1550 nm as shown in FIG. As shown in this figure, the curves indicating the S-polarized light, the P-polarized light, and the average (Ave) thereof overlap each other. In the case of the incident angle of 22 °, the wavelength is 1511.5 nm as shown in FIG. 8B, and it can be seen that there is a wavelength variability of 38.5 nm due to the change of the incident angle. In addition, the transmission band of the filter is excellent in flatness, has low insertion loss, and has a characteristic that the insertion loss difference between S-polarized light and P-polarized light is extremely small. As for the polarization characteristics, the central wavelength of the S-polarized light falls within the transmission bandwidth of the P-polarized light, and it can be seen that the filter transmission characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light have no significant distortion even when the incident angle is increased. FIG. 9 shows a wavelength variable characteristic with respect to the incident angle of the center wavelength (CWL) of the third embodiment. When the incident angle is changed from 0 ° to 25 °, wavelength tunability of about 55 nm from 1550 nm to 1495 nm is realized.
[0037]
FIG. 10 shows the difference between the filter center wavelengths of S-polarized light and P-polarized light. As shown in this figure, 28 pm or less is realized in the range of the incident angle from 0 ° to 26 ° that satisfies the wavelength variable range of 50 nm.
[0038]
In optical wavelength division multiplexing communication, a C band (wavelength range: 35 nm) from 1530 nm to 1565 nm and an L band (band wavelength: 50 nm) from 1565 nm to 1615 nm are mainly used. In the wavelength variable range of 35 nm in the conventional example, it is applicable only to the C band. On the other hand, in the wavelength variable range of 50 nm shown in the third embodiment, the present invention can be applied not only to the C band but also to the L band.
[0039]
(Example 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Fourth Embodiment A fourth embodiment is a bandpass filter having a six-cavity structure used in an optical communication network for a 25 GHz frequency interval. Where design wavelength λ₀Was 1550 nm. Crystal glass WMS-15 manufactured by OHARA CORPORATION was used as a substrate. Dielectric thin film Ta as high refractive index film H₂O₅(Refractive index n_H= 2.15) and SiO 2 as the low refractive index film L₂Film (refractive index n_L= 1.46). The film structure of the dielectric multilayer band pass filter is shown below.
substrate/
(HL)⁸2L 3H 2L 3H 2L (LH)⁸L
[(HL)⁹2L 3H 2L 3H 2L (LH)⁹L]⁴
(HL)⁸2L 3H 2L 3H 2L (LH)⁸0.6933L 1.4688H
/ Air (refractive index 1.0)
[0040]
In the dielectric multilayer film bandpass filter according to the present embodiment, first to sixth resonator structures are stacked on a substrate. In the first resonator structure, eight layers HL or LH are stacked on the first and second stack layers, whereas in the second to fifth resonator structures, nine layers each are stacked. . The second to fifth resonator structures have the same resonator structure, are stacked in four layers, and are each provided with a coupling layer L. In the final resonator structure, eight first stack layers HL and eight second stack layers LH are formed, and the thicknesses of the next two layers are slightly different from L and H.
[0041]
The configuration of the spacer layer of each resonator structure is the same, and a₁= 0, b₁= 2, a₂= 3, b₂= 2, a₃= 3, b₃= 2. Sum of coefficients of each layer a₁+ B₁+ A₂+ B₂+ A₃+ B₃Is 12. The last two layers have been optimized to enhance matching with the air layer (refractive index 1.0), reduce insertion loss, and flatten filter characteristics in the transmission band. The total number of multilayer films is 231 and the physical thickness is 64 μm. The average value of the filter characteristics corresponding to each polarization mode of the full width at half maximum of the bandpass filter is 0.15 nm. When the incident angle is 0 °, the center wavelength of the filter is 1550 nm as shown in FIG. As shown in this figure, the curves indicating the S-polarized light, the P-polarized light, and the average (Ave) thereof overlap each other. In the case of the incident angle of 22 °, the wavelength is 1511.8 nm as shown in FIG. 11B, and it can be seen that there is a wavelength variability of 38.2 nm due to the change of the incident angle. In addition, the transmission band of the filter is excellent in flatness, has low insertion loss, and has a characteristic that the insertion loss difference between S-polarized light and P-polarized light is extremely small. As for the polarization characteristics, the central wavelength of the S-polarized light falls within the transmission bandwidth of the P-polarized light, and it can be seen that the filter transmission characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light have no significant distortion even when the incident angle is increased. FIG. 12 shows a wavelength variable characteristic with respect to the incident angle of the center wavelength (CWL) of the fourth embodiment. When the incident angle is changed from 0 ° to 26 °, a wavelength tunability of about 50 nm from 1550 nm to 1500 nm is realized.
[0042]
FIG. 13 shows the difference between the filter center wavelengths of S-polarized light and P-polarized light. As shown in this figure, 7 pm or less is realized in the range of the incident angle from 0 ° to 26 ° that satisfies the wavelength variable range of 50 nm.
[0043]
In optical wavelength division multiplexing communication, a C band (wavelength range: 35 nm) from 1530 nm to 1565 nm and an L band (band wavelength: 50 nm) from 1565 nm to 1615 nm are mainly used. In the wavelength variable range of 35 nm in the conventional example, it is applicable only to the C band. On the other hand, in the wavelength variable range of 50 nm shown in the fourth embodiment, the present invention can be applied not only to the C band but also to the L band.
[0044]
(Example 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Fifth Embodiment A fifth embodiment is a bandpass filter having a seven-cavity structure used in an optical communication network for 12.5 GHz frequency intervals. Where design wavelength λ₀Was 1550 nm. Crystal glass WMS-15 manufactured by OHARA CORPORATION was used as a substrate. Dielectric thin film Ta as high refractive index film H₂O₅(Refractive index n_H= 2.15) and SiO 2 as the low refractive index film L₂Film (refractive index n_L= 1.46). The film structure of the dielectric multilayer band pass filter is shown below.
substrate/
(HL)⁸8L 7H 4L H 10L (LH)⁸L
[(HL)⁹8L 7H 4L H 10L (LH)⁹L]⁵
(HL)⁸8L 7H 4L H 10L (LH)⁸
/ Air (refractive index 1.0)
[0045]
In the dielectric multilayer film bandpass filter according to the present embodiment, first to seventh resonator structures are provided on a substrate. In the first resonator structure, eight layers HL or LH are stacked on the first and second stack layers, whereas in the second to sixth resonator structures, nine layers each are stacked. . The second to sixth resonator structures have the same resonator structure, are stacked in six layers, and are each provided with a coupling layer L. In the final resonator structure, eight HLs or LHs are formed on the first and second stack layers, respectively.
[0046]
The configuration of the spacer layer of each resonator structure is the same, and a₁= 0, b₁= 8, a₂= 7, b₂= 4, a₃= 1, b₃= 10. , Sum of coefficients of each layer a₁+ B₁+ A₂+ B₂+ A₃+ B₃Is 30. The total number of the multilayer films is 271 layers, and the physical film thickness is 107.0 μm. The average value of the filter characteristics corresponding to each polarization mode of the full width at half maximum of the bandpass filter is 0.07 nm. When the incident angle is 0 °, the center wavelength of the filter is 1550 nm as shown in FIG. As shown in this figure, the curves indicating the S-polarized light, the P-polarized light, and the average (Ave) thereof overlap each other. In the case of the incident angle of 22 °, the wavelength is 1507 nm as shown in FIG. 14B, and it can be seen that there is a wavelength variability of 43 nm due to the change of the incident angle. In addition, the transmission band of the filter is excellent in flatness, has low insertion loss, and has a characteristic that the insertion loss difference between S-polarized light and P-polarized light is extremely small. As for the polarization characteristics, the central wavelength of the S-polarized light falls within the transmission bandwidth of the P-polarized light, and it can be seen that the filter transmission characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light have no significant distortion even when the incident angle is increased. FIG. 15 shows a wavelength variable characteristic with respect to the incident angle of the center wavelength (CWL) of the fifth embodiment. When the incident angle is changed from 0 ° to 26 °, wavelength tunability of about 60 nm from 1550 nm to 1490 nm is realized.
[0047]
FIG. 16 shows the difference between the filter center wavelengths of S-polarized light and P-polarized light. As shown in this figure, 9 pm or less is realized in an incident angle range of 0 ° to 26 ° that satisfies the wavelength variable range of 50 nm.
[0048]
In optical wavelength division multiplexing communication, a C band (wavelength range: 35 nm) from 1530 nm to 1565 nm and an L band (band wavelength: 50 nm) from 1565 nm to 1615 nm are mainly used. In the wavelength variable range of 35 nm in the conventional example, it is applicable only to the C band. On the other hand, in the wavelength variable range of 50 nm shown in the fifth embodiment, the present invention can be applied not only to the C band but also to the L band.
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a steep characteristic can be obtained by optimizing the spacer layer and using a resonator structure having four or more layers. Even if the polarization components of the P-polarized light and the S-polarized light are different, the wavelength characteristics are similarly shifted, and the other is within the range of one transmission bandwidth. Therefore, even if the incident angle is changed, a large distortion does not occur. Therefore, an excellent effect that an incident angle can be used in a relatively wide range and a wavelength variable range can be widened can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram illustrating a structure of a dielectric multilayer bandpass filter according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a detailed configuration of a first resonator structure thereof. .
2A is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic of Example 1 when an incident angle is 0 °, and FIG. 2B is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic when an incident angle is 22 °.
FIG. 3 is a graph showing a change in a center wavelength with respect to an incident angle in Example 1.
FIG. 4 is a graph showing a center wavelength difference between polarization modes with respect to an incident angle in Example 1.
5A is a diagram illustrating the wavelength selection characteristics of Example 2 when the incident angle is 0 °, and FIG. 5B is a diagram illustrating the wavelength selection characteristics when the incident angle is 22 °.
FIG. 6 is a graph showing a change in a center wavelength with respect to an incident angle in Example 2.
FIG. 7 is a graph showing a center wavelength difference between polarization modes with respect to an incident angle in Example 2.
8A is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic of Example 3 when an incident angle is 0 °, and FIG. 8B is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic when an incident angle is 22 °.
FIG. 9 is a graph showing a change in a center wavelength with respect to an incident angle in Example 3.
FIG. 10 is a graph showing a center wavelength difference between polarization modes with respect to an incident angle in Example 3.
11A is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic of Example 4 when an incident angle is 0 °, and FIG. 11B is a diagram illustrating a wavelength selection characteristic when an incident angle is 22 °.
FIG. 12 is a graph showing a change in a center wavelength with respect to an incident angle in Example 4.
FIG. 13 is a graph showing a center wavelength difference between polarization modes with respect to an incident angle in Example 4.
14A is a diagram illustrating the wavelength selection characteristics of Example 4 when the incident angle is 0 °, and FIG. 14B is a diagram illustrating the wavelength selection characteristics when the incident angle is 22 °.
FIG. 15 is a graph showing a change in a center wavelength with respect to an incident angle in Example 5.
FIG. 16 is a graph showing a center wavelength difference between polarization modes with respect to an incident angle in Example 5.
FIG. 17 is a diagram showing a film structure of a conventional dielectric multilayer bandpass filter having a single resonator structure.
FIG. 18 is a diagram showing a film structure of a conventional dielectric multilayer film bandpass filter having a double resonator structure.
[Explanation of symbols]
11 substrate
12 first resonator structure
13 Second resonator structure
14 Third resonator structure
15 ° Fourth resonator structure
15 ° Fifth resonator structure
12-1 @ First stack layer
12-2 Spacer layer
12-3 Second stack layer
12-4 bonding layer

Claims

A dielectric multilayer film bandpass filter configured by laminating at least four basic resonator structures on a substrate,
In the basic resonator structure, a first stack layer, a spacer layer, and a second stack layer are stacked in this order,
The first stack layer is composed of a dielectric thin film having an optical thickness of 光学 wavelength in which high refractive index materials and low refractive index materials are alternately laminated,
The spacer layer is composed of a dielectric thin film in which at least four or more layers of a high-refractive-index material and a low-refractive-index material having an integral multiple of an optical thickness of a quarter wavelength are alternately laminated, The sum of the integer multiple coefficients of each of these layers is equal to a positive even number,
The dielectric multilayer according to claim 1, wherein the second stack layer is formed of a dielectric film having a quarter wavelength thickness obtained by alternately laminating a high refractive index material and a low refractive index material. Membrane bandpass filter.

A dielectric multilayer film bandpass filter configured by laminating at least four basic resonator structures on a substrate,
The basic resonator structure excluding at least the first and last basic resonator structures is
A = [(XY) ⁿ (a _i Xb _i Y) ^j (YX) ⁿ rY]
Where X is a dielectric thin film of a high refractive index material or a low refractive index material having an optical film thickness of １／ wavelength, and Y is １／ of other refractive index materials. A dielectric thin film having an optical film thickness of a wavelength, i is a natural number taking a value from 1 to j, n, b ₁ , a ₂ , and b ₂ are integers of 1 or more; b ₃ , a ₄ , B ₄ ... Are 0 or an integer of 1 or more, at least one of a ₁ and a ₃ is an integer of 1 or more, and the sum of a ₁ + b ₁ + a ₂ +... A _i + b _i is positive. , And r is a positive odd number of 1 or more, and these values are determined for each basic resonator structure.

2. The dielectric multilayer band-pass filter according to claim 1, wherein in the basic resonator structure, the first and second stack layers have a symmetric mirror image relationship with the spacer layer.

3. The dielectric multilayer bandpass filter according to claim 1, wherein the basic resonator structure of the dielectric multilayer bandpass filter has the same spacer structure for each of the basic resonators.

The basic resonator structure of the dielectric multilayer filter has an optical film having an odd multiple of 1/4 wavelength of one of a low refractive index material and a high refractive index material at a coupling portion when connected to another resonator structure. 2. The dielectric multilayer bandpass filter according to claim 1, further comprising a thick coupling layer.