JP2004157403A

JP2004157403A - 光学部品

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Publication number: JP2004157403A
Application number: JP2002324281A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mori; 健次森; Toshiaki Anzaki; 利明安崎
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】各界面での反射を高レベルに低減でき、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜を持つ最適な光学部品を、設計波長の異なる複数種類のなかから使用波長に応じて選択可能にした光学部品を提供すること。
【解決手段】光ファイバ２３とロッドレンズ２２の間に反射防止膜２５を形成した光ファイバコリメータ２１であって、設計波長（例えば１．５５μｍ）で、光ファイバ２３表面の屈折率ｎ１とこれに接する部分の反射防止膜２５の屈折率が等しくなるようにし、ロッドレンズ２２表面の屈折率ｎ２とこれに接する部分の反射防止膜２５の屈折率が等しくなるようにする。また、反射防止膜２５内の屈折率を屈折率ｎ１からｎ２まで連続的に変化させるようにする。設計波長で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、設計波長を中心とする広い波長範囲で反射が十分に低減される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の異なる２つの光学部材間に反射防止膜を形成した光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２つの光学部材を接合する技術として、例えば、次のものがある。（従来例１）２つのプリズムにそれぞれ形成された反射防止膜同士を接着剤で接合する構造のもので、反射防止膜の屈折率値をプリズムと接着剤の中間の値にした光学部品（例えば、特許文献１）。（従来例２）第１の硝子材に形成された第１層及び第２層からなる反射防止膜と第２の硝子材とを、第２の硝子材との屈折率の差が０．１以内の接着剤で接合した光学部品（例えば、特許文献２）。
【０００３】
なお、現在の光通信分野では、石英系ガラスの光ファイバ（単一モード光ファイバ）で最も損失の小さい１．５５μｍの波長を使うのが主流であるが、１．３μｍや１．２μｍあるいは光増幅器の励起光（ポンプ光）に使われる０．９８μｍなどの波長も使用される。このように使用波長の異なる様々な用途で、各界面での反射を高レベルに低減できて、反射率を広い波長範囲で所定値以下にすることが要求されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２７３０１号公報。
【特許文献２】
特開平７−２２５３０１号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記各従来例では、次のような問題点がある。（１）上記従来例１では、反射防止膜の屈折率値をプリズムと接着剤の中間の値にしても、反射防止膜と接着剤或いはプリズムとの間にそれぞれ屈折率差がある程度存在するため、反射防止性能が十分ではない。すなわち、反射防止膜と接着剤或いはプリズムとの各界面での反射を十分に低減できない。（２）上記従来例２のように、第１層及び第２層からなる反射防止膜では、設計波長以外で反射が大きくなってしまい、所定値以下の反射率が得られる波長帯域が狭い。つまり、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜が得られない。（３）上記従来例２では、一定波長、つまり設計波長の１波長では、第１の硝子材に形成された反射防止膜と第２の硝子材とを、第２の硝子材との屈折率の差が０．１以内の接着剤で接合できるが、他の波長ではその屈折率差が０．１以内にならない場合もある。これは、反射を防止したい反射防止膜の各界面の両側の硝子材（第１および第２の硝子材）の屈折率には一般に波長分散があり、これを考慮した設計指針が確立していないためである。つまり、設計波長からずれた波長で使用される場合、２つの硝子材の屈折率が設計波長での値と波長分散によりそれぞれ異なるために、各界面で屈折率段差（屈折率の不整合）が生じてしまう。なお、ここにいう「波長分散」とは、レンズや光ファイバなどの光学部材の屈折率が波長によって異なる（波長が短いほど大きい）ことをいう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、各界面での反射を高レベルに低減でき、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜を持つ最適な光学部品を、設計波長の異なる複数種類のなかから使用波長に応じて選択可能にした光学部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、屈折率の異なる第１の光学部材と第２の光学部材の間に反射防止膜を形成した光学部品であって、前記反射防止膜の設計波長で、前記第１の光学部材の表面の屈折率ｎ１とこれに接する部分の前記反射防止膜の屈折率が等しくなるようにするとともに、前記第２の光学部材の表面の屈折率ｎ２とこれに接する部分の前記反射防止膜の屈折率が等しくなるようにし、また、前記反射防止膜内の屈折率を前記屈折率ｎ１から前記屈折率ｎ２まで連続的或いは段階的に変化させるようにしたことを要旨とする。
【０００８】
この構成によれば、（１）設計波長で、第１の光学部材の表面の屈折率ｎ１とこれに接する部分の反射防止膜の屈折率が等しくなるようにするとともに、第２の光学部材の表面の屈折率ｎ２とこれに接する部分の反射防止膜の屈折率が等しくなるようにしている。このため、設計波長の光に対して、第１の光学部材および第２の光学部材と反射防止膜との各界面でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面での反射の発生が十分に低減される。これにより、設計波長の異なる反射防止膜を形成した複数種類の光学部品、例えば設計波長が１．５５μｍ用の光学部品、同波長が１．３μｍ用のもの、同波長が１．２μｍ用のものなどを用意することができる。（２）反射防止膜内の屈折率を屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的或いは段階的に変化させるようにしたので、設計波長を中心とする広い波長範囲で反射が十分に低減される。つまり、波長がある範囲で変化しても、反射率をある値以下に抑えることができる。
【０００９】
したがって、各界面での反射を高レベルに低減でき、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜を持つ最適な光学部品を、設計波長の異なる複数種類のなかから使用波長に応じて選択可能になる。
【００１０】
なお、ここにいう「光学部材」とは、石英ガラス、その他のガラス、樹脂、半導体、誘電体で形成されたロッドレンズ、ロッドレンズ以外の各種レンズ、プリズム等の各種光学部材の他に、液体や気体の媒質を含む概念で用いる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記反射防止膜は、反射率が所定値以下になる所定の波長範囲のほぼ中央で反射率が最小になることを要旨とする。
【００１２】
この構成によれば、所定の波長範囲のほぼ中央の波長を設計波長とすることにより、所定の波長範囲で反射率が所定値以下になる反射防止膜を第１および第２の光学部材間に形成できる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学部品において、前記反射防止膜は、屈折率が膜厚方向に対して単調に変化する関数で表される屈折率分布を持つことを要旨とする。
【００１４】
この構成によれば、屈折率分布の関数を適宜に設定することで、前記屈折率ｎ１と屈折率ｎ２を滑らかに結ぶような反射防止膜を形成することができるので、反射防止膜の設計の自由度が増すとともに、その設計が容易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光学部品の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［一実施形態］
本発明に係る光学部品を具体化した光ファイバコリメータについて図１〜図３を参照して説明する。光学部品としての光ファイバコリメータ２１は、図１に示すように、第１の光学部材としての屈折率分布型ロッドレンズ２２と、第２の光学部材としての光ファイバ（単一モード光ファイバ）２３とを、ガラスチューブ２４内に配置して結合したものである。
【００１６】
屈折率分布型ロッドレンズ（以下、ロッドレンズという。）２２の端面には、反射防止膜２５が形成されている。光ファイバ２３は、それとほぼ同一径の光ファイバ挿入孔を設けたガラス製のキャピラリ２６に通してある。また、光ファイバ２３の端面は光ファイバ長手方向（コア中心軸）に対して垂直に研磨されている。この研磨がなされた光ファイバ２３及びキャピラリ２６の端面を反射防止膜２５に貼り合わせ、不図示の紫外線硬化型光学接着剤に紫外線を照射して硬化させる。これにより、ロッドレンズ２２の端面に形成した反射防止膜２５と光ファイバ２３及びキャピラリ２６とが接合される。
【００１７】
このようにして作製される光ファイバコリメータ２１を２組使うことで、コリメータ光学装置が構成される。このコリメータ光学装置は、光ファイバ２３（入射側の単一モード光ファイバ）から出射した光をロッドレンズ２２により平行光にし、この平行光を別のロッドレンズにより集光して受光側の単一モード光ファイバ（図示省略）に結合するようになっている。そして、このコリメータ光学装置は、両ロッドレンズ間に光機能素子（例えば、光学フィルタ、光アイソレータ、光スイッチ、光変調器等）を挿入することにより、光ファイバ２３を伝搬してきた光に所定の作用を及ぼしたのち、受光側の光ファイバに結合して伝搬させる機能を有する。
【００１８】
図２は、図１のＸ部拡大図で、光ファイバ２３及びキャピラリ２６と反射防止膜２５との接続部を拡大して示している。図２に示すように、反射防止膜２５は、ｎ層からなる多数の薄膜Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・Ｌｎを積層した多層膜である。この反射防止膜２５は、設計波長（例えば１．５５μｍ）で、光ファイバ２３の端面（表面）に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面（表面）に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２と等しくなるように作製されている。また、反射防止膜２５内の屈折率が、前記屈折率ｎ１から前記屈折率ｎ２まで連続的に変化するように、反射防止膜２５は作製されている。
【００１９】
つまり、反射防止膜２５は、光ファイバ２３との界面２７で屈折率が光ファイバ２３の屈折率ｎ１にほぼ等しく、ロッドレンズ２２との界面２８で屈折率がロッドレンズ２２の屈折率ｎ２にほぼ等しくなるように各薄膜の屈折率を徐々に変化させて形成されている。層数を充分多くすれば、この反射防止膜２５は、図３に示すように、光ファイバ２３の屈折率ｎ１にほぼ等しい値からロッドレンズ２２の屈折率ｎ２にほぼ等しい値まで、屈折率が膜厚方向に対して単調に増加する関数（本例では一次式）で表される屈折率分布を持っていると見なせる。すなわち、本例の反射防止膜２５は、光ファイバ２３，ロッドレンズ２２の屈折率ｎ１，ｎ２を滑らかに結ぶように屈折率が膜厚方向に対して直線的に変化する屈折率傾斜膜である。
【００２０】
（反射防止膜の作製方法）
次に、一次式で表される屈折率分布を持つ反射防止膜２５の作製方法について説明する。
【００２１】
反射防止膜２５は、例えば、得られる膜の屈折率の異なるターゲット材料を同時放電させ、それぞれの放電出力を制御することで成膜することができる。例えば、酸素を反応ガスとする反応性スパッタリングにより、
Ｓｉ＋Ｔｉ＋Ｏ_２→ＳｉｘＴｉｙＯｚや、
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｏ_２→ＳｉｘＡｌｙＯｚ
のような混合膜を形成できる。ここで、「ＳｉｘＴｉｙＯｚ」は、酸化シリコンと酸化チタンとの混合物からなる薄膜である。また、「ＳｉｘＡｌｙＯｚ」は、酸化シリコンと酸化アルミニウムとの混合物からなる薄膜である。
【００２２】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（イ）設計波長（例えば１．５５μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。これにより、設計波長の異なる反射防止膜を形成した複数種類の光学部品、例えば設計波長が１．５５μｍ用の光学部品、同波長が１．３μｍ用のもの、同波長が１．２μｍ用のものなどを用意することができる。このため、設計波長（例えば１．５５μｍ）の光に対して、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面での反射の発生が十分に低減される。これにより、設計波長の異なる反射防止膜を形成した複数種類の光学部品、例えば設計波長が１．５５μｍ用の光学部品、同波長が１．３μｍ用のもの、同波長が１．２μｍ用のものなどを用意することができる。つまり、様々な用途での使用波長に対応できる品揃えをすることができる。
【００２３】
（ロ）反射防止膜２５内の屈折率を屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化させるようにしたので（一次式で表される屈折率分布を持つので）、設計波長を中心とする広い波長範囲で反射が十分に低減される。つまり、波長がある範囲で変化しても、反射率をある値以下に抑えることができる。
【００２４】
（ハ）したがって、各界面２７，２８での反射を高レベルに低減でき、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜を持つ最適な光学部品を、設計波長の異なる複数種類のなかから使用波長に応じて選択することができる。
【００２５】
次に、本発明に係る光学部品の各実施例を説明する。各実施例は、上記波長分散を考慮して、設計波長の異なる反射防止膜２５をそれぞれ形成した光学部品である。図４はロッドレンズ２２と光ファイバ２３の波長分散を示すグラフで、横軸に波長を、縦軸に屈折率ｎをそれぞれ示してある。図４の曲線４１はロッドレンズ２２の波長分散を、曲線４２は光ファイバ２３の波長分散をそれぞれ示している。また、図５は１０００〜１６００ｎｍの波長域で図４の曲線４１を拡大して示したグラフであり、図６は同波長域で図４の曲線４２を拡大して示したグラフである。図５のグラフから、ロッドレンズ２２の屈折率が波長によって異なることが分かる。同様に、図６のグラフから、光ファイバ２３の屈折率も波長によって異なることが分かる。
【００２６】
［実施例１］
この実施例１では、下記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．２μｍとし、その層分割数（層数）を４９とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．０５λに設定している。つまり、反射防止膜２５は、光学膜厚が０．０５λの薄膜を４９層積層したものである。
【００２７】
【表１】

実施例１の反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５３９：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９２４：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００２８】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．２μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５３９）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９２４）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．２μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５３９）から屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９２４）まで連続的に変化する関数（５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。その５次式は、例えば、
ｎ＝６ｘ^５−１４．８２５ｘ^４＋９．６５０３ｘ^３＋０．２０６９ｘ^２−０．０３２１ｘで表される。
【００２９】
そして、実施例１の光学特性（戻り光反射率）のシミュレーション結果を図７の曲線１１および下記表２で示してあり、また、その光学特性の測定結果を下記表３で示してある。
【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

図７のグラフでは、横軸は波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示している。ここでの反射率（ｄＢ）は、反射防止膜２５と光ファイバ２３との界面２７からの戻り光反射率（バックリフレクション）を示している。つまり、その反射率は、反射防止膜２５の表面からの戻り光反射率を示しており、反射防止膜２５の裏面からの戻り光反射率は考慮していない。なお、光通信分野では、所定の波長範囲（例えば、１３００〜１７００ｎｍ）にわたって−４５〜−５５ｄＢ以下の反射率が要求されている。そこで、その中央値−５０ｄＢを基準反射率レベルとし、図７にその反射率レベルと波長範囲を示すための基準線１４を設けた（図８でも同様）。
【００３２】
（反射防止膜の作製方法）
本例の反射防止膜２５は、同一チャンバ内において２つのカソードから同時に成膜が可能なカルーセル式のスパッタ装置により成膜を行った。ターゲット材料は、アルミニウム（Ａｌ）およびボロンドープドシリコン（Ｓｉ：Ｂ）を用いた。放電用ガスとして酸素およびアルゴンガスの混合ガスを使用し、２つのカソード各々への供給電力を独立に制御して上記２つのダーゲット材料を同時に放電させた。このような放電をさせることで反応性スパッタリングによる酸化アルミニウムおよび酸化シリコンの混合膜を、カルーセル（円筒状のホルダ）上に設けたロッドレンズ２２の端面上に成膜した。カルーセルの回転数は２００ｒｐｍ、酸素ガス流量は１００ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量は２００ｓｃｃｍ、ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒの成膜条件で成膜を行った。また、成膜時の基板加熱は行わなかった。
【００３３】
上記混合膜の屈折率の設定は、上記成膜条件において、２つのカソード各々への供給電力を調整して成膜速度をコントロールし、成膜される膜中のＡｌ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の組成比を調整することで行った。
【００３４】
このような本成膜に先立ち、予備実験を以下のように行った。上記成膜条件において、両カソード各々への供給電力値を数条件設定し、カルーセルに取り付けたＳｉ基板上に単層の混合膜を成膜した。この混合膜の屈折率を、分光エリプソメータにより測定した。これにより、２つのカソード各々への供給電力値と、形成される混合膜の屈折率の関係を把握した。
【００３５】
このような予備実験により得られる、２つのカソード各々への供給電力値と形成される混合膜の屈折率の関係を元に、本成膜を実施した。
以上の方法により、中心部屈折率：ｎ＝１．５９０（単一モード光ファイバを用いて波長が１５５０ｎｍ帯の光伝送を行う光通信システム仕様のもの）で、両端面平行研磨品であるロッドレンズ２２の端面上に、４９層からなる反射防止膜２５を成膜した。ここで、反射防止膜２５の膜厚方向に対する屈折率の変化のさせ方は、上記５次式に従うものとする。
【００３６】
（反射防止膜と光ファイバとの接続）
ロッドレンズ２２の端面上に形成した反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続は、以下のように行った。
【００３７】
反射防止膜２５面に単一モード光ファイバである光ファイバ２３とほぼ同じ屈折率を有する紫外線硬化型光学接着剤を塗布し、光ファイバ２３端面を接着した。光ファイバ２３は、それとほぼ同一径の光ファイバ挿入孔を設けたガラス製のキャピラリ２６に通し、光ファイバ２３の端面を光ファイバ長手方向に対して垂直に研磨した。実際には、キャピラリ２６を反射防止膜２５面に貼り合わせ、紫外線光を照射して上記光学接着剤を硬化させることにより、ロッドレンズ２２端面上に形成した反射防止膜２５と光ファイバ２３とを接続した。この後、光ファイバ２３の他端（入射端）にコネクタ付き単一モード光ファイバコードを融着接続し、下記のバックリフレクション測定装置に接続できるようにした。
【００３８】
（戻り光反射率の測定）
戻り光反射率（バックリフレクション）の測定は、バックリフレクション測定装置を使用して行った。この測定の際には、ロッドレンズ２２の無コートである端面（反射防止膜２５の形成されている端面とは反対側の端面）を斜め（約８°）に光学研磨し、その端面での反射を無視できるようにした。この状態で、反射防止膜２５と光ファイバ２３との界面２７（図１参照）からの反射（戻り光）を測定した。
【００３９】
上記実施例１によれば、以下の作用効果を奏する。
（ニ）図７の曲線１１および表２に示す実施例１の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．２μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、反射防止膜２５内の屈折率を屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで上記５次式で表される屈折率分布を持つようにようにしたので、９３６〜２０００ｎｍの波長範囲で、反射率を−５０ｄＢ以下に抑えることができる。また、９６１〜１５６２ｎｍの波長範囲では反射率を−５５ｄＢ以下に抑えることができるとともに、１１０３〜１３１８ｎｍの波長範囲では反射率を−６０ｄＢ以下に抑えることができる。
【００４０】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、９６１〜１５６２ｎｍの波長範囲の中央（約１．２μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．２μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００４１】
また、上記表３から明らかなように、反射防止膜２５の反射率（戻り光反射率）を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−４５ｄＢ程度に抑えることができる。表３に示す戻り光反射率の測定結果は、図７の曲線１１および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、実際の光ファイバコリメータでは、界面において僅かな屈折率のずれが存在するためと考えられる。
【００４２】
［実施例２］
この実施例２では、上記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．３μｍとし、その層分割数を４９とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．０５λに設定している。
【００４３】
この反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５２２：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９１６：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００４４】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．３μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５２２）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９１６）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．３μｍ）での屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化する関数（上記５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。
【００４５】
そして、実施例２の光学特性（戻り光反射率）のシミュレーション結果を図７の曲線１２および上記表２で示してあり、また、その光学特性の測定結果を上記表３で示してある。なお、反射防止膜２５の作製方法と、該反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続方法は、上記実施例１と同様である。
【００４６】
上記実施例２によれば、以下の作用効果を奏する。
（ホ）図７の曲線１２および表２に示す実施例２の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．３μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、１００２〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５０ｄＢ以下に、１０３４〜１７１７ｎｍの波長範囲で反射率を−５５ｄＢ以下に、そして、１１８４〜１６５０ｎｍの波長範囲で反射率を−６０ｄＢ以下にそれぞれ抑えることができる。
【００４７】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、１０３４〜１７１７ｎｍの波長範囲の中央（約１．３μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．３μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００４８】
また、上記表３から明らかなように、実施例２の反射防止膜２５の反射率（戻り光反射率）を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−５０ｄＢ程度に抑えることができる。表３に示す戻り光反射率の測定結果は、図７の曲線１２および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、上述した理由のためと考えられる。
【００４９】
［実施例３］
この実施例３では、上記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．５５μｍとし、その層分割数を４９とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．０５λに設定している。
【００５０】
この反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４４９２：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９０２：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００５１】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．５５μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４４９２）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９０２）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．５５μｍ）での屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化する関数（上記５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。そして、実施例３の光学特性（戻り光反射率）のシミュレーション結果を図７の曲線１３および上記表２で示してあり、また、その光学特性の測定結果を上記表３で示してある。なお、実施例３の反射防止膜２５の作製方法と、該反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続方法は、上記実施例１と同様である。
【００５２】
上記実施例３によれば、以下の作用効果を奏する。
（ヘ）図７の曲線１３および表２に示す実施例３の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．５５μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、１０４８〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５０ｄＢ以下に、１２１２〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５５ｄＢ以下に、そして、１３６３〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−６０ｄＢ以下にそれぞれ抑えることができる。
【００５３】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、１２１２〜２０００ｎｍの波長範囲の中央（約１．５５μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．５５μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００５４】
また、上記表３から明らかなように、実施例３の反射防止膜２５の反射率（戻り光反射率）を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−５０ｄＢ程度に抑えることができる。なお、表３に示す戻り光反射率の測定結果は、図７の曲線１３および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、上述した理由のためと考えられる。
【００５５】
［実施例４］
この実施例４では、上記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．２μｍとし、その層分割数を１２とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．１７λに設定している。
【００５６】
この反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５３９：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９２４：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００５７】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．２μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５３９）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９２４）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．２μｍ）での屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化する関数（上記５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。そして、実施例４の光学特性（戻り光反射率）のシミュレーション結果を図８の曲線３１および上記表２で示してあり、また、その光学特性の測定結果を下記表４で示してある。なお、実施例４の反射防止膜２５の作製方法と、該反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続方法は、上記実施例１と同様である。
【００５８】
【表４】

上記実施例４によれば、以下の作用効果を奏する。
【００５９】
（ト）図８の曲線３１および上記表２に示す実施例４の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．２μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、９５３〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５０ｄＢ以下に、９８２〜１６０３ｎｍの波長範囲で反射率を−５５ｄＢ以下に、そして、１１０９〜１３２２ｎｍの波長範囲で反射率を−６０ｄＢ以下にそれぞれ抑えることができる。
【００６０】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、９８２〜１６０３ｎｍの波長範囲の中央（約１．２μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．２μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００６１】
また、上記表４から明らかなように、実施例４の反射防止膜２５の反射率（戻り光反射率）を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−４５ｄＢ程度に抑えることができる。なお、表４に示す戻り光反射率の測定結果は、図８の曲線３１および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、上述した理由のためと考えられる。
【００６２】
［実施例５］
この実施例５では、上記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．３μｍとし、その層分割数を１２とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．２１λに設定している。
【００６３】
この反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５２２：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９１６：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００６４】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．３μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４５２２）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９１６）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．３μｍ）での屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化する関数（上記５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。そして、実施例５の光学特性（反射特性）のシミュレーション結果を図８の曲線３２および上記表２で示してあり、また、その光学特性（戻り光反射率）の測定結果を上記表４で示してある。なお、実施例５の反射防止膜２５の作製方法と、該反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続方法は、上記実施例１と同様である。
【００６５】
上記実施例５によれば、以下の作用効果を奏する。
（チ）図８の曲線３２および上記表２に示す実施例５の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．３μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、１０１６〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５０ｄＢ以下に、１０５７〜１７６１ｎｍの波長範囲で反射率を−５５ｄＢ以下に、そして、１１８７〜１４５６ｎｍの波長範囲で反射率を−６０ｄＢ以下にそれぞれ抑えることができる。
【００６６】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、１０５７〜１７６１ｎｍの波長範囲の中央（約１．３μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．３μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００６７】
また、上記表４から明らかなように、実施例５の反射防止膜２５の反射率を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−５０ｄＢ程度に抑えることができる。表４に示す戻り光反射率の測定結果は、図８の曲線３２および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、上述した理由のためと考えられる。
【００６８】
［実施例６］
この実施例６では、上記表１に示すように、反射防止膜２５の設計波長を１．５５μｍとし、その層分割数を１２とし、そして、その光学膜厚が約２μｍとなるように各層の光学膜厚を０．２１λに設定している。
【００６９】
この反射防止膜２５は、光ファイバ２３の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４４９２：図６参照）と等しくなるとともに、ロッドレンズ２２の端面に接する部分の屈折率がその端面の屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９０２：図５参照）と等しくなるように作製されている。
【００７０】
また、反射防止膜２５の屈折率は、設計波長（１．５５μｍ）での屈折率ｎ１（ｎ１＝１．４４９２）および屈折率ｎ２（ｎ２＝１．５９０２）を滑らかに結ぶように設定されている。具体的には、反射防止膜２５内の屈折率が、設計波長（１．５５μｍ）での屈折率ｎ１から屈折率ｎ２まで連続的に変化する関数（上記５次式）で表される屈折率分布を持つようにように、反射防止膜２５は作製されている。そして、実施例６の光学特性（戻り光反射率）のシミュレーション結果を図８の曲線３３および上記表２で示してあり、また、その光学特性の測定結果を上記表４で示してある。なお、実施例６の反射防止膜２５の作製方法と、該反射防止膜２５と光ファイバ２３との接続方法は、上記実施例１と同様である。
【００７１】
上記実施例６によれば、以下の作用効果を奏する。
（ヌ）図８の曲線３３および上記表２に示す実施例６の反射防止膜２５の光学特性のシミュレーション結果から、次のことが言える。設計波長（１．５５μｍ）で、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２と反射防止膜２５との各界面２７，２８でそれぞれ屈折率整合が得られ、各界面２７，２８での反射の発生が十分に低減される。また、１０２０〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５０ｄＢ以下に、１２０５〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−５５ｄＢ以下に、そして、１２４３〜２０００ｎｍの波長範囲で反射率を−６０ｄＢ以下にそれぞれ抑えることができる。
【００７２】
したがって、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２の屈折率に分散があっても、反射率が−５５ｄＢより小さいことが要求される用途に対し、１２０５〜２０００ｎｍの波長範囲の中央（約１．５５μｍ）で反射率が最小になる、設計波長が１．５５μｍ用の光ファイバコリメータ２１を用意することができる。
【００７３】
また、上記表４で示す実施例６の光学特性についての測定結果から明らかなように、実施例６の反射防止膜２５の反射率を、各測定波長で−６０ｄＢ〜−５０ｄＢ程度に抑えることができる。その測定結果は、図８の曲線３３および上記表２で示すシミュレーション結果よりもいくらか大きくなっている。これは、上述した理由のためと考えられる。
【００７４】
［変形例］
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態および上記各実施例では、本発明に係る光学部品を光ファイバコリメータ２１に具体化した例を示しているが、本発明は、屈折率が異なり、上記で定義した２つの「光学部材」の間に反射防止膜を形成した光学部品に広く適用される。
【００７５】
・上記一実施形態では、光ファイバ２３の屈折率ｎ１にほぼ等しい値からロッドレンズ２２の屈折率ｎ２にほぼ等しい値まで、屈折率が膜厚方向に対して単調に増加する関数（一次式）で表される屈折率分布を有する反射防止膜２５について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、反射防止膜内の屈折率が、前記屈折率ｎ１から前記屈折率ｎ２まで連続的或いは段階的に変化するように作製された反射防止膜を有する光学部品に広く適用される。また、反射防止膜２５は、光ファイバ２３およびロッドレンズ２２との各界面間で屈折率が増減しながら変化する関数で表される屈折率分布を持つものであってもよい。
【００７６】
・上記各実施例では、反射防止膜２５の設計波長を、「１．２μｍ」，「１．３μｍ」，「１．５５μｍ」のいずれかにした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、これら３波長以外の波長、例えば、光増幅器の励起光（ポンプ光）に使われる０．９８μｍなどの波長を設計波長とする場合にも適用される。
【００７７】
・上記一実施形態では、各薄膜を、酸化シリコンと酸化アルミニウムとの混合物からなる薄膜としているが、本発明はこれに限定されない。必要な屈折率に応じて次に示すターゲット材料（Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ、Ｍｇ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｎ，Ｚｎ．Ｙ）を用い、反応性スパッタリングにより所望の光学膜を選択することができる。また、２種以上のターゲット材料を混合したターゲット材料、例えばＡｌＳｉ，ＡｌＧｅ，ＴｉＮｂｘ，・・・を用いてもよい。また、これらの混合したターゲット材料は、亜酸化物ターゲット材料や、窒化させたターゲット材料であってもよい。
【００７８】
・上記各実施例で示した５次式は一例であり、反射防止膜２５をその５次式以外の多項式で表される屈折率分布を持つよう作製することもできる。
・上記一実施形態および各実施例では、反射防止膜２５は、屈折率の異なる薄膜を多層に積層したものを示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、反射防止膜２５が、各層間で相互拡散が生じ、材料組成が連続分布となっている場合でも、上記各実施形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、各界面での反射を高レベルに低減でき、広い波長範囲で低反射率である反射防止膜を持つ最適な光学部品を、設計波長の異なる複数種類のなかから使用波長に応じて選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る光ファイバコリメータを示す概略構成図。
【図２】図１のＸ部拡大図。
【図３】一実施形態における反射防止膜の一次式に従った屈折率分布を示すグラフ。
【図４】ロッドレンズと光ファイバの波長分散を示すグラフ。
【図５】図４におけるロッドレンズの波長分散を示す拡大図。
【図６】図４における光ファイバの波長分散を示す拡大図。
【図７】実施例１〜３の各光学特性のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図８】実施例４〜６の各光学特性のシミュレーション結果を示すグラフ。
【符号の説明】
２１…光学部品としての光ファイバコリメータ、２２…第１の光学部材としての屈折率分布型ロッドレンズ、２３…第２の光学部材としての光ファイバ、２５…反射防止膜、２７，２８…界面。

Claims

屈折率の異なる第１の光学部材と第２の光学部材の間に反射防止膜を形成した光学部品であって、
前記反射防止膜の設計波長で、前記第１の光学部材の表面の屈折率ｎ１とこれに接する部分の前記反射防止膜の屈折率が等しくなるようにするとともに、前記第２の光学部材の表面の屈折率ｎ２とこれに接する部分の前記反射防止膜の屈折率が等しくなるようにし、
また、前記反射防止膜内の屈折率を前記屈折率ｎ１から前記屈折率ｎ２まで連続的或いは段階的に変化させるようにしたことを特徴とする光学部品。
前記反射防止膜は、反射率が所定値以下になる所定の波長範囲のほぼ中央で反射率が最小になることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記反射防止膜は、屈折率が膜厚方向に対して単調に変化する関数で表される屈折率分布を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品。