JP2004191729A

JP2004191729A - 波長可変フィルタ

Info

Publication number: JP2004191729A
Application number: JP2002360581A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Koyanagi; 篤史小柳; Yoshiharu Oi; 好晴大井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP4513258B2

Abstract

【課題】液晶の駆動電圧が１０Ｖ以下の液晶エタロン型の波長可変フィルタを実現する。
【解決手段】第１の透明基板である石英ガラス８Ａと、第１の反射ミラー５Ａと、第１の透明電極４Ａと、液晶層１と、第２の透明電極４Ｂと、第２の反射ミラー５Ｂと、第２の透明基板である石英ガラス８Ｂとを備え、この順序に配されて構成された波長可変フィルタであって、第２の反射ミラー５Ｂと第２の透明電極４Ｂとの間に透明層である石英ガラス２が形成されている波長可変フィルタとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変フィルタに関し、詳しくは波長多重された光信号から任意所望の波長の光信号を選択的にかつ可変に取り出す、波長可変フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重通信においては、多数の波長の光パルスの中から、選択的に任意所望の波長の光のみを選び出す波長可変フィルタが必要となる。従来、様々な波長可変フィルタが検討されており、例えばエタロンのキャビティ内に液晶を充填し、電圧を印加することにより、液晶の実質的屈折率を変化させエタロンの光路長である光学的ギャップを変化させる液晶エタロン型波長可変フィルタがある。その液晶エタロン型波長可変フィルタにおいて、波長分割多重通信で必要な透過光ピークの半値幅を得るために、エタロンキャビティ内にガラス板を配置し、エタロンキャビティ長を長くしたものがある。
【０００３】
図４に、従来の液晶エタロン型の波長可変フィルタの構成例を示す。ＡＲコート９Ａ、９Ｂが施されたガラス基板１２Ａ、１２Ｂの内面側から透明電極４Ａ、４Ｂ、反射ミラー５Ａ、５Ｂが施されている。また、ガラス基板１２Ａにはさらに液晶用配向膜３Ａが施され液晶層１と接している。ガラス基板１２Ｂには、液晶用配向膜３Ｂが施された別のガラス基板１１が重ねられ、液晶用配向膜３Ｂと液晶層１とが接している。ガラス基板１２Ａとガラス基板１２Ｂとの間には、スペーサ７Ａ、７Ｂおよびスペーサ用のガラス板１３Ａ、１３Ｂとが挟まれており、ガラス基板１２Ａとガラス基板１２Ｂとの間隔を一定に保っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−４５６１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の液晶エタロン型波長可変フィルタでは、図４に示すようにキャビティの吸収を低減するためにエタロンキャビティ外に透明電極４Ａ、４Ｂを配置していたため、液晶層１と透明電極４Ａ、４Ｂとの距離が離れ液晶層１を駆動させるために必要な電圧が数十ボルトと、非常に大きな電圧が必要であった。しかし、液晶層駆動用に汎用駆動回路を使用するためには１０Ｖ（ボルト）以下の低電圧が好ましく、また通電状態での高信頼性を確保するためにも液晶層への低電圧駆動が必要である。
【０００６】
そこで本発明の目的は、液晶を充填した波長可変フィルタにおいて、１０Ｖ以下の低電圧駆動ができる波長可変フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の透明基板と、第１の反射ミラーと、第１の透明電極と、液晶層と、第２の透明電極と、第２の反射ミラーと、第２の透明基板とを備え、この順序に配されて構成された波長可変フィルタであって、第１の反射ミラーと第１の透明電極との間および／または第２の反射ミラーと第２の透明電極との間に透明層が形成されていることを特徴とする波長可変フィルタを提供する。
【０００８】
また、前記透明層がガラス基板からなり第１の反射ミラーと第１の透明電極との間に形成され、かつ２つの透明電極のうち少なくとも第１の透明電極がＩＴＯ膜からなる上記の波長可変フィルタを提供する。
【０００９】
さらに、第１および第２の透明電極が厚さ５〜１０ｎｍのＩＴＯ膜からなる上記の波長可変フィルタを提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は波長可変フィルタに関するものであり、この波長可変フィルタは第１の透明基板と、第１の反射ミラーと、第１の透明電極と、液晶層と、第２の透明電極と、第２の反射ミラーと、第２の透明基板とを備えている。そしてこの順序に配置されて波長可変フィルタが構成されているが、さらに第１の反射ミラーと第１の透明電極との間、または第２の反射ミラーと第２の透明電極との間の透明層が形成されている。
【００１１】
このように構成することにより、第１の透明電極と第２の透明電極との間、すなわち液晶層に印加すべき電圧を小さくできるという効果を生ずる。さらに、透明層を挟むことにより、広帯域光源からの光から特定の波長の光を選択的に共振するエタロンを構成でき、さらに、透過光ピークの半値幅を小さくできる。また、透明層は第１の反射ミラーと第１の透明電極との間および第２の反射ミラーと第２の透明電極との間に形成してもよい。
【００１２】
ここで、反射ミラーとは、使用波長帯域である例えば波長１４７０〜１６３０ｎｍからなる入射光に対して８０％以上の反射率を有し、一部の光が透過するようゼロでない透過率を有するものである。また液晶層は所定の厚さを保持するために、公知のスペーサが用いられる。
【００１３】
また、第１の透明基板および第２の透明基板の反射ミラーとは反対側の表面に反射防止膜を形成する。
【００１４】
透明基板としては、例えばガラス基板、アクリルやポリカーボネートなどのプラスチック基板、ＳｉやＬｉＮｂＯ_３などの無機結晶からなる無機材料基板などが使用できる。反射ミラーとしては、例えば金属の薄膜、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜を交互に波長オーダの光学膜厚程度で積層した誘電体多層膜などが使用できるが波長の選択性を持たせるためには誘電体多層膜が好ましく用いられる。誘電体多層膜を構成する高屈折率誘電体膜としてＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｓｉなどが用いられ、低屈折率誘電体膜としてＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などが用いられる。
【００１５】
また、透明電極としてはＩｎ_２Ｏ_３にＳｎＯ_２が添加されたＩＴＯなどの酸化物膜や、Ａｕ、Ａｌなどの金属膜を用いることができる。ＩＴＯ膜を用いる方が金属膜に比べ、透過性が高く、機械的耐久性が優れているため好ましい。
【００１６】
なお、反射ミラーとして例えばＳｉとＳｉＯ_２を交互に積層した誘電体多層膜の場合、不純物元素をドープしてＳｉ膜層に導電性を付与することにより透明電極としても機能する。また、ＡｕやＡｇなどの金属を薄膜化して用いることにより、光吸収は大きいが反射ミラーと電極の両方の機能を発現できる。
【００１７】
さらに、使用する液晶としては、通常液晶ディスプレイなどで使用されるネマチック液晶が好ましく用いられるが、特にこれには限定されず、電圧印加に伴い実質的な屈折率変化が生じエタロン光路長である光学的ギャップを変化させる媒質であるような液晶も用いることができる。また、液晶以外でも、固体化された高分子液晶や３次元的微細構造を有する高分子網目中に液晶が含浸した高分子／液晶複合体などいずれでもよい。
【００１８】
また、透明層が無機材料からなり、第１の反射ミラーと第１の透明電極との間に形成され、かつ２つの透明電極のうち少なくとも第１の透明電極がＩＴＯ膜からなる波長可変フィルタとすることが好ましい。透明層がガラス基板であると、耐久性に優れ好ましく、石英ガラス基板であれば熱膨張および光吸収が小さく透過率が高いことからさらに好ましい。なお、第１の反射ミラーと第１の透明電極との間、または第２の反射ミラーと第２の透明電極との間のいずれでもよいが、一方の間に形成する方が波長可変フィルタを作製する工程数が少なく、作業効率がよいので好ましい。
【００１９】
反射ミラーの形成されたガラス基板面に石英ガラスを接着した後、所望の厚さまで石英ガラスを研磨して透明層を形成してもよい。または、反射ミラーの形成されたガラス基板面に蒸着、ＣＶＤやスパッタなどの成膜法を用いて透明層を形成してもよい。
【００２０】
さらに、第１および第２の透明電極が厚さ５〜１０ｎｍのＩＴＯ膜からなる波長可変フィルタとすることが好ましい。透明電極のＩＴＯ膜が１０ｎｍより厚いと光の吸収量が増加する。また、５ｎｍより薄いとＩＴＯ膜がアイランド状となり電気抵抗が大きくなる。
【００２１】
【実施例】
図１に本実施例の波長可変フィルタの構造を模式的に示す。裏面にＡＲコート９Ａおよび９Ｂをあらかじめ形成した第１および第２の透明基板である石英ガラス基板８Ａおよび８Ｂ上に、第１の反射ミラー５Ａおよび第２の反射ミラー５Ｂとして波長１５００ｎｍから１６ｎｍで反射率９５％および透過率約５％の誘電体多層膜を形成した基板１００および基板１１０を作成した。
【００２２】
厚さ４５μｍの石英ガラス基板２を透明層として、石英ガラスと屈折率がほぼ等しい接着剤で基板１１０の反射ミラー５Ｂ面に接着して基板１２０を作成した。基板１００の反射ミラー５Ａ面上および基板１２０の石英ガラス基板２面上に、膜厚が７ｎｍのＩＴＯの第１の透明電極４Ａおよび第２の透明電極４Ｂを形成し、第１の透明電極４Ａおよび第２の透明電極４Ｂ上に、液晶用配向膜３Ａおよび３Ｂを厚さ５０ｎｍ形成し、それぞれ、対向する面内の液晶分子の配向方向が平行となるよう配向処理を施した。
【００２３】
次に、石英ガラス基板２上に、液晶ディスプレイ用の直径７．５μｍのスペーサ７Ａおよび７Ｂをシール材６Ａおよび６Ｂと混ぜ合わせた接着剤で、シールパターン層を形成し、液晶用配向膜３ＡおよびＩＴＯ膜の第１の透明電極４Ａの設けられた基板１００を貼り合わせた。その後、配向膜３Ａと３Ｂとの間にネマチック液晶を充填して液晶層１を形成した。
【００２４】
このように作成した波長可変フィルタに対して、１５５０ｎｍ波長帯域で広い発光スペクトルを持つ広帯域光源からの光を、液晶分子の配向方向と同じ偏光方向で入射させ、その出射光を光スペクトルアナライザーで観測した。電圧無印加時の透過スペクトルを図２に示す。波長１５５０ｎｍ付近での２つのピークの間隔は１４ｎｍ、その半値幅は０．３６ｎｍであり、透過光波長の最大透過率は約５０％で、挿入損失は約３ｄＢであった。
【００２５】
さらに、この波長可変フィルタの液晶層１に、電源１０を用いて矩形波状の交流電圧を、第１の透明電極４Ａと第２の透明電極４Ｂを介して印加した場合の透過光ピーク波長の変化の測定結果を、図３に黒丸と実線で示す。約５Ｖの印加により約１８ｎｍの波長可変動作が確認されるとともに、波長変化は飽和しており液晶が駆動しきったことを示している。比較のために、図４に示した従来構成の場合の波長可変動作を、点線で図３に示した。
【００２６】
本実施例では、厚さ４５μｍの石英ガラス基板２を第２の反射ミラー５Ｂ面に接着し、透明層とした構成例について説明したが、第１の反射ミラー５Ａおよび第２の反射ミラー５Ｂの面上に、厚さ２０μｍ程度のＳｉＯ_２厚膜や透明なポリイミド膜、または厚さ１０μｍ程度のＳｉ膜などを成膜して、透明層としてもよい。
【００２７】
また、液晶の駆動電圧を１０Ｖ以下にするためには液晶層の厚さを１５μｍ以下にする必要があるため、液晶層の厚さが１５μｍ以下で、かつ、液晶層の厚さと、第１の反射ミラー５Ａと第２の反射ミラー５Ｂの間に設けられる透明層の厚さの合計が１５μｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶エタロン型の波長可変フィルタにおいて、エタロンキャビティ外に透明電極を配置する従来の構成とは異なり、エタロンキャビティー内に透明電極を配置することにより、液晶駆動電圧を１０Ｖ以下に抑えることができ、さらに、透明電極の膜厚を７ｎｍと薄くすることにより、従来の構成と同等の透過率を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶エタロン型の波長可変フィルタの構成例を示す側面図。
【図２】本発明の液晶エタロン型の波長可変フィルタの電圧無印加時の透過スペクトルを示す図。
【図３】本発明の液晶エタロン型の波長可変フィルタの透過光ピーク波長の電圧印加による波長変化を示す図。
【図４】従来の液晶エタロン型の波長可変フィルタの構成例を示す側面図。
【符号の説明】
１：液晶層
２、８Ａ、８Ｂ：石英ガラス基板
３Ａ、３Ｂ：液晶用配向膜
４Ａ、４Ｂ：透明電極
５Ａ、５Ｂ：反射ミラー
６Ａ、６Ｂ：シール材
７Ａ、７Ｂ：スペーサ
９Ａ、９Ｂ：ＡＲコート
１０：矩形波交流電源
１１、１２Ａ、１２Ｂ：ガラス基板
１３Ａ、１３Ｂ：スペーサ用のガラス板

Claims

第１の透明基板と、第１の反射ミラーと、第１の透明電極と、液晶層と、第２の透明電極と、第２の反射ミラーと、第２の透明基板とを備え、この順序に配されて構成された波長可変フィルタであって、第１の反射ミラーと第１の透明電極との間および／または第２の反射ミラーと第２の透明電極との間に透明層が形成されていることを特徴とする波長可変フィルタ。
前記透明層がガラス基板からなり第１の反射ミラーと第１の透明電極との間に形成され、かつ２つの透明電極のうち少なくとも第１の透明電極がＩＴＯ膜からなる請求項１記載の波長可変フィルタ。
第１および第２の透明電極が厚さ５〜１０ｎｍのＩＴＯ膜からなる請求項１または２記載の波長可変フィルタ。