JP2004537750A - 同調可能な光学機器 - Google Patents

Abstract

光学機器は、波長選択器として同調可能な自由空間フィルタを含む。同調可能な自由空間フィルタは、同調可能な薄膜フィルタ（ＴＴＦＦ）であってもよい。ＴＴＦＦは、熱光学的に同調可能なものであってもよい。同調可能なフィルタは、薄膜半導体材料を含む多層膜構造であってもよい。ＴＴＦＦの温度、即ち波長は、種々の加熱および冷却構造で制御することができる。種々のＴＴＦＦ構造も使用することができる。ＴＴＦＦは、単一空洞ファブリ・ペロー構造を有することもできるし、または多重空洞構造を有することもできる。１つまたは複数の既知の波長信号の外部源、または１つまたは複数の既知の波長信号の内部源のような校正補助手段を内蔵することもできる。上記光学機器は、さらに、受動干渉計波長基準と、波長を測定するための熱光学的に同調可能なＴＴＦＦの温度を測定するためのデバイスと、光検出器とを備えてもよい。

Description

【技術分野】
【０００１】
同調可能な光学機器は、パワー・レベルのような光の特性を２つ以上の波長において測定するための一種の機器である。このような機器は、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）、光チャネル・モニタ（ＯＣＭ）および波長分割多重化（ＷＤＭ）光通信分野および他の分野で使用する他のものを含む。
【背景技術】
【０００２】
ＯＳＡは、光入力を受信し、波長のある範囲の光入力に含まれる光学的パワーを表す出力を生成する１つの装置または測定機器である。「光学的」という用語は、少なくとも可視光線、紫外線（ＵＶ）、および赤外線（ＩＲ）を含む電磁放射線の波長のある帯域を指す。この用語は、特に、記述された技術の適用が明示の帯域の中の１つと重なり、またこれらの帯域の縁部の外側の縁部の波長を含む場合には、包括的なものであると見なすべきである。
【０００３】
「現実の世界」で実現されるすべての機器のように、ＯＳＡは、それを構成している構成部品の特性により決まる有限分解能を有する。しかし、スペクトル分析は、一般的に、測定した帯域全体のパワー分布の連続的表示であると見なされる。すなわち、分解能の限界が、表示したパワーが実際に近くの波長からのある程度のパワーを含んでいることを意味している場合でも、測定帯域内の各波長のパワーは表示される。
【０００４】
ある種の光通信システムの場合には、各チャネルを異なる波長を有するキャリヤで変調することにより、複数のチャネルの情報を１つの媒体により送信することができる。このような機器は、波長分割多重化（ＷＤＭ）システムを含む。特定の離散チャネル・キャリヤの波長にて光学的パワーを測定することができるこのようなシステムがＯＣＭである。１５００ｎｍ付近のチャネル・キャリヤ波長で動作しているＷＤＭシステムは、特定のものであるが、専用のものではないという点で、我々にとって関心がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＯＳＡおよびＯＣＭは、サイズが大きく高価なものであった。何故なら、使用する同調可能なフィルタが、格子を動かしたり、ファイバを延ばしたりする機械的同調手段を使用していたからである。このようなシステムは、また同調させるのに時間がかかり、多くの場合、波長で数ナノメートルを同調させるにも数秒かかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
種々の態様によれば、本発明の実施形態は、いくつかのシステムおよびその変形例を提供する。
光学機器は、波長選択器として同調可能な自由空間フィルタを含むことができる。自由空間フィルタは、導波管またはファイバで光を案内するデバイスとは対照的に、光がビームの形でフィルタの平らな表面に垂直に伝搬するものであると定義される。この光学機器は、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）であってもよい。実際、ＯＳＡは、波長分割多重化光通信システムに対して、光チャネル・モニタとして構成および配置することができる。
【０００７】
いくつかの変形例の場合には、同調可能な自由空間フィルタは、同調可能な薄膜フィルタ（ＴＴＦＦ）である。ＴＴＦＦは、熱光学的に同調可能なものであってもよい。同調可能なフィルタは、薄膜半導体材料を含む多層膜構造であってもよい。ＴＴＦＦの温度、即ち波長は、外部熱エネルギー伝達デバイスにより変化させることができる。熱エネルギー伝達デバイスは、抵抗性発熱素子であってもよい。抵抗性発熱素子は、光がフィルタを通過するアパーチャを形成している、リングの形をした金属膜であってもよい。別の方法としては、抵抗性発熱素子は、光が抵抗性発熱素子を通過するような位置に、フィルタと一体になっている光学的に透明な層であってもよい。一組の変形例の場合には、透明な層は、透明な導電性酸化物であってもよい。別の方法としては、透明な層は、アモルファス、微結晶、および多結晶半導体膜を含むリストから選択したドーピングした薄膜であってもよいし、またはドーピングした単結晶半導体であってもよい。
【０００８】
ＴＴＦＦは種々に構成することができる。ＴＴＦＦは、単一空洞ファブリ・ペロー構造を有することもできるし、または多重空洞構造を有することもできる。
種々のパッケージングを行うことができる。例えば、ＴＴＦＦおよび光検出器を、１つの密封パッケージ内に搭載することができる。１つの密封パッケージは、ＴＯスタイル・パッケージであってもよい。１つの密封パッケージ内には、１つまたは複数の離散温度センサを設置することができる。また、１つの密封パッケージ内には、１つまたは複数の温度安定化デバイスを設置することができる。
【０００９】
いくつかの校正補助手段を含ませることができる。光学機器は、さらに、１つまたは複数の既知の波長信号の外部信号源を含むことができる。別の方法としては、機器は、１つまたは複数の既知の波長信号の内部信号源を含むことができる。さらに他の実施形態の場合には、光学機器は、さらに、安定波長基準を生成する受動干渉計構造を光学機器内に備えることができる。この他の実施形態の場合には、干渉計構造は、同調可能な自由空間フィルタの基板を含むことができる。干渉計構造は、既知の光源と相互作用して基準信号を確立する。
【００１０】
光学機器は、熱光学的に同調可能なＴＴＦＦの温度を測定して波長を決定するデバイスを含むこともできる。温度を測定する上記デバイスは、ＴＴＦＦと一体化させることができる。ＴＴＦＦは、さらに、ヒータ層を含むことができる。この場合には、ヒータ層は、さらに、温度を測定するデバイスを含むことができる。例えば、温度を測定する上記デバイスは、ヒータ層の抵抗をモニタすることができる。温度を測定する上記デバイスがヒータ層の抵抗をモニタする１つの変形例の場合には、ヒータ層を加熱するためにＤＣ電流源を使用し、ヒータ層の抵抗をモニタするのに十分な重畳交流電流源を使用する。
【００１１】
光学機器は、さらに、出力を有する検出器と、検出器の出力からの信号を受信するために接続されている信号プロセッサとを備えることができる。上記信号プロセッサは、検出器出力から受信した信号をパワー対波長データに変換する。
【００１２】
さらに他の変形パッケージングの場合には、光学機器は、エレクトロニクス・モジュールと、光検出器と、光ファイバ入力と、その中に同調可能な自由空間フィルタ、光検出器、および光ファイバ入力とが搭載されるトランジスタ・アウトライン（ＴＯ）パッケージを含み、ＴＯパッケージは、同調可能な自由空間フィルタと光検出器、およびエレクトロニクス・モジュール間の電気接続が行われるピンを含む。この例の場合には、機器は、さらにＴＯパッケージおよびエレクトロニクス・モジュールを支持している１つのエンクロージャを含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照しながら、本発明の実施形態の種々の態様についての以下の詳細な説明を読めば、本発明をよりよく理解することができるであろう。
同調可能な薄膜フィルタ（ＴＴＦＦ）は、例えば、視準した光のような光のビームを受光し、伝送または反射のために特定の波長または組の波長をろ過する自由空間フィルタである。光ビームを抽出し、それを光ファイバのような導波管内に導入する入力および出力光学系を除けば、ろ過される光ビームの案内が行われない。
【００１４】
図１は、ＯＳＡまたはＯＣＭのようなＴＴＦＦ１０１を含む、光学機器１００のブロック図である。ＴＴＦＦ１０１は、大きな熱光学的係数を有する半導体薄膜を備えており、そのため広い範囲で同調することができるが、可動部材は含まない。広い温度範囲にわたってフィルタを加熱および／または冷却するデバイスが、ＴＴＦＦ１０１と一体になっているかまたは密接に関連付けされている。信号を運ぶ光ファイバ１１０は、頂部カプラ１１１を貫通する。信号の中のあるものはファイバ１１２を通して機器１００に運ばれる。信号は１１３にてファイバから出て、コリメータ・レンズ１１４を通してＴＴＦＦ１０１に送られる。制御エレクトロニクス１０２は、抵抗性ヒータへの電流ドライブ１０３を制御することにより、ある範囲の波長を通してＴＴＦＦ１０１をスイープする。別の方法としては、特定の波長にＴＴＦＦ１０１を同調させることもできる。波長をスイープしている間、またはＴＴＦＦ波長が安定した場合には、測定のタイプにより、ＰＩＮ検出器１０５からの光電流１０４が読みとられる。結果として得られる情報は適当に処理され、次に結果として得られるスペクトルまたは測定値が外部１０６に送られる。ＯＳＡ用途の場合には、ＴＴＦＦのスイープにより波長の連続している範囲内のパワー測定値のテーブルが結果として得られる。簡単なＯＣＭ用途の場合には、光通信システムで使用中のまたは使用することができる各離散キャリヤ波長またはチャネルでのパワー測定値の単なるリストである、「チャネル・パワー・テーブル」が結果として送信される。
【００１５】
ＯＳＡおよびＯＣＭの内部機能については、複数の特許および特許出願に開示されている。ここでは、このような機器内のＴＴＦＦの使用に特有なこれらの態様に焦点をあてて説明することにする。
【００１６】
一例を挙げると、図２は、ＴＴＦＦを使用して組み立てたＯＳＡまたはＯＣＭの実施形態を示す。アナログ回路２０１は、フィルタ１０１を急速に加熱する電流パルス２０２により、同調可能な薄膜ヒータを周期的に駆動し、それによりその伝送を走査されるべき範囲を超えるある波長にシフトする。加熱パルス中、またはＴＴＦＦが冷却中、アナログ−デジタル変換器２０３は、ＰＩＮフォトダイオード２０４の出力、および能動膜の温度を表す膜温度測定回路２０５からの信号を交互にサンプリングする。ＰＩＮフォトダイオード２０４の出力は、例えば、ログ増幅器２０６により増幅することができる。マルチプレクサ２０７は、ＰＩＮフォトダイオードの出力と温度測定値出力との間で選択を行う。デジタル領域に変換されると、その結果はマイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ２０８に送られる。内蔵型Ａ／Ｄ変換器および上記のいくつかの機能を１つの構成部品に集積している全機能インタフェースを含むＤＳＰが市販されている。次に、すでに説明したように、出力スペクトルまたはキャリヤ・テーブルを作成するために信号が処理される。最後に、結果は標準シリアル・インタフェース２０９を通してホスト・システムに送られる。
【００１７】
次に、上記の温度の変動の測定および熱的に同調可能なフィルタの温度制御について説明する。温度制御スキームの品質により、同調速度、同調範囲、ピーク幅、およびパワー消費を含む、フィルタの多くの性能パラメータが決定される。温度制御方法を選択する場合には、加熱および冷却速度および効率、温度の均一性および材料の特性すべてを考慮する必要がある。
【００１８】
薄膜フィルタ用の発熱および冷却素子は、能動層への距離により３つの分類に分けることができる。第１の分類は、その基板またはパッケージに熱により結合している、デバイス外部の発熱／冷却素子を含む。第２の分類は、能動層により近いためにもっと効率的な熱制御を行う、デバイスに内蔵されている発熱または冷却素子を含む。第３の非常に効率的な熱設計は、能動層自身を発熱または冷却素子として使用する。
【００１９】
外部温度コントローラは、熱的に同調可能なデバイスの温度を制御するための１つの簡単な方法である。例えば、フィルタをフィードバック制御熱電気（Ｔ／Ｅ）ヒータ／クーラー上に搭載することができる。この方法は簡単であるが、多くの欠点がある。第１の欠点は、Ｔ／Ｅヒータ／クーラーの温度範囲が狭いことである。すなわち、同調範囲が狭いことであり、また大きな温度変動を行う速度が比較的遅く、全範囲にわたって同調するのに数秒程度かかり、そのため、ＴＴＦＦの１つの利点、すなわち、その小さな温度質量がなくなることである。また、Ｔ／Ｅ素子はデバイス自身の外部に位置するために、基板およびパッケージがデバイスと一緒に加熱され、冷却される。そのためパワー消費が比較的大きくなり、システムの熱質量の増大により温度制御速度が遅くなり、同調速度が遅くなる。
【００２０】
これらの問題を解決するために、抵抗性ヒータ素子をフィルタと直接的に一体化させることができる。図３は、同調可能な薄膜ファブリ・ペロー・フィルタの一実施形態である。金属パッド３０１は、フィルタ３００を加熱する薄膜金属リング状抵抗３０２への電気接点になる。図４の横断面の場合には、参照番号４０１は、ファブリ・ペロー・フィルタの誘電薄膜ミラー・スタックを示す。ファブリ・ペロー空洞層４０２は、熱的に同調可能な材料である。
【００２１】
接点パッド３０１により抵抗性ヒータ３０２に電流を流すと、抵抗により熱が発生する。この熱は空洞層４０２および他の層の光学的特性を変化させるので、フィルタ３００は同調する。光は、抵抗性ヒータの中央、すなわち能動フィルタ領域の孔部３０３を通して図３のページに垂直方向に伝搬する。このタイプのヒータは、必要な抵抗による熱を発生するのに十分な電流を運ぶことができる任意の適当な材料から作ることができる。例えば、厚さ１００ｎｍのクロームの膜でできている、２００ミクロンのアパーチャ３０３が設けられている、直径３００ミクロン、幅５０ミクロンのリング状のヒータ３０２は、約１０オームの抵抗を有する。このような抵抗性ヒータが消費するパワーは、Ｐ＝Ｉ²Ｒで表される。必要なタイミング範囲を持つのに十分なフィルタを加熱するのに、１ｍＷの電流が必要であると仮定した場合には、発熱素子の両端に３．２Ｖの電圧をかけると、０．３２ｍＡおよび１ｍＷのパワーが発生する。このデバイスは、冷却を行うための一定の低温に保持されているＴ／Ｅクーラーに取りつけられたヒート・シンク上に搭載することができる。それ故、上記パルス駆動により、温度の鋸歯、それ故波長の鋸歯が発生する。
【００２２】
この加熱方法は、上記外部ヒータより効率的である。何故なら、発熱素子が能動層により接近して配置されているからである。そのため、加熱速度および同調速度が速くなり、パワー消費が少なくなる。また、このタイプの発熱素子は、ＴＴＦＦおよび導電性リング自身の材料の動作温度限度から独立している温度範囲を持たない。しかし、この構成の欠点は、能動フィルタ領域を横切る温度の均一性が低いことである。何故なら、熱をヒータの内縁部から能動フィルタ・エリアの中心に移動させなければならないからである。このように温度分布が均一でないために、伝送のピークの幅が広くなったり、歪む結果となる。何故なら、ビームが、能動フィルタ・エリアの有限でゼロでないエリアを占めているからであり、そのため、ビームがいくつかの局部的温度に対応するいくつかのフィルタ特性の範囲を横切って分配されるからである。
【００２３】
他の実施形態の場合には、薄膜抵抗性ヒータは、関係のある波長に対して透明に作られる。この場合、薄膜抵抗性ヒータを光の経路内に設置して、加熱をより均一にすることができる。図５は、基板５０３とフィルタ・スタック５０４との間に内蔵されている発熱素子５０２を備える同調可能な薄膜ファブリ・ペロー５０１フィルタである。別の方法として、発熱素子５０２が使用する波長に対して透明になるように、また十分な導電性を有するように配置された場合には、上記発熱素子５０２は、ミラー・スタック層５０５の中の１つ、即ちファブリ・ペロー空洞層５０６であってもよい。波長分割多重化（ＷＤＭ）の産業でフィルタ用に現在使用されている膜は、主として誘電性膜であるが、本発明の半導体薄膜の１つの利点は、適当にドーピングされた場合には、上記薄膜が優れた光学的特性を有していて、同時に必要な熱光学的特性および高い導電率により損失が小さいことである。無線通信業界で使用するこのタイプの発熱素子は、酸化亜鉛、酸化インジウム錫、無定型のドーピングした薄膜、微結晶または多結晶半導体等のようないくつかの透明な導体の中の１つから作ることができる。アモルファス・シリコンとして堆積したオーブン膜内で、再結晶させることにより形成したポリシリコン膜はこの目的に特に適している。これらの透明な導体は大部分の純粋な金属よりも高い抵抗率を有しているので、発熱素子は抵抗パワー密度を最大にするためにできるだけ小さく作らなければならない。
【００２４】
半透明な抵抗性ヒータ用に使用することができるもう１つの材料は、ドーピングした結晶シリコンまたはある種の他の半導体結晶である。この場合、フィルタ基板は、単結晶半導体ウェハであり、フィルタはドーピングしたエリアの頂部に形成される。もちろん、本来の半導体およびドーピングした半導体の両方とも、関係のある波長に対して透明でなければならない。
【００２５】
ドーピングした半導体と薄膜の透明な抵抗性ヒータの両方は、上記リング状抵抗性ヒータ上のフィルタ全体の温度の均一性を大きく改善する。また、フィルタとヒータとの組合わせはもっと小さくすることができ、それにより電力消費を小さくし、デバイスの占有面積を小さくすることができる。
【００２６】
図６は、フィルタ・スタック６０２の頂部上に集積された発熱素子６０１である。図７は、単結晶半導体をドーピングしたエリア７０１の頂部に形成されたフィルタ７００である。ドーピングしたエリア７０１はヒータ素子を形成する。図８は、フィルタ・スタック８０４の頂部８０２および底部８０３上に形成された、透明な薄膜抵抗性発熱素子を含むフィルタ８０１である。
【００２７】
２つの発熱素子を有することの１つの利点は、加熱能力が二倍になることである。また、その抵抗が温度の関数である材料からできている場合には、素子の一方を温度計として使用することができる。構成の選択は、特定の用途要件により異なる。
【００２８】
上記のすべての集積抵抗性発熱素子設計は、フィルタ・エリア上の均一な温度分布、同調可能な層に比較的近い位置に位置していること、および固有の温度制限を持たないことというようないくつかの利点を有する。しかし、発熱素子は光の経路内に位置しているので、発熱素子は光を吸収したり、または散乱し、その結果、透過のピークが小さくなりフィルタの挿入損失が多くなる。また、この目的のために使用することができる透明な導電性酸化物の多くは、温度の変動に対して安定ではない。最後に、これらの構成は、同調可能な層を加熱するのに最も効率的な方法ではない。例えば、図５の構成の場合には、発熱素子５０２が発生する熱の多くは直接同調可能な層５０６へ伝達されるのではなく、基板５０３で失われる。
【００２９】
同調可能な層を加熱する最も効率的な方法は、例えば、ドーピングした半導体薄膜のような導電性である場合には、すでに簡単に説明したように、層自身を発熱素子として使用することである。図９は、内蔵ヒータのところですでに説明したのと同じ方法で、抵抗性ヒータとして使用される同調可能な層９０１への直接的な電気接点３０１を備える、同調可能なファブリ・ペロー・フィルタ９００である。もちろん、この場合、同調可能な層９０１は、ファブリ・ペロー空洞層のすべての光学的要件を満たす他に、必要な抵抗性熱を発生するのに十分な電流を運ぶことができる、十分低い抵抗を有していなければならない。
【００３０】
この構成は、ヒータおよび同調性能の点からいって、最も少ない妥協点を含む。同調可能な層自身が発熱素子であるので、その層を最高に効率的な加熱を行うことができる。このことは、同調時間が最短になり、パワー消費が最低になることを意味する。また、上記の透明な内蔵発熱素子の場合のように、比較的均一な加熱を行うことができる。最後に、この構成の場合には、ファブリ・ペロー・フィルタ内を伝搬する光の経路内に追加の層は存在しない。それ故、光信号の不必要な損失も起こらないし、変調も行われない。３．５の屈折率を有するスペーサの場合には、１５００ｎｍの帯域内の３０ｎｍのところで同調するには、３５０℃以上の温度変化を必要とする。このような大きな局部的加熱は、顕微鏡的容積内での集中的なワット損、反復サイクル下の特性が安定している極度に強力なフィルタの接着および材料の組合わせにより、本発明の実施形態内で行うことができる。
【００３１】
上記の構造で使用する熱光学的係数が、ｄｎ／ｄＴ＝２×１０^-4／℃であるスペーサ材料について考慮する。
材料の特性の要件を理解するために、ヒータ素子の長さＬおよび幅Ｗが、Ｌ＝Ｗ＝１ｍｍであり、動作電圧が１０Ｖであるとする。パワー密度はＰ／ＷＬ＝Ｉ²Ｒ／ＷＬ＝Ｖ²／ＲＷＬであり、約１Ｗ／ｃｍ²でなければならない。それ故、目標とするヒータ膜の抵抗Ｒは、約１０キロオームでなければならない。薄膜ヒータ層の厚さｄ＝１００ｎｍ、およびＷ／Ｌ＝１である場合には、ヒータ材料の目標とする抵抗率は、ＲｄＷ／Ｌ＝０．１Ω−ｃｍでなければならない。
【００３２】
ヒータ用に使用することができる材料は、関係のある波長（約１５５０ｎｍ）において低い光学的吸収を有しているばかりでなく、フィルタ（スペーサ層）に十分な熱を発生する目的で、動作電圧で十分大きな電流を供給するために、低い電気抵抗を有していなければならない。これらの要件を満足させることができる材料としては、多結晶シリコン、微結晶シリコンまたはナノ結晶シリコン、酸化インジウム錫、および酸化亜鉛等があるが、これらに限定されない。ヒータの動作を最適にするためには、パワー密度＝Ｖ²ｄ／ｒｈｏＬ²であることに留意されたい。すなわち、パワー密度は（Ｖ／Ｌ）の平方になるが、厚さｄに対して直線的なだけである。
【００３３】
すでに説明したように、ＴＴＦＦの熱アーキテクチャに基づくヒータの駆動方法は、フィルタの非常に急速な加熱、また冷却プロセス中に測定を行うフィルタ・ヒータ層に対する電流スパイクの供給を含む。アナログ回路の場合には、電流スパイクはコンデンサの放電の単なる結果であってもよい。熱的および電気的に正しく設計した場合には、曲線を比較的直線的にすることができる。
【００３４】
第２の方法によれば、フィルタは特定の波長に設定され、この波長で安定化され、次に測定が行われる。そうすることにより、波長を良好にロックすることができると仮定した場合、特定の波長で精度を非常に高くすることができる。
【００３５】
それにより走査または波長設定が行われる方法が何であれ、走査または波長設定を行う際に波長を測定するためにいくつかの方法を使用することができる。
フィルタにより送信中の波長を推定するための１つの方法において、安定した温度対時間プロファイルを示す予め校正された曲線を使用することができる。ＴＴＦＦが温度の安定している環境内にある場合には、追加の測定または計算は必要ではない。何故なら、温度対時間プロファイルがＯＣＭの動作期間中一定であると仮定することができるからである。しかし、ＴＴＦＦが温度安定状態でない場合には、温度対時間走査プロファイルは変化する可能性がある。ＴＴＦＦアセンブリの温度を測定するためにサーミスタを追加し、異なる周囲温度で一連の校正を行うことにより波長対時間の妥当な推定を入手することができる。
【００３６】
他の方法によれば、デバイスが内蔵する温度依存薄膜抵抗（サーミスタ）により、ＴＴＦＦ温度を直接測定することができる。波長はＴＴＦＦ内の温度に直接関連するので、このような測定により、送信された波長の非常に正確な瞬間的推定値を入手することができる。ろ過した波長と良好な相互関係を持つ結果を作成するために、デバイスの温度測定は正確に行わなければならず、光をデバイス・エリアの小さな部分であるデバイスを通過する位置に局部的に限定しなければならない。３つの使用可能な構成について以下に説明する。
【００３７】
ＴＴＦＦ内の薄膜発熱素子は、ヒータとしてもまた温度モニタとしても使用することができる。そうするために、膜内に小量の電流を連続的に流さなければならず、測定した膜上に電圧を印加しなければならない。膜の抵抗、すなわち温度を測定するために、電流と電圧との関係をモニタすることができる。これらの測定値を供給する１つの優れた方法は、それが非常に小さな直流加熱となるように、またこの方法で抵抗を直接測定するように、ＴＴＦＦの熱時間定数に対して十分高い周波数で、加熱電流上に小さな交流を重畳する方法である。この機能を供給するために、またＴＴＦＦの動作に干渉しないように、簡単なアナログ回路を構成することができる。この回路は、フィルタ波長を測定するために使用される、温度を表すヒータの抵抗の関数である１つのアナログ出力を供給する。
【００３８】
各種構成において、特にＴＴＦＦの一方の側面上に位置している場合には、ヒータ膜の温度はフィルタの全体の温度を正確に表さない場合があるので、好適には、能動層の温度をよりよく反映する別の１つのサーミスタを構造内に挿入することが好ましい場合がある。このような層は、例えば、酸化亜鉛、多結晶シリコン、バルク結晶シリコン、薄い金属ライン、および多くの他の材料のような、ヒータに非常によく似ている材料から作成することが可能であり、交流信号を含む上記に非常によく似た方法で測定することができる。温度測定および加熱の両方にとって理想的な層は、ＴＴＦＦ内の空洞層であることに留意されたい。材料の制限によりスペーサ層を直接加熱することができない場合でも、非常に正確な波長測定を行うためには、回路が正しければ、抵抗の高い材料で作ることができるサーミスタとして、この層を使用すると非常に有利である。
【００３９】
より正確な温度測定の場合には、好適には、加熱層から見てスペーサの対向側面上に設置されるのが好ましい、膜内のヒータ層および別の層の両方を使用すべきである。熱環流に対する簡単なモデルとこれら膜の測定の組合わせは、スペーサ膜の温度即ち伝送波長を非常に正確に測定することができる。
【００４０】
波長を測定する最も正確な方法は、校正方法により波長を光学的に測定する方法である。使用することができる方法が少なくとも３つあるが、これらの方法については以下に説明する。
【００４１】
ＯＣＭの目標である光ファイバ光ネットワーク・システムは、ＯＣＭでモニタすることができる基準波長で校正した光信号を含むように構成することができる。好適には、その帯域幅の各境界上の「エンド・マーカ」を供給するために、このような基準波長を少なくとも２つ使用することが好ましい。しかし、この方法は、現在までのところ商業通信装置内で使用されていないので、この方法に依存するわけにはいかない。
【００４２】
安定波長基準源を、ＯＳＡまたはＯＣＭに内蔵させることができる。多くのＯＣＭおよび光スペクトル分析器は、実際にこのアプローチを使用している。例えば、安定化ファブリ・ペロー・エタロンのようなフィルタと一緒に、比較的広い帯域幅発光をするＬＥＤが、基準波長を発生するために使用される。利点としては、安定している絶対的な基準がある。欠点としては、構成部品およびパッケージングがより高価であること、別の信頼性の問題が発生すること、パッケージングのサイズが大きくなることである。
【００４３】
熱は熱伝導接点パッドおよび基板を通して発散するので、第１の２つのアプローチの中の一方を使用する全ヒータを横切る温度は均一ではない。それ故、これらの二点方法の中の１つで測定した温度は、光が伝送される空間内の位置の温度に正確に対応しない。図３８に示す１つの解決方法は、２つの電気接点の代わりに４つの電気接点を使用する。すなわち、加熱中、中央の抵抗だけを測定するために４点プローブを使用する。ヒータ３８０１には、接点３８０２を通してヒータ電流が供給される。２つの小さなプローブ３８０３が、動作中、中央の抵抗だけを測定するために、中心近くのヒータ膜３８０１の対向縁部上の点３８０４、３８０５に延びる。導体自身が温度の均一性に影響を与えないようにするために、これらのトレース３８０３を形成する導体は薄くしなければならない。
【００４４】
第３のアプローチによれば、送信スペクトル内に一定の固定の外乱を発生するために、光路内の追加の光学素子を使用することができる。例えば、比較的弱いミラーおよび波長と比較した場合、大きな空洞を含むファブリ・ペロー空洞は、外部からの送信光の頂部上に「リップル」を形成する効果を含む。周知の効果を持つ固定パターンであるので、このリップルは、波長走査中に受信した全信号から容易に分離することができる。次に、信号は、走査中に収集した本当の信号データに対する、相対的および絶対的「スケール」として使用することができる。上記空洞および機能は、ＴＴＦＦに容易に内蔵させることができる。その上にフィルタが構成されている基板は、実際にこの目的のためのファブリ・ペロー空洞として機能することができる。基板は、少なくとも、このようなスケールが本当に必要な高分解能用途に対して温度的に安定状態になる。電子側では、この「パイロット・トーン」を、走査中、波長内の「上昇／下降速度」を測定するために、アナログ回路によりピックアップすることができる。この波長基準方法は、ＴＴＦＦに適用することができるばかりでなく、他のタイプの同調可能なフィルタにも適用することができることに留意されたい。
【００４５】
要するに、工場内での１回の校正から連続的な光信号のモニタまでの範囲内で、収集した各検出器のデータ点に対して、多くの方法で波長を推定することができる。これらの方法の中のいくつかは、ＴＴＦＦをベースとするＯＣＭパッケージ内でのコストの安い実施に適している。
【００４６】
ここで材料についてより詳細に説明することにする。すでに説明したように、本明細書に記載する実施形態に適している材料は、使用する波長において優れた透明性、大きな熱光学的係数、低い散乱、層間およびスタックと基板間での高い接着性、互換性のある熱膨張率、および長期にわたる使用期間中、摂氏数百度の温度での反復温度サイクル中に安定な特性すべてを備えていなければならない。また、材料は正確で均一な厚さおよび特性で形成し、堆積しなければならない。プラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）は、水素添加アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）および薄膜フィルタとしての関連材料の層を堆積するのに役に立つ。ファブリ・ペロー・フィルタまたは他の構造を作成するのに適していて、また有用な熱光学的係数を有する任意の材料を使用することができるが、ここでは適当な例として、ａ−ＳｉＨおよび関連材料について説明する。
【００４７】
その物理的厚さ、即ち光学的厚さの他に、種々の膜の屈折率を制御することが好ましい。ＰＥＣＶＤは、半導体およびＳｉＯ₂、ａ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−ＳｉＮ_xのような誘電体の薄膜を堆積するための確立された技術である。上記ファブリ・ペロー薄膜フィルタを含む多くのフィルタは、高い指数の材料および低い指数の材料の交互層を含む。他のフィルタは、ひだのあるフィルタを作るために連続的に変化する指数を使用する（（１９８６年発行の）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ２５（１６）の２６４４ページ掲載のＰ．Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒの論文を参照されたい）。これらの構造の他のフィルタを製造するには、使用する種々の材料の指数および厚さを制御しなければならない。
【００４８】
本発明のプロセス中、ガス混合物に依存するａ−ＳｉＮ_xの低い屈折率、およびａ−Ｓｉ：Ｈの比較的高い屈折率１．７７〜２．０５、およびそれぞれ１．５５μｍにおける３．６２を、１５５０ｎｍに中心を有する反射帯域を有するミラーを作るために使用することができる。膜スタックのミラー部分のすべての層は、１／４光路長、すなわち、ｎｄ＝λ／４である。本発明の場合、スペーサ層内においては、熱的に同調可能なフィルタとなる１／２波長またはその倍数の光学的厚さを有する、その高い熱光学的係数を有するａ−Ｓｉ：Ｈを使用する。それ故、２つの互換性を有する材料だけを使用する。例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈに対してａ−ＳｉＮ_xの組成を緩慢に変化させることにより、（ＰＥＣＶＤプロセスの場合には、ＳｉＨ₄に対するＮＨ₃の流れの速度を低減することにより）、これらの材料の屈折率を変化させることにより、ほぼ連続的に屈折率を１．７７から３．６２に変化することができた。さらに、プラズマ内のガス混合物にＧｅＨ₄を添加することにより、ミラー・スタックのスペーサ層および高い屈折率の層の屈折率を４．２に増大することができる。これ以上増大しても、フィルタの性能は改善しない。何故なら、あるＧｅの分量を超えると、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈのより強力な吸収が始まるからである。それ故、プラズマ化学および堆積パラメータを変化させることにより、これら薄膜の屈折率および厚さを非常に良好に制御することができる。
【００４９】
ここでヒータ層用の材料について説明する。ヒータ用材料は、その製造に関連する熱予算および化学的処理を含む上記他の材料と互換性を有するもので、ヒータとして使用することができる材料でなければならない。現時点で好ましいのは、同時にフィルタの光学的層としてまた抵抗性ヒータとしての働きをする、適当な屈折率の導電性薄膜を使用することである。それ故、材料は光を散乱または吸収してはならないし、適当な屈折率を有し、そこを通って流れる電流が高い電圧を必要としないような、十分高い導電性を有するものでなければならない。いくつかの候補があるが、一番推奨なものは多結晶シリコンである。他の候補としては、透明な導電性酸化物、退行的にドーピングされたワイド・ギャップ半導体およびドーピングされたマイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコン等がある。
【００５０】
透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、二酸化錫（ＳｎＯ₂）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）等がある。酸化インジウム錫および酸化亜鉛は、有用な導電性を達成するために、アルミニウムまたはフッ素でドーピングされる。このドーピングによってその自由キャリヤの吸収が増大し、それによりある用途の際にはあまりに吸収が多くなりすぎることになる。これらの膜は、不活性（例えば、アルゴン）雰囲気内または反応性雰囲気（例えば、酸素）内で、目標物をスパッタリングすることにより堆積される。ＴＣＯは、有用な導電性を有する（２００Ｓ／ｃｍ〜１０００Ｓ／ｃｍが観察されている）。薄膜（約１００〜２００ｎｍ）を堆積することにより、潜在的な吸収の問題は、最低限度まで解決される。さらに、これらの膜は、通常、ａ−Ｓｉ：Ｈをベースとする膜を堆積する際に使用する温度およびプラズマ・プロセスによる破損に強い。
【００５１】
半導体業界においては、多結晶シリコン、単結晶シリコンおよびナノ結晶シリコンという用語は、種々のスケールの構造を含む膜を記述するために幾分互換性をもって使用される。いずれの場合でも、これらシリコンは、燐または硼素によりドーピングすることができ、また抵抗性素子として使用される。１０〜２０Ｓ／ｃｍの導電性を有するＮタイプの微結晶シリコンを製造することができる。さらに、硼素でドーピングしたｐタイプの微結晶化シリコン膜の導電性を、最高３９Ｓ／ｃｍとすることができる。微結晶シリコンも、堆積レシピに若干の修正を行った同じ主要な装置によりａ−Ｓｉ：Ｈ堆積と互換性を有する。さらに結晶シリコンまたはアモルファス・シリコンと同様に、１５５０ｎｍのところでのその吸収は最小である。微結晶シリコンの成長中、その表面の肌理が比較的荒くなる恐れがある。微結晶シリコンは、ａ−Ｓｉ：Ｈの約３Åと比較した場合、約３３ÅのＡＦＭ平均表面荒さを有する場合がある。これが光を散乱させる。しかし、微結晶シリコンを堆積した後で、表面を化学的および機械的に研磨することにより、この表面の粗面を平滑にし、微結晶シリコンを発熱素子としてフィルタ内に直接内蔵させることができる。再結晶させ、ドーピングしたポリシリコンは平滑な面を有し、ヒータ層を形成するのに適当な導電性特性および光学的特性を有する。
【００５２】
熱光学的係数の物理的特性、すなわち、温度による屈折率の変化、薄膜直接堆積半導体のｄｎ／ｄＴについてはその一部しか分かっていない。しかし、本明細書に記載する他の考慮事項を考慮に入れると、可能な最も高い係数の膜を使用すべきである。公表された最高の値は、１．９μｍにてｃ−Ｇｅに対してｄｎ／ｄＴ＝５×１０^-4／Ｋ（（１９８０年発行の）Ｊ．Ｐｈｙｓ．ａｎｄ Ｃｈｅｍ．Ｒｅｆ．Ｄａｔａ第９巻、５６１ページ掲載のＨ．Ｈ．Ｌｉの論文）を示し、結晶またはアモルファス・シリコンに対して１．９×１０^-4／Ｋを示している。図１０は、２５〜２００℃の温度範囲で測定したｄｎ／ｄＴを示す。すべての公表された値より高いと思われる、曲線１００１に示すｄｎ／ｄＴ＝３．６×１０^-4／Ｋを有するａ−Ｓｉ：Ｈサンプルを調製した。また、ガス相内で２２％のゲルマニウムと７８％のシリコンで調製した合金サンプルは、曲線１００２に示すように、ｄｎ／ｄＴ＝１１×１０^-4／Ｋを示した。これは、我々が知っているすべての値を超える値で、熱光学的半導体についての化学的文献に報告すべきものである。
【００５３】
図１１は、ＴＴＦＦ内のスペーサ層内の光路長の少しの変化に関連する１／ｎｄｎ／ｄＴで描いた図１０の測定値である。
シリコンの場合には、曲線１１０１が示すように、ｄｎ／ｎｄＴ＝１×１０^-4／Ｋである。
【００５４】
シリコン・ゲルマニウム・サンプル＃２２３１の場合には、曲線１１０２が示すように、ｄｎ／ｎｄＴ＝３×１０^-4／Ｋである。
ａ−Ｓｉオプションを使用して、上記薄膜スタック内の４０ｎｍを超える同調範囲を、フィルタ構造の中心波長の任意の可変性計算方法により予測した。この範囲は、実験的観察により確認したものである。要するに、ａ−Ｓｉ：Ｈを使用して、４０ｎｍ以上の同調範囲を有する可動部材を持たない、自由空間フィルタを組立てた。
【００５５】
基本的設計原理および材料はすでに確立されているので、特定の実施形態について説明する。この実施形態の場合には、基板上およびフィルタ膜スタックの下に堆積したポリシリコンの層を通して加熱を行った。この加熱方法は、いくつかの用途の場合、スタックの内部でスペーサに隣接してそれを設置する場合に好適なものである。何故なら、この例の材料は、近赤外線領域内で幾分吸収性を有し、そのため光が何回も内反射を行う領域内で使用すると、フィルタの透過性を劣化させるからである。しかし、基板の近くで１回だけパスを行った。
【００５６】
この実施形態は、光学膜を堆積するために、上記のＰＥＣＶＤプロセスにより行った。電子ビーム蒸着またはイオン援用スパッタリングのような他の方法も使用することができる。しかし、堆積した原子にもっと高いエネルギーを与えるプロセスを使用すると、もっと密度が高くもっと安定状態のコーティングを行うことができる。ＰＥＣＶＤの場合には、この手段は、高周波高パワー放電を使用する。ＰＥＣＶＤは、平らでない表面に平坦なコーティングを行うことができ、ＰＥＣＶＤの厚さの制御は、ガス弁、場合によっては「デジタル化した」堆積用のパルス弁により容易に行うことができる。この方法は、その場で光学的モニタを行わなくても、十分反復することができ、これがＰＶＤと比較した場合の１つの利点である。
【００５７】
図の例の場合、下記のように、ガラス、溶融シリカ、硫黄またはシリコン・ウェハのような基板の上に、ファブリ・ペロー共振装置用の薄膜処方が堆積される場合を考慮する。
基板｜Ｚ（ＨＬ）⁴Ｓ（ＬＨ）⁴Ｚ｜空気
ここで、
Ｚは、ｎドーピングしたポリシリコンの１／４波長である。
【００５８】
Ｌは、ｎ＝１．７７のＳｉＮ、または別なものとしては、ｎ＝１．４４のＳｉＯ₂のような屈折率の低い材料の１／４波長である。
Ｈは、ｎ＝３．４のａ−Ｓｉ：Ｈのような屈折率の高い材料の１／４波長である。
【００５９】
Ｓは、屈折率の高い材料の１／２波長の整数である。
この例示としての実施形態の場合には、Ｓは、純粋なａ−Ｓｉ：Ｈの２つの１／２波長であってもよいし、別の方法としては、強化熱同調に対する、１．５μｍにおけるｎ＝４．２のａ−ＳｉＧｅ：Ｈ（ガス相での２１．６６％ゲルマニウム）の２つの１／２波長であってもよい。
【００６０】
１５５０ｎｍに対するすべての光路長を計算した。それ故、１／４波長層は、下記式により決まる物理的厚さを有する。
ｎ×ｄ＝ｌ＝１／４ １５５０ｎｍ
ここで、
ｎは屈折率であり、
ｄは物理的厚さであり、
ｌは光路長である。
【００６１】
ＳｉＯ₂の屈折率が低い（１５００ｎｍで１．４４）ので、同じ数のＨＬサイクルを含む改善されたミラー反射性を有し、そのため、通過帯域幅が狭くなる。そのため、各材料の１／４波長の光学的厚さは下記の通りである。
【００６２】
ＳｉＯ₂の場合、２６０ｎｍ
ａ−Ｓｉ：Ｈの場合、１１４ｎｍ
ＳｉＮの場合、２１９ｎｍ
ａ−ＳｉＧｅ：Ｈの場合、９２ｎｍ
これらの厚さは、ガラス基板上に試験的に膜を堆積させ、その反射スペクトルを観察することにより決定することができる。１／４波長は、１５００ｎｍにおいて反射率が最大となり、７７５ｎｍにおいて反射率がゼロとなる。低いスタック−高いスタックにおいて同じ弁制御の堆積時間を使用すると、正確な１／４波長のスタックとなった。もっと正確な方法は、堆積を「デジタル化する」パルス・ガス弁を使用する方法である。「デジタル化」堆積の場合には、ガスの既知の数の非常に短いパルスによって既知の厚さが形成される。各層の正しい終点を示す透過または反射の「折返し点」を観察することにより、もっと正確な層の厚さに対応するために、その場での光学的モニタを行うことができる。
【００６３】
堆積厚さおよび他の物理的パラメータが正確でないと、最終的な性能が影響を受ける。いくつかの簡単な計算により、熱光学的フィルタ製造の際の種々の変動の影響を容易に示すことができる。
【００６４】
上記のすべての膜についてはすでに説明した。図１２〜図１７は、種々の変動の影響を示す。
図１２は、薄膜堆積に対する非常に近い許容誤差である、０．５％の小さな誤差による膜の厚さのランダムな変化の影響を示す。上記影響は、あるエンベロープ１２０２内で公称フィルタ特性１２０１を横にシフトさせるが、有意にフィルタの形を歪ませないかまたは有意に挿入損失に影響を与えないことに留意されたい。
【００６５】
図１３は、スペーサ内にのみ少しの吸収（または等価的に散乱）を導入した場合の影響を示す。ｋ＝０のスペーサは、曲線１３０１で示すように８０％の透過性を有する。１５５０ｎｍにおいてｋ＝０．００１である場合には、曲線１３０２で示すように、透過性は２８％に低減する。このことは、吸収が小さいこと、散乱が少ないこと、高い光学的品質の透明な材料が重要であることを示す。好適には、ｋ＜１×１０^-5。
【００６６】
図１４は、視準していない光入力の影響を示す。視準した光１４０１でのフィルタ特性を、７度の１／２角度の光の円錐１４０２に対応する、０．１２の開口数の単一モード・ファイバ（レンズなし）からの光と比較した。以下のパッケージングの説明においては、コリメータ・レンズを含むオプションについて説明する。
【００６７】
図１５は、ＨＬサイクル（４）の数を一定に維持しながら、ミラー・スタックのＨ層およびＬ層の間の指数コントラストを増大した場合に得られる利点を示す。この例の場合には、Ｈを一定に維持しながら（ａ−Ｓｉ）、曲線１５０１におけるＬとしてのＳｉＮの使用を曲線１５０２におけるＬとしてのＳｉＯ₂と比較した。この影響は、通過帯域幅を劇的に狭くした。
【００６８】
図１６は、熱光学的同調範囲に対するもっと厚いスペーサから得られる利点を示す。曲線１６０１のベースライン通過帯域幅の場合は、ｄｎ／ｎ＝０である。すなわち、同調は行わなかった。次の曲線１６０２の場合は、スペーサの厚さが２つの１／２波長である場合、ｄｎ／ｎ＝０．０１である。この場合も、右端の曲線１６０３の場合は、ｄｎ／ｎ＝０．０１であるが、スペーサの厚さは３つの１／２波長である。同調範囲は、約１０％だけ若干改善された。
【００６９】
図１７は、スペーサばかりでなく、ミラー・スタックのＨ層およびＬ層も同時に熱光学的に変化する場合の影響を示す。波長１５５０ｎｍにおけるベースライン曲線１７０１の場合には温度は変化していない。曲線１７０２は、スペーサの熱光学系だけを含む。曲線１７０３はスペーサと、本発明と同じようなＨ層の熱光学系を含む。曲線１７０４は、スペーサ、同じ熱光学系係数を有するＨ層およびＬ層を含むすべての膜を示す。それ故、いくつかのミラーの屈折率の高い層が熱光学的に同調可能である場合には、スペーサのみならず、フィルタの同調範囲が有意に改善される。それ故、スペーサのみならず、すべての層を加熱することにより、またスペーサ類似の熱光学系媒体からミラー・スタックまたは少なくともＨ層を作成することにより、熱同調が強化される。例えば、スペーサのみが熱的に同調可能である場合には、ｄ（波長）／波長は約１／３ｄｎ／ｎｄＴであるが、すべての膜が同じように熱的に同調するならば、係数１／３は１．０に近づく。
【００７０】
過去においては、大きな熱光学系係数の半導体および他の薄膜材料は、特に温度の影響を受け易いために、薄膜ＷＤＭフィルタ業界で使用されなかったことを認識することは有益である。本明細書に記載する技術の場合には、この特性そのものを最大にすることによりそれを倒置した。それ故、従来のフィルタは、フィルタの中心波長を０．５ピコメートル／度未満だけシフトしたが、本発明の場合には、１５０ピコメートル／度以上の同調可能性を達成した。それ故、高品質の光学素子にとって有害であると思われてきたある特性が、すなわち、半導体膜が温度の影響を受け易いという特性を、我々の知る限りでは、今まで作られた最も高度な同調可能な薄膜フィルタを作るために使用することができる。
【００７１】
上記説明において、ＯＣＭの検出器の構成部品は、ＩｎＧａＡｓのような、従来の離散検出器であると仮定されてきた。しかし、その熱光学的特性のために、すでに使用されている全く同じ材料のドーピングされたバージョンからできている、薄膜ＰＩＮ検出器を内蔵させることもできる。フィルタの内部のある種の薄膜層が検出器として機能するもう１つのコンセプトについて説明する。
【００７２】
完全な測定デバイスを作るために、ＴＴＦＦを下記のように検出器と組合わせることができる。ＴＴＦＦは、有効な通過帯域を生成する１つまたは複数の空洞（図１８の１９０１）を含む。これらの共振空洞内には、入力放射線より遥かに大きい定常波フィールド（図１８の曲線１９０２）が発生する。その結果、この空洞内に半透明な検出器（図１８の１９０１）を設置することができる場合には、感度が低くても空洞が同調している波長のところで特に有意な光レスポンスを供給する。このことにより、例えば、１つのパッケージ内の非常にコンパクトなスペクトロメータのような、内蔵フィードバックおよびモニタ機構を含む同調可能なフィルタを形成することができる。この場合、同調素子および感知素子は、おそらく、システムに対してドライバとして機能する、ＣＭＯＳチップの頂部上においてすら、同じ薄膜スタック内に収容される。
【００７３】
半透明なセンサを、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍで動作する薄膜光学スタックに内蔵させることができる。これらのＰＩＮ検出器は、１５５０ｎｍにおいて（１％よる遥かに小さい）非常に低い吸収性を有し、同調可能な薄膜フィルタのために必要な膜と一緒に設置することができる。さらに、薄膜ＰＩＮ検出器用に使用する材料を、ＴＴＦＦ内の熱的に同調可能な空洞用に使用することができる。引用によって本明細書の記載に援用する、２００１年３月２０日付けの米国特許出願第０９／８１３，４５４号に、このようなＰＩＮ検出器の組立て原理が開示されている。透明な導体は、ＰＩＮ構造を完成するために使用される。これら導体は、同様に、１５５０ｎｍにおいて大きな損失を起こさない導電性材料からなる。上記センサ構造においては、ＺｎＯまたはＩＴＯ接点を使用したが、共振空洞薄膜センサ用の好適な接点材料は、ドーピングした微結晶シリコンである。この材料は、非常に薄い層内で最大の導電性を確実に有するという条件の下で処理しなければならない。導電性材料は、通常、もっと高い消滅係数を有しているというバルク光学的特性、および膜の厚さにより劇的に増大するこれら薄膜の結晶構造の両方の理由により、好適には層をもっと薄くすることが好ましい。これらの膜の表面上の大きな結晶構造は、共振空洞の効果を阻害するかもしれない散乱を引き起こす恐れがある。しかし、高い導電性と、薄い厚さと非常に小さな結晶構造を有する、微結晶膜を処理する方法が実証されてきた。その中の１つの方法は、「閉チャンバ」ＰＥＣＶＤ法である。この方法の場合には、アモルファス材料を効果的に、かつ同時に堆積し優先的にエッチングし、層内の結晶性に非常に急速な遷移を引き起こしながら、密封した機械内で膜が非常に緩慢に成長する。
【００７４】
例えば、上記ＯＳＡまたはＯＣＭのような光学機器のパッケージングの数例について説明する。ＯＳＡ、ＯＣＭまたは他の機器は、任意の特定のパッケージ・スタイルまたはキャリヤに限定されない。本明細書で説明するパッケージは、光ファイバからの入力信号を受信する。
【００７５】
上記すべてのパッケージに適用することができる、検出器およびＴＴＦＦの基本サブアセンブリがある。図１９および図２０は、貫通孔フィーチャ２００２を含むセラミック・チップ・キャリヤ２００１を含む、このサブアセンブリ用のいくつかの構成を示す。キャリヤ２００１の１つの側面上に、検出器２００３が搭載されている。一方、他方の側面上には、検出器２００３およびフィルタ２００４へのまたそこからの外部接続２００６に至る電気接点２００５を含む、フィルタ２００４が搭載されている。
【００７６】
動作の信頼性およびコストの両方の点でパッケージを最適化するために、例えば、トランジスタ・アウトライン（ＴＯ）缶のような、標準トランジスタ・ヘッダ・チップ・キャリヤ内でパッケージを組立てることができる。ＴＯ缶は、トランジスタ、光検出器、ＬＥＤ、および固体レーザのような電子デバイスおよび光電子デバイスの両方をパッケージするために広く使用されている。種々の用途へのその柔軟な集積を行うことができる種々様々なＴＯ缶を入手することができる。
【００７７】
ＴＯパッケージは、２つの主要な構成部品、すなわち、半田ガラスにより密封されている一体ピンを備えるヘッダ（搭載面）およびキャップを含む。キャップは、光学構成部品用のウィンドウを内蔵しており、外部光学系は、密封空洞内に光を伝搬することができる。それにより、光チャネル・モニタ（ＯＣＭ）および光学的受信機のような「端子」デバイスを構成することができ、または逆に垂直空洞面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）および同調可能なソースのようなソース・デバイスを構成することができる。
【００７８】
本明細書に記載するＴＯヘッダは、パッケージングが光学素子を貫通することができるようにする一体化フィードスルーで改良することができる。このフィードスルーは、多数の方法で密封することができるが、最もコスト・パフォーマンスのよい方法は、おそらくフィードスルー孔またはチューブをカバーし、ヘッダ面内に直接密封されているウィンドウ（またはレンズ）を使用する方法である。
【００７９】
ＴＯヘッダは、一度に数千個を製造することができる打抜き作業で大量生産される。電気的圧力センサとして使用するための一体型フィードスルー・チューブを備えているヘッダの製造も周知である。このチューブは、ボール型レンズ、光ファイバ、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ等のような光学系を収容するために、任意の適当な直径を有することができ、電気的ピン円の内径によってのみ制限される。
【００８０】
次に、ヘッダは、使用する光学系および必要に応じて行った電気接続により、任意の適当な方法でパッケージされ整合されるすべての光学系構成部品と一緒に搭載される。キャップをヘッダに溶接する手順は広く知られているので、ここでは説明しない。任意の適当な方法を使用することができる。しかし、標準ウィンドウ・キャップを使用するもう１つの方法は、端子デバイスの場合に通常行われるように、レンズを内蔵するキャップを使用する方法である。ヘッダ上のフィードスルー類似のフィードスルーも、光学系を収容するためにキャップに一体化させることができる。例えば、図３６を参照されたい。
【００８１】
光挿入／分岐マルチプレクサ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）用に必要な３つまたはそれ以上のポートを備えるパッケージは、キャップまたはヘッダ、あるいはこれら両方上に搭載された光学アセンブリとして、広く入手することができる二重ファイバ・コリメータを使用することにより組立てることができる。例えば、図３３を参照されたい。カスタム自由空間またはＧＲＩＮ光学系も、限定された数のフィードスルーを使用して、複数のポートを形成するために使用することができる。
【００８２】
引用によって本明細書の記載に援用する、２００１年８月４日付けの本発明者の特許出願第６０／３１０，０４７号に開示されているような、薄膜同調可能フィルタを使用するモジューラ光挿入／分岐マルチプレクサの一般的な構成は、図３３に示すように、３つのポートを有するＴＯパッケージ内に収容することができる。
【００８３】
ＴＯスタイル・パッケージング技術は、初期のトランジスタ用に約５０年前に開発されたものである。ＴＯヘッダもキャップも確立された打抜き技術により、厳しい許容誤差要件で大量生産され、多くの場合１ドル以下のコストで（ほぼウィンドウを持たないキャップのコストだけ安く）、ヘッダおよびウィンドウ・キャップの組合わせとして製造される。
【００８４】
コストが安いばかりでなく、最も頻繁に使用されるＴＯパッケージ、ＴＯ−４６は、上記のバタフライおよびミニＤＩＬスタイルのようなそのもっと高価な同じタイプのパッケージよりも小さい。
【００８５】
組立てを容易にするために、ヘッダの許容誤差、特に搭載面とフィードスルー・チューブのボアとの間の角度関係は、厳格に制御しなければならない。ヘッダ／チューブ製造および組立てレベルで注意深く品質管理することにより、許容誤差が大きくなるのを防ぐことができる。
【００８６】
図２１は、ＴＯ缶２２０１内に密封されたフィルタ、および検出器アセンブリ２２００を含む１つの簡単なパッケージ設計を示す。この設計の場合には、光学的アクセス・ポート２２０２を備える３リード缶２２０１で十分である。パッケージは光ファイバをピッグテール接続することができ、ポート２２０２は、フィルタ／検出器アセンブリ２２００上に光の焦点を結ぶために、反射防止コーティングをしたレンズであってもよく、または信号が容易に缶２２０１に入ることを可能にするための受動光学的ウィンドウであってもよい。比較的面積の大きいＴＴＦＦ２００４および検出器２００３を使用すると、光の結合および光学的整合が容易になる。モニタの能力を強化するために、外部温度制御回路、信号調整回路および処理回路を使用することができるが、上記パッケージに内蔵させる必要はない。ＴＴＦＦが内蔵している温度センサを使用する場合には、すでに説明したように、電気接点の数は図２１に示す数と同じである。
【００８７】
図２２に示すように、基板または全アセンブリの温度をモニタするために、例えば、サーミスタまたは半導体温度センサ２３０１のような１つの離散温度センサを、パッケージに追加することができる。離散モニタ２３０１が必要とするパッケージングの唯一の違いは、全部で５個用のＴＯ缶に２個余分に電気接点が追加されていることである。
【００８８】
アセンブリの温度を能動的に制御するために、図２２に示すように、小型のＴＥクーラー２３０２をパッケージ内に導入することができる。この能動的温度制御は、２つの目的を果たすためのものである。この能動的温度制御は、動作温度を下げて安定にし、それによりＰＩＮダイオード検出器２３０３の感度が改善され、フィルタ２３０４および検出器２３０３の全動作が改善され、測定精度が非常に向上し、デバイスの寿命が非常に長くなる。この温度制御回路は、また、フィードバック用の温度センサも含む。
【００８９】
温度制御ユニット／フィルタ／検出器を駆動し、次に信号を調整し、処理するのに必要な電子回路は、例えば、ＰＣボード上のような密封空間の外部に設置することができる。大型のＴＯ缶は、ＴＥクーラーを収容することができ、ヒート・シンクへの搭載が必要となる。光学接続を行うために、この場合も平面またはレンズ状のウィンドウ２３０５を用いて、図２０のように、缶をピッグテール２３０４で接続することができる。
【００９０】
ＯＳＡまたはＯＣＭのような光学機器の最も完全な設計は、図２３に示すように、密封状態でまたは密封状態することなしに、すべてがパッケージ２４００内に設置されている、１つまたはいくつかのチップ内に駆動回路および信号処理回路を温度モニタ・デバイスおよび温度制御デバイスと一緒に集積させることを含む。この構成、特に密封状態のこの構成は、信頼性および精度という観点から見た場合理想的なものであるが、この構成の場合、全デバイスの製造コストが非常に高くなり、コストを問題としない厳しい性能要件および信頼性要件の場合にだけ実際に使用される。図２３に示すように、ファイバ２４０１は、すでに説明したように、ＴＯ缶２４０３内のＴＴＦＦ、検出器等へ光信号の入力を供給するために、フルーレ２４０２を通して接続されている。ＴＯ缶２４０３のピン２４０４は、ＴＯ缶２４０３内の素子と、パッケージ２４００内の回路盤２４０５上の外部制御および処理エレクトロニクス間で信号を運ぶ。パッケージ２４００は、ヒート・シンク機能２４０６およびピン２４０７を含み、それを他の回路およびシステムに接続することができる。
【００９１】
図２５は、離散検出器の代わりに、共振で強化した薄膜ＰＩＮ検出器を内蔵している空洞２４１１、ミラー・スタック２４１２および頂部ヒータ２４１３を含む、薄膜スタックの構造のさらに詳細な図面である。図２５は、その内部でＴＥクーラーを使用していないＯＳＡまたはＯＣＭのような光学機器の構造のもう１つの斜視図である。
【００９２】
すでに簡単に説明し、以下にさらに詳細に説明するパッケージングは、ＴＴＦＦ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）をベースとする、ファブリ・ペロー・フィルタ、ホログラフィック・フィルタまたは格子フィルタおよび圧電ファブリ・ペローをベースとするフィルタのような種々の自由空間フィルタの中のどのフィルタにも適している。
【００９３】
本明細書に記載するタイプの密封パッケージは、光通信システムの厳しい信頼性の要件に対して光学構成部品用に望ましいものである。現在の密封多重ポート光学素子・パッケージング技術は、バタフライ、ミニＤＩＬおよび無数の機械加工したアルミニウム・パッケージを含む。密封性を維持するために、光学系を通過するために使用される事実上すべてのパッケージは、製造の際に実施するのが複雑で高価なシーム密封用のレーザ溶接を使用する。このタイプの最も簡単なパッケージのコストは、１個につき最高２０．００ドルであるが、もっと複雑なものは数百ドルになる場合がある。
【００９４】
他のパッケージ・スタイルも使用することができる。オプトエレクトロニクス・アセンブリを収容するために使用するパッケージングは、図２６に示すように、１つの検出器用に使用するタイプの前部ウィンドウを備える、ＴＯタイプのパッケージ、および図２７に示すように、線形検出器アレイ用に使用するタイプの前部ウィンドウを備えるデュアル・インライン・パッケージを含む場合があるが、これらに限定されない。
【００９５】
好適な実施形態は、パッケージ内部で、能動オプトエレクトロニクス構成部品を整合し、保持するためのコストの安いアセンブリを含む。上記構成部品は、パッケージ・ウィンドウの下に相互に積み重ねられ、コストの安いアセンブリを提供し、正しい熱管理を行い、優れた電気接続を行う。より詳細に説明すると、本発明においては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムのようなセラミックのような絶縁材料からできている「隔離」素子を使用する。この素子は、検出器またはエミッタ素子上の一定の良好に制御された距離に同調可能なフィルタを吊り下げるために使用される。さらに、接触および相互接続のために、この隔離素子上に、導電性トレースまたは接点パッドを形成することもできる。受動整合ガイドまたは基準マークにより、オプトエレクトロニクス構成部品を、ｘ−ｙ面内で正確に整合することができ、ｚ軸に沿って正確に位置させることができる。自由空間素子の通常の要件は、１０ミクロン程度である。標準チップ搭載装置により作ることができ、おそらく、自動化ライン上で大量生産することができるこのようなアセンブリは、複数の素子を含む光通信アセンブリ用に通常使用される、「シリコン・マイクロ−ベンチ」タイプのアセンブリよりも劇的にコスト・パフォーマンスがよい。さらに、このようなアセンブリは、機械的にかなりもっと柔軟である。何故なら、すべての構成部品が隔離面またはパッケージ面上に平らに設置されているからである。
【００９６】
Ｚ軸組立法はコストが安く、下記のものを含むがこれらに限定されない。
・Ｚ軸に沿って構成部品間に間隔を設け、次に、ｘ−ｙ面上で構成部品を整合させるために使用するセラミックのような多重レベル（段付き）隔離素子。
【００９７】
・受動基板および／またはその上で他のオプトエレクトロニクス素子を製造する基板上での光学的／オプトエレクトロニクスおよび他のチップのフリップ・チップ搭載。
・基板／隔離上の構成部品の事前の搭載、およびこれらの基板の受動的整合によるパッケージへの組み込み。
【００９８】
・パッケージ内の電気的ピンへの基板または構成部品の直接の搭載。
必要な組立ての精度および労力を最低限度に低減するために、いくつかのパターン形成法を使用することができる。これらの方法は、下記の方法を含むが、これらの方法に限定されない。
【００９９】
（ａ）同調可能なフィルタ２８０２のような１つの構成部品上で、マスク２８０１またはアパーチャをパターン形成し、図２８に示すように、受動整合許容範囲２８０４に見合うのに十分な、かなり広い能動エリア２８０３を有する他の構成部品を使用する方法。
【０１００】
（ｂ）図２９に示すように、ＳＭＴ機械が翻訳する光学的整合ガイド２９０１の援助により、高い整合精度を実現するために標準化表面搭載技術（ＳＭＴ）組立て法および機械を使用する方法。
【０１０１】
（ｃ）図３０に示すように、個々の光学／オプトエレクトロニクス構成部品３００２を整合するために、基板または光学系上で中間マスクを使用する方法。
例えば、ＳＭＴのような従来のエレクトロニクス法をベースとする構成部品の容積の大きいアセンブリは、ダイシングおよびパッケージングを行う前に、「シート」３１００内でオプトエレクトロニクス・アセンブリを組立てるために使用することができる。図３１は、このような組立てプロセスの一例を示す。この場合、検出器３１０１およびサーミスタ素子３１０２は、同調可能な薄膜フィルタ基板の裏面上に搭載される。数百または数千個のこのようなサブアセンブリを自動的に組立てることができ、薄膜フィルタ・ウェハがダイシングされ、結果として得られるサブアセンブリがパッケージされる前に、半田リフローまたはワイヤボンド・プロセスが行われる。図３２は、このようなアセンブリを組立てるための１つの方法を示す。検出器、フィルタおよびおそらく他の構成部品を収容するために、一枚の基板がパターン形成され、次にダイシングされる。次に、パターン形成された金属トレースを備える隔離素子を形成するために、基板のいくつかの片が積み重ねられる。
【０１０２】
このようなパッケージと一緒に使用することができる光学的構成は下記のものを含むが、これらに限定されない。
・外からの光信号だけ、中からの光信号だけ、または外からおよび中からの光信号
・視準されたまたは焦点を結んだビーム
・外部光学系のみ、外部および内部光学系の組合わせ、または内部／パッケージ内蔵光学系
・パッケージへの透明なウィンドウ上の外部光学系上で使用する受動光学的コーティング、または反射防止コーティング、高反射コーティング、または選択的波長ろ過のための基板のような内部素子
・このような光学系は、パッケージの外部で使用する、単一ファイバ・コリメータまたは二重ファイバ・コリメータ、パッケージ自身が内蔵するレンズ、またはパッケージ内部の構成部品の積み重ね内で使用するマイクロ光学素子のような素子を含むことができる。
【０１０３】
図３３および図３４は、このような光学アセンブリの２つの例を示す。図３３は、自由空間の同調可能なフィルタにより光がろ過される光学的アクセス・ポートを通してパッケージに光を導入するために、パッケージの外部で使用される二重ファイバ・コリメータを示す。反射した、すなわち反発した光は、出力ファイバ内に視準される。フィルタの通過帯域内の残りの光は、隔離素子上に搭載されているフィルタ基板を通過して、そのすぐ下に搭載されている検出器に入る。この設計により、オプトエレクトロニクス・パッケージ内で必要な光学系が最低限度まで短くなり、それにより光学系を組立てる精度要件が有意に緩和される。図３５は、パッケージと一体化されていてコリメータとしても機能するレンズを通して、パッケージ内に光を導入するために使用されるフェルール内の裸ファイバを示す。この場合、光は回折光学素子によりある角度に偏向され、光学的チップ内に送られ、光学的チップには、チップおよび独立して同調することができる一連の同調可能な薄膜フィルタ内に光を維持するために、入力および「反発」ポートにおいて反射防止コーティング、誘電体または金属の高反射コーティングを含む複数の光学的コーティングがパターン形成されている。最後に、光信号を電子信号に変換するために、同調可能なフィルタの下で検出器アレイが使用される。
【０１０４】
図３５は、ＩｎＧａＡｓ検出器を内蔵する同調可能な薄膜フィルタの一例である。この設計は、（１）検出器の上に同調可能な薄膜フィルタを位置させ、また（２）フリップ搭載の同調可能な薄膜フィルタおよび検出器に、同時に接触させることができる金属化セラミック隔離素子を使用する。フリップ・チッピングは要件でないこと、および接触はワイヤ・ボンディングにより、頂部側に直接行うことができることに留意されたい。図３６は、パッケージ・キャップおよびコリメータを取りつける前の、ヘッダ上のサブアセンブリを示す。図３７に示すように、１つの素子および組立てステップを省略するために、コリメータをパッケージ・キャップに直接取りつけることができることに留意されたい。このパッケージは、ミニアチュア光スペクトル分析器のオプトエレクトロニクス部分として使用される。この場合、同調可能なフィルタはある波長範囲を走査するために使用され、検出器はすでに説明したように各波長での光学的パワーを記録する。
【０１０５】
同調可能なフィルタの他に、能動光学素子が光を測定し処理するために使用する検出器、エミッタまたは他の光学素子である類似のシステムを必要とする広い範囲の用途がある。本発明の実施形態の上記態様により、このような光学素子を、その広範囲の用途を可能にするために低コストかつスモール・フォーム・ファクタ仕様で組立てることができる。
【０１０６】
今まで、多数の特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。しかし、当業者であれば、本発明の範囲に含まれると思われる多数の改良を容易に行うことができるだろう。それ故、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】ＴＴＦＦを含む光学機器の簡単なブロック図である。
【図２】その信号処理態様をさらに詳細に示す、図１の機器のブロック図である。
【図３】リング・ヒータを有する同調可能なファブリ・ペロー・フィルタの平面図である。
【図４】図３のフィルタの簡単な断面図である。
【図５】底部ヒータを有するフィルタの簡単な断面図である。
【図６】頂部ヒータを有するフィルタの簡単な断面図である。
【図７】底部単結晶半導体ヒータを有するフィルタの簡単な断面図である。
【図８】同じフィルタ構造内に頂部ヒータおよび底部ヒータの両方を有するフィルタの簡単な断面図である。
【図９】スペーサ層もヒータとしての働きをするフィルタの簡単な断面図である。
【図１０】優れた熱光学的特性を有するＳｉＧｅ合金とＳｉとを比較するｄｎ／ｄＴのグラフである。
【図１１】ＳｉＧｅ合金とその特性を図１０に示すＳｉ材料とを比較するｄｎ／ｎｄＴのグラフである。
【図１２】ファブリ・ペロー・フィルタ公称設計と、層の堆積中に最大０．５％の厚さ誤差を有するフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１３】スペーサ内で吸収を行わないファブリ・ペロー・フィルタ公称設計と、吸収係数ｋ＝０．００１のフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１４】視準した光ビームを受信するファブリ・ペロー・フィルタと、視準を行わないで単一モード・ファイバから光を受信するフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１５】ファブリ・ペロー・フィルタ公称設計と、ミラー層の屈折率間にもっと高いコントラスト比を有するフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１６】ファブリ・ペロー・フィルタ公称設計の同調範囲と、より厚いスペーサ層を含むフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１７】熱光学的特性を有するスペーサだけを含むファブリ・ペロー・フィルタの同調範囲と、スペーサと熱光学的特性を有する高い屈折率のミラー層を含むフィルタと、熱光学的特性を有するすべての層を含むフィルタとを比較する透過率対波長のグラフである。
【図１８】ＴＴＦＦと共振空洞強化検出器との組合わせの断面上での場の強さのグラフである。
【図１９】ＴＴＦＦをパッケージする時に使用するチップ・キャリヤの側面図である。
【図２０】図１９のチップ・キャリヤの平面図である。
【図２１】図１９および図２０のチップ・キャリヤが搭載されているトランジスタ・アウトライン（ＴＯ）パッケージの断面図である。
【図２２】図２１のＴＯパッケージに類似しているが、ＴＯパッケージ内に熱電クーラーも搭載されているＴＯパッケージの断面図である。
【図２３】完全な光学機器パッケージの断面図である。
【図２４】共振により強化されたＰＩＮ検出器およびＴＴＦＦを内蔵する薄膜スタックの断面図である。
【図２５】頂部を通してのファイバ接続を示すＴＯパッケージの断面図である。
【図２６】その頂部内にいくつかのファイバ接続ポートを有する３つのＴＯパッケージの斜視図である。
【図２７】その頂部内に光ポートを有するデュアル・インライン・ピン（ＤＩＰ）パッケージの斜視図である。
【図２８】光学構成部品を組み立てるためのマスク整合システムの分解斜視図である。
【図２９】光学構成部品を組み立てるための表面実装技術（ＳＭＴ）整合システムの分解斜視図である。
【図３０】光学構成部品を組み立てるための中間マスク整合システムの分解斜視図である。
【図３１】大型シートの多重ダイアセンブリを示す斜視図である。
【図３２】図３１のシートからの分離ダイを示す斜視図である。
【図３３】パッケージ内に光を導入し、アセンブリ内のフィルタが反射した光を受信するために使用する外部二重ファイバ・コリメータを含む光学アセンブリの断面図である。
【図３４】コリメータ・レンズおよびフィルタおよび検出器のアレイ上に光を指向させる回折格子を通して光を導入する裸ファイバを含む光学アセンブリの断面図である。
【図３５】ファイバを収容するフェルールを有するＴＯパッケージの断面図である。
【図３６】ファイバを収容するためのキャップ内の直接マウントを有するＴＯパッケージの断面図である。
【図３７】光学構成部品が電気接続のために搭載され、接着されているＴＯヘッダの斜視図である。
【図３８】４点接触装置を有するフィルタ・ヒータの平面図である。

Claims (33)

1. 光学機器であって、波長選択器として同調可能な自由空間フィルタを含む光学機器。
2. 前記光学機器が、光スペクトル分析器である、請求項１に記載の光学機器。
3. 前記光スペクトル分析器が、波長分割多重化光通信システム用の光チャネル・モニタとして構成され、かつ配置されている、請求項２に記載の光学機器。
4. 前記同調可能な自由空間フィルタが、同調可能な薄膜フィルタ（ＴＴＦＦ）である、請求項２に記載の光学機器。
5. 前記ＴＴＦＦが、熱光学的に同調可能である、請求項４に記載の光学機器。
6. 前記同調可能なフィルタが、薄膜半導体材料を含む多層膜構造である、請求項５に記載の光学機器。
7. 前記ＴＴＦＦの温度が、外部熱エネルギー伝達デバイスにより変化する、請求項５に記載の光学機器。
8. 前記熱エネルギー伝達デバイスが、抵抗性発熱素子である、請求項７に記載の光学機器。
9. 前記抵抗性発熱素子が、光が前記フィルタを通過するアパーチャを形成しているリング状の金属膜である、請求項８に記載の光学機器。
10. 前記抵抗性発熱素子が、光が前記抵抗性発熱素子を通過するように、ある位置において前記フィルタと一体化されている光学的に透明な層である、請求項８に記載の光学機器。
11. 前記透明な層が、透明な導電性酸化物である、請求項１０に記載の光学機器。
12. 前記透明な層が、アモルファス、微結晶、および多結晶半導体膜を含むリストから選択された、ドーピングされた薄膜である、請求項１０に記載の光学機器。
13. 前記透明な層が、ドーピングされた単結晶半導体である、請求項１０に記載の光学機器。
14. 前記ＴＴＦＦが、単一空洞ファブリ・ペロー構造を有する、請求項４に記載の光学機器。
15. 前記ＴＴＦＦが、多重空洞ファブリ・ペロー構造を有する、請求項４に記載の光学機器。
16. 前記ＴＴＦＦとともに１つの密封パッケージ内に搭載される光検出器をさらに備える、請求項４に記載の光学機器。
17. 前記１つの密封パッケージが、ＴＯスタイルのパッケージである、請求項１６に記載の光学機器。
18. 前記１つの密封パッケージ内に、１つまたは複数の離散温度センサをさらに備える、請求項１６に記載の光学機器。
19. 前記１つの密封パッケージ内に、１つまたは複数の温度安定化デバイスをさらに備える、請求項１６に記載の光学機器。
20. 波長校正が自動的に行われるものであり、光学機器は更に１つまたは複数の既知の波長信号の外部源を備える、請求項１に記載の光学機器。
21. 波長校正が自動的に行われるものであり、光学機器は更に１つまたは複数の既知の波長信号の内部源を備える、請求項１に記載の光学機器。
22. 波長校正が自動的に行われるものであり、光学機器は更に安定している波長基準を発生する受動干渉計構造を前記光学機器内に備える、請求項１に記載の光学機器。
23. 前記干渉計構造が、前記同調可能な自由空間フィルタの基板を含む、請求項２２に記載の光学機器。
24. 前記干渉計構造が、既知の光源と相互作用して基準信号を確立する、請求項２３に記載の光学機器。
25. 熱光学的に同調可能なＴＴＦＦの温度を測定して波長を決定するためのデバイスをさらに備える、請求項５に記載の光学機器。
26. 前記温度を測定する前記デバイスが、前記ＴＴＦＦと一体化されている、請求項２５に記載の光学機器。
27. 前記ＴＴＦＦが、前記温度を測定する前記デバイスを備えるヒータ層を備える、請求項２６に記載の光学機器。
28. 前記温度を測定する前記デバイスが、前記ヒータ層の抵抗をモニタする、請求項２７に記載の光学機器。
29. 前記ヒータ層を加熱するための直流源、および前記ヒータ層の抵抗をモニタするのに十分な重畳交流源をさらに備える、請求項２８に記載の光学機器。
30. 前記ヒータ層への４つの接点をさらに備え、前記４つの接点のうちの２つが、前記ヒータ層の縁部にヒータ電流を供給し、前記４つの接点のうちの他の２つが、前記ヒータ層の対向する側面から抵抗を測定する、請求項２８に記載の光学機器。
31. 出力を有する検出器と、前記検出器の出力から信号を受信するように接続されている信号プロセッサとをさらに備え、前記信号プロセッサが、前記検出器の出力から受信した前記信号をパワー対波長データに変換する、請求項１に記載の光学機器。
32. エレクトロニクス・モジュールと、光検出器と、ファイバ光学入力と、その中に前記同調可能な自由空間フィルタ、前記光検出器および前記光ファイバ入力が搭載されるトランジスタ・アウトライン（ＴＯ）パッケージとをさらに備え、前記ＴＯパッケージが、前記同調可能な自由空間フィルタと前記光検出器および前記エレクトロニクス・モジュール間の電気接続が行われるピンを含む、請求項１に記載の光学機器。
33. 前記ＴＯパッケージおよび前記エレクトロニクス・モジュールを支持している１つのエンクロージャをさらに備える、請求項３２に記載の光学機器。

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