JP2005010734A - Compound type etalon element and laser apparatus using compound type etalon element - Google Patents

Compound type etalon element and laser apparatus using compound type etalon element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound type etalon element of a lamination type which can prevent the deterioration of optical characteristics, has no dependency on polarized light, is excellent in temperature stability, and can be miniaturized. <P>SOLUTION: The compound type etalon element 18 has HR films 31 and 32 on an incident surface and exit surface of a transparent body, and utilizes the multiple reflections of light within the transparent body, in which the transparent body is formed by laminating a plurality of transparent thin body sheets 10 and 20 from the incident surface toward the exit surface and the transparent body thin sheets 10 and 20 are joined through an AR film 40. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は複合型エタロン素子及び該複合型エタロン素子を用いたレーザ装置に係り、特に光ファイバー通信等の光通信用光学部品として用いられる波長選択フィルター用の複合型エタロン素子及び該複合型エタロン素子を用いたレーザ装置に関する。   The present invention relates to a composite type etalon element and a laser apparatus using the composite type etalon element, and more particularly to a composite type etalon element for a wavelength selective filter used as an optical component for optical communication such as optical fiber communication and the composite type etalon element. The present invention relates to the laser apparatus used.

光通信において高速で大量の信号を伝送するための方法として、波長分割多重方式がある。この波長分割多重方式では、搬送波の波長の異なる信号を狭い帯域にできるだけ多く収納することによって、一度に送信する情報量を多くすることができる。   There is a wavelength division multiplexing method as a method for transmitting a large amount of signals at high speed in optical communication. In this wavelength division multiplexing system, it is possible to increase the amount of information transmitted at a time by storing as many signals with different carrier wavelengths as possible in a narrow band.

このため、異なる搬送波の波長を有する異なるチャンネルの波長は、互いに非常に接近している。そのため、これら互いに接近した波長を有するチャンネルの信号を正しく送受信するためには、光通信網に使用される光学フィルタの波長に対する特性が安定していることが必要であり、わずかな特性の変化により光信号の送受信の質が劣化してしまう。したがって、光学フィルタは波長(周波数)特性,温度安定性等の特性が安定していることが要求される。   For this reason, the wavelengths of different channels with different carrier wavelengths are very close to each other. For this reason, in order to correctly transmit and receive signals of channels having wavelengths close to each other, it is necessary that the characteristics of the optical filter used in the optical communication network be stable with respect to the wavelength. The quality of optical signal transmission / reception will deteriorate. Therefore, the optical filter is required to have stable characteristics such as wavelength (frequency) characteristics and temperature stability.

光学フィルタであるソリッド型のエタロン光学素子において温度安定性を向上させる技術として、両面に反射膜を有する透明体板の少なくとも片面に、この透明体板と異なる材質で構成され且つこの透明体板よりも線膨張係数の大きい板状体を密着させて光学素子を構成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a technique for improving temperature stability in a solid type etalon optical element that is an optical filter, at least one side of a transparent plate having a reflective film on both sides is made of a material different from this transparent plate and There is also known a technique for forming an optical element by closely contacting a plate-like body having a large linear expansion coefficient (see, for example, Patent Document 1).

この技術によれば、温度変化によって生じる透明体板の厚さと屈折率との積(すなわち、光学距離)の変化が、板状体の温度変化に伴って生じる体積変化によって相殺され、光学距離を近似的に不変に保つことができる。しかし、上記のような光学素子の構成では、透明体板の厚さが厚い場合、板状体の温度変化によって体積変化が生じ難くなり、光学距離を温度変化に対し不変に保つことが出来なくなるという不都合があった。   According to this technique, the change in the product of the thickness of the transparent plate and the refractive index (that is, the optical distance) caused by the temperature change is offset by the volume change caused by the temperature change of the plate-like body, and the optical distance is reduced. It can be kept approximately invariant. However, in the configuration of the optical element as described above, when the transparent plate is thick, it is difficult for the volume change to occur due to the temperature change of the plate-like body, and the optical distance cannot be kept unchanged with respect to the temperature change. There was an inconvenience.

また、別の技術として、光学素子の透明体板に温度安定性の高い材料を選択する技術として、透明体板の屈折率の温度変化を屈折率で除した係数(1/n・dn/dt)と線膨張係数αとの和(以下、特性指数という)が小さな材料を選択する技術がある(例えば、特許文献1、2参照)。このような材料として、PMMA,AgCl,LiCaAlF,LiO,CaCO,CaWO等が挙げられており、これらを透明体板に用いて光学素子を構成した場合、中心波長(1550nm)における温度に対する変化量は0.8〜3.6pm/K程度となり、高い温度安定性を有するものとなる。 As another technique, as a technique for selecting a material having high temperature stability for the transparent plate of the optical element, a coefficient (1 / n · dn / dt) obtained by dividing the temperature change of the refractive index of the transparent plate by the refractive index. ) And a linear expansion coefficient α (hereinafter referred to as a characteristic index) is selected (for example, see Patent Documents 1 and 2). Examples of such a material include PMMA, AgCl, LiCaAlF 6 , LiO 3 , CaCO 3 , CaWO 4, and the like, and when these are used for a transparent plate to form an optical element, the temperature at the central wavelength (1550 nm). The amount of change with respect to is about 0.8 to 3.6 pm / K, and has high temperature stability.

このように、透明体板に温度安定性の高い材料を選択して光学素子を構成する場合、材料の信頼性、加工性、安定性等を考慮すると(例えばポリマ材料のPMMAでは信頼性として十分ではない。)、上記材料の中ではLiCaAlFが実用的であると考えられる。LiCaAlFを用いた場合は、中心波長(1550nm)における温度に対する変化量は−3.6pm/K程度となる。 As described above, when an optical element is configured by selecting a material having high temperature stability for the transparent body plate, considering reliability, workability, stability, etc. of the material (for example, PMMA as a polymer material is sufficient as reliability) However, among the above materials, LiCaAlF 6 is considered to be practical. When LiCaAlF 6 is used, the amount of change with respect to temperature at the center wavelength (1550 nm) is about −3.6 pm / K.

また、より多くの信号を一度に送信するためにはFSRの値が小さいことが望ましく、例えばFSRを25GHzに設定しLiCaAlF(屈折率n=1.386)を選択すると、入射角を略0度とした場合には、光学素子の厚さが4.3mm程度となる。 In order to transmit more signals at once, it is desirable that the FSR value is small. For example, when the FSR is set to 25 GHz and LiCaAlF 6 (refractive index n = 1.386) is selected, the incident angle is approximately 0. In the case of the degree, the thickness of the optical element is about 4.3 mm.

また、光学素子の温度安定性を向上させる別の技術として、ある結晶軸方向は正の特性指数の値、他の結晶軸方向は負の特性指数の値を有する材料を用い、入射光の入射角度を光学軸に対して所定角度に傾けることにより、実質的にその入射角度において特性指数を零とする技術がある(例えば、特許文献3参照)。   Another technique for improving the temperature stability of optical elements is to use a material that has a positive characteristic index value in the crystal axis direction and a negative characteristic index value in the other crystal axis direction. There is a technique in which the characteristic index is substantially zero at the incident angle by tilting the angle to a predetermined angle with respect to the optical axis (see, for example, Patent Document 3).

さらに、光学素子の温度安定性を向上させる別の技術として、透明体板を正の特性指数を有する材料と、負の特性指数を有する材料とを貼り合わせて構成する技術がある(例えば、特許文献1、特許文献3参照)。この技術によれば、正負の特性指数を有する材料を貼り合せて複合型光学素子を構成しているため、一方の材料は温度変化により光学距離が長くなり、他方の材料は光学距離が短くなる。したがって、温度変化による光学距離の変化を打ち消し合うように双方の材料の厚さを設定することにより、光学素子の温度安定性を向上させることができる。
特許第3294986号公報(第3−7頁、第1−6図) 特開2001−324702号公報(第5−9頁) 米国特許第6452725号明細書(第5−8頁、第1−7図)
Further, as another technique for improving the temperature stability of the optical element, there is a technique in which a transparent plate is formed by bonding a material having a positive characteristic index and a material having a negative characteristic index (for example, patents). Reference 1 and Patent Reference 3). According to this technology, since a composite optical element is configured by bonding materials having positive and negative characteristic indexes, one material has a longer optical distance due to temperature change, and the other material has a shorter optical distance. . Therefore, the temperature stability of the optical element can be improved by setting the thicknesses of both materials so as to cancel out the change in the optical distance due to the temperature change.
Japanese Patent No. 3294986 (page 3-7, FIG. 1-6) JP 2001-324702 A (Page 5-9) US Pat. No. 6,452,725 (pages 5-8, FIGS. 1-7)

一度に多くの信号を送受信するためにはFSRを小さく設定することが必要となるが、FSRを25GHzに設定した場合、FSRを例えば50GHz,100GHzに設定した場合と比べて、透明体板の厚さはそれぞれ2倍,4倍の厚さとなる。   In order to send and receive many signals at a time, it is necessary to set the FSR to be small. However, when the FSR is set to 25 GHz, the thickness of the transparent plate is larger than when the FSR is set to 50 GHz and 100 GHz, for example. The thickness is twice and four times, respectively.

透明体板に温度安定性の高い材料を選択して光学素子の温度安定性を向上させる技術としてLiCaAlFを用いた場合、中心波長(1550nm)における温度に対する変化量は−3.6pm/K程度、FSRが25GHzに設定されたときの厚さは4.3mm程度となり、温度安定性に優れ且つ小型化にも寄与できる構成とすることができる。 When LiCaAlF 6 is used as a technique for improving the temperature stability of the optical element by selecting a material having high temperature stability for the transparent plate, the amount of change with respect to the temperature at the center wavelength (1550 nm) is about −3.6 pm / K. When the FSR is set to 25 GHz, the thickness is about 4.3 mm, and the structure can be excellent in temperature stability and contribute to downsizing.

しかし、LiCaAlFを用いた光学素子は小型化されているとはいえ、さらに光学素子の小型化への市場の要求がある。それと共により高い温度安定性に対する需要もあることから、LiCaAlFを用いた光学素子では温度安定性及び大きさという観点からは十分ではないという問題があった。 However, although optical elements using LiCaAlF 6 have been downsized, there is a market demand for further downsizing of the optical elements. At the same time, since there is a demand for higher temperature stability, an optical element using LiCaAlF 6 has a problem that it is not sufficient from the viewpoint of temperature stability and size.

また、光学素子の結晶軸を傾けて所定角度で入射する光線に対して実質的に特性指数を零とする技術では、結晶軸の傾きを利用していることから偏光依存性が生じ、入射する光線の偏光方向に制限が生じるという問題があった。   In addition, the technique of tilting the crystal axis of the optical element and making the characteristic index substantially zero for light incident at a predetermined angle uses the tilt of the crystal axis, resulting in polarization dependence and incident. There was a problem that the direction of polarization of the light beam was limited.

また、貼り合わせ型(複合型)の光学素子の場合、より温度安定性を向上させることができるという利点はあるものの、貼り合わせた透明体板の光学接合面の反射が光学素子として使用する際に、必要な波長帯域に対して光学特性を乱してしまうという問題が生じていた。また、上記従来技術においては、2種の材料としてBK7とNaClの組合せが例示されている。しかし、材料としてBK7とNaClを使用する場合、材料の信頼性の面で十分とはいえなかった。
また、従来のエタロン素子を用いたレーザモジュール等のレーザ装置では、エタロン素子を所定の温度に保持するための冷却装置や制御装置が必要であったり、冷却装置等を配設する代わりにサイズの大きなエアギャップ型のエタロン素子を用いる必要があったりするため、レーザ装置自体が大型化したり、電力消費量が大きかったりするという不都合があった。
In the case of a bonded (composite) optical element, there is an advantage that the temperature stability can be further improved, but the reflection of the optical joint surface of the bonded transparent plate is used as an optical element. In addition, there has been a problem that the optical characteristics are disturbed with respect to a necessary wavelength band. Moreover, in the said prior art, the combination of BK7 and NaCl is illustrated as two types of materials. However, when BK7 and NaCl are used as materials, it cannot be said that the reliability of the materials is sufficient.
Further, in a laser device such as a laser module using a conventional etalon element, a cooling device or a control device for maintaining the etalon element at a predetermined temperature is required, or the size of the etalon element is not limited to the provision of the cooling device. Since it is necessary to use a large air gap type etalon element, there is a disadvantage that the laser device itself is increased in size and power consumption is large.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、貼り合わせ型の複合型エタロン素子において、光学特性の劣化を防止することができると共に、偏光依存性がなく、温度安定性に優れ、且つ、小型化することが可能な複合型エタロン素子及び該複合型エタロン素子を用いたレーザ装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to prevent degradation of optical characteristics in a bonded composite etalon element, and has no polarization dependency, excellent temperature stability, and downsizing. It is an object of the present invention to provide a composite etalon element that can be used and a laser device using the composite etalon element.

前記課題は、請求項1に記載の複合型エタロン素子によれば、透明体の入射面と出射面に反射膜を有し、前記透明体の内部での光の多重反射を利用する複合型エタロン素子において、前記透明体は、複数の透明体薄板が前記入射面から出射面にかけて積層されてなり、前記透明体薄板は、隣合う透明体薄板と反射防止膜を介して接合されることにより解決される。   According to the composite etalon element of claim 1, the subject is a composite etalon having a reflective film on the entrance surface and the exit surface of the transparent body, and utilizing multiple reflection of light inside the transparent body. In the element, the transparent body is formed by laminating a plurality of transparent body thin plates from the entrance surface to the exit surface, and the transparent body thin plate is bonded to the adjacent transparent body thin plate via an antireflection film. Is done.

このように本発明の複合型エタロン素子は、入射面と出射面に反射膜が形成された透明体が、複数の透明体薄板を入射面から出射面にかけて積層することにより形成され、且つ透明体薄板同士が反射防止膜を介して接合されている。このように構成することにより、複合型エタロン素子内に入射した光線が、透明体薄板同士の接合界面において反射されてしまうことを低減することができる。   As described above, the composite type etalon element of the present invention is formed by laminating a transparent body in which a reflection film is formed on the incident surface and the exit surface, by laminating a plurality of transparent thin plates from the entrance surface to the exit surface, and the transparent body. The thin plates are joined via an antireflection film. By comprising in this way, it can reduce that the light ray which injected in the composite type | mold etalon element will be reflected in the joining interface of transparent body thin plates.

これにより複合型エタロン素子の分光透過率(光学特性)の変化が反射によって乱されることを抑制することができ、分光透過率の変化を周期的なものに維持することができる。そして、分光透過率の周期的な変化の極大値の値を揃えることができると共に、極大値をとる波長の間隔を略一定とすることが可能となる。したがって、本発明の複合型エタロン素子では、透明体薄板を貼り合わせることによって生じる光学特性の劣化を効果的に防止することが可能となる。   Thereby, it is possible to suppress the change in the spectral transmittance (optical characteristics) of the composite etalon element from being disturbed by the reflection, and it is possible to maintain the change in the spectral transmittance periodically. In addition, it is possible to align the values of the maximum values of the periodic changes in the spectral transmittance, and to make the interval between the wavelengths at which the maximum values are obtained substantially constant. Therefore, in the composite type etalon element of the present invention, it is possible to effectively prevent the deterioration of the optical characteristics caused by bonding the transparent thin plates.

また、請求項2に記載のように前記反射防止膜は、使用する波長の光に対して反射率が0.3%以下に設定されれば好適である。透明体薄板同士を反射防止膜を介すことなく接合した場合は、接合界面で数パーセントの反射が発生してしまう。しかし、本発明のように使用する波長の光に対して反射率を0.3%以下とすることにより、透明体薄板を貼り合わせることによって生じる光学特性の劣化を効果的に防止することが可能となる。   In addition, as described in claim 2, it is preferable that the antireflection film has a reflectance of 0.3% or less with respect to light having a wavelength to be used. When the transparent thin plates are joined without an antireflection film, several percent of reflection occurs at the joining interface. However, it is possible to effectively prevent the deterioration of the optical characteristics caused by laminating the transparent thin plates by setting the reflectance to 0.3% or less for the light of the wavelength used as in the present invention. It becomes.

また、請求項3に記載のように前記反射防止膜は、単層又は複数層から構成することができる。また、請求項4に記載のように前記反射防止膜は、隣合う透明体薄板の一方に積層されて形成されると共に、隣合う透明体薄板の他方と光学密着により接合されれば好適である。このように光学密着により反射防止膜を介して透明体薄板同士を接合することにより、例えば有機物質等による接着のように接着界面で減衰,反射等を起こしてしまうことなく、光学特性の劣化に対する影響を低減することができる。   In addition, as described in claim 3, the antireflection film can be composed of a single layer or a plurality of layers. In addition, as described in claim 4, it is preferable that the antireflection film is formed by being laminated on one of adjacent transparent thin plates and bonded to the other of the adjacent transparent thin plates by optical adhesion. . In this way, by joining the transparent thin plates through the antireflection film by optical adhesion, for example, the deterioration of the optical characteristics without causing attenuation, reflection or the like at the adhesion interface like adhesion by an organic substance or the like. The influence can be reduced.

また、前記課題は、請求項5に記載の複合型エタロン素子によれば、透明体の入射面と出射面に反射膜を有し、前記透明体の内部での光の多重反射を利用する複合型エタロン素子において、前記透明体は、複数の透明体薄板が前記入射面から出射面にかけて積層されてなり、前記透明体薄板は、隣合う透明体薄板との屈折率の差が0.160以下に設定されたことにより解決される。
このような簡単な構成により、複合型エタロン素子内に入射した光線の接合界面における反射を低減して、分光透過率の変化が乱されることを抑制することができ、分光透過率の変化を周期的なものに維持することが可能となる。これにより、透明体薄板を貼り合わせることによって生じる光学特性の劣化を効果的に防止することができる。
Further, according to the composite etalon element of claim 5, the subject is a composite having a reflection film on the incident surface and the emission surface of the transparent body, and utilizing multiple reflection of light inside the transparent body. In the type etalon element, the transparent body is formed by laminating a plurality of transparent body thin plates from the entrance surface to the exit surface, and the transparent body thin plate has a refractive index difference of 0.160 or less from an adjacent transparent body thin plate. It is solved by setting to.
Such a simple configuration can reduce the reflection at the joint interface of the light beam incident on the composite etalon element, thereby suppressing the change in the spectral transmittance, and reducing the change in the spectral transmittance. It becomes possible to keep it periodic. Thereby, it is possible to effectively prevent the deterioration of the optical characteristics caused by pasting the transparent thin plates.

また、請求項6に記載のように前記透明体は、各透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれれば好適である。透明体薄板を適宜に選択することにより、各透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれれば、複合型エタロン素子内の光学距離が温度によらず一定となるので、温度安定性に優れた複合型エタロン素子を得ることが可能となる。   In addition, as described in claim 6, the transparent body is suitable if the sum of the product of the thickness and refractive index of each transparent body thin plate is kept approximately unchanged with respect to temperature change. By appropriately selecting the transparent thin plate, if the sum of the product of the thickness and refractive index of each transparent thin plate is kept approximately unchanged with respect to the temperature change, the optical distance in the composite etalon element is Therefore, it becomes possible to obtain a composite etalon element having excellent temperature stability.

また、請求項7に記載のように前記透明体は、温度変化に対して厚さと屈折率の積が増加する正の係数を有する透明体薄板と、温度変化に対して厚さと屈折率の積が減少する負の係数を有する透明体薄板からなり、各透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれるように、前記正及び負の係数を有する透明体薄板の厚さの比が設定されれば好適である。   In addition, as described in claim 7, the transparent body includes a transparent thin plate having a positive coefficient that increases a product of thickness and refractive index with respect to a temperature change, and a product of thickness and refractive index with respect to a temperature change. The positive and negative coefficients so that the sum of the product of the thickness and refractive index of each transparent sheet is approximately invariant to temperature changes. It is preferable if the ratio of the thicknesses of the transparent thin plates having a thickness is set.

このように、透明体薄板の材料として、温度変化に対して光学距離が減少する性質を有する(すなわち、負の係数を有する)材料と、温度変化に対して光学距離が増加する性質を有する(すなわち、正の係数を有する)材料とを選択し、且つ、これらの材料の厚さの比を前記正負の係数の大きさを考慮して最適値に設定すれば、複合型エタロン素子内の光学距離を温度によらず一定とすることができるので、温度安定性に優れた複合型エタロン素子を得ることが可能となる。   Thus, as a material for the transparent thin plate, a material having a property of decreasing an optical distance with respect to a temperature change (that is, having a negative coefficient) and a property of increasing an optical distance with respect to a temperature change ( In other words, if the material having a positive coefficient is selected and the ratio of the thicknesses of these materials is set to an optimum value in consideration of the magnitude of the positive and negative coefficients, the optical in the composite etalon element Since the distance can be made constant regardless of the temperature, it is possible to obtain a composite etalon element having excellent temperature stability.

また、請求項8に記載のように前記負の係数を有する透明体薄板は、SrTiO,TiO,LiCaAlFのいずれかからなるものとすることができる。SrTiOは等方性を有する光学結晶であり、TiOは等方性を有しない光学結晶である。TiOは等方性を有しない光学結晶であるが、光学軸と平行に光線を入射した場合、光学的に等方とみなすことができる。そして、TiOは上記のように光線に入射した場合、負の係数を持つ結晶である。したがって、等方性を有しない光学結晶を負の係数を有する透明体薄板に用いた場合であっても、偏光依存性の極めて少ない複合型エタロン素子を得ることが可能である。これらの材料は光学ガラスよりも屈折率が大きいので、これらの材料を用いることにより、複合型エタロン素子のサイズを小さくすることができる。なお、LiCaAlFは光学ガラスと屈折率が近い材料である。 In addition, as described in claim 8, the transparent thin plate having the negative coefficient can be made of any one of SrTiO 3 , TiO 2 , and LiCaAlF 6 . SrTiO 3 is an optical crystal having isotropic properties, and TiO 2 is an optical crystal having no isotropic properties. TiO 2 is an optical crystal having no isotropic property, but can be regarded as optically isotropic when a light beam is incident parallel to the optical axis. TiO 2 is a crystal having a negative coefficient when incident on a light beam as described above. Therefore, even when an optical crystal having no isotropic property is used for a transparent thin plate having a negative coefficient, it is possible to obtain a composite etalon element having extremely little polarization dependency. Since these materials have a refractive index higher than that of optical glass, the size of the composite etalon element can be reduced by using these materials. LiCaAlF 6 is a material having a refractive index close to that of optical glass.

また、請求項9に記載のように前記透明体は、光学ガラスからなる透明体薄板と、光学結晶からなる透明体薄板と、を含むように構成することができる。また、請求項10に記載のように前記透明体は、光学結晶からなる透明体薄板によって構成することができる。   In addition, as described in claim 9, the transparent body can be configured to include a transparent thin plate made of optical glass and a transparent thin plate made of optical crystal. In addition, as described in claim 10, the transparent body can be constituted by a transparent thin plate made of an optical crystal.

また、請求項11に記載のように前記透明体は、前記透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれるように、前記光学結晶からなる透明体薄板の光学結晶軸の方向が、前記入射面から反射面へ向かう方向に対して所定の角度をなすように設定することによって複合型エタロン素子を構成することもできる。   In addition, as described in claim 11, the transparent body is made of the optical crystal so that the sum of the product of the thickness and refractive index of the transparent body thin plate is kept approximately unchanged with respect to temperature change. The composite etalon element can also be configured by setting the direction of the optical crystal axis of the transparent thin plate so as to form a predetermined angle with respect to the direction from the incident surface toward the reflecting surface.

また、前記課題は、請求項12に記載のレーザ装置によれば、入射したレーザ光を2方向に分岐する分岐部と、該分岐部で一の方向へ分岐されたレーザ光を受光してレーザ光の強度を検出する強度検出部と、前記分光部で他の方向へ分岐されたレーザ光のうち所定波長のレーザ光を選択的に透過させる上記複合型エタロン素子と、該複合型エタロン素子を透過した所定波長のレーザ光を受光して該所定波長のレーザ光の強度を検出する波長検出部と、を備えることにより解決される。上記複合型エタロン素子を備えることにより、従来のようにエタロン素子を所定温度に保持するために冷却等するための装置が不要となるので、レーザ装置自体をコンパクトに構成することができると共に、製造コストを低減することができる。   Further, according to the laser device of the twelfth aspect of the present invention, the laser device according to claim 12 receives the laser beam branched in one direction at the branching unit that branches the incident laser beam in two directions, and receives the laser beam. An intensity detector that detects the intensity of the light; the composite etalon element that selectively transmits laser light having a predetermined wavelength among the laser light branched in the other direction by the spectroscopic section; and the composite etalon element. This is solved by including a wavelength detection unit that receives the transmitted laser beam having a predetermined wavelength and detects the intensity of the laser beam having the predetermined wavelength. By providing the above composite type etalon element, a device for cooling to keep the etalon element at a predetermined temperature is not required as in the prior art, so that the laser device itself can be made compact and manufactured. Cost can be reduced.

本発明の複合型エタロン素子は、透明体薄板を反射防止膜を介して光学密着にて貼り付けた構成としたことにより、接合面においての反射及び損失が低減され、使用する光線の波長を含む広い波長範囲において複合型エタロン素子の分光透過率の変化を周期的とし、その変化の極大値をとる波長の間隔を略一定とすることができると共に極大値を揃えることができる。   The composite type etalon element of the present invention has a structure in which a transparent thin plate is attached by optical adhesion through an antireflection film, so that reflection and loss at the joint surface are reduced, and includes the wavelength of the light beam to be used. The change in the spectral transmittance of the composite etalon element can be made periodic in a wide wavelength range, and the wavelength interval at which the maximum value of the change can be made substantially constant and the maximum value can be made uniform.

また、本発明の複合型エタロン素子は、温度変化に対して光学距離が増大する正の係数を備えた光学材料からなる透明体薄板と、温度変化に対して光学距離が減少する負の係数を備えた光学材料からなる透明体薄板とを貼り合わせて構成し、且つ、これらの厚さを温度変化に対する光学距離の変化が互いに打ち消されるように設定したので、温度によらず安定した光学特性を有する。   Further, the composite etalon element of the present invention has a transparent thin plate made of an optical material having a positive coefficient that increases the optical distance with respect to a temperature change, and a negative coefficient that decreases the optical distance with respect to a temperature change. Since the transparent thin plate made of the optical material provided is laminated and these thicknesses are set so that the change in the optical distance with respect to the temperature change cancels each other, stable optical characteristics can be obtained regardless of the temperature. Have.

また、このような光学材料として、屈折率が高いものを選択することにより、より小型化された複合型エタロン素子を得ることが可能となった。さらに、光学材料として光学結晶を用いる場合に結晶軸方向を傾けることなく複合型エタロン素子を形成することが可能となった。   Further, by selecting an optical material having a high refractive index, it is possible to obtain a more compact composite type etalon element. Furthermore, when an optical crystal is used as the optical material, it has become possible to form a composite etalon element without tilting the crystal axis direction.

以上のように、本発明によれば、貼り合わせ型の複合型エタロン素子において、光学特性の劣化を防止することができると共に、偏光依存性がなく、温度安定性に優れ、且つ、小型化することが可能な複合型エタロン素子を提供することができる。また、本発明の複合型エタロンをレーザ装置に用いることにより、レーザ装置をコンパクトに構成することができると共に、製造コストを低減することができる。   As described above, according to the present invention, in a bonded composite etalon element, optical characteristics can be prevented from being deteriorated, and there is no dependence on polarization, temperature stability is excellent, and miniaturization is achieved. It is possible to provide a composite etalon element that can be used. Further, by using the composite etalon of the present invention for a laser device, the laser device can be made compact and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1乃至図21はSrTiOと光学ガラス(S−TIH53)の組合せに係る実施例であって、図1は実施例の単層の反射防止膜を有する複合型エタロン素子の断面説明図、図2は実施例の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフ、図3は図2の拡大図、図4は別実施例の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。図5,図7はそれぞれ実施例の2層,3層の反射防止膜を有する複合型エタロン素子の断面説明図、図6,図8はそれぞれ実施例の2層,3層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。
図9乃至図18は高反射膜の反射率を変えて設定した場合の例であり、図9,図11,図13,図15,図17は実施例の複合型エタロン素子の分光透過率特性を表すグラフ、図10,図12,図14,図16,図18は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。
図19は実施例の反射防止膜の反射率を異ならせた場合の分光透過率特性を表すグラフ、図20は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフ、図21は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 21 are examples relating to a combination of SrTiO 3 and optical glass (S-TIH53), and FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a composite type etalon element having a single-layer antireflection film of the example. 2 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the single-layer antireflection film of the example, FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2, and FIG. 4 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the single-layer antireflection film of another example. It is. FIGS. 5 and 7 are cross-sectional explanatory views of the composite type etalon element having the two-layer and three-layer antireflection films of the embodiment, respectively, and FIGS. It is a graph showing a spectral reflectance characteristic.
9 to 18 show examples in which the reflectance of the highly reflective film is changed, and FIGS. 9, 11, 13, 15, and 17 show the spectral transmittance characteristics of the composite type etalon element of the embodiment. FIG. 10, FIG. 12, FIG. 14, FIG. 16, and FIG. 18 are graphs showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example.
FIG. 19 is a graph showing the spectral transmittance characteristics when the reflectance of the antireflection film of the example is varied, and FIG. 20 shows the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example. FIG. 21 is a graph showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is formed and not formed in the composite etalon element of the example.

図22乃至図32はSrTiOと石英の組合せに係る実施例であって、図22は単層の反射防止膜、図23は2層の反射防止膜、図24は3層の反射防止膜の実施例の分光反射率特性を表すグラフである。図25乃至図32は高反射膜の反射率を変えて設定した場合の例であり、図25,図27,図29,図31は実施例の複合型エタロン素子の分光透過率特性を表すグラフ、図26,図28,図30,図32は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。 FIGS. 22 to 32 show an embodiment relating to a combination of SrTiO 3 and quartz. FIG. 22 shows a single-layer antireflection film, FIG. 23 shows a two-layer antireflection film, and FIG. 24 shows a three-layer antireflection film. It is a graph showing the spectral reflectance characteristic of an Example. 25 to 32 are examples in which the reflectance of the highly reflective film is changed, and FIGS. 25, 27, 29, and 31 are graphs showing the spectral transmittance characteristics of the composite type etalon element of the embodiment. 26, 28, 30, and 32 are graphs showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example.

図33乃至図44はLiCAFと光学ガラス(S−BAH32)の組合せに係る実施例であって、図33は単層の反射防止膜、図34は2層の反射防止膜、図35は3層の反射防止膜の実施例の分光反射率特性を表すグラフである。図36乃至図39,図41及び図42は高反射膜の反射率を変えて設定した場合の例であり、図36,図38,図41は実施例の複合型エタロン素子の分光透過率特性を表すグラフ、図37,図39,図42は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。
図40は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフ、図43は実施例の反射防止膜の反射率を異ならせた場合の分光透過率特性を表すグラフ、図44は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。
FIGS. 33 to 44 show an embodiment relating to a combination of LiCAF and optical glass (S-BAH32). FIG. 33 is a single-layer antireflection film, FIG. 34 is a two-layer antireflection film, and FIG. It is a graph showing the spectral reflectance characteristic of the Example of this anti-reflective film. 36 to 39, FIG. 41 and FIG. 42 are examples when the reflectance of the high reflection film is changed, and FIG. 36, FIG. 38 and FIG. 41 are spectral transmittance characteristics of the composite type etalon element of the embodiment. 37, FIG. 39, and FIG. 42 are graphs showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example.
FIG. 40 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is formed and not formed in the composite etalon element of the example, and FIG. 43 is a spectrum when the reflectance of the antireflection film of the example is varied. FIG. 44 is a graph showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example.

図45乃至図50はLiCAFと光学ガラス(S−FSL5)の組合せに係る実施例であって、図45は単層の反射防止膜の実施例の分光反射率特性を表すグラフである。図46乃至図49は高反射膜の反射率を変えて設定した場合の例であり、図46,図48は実施例の複合型エタロン素子の分光透過率特性を表すグラフ、図47,図49は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。図40は実施例の複合型エタロン素子において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。
図51乃至図54は実施例の複合型エタロン素子の温度特性を表すグラフ、図55はレーザ装置の構成図である。なお、以下に説明する構成等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
45 to 50 are examples relating to the combination of LiCAF and optical glass (S-FSL5), and FIG. 45 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of an example of a single-layer antireflection film. 46 to 49 show examples in which the reflectivity of the high reflection film is changed, and FIGS. 46 and 48 are graphs showing the spectral transmittance characteristics of the composite type etalon element of the example, and FIGS. 47 and 49. These are graphs showing the spectral transmittance characteristics when the antireflection film is not formed in the composite type etalon element of the example. FIG. 40 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is formed and not formed in the composite type etalon element of the example.
51 to 54 are graphs showing temperature characteristics of the composite type etalon element of the embodiment, and FIG. 55 is a configuration diagram of the laser apparatus. Note that the configurations and the like described below are not intended to limit the present invention, and various modifications can be made according to the spirit of the present invention.

本発明の複合型エタロン素子1は、光通信用波長選択フィルタとしてのエタロン光学フィルタである。複合型エタロン素子1は、透明体2の平行な両側面に形成された反射膜によって透明体2内部に入射した光線を多重反射させるものでありファブリペロー型光学素子である。そして本発明の複合型エタロン素子1は、波長(周波数)及び温度によらず安定した光学特性(分光透過率特性)を備えていることを特徴としている。先ず、本発明の複合型エタロン素子1が、波長(周波数)によらず安定した光学特性(分光透過率特性)を備えることについて説明する。   The composite etalon element 1 of the present invention is an etalon optical filter as a wavelength selective filter for optical communication. The composite etalon element 1 is a Fabry-Perot optical element that multi-reflects light incident on the inside of the transparent body 2 by reflection films formed on both side surfaces of the transparent body 2 in parallel. The composite etalon element 1 of the present invention is characterized by having stable optical characteristics (spectral transmittance characteristics) regardless of wavelength (frequency) and temperature. First, it will be described that the composite etalon element 1 of the present invention has stable optical characteristics (spectral transmittance characteristics) regardless of wavelength (frequency).

○実施例1(SrTiOと光学ガラスの組合せ)
図1に示すように複合型エタロン素子1の透明体2は、透明体薄板10,20及びAR膜(反射防止膜)40が積層して配置されて構成されている。透明体薄板10,20はAR膜(反射防止膜)40を介して積層され密着して配設され、透明体薄板10,20の外側側面(それぞれ入射面及び出射面)にはHR膜(高反射膜)31,32が配設された構成となっている。本実施例の透明体薄板10,20は、それぞれ光学結晶であるSrTiO,光学ガラスであるS−TIH53(株式会社オハラ製光学ガラス)から構成されている。
Example 1 (combination of SrTiO 3 and optical glass)
As shown in FIG. 1, the transparent body 2 of the composite etalon element 1 is configured by laminating transparent thin plates 10 and 20 and an AR film (antireflection film) 40. The transparent thin plates 10 and 20 are laminated and disposed in close contact with each other via an AR film (antireflection film) 40, and the transparent thin plates 10 and 20 are provided with an HR film (high incidence surface) on the outer side surfaces (incident and outgoing surfaces, respectively). Reflective films) 31 and 32 are provided. The transparent thin plates 10 and 20 of this example are composed of SrTiO 3 that is an optical crystal and S-TIH53 (optical glass manufactured by OHARA INC.) That is an optical glass, respectively.

SrTiOの屈折率nは2.279、S−TIH53の屈折率nは1.800であり、透明体薄板10の厚さDは292.27μm,透明体薄板20の厚さDは443.91μmに形成されている。したがって、複合型エタロン素子1全体の厚さは約0.736mmとなる。なお、本実施例の複合型エタロン素子1は、厚さDとDが後述する温度特性を考慮した設定とはなっていない。また、本発明において厚さとは、入射面から出射面へ向かう方向の材料の厚さを指すものとする。 The refractive index n 1 of SrTiO 3 is 2.279, the refractive index n 2 of S-TIH 53 is 1.800, the thickness D 1 of the transparent thin plate 10 is 292.27 μm, and the thickness D 2 of the transparent thin plate 20. Is formed to 443.91 μm. Therefore, the total thickness of the composite etalon element 1 is about 0.736 mm. In the composite etalon element 1 of the present embodiment, the thicknesses D 1 and D 2 are not set in consideration of temperature characteristics described later. In the present invention, the thickness refers to the thickness of the material in the direction from the incident surface to the emission surface.

透明体薄板10,20の接合面は、面精度を極めて高精度に磨りあわせ研磨してオプティカルフラットが形成されている。そして、AR膜40は透明体薄板10又は20の接合面に例えば真空蒸着法,スパッタリング法,イオンアシスト蒸着法,イオンプレーティング法等により所定厚さとなるように積層されて形成されている。   The joining surfaces of the transparent thin plates 10 and 20 are polished and polished with extremely high surface accuracy to form an optical flat. The AR film 40 is formed by being laminated on the bonding surface of the transparent thin plate 10 or 20 so as to have a predetermined thickness by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion assist deposition method, an ion plating method or the like.

そして、透明体薄板10,20は、AR膜40を挟んで有機物質等による接着方法ではなく、接着界面には何も使わない光学密着にて一体に連結されている。これにより、接着界面を通過する光線が、接着界面により減衰,反射することを低減することができる。   The transparent thin plates 10 and 20 are integrally connected to each other at the bonding interface by an optical contact without using an organic material or the like with the AR film 40 interposed therebetween. Thereby, it can reduce that the light ray which passes the adhesion interface attenuates and reflects by the adhesion interface.

AR膜40は、透明体薄板10と透明体薄板20との接合界面での反射をさらに低減するために設けられている。図2は、透明体薄板10,20としてそれぞれSrTiO,S−TIH53を選択した場合のAR膜40の反射率特性(図中線a)及びAR膜40を形成しない場合の反射率特性(図中線b)を示している。AR40膜は、屈折率nが2.025の光学材料を用いて、その光学膜厚が0.25λ(λ=1550nm)となるように単層膜に形成されている。また、図3に図2の縦軸(反射率)を拡大した図を示す。 The AR film 40 is provided in order to further reduce reflection at the bonding interface between the transparent thin plate 10 and the transparent thin plate 20. 2 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 (line a in the figure) when SrTiO 3 and S-TIH 53 are selected as the transparent thin plates 10 and 20, respectively, and the reflectance characteristics when the AR film 40 is not formed (FIG. 2). The middle line b) is shown. The AR40 film is formed as a single layer film using an optical material having a refractive index n of 2.025 so that the optical film thickness is 0.25λ (λ = 1550 nm). FIG. 3 is an enlarged view of the vertical axis (reflectance) of FIG.

このようにAR膜40を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる(図中線a参照)。また、波長1550nmを中心として、光ファイバ通信で用いられるS,C及びLバンド(1460nm〜1625nm)において反射率を0.02%以下の極めて低いレベルに抑えることができる。また、製造誤差を考慮しても、少なくとも反射率を0.3%以下に抑えることができる。なお、界面にAR膜40を設けない場合は、反射率が1.38%程度と大きくなる(図中線b参照)。   By forming the AR film 40 in this way, the reflectance can be made substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm (see the line a in the figure). In addition, the reflectance can be suppressed to an extremely low level of 0.02% or less in the S, C, and L bands (1460 nm to 1625 nm) used in optical fiber communication, centering on the wavelength of 1550 nm. Even when manufacturing errors are taken into consideration, at least the reflectance can be suppressed to 0.3% or less. In the case where the AR film 40 is not provided at the interface, the reflectance increases to about 1.38% (see line b in the figure).

また、図4にAR膜40の材料として、屈折率nが2.025の材料以外に、屈折率nが1.900,1.950,2.100,2.150の材料を用いた場合の反射率特性を示す。なお、それぞれの厚さdは、nd=0.25λを満たすように設定されている。図中、線aは屈折率nが2.025,線bは屈折率nが1.950,線cは屈折率nが1.900,線dは屈折率nが2.100,線eは屈折率nが2.150の場合の反射率の変化を表わす。   FIG. 4 shows a case where a material having a refractive index n of 1.900, 1.950, 2.100, 2.150 is used as a material of the AR film 40 in addition to a material having a refractive index n of 2.025. Reflectance characteristics are shown. Each thickness d is set to satisfy nd = 0.25λ. In the figure, the refractive index n of the line a is 2.025, the refractive index n of the line b is 1.950, the refractive index n of the line c is 1.900, the refractive index n of the line d is 2.100, and the linear e is This represents a change in reflectance when the refractive index n is 2.150.

このように、AR膜40に用いる材料としては、屈折率nが2.025の材料を用いるのが最も望ましいが、屈折率nが2.025近辺であれば波長1550nmを中心として1460nm〜1625nmの波長範囲において反射率を0.3%以下に抑えることが可能である。このような光学材料として、例えばTa,HfO等を用いることができる。 As described above, the material used for the AR film 40 is most preferably a material having a refractive index n of 2.025. However, if the refractive index n is near 2.025, a wavelength of 1460 nm to 1625 nm centering on a wavelength of 1550 nm is used. In the wavelength range, the reflectance can be suppressed to 0.3% or less. As such an optical material, for example, Ta 2 O 5 , HfO 2 or the like can be used.

また、図2乃至図4ではAR膜40を単層膜とした例を示したが、これに限らず、AR膜40を2層以上で形成してもよい。図5はAR膜40を2層膜に形成した場合の複合型エタロン素子1の断面説明図である。図5のAR膜40は、屈折率n(n=1.45),屈折率n(n=2.10)の材料をそれぞれ積層して形成した膜40a,40bからなる2層膜である。膜40aは厚さdがn=0.025λとなるように形成されており、膜40bは厚さdがn=0.155λとなるように形成されている。 2 to 4 show an example in which the AR film 40 is a single layer film, the present invention is not limited to this, and the AR film 40 may be formed of two or more layers. FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of the composite etalon element 1 when the AR film 40 is formed in a two-layer film. The AR film 40 in FIG. 5 includes two layers composed of films 40a and 40b formed by laminating materials having a refractive index n a (n a = 1.45) and a refractive index n b (n b = 2.10). It is a membrane. The film 40a is formed so that the thickness d a is n a d a = 0.025λ, and the film 40b is formed so that the thickness d b is n b d b = 0.155λ.

このように構成されたAR膜40の反射率特性を図6に示す。図6に示すように、反射率特性は中心波長1550nmではほぼ零%であり、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において0.02%以下の反射率に抑えられている。したがって、製造誤差を考慮しても1460nm〜1625nmの波長範囲において反射率を0.3%以下に抑えることが可能である。   FIG. 6 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 thus configured. As shown in FIG. 6, the reflectance characteristic is substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm, and is suppressed to 0.02% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm. Therefore, the reflectance can be suppressed to 0.3% or less in the wavelength range of 1460 nm to 1625 nm even when manufacturing errors are taken into consideration.

また、図7はAR膜40を3層で形成した場合の複合型エタロン素子1の断面説明図である。図7のAR膜40は、屈折率n(n=1.45),屈折率n(n=2.10),屈折率n(n=1.70)の材料をそれぞれ積層して形成した膜40a,40b,40cからなる3層膜である。膜40a,40b,40cはそれぞれ厚さd,d,dがn=0.025λ,n=0.155λ,n=0.50λとなるように形成されている。 FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of the composite etalon element 1 when the AR film 40 is formed of three layers. The AR film 40 in FIG. 7 is made of materials having a refractive index n a (n a = 1.45), a refractive index n b (n b = 2.10), and a refractive index n c (n c = 1.70). It is a three-layer film composed of films 40a, 40b, and 40c formed by stacking. The films 40a, 40b, and 40c are formed such that the thicknesses d a , d b , and d c are n a d a = 0.025λ, n b d b = 0.155λ, and n c d c = 0.50λ, respectively. Has been.

このように構成されたAR膜40の反射率特性を図8に示す。図8に示すように、反射率特性は中心波長1550nmではほぼ零%であり、1460nm〜1625nm程度の波長範囲においても反射率をほぼ零に抑えることができる。したがって、製造誤差を考慮しても1460nm〜1625nmの波長範囲において反射率を0.3%以下に抑えることが可能である。   FIG. 8 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 configured as described above. As shown in FIG. 8, the reflectance characteristic is substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm, and the reflectance can be suppressed to substantially zero even in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm. Therefore, the reflectance can be suppressed to 0.3% or less in the wavelength range of 1460 nm to 1625 nm even when manufacturing errors are taken into consideration.

以上のように、AR膜40を単層又は複数層に形成することにより、波長1550nmを中心として、広い波長範囲において低い反射率を達成することができる。そして、少なくとも1460nm〜1625nm程度の波長範囲において0.3%以下の反射率に抑えることができる。なお、上記実施例ではAR膜40として単層,2層又は3層膜構成の例を示したが、これに限らず、4層膜構成以上としてもよい。   As described above, by forming the AR film 40 in a single layer or a plurality of layers, a low reflectance can be achieved in a wide wavelength range centering on the wavelength of 1550 nm. In addition, the reflectance can be suppressed to 0.3% or less in a wavelength range of at least about 1460 nm to 1625 nm. In the above embodiment, the AR film 40 has an example of a single-layer, two-layer, or three-layer film configuration, but is not limited to this and may have a four-layer film configuration or more.

また、HR膜31,32は、それぞれ透明体薄板10,20の外側側面に真空蒸着法等により積層されて形成されている。本実施例の複合型エタロン素子1はそれぞれ異なる材料からなる透明体薄板10,20を貼り合わせて構成されているので、HR膜31,32を同じ膜構成とするとそれぞれの側面において反射率が異なってしまう。そこで、本実施例の複合型エタロン素子1では、HR膜31,32を異なる膜構成に形成し、それぞれの側面における反射率を合わせている。   The HR films 31 and 32 are formed by being laminated on the outer side surfaces of the transparent thin plates 10 and 20 by a vacuum deposition method or the like, respectively. Since the composite type etalon element 1 of the present embodiment is configured by laminating transparent thin plates 10 and 20 made of different materials, if the HR films 31 and 32 have the same film configuration, the reflectance differs on each side surface. End up. Therefore, in the composite type etalon element 1 of the present embodiment, the HR films 31 and 32 are formed in different film configurations, and the reflectances on the respective side surfaces are matched.

次に、図9に図1の構成における複合型エタロン素子1の光学特性(分光透過率特性)を示す。なお、HR膜31,32はともに反射率を約5%に設定している。また、AR膜40は,図2で示した単層膜を用いている。図9から明らかなように、接合界面にAR膜40を介在させた場合には複合型エタロン素子1の光学特性として、波長に比例し略一定の周期を保ち、且つ極大値及び極小値が揃った規則的な分光透過波形を得ることができる。また、極大値は略100%に揃い、損失が少ない複合型エタロン素子1を得ることができる。   Next, FIG. 9 shows optical characteristics (spectral transmittance characteristics) of the composite etalon element 1 in the configuration of FIG. The HR films 31 and 32 both have a reflectance of about 5%. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, when the AR film 40 is interposed at the bonding interface, the optical characteristics of the composite etalon element 1 maintain a substantially constant period in proportion to the wavelength, and the maximum and minimum values are uniform. A regular spectral transmission waveform can be obtained. In addition, it is possible to obtain a composite etalon element 1 having local maximum values of approximately 100% and low loss.

一方、図10に図1の複合型エタロン素子1において、AR膜40を介在させなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32は同様に反射率を約5%に揃えている。図10から明らかなように、接合界面の反射が約1.38%と大きい場合はファブリペローの原理から光学特性の変化が不規則な周期となることが分かる。すなわち、図10においては、AR膜40がないことにより接合界面において反射が生じ、この反射によって光学特性の変化が乱される。このため、光学特性の変化は一定の周期性を有さず、また、極大値及び極小値が不揃いとなり複合型エタロン素子1には損失が発生する。   On the other hand, FIG. 10 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the AR film 40 is not interposed in the composite etalon element 1 of FIG. The HR films 31 and 32 have the same reflectance of about 5%. As apparent from FIG. 10, when the reflection at the bonding interface is as large as about 1.38%, it can be seen from the Fabry-Perot principle that the change in the optical characteristics has an irregular period. That is, in FIG. 10, the absence of the AR film 40 causes reflection at the bonding interface, and the change in optical characteristics is disturbed by this reflection. For this reason, the change in the optical characteristics does not have a constant periodicity, and the maximum value and the minimum value are not uniform, and the composite etalon element 1 generates a loss.

このように、本実施例の複合型エタロン素子1では透明体薄板10と透明体薄板20との間にAR膜40を介在させて接合界面での反射を低減したことにより、波長に比例し略一定の周期を有する光学特性を得ることが可能となると共に、損失を低減することが可能となった。   As described above, in the composite etalon element 1 of this example, the AR film 40 is interposed between the transparent thin plate 10 and the transparent thin plate 20 to reduce reflection at the bonding interface, so that it is approximately proportional to the wavelength. It became possible to obtain optical characteristics having a constant period and to reduce loss.

また、図11に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約18%に設定した場合の光学特性を示す。また、AR膜40は,図2で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約18%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。   FIG. 11 shows optical characteristics when the reflectance of the HR films 31 and 32 is set to about 18% in the composite etalon element 1 of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite etalon element 1 having a side reflectance of about 18%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図12に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約18%に設定し、且つAR膜40を介在させなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。図12から明らかなように、界面の反射が大きい場合は光学特性の変化が不規則な周期となり、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。   On the other hand, in the composite etalon element 1 of FIG. 1, the optical characteristics of the composite etalon element 1 when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 18% and the AR film 40 is not interposed are shown in FIG. Indicates. As is apparent from FIG. 12, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular period, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

また、同様に図13に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約36%に設定した場合の光学特性を示す。また、AR膜40は,図2で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約36%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。   Similarly, FIG. 13 shows optical characteristics when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 36% in the composite etalon element 1 of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite type etalon element 1 in which the reflectance of the side surface is about 36%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図14に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約36%に設定し、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。図14から明らかなように、界面の反射が大きい場合は光学特性の変化が不規則な周期となり、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。   On the other hand, in the composite etalon element 1 of FIG. 1, the optical characteristics of the composite etalon element 1 when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 36% and the AR film 40 is not formed are shown in FIG. Indicates. As is apparent from FIG. 14, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular period, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

さらに、図15に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約79%に設定した場合の光学特性を示す。また、AR膜40は,図2で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約79%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質な光学特性を得ることができる。   Further, FIG. 15 shows optical characteristics when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 79% in the composite etalon element 1 of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite type etalon element 1 having a side surface reflectance of about 79%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図16に図1の複合型エタロン素子1において、HR膜31,32の反射率を約79%に設定し、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。図16を一見するとHR膜31,32の反射率が大きくなると、接合界面におけるAR膜40の反射防止効果が複合型エタロン素子1の光学特性に及ぼす影響が小さくなるように見える。しかし、極大値が不揃いとなり、且つ極大値をとる波長の周期性が一定でないことは、図16から明らかである。   On the other hand, in the composite etalon element 1 of FIG. 1, the optical characteristics of the composite etalon element 1 when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 79% and the AR film 40 is not formed are shown in FIG. Indicates. At first glance, when the reflectivity of the HR films 31 and 32 is increased, it appears that the effect of the antireflection effect of the AR film 40 at the bonding interface on the optical characteristics of the composite etalon element 1 is reduced. However, it is clear from FIG. 16 that the local maximum values are uneven and the periodicity of the wavelength at which the local maximum values are not constant.

また、図17に図1の複合型エタロン素子1においてHR膜31,32を形成しない場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。また、AR膜40は,図2で示した単層膜を用いている。図17から分かるようにHR膜31,32を形成しない場合は、光学特性の変化は略一定の規則性を有する正弦波に近いものとなり、極大値及び極小値が略揃ったものとなる。しかし、すべての極大値における透過率が100%とはならないため、複合型エタロン素子1を通過する光線には数パーセントの損失が生じる。   FIG. 17 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the HR films 31 and 32 are not formed in the composite etalon element 1 of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As can be seen from FIG. 17, when the HR films 31 and 32 are not formed, the change in the optical characteristics is close to a sine wave having a substantially constant regularity, and the maximum value and the minimum value are substantially aligned. However, since the transmittance at all local maximum values is not 100%, a loss of several percent occurs in the light beam that passes through the composite etalon element 1.

一方、図18に図1の複合型エタロン素子1においてHR膜31,32を形成せず、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。図18から分かるように、界面の反射が大きい場合は光学特性の変化が不規則な周期となり、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。   On the other hand, FIG. 18 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the HR films 31 and 32 are not formed and the AR film 40 is not formed in the composite etalon element 1 of FIG. As can be seen from FIG. 18, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular period, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

以上のように、接合界面におけるAR膜40の反射防止効果はHR膜31,32の反射率の大小にかかわりなく、複合型エタロン素子1の光学特性の変化の周期性及び極大値をとる波長の間隔の一定性を確保するのに極めて有効であることが分かる。   As described above, the antireflection effect of the AR film 40 at the bonding interface is not affected by the reflectivity of the HR films 31 and 32, but the periodicity of the change in the optical characteristics of the composite etalon element 1 and the wavelength that takes the maximum value. It can be seen that it is extremely effective in ensuring the uniformity of the interval.

次に、図19に図1の複合型エタロン素子1においてAR膜40の反射率を約0.01%,約0.35%とした場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32の反射率は、約5%に設定している。また、横軸(波長)は1548nm〜1552nmの範囲、縦軸(透過率)は50%〜100%の範囲を示している。図中、線a,bはそれぞれAR膜40の反射率を約0.01%,約0.35%に設定した場合の光学特性の変化を表わす。また、図20に図1の複合型エタロン素子1においてAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32の反射率は、図19と同様に約5%に設定している。   Next, FIG. 19 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the reflectance of the AR film 40 is about 0.01% and about 0.35% in the composite etalon element 1 of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 5%. The horizontal axis (wavelength) indicates a range of 1548 nm to 1552 nm, and the vertical axis (transmittance) indicates a range of 50% to 100%. In the figure, lines a and b represent changes in optical characteristics when the reflectance of the AR film 40 is set to about 0.01% and about 0.35%, respectively. FIG. 20 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the AR film 40 is not formed in the composite etalon element 1 of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 5% as in FIG.

図19及び図20から接合界面における反射率が大きくなると、複合型エタロン素子1の光学特性(分光透過率)の変化における透過光量の周期が乱れ、極大値をとる波長の間隔が一定とならないことが分かる。したがって、AR膜40の反射率を低く抑えることが複合型エタロン素子1の光学特性の変化の周期性を確保するのに有効である。   19 and 20, when the reflectance at the bonding interface increases, the cycle of the transmitted light amount in the change in the optical characteristics (spectral transmittance) of the composite etalon element 1 is disturbed, and the interval between the wavelengths having the maximum value does not become constant. I understand. Therefore, keeping the reflectance of the AR film 40 low is effective for ensuring the periodicity of the change in optical characteristics of the composite etalon element 1.

接合界面の反射率の大きさが、極大値をとる波長の間隔の周期性に影響を及ぼすことを図21で説明する。図21は図1の複合型エタロン素子1のHR膜31,32の反射率を約79%とした場合において、AR膜40として図2で示した単層膜を用いたときの光学特性の変化(線a)とAR膜40が形成されなかったときの光学特性の変化(線b)を示す。   It will be described with reference to FIG. 21 that the reflectivity of the bonding interface affects the periodicity of the wavelength interval at which the maximum value is obtained. 21 shows a change in optical characteristics when the single layer film shown in FIG. 2 is used as the AR film 40 when the reflectivity of the HR films 31 and 32 of the composite etalon element 1 of FIG. (Line a) and changes in optical characteristics (line b) when the AR film 40 is not formed are shown.

図中、Wa1乃至Wa4は線aの極大値をとる波長の間隔、Wb1乃至Wb3は線bの極大値をとる波長の間隔を表わしている。Wa1乃至Wa4は、略0.819nmの値をとり、極大値の間隔は略一定に保たれている。また、Wb1乃至Wb3はそれぞれ0.870nm,0.758nm,0.881nmの値をとり、極大値の間隔が一定となっていない。これは接合界面のAR膜40の有無によりファブリペローの共振長が変わり、極大値間の間隔が一定に保たれず変化するからと考えられる。 In the figure, W a1 to W a4 represent the wavelength intervals at which the line a has a maximum value, and W b1 to W b3 represent the wavelength intervals at which the line b has a maximum value. W a1 to W a4 have a value of about 0.819 nm, and the interval between the maximum values is kept substantially constant. Further, W b1 to W b3 take values of 0.870 nm, 0.758 nm, and 0.881 nm, respectively, and the interval between the maximum values is not constant. This is presumably because the resonance length of the Fabry-Perot changes depending on the presence or absence of the AR film 40 at the bonding interface, and the interval between the maximum values changes without being kept constant.

このように、本実施例の複合型エタロン素子1では、透明体薄板10と透明体薄板20との間にAR膜40を設けることにより、複合型エタロン素子1の透過率特性において透過率の極大値をとる波長の間隔を一定に保ち、周期的な変化となる光学特性を得られることから、波長(周波数)によらず一定の品質を確保することができる。   As described above, in the composite etalon element 1 of the present embodiment, the AR film 40 is provided between the transparent thin plate 10 and the transparent thin plate 20, thereby maximizing the transmittance in the transmittance characteristic of the composite etalon element 1. Since the interval between the taking wavelengths is kept constant and optical characteristics that change periodically can be obtained, a certain quality can be ensured regardless of the wavelength (frequency).

○実施例2(SrTiOと光学ガラスの組合せ)
次に、透明体薄板10として光学結晶であるSrTiO、透明体薄板20として一般的光学材料である石英を用いた場合の複合型エタロン素子1について説明する。石英の屈折率は1.444である。本実施例の複合型エタロン素子1は、透明体薄板10の厚さDが292.27μm,透明体薄板20の厚さDが553.35μmに形成されている。なお、本実施例の複合型エタロン素子1は、厚さDとDが後述する温度特性を考慮した設定とはなっていない。また、本実施例の複合型エタロン素子1もFSRが100GHzに設定されている。
Example 2 (combination of SrTiO 3 and optical glass)
Next, the composite etalon element 1 in the case where SrTiO 3 which is an optical crystal is used as the transparent thin plate 10 and quartz which is a general optical material is used as the transparent thin plate 20 will be described. Quartz has a refractive index of 1.444. Composite etalon device 1 of this embodiment, the thickness D 1 of the transparent body thin plate 10 is 292.27Myuemu, the thickness D 2 of the transparent body thin plate 20 are formed on 553.35Myuemu. In the composite etalon element 1 of the present embodiment, the thicknesses D 1 and D 2 are not set in consideration of temperature characteristics described later. Further, the composite etalon element 1 of this embodiment also has an FSR of 100 GHz.

図22は、透明体薄板10,20としてそれぞれSrTiO,石英を選択したときの、AR膜40の反射率特性を表わす。AR膜40は、屈折率nが1.81の光学材料を用いてその光学膜厚が0.25λ(λ=1550nm)となるように単層膜に形成されている。このように単層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.05%以下に抑えることができる。 FIG. 22 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when SrTiO 3 and quartz are selected as the transparent thin plates 10 and 20, respectively. The AR film 40 is formed as a single layer film using an optical material having a refractive index n of 1.81 so that the optical film thickness is 0.25λ (λ = 1550 nm). By forming a single-layer film in this way, the reflectance can be reduced to approximately 0% at the center wavelength of 1550 nm. Further, the reflectance can be suppressed to 0.05% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center.

また、図23に図5と同様にAR膜40を2層膜構成とした場合のAR膜40の反射率特性を示す。なお、AR膜40は、屈折率1.45と屈折率2.10の光学材料を用いてそれぞれの光学材料の厚さと屈折率の積が0.071λ,0.103λ(λはいずれも1550nm)となるように積層して形成されている。このように2層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.08%以下に抑えることができる。   FIG. 23 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when the AR film 40 has a two-layer structure as in FIG. The AR film 40 uses optical materials having a refractive index of 1.45 and a refractive index of 2.10, and the product of the thickness and the refractive index of each optical material is 0.071λ and 0.103λ (where λ is 1550 nm). It is formed so as to be laminated. By forming the two-layer film in this way, the reflectance can be reduced to approximately 0% at the center wavelength of 1550 nm. Further, the reflectance can be suppressed to 0.08% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center.

また、図24に図7と同様にAR膜40を3層膜構成とした場合のAR膜40の反射率特性を示す。なお、AR膜40は、屈折率1.45,屈折率2.10,屈折率1.38の光学材料を用いてそれぞれの光学材料の厚さと屈折率の積が0.071λ,0.103λ,0.50λ(λはいずれも1550nm)となるように積層して形成されている。このように3層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.03%以下に抑えることができる。   FIG. 24 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when the AR film 40 has a three-layer film structure as in FIG. The AR film 40 uses optical materials having a refractive index of 1.45, a refractive index of 2.10, and a refractive index of 1.38, and the product of the thickness and refractive index of each optical material is 0.071λ, 0.103λ, The layers are laminated so as to be 0.50λ (wherein λ is 1550 nm). By forming the three-layer film in this way, the reflectance can be made substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm. Further, the reflectance can be suppressed to 0.03% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center.

次に、図25に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32はともに反射率を約5%に設定している。また、AR膜40は,図22で示した単層膜を用いている。図25から明らかなように、接合界面にAR膜40を介在させた場合には複合型エタロン素子1の光学特性として、波長に比例し略一定の周期を保ち、且つ極大値及び極小値が揃った規則的な分光透過波形を得ることができる。また、極大値は略100%に揃い、損失が少ない複合型エタロン素子1を得ることができる。 Next, FIG. 25 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The HR films 31 and 32 both have a reflectance of about 5%. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As is apparent from FIG. 25, when the AR film 40 is interposed at the bonding interface, the optical characteristics of the composite etalon element 1 maintain a substantially constant period in proportion to the wavelength, and have a maximum value and a minimum value. A regular spectral transmission waveform can be obtained. In addition, it is possible to obtain a composite etalon element 1 having local maximum values of approximately 100% and low loss.

一方、図26に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用い、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32は同様に反射率を約5%に揃えている。図26から明らかなように、光学特性の変化は不規則な周期となる。すなわち、図26においては、光学特性の変化が一定の周期性を有しておらず、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。 On the other hand, FIG. 26 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. 1 and the AR film 40 is not formed. The HR films 31 and 32 have the same reflectance of about 5%. As is clear from FIG. 26, the change in the optical characteristics has an irregular cycle. That is, in FIG. 26, the change in the optical characteristics does not have a constant periodicity, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

このように、本実施例の複合型エタロン素子1においても透明体薄板10と透明体薄板20との間にAR膜40を介在させて接合界面での反射を低減することにより、波長に比例し略一定の周期を有する光学特性を得ることが可能となると共に、損失を低減することが可能となる。   Thus, also in the composite type etalon element 1 of this embodiment, the AR film 40 is interposed between the transparent thin plate 10 and the transparent thin plate 20 to reduce the reflection at the bonding interface, thereby being proportional to the wavelength. Optical characteristics having a substantially constant period can be obtained, and loss can be reduced.

また、図27に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約18%に設定されている。また、AR膜40は,図22で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約18%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。 FIG. 27 shows the optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The reflectance of the HR films 31 and 32 is set to about 18%. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite etalon element 1 having a side reflectance of about 18%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図28に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用い、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約18%に設定されている。図28から明らかなように、界面の反射が大きい場合は光学特性の変化が不規則な周期となり、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。 On the other hand, FIG. 28 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. 1 and the AR film 40 is not formed. The reflectance of the HR films 31 and 32 is set to about 18%. As is apparent from FIG. 28, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular period, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

また、同様に図29に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約36%に設定されている。また、AR膜40は,図22で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約36%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。 Similarly, FIG. 29 shows the optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 36%. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite type etalon element 1 having a side surface reflectance of about 36%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図30に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用い、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約36%に設定されている。図30から明らかなように、界面の反射が大きい場合は光学特性の変化が不規則な周期となり、また、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。 On the other hand, FIG. 30 shows the optical characteristics of the composite type etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. 1 and the AR film 40 is not formed. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 36%. As is clear from FIG. 30, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular period, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

さらに、図31に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約79%に設定されている。また、AR膜40は,図22で示した単層膜を用いている。このように、側面の反射率を約79%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。 Further, FIG. 31 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are respectively used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 79%. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. As described above, even in the case of the composite type etalon element 1 with the side surface reflectance of about 79%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value.

一方、図32に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用い、且つAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は約79%に設定されている。図32から側面の反射率を約79%とした複合型エタロン素子1の場合でも、極大値が不揃いとなり、且つ極大値をとる波長の周期性が一定とならないことが分かる。 On the other hand, FIG. 32 shows the optical characteristics of the composite etalon element 1 when SrTiO 3 and quartz are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. 1 and the AR film 40 is not formed. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 79%. From FIG. 32, it can be seen that even in the case of the composite type etalon element 1 in which the reflectance of the side surface is about 79%, the maximum values are not uniform, and the periodicity of the wavelength at which the maximum values are obtained is not constant.

このように、透明体薄板10,20にそれぞれSrTiO,石英を用いて複合型エタロン素子1を構成した場合であっても、接合界面におけるAR膜40の反射防止効果はHR膜31,32の反射率の大小にかかわりなく、複合型エタロン素子1の光学特性の周期性及び極大値の一定性を確保するのに極めて有効であることが分かる。 As described above, even when the composite etalon element 1 is configured by using SrTiO 3 and quartz for the transparent thin plates 10 and 20, respectively, the antireflection effect of the AR film 40 at the bonding interface is the same as that of the HR films 31 and 32. It can be seen that the composite etalon element 1 is extremely effective in ensuring the periodicity of optical characteristics and the constantness of the maximum value regardless of the reflectivity.

○実施例3(LiCaAlFと光学ガラスの組合せ)
次に、透明体薄板10として光学結晶であるLiCaAlF(以下、「LiCAF」と表記する)、透明体薄板20として光学ガラスであるS−BAH32(株式会社オハラ製光学ガラス)を用いた場合の複合型エタロン素子1について説明する。LiCAF,S−BAH32の屈折率はそれぞれ1.386,1.644である。本実施例の複合型エタロン素子1は、透明体薄板10の厚さDが869.15μm,透明体薄板20の厚さDが172.96μmに形成されている。なお、本実施例の複合型エタロン素子1は、厚さDとDが後述する温度特性を考慮した設定とはなっていない。また、本実施例の複合型エタロン素子1もFSRが100GHzに設定されている。
Example 3 (combination of LiCaAlF 6 and optical glass)
Next, LiCaAlF 6 (hereinafter referred to as “LiCAF”) which is an optical crystal is used as the transparent thin plate 10, and S-BAH32 (optical glass manufactured by OHARA INC.) Which is an optical glass is used as the transparent thin plate 20. The composite etalon element 1 will be described. The refractive indexes of LiCAF and S-BAH32 are 1.386 and 1.644, respectively. Composite etalon device 1 of this embodiment, the thickness D 1 of the transparent body thin plate 10 is 869.15Myuemu, the thickness D 2 of the transparent body thin plate 20 are formed on 172.96Myuemu. In the composite etalon element 1 of the present embodiment, the thicknesses D 1 and D 2 are not set in consideration of temperature characteristics described later. Further, the composite etalon element 1 of this embodiment also has an FSR of 100 GHz.

図33は、透明体薄板10,20としてそれぞれLiCAF,S−BAH32を選択したときの、AR膜40の反射率特性を表わす。AR膜40は、屈折率nが1.51の光学材料を用いてその光学膜厚が0.25λ(λ=1550nm)となるように単層膜に形成されている。このように単層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.01%以下に抑えることができる。なお、AR膜40がない場合には、0.73%程度の反射が生じる。   FIG. 33 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when LiCAF and S-BAH32 are selected as the transparent thin plates 10 and 20, respectively. The AR film 40 is formed as a single layer film using an optical material having a refractive index n of 1.51 so that the optical film thickness is 0.25λ (λ = 1550 nm). By forming a single-layer film in this way, the reflectance can be reduced to approximately 0% at the center wavelength of 1550 nm. In addition, the reflectance can be suppressed to 0.01% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center. In the absence of the AR film 40, reflection of about 0.73% occurs.

また、図34に図5と同様にAR膜40を2層膜構成とした場合のAR膜40の反射率特性を示す。なお、AR膜40は、屈折率2.10と屈折率1.45の光学材料を用いてそれぞれの光学材料の厚さと屈折率の積が0.025λ,0.135λ(λはいずれも1550nm)となるように積層して形成されている。このように2層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.01%以下に抑えることができる。   FIG. 34 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when the AR film 40 has a two-layer structure as in FIG. The AR film 40 uses an optical material having a refractive index of 2.10 and a refractive index of 1.45, and the product of the thickness and the refractive index of each optical material is 0.025λ and 0.135λ (where λ is 1550 nm). It is formed so as to be laminated. By forming the two-layer film in this way, the reflectance can be reduced to approximately 0% at the center wavelength of 1550 nm. In addition, the reflectance can be suppressed to 0.01% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center.

また、図35に図7と同様にAR膜40を3層膜構成とした場合のAR膜40の反射率特性を示す。なお、AR膜40は、屈折率2.10,屈折率1.45,屈折率1.70の光学材料を用いてそれぞれの光学材料の厚さと屈折率の積が0.025λ,0.135λ,0.50λ(λはいずれも1550nm)となるように積層して形成されている。このように3層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.01%以下に抑えることができる。   FIG. 35 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 when the AR film 40 has a three-layer film structure as in FIG. The AR film 40 uses an optical material having a refractive index of 2.10, a refractive index of 1.45, and a refractive index of 1.70, and the product of the thickness and refractive index of each optical material is 0.025λ, 0.135λ, The layers are laminated so as to be 0.50λ (wherein λ is 1550 nm). By forming the three-layer film in this way, the reflectance can be made substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm. In addition, the reflectance can be suppressed to 0.01% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center.

次に、図36に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−BAH32を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。AR膜40は,図33で示した単層膜を用いている。一方、図37にAR膜40を形成しなかった場合の光学特性を示す。なお、HR膜31,32は共に反射率を約5%に設定している。図36及び図37から分かるように、接合界面にAR膜40を介在させた場合には複合型エタロン素子1の光学特性として、波長に比例し略一定の周期を保ち、且つ極大値及び極小値が揃った規則的な分光透過波形を得ることができる。また、極大値は略100%に揃い、損失が少ない複合型エタロン素子1を得ることができる。しかし、接合界面にAR膜40を介在させなかった場合には、光学特性の変化が一定の周期性を有さず、極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生するものとなる。
このように、本実施例の複合型エタロン素子1においても透明体薄板10と透明体薄板20との間にAR膜40を介在させて接合界面での反射を低減することにより、波長に比例し略一定の周期を有する光学特性を得ることが可能となると共に、損失を低減することが可能となる。
Next, FIG. 36 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when LiCAF and S-BAH32 are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. On the other hand, FIG. 37 shows optical characteristics when the AR film 40 is not formed. Note that the reflectivity of both the HR films 31 and 32 is set to about 5%. As can be seen from FIGS. 36 and 37, when the AR film 40 is interposed at the bonding interface, the optical characteristics of the composite etalon element 1 maintain a substantially constant period proportional to the wavelength, and have a maximum value and a minimum value. It is possible to obtain a regular spectral transmission waveform with a uniform number. In addition, it is possible to obtain a composite etalon element 1 having local maximum values of approximately 100% and low loss. However, when the AR film 40 is not interposed at the bonding interface, the change in the optical characteristics does not have a constant periodicity, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.
Thus, also in the composite type etalon element 1 of this embodiment, the AR film 40 is interposed between the transparent thin plate 10 and the transparent thin plate 20 to reduce the reflection at the bonding interface, thereby being proportional to the wavelength. Optical characteristics having a substantially constant period can be obtained, and loss can be reduced.

また、図38に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−BAH32を用い、HR膜31,32の反射率を約80%に設定した場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。AR膜40は,図33で示した単層膜を用いている。一方、図39にAR膜40を形成しなかった場合の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は図38と同様に約80%に設定されている。図40は、図38及び図39の光学特性曲線(それぞれ線a,線b)を波長1548nmから1552nmにおいて表示したものである。
図38及び図39から分かるように、側面の反射率を約80%とした複合型エタロン素子1の場合、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。また、界面の反射が大きい場合にも一見して変化が規則な周期であって、極大値及び極小値も揃ったような光学特性に見える。
しかし、より詳細には、図40からWa1乃至Wa4は、略0.806nmの値をとり、極大値の間隔は略一定に保たれているが、Wb1乃至Wb4はそれぞれ0.818nm,0.831nm,0.805nm,0.781nmの値をとり、極大値の間隔が一定となっていない。
38 shows the optical characteristics of the composite etalon element 1 when LiCAF and S-BAH32 are used for the transparent thin plates 10 and 20 respectively in the configuration of FIG. 1 and the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 80%. Show the characteristics. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. On the other hand, FIG. 39 shows optical characteristics when the AR film 40 is not formed. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 80% as in FIG. FIG. 40 shows the optical characteristic curves (lines a and b, respectively) in FIGS. 38 and 39 at wavelengths from 1548 nm to 1552 nm.
As can be seen from FIGS. 38 and 39, in the case of the composite etalon element 1 having a side surface reflectance of about 80%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics that are regular and have a maximum value and a minimum value. In addition, even when the reflection at the interface is large, it seems that the optical characteristics are such that the change is a regular cycle and the maximum value and the minimum value are aligned.
However, more specifically, from FIG. 40, W a1 to W a4 take a value of approximately 0.806 nm, and the interval between the maximum values is kept substantially constant, but W b1 to W b4 are each 0.818 nm. , 0.831 nm, 0.805 nm, and 0.781 nm, and the interval between the maximum values is not constant.

また、図41に図1の複合型エタロン素子1においてHR膜31,32を形成しない場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。また、AR膜40は,図33で示した単層膜を用いている。一方、図42にHR膜31,32を形成せず、且つAR膜40を形成しなかった場合の光学特性を示す。図41及び図42から分かるように、HR膜31,32を形成しない場合は、光学特性の変化は略一定の規則性を有する正弦波に近いものとなり、極大値及び極小値が略揃ったものとなる。しかし、すべての極大値における透過率が100%とはならないため、複合型エタロン素子1を通過する光線には数パーセントの損失が生じる。また、界面の反射が大きい場合は、光学特性の変化が不規則な周期となり、さらに極大値及び極小値が不揃いとなり損失が発生する。   FIG. 41 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the HR films 31 and 32 are not formed in the composite etalon element 1 of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. On the other hand, FIG. 42 shows optical characteristics when the HR films 31 and 32 are not formed and the AR film 40 is not formed. As can be seen from FIGS. 41 and 42, when the HR films 31 and 32 are not formed, the change in the optical characteristics is close to a sine wave having a substantially constant regularity, and the maximum value and the minimum value are substantially aligned. It becomes. However, since the transmittance at all local maximum values is not 100%, a loss of several percent occurs in the light beam that passes through the composite etalon element 1. In addition, when the reflection at the interface is large, the change in the optical characteristics has an irregular cycle, and the maximum value and the minimum value are not uniform, resulting in loss.

次に、図43に図1の複合型エタロン素子1においてAR膜40の反射率を約0.01%,約0.29%とした場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32の反射率は、約5%に設定している。図中、線a,bはそれぞれAR膜40の反射率を約0.01%,約0.29%に設定した場合の光学特性の変化を表わす。また、図44に図1の複合型エタロン素子1においてAR膜40を形成しなかった場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。なお、HR膜31,32の反射率は、図43と同様に約5%に設定している。   Next, FIG. 43 shows optical characteristics of the composite type etalon element 1 when the reflectance of the AR film 40 is about 0.01% and about 0.29% in the composite type etalon element 1 of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 5%. In the figure, lines a and b represent changes in optical characteristics when the reflectance of the AR film 40 is set to about 0.01% and about 0.29%, respectively. FIG. 44 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when the AR film 40 is not formed in the composite etalon element 1 of FIG. The reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 5% as in FIG.

図43では線bは線aからわずかにずれたものとなっている。すなわち、図43及び図44から接合界面における反射率が大きくなると、光学特性(分光透過率)の変化における透過光量の周期が乱れ、極大値をとる波長の間隔が一定とならないことが分かる。したがって、AR膜40の反射率を低く抑えることが複合型エタロン素子1の光学特性の変化の周期性を確保するのに有効である。   In FIG. 43, the line b is slightly shifted from the line a. That is, it can be seen from FIGS. 43 and 44 that when the reflectance at the bonding interface increases, the cycle of the transmitted light amount in the change in the optical characteristics (spectral transmittance) is disturbed, and the interval between the wavelengths having the maximum value is not constant. Therefore, keeping the reflectance of the AR film 40 low is effective for ensuring the periodicity of the change in optical characteristics of the composite etalon element 1.

以上のように、透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−BAH32を用いて複合型エタロン素子1を構成した場合であっても、接合界面におけるAR膜40の反射防止効果はHR膜31,32の反射率の大小にかかわりなく、複合型エタロン素子1の光学特性の周期性及び極大値の一定性を確保するのに極めて有効であることが分かる。   As described above, even when the composite etalon element 1 is configured using LiCAF and S-BAH32 for the transparent thin plates 10 and 20, respectively, the antireflection effect of the AR film 40 at the bonding interface is the HR film 31, Regardless of the reflectance of 32, it can be seen that the composite type etalon element 1 is extremely effective in ensuring the periodicity of optical characteristics and the constantness of the maximum value.

○実施例4(LiCaAlFと光学ガラスの組合せ)
透明体薄板10としてLiCAF、透明体薄板20として光学ガラスであるS−FSL5(株式会社オハラ製光学ガラス)を用いた場合の複合型エタロン素子1について説明する。S−FSL5の屈折率は1.473である。本例は、LiCAF(屈折率n=1.386)と屈折率が近い材料との組合せ例である。すなわち、上述の実施例(S−BAH32との組合せ)では屈折率nが1.644であったが、本例(S−FSL5との組合せ)では屈折率nが1.473であり、屈折率の差が0.087となっている。また、他の実施例と比べても透明体薄板10と透明体薄板20の材料の屈折率が近い値となっている。
本実施例の複合型エタロン素子1は、透明体薄板10の厚さDが863.44μm,透明体薄板20の厚さDが198.59μmに形成されている。なお、本実施例の複合型エタロン素子1は、厚さDとDが後述する温度特性を考慮した設定とはなっていない。また、本実施例の複合型エタロン素子1もFSRが100GHzに設定されている。
Example 4 (combination of LiCaAlF 6 and optical glass)
The composite etalon element 1 when LiCAF is used as the transparent thin plate 10 and S-FSL5 (optical glass manufactured by OHARA INC.), Which is optical glass, is used as the transparent thin plate 20 will be described. The refractive index of S-FSL5 is 1.473. This example is a combination example of LiCAF (refractive index n = 1.386) and a material having a similar refractive index. That is, the refractive index n was 1.644 in the above-described embodiment (in combination with S-BAH32), but in this example (in combination with S-FSL5), the refractive index n was 1.473, and the refractive index. The difference is 0.087. Moreover, the refractive index of the material of the transparent body thin plate 10 and the transparent body thin plate 20 is a value close | similar compared with another Example.
Composite etalon device 1 of this embodiment, the thickness D 1 of the transparent body thin plate 10 is 863.44Myuemu, the thickness D 2 of the transparent body thin plate 20 are formed on 198.59Myuemu. In the composite etalon element 1 of the present embodiment, the thicknesses D 1 and D 2 are not set in consideration of temperature characteristics described later. Further, the composite etalon element 1 of this embodiment also has an FSR of 100 GHz.

図45は、透明体薄板10,20としてそれぞれLiCAF,S−FSL5を選択したときの、AR膜40の反射率特性(図中線a)及びAR膜40を形成しない場合の反射率特性(図中線b)を示している。AR膜40は、屈折率nが1.43の光学材料を用いてその光学膜厚が0.25λ(λ=1550nm)となるように単層膜に形成されている。このように単層膜を形成することにより、中心波長1550nmにおいて反射率をほぼ零%とすることができる(図中線a参照)。また、波長1550nmを中心として、1460nm〜1625nm程度の波長範囲において反射率を0.01%以下に抑えることができる。なお、図45に示すように、AR膜40がない場合であっても、反射率は0.09%程度と低い値となっている(図中線b参照)。   45 shows the reflectance characteristics of the AR film 40 (line a in the figure) when LiCAF and S-FSL5 are selected as the transparent thin plates 10 and 20, respectively, and the reflectance characteristics when the AR film 40 is not formed (FIG. 45). The middle line b) is shown. The AR film 40 is formed as a single layer film using an optical material having a refractive index n of 1.43 so that the optical film thickness is 0.25λ (λ = 1550 nm). By forming a single layer film in this way, the reflectance can be made substantially zero% at the center wavelength of 1550 nm (see line a in the figure). In addition, the reflectance can be suppressed to 0.01% or less in the wavelength range of about 1460 nm to 1625 nm with the wavelength of 1550 nm as the center. As shown in FIG. 45, even when the AR film 40 is not provided, the reflectance is as low as about 0.09% (see line b in the figure).

次に、図46に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−FSL5を用いた場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。AR膜40は,図45で示した単層膜を用いている。一方、図47にAR膜40を形成しなかった場合の光学特性を示す。なお、HR膜31,32は共に反射率を約5%に設定している。図46及び図47から分かるように、接合界面にAR膜40を介在させた場合には複合型エタロン素子1の光学特性として、波長に比例し略一定の周期を保ち、且つ極大値及び極小値が揃った規則的な分光透過波形を得ることができる。また、極大値は略100%に揃い、損失が少ない複合型エタロン素子1を得ることができる。しかし、接合界面にAR膜40を介在させなかった場合には、図45で示したように界面の反射率が0.09%程度と小さくても、光学特性の変化が一定波形を有さず、極大値は略100%に揃うものの極小値は一定値をとらない。   Next, FIG. 46 shows optical characteristics of the composite etalon element 1 when LiCAF and S-FSL5 are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. On the other hand, FIG. 47 shows optical characteristics when the AR film 40 is not formed. Note that the reflectivity of both the HR films 31 and 32 is set to about 5%. As can be seen from FIGS. 46 and 47, when the AR film 40 is interposed at the bonding interface, the optical characteristics of the composite etalon element 1 maintain a substantially constant period proportional to the wavelength, and have a maximum value and a minimum value. It is possible to obtain a regular spectral transmission waveform with a uniform number. In addition, it is possible to obtain a composite etalon element 1 having local maximum values of approximately 100% and low loss. However, in the case where the AR film 40 is not interposed at the bonding interface, even if the interface reflectance is as small as about 0.09% as shown in FIG. Although the local maximum is approximately 100%, the local minimum does not take a constant value.

また、図48に図1の構成において透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−FSL5を用い、HR膜31,32の反射率を約80%に設定した場合の複合型エタロン素子1の光学特性を示す。AR膜40は,図45で示した単層膜を用いている。一方、図49にAR膜40を形成しなかった場合の光学特性を示す。HR膜31,32の反射率は図48の場合と同様に約80%に設定されている。図50は、図48及び図49の光学特性曲線(それぞれ線a,線b)を波長1548nmから1552nmにおいて表示したものである。
図48及び図49から分かるように、側面の反射率を約80%とした複合型エタロン素子1の場合でも、規則的且つ極大値及び極小値が揃った高品質の光学特性を得ることができる。また、AR膜40を形成しなかった場合であっても光学特性の変化の波形が略一定となると共に、略周期的なものとなる。
より詳細には、図50からWa1乃至Wa4は、略0.806nmの値をとり、極大値の間隔は略一定に保たれている。また、Wb1乃至Wb4はそれぞれ0.808nm,0.801nm,0.801nm,0.805nmの値をとり、極大値の間隔がわずかなばらつきはあるものの略一定となっている。このように、本実施例では、AR膜40を介在させなかった場合に、少なくとも極大値をとる波長は略一定の周期性を保持したものとなる。
48 shows the optical characteristics of the composite etalon element 1 when LiCAF and S-FSL5 are used for the transparent thin plates 10 and 20 in the configuration of FIG. 1 and the reflectivity of the HR films 31 and 32 is set to about 80%. Show properties. The AR film 40 uses the single layer film shown in FIG. On the other hand, FIG. 49 shows optical characteristics when the AR film 40 is not formed. The reflectance of the HR films 31 and 32 is set to about 80% as in the case of FIG. FIG. 50 shows the optical characteristic curves (line a and line b, respectively) of FIGS. 48 and 49 at wavelengths from 1548 nm to 1552 nm.
As can be seen from FIGS. 48 and 49, even in the case of the composite type etalon element 1 in which the reflectance of the side surface is about 80%, it is possible to obtain high-quality optical characteristics with regular and uniform maximum and minimum values. . Even if the AR film 40 is not formed, the waveform of the change in optical characteristics becomes substantially constant and becomes substantially periodic.
More specifically, from FIG. 50, W a1 to W a4 have a value of approximately 0.806 nm, and the interval between the maximum values is kept substantially constant. Further, W b1 to W b4 have values of 0.808 nm, 0.801 nm, 0.801 nm, and 0.805 nm, respectively, and the intervals between the maximum values are substantially constant although there are slight variations. As described above, in this embodiment, when the AR film 40 is not interposed, at least the wavelength having the maximum value has a substantially constant periodicity.

透明体薄板10,20にそれぞれLiCAF,S−FSL5を用いて複合型エタロン素子1を構成した場合、LiCAFとS−FSL5との屈折率の値が近いことにより、接合界面での反射率が0.09%程度と小さくなっている。このため、AR膜40が形成されていない場合でも、光学特性の周期性及び極大値の一定性を確保することができる。したがって、このように接合界面での反射の程度が小さくなるように屈折率の値が近い透明体薄板10,20を選択すれば、AR膜40は必ずしも必要がない。このようにすれば、SR膜40を形成する工程を省略することができ、複合型エタロン素子1の製造コストを低減することが可能となる。   When the composite type etalon element 1 is configured using LiCAF and S-FSL5 for the transparent thin plates 10 and 20, respectively, the reflectance at the bonding interface is 0 due to the close refractive index values of LiCAF and S-FSL5. It is as small as 0.09%. For this reason, even when the AR film 40 is not formed, it is possible to ensure the periodicity of the optical characteristics and the uniformity of the maximum value. Therefore, the AR film 40 is not necessarily required if the transparent thin plates 10 and 20 having close refractive index values are selected so that the degree of reflection at the bonding interface is reduced. In this way, the step of forming the SR film 40 can be omitted, and the manufacturing cost of the composite etalon element 1 can be reduced.

AR膜40を形成しない場合、接合界面での反射率を0.3%以下に抑えることが実用上望ましい。このためには、屈折率の差が0.160以下であればよい。すなわち、透明体薄板10としてLiCAFを選択した場合、透明体薄板20として選択する材料は、屈折率が1.226から1.546の範囲のものを選択すればよい。例えば、石英、S−FPL51、S−FPL52、S−FPL53、水晶等を選択することができる。なお、本実施例では透明体薄板10としてLiCAFを選択した場合を説明したが、これに限らず、透明体薄板10としてSrTiOやTiOを選択し、且つ、屈折率の差が0.160以下となるような透明体薄板20をこれらに合わせて選択してもよい。 When the AR film 40 is not formed, it is practically desirable to suppress the reflectance at the bonding interface to 0.3% or less. For this purpose, the difference in refractive index may be 0.160 or less. That is, when LiCAF is selected as the transparent thin plate 10, the material selected as the transparent thin plate 20 may be selected from those having a refractive index in the range of 1.226 to 1.546. For example, quartz, S-FPL51, S-FPL52, S-FPL53, quartz, or the like can be selected. In this embodiment, the case where LiCAF is selected as the transparent thin plate 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and SrTiO 3 or TiO 2 is selected as the transparent thin plate 10 and the difference in refractive index is 0.160. You may select the transparent thin plate 20 which becomes the following according to these.

以上、実施例1〜4で示したように、本発明の複合型エタロン素子1は、透明体薄板10,20がAR膜40を介して貼り合わされた構成となっており、AR膜40によって複合型エタロン素子1内部に入射した光線の接合界面での反射が低減されている。このように接合界面での反射を低く抑えることにより、複合型エタロン素子1の分光透過率の変化を周期的なものとすることができる。これにより、分光透過率の変化の極大値及び極小値を略一定の値に揃えることができると共に、極大値をとる波長の間隔も略一定とすることができる。したがって、本発明の複合型エタロン素子1は、波長(周波数)によらず安定した光学特性を備えることができる。   As described above, as shown in Examples 1 to 4, the composite etalon element 1 of the present invention has a configuration in which the transparent thin plates 10 and 20 are bonded together via the AR film 40. The reflection of light incident on the inside of the type etalon element 1 at the bonding interface is reduced. Thus, by suppressing the reflection at the bonding interface to be low, the change in the spectral transmittance of the composite etalon element 1 can be made periodic. Thereby, the maximum value and the minimum value of the change in the spectral transmittance can be made to be substantially constant, and the wavelength interval at which the maximum value is taken can also be made substantially constant. Therefore, the composite etalon element 1 of the present invention can have stable optical characteristics regardless of the wavelength (frequency).

次に、本発明の複合型エタロン素子1が、温度によらず安定した光学特性(分光透過率特性)を備えることについて説明する。光学材料の厚さがD、その材料の屈折率がnであるとき光学距離DはnDで表わされる。そして、温度変化が生じた場合の光学距離Dの変化は次の導関数で表わされる。 Next, it will be described that the composite etalon element 1 of the present invention has stable optical characteristics (spectral transmittance characteristics) regardless of temperature. When the thickness of the optical material is D and the refractive index of the material is n, the optical distance D 0 is represented by nD. The change in the optical distance D 0 when the temperature change occurs is expressed by the following derivative.

Figure 2005010734
Figure 2005010734

ここで、線膨張係数αを1/D・dD/dtとすれば、式(1)は、

Figure 2005010734
となる。 Here, if the linear expansion coefficient α is 1 / D · dD / dt, the equation (1) is
Figure 2005010734
It becomes.

式(2)のうち(α+1/n・dn/dt)を光学材料の特性指数と定義する。そして、この特性指数が正の係数である場合は、光学材料は温度が上昇すると光学距離Dが増加するものとなる。また、逆に特性指数が負の係数である場合は、光学材料は温度が上昇すると光学距離Dが減少するものとなる。 In formula (2), (α + 1 / n · dn / dt) is defined as the characteristic index of the optical material. When this characteristic index is a positive coefficient, the optical distance D 0 of the optical material increases as the temperature rises. Conversely, when the characteristic index is a negative coefficient, the optical distance D 0 of the optical material decreases as the temperature rises.

本実施例の複合型エタロン素子1は2種類の光学材料を貼り合わせているから、これらの厚さをD,D、屈折率をn,nとすれば、複合型エタロン素子1の光学距離Dはnとnとの和で与えられる。そして、複合型エタロン素子1の光学距離Dの温度変化は次の式で表わされる。 Since the composite type etalon element 1 of the present embodiment has two kinds of optical materials bonded together, the composite type etalon element 1 can be obtained by setting these thicknesses as D 1 and D 2 and the refractive indexes as n 1 and n 2. The optical distance D 0 is given by the sum of n 1 D 1 and n 2 D 2 . The temperature change of the optical distance D 0 of the composite etalon element 1 is expressed by the following equation.

Figure 2005010734
Figure 2005010734

したがって、複合型エタロン素子1が温度によらず一定の光学距離を保持するためには、dD/dtが零と近似できればよい。したがって、このためには式(3)からDはDと以下の関係にあればよい。 Therefore, in order for the composite etalon element 1 to maintain a constant optical distance regardless of temperature, dD 0 / dt only needs to be approximated to zero. Therefore, for this purpose, D 2 should be in the following relationship with D 1 from Equation (3).

Figure 2005010734
Figure 2005010734

なお、(α+1/n・dn/dt)及び(α+1/n・dn/dt)に相当する係数は、それぞれの材料の特性指数である。式(4)から分かるように一方の光学材料の特性指数と他方の光学材料の特性指数の値の符号が異なれば、厚さD及びDを適正な厚さの比に設定することにより、複合型エタロン素子1は、その光学距離Dが温度に依存せず一定値が保持される。 The coefficients corresponding to (α 1 + 1 / n 1 · dn 1 / dt) and (α 2 + 1 / n 2 · dn 2 / dt) are characteristic indexes of the respective materials. As can be seen from equation (4), if the sign of the characteristic index of one optical material is different from the sign of the value of the characteristic index of the other optical material, the thicknesses D 1 and D 2 are set to an appropriate thickness ratio. In the composite type etalon element 1, the optical distance D 0 does not depend on the temperature and is maintained at a constant value.

光学材料として、正の特性指数を有する実用的な材料が多数あることは一般に知られているが、負の特性指数を有する実用的な材料は一般に知られていなかった。しかし、本発明者等は、負の特性指数を有する実用的な材料として、光学結晶のSrTiO、TiO(ルチル型)があることを見出した。SrTiOは等方性であり、屈折率は2.279,特性指数は−10.516×10−6である。また、TiOは正方晶系であり、c軸方向の屈折率は2.453,特性指数は−15.807×10−6である。 As an optical material, it is generally known that there are many practical materials having a positive characteristic index, but no practical material having a negative characteristic index is generally known. However, the present inventors have found that there are SrTiO 3 and TiO 2 (rutile type) of optical crystals as practical materials having a negative characteristic index. SrTiO 3 is isotropic and has a refractive index of 2.279 and a characteristic index of -10.516 × 10 −6 . TiO 2 is tetragonal and has a refractive index of 2.453 in the c-axis direction and a characteristic index of −15.807 × 10 −6 .

表1に複合型エタロン素子1を構成する光学材料の組合せの例と、これら材料の屈性率,特性指数及び式(4)に基づいて求められたこれらの光学材料の厚さ比を示す。表1に示す負の特性指数を有する材料(表1の材料1、本発明の負の係数を有する材料)は、上記SrTiO,TiO(ルチル型),LiCAFであり、表1ではこれらに対して正の特性指数を有する材料(表1の材料2、本発明の正の係数を有する材料)を組み合わせた例を示している。 Table 1 shows examples of combinations of optical materials constituting the composite etalon element 1 and the thickness ratios of these optical materials determined based on the refractive index, characteristic index, and equation (4) of these materials. The material having the negative characteristic index shown in Table 1 (material 1 in Table 1, the material having a negative coefficient of the present invention) is the above-mentioned SrTiO 3 , TiO 2 (rutile type), LiCAF. On the other hand, the example which combined the material (material 2 of Table 1, the material which has a positive coefficient of this invention) which has a positive characteristic index is shown.

Figure 2005010734
Figure 2005010734

表1中、S−TIH53,S−LAH58,S−NSL3,S−FSL5、S−FTM16,S−FPL51,S−FPL52,S−FPL53,S−BAH11,S−BAH12,S−BAH32は、株式会社オハラ製光学ガラスである。なお、TiO,水晶は、c軸方向に光線を入射するように設定されている。 In Table 1, S-TIH53, S-LAH58, S-NSL3, S-FSL5, S-FTM16, S-FPL51, S-FPL52, S-FPL53, S-BAH11, S-BAH12, S-BAH32 are stocks. It is an optical glass made by the company OHARA. Note that TiO 2 and quartz are set so that light rays are incident in the c-axis direction.

例えば、S−TIH53,S−LAH58は高屈折材料であり、複合型エタロン素子1の全体の厚さを小さく構成することができる例である。石英は一般的光学材料の例である。   For example, S-TIH 53 and S-LAH 58 are high refractive materials and are examples in which the overall thickness of the composite etalon element 1 can be reduced. Quartz is an example of a common optical material.

また、2種の光学材料は、線膨張係数が近い値を有することが望ましい。すなわち、線膨張係数が近い値を有していれば、温度変化に伴って接合界面における光学密着がずれてしまうおそれを低減することができる。例えば、SrTiOの線膨張係数は9.0×10−6であり,これに対してS−NSL3,S−FSL5、S−FTM16はいずれも9.0×10−6の線膨張係数を有する。なお、TiOの線膨張係数は、8.97×10−6程度である。 Moreover, it is desirable that the two types of optical materials have values having similar linear expansion coefficients. That is, if the linear expansion coefficient has a close value, it is possible to reduce the possibility that the optical adhesion at the bonding interface is shifted due to the temperature change. For example, the linear expansion coefficient of SrTiO 3 is 9.0 × 10 −6 , whereas S-NSL3, S-FSL5, and S-FTM16 all have a linear expansion coefficient of 9.0 × 10 −6. . The linear expansion coefficient of TiO 2 is about 8.97 × 10 −6 .

また、S−FPL51,S−FPL52,S−FPL53は低光弾性材料であり、外力に対して光学的に安定した材料である例である。また、SrTiOと水晶の組合せ及びTiOと水晶の組合せは、光学結晶同士の組合せ例である。 Moreover, S-FPL51, S-FPL52, and S-FPL53 are low photoelastic materials and are examples that are optically stable materials against external force. The combination of SrTiO 3 and quartz and the combination of TiO 2 and quartz are examples of combinations of optical crystals.

具体的な、2種の貼り合わせ材料の厚みの例を示す。実施例1で示したSrTiOとS−TIH53との組合せでは、FSRを100GHzとした場合は、それぞれ238.85μm、512.55μm(全体として約0.75mm)とすることができる。また、FSRを50GHzとした場合は、それぞれ477.69μm、1025.09μm(全体として約1.50mm)とすることができる。FSRを25GHzとした場合は、それぞれ955.38μm、2050.18μm(全体として約3.01mm)とすることができる。 Specific examples of the thicknesses of two kinds of bonding materials are shown. In the combination of SrTiO 3 and S-TIH 53 shown in Example 1, when the FSR is 100 GHz, they can be 238.85 μm and 512.55 μm, respectively (about 0.75 mm as a whole). Further, when the FSR is 50 GHz, they can be 477.69 μm and 1025.09 μm, respectively (about 1.50 mm as a whole). When the FSR is 25 GHz, they can be 955.38 μm and 2050.18 μm, respectively (about 3.01 mm as a whole).

また、実施例2で示したSrTiOと石英との組合せでは、FSRを100GHzとした場合は、それぞれ237.53μm、643.36μmとすることができる。FSRを50GHzとした場合は、それぞれ475.06μm、1286.72μmとすることができる。FSRを25GHzとした場合は、それぞれ950.11μm、2573.44μm(全体として約3.52mm)とすることができる。 In the combination of SrTiO 3 and quartz shown in Example 2, when the FSR is 100 GHz, they can be 237.53 μm and 643.36 μm, respectively. When the FSR is 50 GHz, they can be 475.06 μm and 1286.72 μm, respectively. When the FSR is 25 GHz, they can be 950.11 μm and 2573.44 μm (approximately 3.52 mm as a whole), respectively.

また、TiOとS−BAH11との組合せでは、FSRが100GHzの場合はそれぞれ217.22μm、574.66μm、FSRが50GHzの場合はそれぞれ434.44μm、1149.31μm、FSRが25GHzの場合はそれぞれ868.88μm、2298.62μm(全体として約3.17mm)とすることができる。実施例3で示したLiCAFとS−BAH32との組合せでは、FSRが100GHzの場合はそれぞれ918.42μm、131.77μm、FSRが50GHzの場合はそれぞれ1836.83μm、263.53μm、FSRが25GHzの場合はそれぞれ3673.67μm、527.07μm(全体として約4.20mm)とすることができる。
このように、本発明のFSRを25GHzに設定した複合型エタロン素子1と、従来例のLiCaAlFを用いた光学素子(厚さ約4.3mm)とを比べると、何れも本発明の複合型エタロン素子1の方がより小型化されていることが分かる。
Further, in the combination of TiO 2 and S-BAH11, when the FSR is 100 GHz, respectively, 217.22 μm, 574.66 μm, when the FSR is 50 GHz, respectively, 434.44 μm, 1149.31 μm, and when the FSR is 25 GHz, respectively. 868.88 μm and 2298.62 μm (about 3.17 mm as a whole). In the combination of LiCAF and S-BAH32 shown in Example 3, when the FSR is 100 GHz, 918.42 μm and 131.77 μm, respectively, when the FSR is 50 GHz, 183.83 μm and 263.53 μm, respectively, and the FSR is 25 GHz. In each case, it can be set to 3673.67 μm and 527.07 μm (totally about 4.20 mm).
Thus, when the composite type etalon element 1 in which the FSR of the present invention is set to 25 GHz is compared with the optical element (thickness of about 4.3 mm) using the LiCaAlF 6 of the conventional example, both are the composite type etalon element of the present invention. It can be seen that the etalon element 1 is further downsized.

図51乃至図54に2種の材料の組合せとしてそれぞれSrTiOとS−TIH53、SrTiOと石英、TiOとS−BAH11、LiCAFとS−BAH32を選択して構成した場合の複合型エタロン素子1の温度変化に対する中心波長の変化(以下、温度安定性という)を示す。なお、複合型エタロン素子1を構成する2種の材料の厚さは式(4)を満たすように形成されている。 FIGS. 51 to 54 are composite etalon elements in the case where SrTiO 3 and S-TIH 53, SrTiO 3 and quartz, TiO 2 and S-BAH 11, LiCAF and S-BAH 32 are selected as combinations of two kinds of materials, respectively. 1 shows a change in center wavelength with respect to a temperature change (hereinafter referred to as temperature stability). It should be noted that the thicknesses of the two materials constituting the composite etalon element 1 are formed so as to satisfy the formula (4).

図51の線aは複合型エタロン素子1の温度安定性を表わしている。また、線b,cはそれぞれS−TIH53,SrTiOの温度安定性を表わしている。図51からS−TIH53,SrTiOはそれぞれ温度変化に対して正,負の方向に中心波長をシフトさせる効果を有していることが分かる。そして、これらの材料を使用して適正な厚さ比で構成することにより、複合型エタロン素子1は中心波長の変化量を温度によらずほぼ零となる。すなわち、複合型エタロン素子1の中心波長(1550nm)における温度に対する変化量は、約0pm/Kを達成することができる。 A line a in FIG. 51 represents the temperature stability of the composite etalon element 1. The line b, c represents the temperature stability of the S-TIH53, SrTiO 3, respectively. From FIG. 51, it can be seen that S-TIH 53 and SrTiO 3 have the effect of shifting the center wavelength in the positive and negative directions with respect to the temperature change, respectively. And by using these materials and configuring them at an appropriate thickness ratio, the composite etalon element 1 has almost zero change in the center wavelength regardless of the temperature. That is, the change amount with respect to the temperature at the center wavelength (1550 nm) of the composite etalon element 1 can achieve about 0 pm / K.

また、図52の線aは複合型エタロン素子1の温度安定性を表わしている。また、線b,cはそれぞれ石英,SrTiOの温度安定性を表わしている。図52から石英,SrTiOはそれぞれ温度変化に対して正,負の方向に中心波長をシフトさせる効果を有しており、これらの材料を使用して適正な厚さ比で構成することにより、複合型エタロン素子1は中心波長の変化量が温度によらずほぼ零となる。 A line a in FIG. 52 represents the temperature stability of the composite etalon element 1. Lines b and c represent the temperature stability of quartz and SrTiO 3 , respectively. From FIG. 52, quartz and SrTiO 3 have the effect of shifting the center wavelength in the positive and negative directions with respect to the temperature change, respectively. By using these materials and configuring them with an appropriate thickness ratio, In the composite type etalon element 1, the amount of change in the center wavelength is almost zero regardless of the temperature.

また、図53の線aは複合型エタロン素子1の温度安定性を表わしている。また、線b,cはそれぞれS−BAH11,TiOの温度安定性を表わしている。図53からS−BAH11,TiOはそれぞれ温度変化に対して正,負の方向に中心波長を変化させる効果を有しており、これらの材料を使用して適正な厚さ比で構成することにより、複合型エタロン素子1は中心波長の変化量が温度によらずほぼ零となる。 A line a in FIG. 53 represents the temperature stability of the composite etalon element 1. The line b, c represents the temperature stability of the S-BAH11, TiO 2, respectively. From FIG. 53, S-BAH11 and TiO 2 have the effect of changing the center wavelength in the positive and negative directions with respect to the temperature change, respectively, and should be configured with an appropriate thickness ratio using these materials. Thus, in the composite type etalon element 1, the change amount of the center wavelength becomes almost zero regardless of the temperature.

なお、本例の複合型エタロン素子1は、光学結晶として等方性でないTiO,水晶を含んでいるが、これらは光線の入射方向に対して結晶軸(c軸)が平行となるように配置されている。このように配置しても、複合型エタロン素子1は中心波長の変化量が温度によらずほぼ零とすることができる。このように結晶軸(c軸)が光線に対して傾けられていないので、複合型エタロン素子1の偏光依存性を解消することができる。 Note that the composite type etalon element 1 of this example includes TiO 2 and crystal that are not isotropic as an optical crystal, but these crystal axes (c-axis) are parallel to the incident direction of the light beam. Has been placed. Even with this arrangement, the composite etalon element 1 can have the change amount of the center wavelength almost zero regardless of the temperature. As described above, since the crystal axis (c-axis) is not inclined with respect to the light beam, the polarization dependence of the composite etalon element 1 can be eliminated.

なお、TiOの結晶軸(c軸)を光線の入射方向に対して傾けた状態で複合型エタロン素子1を形成してもよい。例えば表1に示すように、TiOはa軸方向の屈折率が2.7093,特性指数が−22.300×10−6である。つまりc軸に対して90度傾けた場合であっても、TiOは特性指数が負の係数となる。したがって、正の特性指数を有するS−LAH58との組合せにおいて、表1に示す厚さの比で複合型エタロン素子1を構成することにより、温度安定性に優れた複合型エタロン素子1を得ることができる。 The composite etalon element 1 may be formed in a state where the crystal axis (c-axis) of TiO 2 is inclined with respect to the incident direction of the light beam. For example, as shown in Table 1, TiO 2 has a refractive index of 2.7093 in the a-axis direction and a characteristic index of −22.300 × 10 −6 . That is, even when tilted by 90 degrees with respect to the c-axis, TiO 2 has a negative coefficient of characteristic index. Therefore, by combining the composite etalon element 1 with the thickness ratio shown in Table 1 in combination with the S-LAH58 having a positive characteristic index, the composite etalon element 1 having excellent temperature stability is obtained. Can do.

また、a軸及びc軸に対して45度の角度方向のTiOの屈折率は2.5686,特性指数は−19.400×10−6である。この場合も、正の特性指数を有するS−LAH58との組合せにおいて、表1に示す厚さの比で複合型エタロン素子1を構成することにより、温度安定性に優れた複合型エタロン素子1を得ることができる。なお、上記光線の入射方向に対してc軸を所定角度に傾けて構成する複合型エタロン素子1は、入射光が直線偏光で電場の振動方向が結晶のb軸と垂直な面内にある場合としている。なお、TiOの結晶軸方向を傾けて構成する場合、他の貼り合わせる材料として上記のようにS−LAH58(光学ガラス)以外に光学結晶材料(例えば、水晶)を選択しても、温度安定性に優れた光学材料1を構成することができる。 In addition, the refractive index of TiO 2 in an angle direction of 45 degrees with respect to the a axis and the c axis is 2.5686, and the characteristic index is −19.400 × 10 −6 . Also in this case, by combining the composite etalon element 1 with the thickness ratio shown in Table 1 in combination with the S-LAH 58 having a positive characteristic index, the composite etalon element 1 having excellent temperature stability is obtained. Obtainable. The composite etalon element 1 configured by tilting the c-axis at a predetermined angle with respect to the incident direction of the light beam is when the incident light is linearly polarized and the direction of vibration of the electric field is in a plane perpendicular to the b-axis of the crystal. It is said. When the TiO 2 crystal axis direction is inclined, the temperature stability is maintained even when an optical crystal material (for example, quartz) is selected as the other material to be bonded in addition to the S-LAH58 (optical glass). An optical material 1 having excellent properties can be configured.

また、図54の線aは複合型エタロン素子1の温度安定性を表わしている。また、線b,cはそれぞれS−BAH32,LiCAFの温度安定性を表わしている。図54からS−BAH32,LiCAFはそれぞれ温度変化に対して正,負の方向に中心波長を変化させる効果を有しており、これらの材料を使用して適正な厚さ比で構成することにより、複合型エタロン素子1は中心波長の変化量が温度によらずほぼ零となる。   A line a in FIG. 54 represents the temperature stability of the composite etalon element 1. Lines b and c represent the temperature stability of S-BAH32 and LiCAF, respectively. From FIG. 54, S-BAH32 and LiCAF have the effect of changing the center wavelength in the positive and negative directions with respect to the temperature change, respectively. In the composite type etalon element 1, the change amount of the center wavelength becomes almost zero regardless of the temperature.

以上のように、発明者等は負の特性指数を有する実用的な光学材料としてSrTiO,TiO,LiCAFを見出した。そして、本発明の複合型エタロン素子1を、これらの材料を含む正負の特性指数を有する光学材料を貼り合わせて構成し、且つこれらの厚さ比を適正に設定することにより、複合型エタロン素子1内を通過する光線の光学距離を温度によらず一定とすることが可能となった。このように、本発明の複合型エタロン素子1は、極めて温度安定性に優れたものとすることができる。 As described above, the inventors have found SrTiO 3 , TiO 2 , and LiCAF as practical optical materials having a negative characteristic index. Then, the composite etalon element 1 of the present invention is formed by bonding optical materials having positive and negative characteristic indexes including these materials, and by appropriately setting the thickness ratio thereof, the composite etalon element It became possible to make the optical distance of the light beam passing through 1 constant regardless of the temperature. Thus, the composite type etalon element 1 of the present invention can be extremely excellent in temperature stability.

また、透明体薄板に光学材料として等方性でない光学結晶を使用した場合であっても、結晶軸を傾けて構成することなく複合型エタロン素子1を形成することができる。したがって、等方性でない光学結晶を使用した場合であっても、中心波長の変化量を温度によらず略0pm/Kとすることができるので、偏光依存性の極めて少ない複合型エタロン素子1を得ることができる。   Even when an optical crystal that is not isotropic is used as the optical material for the transparent thin plate, the composite etalon element 1 can be formed without tilting the crystal axis. Therefore, even when an optical crystal that is not isotropic is used, the amount of change in the center wavelength can be set to approximately 0 pm / K regardless of the temperature. Therefore, the composite type etalon element 1 having very little polarization dependence can be obtained. Obtainable.

また、上記実施の形態では、複合型エタロン素子1は透明体薄板10,20の2種の光学材料を貼り合わせて構成されているが、これに限らず、3種類以上の光学材料の貼り合わせにより構成してもよい。この場合、隣合う透明体薄板間にはAR膜40を形成し、各透明体薄板の厚さと屈性率との積の合計が温度によらず一定となるように、それぞれの厚さの比を設定すればよい。   Further, in the above embodiment, the composite etalon element 1 is configured by bonding two types of optical materials of the transparent thin plates 10 and 20, but not limited to this, bonding of three or more types of optical materials is performed. You may comprise by. In this case, an AR film 40 is formed between adjacent transparent thin plates, and the ratio of the thicknesses is set so that the sum of the product of the thickness and the refractive index of each transparent thin plate is constant regardless of the temperature. Should be set.

次に、複合型エタロン素子1を用いたレーザ装置としての高密度波長多重(DWDM)通信用のレーザモジュール50について説明する。図55にレーザモジュール50の概略構成図を示す。レーザモジュール50では、レーザ光出射部としてのLD54の後端面から出射されたレーザ光は、分岐部としてのハーフミラー53に入射して2方向に分岐され、一方は直接強度検出部としてのPD51に結合されて光出力モニタとして用いられ、他方は複合型エタロン素子1を透過させた後に波長検出部としてのPD52に結合されて波長モニタとして用いられる。PD51では、受光したレーザ光の強度が検出される。また、PD52では複合型エタロン素子1を選択的に透過した所定波長のレーザ光の強度が検出される。
また、前端面から出射されたレーザ光はレンズ56を透過して外部へ出力される。PD51,52からの出力信号は不図示の制御装置に出力され、制御装置はこの出力信号をもとに、ペルチェ素子55への電力を制御することによってLD54を所定の温度に保持している。なお、ハーフミラー53の代わりにプリズムを用いてもよい。
Next, a laser module 50 for high-density wavelength division multiplexing (DWDM) communication as a laser apparatus using the composite etalon element 1 will be described. FIG. 55 shows a schematic configuration diagram of the laser module 50. In the laser module 50, the laser light emitted from the rear end face of the LD 54 serving as the laser light emitting part is incident on the half mirror 53 serving as the branching part and branched in two directions, one of which is directly applied to the PD 51 serving as the intensity detecting part. The other is used as an optical output monitor, and the other is transmitted through the composite etalon element 1 and then combined with a PD 52 as a wavelength detection unit to be used as a wavelength monitor. The PD 51 detects the intensity of the received laser beam. Further, the PD 52 detects the intensity of laser light having a predetermined wavelength that is selectively transmitted through the composite etalon element 1.
Further, the laser light emitted from the front end surface is transmitted through the lens 56 and output to the outside. Output signals from the PDs 51 and 52 are output to a control device (not shown), and the control device controls the power to the Peltier element 55 based on the output signals, thereby holding the LD 54 at a predetermined temperature. A prism may be used instead of the half mirror 53.

本発明の複合型エタロン素子1は、上述のように温度安定性に優れているため、複合型エタロン素子1のための専用のペルチェ素子を設ける必要がなく、ペルチェ素子を駆動するための電力消費量が低減される。また、これに伴い、レーザモジュール50の構成が簡単となり、製造コストを低減することができる。なお、エアギャップ型のエタロン素子を用いてもペルチェ素子を配設する必要がない場合があるが、エアギャップ型のエタロン素子はサイズが大きいため、レーザモジュール50自体のサイズが大きくなってしまうという不都合があった。また、本発明の複合型エタロン素子1は従来の複合型エタロン素子と比べてもサイズが小さいという特徴を有するため、レーザモジュール50をより小型化することができる。   Since the composite etalon element 1 of the present invention is excellent in temperature stability as described above, it is not necessary to provide a dedicated Peltier element for the composite etalon element 1, and power consumption for driving the Peltier element The amount is reduced. Accordingly, the configuration of the laser module 50 is simplified, and the manufacturing cost can be reduced. Even if an air gap type etalon element is used, there is a case where it is not necessary to dispose a Peltier element. However, since the air gap type etalon element is large in size, the size of the laser module 50 itself is increased. There was an inconvenience. Further, since the composite etalon element 1 of the present invention has a feature that the size is smaller than the conventional composite etalon element, the laser module 50 can be further downsized.

上記実施形態では、本発明の複合型エタロン素子1をDWDM通信用のレーザモジュール50に用いた例を示したが、これに限らず、波長ロッカ等のレーザ装置に使用することが可能である。   In the above embodiment, the example in which the composite type etalon element 1 of the present invention is used in the laser module 50 for DWDM communication is shown. However, the present invention is not limited to this and can be used in a laser device such as a wavelength locker.

実施例1の単層の反射防止膜を有する複合型エタロン素子の断面説明図である。3 is a cross-sectional explanatory view of a composite etalon element having a single-layer antireflection film of Example 1. FIG. 実施例1の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。3 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a single-layer antireflection film of Example 1. FIG. 図2の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2. 実施例1の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。3 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a single-layer antireflection film of Example 1. FIG. 実施例1の2層の反射防止膜を有する複合型エタロン素子の断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a composite etalon element having two antireflection films of Example 1. 実施例1の2層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the two-layer antireflection film of Example 1. 実施例1の3層の反射防止膜を有する複合型エタロン素子の断面説明図である。3 is a cross-sectional explanatory view of a composite etalon element having a three-layer antireflection film of Example 1. FIG. 実施例1の3層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。3 is a graph showing spectral reflectance characteristics of the three-layer antireflection film of Example 1. FIG. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜の反射率5%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 1 (HR film reflectance 5%). 図9において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 10 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 9. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜の反射率18%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 1 (HR film reflectance 18%). 図11において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 12 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 11. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜の反射率36%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 1 (HR film reflectance 36%). 図13において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜の反射率79%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 1 (HR film reflectance 79%). 図15において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。16 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜なし)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of the composite etalon element (no HR film) of Example 1. 図17において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例1の反射防止膜の反射率を異ならせた場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic at the time of making the reflectance of the antireflection film of Example 1 different. 図19において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 20 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 19. 実施例1の複合型エタロン素子(HR膜の反射率79%)において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。4 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is formed and when an antireflection film is not formed in the composite etalon element of Example 1 (reflectance of HR film 79%). 実施例2の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a single-layer antireflection film of Example 2. 実施例2の2層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the two-layer antireflection film of Example 2. 実施例2の3層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a three-layer antireflection film of Example 2. 実施例2の複合型エタロン素子(HR膜の反射率5%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 2 (HR film reflectance 5%). 図25において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 26 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 25. 実施例2の複合型エタロン素子(HR膜の反射率18%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite type etalon element of Example 2 (HR film reflectance 18%). 図27において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例2の複合型エタロン素子(HR膜の反射率36%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite type etalon element of Example 2 (HR film reflectance 36%). 図29において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例2の複合型エタロン素子(HR膜の反射率79%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite type etalon element of Example 2 (HR film reflectance 79%). 図31において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 32 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 31. 実施例3の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a single-layer antireflection film of Example 3. 実施例3の2層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。10 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the two-layer antireflection film of Example 3. 実施例3の3層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing the spectral reflectance characteristics of the three-layer antireflection film of Example 3. 実施例3の複合型エタロン素子(HR膜の反射率5%)の分光透過率特性を表すグラフである。10 is a graph showing the spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 3 (HR film reflectance 5%). 図36において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。FIG. 37 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 36. 実施例3の複合型エタロン素子(HR膜の反射率80%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite etalon element of Example 3 (HR film reflectance 80%). 図38において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例3の複合型エタロン素子(HR膜の反射率80%)において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is formed and when an antireflection film is not formed in the composite type etalon element of Example 3 (HR film reflectance 80%). 実施例3の複合型エタロン素子(HR膜なし)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite etalon element (no HR film) of Example 3. 図41において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例3の反射防止膜の反射率を異ならせた場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic at the time of making the reflectance of the antireflection film of Example 3 different. 図43において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。44 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is not formed in FIG. 実施例4の単層の反射防止膜の分光反射率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral reflectance characteristics of a single-layer antireflection film of Example 4. 実施例4の複合型エタロン素子(HR膜の反射率5%)の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics of a composite etalon element of Example 4 (HR film reflectance 5%). 図46において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例4の複合型エタロン素子(HR膜の反射率80%)の分光透過率特性を表すグラフである。10 is a graph showing the spectral transmittance characteristics of the composite etalon element of Example 4 (HR film reflectance 80%). 図48において反射防止膜を形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral transmittance characteristic when not forming an antireflection film in FIG. 実施例4の複合型エタロン素子(HR膜の反射率80%)において反射防止膜を形成した場合及び形成しない場合の分光透過率特性を表すグラフである。6 is a graph showing spectral transmittance characteristics when an antireflection film is formed and when an antireflection film is not formed in the composite etalon element of Example 4 (HR film reflectance 80%). 実施例の複合型エタロン素子の温度特性を表すグラフである。It is a graph showing the temperature characteristic of the composite type etalon element of an Example. 実施例の複合型エタロン素子の温度特性を表すグラフである。It is a graph showing the temperature characteristic of the composite type etalon element of an Example. 実施例の複合型エタロン素子の温度特性を表すグラフである。It is a graph showing the temperature characteristic of the composite type etalon element of an Example. 実施例の複合型エタロン素子の温度特性を表すグラフである。It is a graph showing the temperature characteristic of the composite type etalon element of an Example. 実施例のレーザモジュールの構成図である。It is a block diagram of the laser module of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 複合型エタロン素子、2 透明体、10,20 透明体薄板、31,32 HR膜、40 AR膜、40a,40b,40c 膜、50 レーザモジュール、51,52 PD、53 ハーフミラー、54 LD、55 ペルチェ素子、56 レンズ、d,d,d 厚さ、Wa4乃至Wa4,Wb3乃至Wb4 間隔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite type etalon element, 2 transparent body, 10,20 transparent body thin plate, 31, 32 HR film, 40 AR film, 40a, 40b, 40c film, 50 laser module, 51, 52 PD, 53 half mirror, 54 LD, 55 Peltier element, 56 a lens, d a, d b, d c thickness, W a4 to W a4, W b3 to W b4 interval

Claims (12)

透明体の入射面と出射面に反射膜を有し、前記透明体の内部での光の多重反射を利用する複合型エタロン素子において、
前記透明体は、複数の透明体薄板が前記入射面から出射面にかけて積層されてなり、
前記透明体薄板は、隣合う透明体薄板と反射防止膜を介して接合されたことを特徴とする複合型エタロン素子。
In a composite type etalon element having a reflection film on the incident surface and the emission surface of the transparent body and utilizing multiple reflection of light inside the transparent body,
The transparent body is formed by laminating a plurality of transparent thin plates from the incident surface to the output surface,
The composite etalon element, wherein the transparent thin plate is joined to an adjacent transparent thin plate through an antireflection film.
前記反射防止膜は、使用する波長の光に対して反射率が0.3%以下に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の複合型エタロン素子。   2. The composite etalon device according to claim 1, wherein the antireflection film has a reflectance set to 0.3% or less with respect to light having a wavelength to be used. 前記反射防止膜は、単層又は複数層からなることを特徴とする請求項1に記載の複合型エタロン素子。   The composite etalon device according to claim 1, wherein the antireflection film includes a single layer or a plurality of layers. 前記反射防止膜は、隣合う透明体薄板の一方に積層されて形成されると共に、隣合う透明体薄板の他方と光学密着により接合されていることを特徴とする請求項1に記載の複合型エタロン素子。   2. The composite mold according to claim 1, wherein the antireflection film is formed by being laminated on one of adjacent transparent thin plates, and is bonded to the other of the adjacent transparent thin plates by optical adhesion. Etalon element. 透明体の入射面と出射面に反射膜を有し、前記透明体の内部での光の多重反射を利用する複合型エタロン素子において、
前記透明体は、複数の透明体薄板が前記入射面から出射面にかけて積層されてなり、
前記透明体薄板は、隣合う透明体薄板との屈折率の差が0.160以下に設定されたことを特徴とする複合型エタロン素子。
In a composite type etalon element having a reflection film on the incident surface and the emission surface of the transparent body and utilizing multiple reflection of light inside the transparent body,
The transparent body is formed by laminating a plurality of transparent thin plates from the incident surface to the output surface,
The composite thin etalon element, wherein the transparent thin plate has a refractive index difference between adjacent transparent thin plates of 0.160 or less.
前記透明体は、各透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれることを特徴とする請求項1又は5に記載の複合型エタロン素子。   6. The composite type etalon element according to claim 1, wherein the transparent body is such that the sum of the product of the thickness of each transparent body thin plate and the refractive index is approximately invariant with respect to temperature change. 前記透明体は、温度変化に対して厚さと屈折率の積が増加する正の係数を有する透明体薄板と、温度変化に対して厚さと屈折率の積が減少する負の係数を有する透明体薄板からなり、
各透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれるように、前記正及び負の係数を有する透明体薄板の厚さの比が設定されたことを特徴とする請求項1又は5に記載の複合型エタロン素子。
The transparent body includes a transparent thin plate having a positive coefficient in which the product of the thickness and the refractive index increases with temperature change, and a transparent body having a negative coefficient in which the product of the thickness and the refractive index decreases with temperature change. Made of thin plate,
The ratio of the thickness of the transparent thin plate having the positive and negative coefficients was set so that the sum of the product of the thickness and the refractive index of each transparent thin plate was kept approximately unchanged with respect to the temperature change. 6. The composite etalon element according to claim 1, wherein the composite etalon element is characterized.
前記負の係数を有する透明体薄板は、SrTiO,TiO,LiCaAlFのいずれかからなることを特徴とする請求項7に記載の複合型エタロン素子。 The composite etalon device according to claim 7, wherein the transparent thin plate having a negative coefficient is made of any one of SrTiO 3 , TiO 2 , and LiCaAlF 6 . 前記透明体は、光学ガラスからなる透明体薄板と、光学結晶からなる透明体薄板と、を含むことを特徴とする請求項1又は5に記載の複合型エタロン素子。   The composite etalon element according to claim 1, wherein the transparent body includes a transparent thin plate made of optical glass and a transparent thin plate made of optical crystal. 前記透明体は、光学結晶からなる透明体薄板であることを特徴とする請求項1又は5に記載の複合型エタロン素子。   The composite etalon element according to claim 1, wherein the transparent body is a transparent thin plate made of an optical crystal. 前記透明体は、前記透明体薄板の厚さと屈折率の積の合計が温度変化に対して近似的に不変に保たれるように、前記光学結晶からなる透明体薄板の光学結晶軸の方向が、前記入射面から反射面へ向かう方向に対して所定の角度をなすように設定されたことを特徴とする請求項9又は10に記載の複合型エタロン素子。   The direction of the optical crystal axis of the transparent thin plate made of the optical crystal is such that the total of the product of the thickness and refractive index of the transparent thin plate is kept approximately unchanged with respect to temperature change. 11. The composite etalon device according to claim 9, wherein the composite etalon device is set to form a predetermined angle with respect to a direction from the incident surface toward the reflection surface. 入射したレーザ光を2方向に分岐する分岐部と、該分岐部で一の方向へ分岐されたレーザ光を受光してレーザ光の強度を検出する強度検出部と、前記分光部で他の方向へ分岐されたレーザ光のうち所定波長のレーザ光を選択的に透過させる請求項1乃至11のいずれか1項に記載の複合型エタロン素子と、該複合型エタロン素子を透過した所定波長のレーザ光を受光して該所定波長のレーザ光の強度を検出する波長検出部と、を備えたことを特徴とするレーザ装置。   A branching unit that branches the incident laser beam in two directions, an intensity detection unit that receives the laser beam branched in one direction at the branching unit and detects the intensity of the laser beam, and another direction in the spectroscopic unit 12. The composite etalon device according to claim 1, which selectively transmits laser light having a predetermined wavelength among the laser light branched into the laser beam, and a laser having a predetermined wavelength transmitted through the composite etalon device. A laser device comprising: a wavelength detector that receives light and detects the intensity of the laser beam having the predetermined wavelength.
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