JP2005024939A - 多層膜光学素子、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドリングが容易な多層膜光学素子を提供する。
【解決手段】多層膜光学素子１は、酸化ケイ素薄膜と五酸化ニオブ薄膜を交互に積層（通常５０〜１００層）して形成されており、全体として２０〜３０μｍの厚さとなっている。多層膜光学素子１は、光学要素としての働きをする第１の部分２と、ハンドリング用の第２の部分２に分かれており、第１の部分２と第２の部分３の間には、図に示すような段差が設けられている。よって、第２の部分３を浮かせた状態で作業台の上に置くようにすれば、この部分をピンセット等で挟むことが容易になり、ハンドリングが容易になる。又、第１の部分２と第２の部分３の寸法を異ならせることにより、両者の見分けがつくので、光学要素としての働きをする第１の部分２をピンセット等で挟んで傷をつけることを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の異なる物質からなる薄膜を積層して形成された多層膜光学素子、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
屈折率の異なる物質からなる薄膜を積層し、薄膜の境界で反射する光の干渉を利用して、フィルタ等の所定の光学特性を持たせた光学素子は、多層膜光学素子として知られ、干渉フィルタ等に使用されている。
【０００３】
このような多層膜光学素子は、ガラス等の基板上に、屈折率の異なる非金属光学物質の薄膜を順次重ね合わせた構造を有し、通常は、ガラス等の基板上に、これらの非金属光学物質を、真空蒸着により、順次成膜していくことにより形成されていた。
【０００４】
このような光学素子において、ガラス等の基板は、大きなスペースを独占するだけでなく、光の損失の原因にもなるので、できるだけ薄くする必要がある。このため、従来は、多層膜の形成後、これら基板を研磨して数十μｍ程度の厚さとしていた。
【０００５】
しかしながら、ガラス等の基板を数十μｍ程度の厚さにまで研磨することには非常な困難が伴い、研磨中にガラスが破損したりして、歩留まりを低下させるといった問題があった。
【０００６】
このような問題点を解決するものとして、例えば、特開平３−１９６００１号公報（特許文献１）に記載されているような、基板を有しない多層膜光学薄膜が公知となっている。
【０００７】
このような多層膜光学薄膜は、以下のようにして製造される。例えば、ガラス基板の上にアルミニウムを蒸着し、その上に、酸化ケイ素の薄膜と酸化チタンの薄膜を、交互にイオンスパッタリングにより成膜する。成膜が完了した時点で、Ａｌエッチング液によりＡｌを溶解すると、ガラス基板と多層光学薄膜が分離し、ガラス基板を有しない多層光学薄膜を得ることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１９６００１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような、基板を有しない多層膜光学素子は、例えば光伝送路の途中に挟み込んで使用される。このように、光学装置に従来の多層膜光学素子を取り付ける際に、作業性が悪いという問題点があった。すなわち、このような多層膜光学素子は、プレート状であるため、これを作業台のような平坦な面上に置くと、全体が張り付いてしまい、ピンセット等で拾い上げるのが困難になるという問題点がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ハンドリングが容易な多層膜光学素子、及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、屈折率の異なる物質からなる薄膜を積層して構成される多層膜光学素子であって、光学素子としての機能を有する第１の部分と、それに接続したハンドリング用の第２の部分とを有しており、前記第１の部分と第２の部分との間に、段差が形成されていることを特徴とするもの（請求項１）である。
【００１２】
本発明においては、光学素子としての機能を有する第１の部分と、それに接続したハンドリング用の第２の部分との間に段差が設けられているので、平坦な作業台の上に置いた場合でも、全体が作業台に張り付いてしまうことがない。そして、第２の部分を浮かせた状態で作業台の上に置くようにすれば、この部分をピンセット等で挟むことが容易になり、ハンドリングが容易になる。又、光学要素となる部分とハンドリング用の部分との見分けが付くので、光学要素となる部分にピンセット等を接触させてしまうようなことを防止することができる。
【００１３】
なお、本手段において、第２の部分は、第１の部分の片側にのみ設けることもできるし、第１の部分の両側に設けることもできる。
第２の部分を第１の部分の片側にのみ設けた場合には、ハンドリング部分が光学素子としての機能を有する部分の一方にしか形成されないので、光導波路基板や光ファイバの微小な間隔の間に挿入し易くなる。
一方、第２の部分を第１の部分の両側に設けた場合には、ハンドリング部分が光学素子としての機能を有する部分の両側に形成されるので、ピンセット等で挟むことが容易となる。
【００１４】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記段差が、当該多層膜光学素子の上下両面に設けられていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１５】
前記第１の手段は、第１の部分と第２の部分の上面と下面（多層膜の積層方向を上下方向として考える）の一方にのみ段差が形成されているものをも含むものである。しかしながら、このような場合、段差が設けられていない面が作業台の上に面した場合、ピンセット等で挟むことが困難となる。
【００１６】
これに対し、本手段においては、段差が、多層膜光学素子の上下両面に設けられているので、上面と下面のどちらの面が作業台上に面することになっても、作業台との間に、隙間が形成される。よって、ピンセット等で挟むことが確実に容易になり、ハンドリング性を向上させることができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第３の手段は、多層膜光学素子の製造方法であって、所定幅の溝状部が所定間隔をおいて形成された可溶性担体の上に多層光学薄膜を形成した後、少なくとも前記多層光学薄膜を、前記溝状部の間の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断すると共に、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に所定間隔で切断し、その後、前記可溶性担体をエッチングする工程を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１８】
本手段においては、溝状部の底の部分に積層された多層光学薄膜の部分が光学要素となる部分に相当し、溝状部の間の部分に積層された多層光学薄膜の部分がハンドリング用の部分に相当するようになる。多層光学薄膜の形成後、少なくとも多層光学薄膜の部分を、この溝状部の部分に沿って、切断すると共に、溝状部の延設された方向とは異なる方向にも所定間隔で切断する。その後、可溶性担体をエッチングして除去すれば、切断によってバラバラにされた、前記第１の手段である多層膜光学素子が多数得られる。本手段によれば、光学素子として使用される部分の両側にハンドリング部を有する多層膜光学素子が得られる。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断する工程の前に、前記溝状部の部分を、前記溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有することを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２０】
本手段においては、溝状部の部分を、溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有するので、光学素子として使用される部分の片側にハンドリング部を有する多層膜光学素子が得られる。
【００２１】
前記課題を解決するための第５の手段は、多層膜光学素子の製造方法であって、所定幅を有する溝が所定間隔をおいて形成された可溶性担体からなる薄膜を成膜し、その上に多層光学薄膜を形成した後、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断すると共に、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断し、その後、前記可溶性担体をエッチングする工程を有することを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２２】
本手段においては、溝状部の底の部分に積層された多層光学薄膜の部分がハンドリング用の部分に相当し、溝状部の間の部分に積層された多層光学薄膜が光学要素となる部分に相当するようになる。多層光学薄膜の形成後、少なくとも多層光学薄膜の部分を、この溝状部の部分を溝状部の延設方向に沿って切断すると共に、溝状部の延設された方向とは異なる方向にも所定間隔で切断する。その後、可溶性担体をエッチングして除去すれば、切断によってバラバラにされた、前記第１の手段である多層膜光学素子が多数得られる。本手段によれば、光学素子として使用される部分の両側にハンドリング部を有する多層膜光学素子が得られる。即ち、本手段によれば、前記第３の手段で得られた多層薄膜光学素子と同様の光学素子を得ることができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断する工程の前に、前記溝状部の間の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有することを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２４】
本手段によれば、溝状部の間の部分を溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有する。よって、光学素子として使用される部分の片側にハンドリング部を有する多層膜光学素子が得られる。
【００２５】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第３の手段から第６の手段のいずれかであって、前記可溶性担体を、少なくとも前記所定幅に対応する幅を有する溝が、前記所定間隔をおいて形成された基板上に、可溶性薄膜を成膜する工程を経て設けることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２６】
本手段によれば、所望の基板上に可溶性薄膜を形成することにより、可溶性担体の材料によらず、任意の材料を基板の材料とすることができる。又、基板を機械加工性に富んだ材料とすることで、任意の形状の多層膜光学素子を形成できる。又、基板にガラスを用い、精密に研磨されたガラス基板を用いて多層膜光学素子を製造することで、多層膜の界面や表面粗さが向上し、減衰の少ない光学素子とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である多層膜光学素子とその製造方法の例を説明する。図１は、本発明の実施の形態である多層膜光学素子の概要を示す断面図である。ただし、図１においてハッチングを省略している。この多層膜光学素子１は、酸化ケイ素薄膜と五酸化ニオブ薄膜を交互に積層（通常５０〜１００層）して形成されており、全体として２０〜３０μｍの厚さとなっている。その長さ（紙面左右方向）は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであり、その幅（紙面に垂直な方向）も同等の寸法である。
【００２８】
多層膜光学素子１は、光学要素としての働きをする第１の部分２と、ハンドリング用の第２の部分２に分かれており、第１の部分２と第２の部分３の間には、図に示すような段差が設けられている。この段差は、多層膜光学素子１の、図１における紙面上方の上面１４、及び紙面下方の下面１５の両方の間に存在するので、上面１４、下面１５のどちらが作業台に接して置かれても、多層膜光学素子１の一部が浮いている状態となる。
【００２９】
よって、第２の部分３を浮かせた状態で作業台の上に置くようにすれば、この部分をピンセット等で挟むことが容易になり、ハンドリングが容易になる。又、第１の部分２と第２の部分３の寸法を異ならせることにより、両者の見分けがつくので、光学要素としての働きをする第１の部分２をピンセット等で挟んで傷をつけることを防止することができる。
【００３０】
以下、図１に示すような多層膜光学素子１を製造する方法の例を、図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、製造工程の途中における仕掛かり品の断面図である。まず、ガラス等の基板４を用意する。この基板４には溝部が設けられており、溝部の底には平坦な部分が形成されている。この溝部は紙面に垂直な方向に平行に伸びて形成されている。又、この溝部に対応する基板４の部分は、鏡面状態に研磨が施されている。
【００３１】
このような基板４の表面に、真空蒸着等により、アルミニウム薄膜５を形成する。そして、その上にイオンスパッタリングにより、酸化ケイ素薄膜と五酸化ニオブ薄膜を交互に積層してなる多層光学薄膜６を形成する（図において多層光学薄膜６の部分のハッチングを省略している）。
【００３２】
図２（ｂ）はこの状態における平面図である。図２（ａ）の状態から、少なくとも多層光学薄膜６を含む部分を、図２（ｂ）の一点鎖線に沿って、切断する。切断は、ダイシングソー等を用いて機械的に行ってもよいし、フォトリソグラフィーとエッチングにより、一点鎖線の部分にノッチを形成してもよい。又、一点鎖線に沿って全体を小さな部分に切り離してもよい。
【００３３】
このようにしてノッチ７が形成された状態の例を図２（ｃ）に示す。この場合、ノッチ７は、多層光学薄膜６を貫通して、アルミニウム薄膜５の一部にまで達している。
【００３４】
このようにしてノッチ７を形成した後、ＮａＯＨ等のエッチング液を使用してアルミニウム薄膜５を溶解すると、多層光学薄膜６の部分が、図１に示すような多層膜光学素子１となる。この場合は、溝部の底、溝部と溝部の間の部分のいずれも平面であるので、どちらに相当する部分を光学要素として使用してもよいが、光学要素として使用しない部分に相当する基板４の部分は平面とする必要もなく、研磨も必要ではない。
【００３５】
なお、以上の実施の形態においては、基板４としてガラス等を使用しているが、例えば塩化ナトリウム結晶等を用いてもよい。この場合には、基板４自身が担体の役割を果たすので、特別な担体をその上に成膜する必要はない。さらに、以上の実施の形態においては、多層光学薄膜として、酸化ケイ素薄膜と五酸化ニオブ薄膜を交互に積層したものを使用したが、他の材料、例えば酸化ケイ素薄膜と酸化チタン薄膜や、酸化ケイ素薄膜と五酸化タンタル薄膜を使用してもよい。これらの材料は、光通信で用いられる赤外域の光に対して透明であるので、多層膜フィルタとして用いるのに好適である。
さらに、図２において、溝部の切断を行わなければ、光学要素となる部分の両側にハンドリング部を有する多層膜光学素子が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハンドリングが容易な多層膜光学素子、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である多層膜光学素子の概要を示す断面図である。
【図２】図１に示す多層膜光学素子の製造方法の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…多層膜光学素子
２…第１の部分
３…第２の部分
４…基板
５…アルミニウム薄膜
６…多層光学薄膜
７…ノッチ

Claims (7)

1. 屈折率の異なる物質からなる薄膜を積層して構成される多層膜光学素子であって、光学素子としての機能を有する第１の部分と、それに接続したハンドリング用の第２の部分とを有しており、前記第１の部分と第２の部分との間に、段差が形成されていることを特徴とする多層膜光学素子。
2. 請求項１に記載の多層膜光学素子であって、前記段差が、当該多層膜光学素子の上下両面に設けられていることを特徴とする多層膜光学素子。
3. 所定幅の溝状部が所定間隔をおいて形成された可溶性担体の上に多層光学薄膜を形成した後、少なくとも前記多層光学薄膜を、前記溝状部の間の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断すると共に、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に所定間隔で切断し、その後、前記可溶性担体をエッチングする工程を有することを特徴とする多層膜光学素子の製造方法。
4. 請求項３に記載の多層膜光学素子の製造方法であって、前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断する工程の前に、前記溝状部の部分を、前記溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有することを特徴とする多層膜光学素子の製造方法。
5. 所定幅を有する溝が所定間隔をおいて形成された可溶性担体からなる薄膜を成膜し、その上に多層光学薄膜を形成した後、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断すると共に、少なくとも前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断し、その後、前記可溶性担体をエッチングする工程を有することを特徴とする多層膜光学素子の製造方法。
6. 請求項５に記載の多層膜光学素子の製造方法であって、前記多層光学薄膜の部分を、前記溝状部の延設された方向とは異なる方向に一定間隔で切断する工程の前に、前記溝状部の間の部分を前記溝状部の延設方向に沿って切断する工程を有することを特徴とする多層膜光学素子の製造方法。
7. 前記可溶性担体を、少なくとも前記所定幅に対応する幅を有する溝が、前記所定間隔をおいて形成された基板上に、可溶性薄膜を成膜する工程を経て設けることを特徴とする請求項３から請求項６のうちいずれか１項に記載の多層膜光学素子の製造方法。

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