JP2005091996A - Optical component packaging module and optical communication module - Google Patents
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Description
本発明は、光学部品実装モジュール等に関し、より詳しくは、安定した光学特性が得られる光学部品実装モジュール及びこれを用いた光通信モジュールに関する。 The present invention relates to an optical component mounting module and the like, and more particularly, to an optical component mounting module capable of obtaining stable optical characteristics and an optical communication module using the same.
光ファイバを用いるデータ通信は、大量の情報を高速に送受信することが可能である。近年、波長多重通信方式(WDM:Wave Division Multiplexing)が登場したことにより、光ファイバによるデータ通信は、さらなる高速化と大容量化が可能となっている。このWDM方式によるデータ通信は、1本の光ファイバに約1nm程度の間隔で多重化されている数10から100以上の光を通し、この多重化された光の中から、所定の波長を有する光が分離されている(例えば、特許文献1参照)。また、このような所定の波長を有する光を分離する光学素子としては、誘電体の薄膜を複数積層した多層膜を有するWDM用薄膜フィルタ素子が用いられている。WDM用薄膜フィルタ素子は、1nm程度の間隔で多重化された光を、挿入損失0.5dB以下で分離する必要があり、このため、誘電体の薄膜の膜圧は、光の波長の±0.1%以内の精度で制御されている。 Data communication using an optical fiber can transmit and receive a large amount of information at high speed. In recent years, with the advent of Wave Division Multiplexing (WDM), data communication using optical fibers can be further increased in speed and capacity. In this WDM data communication, light of several tens to 100 or more multiplexed at an interval of about 1 nm is passed through one optical fiber, and has a predetermined wavelength from the multiplexed light. The light is separated (see, for example, Patent Document 1). As an optical element for separating light having a predetermined wavelength, a WDM thin film filter element having a multilayer film in which a plurality of dielectric thin films are stacked is used. A thin film filter element for WDM needs to separate light multiplexed at an interval of about 1 nm with an insertion loss of 0.5 dB or less. For this reason, the film pressure of a dielectric thin film is ± 0 of the wavelength of light. .Controlled with accuracy within 1%.
ところで、このようなWDM用薄膜フィルタ素子等の光通信に用いられる光学素子は、光学ガラス等の透明基板上に、真空製膜プロセスで形成されたSiO2やTa2O5等の誘電体多層膜を有する素子が数多く存在する。このような誘電体多層膜は、通常、50層以上の誘電体層が積層された構造を有し、多層膜全体の膜厚は、多くの場合、10μmを超える。誘電体多層膜がこの程度の厚さになると、積層された誘電体層内に内包される応力は、典型値として100〜1000MPaにも及び、このため、光学ガラス等の透明基板を、数μmから大きい場合は数十μmも変形させてしまう場合がある。 By the way, an optical element used for optical communication such as a WDM thin film filter element is a dielectric multilayer such as SiO 2 or Ta 2 O 5 formed on a transparent substrate such as optical glass by a vacuum film forming process. There are many devices having a film. Such a dielectric multilayer film usually has a structure in which 50 or more dielectric layers are laminated, and the film thickness of the entire multilayer film often exceeds 10 μm. When the dielectric multilayer film has such a thickness, the stress contained in the laminated dielectric layer reaches 100 to 1000 MPa as a typical value. For this reason, a transparent substrate such as optical glass is set to several μm. If it is large, it may be deformed by several tens of μm.
図7は、このような誘電体多層膜によるガラス基板の変形を説明する図である。図7には、1.4mm×1.4mm×1mm(厚さ)のサイズを有するガラス基板74と、このガラス基板74上に積層された厚さ50〜100μmの誘電体多層膜75とを有する光学素子70が示されている。また、光学素子70の中央部には、所定の波長の光ビーム73が透過している。図7に示すように、厚さ50〜100μmの誘電体多層膜75の場合は、内包された応力により、ガラス基板74が変形し、その変形量は、20〜30μm程度に達する。 FIG. 7 is a view for explaining the deformation of the glass substrate by such a dielectric multilayer film. 7 includes a glass substrate 74 having a size of 1.4 mm × 1.4 mm × 1 mm (thickness), and a dielectric multilayer film 75 having a thickness of 50 to 100 μm stacked on the glass substrate 74. An optical element 70 is shown. In addition, a light beam 73 having a predetermined wavelength is transmitted through the center of the optical element 70. As shown in FIG. 7, in the case of the dielectric multilayer film 75 having a thickness of 50 to 100 μm, the glass substrate 74 is deformed by the contained stress, and the deformation amount reaches about 20 to 30 μm.
ガラス基板74がこのように変形することにより、光ビーム73の入射角が、光学素子70の外縁部で光軸に対して一定の角度を有することとなる。これは光路長が変化したことに相当し、実効的に膜厚が不均一になったことと等価である。また、ガラス基板74のこのような変形により、誘電体多層膜75自身の屈折率や光学異方性等の光学特性が変化してしまう。その結果、光学素子70としての性能が低下するという問題が生じている。 As the glass substrate 74 is deformed in this manner, the incident angle of the light beam 73 has a constant angle with respect to the optical axis at the outer edge portion of the optical element 70. This corresponds to a change in the optical path length, which is equivalent to an effective non-uniform film thickness. Further, due to such deformation of the glass substrate 74, the optical characteristics such as the refractive index and optical anisotropy of the dielectric multilayer film 75 itself change. As a result, there arises a problem that the performance as the optical element 70 is lowered.
通常、スパッタ法や真空蒸着法等の真空製膜法を用いて多層膜を形成する場合には、多層膜の引っ張り応力又は圧縮応力が透明基板に作用し、このため光学素子が変形したり、物理特性が変化したりしてしまう。このような応力の制御方法としては、通常、製膜時の投入電力や雰囲気ガスの圧力、あるいは基板温度等の製膜プロセスパラメーターを制御することにより行われる。しかし、光通信等に用いられる光学素子には、極めて精密に制御された光学特性が必要とされるため、各光学特性と低応力とが両立する製膜プロセスの条件を見出すことは非常に困難である場合が多い。 Usually, when a multilayer film is formed using a vacuum film-forming method such as a sputtering method or a vacuum deposition method, the tensile stress or compressive stress of the multilayer film acts on the transparent substrate, so that the optical element is deformed, The physical characteristics will change. Such a stress control method is usually performed by controlling film forming process parameters such as input power at the time of film formation, atmospheric gas pressure, or substrate temperature. However, since optical elements used for optical communications and the like require extremely precisely controlled optical characteristics, it is very difficult to find conditions for a film forming process in which each optical characteristic and low stress are compatible. In many cases.
本発明は、このような誘電体多層膜を有する光学素子を開発する上で浮き彫りになった問題を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明の目的は、光学ガラス等の透明基板に生ずる変形が小さく、安定した光学特性が得られる光学部品実装モジュールおよびこれを用いた光通信モジュールを提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems which have been raised in developing an optical element having such a dielectric multilayer film. That is, an object of the present invention is to provide an optical component mounting module in which deformation generated in a transparent substrate such as optical glass is small and stable optical characteristics can be obtained, and an optical communication module using the same.
かかる課題を解決すべく、本発明では、薄膜が積層された2個の部分素子を薄膜側を向かい合わせて組み合わせる構成を採用している。即ち、本発明が適用される光学部品実装モジュールは、少なくとも第1光学基板上に薄膜が形成される第1部分素子と、第2光学基板上に薄膜が形成される第2部分素子と、を備え、これらの第1部分素子の薄膜側と第2部分素子の薄膜側とが向かい合わせて構成されていることを特徴とするものである。 In order to solve this problem, the present invention employs a configuration in which two subelements laminated with thin films are combined with the thin film sides facing each other. That is, an optical component mounting module to which the present invention is applied includes at least a first partial element in which a thin film is formed on a first optical substrate and a second partial element in which a thin film is formed on a second optical substrate. And the thin film side of the first partial element and the thin film side of the second partial element are configured to face each other.
本発明が適用される光学部品実装モジュールは、2個の部分素子を組み合わせた構造を有することにより、部分素子の位置、光軸に対する角度等を独立に調整することが可能となり、従来の方法と比べて調整の自由度を増大させることができる。また、2個の部分素子がそれらの位置、角度の最適化の結果、所定の角度をなすように組み合わせることも可能である。 Since the optical component mounting module to which the present invention is applied has a structure in which two partial elements are combined, the position of the partial elements, the angle with respect to the optical axis, and the like can be independently adjusted. Compared with this, the degree of freedom of adjustment can be increased. It is also possible to combine the two subelements so as to form a predetermined angle as a result of optimization of their position and angle.
ここで、第1光学基板上に形成された薄膜及び第2光学基板上に形成された薄膜が、少なくとも2種類の屈折率の異なる層を有する積層体であることを特徴とすれば、光学ミラー、反射防止膜、各種の光学フィルター(例えば、DWDM用バンドパスフィルター、CWDM用広帯域フィルター、利得等化フィルター、エッジフィルター)、分散補償器、光減衰器、インターリーバー等の多くの光学素子の用途に適用可能な光学部品実装モジュールを提供することができる。 Here, the optical mirror is characterized in that the thin film formed on the first optical substrate and the thin film formed on the second optical substrate are laminates having at least two layers having different refractive indexes. , Antireflection film, various optical filters (for example, band pass filter for DWDM, broadband filter for CWDM, gain equalization filter, edge filter), dispersion compensator, optical attenuator, interleaver, etc. An optical component mounting module applicable to the above can be provided.
次に、他の観点から捉えると、本発明が適用される光学部品実装モジュールは、相対峙する2個の光学基板と、この2個の光学基板の間に設けられ、屈折率の異なる少なくとも2種類の層が積層された薄膜と、を有することを特徴としている。 Next, from another viewpoint, the optical component mounting module to which the present invention is applied is provided between two optical substrates facing each other and at least two having different refractive indexes. And a thin film in which various types of layers are stacked.
ここで、相対峙する2個の光学基板の間に設けられた薄膜が、所定の厚さに分離され、各光学基板に固定されていることを特徴とすれば、光学基板上に形成された薄膜の応力が低減され、光学基板の歪や変形等が低減される。その結果、光学素子としての光学定数の変化が低減され、特に、光学素子の薄膜に対する入射光の角度を均一化することができる。 Here, if the thin film provided between the two optical substrates facing each other is separated into a predetermined thickness and fixed to each optical substrate, the thin film is formed on the optical substrate. The stress of the thin film is reduced, and the distortion and deformation of the optical substrate are reduced. As a result, the change in the optical constant as the optical element is reduced, and in particular, the angle of incident light with respect to the thin film of the optical element can be made uniform.
次に、本発明は、光ファイバ保持部材に保持された光ファイバと、光ファイバからの光を平行光または集束光に変換するレンズと、レンズを透過した光が入射する薄膜フィルタ素子と、を備え、薄膜フィルタ素子は、第1光学基板上に薄膜が形成された第1部分素子と第2光学基板上に薄膜が形成された第2部分素子とを、それぞれの薄膜側を向かい合わせて構成されていることを特徴とする光通信モジュールとして捉えることができる。 Next, the present invention includes an optical fiber held by an optical fiber holding member, a lens for converting light from the optical fiber into parallel light or focused light, and a thin film filter element on which light transmitted through the lens is incident. The thin film filter element includes a first partial element in which a thin film is formed on a first optical substrate and a second partial element in which a thin film is formed on a second optical substrate, with the respective thin film sides facing each other. It can be understood as an optical communication module that is characterized by the above.
ここで、薄膜フィルタ素子としては、レンズを透過した光から所定の波長の光を分離または透過するものであることを特徴とすれば、WDM用3端子フィルタモジュールとして有用な光通信モジュールを提供することができる。 Here, the thin film filter element provides an optical communication module useful as a WDM three-terminal filter module if it is characterized by separating or transmitting light of a predetermined wavelength from light transmitted through a lens. be able to.
ここで、薄膜フィルタ素子の薄膜が、屈折率の高い誘電体から形成された高屈折率層と屈折率の低い誘電体から形成された低屈折率層とを有する誘電体多層膜であることを特徴とすれば、例えば、このような薄膜フィルタはWDM用薄膜フィルタ素子として有用であり、このような薄膜フィルタを備えた光通信モジュールは、WDM用3端子フィルタモジュールとして有用である。 Here, the thin film of the thin film filter element is a dielectric multilayer film having a high refractive index layer formed from a dielectric material having a high refractive index and a low refractive index layer formed from a dielectric material having a low refractive index. For example, such a thin film filter is useful as a thin film filter element for WDM, and an optical communication module including such a thin film filter is useful as a three-terminal filter module for WDM.
本発明によれば、光学ガラス等の透明基板に生ずる変形が小さく、安定した光学特性が得られる光学部品実装モジュールおよびこれを用いた光通信モジュールが得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the deformation | transformation which arises in transparent substrates, such as optical glass, is small, and the optical component mounting module which can obtain the stable optical characteristic, and an optical communication module using the same are obtained.
以下、添付図面に基づき本発明を実施するための最良の形態(以下、発明の実施の形態という。)について説明する。
(実施の形態1)
図1は、波長多重伝送方式の光通信機器等で使用される光通信モジュールの一種であるWDM(Wavelength Division Multiplexing)用3端子フィルタモジュールを示す図である。図1に示すWDM用3端子フィルタモジュール100には、第1の実施の形態のWDM用薄膜フィルタ素子50が用いられている。図1に示すWDM用3端子フィルタモジュール100は、入射光用の第1光ファイバ11および反射光用の第2光ファイバ12が貫通配設される光ファイバ保持部材としての2心フェルール10と、透過光用の第3光ファイバ21が貫通配設される単心フェルール20とを有しており、これら第1光ファイバ11および第2光ファイバ12の端部が露出する2心フェルール10の端面10aと第3光ファイバ21の端部が露出する単心フェルール20の端面20aとが対向して配置されるようになっている。また、2心フェルール10と単心フェルール20との間には、2心フェルール10に対向して第1コリメートレンズ30が、単心フェルール20に対向して第2コリメートレンズ40がそれぞれ配置され、第1コリメートレンズ30および第2コリメートレンズ40の間には、2個の光学部品である第1部分素子51及び第2部分素子52から構成されたWDM用薄膜フィルタ素子50が配置されている。そして、これら2心フェルール10、単心フェルール20、第1コリメートレンズ30、第2コリメートレンズ40、WDM用薄膜フィルタ素子50は、例えばシリコンにて構成された長方形状の基板(図示せず)に実装されている。なお、基板としては、シリコンの他、セラミックス、ガラス、プラスチックなどの硬質材料を用いることができる。
The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment of the present invention) will be described below with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a WDM (Wavelength Division Multiplexing) three-terminal filter module which is a type of optical communication module used in wavelength division multiplexing optical communication equipment and the like. In the WDM three-terminal filter module 100 shown in FIG. 1, the WDM thin film filter element 50 of the first embodiment is used. A WDM three-terminal filter module 100 shown in FIG. 1 includes a two-
尚、第1光ファイバ11、第2光ファイバ12、第3光ファイバ21としては、直径(コア径)が125μmのシングルモードファイバを用いている。また、単心フェルール20及び2心フェルール10は、略円柱状の形状を有しており、その直径は1.5mm、長さは10mmである。また、単心フェルール20及び2心フェルール10は石英ガラスにて構成されている。単心フェルール20及び2心フェルール10を構成する材料としては、石英ガラスの他、石英、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素窒化アルミニウム、コージュライト、ムライト等を主成分とする結晶粒子を有するセラミックス、結晶化ガラス、金属、あるいはプラスチックが好適であり、用途や要求される精度等に応じて適宜材質を選択することができる。そして、単心フェルール20には第3光ファイバ21を挿入するための直径126μmの貫通孔が形成されている。第3光ファイバ21の直径(125μm)よりも僅かに大きく、第3光ファイバ21を挿入できるように構成されている。2心フェルール10には、第1光ファイバ11及び第2光ファイバ12を挿入できるように、直径126μmの貫通孔が2本形成されている。
As the first
さらにまた、第1コリメートレンズ30および第2コリメートレンズ40としては、レンズの中心部と周辺部とで曲率が異なる所謂非球面レンズを用いている。これら第1コリメートレンズ30、第2コリメートレンズ40の直径は単心フェルール20(および2心フェルール10)と同じ1.5mmとした。第1コリメートレンズ30および第2コリメートレンズ40は、光学ガラスBK−7を加熱し、金型でプレス成型することによって得た。
Furthermore, as the
図2は、WDM用薄膜フィルタ素子50の第1の実施形態を説明する図である。図2に示すWDM用薄膜フィルタ素子50は、ガラス等の光透過性材料からなる第1光学基板511および、この第1光学基板511上に、後述するように誘電体層が積層された薄膜である誘電体多層膜512からなる第1部分素子51と、これと同様な構造を有し、第2光学基板521および薄膜である誘電体多層膜522からなる第2部分素子52とを有する。図2に示すように、2個の光学部品である部分素子(51,52)は、それぞれの誘電体多層膜(512,522)面を向かい合わせて組み立てられている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the first embodiment of the WDM thin film filter element 50. A WDM thin film filter element 50 shown in FIG. 2 is a first optical substrate 511 made of a light-transmitting material such as glass, and a thin film in which a dielectric layer is laminated on the first optical substrate 511 as will be described later. A first
図3は、WDM用薄膜フィルタ素子50の分解した2個の部分素子を説明する図であり、図3(a)は、第1部分素子51、図3(b)は、第2部分素子52である。上述したように、第1部分素子51および第2部分素子52は、いずれも、第1光学基板511(第2光学基板521)と第1光学基板511(第2光学基板521)上に積層された薄膜である誘電体多層膜512(誘電体多層膜522)と、を有している。第1光学基板511または第2光学基板521は、光透過性を有する材料により形成され、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂(特に非晶質ポリオレフィン)、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、ガラス基板が好ましい。第1光学基板511または第2光学基板521の厚さは、好ましくは、0.3mm〜3mmである。
3A and 3B are diagrams for explaining two disassembled subelements of the WDM thin film filter element 50. FIG. 3A shows the
第1光学基板511(第2光学基板521)上に形成された誘電体多層膜512(誘電体多層膜522)は、後述するように、光学路長がλ/4の高屈折率層と低屈折率層とを対としたミラー層を複数層重ねた構造を有する2個のキャビティ512a及びキャビティ512b(キャビティ522a及びキャビティ522b)を結合層513(結合層523)を介して積層し、さらに、その上に反射防止膜514(反射防止膜524)が積層されている。誘電体多層膜512または誘電体多層膜522の厚さは、特に限定されないが、通常、10μm以上となる。
As will be described later, the dielectric multilayer film 512 (dielectric multilayer film 522) formed on the first optical substrate 511 (second optical substrate 521) has a low refractive index layer and an optical path length of λ / 4. Two cavities 512a and cavities 512b (cavities 522a and 522b) having a structure in which a plurality of mirror layers paired with a refractive index layer are stacked are laminated via a coupling layer 513 (coupling layer 523), and An antireflection film 514 (antireflection film 524) is laminated thereon. The thickness of the
図4は、WDM用薄膜フィルタ素子50の部品の一つである第1部分素子51の誘電体多層膜512を構成するキャビティ512aの構造を説明する図である。他のキャビティ512b,522a,522bも、同様な構造を有しているので説明は省略する。図4に示すキャビティ512aは、膜厚が光学路長のλ/2の整数倍の厚さを有するスペーサ層515を中心として、その上下に対称に、λ/4光学路長の厚さを有する高屈折率層Hと低屈折率層Lとを対としたミラー層を複数直列に積層された構造となっている。キャビティ512a内のミラー層(高屈折率層Hと低屈折率層Lとの組み合わせ)は、通常、14〜16組程度積層されている。また、第1部分素子51と第2部分素子52とを組み合わせた構造のWDM用薄膜フィルタ素子50において、キャビティの個数の合計は、少なくとも2個、好ましくは、4個以上設けられている場合が多いことから、WDM用薄膜フィルタ素子50全体のミラー層の合計層数は、少なくとも50層を超えている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the structure of the cavity 512a constituting the
誘電体多層膜512または誘電体多層膜522のキャビティ512a等を形成する材料は特に限定されないが、例えば、高屈折率層Hを形成する材料としては、TaOx、TiOx、ZnS、ZnSn、GaP、InP、Si、Ge、SiGex、SiNx、SiCx、ZrOx、NbOx、YOxおよびこれらの混合物が挙げられる。また、低屈折率層Lを形成する材料としては、SiOx、MgF2、AlOx、SiOxCy、SiOxNy、MgOx、またはこれらの混合物が挙げられる。ここで、xは、化学量論的組成比を表す数値、又は、化学量論的組成比を表す数値に基づき光学特性の制御のために調整された数値である。具体的には、高屈折率層Hとして用いられるものとしては、TiO2、Ta2O5、ZrO2、CeO2、ZnS、ThO2、HfO2、Nb2O5、Pr6O11等、およびそれらの混合物が挙げられる。これらの中でも、Ta2O5が好ましい。同様に、低屈折率層Lとして用いられるものは、MgF2、SiO2、Na5Al3F14、Na3AlF6、CaF3等、およびそれらの混合物が挙げられる。これらの中でも、SiO2が好ましい。尚、これらの中間の屈折率層として用いられる物質として、例えば、Y2O3、PbF2、MgO、Al2O3、CeF3、La2O3、WO3、MoO3等、およびそれらの混合物を適宜使用してもよい。
The material for forming the
尚、スペーサ層515、結合層513及び結合層523、反射防止膜514及び反射防止膜524を形成する材料としては、キャビティ512a等を形成する材料と同様な材料が挙げられる。 Note that examples of the material for forming the spacer layer 515, the bonding layer 513, the bonding layer 523, the antireflection film 514, and the antireflection film 524 include the same materials as those for forming the cavity 512a and the like.
誘電体多層膜512または誘電体多層膜522は、それぞれ第1光学基板511または第2光学基板521上に、前述した誘電物質を用いる真空成膜法により形成される。真空成膜法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法、レーザーアブレイション法等、各種成膜法を用いることができる。真空蒸着法を用いる場合、膜質を改善するため蒸着蒸気流の一部をイオン化するとともに基板側にバイアスを印加するイオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法、別イオン銃を用いてイオンを照射するイオンアシスト蒸着法を用いると有効である。スパッタ法としては、DC反応性スパッタ法、RFスパッタ法、イオンビームスパッタ法等が挙げられる。また、化学的気相法としては、プラズマ重合法、光アシスト気相法、熱分解法、有機金属化学気相法等が挙げられる。
The
上述したように、本実施の形態が適用されるWDM用薄膜フィルタ素子50は、2個の光学部品である第1部分素子51及び第2部分素子52を、それぞれの光学基板上に形成された薄膜である誘電体多層膜512と誘電体多層膜522とを向かい合わせて組み立てた構造を有するものである。第1部分素子51及び第2部分素子52は、目的とする光学素子の多層膜の部分を、所定の2つの構造にそれぞれ分離して設計し、別々の基板上に積層して形成し、所定の形態に加工した後、これらを、多層膜面を向かい合わせて組み立てて光学素子を構成することができる。
As described above, in the WDM thin film filter element 50 to which the present embodiment is applied, the first
WDM用薄膜フィルタ素子50が、このような2個の光学部品を組み合わせた構造を採用することにより、それぞれの部分素子における誘電体薄膜の積層数を少なくすることが可能となり、多層膜部分の総膜厚を薄くすることできる。その結果、それぞれの部分素子における第1光学基板511または第2光学基板521にかかる応力が、総ての誘電体薄膜を一枚の基板上に積層した場合と比較して小さくなり、これにより各部分素子における、応力による変形や光学特性の変化を小さくすることができる。さらに、このように2個の光学部品を組み合わせて光通信モジュール等の光学部品実装モジュールを構成すると、モジュール全体としての特性がより高精度に確保することができる。 The WDM thin film filter element 50 adopts such a structure in which two optical components are combined, so that the number of dielectric thin films stacked in each partial element can be reduced, and the total number of multilayer film portions can be reduced. The film thickness can be reduced. As a result, the stress applied to the first optical substrate 511 or the second optical substrate 521 in each partial element becomes smaller than that in the case where all the dielectric thin films are stacked on a single substrate, thereby It is possible to reduce deformation and change in optical characteristics due to stress in the partial element. Furthermore, when the optical component mounting module such as the optical communication module is configured by combining the two optical components as described above, the characteristics of the entire module can be ensured with higher accuracy.
さらに、薄膜積層された誘電体多層膜を有する2個の部分素子を向かい合わせて組み合わせる事により、それぞれの部分素子が有する長所を活かす組合せを選択することが可能となる。例えば、一方の部分素子Aは、短波長側の阻止帯域特性が良好であるが長波長側の特性が不十分であり、また、他方の部分素子Bは、長波長側の阻止帯域特性が良好であり短波長側の特性が不十分である場合は、これらを組み合わせることにより両者がそれぞれ有する良好な性能を満たす光学素子として構成することが可能となる。また、部分素子Aを製造した段階でその性能を調べ、部分素子Aの不十分な性能を補う設計を行って部分素子Bを製造することにより、生産性向上も期待できる。 Furthermore, by combining two subelements each having a thin film laminated dielectric multilayer film face to face, it is possible to select a combination that takes advantage of the advantages of each subelement. For example, one subelement A has good stopband characteristics on the short wavelength side, but insufficient characteristics on the long wavelength side, and the other subelement B has good stopband characteristics on the long wavelength side. If the characteristics on the short wavelength side are insufficient, by combining these, it becomes possible to configure an optical element that satisfies the good performances of both. Further, when the partial element A is manufactured, the performance thereof is examined, and the partial element B is manufactured by designing to compensate for the insufficient performance of the partial element A, so that an improvement in productivity can be expected.
本実施の形態が適用されるWDM用薄膜フィルタ素子50は、2個の部分素子を組み合わせた構造を有することにより、部分素子の位置、光軸に対する角度等を独立に調整することが可能となり、従来の方法と比べて調整の自由度が増大する。例えば、2個の部分素子がオフセットして構成されることも可能である。また、2個の部分素子がそれらの位置、角度の最適化の結果、所定の角度をなすように組み合わせることも可能である。また、本実施の形態が適用されるWDM用薄膜フィルタ素子50は、第1部分素子51と第2部分素子52とに、同一の積層構造の誘電体多層膜512,522薄膜を用いた例を示したが、それぞれの部分素子において、異なる構造の誘電体多層膜を構成して用いてもよい。光学特性の面から、それぞれの部分素子は、それぞれ任意の特性を有するものを適宜組み合わせて構成することができる。
The thin film filter element 50 for WDM to which the present embodiment is applied has a structure in which two partial elements are combined, so that the position of the partial elements, the angle with respect to the optical axis, and the like can be adjusted independently. Compared with the conventional method, the degree of freedom of adjustment increases. For example, two subelements can be configured with an offset. It is also possible to combine the two subelements so as to form a predetermined angle as a result of optimization of their position and angle. In the WDM thin film filter element 50 to which the present embodiment is applied, an example in which the
ここで、WDM用3端子フィルタモジュール100の動作について説明する。
第1光ファイバ11には、波長の異なる複数の光が多重化されて伝送されてくる(この説明では、光に含まれる第1の波長をλ1、第2の波長をλ2とする)。この第1光ファイバ11から出射された光は、第1コリメートレンズ30に入射し、平行光に変換されて第1コリメートレンズ30より出射される。そして、第1コリメートレンズ30から出射された光は、WDM用薄膜フィルタ素子50に入射する。ここで、WDM用薄膜フィルタ素子50は、特定の波長(例えば、波長λ1)の光は透過し、他の特定の波長(例えば、λ2)の光は反射するという特性を有している。これにより、波長λ1の光は、WDM用薄膜フィルタ素子50を透過して第2コリメートレンズ40に入射し、集束光に変換されて第2コリメートレンズ40より出射される。そして、第2コリメートレンズ40から出射された波長λ1の光は、集光された状態で第3光ファイバ21に入射し、第3光ファイバ21中を伝送されていく。一方、波長λ2の光はWDM用薄膜フィルタ素子50から反射して逆方向から第1コリメートレンズ30に入射し、集束光に変換されて第1コリメートレンズ30より出射される。そして、第1コリメートレンズ30から出射された波長λ2の光は、集光された状態で第2光ファイバ12に入射し、第2光ファイバ12中を伝送されていく。このような構成を採用することで、多重化された光を波長λ1の光と波長λ2の光とに分離することができる。
Here, the operation of the WDM three-terminal filter module 100 will be described.
A plurality of lights having different wavelengths are multiplexed and transmitted through the first optical fiber 11 (in this description, the first wavelength included in the light is λ1 and the second wavelength is λ2). The light emitted from the first
(実施の形態2)
図5は、第2の実施の形態のWDM用薄膜フィルタ素子を用いたWDM用3端子フィルタモジュールを説明する図である。図5に示すWDM用3端子フィルタモジュール200に用いたWDM用薄膜フィルタ素子60は、2個の部分素子(第1部分素子61及び第2部分素子62)がオフセットして構成されている。即ち、WDM用薄膜フィルタ素子60を構成する2個の部分素子である第1部分素子61及び第2部分素子62は、それぞれの誘電体多層膜面を互いに向かい合わせて組み立てる際に、例えば、阻止帯域特性におけるそれぞれの部分素子が有する良好な性能を発揮するように、誘電体多層膜面の向かい合う位置をずらして組み合わされている。このように、2個の部分素子(第1部分素子61及び第2部分素子62)がオフセットして構成されることにより、それぞれの部分素子が有する良好な特性を併せ持つ光学素子を形成することができる。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram for explaining a WDM three-terminal filter module using the WDM thin film filter element of the second embodiment. The WDM thin film filter element 60 used in the WDM three-terminal filter module 200 shown in FIG. 5 is configured by offsetting two partial elements (a first partial element 61 and a second partial element 62). That is, the first partial element 61 and the second partial element 62 which are the two partial elements constituting the WDM thin film filter element 60 are, for example, blocked when the respective dielectric multilayer surfaces are assembled to face each other. The opposing positions of the dielectric multilayer film surfaces are combined so as to exhibit the good performance of each partial element in the band characteristics. As described above, the two subelements (the first subelement 61 and the second subelement 62) are offset to form an optical element having the good characteristics of each subelement. it can. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(実施の形態3)
図6は、第3の実施の形態のWDM用薄膜フィルタ素子を用いたWDM用3端子フィルタモジュールを説明する図である。図6に示すWDM用3端子フィルタモジュール300に用いたWDM用薄膜フィルタ素子70は、2個の部分素子(第1部分素子71及び第2部分素子72)が、それらの位置、角度の最適化を調整した結果、所定の角度をなして組み合わせるように構成されている。即ち、WDM用薄膜フィルタ素子70を構成する2個の部分素子である第1部分素子71及び第2部分素子72は、それぞれの誘電体多層膜面を互いに向かい合わせて組み立てる際に、それぞれの部分素子が有する良好な性能を発揮するように、誘電体多層膜面が所定の角度をなすように組み合わされている。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a diagram for explaining a WDM three-terminal filter module using the WDM thin film filter element of the third embodiment. The WDM thin film filter element 70 used in the WDM three-terminal filter module 300 shown in FIG. 6 has two partial elements (first partial element 71 and second partial element 72), and their positions and angles are optimized. As a result of adjusting the above, they are configured to be combined at a predetermined angle. That is, the first partial element 71 and the second partial element 72 which are the two partial elements constituting the thin film filter element for WDM 70 are assembled to each other when the respective dielectric multilayer film surfaces are assembled to face each other. The dielectric multilayer film surfaces are combined so as to form a predetermined angle so as to exhibit the good performance of the element.
尚、第1の実施の形態、第2の実施の形態及び第3の実施の形態において説明したWDM用薄膜フィルタ素子50、WDM用薄膜フィルタ素子60及びWDM用薄膜フィルタ素子70において、それぞれのWDM用薄膜フィルタ素子を構成する部分素子(第1部分素子51及び第2部分素子52、第1部分素子61及び第2部分素子62、第1部分素子71及び第2部分素子72)が向かい合った誘電体多層膜の間隙には、それぞれの光学基板と同じ屈折率を有する液体またはや流動物質を満たしてもよい。また、低屈折率層と同じ屈折率を有する液体または流動物質を満たすことも可能である。この場合には、例えば、第1の実施の形態における誘電体多層膜512の最上層に設けられた反射防止膜514は不要である。また、それぞれの部分素子の対向する誘電体多層膜同士は、密着させた形態であってもよいし、空気を介して略離れた形態であってもよい。または、両者の間に所定の屈折率の数値に調整した接着層を充填してもよい。
In the WDM thin film filter element 50, the WDM thin film filter element 60, and the WDM thin film filter element 70 described in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, each WDM is used. Dielectrics in which partial elements (first
尚、本実施の形態においては、光学部品実装モジュールとしてのWDM用薄膜フィルタ素子50及びこれを備えた光通信モジュールとしてのWDM用3端子フィルタモジュール100について説明を行なったが、本実施の形態に限定されるものではなく、光学部品実装モジュールとしては、例えば、レーザミラー、反射防止膜、各種の光学フィルタ(例えば、DWDM用バンドパスフィルター、CWDM用広帯域フィルター、利得等化フィルター、エッジフィルター)、分散補償器、光減衰器、インターリーバー等に適用が可能であり、また、誘電体多層膜からなる光学部品実装モジュールを用いて構成される光学部品実装モジュール全般に適用が可能である。 In the present embodiment, the WDM thin film filter element 50 as an optical component mounting module and the WDM three-terminal filter module 100 as an optical communication module including the WDM thin film filter element 50 have been described. The optical component mounting module is not limited, and includes, for example, a laser mirror, an antireflection film, various optical filters (for example, a band pass filter for DWDM, a broadband filter for CWDM, a gain equalization filter, an edge filter), The present invention can be applied to a dispersion compensator, an optical attenuator, an interleaver, and the like, and can be applied to all optical component mounting modules configured using an optical component mounting module made of a dielectric multilayer film.
以下、実施例において本実施の形態を具体的に説明する。尚、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be specifically described in Examples. The present embodiment is not limited to the examples.
(光学特性の測定)
図1に示したWDM用3端子フィルタモジュール100において、中心波長1550.12nm(ITUが設定したWDM方式伝送チャンネルグリッドの34番目)、透過帯域幅0.8nm以上、阻止帯域幅2.5nm以下に設計した200GHzのWDM用薄膜フィルタ素子の透過率スペクトルを、チューナブルレーザーとパワーメータを用いて測定し、光学特性(挿入損失、透過帯域リップル、透過帯域幅、阻止帯域幅)を求めた。なお、中心波長誤差は、透過率スペクトルの最大値から−25dB以内となる波長帯域幅の中心値と設計値(1550.12nm)との差であり、透過帯域幅は、透過率スペクトルの最大値から−0.5dB以内となる波長帯域幅であり、阻止帯域幅は、透過率スペクトルの最大値から−25dB以内となる波長帯域幅である。
(Measurement of optical properties)
In the WDM three-terminal filter module 100 shown in FIG. 1, the center wavelength is 1550.12 nm (34th of the WDM transmission channel grid set by the ITU), the transmission bandwidth is 0.8 nm or more, and the stop bandwidth is 2.5 nm or less. The transmittance spectrum of the designed 200 GHz WDM thin film filter element was measured using a tunable laser and a power meter, and optical characteristics (insertion loss, transmission band ripple, transmission bandwidth, stop bandwidth) were obtained. The center wavelength error is the difference between the center value of the wavelength bandwidth that is within −25 dB from the maximum value of the transmittance spectrum and the design value (1550.12 nm), and the transmission bandwidth is the maximum value of the transmittance spectrum. The stop bandwidth is a wavelength bandwidth that is within -25 dB from the maximum value of the transmittance spectrum.
(WDM用薄膜フィルタ素子の調製)
厚さ3mmのガラス(BK−7)基板上にイオンビームスパッタ法により、高屈折率層材料にはTa2O5、低屈折率層材料にはSiO2を用いて誘電体多層膜を形成し、WDM用薄膜フィルタ素子を調製した。尚、誘電体多層膜の構成は以下のように表す。即ち、高屈折率層において光学路長λ/4となる膜厚をHとし、低屈折率層において光学路長λ/4となる膜厚をLとして、誘電体多層膜の構造を以下のように表記する。
(表記例) 基板/(HL)^7 6H (LH)^7
(Preparation of thin film filter element for WDM)
A dielectric multilayer film is formed by ion beam sputtering on a glass (BK-7) substrate having a thickness of 3 mm using Ta 2 O 5 as a high refractive index layer material and SiO 2 as a low refractive index layer material. A thin film filter element for WDM was prepared. The configuration of the dielectric multilayer film is expressed as follows. That is, assuming that the film thickness at the optical path length λ / 4 in the high refractive index layer is H and the film thickness at the optical path length λ / 4 in the low refractive index layer is L, the structure of the dielectric multilayer film is as follows: Indicate.
(Notation example) Substrate / (HL) ^ 7 6H (LH) ^ 7
表記例は、まず、ガラス基板上に、高屈折率層及び低屈折率層をそれぞれH、Lの膜厚で7回交互に積層する。次に、その上に膜厚Hの6倍の厚さで高屈折率層を積層し、さらにその上に、低屈折率層及び高屈折率層をそれぞれL、Hの膜厚で7回交互に積層した構成を示している。 In the notation example, first, a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately laminated on the glass substrate seven times with film thicknesses of H and L, respectively. Next, a high refractive index layer having a thickness of 6 times the film thickness H is laminated thereon, and further, a low refractive index layer and a high refractive index layer are alternately formed 7 times with L and H film thicknesses thereon. The laminated structure is shown in FIG.
誘電体多層膜の高屈折率層と低屈折率層とは、それぞれ、Taターゲット、Siターゲットを、Arと酸素の混合ガス中でスパッタし製膜した。製膜の手順は、ガラス基板をスパッタ装置に取り付け排気し、真空度が1×10−5Paに到達したところで、ガラス基板を200℃まで赤外線ヒーターを用いて加熱し脱ガス処理を行った。次に、ガラス基板表面をArと酸素の混合ガスで逆スパッタし、ガラス基板表面のクリーニングを行い、クリーニング後、ガラス基板の温度を100℃に設定し誘電体多層膜を形成した。Ta2O5膜の屈折率は、波長1550nmで2.07であり、SiO2膜の屈折率は、波長1550nmで1.47であった。 The high refractive index layer and the low refractive index layer of the dielectric multilayer film were formed by sputtering a Ta target and a Si target, respectively, in a mixed gas of Ar and oxygen. The film formation procedure was as follows. The glass substrate was attached to a sputtering apparatus and evacuated. When the degree of vacuum reached 1 × 10 −5 Pa, the glass substrate was heated to 200 ° C. using an infrared heater and degassed. Next, the glass substrate surface was reverse sputtered with a mixed gas of Ar and oxygen to clean the glass substrate surface. After cleaning, the temperature of the glass substrate was set to 100 ° C. to form a dielectric multilayer film. The refractive index of the Ta 2 O 5 film was 2.07 at a wavelength of 1550 nm, and the refractive index of the SiO 2 film was 1.47 at a wavelength of 1550 nm.
(実施例1)
ガラス基板上に、下記に表記した構造の2個のキャビティーからなる誘電体多層膜を有する部分素子を形成し、それぞれの誘電体多層膜面を向かい合わせて、合計4個のキャビティを有するWDM用薄膜フィルタ素子を調製した。尚、表記中、《》で囲んだ範囲が各キャビティーである。
(Example 1)
A WDM having a total of four cavities is formed on a glass substrate by forming a partial element having a dielectric multilayer film composed of two cavities having the structure described below, and facing each dielectric multilayer film surface. A thin film filter element was prepared. In addition, in the notation, the range enclosed by <<>> is each cavity.
第1部分素子
基板/《(HL)^7 6H (LH)^7》L《(HL)^7 14H (LH)^7》
第2部分素子
基板/《(HL)^7 6H (LH)^7》L《(HL)^7 14H (LH)^7》
First partial element substrate / << (HL) ^ 7 6H (LH) ^ 7 >> L << (HL) ^ 7 14H (LH) ^ 7 >>
Second partial element substrate / << (HL) ^ 7 6H (LH) ^ 7 >> L << (HL) ^ 7 14H (LH) ^ 7 >>
(実施例2)
ガラス基板上に、下記に表記したように、第1部分素子と第2部分素子とを、それぞれ独立の積層構造に設計し、中心波長1550.12nm、透過帯域幅0.8nm、阻止帯域幅2.5nmに設計したバンドパスフィルターについて、実施例1と同様に光学特性を測定した。結果を表1に示す。
(Example 2)
On the glass substrate, as described below, the first partial element and the second partial element are designed to have independent laminated structures, and have a center wavelength of 1550.12 nm, a transmission bandwidth of 0.8 nm, and a stop bandwidth of 2 The optical characteristics of the bandpass filter designed to 5 nm were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
第1部分素子
基板/《(HL)^7 6H (LH)^7》L《(HL)^7 14H (LH)^7》
第2部分素子
基板/《(HL)^7 H8LH (LH)^6》L《(HL)^7 14H (LH)^7》
First partial element substrate / << (HL) ^ 7 6H (LH) ^ 7 >> L << (HL) ^ 7 14H (LH) ^ 7 >>
Second partial element substrate / << (HL) ^ 7 H8LH (LH) ^ 6 >> L << (HL) ^ 7 14H (LH) ^ 7 >>
尚、それぞれの部分素子のキャビティ上に、0.36H 1.32Lの構造の反射防止膜をそれぞれ形成した後、それぞれ所定の大きさ(1.4mm×1.4mm×厚さ1.0mm)に加工し、2個の部分素子を組み立てた。このように調製した2個の部分素子からなるWDM用薄膜フィルタ素子を、図1に示したWDM用3端子フィルタモジュール100の2個のコリメートレンズ間に固定し、光学特性を測定した。結果を表1に示す。 In addition, after forming an antireflection film having a structure of 0.36H 1.32L on the cavities of the respective partial elements, each of them has a predetermined size (1.4 mm × 1.4 mm × 1.0 mm in thickness). After processing, two subelements were assembled. The thin film filter element for WDM composed of the two partial elements thus prepared was fixed between the two collimating lenses of the WDM three-terminal filter module 100 shown in FIG. 1, and the optical characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
(比較例)
ガラス基板上に、下記に表記した構造の4個のキャビティーが一体に構成される誘電体多層膜を形成した。尚、表記中で《》に囲んだ範囲が各キャビティーである。
基板/《(HL)^7 6H (LH)^7》L《(HL)^7 14H (LH)^7》L)^2《(HL)^7 4H (LH)^7》
(Comparative example)
On the glass substrate, a dielectric multilayer film in which four cavities having the structure described below were integrally formed was formed. In addition, the range enclosed in << in the description is each cavity.
Substrate / << (HL) ^ 7 6H (LH) ^ 7 >> L << (HL) ^ 7 14H (LH) ^ 7 >> L) ^ 2 << (HL) ^ 7 4H (LH) ^ 7 >>
次に、このキャビティの積層体上に、(0.36H 1.32L)の構造の反射防止膜を形成した後、所定の大きさ(1.4mm×1.4mm×厚さ1.0mm)に加工し、WDM用薄膜フィルタ素子を調製した。このように調製したWDM用薄膜フィルタ素子を、実施例と同様に、WDM用3端子フィルタモジュールの2個のコリメートレンズ間に固定し、光学特性を測定した。結果を表1に示す。 Next, an antireflection film having a structure of (0.36H 1.32L) is formed on the laminate of the cavities, and then the predetermined size (1.4 mm × 1.4 mm × thickness 1.0 mm) is formed. The thin film filter element for WDM was prepared. The WDM thin film filter element thus prepared was fixed between the two collimating lenses of the WDM three-terminal filter module in the same manner as in the example, and the optical characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、それぞれ2個のキャビティーからなる誘電体多層膜を有する2個の部分素子の誘電体多層膜面を向かい合わせて組み合わせたWDM用薄膜フィルタ素子(実施例)は、ガラス基板上に形成された誘電体多層膜の応力が低減されたことにより、ガラス基板の歪や変形等が低減され、その結果、光学素子としての光学定数の変化が低減されることが分かる。特に、誘電体多層膜の応力によるガラス基板の歪が低減されたことにより、光学素子の誘電体多層膜面に対する入射光の角度が均一化され、阻止帯域幅や挿入損失が改善されていることが分かる。これに対して、従来の構造のWDM用薄膜フィルタ素子(比較例)は、特に、挿入損失、透過帯域リップル及び阻止帯域幅が大きく、光学特性が不安定であることが分かる。 From the results shown in Table 1, the thin film filter element for WDM (Example) in which the dielectric multilayer films of two subelements each having a dielectric multilayer film composed of two cavities are combined face to face is a glass substrate. It can be seen that by reducing the stress of the dielectric multilayer film formed thereon, distortion and deformation of the glass substrate are reduced, and as a result, changes in the optical constant as an optical element are reduced. In particular, the distortion of the glass substrate due to the stress of the dielectric multilayer film is reduced, the angle of incident light with respect to the dielectric multilayer film surface of the optical element is made uniform, and the stop bandwidth and insertion loss are improved. I understand. On the other hand, it can be seen that the WDM thin film filter element (comparative example) having a conventional structure has particularly large insertion loss, transmission band ripple and stop band width, and unstable optical characteristics.
本発明が適用されるWDM用薄膜フィルタ素子は、例えば、光学ミラー、反射防止膜、各種の光学フィルタ(例えば、DWDM用バンドパスフィルター、CWDM用広帯域フィルター、利得等化フィルター、エッジフィルター)、分散補償器、光減衰器、インターリーバー等の多くの光学素子の用途に適用可能である。 The thin film filter element for WDM to which the present invention is applied includes, for example, an optical mirror, an antireflection film, various optical filters (for example, a band pass filter for DWDM, a broadband filter for CWDM, a gain equalization filter, an edge filter), a dispersion The present invention can be applied to many uses of optical elements such as a compensator, an optical attenuator, and an interleaver.
10…2心フェルール、20…単心フェルール、30…第1コリメートレンズ、40…第2コリメートレンズ、50,60,70…WDM用薄膜フィルタ素子、51,61,71…第1部分素子、52,62,72…第2部分素子、73…光ビーム、74…ガラス基板、75…誘電体多層膜、100,200,300,400…WDM用3端子フィルタモジュール、512,522…誘電体多層膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第2光学基板上に薄膜が形成される第2部分素子と、を備え、
前記第1部分素子の薄膜側と前記第2部分素子の薄膜側とが向かい合わせて構成されていることを特徴とする光学部品実装モジュール。 A first partial element having a thin film formed on at least the first optical substrate;
A second partial element having a thin film formed on the second optical substrate,
An optical component mounting module, wherein the thin film side of the first partial element and the thin film side of the second partial element face each other.
前記2個の光学基板の間に設けられ、屈折率の異なる少なくとも2種類の層が積層された薄膜と、
を有することを特徴とする光学部品実装モジュール。 Two optical substrates facing each other;
A thin film provided between the two optical substrates, in which at least two types of layers having different refractive indexes are laminated;
An optical component mounting module comprising:
前記光ファイバからの光を平行光または集束光に変換するレンズと、
前記レンズを透過した光が入射する薄膜フィルタ素子と、を備え、
前記薄膜フィルタ素子は、第1光学基板上に薄膜が形成された第1部分素子と第2光学基板上に薄膜が形成された第2部分素子とを、それぞれの薄膜側を向かい合わせて構成されていることを特徴とする光通信モジュール。 An optical fiber held by an optical fiber holding member;
A lens that converts light from the optical fiber into parallel or focused light;
A thin film filter element on which light transmitted through the lens is incident,
The thin film filter element includes a first partial element in which a thin film is formed on a first optical substrate and a second partial element in which a thin film is formed on a second optical substrate, with the respective thin film sides facing each other. An optical communication module.
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