JP2007529024A - 光学フィルタ、光学インタリーバおよび関連する製造方法 - Google Patents

光学フィルタ、光学インタリーバおよび関連する製造方法 Download PDF

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Abstract

光学フィルタ１は、入力として高密度波長分割多重化光入力信号を受信する。フィルタ１は１ｎｍ未満の帯域幅を有する単一チャネルを出力するように適合されている。フィルタ１は複数のキャビティ４を有し、それらは結合層８によってフィルタに接続されている。一つ以上のキャビティ４は７μｍより厚いスペーサ５を含んでいる。各々のスペーサ５は複数の薄層７が各々の上に配置されている２つの対向面６を画定している。好ましくはキャビティ４毎の薄層７の総数は３５未満である。また、光学インタリーバも開示した。

Description

本発明は光学フィルタ、光学インタリーバおよび関連する製造方法に関する。本発明は、電気通信用途における高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）および多重分離に用いるために主に開発されたものであり、この用途に関して以下に説明する。しかしながら、本発明の用途がこの特定の分野に限定されるものでないことはいうまでもない。
従来技術のＤＷＤＭは通常、２つのカテゴリ、すなわちファイバーブラッググレーティングを使用したものと、ナローバンドフィルタとして知られる薄膜コーティングを利用したものとに分類される。本発明の好ましい実施態様は、一般にナローバンドフィルタのカテゴリに分類される。
典型的な従来技術のナローバンドフィルタの幾つかが、特許文献１に開示されている。しかしこれらのフィルタのバンドパスは通常、本発明の好ましい実施態様のそれほど狭くはない。それらの従来技術フィルタはバンドパスを直角にしておくための複数のキャビティを有しており、各々のキャビティは通常薄いスペーサの形をした中心の層によって特徴づけられる。各々のスペーサの光学的厚さは適用可能な波長の２分の１が掛けられた倍数（Ｍ）である。ここで、Ｍは小さな整数（典型的には６未満、しばしば１または２）である。換言すれば、それぞれのスペーサの厚さは通常約３００ｎｍから４μｍの範囲内である。これによってスペーサを薄膜堆積技術によって製造することが可能となる。図１はこの種のフィルタの典型的構造を示す。
量産化において、従来技術のナローバンドフィルタは、大面積の基板上に構成された後、スライスされ、多くの小型デバイス（典型的には１〜２ｍｍの正方形）に切断される。バッチごとに有用なデバイスの数を最大にするためには、大面積基板の性能が非常に均質でなければならない。この技術の重大な欠点は、特にフィルタの帯域幅がより小さくなるにつれて、開口の上の層を充分に均一とすることがより難しくなり、各々の層の厚さを他の層との関係の中で厳密に制御することがより難しくなるということである。これらの理由により、典型的に歩留まりが低く、したがって、生産コストが上昇し、結果的に比較的高価な最終製品となる。
図２は、１５５０ｎｍを中心とした典型的な従来技術の５０ＧＨｚ薄膜ナローバンドフィルタの予測されたスペクトル透過率を表している。このフィルタは図１示したものであり、半値全幅（または３ｄｂ点までの全幅）として測定した際に、０．２８ｎｍの通過帯域を有する。図５は、多くの光学電気通信用途に使用されているエルビウム添加光ファイバ増幅器の典型的波長帯での従来技術フィルタのスペクトル透過率を詳細に示している。この従来技術フィルタの層構成は、以下の通りである
(HL)^10 HHLLL(HL)^20 LLH(HL)^21 H(HL)^10 0.59525H 0.73669L
ここでＨとＬはそれぞれＴａ２Ｏ５およびＳｉＯ２（１５５０ｎｍでの屈折率がそれぞれ２．０６５および１．４６５である。）の１／４波長の光学的厚さを示す。このフィルタは、１２６層（ＨＨまたはＬＬＬ等の２層以上の同一の「層」は事実上１層として数えることに留意する。）から成っており、約３０μｍの総厚さを有する。入射媒質は、空気および基板ガラスである。この従来技術フィルタは３つの対応するスペーサを持つ３つのキャビティを有する。各々のスペーサはＨＨ層によって形成されている。それゆえに、各々のスペーサは、約３８０ｎｍの厚さを有する（１５５０ｎｍを中心とするナローバンドフィルタの場合）。更に、各々のキャビティは全体でほぼ４１の薄層を有する（一緒にスペーサを形成する薄層を含む）。
通常は、この従来技術フィルタは０．５ｎｍよりわずかに小さい狭通過帯域を透過するために用いられる。そしてエルビウム添加光ファイバ増幅器や約１５２７ｎｍと１５６７ｎｍの間で作動しているレーザー等の電気通信装置の波長帯の中にその中心を持ってくることができる。
通過帯域にわたる群遅延は、ナローパスフィルタの性能を評価する際に、重要な検討事項となる。群遅延は、通過帯域にわたる透過上の位相変化の変動に比例する。従来技術フィルタにおける広いスペクトル域にわたる透過の典型的位相変化を図３に示す。より詳細には、従来技術フィルタの中心通過帯域波長域での透過における位相変化を、右側のＹ軸を基準として図４に示す。位相変化の変動は、約３０５°すなわち１．７πである。また、従来技術フィルタの中心通過帯域波長域での透過のスペクトル透過率を、左側のＹ軸を基準として図４に示す。
５０，０００分の１の確率で起こる層の厚さの均一性誤差が及ぼす影響を図６に示す。換言すれば、全ての層の全ての厚さは、細線で示されているエラーなしの標準曲線に比べ、太線で示されているように１．０００００２倍の厚さを持つ。図７は、吸光係数ｋ＝０．０００１に対応する従来技術フィルタの全てのＨ層の吸収の効果を太線で示している。この図でも、標準フィルタ性能を比較のために細線で示している。
明細書を通じて、従来技術に関するいかなる議論もこの種の従来技術が広く知られている、もしくはこの分野の一般知識の一部である、ということを容認するものと見なすべきではない。
本発明の目的は、従来技術の欠点の内の少なくとも１つを克服または改善すること、すなわち有用な代替物を提供することにある。
本発明の第一の態様によれば、複数のキャビティを有する光学フィルタが設けられており、該キャビティの一つ以上が７μｍより厚いスペーサを含む。
好ましくは、各々のスペーサは、複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の平均数は３５未満である。さらに、幾つかの実施形態において、キャビティ毎の薄層の平均数は実質的に３５より少なく、各々のスペーサの厚さは実質的に７μｍより大きい。
第二の態様によれば、本発明は、周波数が約１５２０ｎｍと１５７０ｎｍの間の範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光信号を受信するように適合された光学フィルタであって、前記のフィルタが１ｎｍより狭い幅の単一チャネルを出力するように適合されており、前記のフィルタが複数のキャビティを有しており、一つ以上のキャビティは７μｍより厚いスペーサを含んでおり、前記スペーサは複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の平均数は３５未満である光学フィルタを提供する。
第三の態様によれば、本発明は複数のキャビティを有し、一つ以上の前記キャビティが７μｍより厚いスペーサを含む光学インタリーバを提供する。
第四の態様によれば、本発明は周波数が約１５２０ｎｍと１５７０ｎｍの間の範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光入力信号を受信するように適合された光学フィルタであって、前記インタリーバが前記入力を少なくとも２つのチャネルのサブセットに分割しており、各々のチャネルは約１６ｎｍから１ｎｍ未満までの範囲の帯域幅を有しており、前記インタリーバは複数のキャビティを有しており、一つ以上の前記キャビティは７μｍより厚いスペーサを含んでおり、前記スペーサは複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の平均数は３５未満である光学フィルタを提供する。
第五の態様によれば、本発明は上記の通り光学フィルタを製造する方法であって、
光学的に基板を研磨することによって複数のスペーサを作り、少なくとも一つの前記スペーサが７μｍより大きな厚さを有するようにするステップと、
薄膜堆積を用いて各々の前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させて薄膜堆積、キャビティを形成し、これによってキャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
前記複数のキャビティを光学的に接触させ前記フィルタを形成するステップとを含む方法を提供する。
第六の態様によれば、本発明は上記の通りに光学フィルタを製造する方法であって、
ａ）厚膜堆積を用いて７μｍより厚いスペーサ作るステップと、
ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、キャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
ｃ）前記フィルタを形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップとを含む方法を提供する。
第七の態様によれば、本発明は上記の通り光学インタリーバを製造する方法であって、
光学的に基板を研磨することによって複数のスペーサを作り、少なくとも一つの前記スペーサが７μｍより大きな厚さを有するようにするステップと、
薄膜堆積を用いて各々の前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、これによってキャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
前記複数のキャビティを光学的に接触させ前記フィルタを形成するステップとを含む方法を提供する。
また別の態様によれば、本発明は上記の通り光学的インタリーバを製造する方法であって、
ａ）厚膜堆積を用いて７μｍより厚いスペーサを作るステップと、
ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、キャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
ｃ）前記インタリーバを形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップとを含む方法を提供する。
光学フィルタの好ましい第１実施態様
本発明による第１の好ましい光学フィルタ１を図３２および３３に示すが、これの比率は正確でない。フィルタ１は、入力として高密度波長分割多重化光学信号２を受信するように適合されている。信号２は、所定の周波数帯域内の周波数にわたる複数のチャネルを含む。好ましい周波数帯域は、約１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍであり、１５２７ｎｍ〜１５６７ｎｍが好ましい第１実施態様において用いた範囲である。フィルタ１は、１ｎｍ未満のバンド幅の単一チャネル３を出力するのように適合されている。換言すれば、このフィルタは以前に多重化された信号から単一チャンネルを抽出することを可能にする。フィルタ１は、結合層８によって隣接するキャビティ４に各々光学的に接続された複数のキャビティ４を有する。
好ましくはキャビティのうちの１つ以上は、７μｍより大きな厚さのスペーサ５を含む。図示した第１実施態様において、キャビティ４はそれぞれ、２１μｍの厚さのスペーサ５を有する。他の実施例（図示せず）は７μｍから１．５ｍｍ以上までのスペーサ厚さを有する。例えば、一部の実施例は、１０μｍ超、２０μｍ超、５０μｍ超、１００μｍ超等のスペーサ厚さを有する。
スペーサ５はそれぞれ、複数の薄層７が各々の上に配置されている２つの対向面６を画定する。好ましくは、キャビティ４毎の薄層７の平均数は３５未満である。そして図示した実施態様では、キャビティ４毎の薄層７の数は２６である。他の実施例（図示せず）では、キャビティ４毎の薄層７の平均数は３０未満、２５未満、１５未満等である。スペーサ厚さおよびキャビティ毎の薄層数に関する正確な詳細は、フィルタによって実行される個々の機能によって異なるであろう。例えば、本発明の幾つかの実施態様（図示せず）は、５ｎｍ未満の通過帯域を提供するよう作られている。他の実施態様は、１ ｎｍまたは０．５ｎｍ未満の通過帯域を有する。図示した実施態様は、１５５０ｎｍを中心とした０．２８ｎｍの通過帯域を有し、これは図１に示す従来技術フィルタの通過帯域と本質的に同一である。
図８〜１１において、本発明の第１実施態様のスペクトル透過率を太線で示す。これは、図１で示した従来技術フィルタ例のそれとほぼ一致しており、そのスペクトル透過率を図８〜１１において細線で示す。特に図８において、第１実施態様と従来技術のスペクトル性能を広帯域幅にわたって比較している。通常、約４０ｄＢの減衰で充分とみなされるので、１００ｄｂ以下の減衰における２曲線間の小さな誤差は機能的に重要でない。図９は、１５４８ｎｍ〜１５５２ｎｍの帯域幅にわたって第１実施態様がほぼ完全に従来技術のスペクトル性能と一致することを示す。図１０は、中心通過帯域領域における本発明と従来技術の相対的性能に、より詳細に焦点をあてている。この図でも、２本の曲線はほぼ一致している。図１１から、２つのフィルタは、通過帯域にわたる透過の位相変化において非常に類似した変動を呈するということが分かる。それゆえ、２つの技術の群遅延は非常に類似している。
しかし好都合なことに、第１の好ましい実施態様によるフィルタは前述の従来の技術と比較して、必要とする薄層が顕著に少ない。その上、第１の好ましい実施態様は従来技術に比べ、薄層均一性や吸収可能度等のパラメータに関して顕著に広い許容範囲をもって製造することができる。これは、図１２および１３によって確認される。１０，０００の４の確率で起こる薄層の不均一性に起因する相対的厚さの増加が、第１の好ましい実施態様に及ぼす影響を図１２に示す。正規曲線は細線で示し、太線で誤差の影響を示す。図１２は、図６で示した５０，０００分の１の確率で起こる薄層の不均一性誤差が従来技術に及ぼす影響と比較することができる。第１実施態様は、前述の従来技術フィルタに比べおよそ２０倍薄層の不均一性誤差に影響を受けにくい。図１３は、前述の従来技術（細線）と比較した際の第１実施態様（太線）に及ぼす吸光係数ｋ＝１×１０−４の影響を示す。この図から第１実施態様が前述の従来技術のおよそ１０倍吸収に寛容であることが分かる。
好都合なことに、本発明の第１実施態様はまた、スペーサ厚さの微小誤差にも寛容である。図１２に示した影響と実質的に同じものが、スペーサ厚さの０．５３ｎｍの絶対誤差によって引き起こされる。
本発明の第１実施態様の顕著に広い許容範囲は、フィルタを低コストで生産可能にする。また、これは生産操業毎の歩留まりも増加させる。より詳細には、
・前記各薄層の厚さにおける最大許容均一性誤差は、好ましくは５０，０００分の１から１０，０００分の４の範囲内である。
・前記各薄層の最大許容吸収は、好ましくは１×１０−４と１×１０−５の間の吸光係数に対応する。
・前記スペーサの厚さにおける最大許容均一性誤差は好ましくは０．５３ｎｍ以下である。
好ましくはキャビティのうち少なくとも１つは、下記式によって作られる。
(HL)^6 HMH (LH)^6
式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約２１μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
実際、本発明によるフィルタの第１実施態様では全てのキャビティが上記式によって作られる。それ故、フィルタは、全体として以下の式で与えられる。
((HL)^6 HMH (LH)^6L)^3
式中、Ｈ、ＬおよびＭは上記の定義通りであり、式の右側の最後のＬ層は結合層としてはたらく。薄いＨ層はＴａ２Ｏ５で構成されている。薄いＬ層は、スペーサとともに、ＳｉＯ２から作られる。無論、フィルタの設計に適切な変更がなされるならば、異なる屈折率を有する他の材料を用いることも可能であることは当業者に理解されよう。
第１実施態様の総厚さは８２μｍであり、各スペーサは厚さ２１μｍであり、各々の１３層構成反射スタック｛すなわち(HL)^6H｝は厚さ３μｍである。本実施態様においてキャビティ毎の平均層数は約２６である。
光学フィルタの第２の好ましい実施態様
本発明の第二実施形態（図示せず。）において、キャビティのうちの少なくとも１つは、下記式によって作られる。
(HL)^4 HMH (LH)^4
式中、ＨとＬとは第１実施態様の場合と同様に定義され、Ｍは約１０６μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。本実施態様におけるスペーサは、第１実施態様のそれよりおよそ５倍厚い。
光学フィルタの第２実施形態は、下記式の通りである。
((HL)^4 HMH (LH)^4 L)^3
注目しているバンド幅における本発明の第２実施形態のスペクトル性能を、図１４に示す。この図から、不所望の隣接した位数９はこのフィルタを貫通できることが分かる。それゆえ、好ましくは不所望の隣接した位数９を遮断する為に、光学フィルタの第２実施態様を約１２ｎｍの通過帯域を有する遮断フィルタと併せて用いる。
本発明のこの実施態様の許容範囲は、第１実施例の許容範囲より広くとることができる。
・前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差の発生確率は、５０，０００分の１〜２，０００分の３の範囲内に入るであろう。
・前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差は好ましくは３．０９ｎｍ以下である。
本発明の第２実施形態は、第１実施態様とほぼ同一幅の通過帯域を有し、類似した群遅延を呈する。この実施態様は総厚さ３３０μｍを有し、各スペーサは厚さ１０６μｍであり、各々の９層構成反射スタック｛すなわち(HL)^4 H｝は厚さ２μｍである。本実施態様においてキャビティ毎の平均薄層数は約１８である。
光学フィルタの第３の好ましい実施態様
第３の好ましい実施態様において、少なくとも１つのキャビティは以下の公式に従って造られる
(HL)^4 HMH (LH)^4
式中、ＨとＬとは上と同様に定義され、Ｍは約５２９μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
第３の実施態様は以下の公式に従う。
((HL)^4 HMH (LH)^4 L)^3
図１６から分かるように、不所望の隣接した位数９はこのフィルタを貫通することができる。それゆえ、この実施形態は隣接した位数を遮断するために約２．４ｎｍの通過帯域を有する遮断フィルタと併せて用いることができる。
第３の実施形態の許容範囲は以下の通りである。
・前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差の発生確率は、５０，０００分の１〜１，０００分の１．２の範囲内に入る。
・前記各スペーサの厚さにおける最大許容均一性誤差は、１．６ｎｍ以下である。
第３の実施態様は、本発明者の知るところの従来技術ナローバンド薄膜フィルタよりも狭い０．０５ｎｍ未満の通過帯域を有する。第３の実施態様は１．６ｍｍの総厚さを有し、スペーサはそれぞれ５２９μｍである。９層構成反射スタック｛すなわち(HL)^4 H｝はそれぞれ約２μｍの厚さを有する。キャビティ毎の薄層の平均数は約１８である。
光学フィルタの第４の好ましい実施態様
第４実施態様の層構成は、下記式に従う。
(HL)^2 HMH (LH)^2 L ((HL)^3 HMH (LH)^3 L)^2 (HL)^2 HMH (LH)^2
式中、ＨとＬは上の定義どおりであり、Ｍは約１．４６５の屈折率と約１．３２ｍｍの厚さを有するスペーサである。
この実施態様は第１、第２、第３の実施態様よりも製造が容易であるが、高い群遅延が受け入れられる用途にのみ適当である。図１９から、通過帯域が第３の実施態様のそれと類似していることが分かる。しかしながら、図２０は、通過帯域の透過におけるの位相変化の変動が前述の諸実施様態よりも大きいことを示す。
隣接している位数をブロックするために、第４実施態様を約１ｎｍの通過帯域を有するブロッキングフィルタと併せて用いることが好ましい。
この実施様態の許容範囲は、更に以下の様に表現される。
・前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差の発生確率は、５０，０００分の１〜１，０００分の３の範囲内にある。
・前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差は３．９６ｎｍ以下である。
第４実施態様における薄層の総厚さは１．３２ｍｍであり、各スペーサの厚さは１１．５μｍである。
最初の４つの実施形態は各々、本発明により図１に示される従来技術フィルタ例とほぼ同じもしくはそれ以上の性能が、はるかに広い許容範囲とより少ない薄層数をもって得られることを示す。次の実施態様は、許容範囲として従来技術の許容範囲に接近した値を採択してより多くの薄層を用いた場合、最高水準の技術をはるかに上回る性能を達成しうることを示す。
光学フィルタの第５の好ましい実施態様
第５の実施態様は、下記式に従う。
((HL)^7 HMH(LH)^7 L) ((HL)^8 HMH (LH)^8 L)^2 ((HL)^7 HMH (LH)^7)
式中、ＨおよびＬが上と同様に定義され、Ｍは厚さ約０．８ｍｍと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
この実施態様の許容範囲は、以下の通りである。
・前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差の発生確率は５０，０００分の１〜１０，０００分の１の範囲内である。
・前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差は０．１１ｎｍ以下である。
光学フィルタの第５の実施態様は、約０．００２ｎｍの通過帯域を有する。これは優先権主張日現在、本発明者の知るところのいかなる従来技術よりも格段に小さい。０．０２ｎｍの波長通過帯域は、０．２ＧＨｚの周波数通過帯域と同等である。約０．５ｎｍの通過帯域を有する従来技術フィルタは、約４０〜８０のチャネルの設置を可能とする。本発明の実施態様を支持するために他の電気通信装置が十分にアップグレードされた場合、理論的にはそれは３０ｎｍの帯域にわたり約１５０００のチャネルを有する多重化された入力から単一チャネルを抽出することが可能となる。この性能の向上は現在設置されている光ファイバの情報伝播能力の増加を可能にし、インターネットの使用率上昇等に伴い高まりつつあるデジタル電気通信の需要への対応に役立つであろう。
本発明によるフィルタを製造する好ましい方法
本発明に従って光学フィルタ１を製造する第１の好ましい方法は、次のステップを含む。
光学的に基板を研磨することによって少なくとも１つのスペーサ５が７μｍの厚さを有する複数の前記スペーサ５を生じるステップと、
薄膜堆積を用いて前記スペーサ５の上に複数の薄層７を堆積させて薄層７のキャビティ４毎の平均数が３５未満であるキャビティ４を形成するステップと、
複数のキャビティ４を光学的に接触させることにより前記フィルタ１を形成するステップである。
光学フィルタの好ましい実施態様の製造に必要なスペーサ厚さの許容範囲が光学研磨の当業者の能力の範囲内であることはいうまでもない。同様に、必要な薄層の許容範囲は、薄膜析出の当業者の能力の範囲内である。
本発明に従って光学フィルタ１を製造する第２の好ましい方法は、次のステップを含む。
ａ）厚膜堆積を利用して７μｍより大きな厚さを有するスペーサ５を生じるステップと、
ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサ５の上に複数の薄層７を堆積させてキャビティ４を形成し、キャビティ４毎の薄層７の平均数を３５未満とするステップと、
ｃ）前記フィルタ１を形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップである。
前記の例示的実施態様において、スペーサはＳｉＯ２で作られており、これは、他の多くの透明材料と比較して、注目している波長帯（約１５５０ｎｍ）において比較的低い屈折率を有する。この種のフィルタは、入射光の入射角に関する傾きの関数としての波長シフトに対して高感度であることに寛容な用途に適当である。この種の感度が回避されることになっている場合、より高い屈折率を有するシリコン等のスペーサ材を選択することが好ましい。この種の材料を使用する更なる利点は、好ましくは半導体製造技術で用いられる自動化装置および手順と類似しているフィルタを製造する第２の好ましい方法に、より従うことである。さらに他の実施態様においては、他のさまざまな結晶やバルク非晶質も用いて適切なスペーサを作る。
光学インタリーバの好ましい実施態様
光学インタリーバは、所定の周波数範囲内で複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光入力信号を受信し、前記入力を少なくとも２組のチャネルのサブセットの出力に分割するのに適合している。例えばある光学インタリーバは、チャネルを奇数と偶数の組に、または上半分および下半分に分けることができる。しばしば、幾つかのチャネルがインタリーバによって反射され、それ以外はインタリーバを透過するようにチャネルは切り離される。
従来技術から公知のように、インタリーバのネットワークを用いて、多重化された入力信号から全てのチャネルを抽出することができる。この種のネットワークの例を、図２６および２７に示す。図２６のネットワークにおける各々のインタリーバ９は、入力信号を上半分と下半分に分割している。図２７のネットワークにおける各々のインタリーバ１０は、入力信号を交互に奇数と偶数のチャネルに分割している。
インタリーバの好ましい実施態様は、複数のキャビティを有しており、そのうち１つ以上のキャビティは、７μｍより大きな厚さのスペーサを含む。スペーサはそれぞれ、複数の薄層７が各々の上に配置されている２つの対向面を画定する。好ましくは、キャビティ毎の薄層の平均数は３５未満である。他の実施態様では、キャビティ毎の薄層の平均数は３０未満、２５未満、１５未満もしくは１０未満である。スペーサの厚さは好ましくは１０μｍ超であるが、他の実施態様では２０μｍ超、５０μｍ超もしくは１００μｍ超である。好ましい実施態様によって分割された各々のチャネルは好ましくは５μｍ未満の通過帯域有するが、他の実施態様は１μｍ未満または０．５μｍ未満のチャネルを分割する能力を有する。電気通信の為に入力信号のチャネルを多重化する所定の周波数範囲は典型的には約１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍである。但し、種々の用途に対して他の範囲を用いることができる。
好ましい実施態様のキャビティのうちの少なくとも１つは下記式により作られる。
HLHM
式中、Ｈが約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは、約１． ４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは０．８ｍｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
より詳細には、好ましい光学インタリーバは全体として下記式により作られる。
(HLHM)^10 HLH
これは、波動を減らすために好ましくは最適化される１０キャビティ構成フィルタである。
好ましい実施態様では各々のＨ層はＴａ２Ｏ５で構成され、Ｌ層はＳｉＯ２で構成される。厚さ０．８ｍｍのＭ層（すなわちスペーサ）もまた、ＳｉＯ２で構成される。インタリーバの総厚さは約８ｍｍであり、４１層で構成されている（適正化のために初期設計の４３層、３Ｓ ３Ｓ ３Ｓ…から層を減じた。）。１０層の高次厚層と、３１層のλ／４層がある。
図２８および２９はそれぞれ、好ましい実施態様のスペクトル透過率と反射率を示す。
この図から、好ましい実施態様は入力信号を交互に奇数と偶数のチャネルに分割することが分かる。
上記フィルタと同様に、光学インタリーバの許容範囲は従来技術に比べ比較的緩和されている。各々の前記薄層の厚さにおける最大許容均一性誤差は、好ましくは５ｎｍ以下である。各々の前記スペーサの厚さにおける最大許容均一性誤差は、８ｎｍ以下である。図３０および３１はそれぞれ、これらの誤差の影響を示す。
本発明によるインタリーバ製造のための好ましい方法
上記光学インタリーバを製造する第１の好ましい方法は、次のステップを含む。
光学的に基板を研磨することによって複数のスペーサを作り、少なくとも一つの前記スペーサが７μｍより大きな厚さを有するようにするステップと、
薄膜堆積を用いて各々の前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、これによってキャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
複数のキャビティを光学的に接触させ前記インタリーバを形成するステップである。上記光学フィルタを製造する好ましい代替方法は、次のステップを含む。
ａ）厚膜堆積を用いて７μｍより厚いスペーサを作るステップと、
ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させて、キャビティを形成し、キャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
ｃ）前記インタリーバを形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップである。
本発明は具体例を参照しながら説明したが、本発明が他の様々な実施態様をとりうることは、当業者には理解されるであろう。
従来技術による典型的なナローバンドフィルタを示す概略図である。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 背景技術の欄でより詳細に説明した、図１に示す従来技術フィルタの典型例の種々の性能特性を示すグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第１実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第１実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第１実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来の技術との比較における、本発明の第１実施態様により得られる出力のスペクトル透過率および位相変化を示すグラフである。 本発明の第１実施態様により得られる出力に対するスペーサ厚さの０．０５３ｎｍの絶対誤差の影響を示すグラフである。 従来技術のＨ層の全てにおける吸光係数ｋ＝０．０００１の影響を示すグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第２実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第２実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第３実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 従来技術との比較における、本発明の第３実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明の第３実施態様に対する、スペーサ厚さの１．６ｎｍの絶対誤差の影響を示すグラフである。 本発明の第４実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明の第４実施態様により得られる出力のスペクトル透過率および位相変化を示すグラフである。 第４実施態様の薄膜層における１０００分の３の確率で起こる厚さのエラーの影響を示すグラフである。 本発明の第４実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明の第５実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明の第５実施態様により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 第５実施態様のスペーサ厚さにおける不均一誤差の影響を示すグラフである。 本発明によるインタリーバの好ましい実施態様のネットワーク機能を示す概略図である。 本発明によるインタリーバの好ましい実施態様のネットワーク機能を示す概略図である。 本発明によるインタリーバの好ましい実施例により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明によるインタリーバの好ましい実施例により得られる出力のスペクトル透過率のグラフである。 本発明によるインタリーバの好ましい実施例の薄層における不均一誤差の影響を示すグラフである。 本発明によるインタリーバの好ましい実施例のスペーサにおける不均一誤差の効果を示すグラフである。 本発明によるフィルタの第一実施態様を示す。 本発明によるフィルタの第一実施態様を示す。

Claims (62)

  1. 複数のキャビティを有し、前記キャビティの１つ以上が７μｍより大きい厚さのスペーサを含む光学フィルタ。
  2. 前記スペーサが、各々複数の薄層を有している２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の総数が３５未満である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  3. スペーサの厚さが１０μｍより大きい、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
  4. スペーサの厚さが２０μｍより大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  5. スペーサの厚さが５０μｍより大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  6. スペーサの厚さが１００μｍより大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  7. キャビティ毎の薄層の平均数は３０未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  8. キャビティ毎の薄層の平均数は２５未満である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  9. キャビティ毎の薄層の平均数は１５未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  10. 前記フィルタは５ｎｍ未満の通過帯域を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  11. 前記フィルタは１ｎｍ未満の通過帯域を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  12. 前記フィルタは０．５ｎｍ未満の通過帯域を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  13. 前記フィルタは、所定の周波数範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光信号を受信するように適合された、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  14. 前記所定周波数範囲が約１５２０ｎｍと１５７０ｎｍの間にある、請求項１３に記載の光学フィルタ。
  15. 少なくとも１つのキャビティが下記式に従って形成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    (HL)^6 HMH (LH)^6
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約２１μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  16. 下記式に従う光学フィルタであって、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    ((HL)^6 HMH (LH)^6 L)^3
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約２１μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  17. 前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差が５０，０００分の１から１０，０００分の４の範囲内である、請求項１５又は１６に記載の光学フィルタ。
  18. 前記各薄層の最大許容吸収が１×１０−４および１×１０−５の間の吸光係数に対応する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  19. 前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差が０．５３ｎｍ以下である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  20. キャビティのうちの少なくとも１つが下記式に従って作成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    (HL)^4 HMH (LH)^4
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約１０６μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  21. 下記式に従って作成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    ((HL)^4 HMH (LH)^4 L)^3
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約１０６μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  22. 前記光学フィルタは、隣接している位数を遮断するために、約１２ｎｍの通過帯域を有する遮断フィルタと併せて用いられる、請求項２０または２１に記載の光学フィルタ。
  23. 各々の前記薄層の厚さにおける最大許容均一性誤差の発生確率が５０，０００分の１〜２，０００分の３の範囲内にある、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  24. キャビティのうちの少なくとも１つが下記式に従って作成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    (HL)^4 HMH (LH)^4
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約５２９μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  25. 下記式に従って作成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    ((HL)^4 HMH (LH)^4 L)^3
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約５２９μｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  26. 前記光学フィルタは、隣接した位数を遮断するために、約２．４ｎｍの通過帯域を有する遮断フィルタと併せて用いられる、請求項２４または２５に記載の光学フィルタ。
  27. ０．０５ｎｍ未満の通過帯域を有する、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  28. 前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差が５０，０００分の１〜１，０００分の２の範囲内にある、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  29. 前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差が１．６ｎｍ以下である、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  30. 下記式に従って形成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    (HL)^2 HMH (LH)^2 L ((HL)^3 HMH (LH)^3 L)^2 (HL)^2 HMH (LH)^2
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約１．４６５の屈折率と約１．３２ｍｍの厚さを有するスペーサである。
  31. 光学フィルタは、隣接している位数を遮断するために、約１ｎｍの通過帯域を有する遮断フィルタと併せて用いられる、請求項３０に記載の光学フィルタ。
  32. 前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差が５０，０００分の１〜１，０００分の３の範囲内にある、請求項３０または３１に記載の光学フィルタ。
  33. 前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差が３．９６ｎｍ以下である、請求項３０または３１に記載の光学フィルタ。
  34. 光学フィルタが下記式に従って作成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
    ((HL)^7 HMH (LH)^7 L)((HL)^8 HMH (LH)^8 L)^2 ((HL)^7 HMH (LH)^7)
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約１．４６５の屈折率と約０．８ｍｍの厚さを有するスペーサである。
  35. 各々の前記薄層の厚さにおける最大許容均一性誤差が５０，０００分の１〜１０，０００分の１の範囲内である、請求項３０または３１に記載の光学フィルタ。
  36. 前記各スペーサの厚さにおける最大許容均一性誤差は０．１１ｎｍ以下である、請求項３０または３１に記載の光学フィルタ。
  37. 前記フィルタが約０．００２ｎｍの通過帯域を有する、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
  38. 周波数が約１５２０ｎｍと１５７０ｎｍの間の範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光信号を受信するように適合されており、１ｎｍ幅未満の単一チャネルを出力するように適合されており、複数のキャビティを有する光学フィルタであって、一つ以上の前記キャビティは７μｍより大きい厚さを有するスペーサを含む光学フィルタにおいて、前記スペーサは複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定し、キャビティ毎の薄層の平均数が３５未満であることを特徴とする光学フィルタ。
  39. 複数のキャビティを有し、一つ以上の前記キャビティは７μｍより厚いスペーサを含む光学インタリーバ。
  40. 前記スペーサは複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の平均数が３５未満である、請求項３９に記載の光学インタリーバ。
  41. キャビティ毎の薄層の平均数が３０未満である請求項４０に記載の光学的インタリーバ。
  42. スペーサの厚さが１０μｍ以上である、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  43. スペーサの厚さが２０μｍ以上である、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  44. スペーサの厚さが５０μｍ以上である、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  45. スペーサの厚さが１００μｍ以上である、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  46. キャビティ毎の薄層の総数が２５未満である、請求項３９〜４５のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  47. キャビティ毎の薄層の総数が１５未満である、請求項３９〜４５のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  48. キャビティ毎の薄層の総数が１０未満である、請求項３９〜４５のいずれか一項に記載の光学的インタリーバ。
  49. 前記インタリーバが所定の周波数範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光入力信号を受信し、前記入力を少なくとも２組のチャネルのサブセットの出力に分割するように適合されている、請求項３９〜４８のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  50. 前記各チャネルが５μｍ以下の帯域幅を有する、請求項５０に記載の光学インタリーバ。
  51. 前記各チャネルが１μｍ以下の帯域幅を有する、請求項５０に記載の光学インタリーバ。
  52. 前記各チャネルが０．５μｍ未満の帯域幅を有する、請求項５０に記載の光学インタリーバ。
  53. 前記所定周波数範囲が約１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍである、請求項５０に記載の光学インタリーバ。
  54. キャビティのうちの少なくとも１つが下記式に従って形成される、請求項３９〜５３のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
    HLHM
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約０．８ｍｍの厚さと約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  55. 前記インタリーバは下記式に従って形成される、請求項３９〜５４のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
    (HLHM)^10 HLH
    式中、Ｈは約２．０６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｌは約１．４６５の屈折率を有する材料の４分の１波長層であり、Ｍは約０．８ｍｍの厚さで約１．４６５の屈折率を有するスペーサである。
  56. 前記各薄層の厚さの最大許容均一性誤差が５ｎｍ以下である、請求項３９〜５５のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  57. 前記各スペーサの厚さの最大許容均一性誤差が８ｎｍ以下である、請求項３９〜５６のいずれか一項に記載の光学インタリーバ。
  58. 周波数が約１５２０ｎｍと１５７０ｎｍの間の範囲にある複数のチャネルを含む高密度波長分割多重化光入力信号を受信するように適合されており、かつ前記入力を少なくとも２組のチャネルのサブセットの出力に分割するように適合された光学インタリーバにおいて、各チャネルが約１６ｎｍ〜１ｎｍ未満の範囲の帯域幅を有しており、前記インタリーバは複数のキャビティを有しており、一つ以上の前記キャビティは７μｍより厚いスペーサを含んでおり、前記スペーサは複数の薄層が各々の上に配置されている２つの対向面を画定しており、キャビティ毎の薄層の平均数が３５未満であることを特徴とする光学インタリーバ。
  59. 請求項１〜３８のいずれか一項に記載の光学フィルタを製造する方法であって、
    光学的に基板を研磨することによって複数のスペーサを作り、少なくとも一つの前記スペーサが７μｍより大きな厚さを有するようにするステップと、
    薄膜堆積を用いて前記各スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、キャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
    前記複数のキャビティを光学的に接触させ前記フィルタを形成するステップとを含む方法。
  60. 請求項１〜３８のいずれか一項に記載の光学フィルタを製造する方法であって、
    ａ）厚膜堆積を利用して７μｍより大きな厚さを有するスペーサを作るステップと、
    ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサの上に複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、キャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
    ｃ）前記フィルタを形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップとを含む方法。
  61. 請求項３９〜５８のいずれか一項に記載の光学インタリーバを製造する方法であって、
    光学的に基板を研磨することによって複数のスペーサを作り、少なくとも一つの前記スペーサが７μｍより大きな厚さを有するようにするステップと、
    薄膜堆積を用いて各々の前記スペーサ上へ複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、これによってキャビティ毎の薄層の平均数を３５未満とするステップと、
    前記複数のキャビティを光学的に接触させ前記インタリーバを形成するステップとを含む方法。
  62. 請求項３９〜５８のいずれか一項に記載の光学インタリーバを製造する方法であって、
    ａ）厚膜堆積を利用して７μｍより大きな厚さを有するスペーサを作るステップと、
    ｂ）薄膜堆積を用いて前記スペーサの上に複数の薄層を堆積させてキャビティを形成し、薄層のキャビティ毎の平均数を３５未満とするステップと、
    ｃ）前記インタリーバを形成するために、ステップａ）およびｂ）の組合せを繰り返すステップとを含む方法。
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