JP2012078474A

JP2012078474A - エタロンフィルタ

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Publication number: JP2012078474A
Application number: JP2010222308A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Wakabayashi; 小太郎若林; Yukiko Furukata; 由紀子古堅; Akinori Ito; 明則伊東; Shingo Ishiuchi; 真吾石内
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19

Abstract

【課題】レーザ発振波長のモニターの精度を向上させる。
【解決手段】ガラス又は水晶からなる第一の透明部材及び第二の透明部材と、第一の透明部材と第二の透明部材との間に設けられる中空部材とを備え、第一の透明部材が中空部材と対向する面及びこの面と平行となる反対側の面に反射膜を備えつつ反射膜に第一接合膜を備え、第二の透明部材が中空部材と対向する面及びこの面と平行となる反対側の面に反射膜を備えつつ中空部材を向く側の反射膜に第二接合膜を備え、中空部材が第一の透明部材と対向する面及び第二の透明部材と対向する面に第三接合膜を備え、第一接合膜と第三接合膜とが接合され、第二接合膜と第三接合膜とが接合され、中空部材の中空の内部が真空又は大気圧の状態を維持する気密状態となって構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ装置に用いられるエタロンフィルタに関する。

従来、レーザ装置は、半導体レーザと、この半導体レーザから照射されるレーザ光を平行にする光学系と、レーザ光を２系統に分割するビームスプリッタと、分割された一方のレーザ光に所定の波長の共振をさせるファブリペロー共振器と、このレーザ光が入射される光検出器とから主に構成される。

このように構成されるレーザ装置において、ファブリペロー共振器を２枚の反射板を用いた構造が知られている。この構造のファブリペロー共振器は、２枚の反射板の高い設置精度が求められる。例えば、２枚の反射板は、秒単位の平行度で設置しなければ、レーザ光の光透過特性が変わってしまうという問題があった（例えば、特許文献１参照）。

そこで、ファブリペロー共振器に代えてエタロンフィルタを用いたレーザ装置が提案されている。従来のエタロンフィルタには、例えば、ソリッド構造とエアギャップ構造の２種類のものが用いられている。

ソリッド構造のエタロンフィルタは、例えば、四角柱形状の部材の平行となる２平面に反射膜を設けた構造となっている。反射膜を設けた２平面のうち、一方の平面側から他方の平面に向けて光が透過するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、エタロンフィルタを透過する光の特性について説明する。例えば、図１（ｂ）に示すように、エタロンフィルタを透過する光は、縦軸を透過強度Ｔ（λ）、横軸を波長λとしたとき、所定の間隔で透過強度Ｔ（λ）の強度が高くなるピークを複数生じさせる特性を有している。

この複数のピークのうちの隣り合う２つのピークの間隔をＦＳＲ（フリー・スペクトラム・レンジ）という。
このＦＳＲは、２平面に設けた反射膜の間をエタロンフィルタの光路の物理長数Ｌとしソリッドの屈折率をｎとしたとき、光路の物理長数Ｌとソリッドの屈折率をｎの積及び波長λによって決まる値でもある。
例えば、ＦＳＲは、以下の式で近似される。
ＦＳＲ＝λ^２／（２ｎＬ）

エアギャップ構造のエタロンフィルタは、２つの平板状の透明部材の間に２つの板部材を挟み、これら２つの板部材を所定の間隔をあけて２つの透明部材の間に空間を形成した構造となっている（例えば、特許文献２参照）。ここで２つの平板状の透明部材には、互いに向かい合う平面に反射膜が設けられている。このようなエアギャップ構造のエタロンフィルタは、２つの板部材によって、２つの平板状の透明部材の距離を所定の間隔に保つことができるようになっている。
ここで、エアギャップ構造のエタロンフィルタは、２つの透明部材に設けられた反射膜の間を光路の物理長数Ｌとしている。この場合のＦＳＲは、ソリッド構造のエタロンフィルタと同様に光路の物理長数Ｌとエアギャップ部の媒質の屈折率ｎの積によって決まる。
また、エアギャップ構造のエタロンフィルタは、２つの平板状の透明部材の間に設けられる板部材を接合するために、接着剤を用いている。エアギャップ構造のエタロンフィルタは、接合に接着剤を用いることで容易な製造を可能としている。
また、接着剤を用いない接合としては、従来周知のオプティカルコンタクト法による接合が提案されている。

特許２８３５０６８号公報特開２００３−１９５０３１号公報

しかしながら、エアギャップ構造のエタロンフィルタにおいて、接着剤を用いた接合状態では、製造の状況により接着剤の厚みにバラツキが生じる場合がある。このとき、接着剤の厚みのバラツキがエタロンフィルタの光路の物理長数Ｌを狂わせる原因となる。
したがって、光路の物理長数Ｌと定めたエタロンフィルタが接着剤により異なる光路の物理長数Ｌ´となってしまう。
これにより、エタロンフィルタを透過する光の特性が、縦軸を透過強度Ｔ（λ）、横軸を波長λとしたとき、エタロンフィルタの光路の物理長数Ｌで定めたＦＳＲとは異なる位置にずれて新たなＦＳＲ´となる（図１（ｂ）参照）。
そのため、所定の透過強度Ｔ（λ）に対して波長λが異なった値を示すこととなり、光学装置で使用されている発振波長を正しく知ること、つまり、発振波長のモニターが正しくできなくなる恐れがある。
また、オプティカルコンタクト法による接合で形成されるエアギャップ構造のエタロンフィルタは、異種材料同士を接合した場合に、熱の影響を受けて剥がれることがある。
また、エアギャップ構造のエタロンフィルタは、光学装置に備えられた際に、透明部材の間に介在する空気の気圧状態が変化するあるいは気体の種類が異なることで、透明部材の間に介在する媒質の屈折率ｎが変化し、所定のＦＳＲが得られない恐れがある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、エタロンフィルタの光路の物理長数の変化と透明部材の間に介在する媒質の屈折率ｎの変化を起こしにくくして、光学装置で使用されているレーザ発振波長のモニターの精度を向上させるエタロンフィルタを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、エタロンフィルタであって、第一の透明部材と、第二の透明部材と、前記第一の透明部材と前記第二の透明部材との間に設けられる中空部材と、を備え、前記第一の透明部材が、前記中空部材と対向する面に反射膜を備えつつ前記反射膜上に第一接合膜を備え、前記第二の透明部材が、前記中空部材と対向する面に反射膜を備えつつ前記反射膜上に第二接合膜を備え、前記中空部材が、中空部分の開口周囲であって前記第一の透明部材と対向する面及び前記第二の透明部材と対向する面に第三接合膜を備え、前記第一の透明部材の第一接合膜と前記中空部材の第三接合膜とが原子拡散接合法により接合され、前記第二の透明部材の第二接合膜と前記中空部材の第三接合膜とが原子拡散接合法により接合され、前記中空部材の中空の内部が真空又は大気圧の状態を維持する気密状態となって構成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記第一接合膜、前記第二接合膜、前記第三接合膜の膜厚が１ｎｍ以下となっていても良い。

このようなエタロンフィルタによれば、接着剤を用いずに第一の透明部材と中空部材と第二の透明部材とを接合でき、かつ、厚みのバラツキを軽減することができるので、エタロンフィルタの光路の物理長数Lの変化と透明部材の間に介在する媒質の屈折率ｎの変化を起こしにくくすることができる。これにより、光学装置で使用されているレーザ発振波長のモニターを精度良く行うことができる。
また、前記第一接合膜、前記第二接合膜、前記第三接合膜の膜厚が１ｎｍ以下となっているので、入射される光の屈折を考慮する必要がなく、また、前記第一接合膜と前記第三接合膜との接合、及び前記第二接合膜と前記第三接合膜との接合が原子拡散接合により接合されているので、熱環境による剥がれを防ぐことができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す断面図であり、（ｂ）は透過強度と波長の関係を示すグラフである。（ａ）は第一ウェハと第二ウェハと第三ウェハの一例を示す模式図であり、（ｂ）は、第一ウェハと第三ウェハと第二ウェハとを接合した状態を示す模式図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。

図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係るエタロンフィルタ１００は、第一の透明部材１０と第二の透明部材２０と中空部材３０とから主に構成されている。

第一の透明部材１０は、透明部材であって例えばガラス又は結晶材料からなり、例えば四角柱形状に形成されている。この四角柱形状の第一の透明部材１０は、所定の平行する２面間を光が透過するようになっている。この所定の平行する２面のうちの一方の面は、後述する中空部材３０と対向している。また、この第一の透明部材１０は、後述する中空部材３０と対向する面に反射膜１１を備えつつこの反射膜１１上に膜厚が１ｎｍ以下の金属からなる第一接合膜１２を備えている。
なお、第一の透明部材１０は、中空部材３０と対向する面と平行となる面に反射防止膜１３を設けても良い。

第二の透明部材２０は、透明部材であって、例えばガラス又は結晶材料からなり、例えば第一の透明部材１０と同じ大きさで、かつ、四角柱形状に形成されている。この四角柱形状の第二の透明部材２０は、所定の平行する２面間を光が透過するようになっている。この所定の平行する２面のうちの一方の面は、後述する中空部材３０と対向している。また、この第二の透明部材２０は、後述する中空部材３０と対向する面に反射膜２１を備えつつこの反射膜２１上に膜厚が１ｎｍ以下の金属からなる第二接合膜２２を備えている。
なお、第二の透明部材２０は、中空部材３０と対向する面と平行となる面に反射防止膜２３を設けても良い。

中空部材３０は、第一の透明部材１０と第二の透明部材２０との間に設けられるガラス又は結晶材料からなる。
この中空部材３０は、壁部３１を環状に形成して中空部分３０ａを形成した筒状となっており、壁部３１に沿いつつ中空部分３０ａの中心を通る中心線Ｃに対して直交する方向の断面形状が四角形となっている。言い換えれば、中空部材３０を輪切りにした場合の断面形状は、外形の輪郭形状が第一の透明部材１０及び第二の透明部材２０と同じ形状の四角形となり、中空部分３０ａの輪郭が外形形状よりも大きさが小さい四角形となっている。
この中空部材３０は、中空部分３０ａの開口周囲であって第一の透明部材１０と対向する面及び第二の透明部材２０と対向する面に膜厚が１ｎｍ以下の第三接合膜３２を備えている。

第一の透明部材１０と中空部材３０とは、第一の透明部材１０に設けられた第一接合膜１２と中空部材３０に設けられた第三接合膜３２とが原子拡散接合法により接合されている。
同様に、第二の透明部材２０と中空部材３０とは、第二の透明部材２０に設けられた第二接合膜２２と中空部材３０に設けられた第三接合膜３２とが原子拡散接合法により接合されている。
なお、第一の透明部材１０と中空部材３０との接合及び第二の透明部材２０と中空部材３０との接合の際は、例えば、真空雰囲気中で行われる。
これにより、中空部材３０の中空部分３０ａは、真空の状態を維持した気密状態となる。
また例えば、中空部材３０の中空部分３０ａは、真空の他に、大気圧を維持した気密状態としても良いし、不活性ガス雰囲気中であって所定の圧力が維持された気密状態としても良い。

このようなエタロンフィルタ１００によれば、接着剤を用いずに第一の透明部材１０と中空部材３０と第二の透明部材２０とを接合でき、かつ、厚みのバラツキが軽減してＦＳＲのずれを防ぐことができ、エタロンフィルタ１００の光路の物理長数Ｌと中空部の媒質の屈折率ｎの積の変化を起こしにくくすることができる。これにより、光学装置で使用されている発振波長のモニターを精度良く行うことができる。
また、第一接合膜１２、第二接合膜２２、第三接合膜３２の膜厚が１ｎｍ以下となっているので、入射される光の屈折を考慮する必要がなく、また、第一接合膜１２と第三接合膜３２との接合、及び第二接合膜２２と第三接合膜３２との接合が原子拡散接合により接合されているので、熱環境による剥がれを防ぐことができる。

また、本発明の実施形態に係るエタロンフィルタ１００は、以下のように製造することができる。
本発明の実施形態に係るエタロンフィルタを製造する際は、図２（ａ）に示すように、第一の透明部材となる第一ウェハ１０Ｗと、第二の透明部材となる第二ウェハ２０Ｗと、中空部材となる第三ウェハ３０Ｗとを用意する。
なお、図２（ａ）及び（ｂ）は、反射防止膜を省略して図示している。

第一ウェハ１０Ｗの一方の主面に例えばスパッタ等を用いて反射膜１１を設ける。
同様に、第二ウェハ２０Ｗの一方の主面に例えばスパッタ等を用いて反射膜２１を設ける。なお、第二ウェハの他方の主面には、反射防止膜２３（図１（ａ）参照）を設けておいても良い。
また、第三ウェハ３０Ｗに厚み方向に貫通する貫通方向と直角になる方向で切断したときの断面が四角形状となる貫通孔３０ａを複数形成する。

この状態において、第一ウェハ１０Ｗの反射膜１１上に第一接合膜１２を設け、かつ、第三ウェハ３０Ｗの一方の主面に第三接合膜３２を設ける。
第一ウェハ１０Ｗの反射膜１１上に設けられた第一接合膜１２と第三ウェハ３０Ｗの一方の主面に設けられた第三接合膜３２とを重ね合わせて原子拡散接合により接合する。
ここで、前記原子拡散接合法とは、互いに重なり合う接合面において、互いを構成する材料の原子が拡散し合うことによって接合する方法である。

第一ウェハ１０Ｗと第三ウェハ３０Ｗとが接合された状態において、第三ウェハ３０Ｗの他方の主面に第三接合膜３２を設け、かつ、第二ウェハ２０Ｗの反射膜２１上に第二接合膜２２を設ける。
第二ウェハ２０Ｗの反射膜２１上に設けられた第二接合膜２２と第三ウェハ３０Ｗの他方の主面に設けられた第三接合膜３２とを重ね合わせて原子拡散接合により、例えば、真空雰囲気中で接合する。

これにより、第一ウェハ１０Ｗと第三ウェハ３０Ｗと第二ウェハ２０Ｗとが接合されて本発明の実施形態に係る複数のエタロンフィルタが連なった状態となる（図２（ｂ）参照）。
この状態で、例えば、第三ウェハ３０Ｗに設けた複数の貫通孔３０ａの間Ｂを目印にして、隣り合う貫通孔３０ａの間を切断することで、個々のエタロンフィルタ１００を得ることができる。なお、このときの貫通孔３０ａは、図１における中空部材３０の中空部分３０ａを指す。

このように製造することにより、例えば、貫通孔３０ａ内部、つまり中空部材３０の中空部分３０ａを真空以外に大気圧の状態で気密することができ、又は、不活性ガスを所定の圧力で気密することができる。

このようにすれば、本発明の実施形態に係るエタロンフィルタを容易に製造することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。透明部材としては、接合膜あるいは反射膜を設けることができる耐熱性に優れた部材が好ましく、例えば、結晶材料である水晶や、ガラスや、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。また、接合膜は拡散係数の大きいＣｕやＴｉなどの金属を用いることが好ましい。

１００エタロンフィルタ
１０第一の透明部材
１１反射膜
１２第一接合膜
２０第二の透明部材
２１反射膜
２２第二接合膜
３０中空部材
３０ａ中空部分
３２第三接合膜

Claims

第一の透明部材と、
第二の透明部材と、
前記第一の透明部材と前記第二の透明部材との間に設けられる中空部材と、を備え、
前記第一の透明部材が、前記中空部材と対向する面に反射膜を備えつつ前記反射膜上に第一接合膜を備え、
前記第二の透明部材が、前記中空部材と対向する面に反射膜を備えつつ前記反射膜上に第二接合膜を備え、
前記中空部材が、中空部分の開口周囲であって前記第一の透明部材と対向する面及び前記第二の透明部材と対向する面に第三接合膜を備え、
前記第一の透明部材の第一接合膜と前記中空部材の第三接合膜とが原子拡散接合法により接合され、
前記第二の透明部材の第二接合膜と前記中空部材の第三接合膜とが原子拡散接合法により接合され、
前記中空部材の中空の内部が真空又は大気圧の状態を維持する気密状態となって構成されることを特徴とするエタロンフィルタ。
前記第一接合膜、前記第二接合膜、前記第三接合膜の膜厚が１ｎｍ以下となっていることを特徴とする請求項１に記載のエタロンフィルタ。