JP2021508851A - 温度非感受性フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
基板内または基板上にパターン形成された第1光学エレメントであって、そこに入射する放射線を受光し、前記受光した放射線を第1角度で定義される方向に少なくとも部分的に方向付けるように構成された第1光学エレメントと、
基板内または基板上にパターン形成された第2光学エレメントであって、回折エレメントであり、長手方向に延びて、第1光学エレメントから遠隔に配置され、前記方向付けられた放射線をある入射角で受光し、前記方向付けられた放射線を第2角度で回折させるように構成された第2光学エレメントとを備え、
前記第2角度は、波長に依存する。
上述したような集積波長選択フィルタデバイスと、
集積広帯域(broadband)光源と、
光源および波長選択フィルタデバイスの第1分散エレメントに接続され、第1光学エレメントに広帯域光を提供し、第1光学エレメントから基準波長を有する放射線を抽出するための少なくとも1つのライトガイドと、を備える。
局所的な曲率半径が、該平面内の第1および第2光学エレメント14,15の中心を結ぶ線に対して非ゼロ角度を形成することは、軸外構成の場合には典型的である。
x軸周りの回転の傾斜角ωxに関して、y方向に沿った光線の下記変位Δyは、第2光学エレメント15が、入射光線を、伝搬媒体の中に、第1場所で伝搬媒体の中に光線を放出した第1光学エレメント14上のある場所に向けて(例えば、図3で参照する実施形態)後方に回折する実施形態において観察される。臨界距離Δycritを超える後方回折光線のウォークオフ(walk-off)が、後方伝搬光線が第1光学エレメント14の開口を見失って、波長選択フィルタデバイスから当初意図したようには出射されないという結果を有することがある。即ち、動作時に、傾斜角ωxは、Δy<Δycritとなるように正確に制御または調整される。幾何学は、変位Δyが下記の式で表されることを教示する。
Claims (17)
- 集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)であって、
・基板(11,12)内または基板上にパターン形成された第1光学エレメント(14)であって、そこに入射する放射線を受光し、前記受光した放射線を第1角度(α)で定義される方向に少なくとも部分的に方向付けるように構成された第1光学エレメント(14)と、
・基板(11,12,16)内または基板上にパターン形成された第2光学エレメント(15)であって、回折エレメントであり、長手方向に延びて、第1光学エレメント(14)から遠隔に配置され、前記方向付けられた放射線をある入射角で受光し、前記方向付けられた放射線を第2角度(β)で回折させるように構成された第2光学エレメント(15)とを備え、
前記第2角度は、波長に依存するものであり、
第1光学エレメント(14)は、前記受光した放射線を伝搬媒体の中に方向付けて、前記方向付けられた放射線は伝搬媒体を通って伝搬し、その後、第2光学エレメント(15)で受光され、伝搬媒体は、前記第1および第2光学エレメントの前記基板のいずれの材料とも異なる材料で形成され、
第2光学エレメント(15)は、第2角度が、単一の基準波長に関して、回折した放射線が前記伝搬媒体の中に方向付けられ、そこで第1光学エレメント(14)上または追加の光学エレメント(14a)上の予め定めた位置に向かって進行するように設定され、基準波長と実質的に一致する波長を有する放射線を、実質的に異なる波長を有する放射線からフィルタリングし、これにより基準波長はデバイス全体にとって一意的に決定されるように、構成される、集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。 - 前記伝搬媒体は、前記第1および前記第2光学エレメント(14,15)の前記基板のいずれかの材料の個々の熱光学屈折率係数と比較して、実質的により小さい熱光学屈折率係数を備えた材料で形成される、請求項1に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。
- 前記第2光学エレメント(15)は、前記方向付けられた放射線を前記伝搬媒体の中に後方反射するようにして、同じ仰角方向(θ)に沿って、第2光学エレメント(15)に入射する放射線と比べて反対伝搬の意味で前記伝搬媒体の中を進行するように構成され、
前記仰角方向(θ)は、第2光学エレメント(15)の基板の平坦な表面に対して定義される、請求項1または2に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。 - 第2光学エレメント(15)は、第2光学エレメント(15)に入射する放射線を、第2光学エレメント(15)に入射する入射放射線の方位角方向(−φ)と比較して異なる方位角方向(+φ)に沿って後方回折するように、軸外構成で構成され、
方位角方向が、第2光学エレメント(15)の基板の平坦な表面に対して定義され、
該フィルタデバイスは、第1光学エレメント(14)に類似した特性を有し、フィルタリングされた放射線を出射するように構成された追加の光学エレメント(14a)をさらに備える、請求項1〜3のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。 - 該フィルタデバイスは、ある熱膨張係数または設計を備えた少なくとも1つの材料を含み、
デバイスの温度変化によって生ずる少なくとも第2角度の変化について、第1光学エレメントから第2光学エレメントへの前記伝搬媒体の中を伝搬する前記方向付けられた放射線の経路の長さは、温度変化に起因したデバイスの熱膨張によって自動的に適応され、そのため、基準波長に関して、回折した放射線は予め定めた位置に再び方向付けられる、請求項1〜4のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。 - 第1光学エレメントおよび第2光学エレメントは、同じ基板の中または上にパターン形成され、あるいは、第1光学エレメントおよび第2光学エレメントは、チップの半導体または誘電体基板に形成される、請求項1〜5のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 該フィルタデバイスは、反射エレメント(161)を備え、そのため第1光学エレメントから第2光学エレメントに伝搬する前記方向付けられた放射線の経路上で、放射線が反射エレメント(161)の反射面によって反射される、請求項1〜6のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 第1光学エレメント(14)および第2光学エレメント(15)は、両方ともデバイスの同じ平坦な表面上に形成され、反射エレメント(161)は、前記平坦な表面の上方または下方に位置決めされる、請求項7に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 該デバイスはさらに、前記平坦な表面の上方または下方に位置決めされる反射エレメント(161)を支持するための少なくとも1つのスタンドオフ(18)を備える、請求項8に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 光路長の適応は、少なくとも1つのスタンドオフ(18)の熱膨張によって得られる、請求項9に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 第1光学エレメント(14)および第2光学エレメント(15)の両方が、同じ基板材料の中または上にパターン形成され、
スタンドオフは、その全体熱膨張係数が第1および第2光学エレメントの基板材料の熱膨張係数より約3倍大きいように選択された少なくとも1つの材料を含む、請求項10に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。 - 少なくとも1つのスタンドオフ(18)は、基板の前記材料の一部を局所的に除去することによって、第1および第2光学エレメント(14,15)の基板の材料で少なくとも部分的に形成される、請求項9〜11のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 温度非感受性が、100Kの温度範囲に渡って1pm/K未満である、請求項11または12に記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;30)。
- 第1光学エレメント(14)および第2光学エレメント(15)は、互いの上方に位置決めされ、前記伝搬媒体を通る回折した放射線の伝搬経路は、直線に追従している、請求項1〜5のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。
- 第1光学エレメント(14)および、もし存在する場合には追加の光学エレメント(14a)は、光入出力信号をフィルタデバイスに搬入搬出するための導波路に接続される、請求項1〜14のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイス(10;20;30;40)。
- 安定した基準波長を提供するための集積システムであって、
・請求項1〜15のいずれかに記載の集積波長選択フィルタデバイスと、
・集積広帯域光源と、
・光源および波長選択フィルタデバイスの第1光学エレメントに接続され、第1光学エレメントに広帯域光を提供するための少なくとも1つのライトガイドとを備える、集積システム。 - 該システムはさらに、複数の集積検出器エレメントを備え、
集積波長選択フィルタは、異なる波長の放射線を異なる予め定めた位置に回折させ、異なる波長の放射線を異なる集積検出器エレメントに向けるように構成される、請求項16に記載の集積システム。
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