JP3231299B2 - 光干渉フィルタ作製方法 - Google Patents

光干渉フィルタ作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信用のDW
DM( Dense Wavelength Division Modulator)等に使
用する高性能な光学干渉フィルタの作製方法に関し、特
に光学干渉フィルタの膜厚制御法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、光干渉フィルタを作製するた
めの蒸着装置内には膜厚コントローラが設置されてい
る。代表的な膜厚コントローラとして、水晶振動子型膜
厚計を使った膜厚コントローラがあり、これは水晶基板
に膜が付着することによって起こる水晶基板の振動数変
化を利用して膜厚を制御する方法であり、水晶振動子型
膜厚計を使うことにより蒸着速度と膜厚とを同時に制御
することが可能である。しかし、水晶振動子に膜が付着
することによって徐々に振動子に付与する係数が変化
し、膜厚と振動数との関係がくずれてくる。例えば新品
の水晶と使用後の水晶とで、同条件の膜を付けても膜厚
は等しくならない。このように、膜厚制御精度が低く、
高性能な光干渉フィルタを作製することが困難であっ
た。
【0003】そのため、高性能な光干渉フィルタを作製
するための膜厚制御方法として、光干渉を用いた膜厚制
御法(以下、干渉型膜厚制御法と略称する)が一般的に
使用されてきた。図6を参照して干渉型膜厚制御法につ
いて説明する。モニタ用光源61から出てモニタガラス
63に照射された光62は、一部が反射光となり、残り
が透過光となる。モニタガラス63に蒸着されたフィル
タ膜64の表面で反射する反射光A;65と、フィルタ
膜64とモニタガラス65との接触面で反射する反射光
B;66との合成が反射光となる。また、光62の一部
はフィルタ膜64およびモニタガラス63を通過し、透
過光67となる。
【0004】ここで、膜の厚さをd、膜の屈折率をn、
モニタ光の波長をλとすると、(式)n・d=m・(λ
/4)において、膜厚dが変化してmが整数になる条件
で、透過光または反射光は極大値または極小値となる。
この干渉型膜厚制御法では、モニタ光の透過光強度また
は反射光強度が光干渉によって膜厚(λ/4)ごとに極
大値または極小値になることを利用した膜厚制御法であ
り、例えば透過光強度または反射光強度が極大値または
極小値となったとき、蒸着を止める等の方法で膜厚を制
御するものである。
【0005】図7に従来の技術による蒸着装置を示す。
この蒸着装置は、モニタガラス71が膜厚制御のための
光路上に設置されており、そこに付着した膜を上述の干
渉型膜厚制御法で制御する。モニタガラス71は蒸着装
置内に数枚から数百枚セットされており、各層ごと、ま
たは数層ごとに利用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが図7に示した
構成では、フィルタ基板70とモニタガラス71とは蒸
着源72からの距離が異なっており、蒸着速度は蒸着源
72からの距離の2乗に逆比例するため、フィルタ基板
70とモニタガラス71上では異なった膜厚に蒸着さ
れ、DWDMなどで用いられる100層前後の膜をもっ
た高性能なフィルタを設計通りに作製することができな
いという課題があった。また、特に多層膜を作製する場
合には、蒸着源72の減少や形状変化により蒸発にむら
が起こり、蒸着開始時と蒸着終了時とでは、モニタガラ
ス71上とフィルタ基板70上での膜厚に大きな差がで
てしまうという課題もあった。
【0007】更に、従来の光学モニタ用光源73は、分
光機能を備えた白色光を使用しており、単色光を切り出
すことによって図8に示すように半値幅1nm前後のス
ペクトルとしていた。ところが、DWDM等で使用され
る半値幅がサブナノメータである狭帯域なバンドパスフ
ィルタ(例えば半値幅0.5nmのフィルタ)を作製す
るためには半値幅が1nmスペクトルでは困難であると
いう課題もあった。また、単色光を白色光源から切り出
しているため、光の強度が弱く、光量変化が小さい場合
(例えば、石英ガラス基板にSiO2 を蒸着する場合な
ど)には、光量変化が雑音レベルに埋もれてしまって精
度の高い膜厚制御ができないという課題もあった。
【0008】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、光干渉フィルタ用基板そのものを膜厚制御用のモ
ニタ用素子として使い、モニタ光源としてレーザー光を
使うことにより、高精度な膜厚コントロールを行うこと
ができる光干渉フィルタの作製方法を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに請求項1記載の発明は、透明薄膜の蒸着によって光
干渉フィルタを作成する真空蒸着装置において、膜厚制
御用のモニタ素子として光干渉フィルタ基板そのものを
用い、一つの波長可変型モニタ用光源による、中心波長
に対して長波長側及び短波長側に同距離離れた異なる波
長の2つのレーザー光を用い、該レーザー光の照射によ
る前記モニタ用素子からの反射光または透過光の強度変
化をモニタすることによって蒸着膜厚の制御を行い、該
蒸着膜厚の制御は、設計波長近傍の前記2波長のレーザ
ー光を用い、該レーザ−光の時間変化を無視できる短時
間において、2波長のレーザー光を検出し、その透過光
強度または反射光強度の差に基づいて行うことを特徴と
する光干渉フィルタ作成方法を提供する。
【0010】
【0011】
【0012】また、請求項記載の発明は、請求項1記
載の光干渉フィルタ作成方法において、前記光干渉フィ
ルタを作製する前記真空蒸着装置として、スパッタリン
グ装置、CVD(Chemical Vapour Deposition)装置等
の薄膜作成装置を使用することを特徴とする。
【0013】光通信の容量を上げるための手法としてD
WDMが提案されているが、波長を細かく切り出すため
のフィルタが必要であり、半値幅の狭い高性能なバンド
パスフィルタが必要とされる。高性能な光干渉フィルタ
を作製するためには、積層膜の膜厚精度を高くする必要
がある。一つの方法としてフィルタ基板とモニタガラス
の膜厚むらを回避するために、モニタガラスをチェック
する膜厚制御ではなく、フィルタ基板そのものをモニタ
素子として利用する膜厚制御を行う。
【0014】前述したように、多数のモニタガラスを利
用しない、フィルタ基板そのものをを用いた光学膜厚制
御は、モニタガラス個々の屈折率や研磨仕上がりの違い
から起こる膜厚の揺らぎを気にせずにフィルタ設計をす
ることができ、また前述したモニタガラスと基板の位置
の相違も無視することができる。そのため、設計通りの
高性能膜を作製することができるが、膜が多層になるこ
とによって透過光または反射光の強度が小さくなり、強
度変化もまた小さくなるため、光源として出力強度の強
いものが必要となる。また受光センサもダイナミックレ
ンジの大きなものが必要である。透過光と反射光を切り
替えながら膜厚制御する方法も考えられるが、光学系が
複雑になる。
【0015】また、フィルタ基板を直接モニタする方法
により帯域フィルタを作製するためには、フィルタによ
る減衰のため光量変化が大きく、また、半値幅が狭く強
度の強い光源でなければならないので、光源には単色の
レーザー光源を用いる。また、受光装置もダイナミック
レンジの大きいものを用いる必要がある。レーザー光源
は、上述のような発光強度の問題を解決でき、またバン
ド幅を狭くすることが可能なため、高性能光干渉フィル
タを作製するのに適している。しかし、前述したように
レーザー光源は、外部環境の影響、例えば温度変化で発
光強度に変動がでるため、高精度な膜厚制御を行うため
に発光強度の変動を回避する方法が必要である。
【0016】レーザー光源は、温度の変化などの環境要
因により長時間の製膜時間において光源の強度が変動し
やすく、出力強度の経時変化が起こるので、従来のよう
な絶対的な強度の変動を制御する方法では、レーザーの
出力変動により高精度な膜厚制御はできなくなる。そこ
で、レーザーの相対的な強度変化を利用して極端なレー
ザー光安定化を行わなくても、環境要因による変動を回
避できる膜厚制御方法を採用する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図を参照しながら説明する。図1はこの発明の一実
施形態による光干渉フィルタの作製装置の構成を示す図
である。この図において、符号11はフィルタ基板であ
り、透明薄膜を蒸着させて作製する干渉フィルタである
とともに、膜厚をチェックして制御するためのモニタ素
子ともなる。モニタ用のレーザー光源13から出たレー
ザー光は、フィルタ基板11において、蒸着源12から
蒸着された薄膜の干渉により、弱められて光センサ14
に達する。光センサ14では、フィルタ基板11を透過
したレーザー光のチェックによって蒸着された膜厚を測
定し、測定結果を制御部17に与えることにより、レー
ザー光源の制御やCPU16を経由して蒸着源12の加
温制御やシャッタ15の開閉制御を行う。
【0018】図2はレーザー光源の出力の時間的光強度
変化を模式的に示したものである。雑かつ時間のかか
る干渉フィルタを作成するためには、モニタ光源の出力
光量が安定であることが必須である。DWDMなどで使
用されるフィルタは層数が百層前後と多層であるため、
全蒸着が終了するまでに数時間かかる。この数時間の間
に膜厚制御に関わる光源が変化すれば、膜厚もまた変化
してしまうことになる。そこで光源の時間変化を無視で
きるくらいの短時間で異なる波長のレーザー出力を検出
し、その強度の差を利用した光学膜厚制御方法を採用す
る。
【0019】図3のような特性の干渉フィルタを作製す
る場合、中心波長λO のレーザー光をモニタ光源とし、
モニタガラスの光干渉パターンから膜厚制御を行ってい
た。しかし光源にレーザーを用いる場合、中心波長λ0
のレーザーの出力強度が時間的に変動することが問題と
なる。そこで、波長可変型モニタ光源を用い、λa 、λ
b の光量Ta 、Tb をできるだけ短時間に検出し、光量
Ta 、Tb を測定する。その後、計算処理によって(T
a −Tb )を求め、この値が所定の値になったところ
で、蒸着を止めるように制御する。図4に示すように、
例えば、中心波長λ0=1565nm、半値幅0.5n
mのダブルキャビティフィルタを作製する場合、156
4.75nmと1565.25nmの2波長におけるそ
れぞれの光出力を短時間内に測定し、測定値の差を計算
して0dBになるところで蒸着を止めればよい。蒸着開
始初期のモニタ中は帯域が広い状態でのモニタリングと
なるため、この2波長をもっと広く取ればよい。
【0020】以上、本発明の一実施形態の動作を図面を
参照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。たとえば、上述
の実施形態では、1個のフィルタ基板を作製する場合で
あったが、他の実施形態として図5に示すように、複数
のフィルタを同時に作製するため、セットされた複数の
フィルタ基板51から等距離となる位置に蒸着源52を
置き、レーザー光源53をモニタ基板51の垂直軸から
外れた位置から照射し、レーザー光がモニタ基板51で
反射した光を光センサ54でチェックして膜厚制御を行
う場合等も本発明に含まれる。
【0021】
【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よれば、光干渉フィルタ用基板そのものを膜厚制御用の
モニタ用素子とし、モニタ用光源としてレーザー光を用
いて反射光または透過光の強度を測定することによって
膜厚を制御するようにしたので、精度の高いバンドパス
フィルタを作製することができるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による光干渉フィルタ作
製の蒸着装置の構成を示すブロック図。
【図2】 レーザー出力の時間経過に伴う出力強度の変
化を模式的に示した図。
【図3】 レーザー光の波長の微小変化によるフィルタ
基板の出力変化による膜厚制御を説明するための図。
【図4】 レーザー光の波長の微小変化によるフィルタ
基板の出力変化による膜厚制御を説明するための図(等
波長変化−等透過率)。
【図5】 本発明の他の実施形態による複数の光干渉フ
ィルタを作製する蒸着装置の構成を示すブロック図。
【図6】 薄膜を蒸着したモニタガラスの反射光および
透過光の極大値を説明するための図。
【図7】 従来の技術による光干渉フィルタ作製の蒸着
装置の構成を示すブロック図。
【図8】 従来の技術による白色光を使ったモニタを説
明するための図。
【符号の説明】
11、51…フィルタ基板 12、52…蒸着源 13、53…レーザー光源 14、54…光センサ 15、55…シャッタ 16、56…CPU 17、57…制御部 61…モニタ用光源 62…照射光 63…モニタガラス 64…フィルタ膜 65…反射光A 66…反射光B 67…透過光 70…フィルタ基板 71…モニタガラス 72…蒸着源 73…モニタ用光源 74…光センサ 75…シャッタ 76…CPU 77…制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/28 C23C 14/54 G01B 11/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明薄膜の蒸着によって光干渉フィルタ
    を作成する真空蒸着装置において、 膜厚制御用のモニタ素子として光干渉フィルタ基板その
    ものを用い、一つの波長可変型モニタ用光源による、前記光干渉フィ
    ルタの中心波長(λ0)に対して、長波長側及び短波長
    側に同距離(Δλ)離れた 異なる波長の2つのレーザー
    光を用い、 該レーザー光の照射による前記モニタ用素子からの反射
    光または透過光の強度変化をモニタすることによって蒸
    着膜厚の制御を行い、 該蒸着膜厚の制御は、設計波長近傍の前記2波長のレー
    ザー光を用い、該レーザ−光の時間変化を無視できる短
    時間において、2波長のレーザー光を検出し、その透過
    光強度または反射光強度の差に基づいて行うことを特徴
    とする光干渉フィルタ作成方法。
  2. 【請求項2】 前記光干渉フィルタを作製する前記真空
    蒸着装置として、スパッタリング装置、CVD(Chemic
    al Vapour Deposition)装置等の薄膜作成装置を使用す
    ることを特徴とする請求項1記載の光干渉フィルタ作成
    方法。
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