JP3953788B2

JP3953788B2 - Optical multilayer filter

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Publication number: JP3953788B2
Application number: JP2001360359A
Authority: JP
Inventors: 勝嶋田; 好人神; 順一加藤; 俊郎小野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: JP2003161829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学多層膜フィルタに関し、特に光多重通信に用いられる狭帯域の合波・分波用光学多層膜フィルタに適用して有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
光学多層膜フィルタは、基板上に高屈折率の光学媒質層と低屈折率の光学媒質層とを交互に積層し、所望の波長選択性を有するように作製される。
近年、光多重通信に用いられる合波・分波フィルタには非常に狭い波長選択性および高い透過率が要求されるようになってきた。これらの要求特性を満たす光学多層膜フィルタとして、たとえば、ファブリペロー型多層膜構成を有するファブリペロー型多層膜フィルタが用いられている。
【０００３】
図７は従来のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
ファブリペロー型多層膜フィルタ２は、ファブリペロー型多層膜構成、すなわち、基板１上に、第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。ここで、第１の積層体３ａおよび第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に複数層積層した構成を有する。
【０００４】
第１の光学媒質層４は、光学膜厚がλ／４の誘電体膜（Ｌ層と呼ぶ）により構成される。第２の光学媒質層５は第１の光学媒質層４よりも高い屈折率を有し、光学膜厚がλ／４の誘電体膜（Ｈ層と呼ぶ）により構成される。キャビティ層は、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した積層体のうち、所定の位置の層であり、光学膜厚がλ／２の第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５（ここでは第２の光学媒質層５により構成し、２Ｌ層と呼ぶ）により構成される。なお、λはフィルタの設計波長である。すなわち、ファブリペロー型多層膜フィルタ２はｎ₀／（ＨＬ）^NＨ／２Ｌ／（ＨＬ）^NＨ／ｎｓ構成となる。なお、ｎ₀は空気中の屈折率、ｎｓは基板の屈折率である。
【０００５】
またＨ層とＬ層とを交互に積層して、２Ｎ層（Ｎは１以上の整数）積層したλ／４型交互多層膜、すなわちｎ₀／（ＬＨ）^N／ｎ_s構成は、広帯域フィルタや反射防止膜に用いられる。
【０００６】
このファブリペロー型多層膜フィルタ２の透過スペクトルを図８を参照して説明する。図８は従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【０００７】
シミュレーション条件は、設計波長λを光通信で通常用いられる１５５０ｎｍ、ファブリペロー型多層膜フィルタの構成を、Ｈ層としてＴａ₂Ｏ₅（屈折率：２．１５）、Ｌ層としてＳｉＯ₂（屈折率：１．４６）、第１の積層体３ａの層数を２１層、第２の積層体３ｂの層数を２１層とし、キャビティ層６を含めた全層数４３層とした。
図８の透過スペクトルによれば、１５５０ｎｍの波長域に半値幅が約０．２ｎｍと非常に狭い透過特性が得られることがわかる。
【０００８】
図９は、図８の透過域の拡大図である。図９を参照して、ファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルにおける性能指標を説明する。性能指標としては、透過スペクトルの上部の−０．５ｄＢでの透過幅と−２５ｄＢでのクロストーク幅、リップルが用いられる。
【０００９】
現在、光多重通信用の狭帯域のフィルタとしては、−０．５ｄＢでの透過幅が２ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅が４から８ｎｍ程度のものが開発されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のファブリペロー型多層膜フィルタには、次のような問題があった。
図８の透過スペクトルにおける半値幅は、積層体を構成する光学媒質層の層数を増加させることにより狭くすることが可能である。しかし、光多重通信で要求される透過特性は、半値幅が狭いだけでは十分ではなく、隣接する波長の光と明確に分離して測定するために、スペクトルの下部がなるべく急峻に立ち上がり、かつ、スペクトルの上部も平坦である必要がある。すなわち要求される透過特性としては、スペクトルの上部の−０．５ｄＢでの透過幅と−２５ｄＢでのクロストーク幅がなるべく一致するような特性、すなわち、理想的には矩形形状が要求されている。また、リップルは０．２ｄＢ以下である必要がある。
【００１１】
実際の透過スペクトルを測定した結果を、図１０を参照して、説明する。図１０は、従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルを示す説明図である。このファブリペロー型多層膜フィルタの構成は、図８のシミュレーションの条件に示した構成と同じであり、Ｈ層としてＴａ₂Ｏ₅（屈折率：２．１５）、Ｌ層としてＳｉＯ₂（屈折率：１．４６）、第１の積層体３ａの層数を２１層、第２の積層体３ｂの層数を２１層とし、キャビティ層６を含めた全層数４３層である。
【００１２】
図１０によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０４ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は１．９ｎｍであり、−０．５ｄＢでの透過幅は非常に狭いが、−２５ｄＢでのクロストーク幅は非常に大きくなる。そのため、光多重通信で要求される透過特性を満たさない。
【００１３】
積層体を構成する光学媒質層の層数を増加させた場合、すなわち第１の積層体３ａおよび第２の積層体３ｂを構成する第１の光学媒質層４および第２の光学媒質層の層数を増加させた場合、−０．５ｄＢでの透過幅は狭くなる、しかし、−２５ｄＢでのクロストーク幅も狭くなるためスペクトルの形状はほとんど変わらない。
【００１４】
また、透過スペクトルを矩形形状に近づけるため、ファブリペロー型多層膜フィルタを直列につなぐ構成（マルチキャビティ構成と呼ぶ）が用いられる。
マルチキャビティ構成の多層膜フィルタは、複数のファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を形成することにより構成される。このマルチキャビティ構成の多層膜フィルタの構成および透過スペクトルを、図１１〜図１４を参照して、説明する。図１１は従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図、図１２は従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。また、図１３は従来の４キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図、図１４は従来の５キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【００１５】
図１１に示すように、３キャビティ構成は、３つのファブリペロー型多層膜フィルタ（２ａ、２ｂ、２ｃ）の間にＬ層を挟んで直列に接続することにより製造される。同様に、４キャビティ構成は４つのファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を挟んで直列に接続することにより、５キャビティ構成は５つのファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を挟んで直列に接続することにより製造される。
【００１６】
３キャビティ構成に場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０７ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．２ｎｍ、リップルは０．７ｄＢとなる。キャビティ数が１の場合に比べて大幅にクロストーク幅を小さくできるが、リップルが非常に大きくなる。
４キャビティ構成の場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０９ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１７ｎｍ、リップルは０．９ｄＢとなる。
５キャビティ構成の場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．１１ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１５ｎｍ、リップルは２．１ｄＢとなる。
図１２、図１３、図１４に示すように、接続する多層膜フィルタ数を増やす程、透過スペクトルは矩形形状に近づく。
【００１７】
したがって、キャビティ数を増加させることにより、透過率とクロストーク幅の比を１に近づけることが可能である。すなわち透過特性が矩形形状に近づく。しかし、リップルについては、キャビティ数が増加するにしたがって大きくなる。
【００１８】
また、単純な積層体（第１の積層体３ａ、第１の積層体３ｂ）における光学媒質層（第１の光学媒質層４、第２の光学媒質層５）の層数の調整やキャビティ層６の位置の調整では、リップルは減少させることはできない。
今後さらに光の多重化が進むと、一桁以上狭いフィルタの透過特性が必要となる。すなわち、−０．５ｄＢでの透過幅として０．１ｎｍ以下、−２５ｄＢでのクロストーク幅として０．２ｎｍ以下、リップルとして０．２ｄＢ以下のフィルタの透過スペクトルが要求される。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、透過スペクトルの形状を調整し、光多重通信で要求される透過特性を満たしたマルチキャビティ構成のファブリペロー型光学多層膜フィルタ提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のファブリペロー型光学多層膜フィルタは、キャビティ層の間の第２の光学媒質層のうち少なくとも１層を、第２の光学媒質層よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層により形成したことを特徴とする。
さらに、第１の光学媒質層と、第２の光学媒質層と、第３の光学媒質層とを、これらの光学膜厚がそれぞれ、設計波長λに対して、λ／４になるような膜厚で形成し、キャビティ層を、このキャビティ層の光学膜厚が、設計波長λに対して、λ／２になるような膜厚で形成したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
図１は、実施の形態１にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
実施の形態１にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板１上に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃとを第１の光学媒質層４を挟んで積層させた３キャビティ層を有する構成である。
【００２３】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは、第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは、第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは、第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００２４】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの一番上の層と一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００２５】
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００２６】
上記のように、実施の形態１に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを３つ直列に接続した構成であり、３キャビティ層を有する。１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間には光学媒質層を挟んで接続される。よって、実施の形態１に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は１３１層となる。
【００２７】
基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は第１の光学媒質層４よりも高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００２８】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．４ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００２９】
図２は実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
図２によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０６ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１６ｎｍ、リップルは０．２ｄＢとなり、従来の３キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、透過特性の改善がみられる。
【００３０】
また、実施の形態１では、キャビティ層６に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層により形成した例について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少させることが可能である。
【００３１】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化する。上述した条件の下では、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００３２】
また、実施の形態１では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを構成する複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、透過特性の改善がみられる。
【００３３】
また、実施の形態１においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ₂、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ₂、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ₂の場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることにより、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００３４】
次に、製造方法について説明する。屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するため、光学媒質層の屈折率を精密に調整する必要がある。真空蒸着法やマグネトロンスパッタ法などで光学媒質層を形成した場合、膜中への不純物の取り込みが多いため、光学媒質層の屈折率を制御することは困難である。光学媒質層の屈折率を制御する成膜方法として、例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法により成膜する方法がある。例えば、ターゲット材にＳｉを用い、導入ガスにＡｒとＯ₂の混合ガスを用いた場合に、Ｏ₂流量が十分な場合にはＳｉＯ₂が形成され屈折率は１．４６となる。Ｏ₂を減少させていくにしたがって、屈折率は高くなり、最終的には、Ｓｉのみとなり屈折率は３．６程度となる、したがって、Ｏ₂流量を制御することにより、屈折率を１．４６から３．６程度まで制御できる。
【００３５】
同様に、導入ガスとして、Ａｒと、Ｏ₂と、Ｎ₂の混合ガスを用いて、Ｏ₂とＮ₂の流量比を変化させる場合には、ＳｉＯ_xＮ_y（ｘ、ｙは正の整数）の化合物が形成され、屈折率はＳｉＯ₂の１．４６からＳｉ₃Ｎ₄の１．９５まで制御できる。また、同様に、ターゲットとしてＴａを用いることでＴａ₂Ｏ₅、ターゲットとして、Ｔｉを用いることでＴｉＯ₂の成膜が可能である。したがって、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法を用いることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることがいうまでもない。
【００３６】
電子マグネトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法は、例えば、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジックス、第２３巻、第８号、Ｌ５３４頁、１９８４年に、記載されている。電子マグネトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法は、ターゲット材からスパッタされたスパッタ粒子とガスとして導入されプラズマ化された反応粒子が基板上で反応することにより、化合物薄膜を形成する成膜方法である。特徴として、低ガス圧でプラズマを生成できるため膜中への不純物の取り込みが少ない点、成膜中には基板上へ適当なエネルギーを持つプラズマ流が照射されるため反応性薄膜形成が容易に行える点、反応粒子の数を導入ガスの流量で制御できるため化合物薄膜のストイキメトリを制御することができる点が挙げられている。以上の特徴により、光学媒質層の屈折率を精密に制御することが可能である。
【００３７】
次に、実施の形態２にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを、図３および図４を参照して、説明する。図３は実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図、図４は実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを４つ直列に接続した構成であり、４キャビティ層を有する。
【００３８】
実施の形態２にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板上１に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃと、第４のファブリペロー多層膜フィルタ２ｄとを第１の光学媒質層４を挟んで積層し、さらに最上部に第１の光学媒質層４を積層させた４キャビティ層を有する構成である。
【００３９】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第４のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｄは第７の積層体３ｇと第８の積層体３ｈとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００４０】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００４１】
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第７の積層体３ｇは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第７の積層体３ｇの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第８の積層体３ｈは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第８の積層体３ｈの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００４２】
上記のように、１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間は光学媒質層を挟んで接続し、最上層にも光学媒質層を形成する。よって、実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は１７６層となる。
【００４３】
実施の形態１と同様に、基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は低屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は高屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００４４】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．４ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００４５】
次に、実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルを図４を参照して説明する。
図４によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０７ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１６ｎｍ、リップルは０．１ｄＢとなり、従来の４キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、特性の改善がみられる。
【００４６】
また、実施の形態２では、キャビティ層６に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層７により形成した場合について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少することが可能である。
例えば、実施の形態２の場合に、１層を第３の光学媒質層により形成した場合には、リップルは０．３ｄＢとなる。
【００４７】
さらに、第３の光学媒質層７を本実施の形態２の第３の光学媒質層（ＴｉＯ₂）よりもさらに高い屈折率を有しする誘電体膜、例えば屈折率２．７５の光学媒質層により構成した場合、リップルは０．２ｄＢとなる。さらに、第３の光学媒質層７を本実施の形態２の第３の光学媒質層（ＴｉＯ₂）よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．９５の光学媒質層により構成した場合、リップルは０．１ｄＢとなる。
したがって、第３の光学媒質層７により形成する層が１層のみである場合、実施の形態２より高い屈折率を有する光学媒質層を第３の光学媒質層として用いることにより、実施の形態２と同様の効果を得ることが可能になる。
【００４８】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するが、実施の形態２においては、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００４９】
また、実施の形態２では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、リップルを小さくする改善効果がみられる。
【００５０】
また、実施の形態２においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ₂、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ₂、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成される場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることで、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００５１】
また、製造方法については、実施の形態１と同様に、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法をもちいることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることはいうまでもない。
【００５２】
次に、実施の形態３にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを、図５および図６を参照して、説明する。図５は実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図、図６は実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを５つ直列に接続した構成であり、５キャビティ層を有する。
【００５３】
実施の形態３にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板上１に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃと、第４のファブリペロー多層膜フィルタ２ｄと、第５のファブリペロー多層膜フィルタ２ｅとを第１の光学媒質層４を挟んで積層させ、さらに最上部に第１の光学媒質層４を積層させた５キャビティ層を有する構成である。
【００５４】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第４のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｄは第７の積層体３ｇと第８の積層体３ｈとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第５のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｅは第９の積層体３ｉと第１０の積層体３ｊとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００５５】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００５６】
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第１の光学媒質層４よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第７の積層体３ｇは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第１の光学媒質層４のうち少なくとも１層を、その第１の光学媒質層４よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第７の積層体３ｇの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第８の積層体３ｈは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第８の積層体３ｈの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第９の積層体３ｉは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第９の積層体３ｉの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第１０の積層体３ｊは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１０の積層体３ｊの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００５７】
上記のように、１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間は光学媒質層を挟んで接続し、最上層にも光学媒質層を形成する。よって、実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は２２０層となる。
【００５８】
実施の形態１と同様に、基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は低屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は高屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００５９】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．２ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００６０】
次に、実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルを図６を参照して説明する。
図６によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０８ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１３ｎｍ、リップルは０．２ｄＢとなり、従来の５キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、特性の改善がみられる。
【００６１】
また、本実施の形態３では、キャビティ層６間に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層により形成した例について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少させることが可能である。
【００６２】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するが、実施の形態３においては、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
【００６３】
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００６４】
また、実施の形態３では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、リップルを小さくする改善効果がみられる。
【００６５】
また、実施の形態３においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ₂、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ₂Ｏ₅、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ₂、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ₂により構成される場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることで、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００６６】
また、製造方法については、実施の形態１と同様に、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法をもちいることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることはいうまでもない。
【００６７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、透過スペクトルの形状を調整し、またリップルをなくして平坦化することにより、光多重通信で要求される透過特性を満たすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図３】実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図７】従来のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図８】従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図９】図８の透過域の拡大図である。。
【図１０】従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルを示す説明図である。
【図１１】従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図１２】従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図１３】従来の４キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図１４】従来の５キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１…基板、２…ファブリペロー型多層膜フィルタ、２ａ…第１のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｂ…第２のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｃ…第３のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｄ…第４のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｅ…第５のファブリペロー型多層膜フィルタ、３ａ…第１の積層体、３ｂ…第２の積層体、３ｃ…第３の積層体、３ｄ…第４の積層体、３ｅ…第５の積層体、３ｆ…第６の積層体、３ｇ…第７の積層体、３ｈ…第８の積層体、３ｉ…第９の積層体、３ｊ…第１０の積層体、４…第１の光学媒質層、５…第２の光学媒質層、６…キャビティ層、７…第３の光学媒質層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical multilayer filter, and is a technique that is particularly effective when applied to an optical multilayer filter for narrowband multiplexing / demultiplexing used in optical multiplex communication.
[0002]
[Prior art]
The optical multilayer filter is manufactured so that a high refractive index optical medium layer and a low refractive index optical medium layer are alternately stacked on a substrate to have a desired wavelength selectivity.
In recent years, very narrow wavelength selectivity and high transmittance have been required for multiplexing / demultiplexing filters used in optical multiplex communication. As an optical multilayer filter that satisfies these required characteristics, for example, a Fabry-Perot multilayer filter having a Fabry-Perot multilayer structure is used.
[0003]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional Fabry-Perot multilayer filter.
The Fabry-Perot multilayer filter 2 has a Fabry-Perot multilayer configuration, that is, a configuration in which a first stacked body 3a and a second stacked body 3b are stacked on a substrate 1 with a cavity layer 6 interposed therebetween. . Here, the first laminated body 3a and the second laminated body 3b have a configuration in which a plurality of first optical medium layers 4 and second optical medium layers 5 are alternately laminated.
[0004]
The first optical medium layer 4 is composed of a dielectric film (referred to as an L layer) having an optical film thickness of λ / 4. The second optical medium layer 5 has a higher refractive index than the first optical medium layer 4 and is composed of a dielectric film (referred to as an H layer) having an optical film thickness of λ / 4. The cavity layer is a layer at a predetermined position in the stacked body in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and the first optical medium having an optical film thickness of λ / 2. The medium layer 4 or the second optical medium layer 5 (here, constituted by the second optical medium layer 5 and referred to as a 2L layer). Note that λ is the design wavelength of the filter. That is, the Fabry-Perot multilayer filter 2 is n ₀ / (HL) ^N H / 2L / (HL) ^N H / ns configuration. N ₀ Is the refractive index in air, and ns is the refractive index of the substrate.
[0005]
Further, λ / 4 type alternating multilayer films in which H layers and L layers are alternately stacked and 2N layers (N is an integer of 1 or more) are stacked, that is, n ₀ / (LH) ^N / N _s The configuration is used for a broadband filter and an antireflection film.
[0006]
The transmission spectrum of the Fabry-Perot multilayer filter 2 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory view showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter.
[0007]
The simulation condition is that the design wavelength λ is 1550 nm, which is usually used in optical communication, the configuration of a Fabry-Perot multilayer filter is Ta ₂ O _Five (Refractive index: 2.15), SiO2 as L layer ₂ (Refractive index: 1.46), the number of layers of the first laminate 3a was 21, the number of layers of the second laminate 3b was 21, and the total number of layers including the cavity layer 6 was 43.
According to the transmission spectrum of FIG. 8, it can be seen that a very narrow transmission characteristic with a half width of about 0.2 nm can be obtained in the wavelength region of 1550 nm.
[0008]
FIG. 9 is an enlarged view of the transmission region of FIG. With reference to FIG. 9, the performance index in the transmission spectrum of the Fabry-Perot multilayer filter will be described. As a performance index, a transmission width at −0.5 dB, a crosstalk width at −25 dB, and a ripple at the top of the transmission spectrum are used.
[0009]
Currently, narrow band filters for optical multiplex communication have been developed that have a transmission width at −0.5 dB of 2 nm and a crosstalk width at −25 dB of about 4 to 8 nm.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional Fabry-Perot multilayer filter has the following problems.
The full width at half maximum in the transmission spectrum of FIG. 8 can be narrowed by increasing the number of optical medium layers constituting the laminate. However, the transmission characteristics required for optical multiplex communication are not sufficient if the half-width is narrow, and the lower part of the spectrum rises as steeply as possible in order to measure it clearly separated from the light of the adjacent wavelength, and The top of the spectrum must also be flat. In other words, the required transmission characteristics are characteristics such that the transmission width at −0.5 dB at the top of the spectrum and the crosstalk width at −25 dB match as much as possible, that is, ideally a rectangular shape. . The ripple needs to be 0.2 dB or less.
[0011]
The result of measuring the actual transmission spectrum will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter. The configuration of this Fabry-Perot multilayer filter is the same as the configuration shown in the simulation conditions of FIG. ₂ O _Five (Refractive index: 2.15), SiO2 as L layer ₂ (Refractive index: 1.46), the number of layers of the first laminate 3a is 21, the number of layers of the second laminate 3b is 21, and the total number of layers including the cavity layer 6 is 43.
[0012]
According to FIG. 10, the transmission width at −0.5 dB is 0.04 nm, the crosstalk width at −25 dB is 1.9 nm, and the transmission width at −0.5 dB is very narrow, but at −25 dB The crosstalk width of becomes very large. Therefore, it does not satisfy the transmission characteristics required in optical multiplex communication.
[0013]
When the number of optical medium layers constituting the laminated body is increased, that is, the layers of the first optical medium layer 4 and the second optical medium layer constituting the first laminated body 3a and the second laminated body 3b. When the number is increased, the transmission width at −0.5 dB is narrowed, but the crosstalk width at −25 dB is also narrowed, so the shape of the spectrum is hardly changed.
[0014]
In order to make the transmission spectrum close to a rectangular shape, a configuration in which Fabry-Perot multilayer filters are connected in series (referred to as a multi-cavity configuration) is used.
A multi-cavity multilayer filter is formed by forming an L layer between a plurality of Fabry-Perot multilayer filters. The structure and transmission spectrum of this multi-cavity multilayer filter will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional Fabry-Perot multilayer filter having a three-cavity configuration, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of the conventional Fabry-Perot multilayer filter having a three-cavity configuration. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter with a four-cavity configuration, and FIG. 14 shows a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter with a five-cavity configuration. It is explanatory drawing shown.
[0015]
As shown in FIG. 11, the three-cavity configuration is manufactured by connecting L layers in series between three Fabry-Perot multilayer filters (2a, 2b, 2c). Similarly, the 4-cavity configuration has an L layer sandwiched between four Fabry-Perot multilayer filters in series, and the 5-cavity configuration has an L layer sandwiched between five Fabry-Perot multilayer filters. Manufactured by connecting in series.
[0016]
In the case of the three-cavity configuration, the transmission width at −0.5 dB is 0.07 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.2 nm, and the ripple is 0.7 dB. Although the crosstalk width can be greatly reduced as compared with the case where the number of cavities is 1, the ripple becomes very large.
In the case of the 4-cavity configuration, the transmission width at −0.5 dB is 0.09 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.17 nm, and the ripple is 0.9 dB.
In the case of the 5-cavity configuration, the transmission width at −0.5 dB is 0.11 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.15 nm, and the ripple is 2.1 dB.
As shown in FIGS. 12, 13, and 14, the transmission spectrum approaches a rectangular shape as the number of connected multilayer filters is increased.
[0017]
Therefore, by increasing the number of cavities, the ratio between the transmittance and the crosstalk width can be made close to 1. That is, the transmission characteristics approach a rectangular shape. However, the ripple increases as the number of cavities increases.
[0018]
Further, adjustment of the number of optical medium layers (first optical medium layer 4 and second optical medium layer 5) in a simple laminated body (first laminated body 3a, first laminated body 3b) and a cavity layer. By adjusting the position of 6, the ripple cannot be reduced.
As light multiplexing further proceeds in the future, transmission characteristics of filters that are narrower by one digit or more are required. That is, a transmission spectrum of a filter having a transmission width at −0.5 dB of 0.1 nm or less, a crosstalk width at −25 dB of 0.2 nm or less, and a ripple of 0.2 dB or less is required.
[0019]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a Fabry-Perot type optical multilayer filter having a multi-cavity structure in which the shape of a transmission spectrum is adjusted and the transmission characteristics required in optical multiplex communication are satisfied.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the Fabry-Perot optical multilayer filter of the present invention has a refractive index higher than that of the second optical medium layer in at least one of the second optical medium layers between the cavity layers. The third optical medium layer is formed.
Further, the first optical medium layer, the second optical medium layer, and the third optical medium layer are films whose optical film thicknesses are λ / 4 with respect to the design wavelength λ, respectively. The cavity layer is formed with a thickness such that the optical thickness of the cavity layer is λ / 2 with respect to the design wavelength λ.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[0022]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration according to the first embodiment.
The multi-cavity optical multilayer filter according to the first embodiment includes a first Fabry-Perot multilayer filter 2a, a second Fabry-Perot multilayer filter 2b, and a third Fabry-Perot multilayer film on a substrate 1. The filter 2c has a three-cavity layer in which the first optical medium layer 4 is sandwiched.
[0023]
The first Fabry-Perot multilayer filter 2 a has a configuration in which a first laminated body 3 a and a second laminated body 3 b are laminated with a cavity layer 6 interposed therebetween. The second Fabry-Perot multilayer filter 2b has a configuration in which a third stacked body 3c and a fourth stacked body 3d are stacked with a cavity layer 6 interposed therebetween. The third Fabry-Perot multilayer filter 2c has a configuration in which a fifth stacked body 3e and a sixth stacked body 3f are stacked with the cavity layer 6 interposed therebetween.
[0024]
The first stacked body 3a has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer of the first stacked body 3 a are both formed by the second optical medium layer 5.
The second stacked body 3b has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first layer. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer of the second stacked body 3 b is formed by the third optical medium layer 7.
The third stacked body 3c has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. At least one layer of the second optical medium layers 5 is the first layer. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the lowermost layer of the third stacked body 3 c is formed by the third optical medium layer 7.
[0025]
The fourth stacked body 3d has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first layer. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the uppermost layer of the fourth stacked body 3 d is formed by the third optical medium layer 7.
The fifth stacked body 3e has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first optical medium layer 5 thereof. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the lowermost layer of the fifth stacked body 3 e is formed by the third optical medium layer 7.
The sixth stacked body 3f has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the sixth stacked body 3 f are both formed by the second optical medium layer 5.
[0026]
As described above, the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 1 has a configuration in which three Fabry-Perot multilayer filters are connected in series, and has three cavity layers. One Fabry-Perot multilayer filter is constituted by two laminated bodies, and those laminated bodies are constituted by 21 optical medium layers. Since a cavity layer is formed between the laminated bodies, the total number of layers of one Fabry-Perot multilayer filter is 43 layers. Further, the optical medium layer is sandwiched between the Fabry-Perot multilayer filters. Therefore, the total number of layers of the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 1 is 131 layers.
[0027]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, for example. The first optical medium layer 4 is a dielectric film such as SiO.sub.4 having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The second optical medium layer 5 is a dielectric film having a higher refractive index than that of the first optical medium layer 4, for example, Ta having a refractive index of 2.15. ₂ O _Five The optical film thickness is λ / 4. The third optical medium layer 7 is a dielectric film having a higher refractive index than that of the second optical medium layer 5, for example, TiO having a refractive index of 2.55. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The cavity layer 6 is an optical medium constituting the first optical medium layer 4 or the second optical medium layer 5, for example, SiO having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 2. Note that λ is the design wavelength of the filter.
[0028]
For example, when λ is 1550 nm, the film thickness of the first optical medium layer 4 is 265.4 nm, the film thickness of the second optical medium layer 5 is 180.2 nm, and the film thickness of the third optical medium layer 7. Is 152.0 nm, and the thickness of the cavity layer 6 is 530.8 nm.
[0029]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of the optical multilayer filter having a multi-cavity structure according to the first embodiment.
According to FIG. 2, the transmission width at −0.5 dB is 0.06 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.16 nm, and the ripple is 0.2 dB, which is compared with the filter characteristics of the conventional three-cavity configuration. The transmission characteristics are improved.
[0030]
In the first embodiment, the example in which two of the second optical medium layers 5 included in the stacked body sandwiched between the cavity layers 6 are formed by the third optical medium layer has been described. Even when one of the optical medium layers 5 is formed by the third optical medium layer 7, the ripple can be reduced.
[0031]
Further, the transmission spectrum varies greatly depending on the value of the refractive index of the third optical medium layer 7. Under the conditions described above, the ripple can be further reduced when the optical medium layer having the refractive index of the third optical medium layer 7 having a value in the vicinity of 2.55 is used. The ripple can be adjusted by appropriately selecting the third optical medium layer 7.
As described above, a plurality of stacked bodies in which the plurality of first optical medium layers 4 and the plurality of second optical medium layers 5 are alternately stacked are connected via the cavity layers, By forming at least one of the second optical medium layers 5 with the third optical medium layer 7, the ripple can be adjusted.
[0032]
In the first embodiment, the third optical medium layer 7 is disposed at substantially the center of the plurality of cavity layers 6 constituting the multi-cavity optical multilayer filter, but is formed at a position other than the center. In the same manner, the transmission characteristics are improved.
[0033]
In the first embodiment, SiO 1 having a refractive index of 1.46 is used as the first optical medium layer 4. ₂ The second optical medium layer 5 has a refractive index of 2.15 Ta ₂ O _Five TiO 2 having a refractive index of 2.55 as the third optical medium layer 7 ₂ SiO2 with a refractive index of 1.46 as a cavity layer ₂ Although the case of (2) has been described, the transmission spectrum can be improved by appropriately combining the optical medium layers in other combinations of optical medium layers.
[0034]
Next, a manufacturing method will be described. Since the transmission spectrum varies greatly depending on the value of the refractive index, it is necessary to precisely adjust the refractive index of the optical medium layer. When the optical medium layer is formed by vacuum deposition or magnetron sputtering, it is difficult to control the refractive index of the optical medium layer because many impurities are taken into the film. As a film forming method for controlling the refractive index of the optical medium layer, for example, there is a method of forming a film by a sputtering method using an electron cyclotron resonance (ECR) plasma. For example, Si is used as the target material, and Ar and O are used as the introduced gas. ₂ When a mixed gas of ₂ If the flow rate is sufficient, SiO ₂ And a refractive index of 1.46. O ₂ As the refractive index is decreased, the refractive index becomes higher, and finally, only Si is obtained and the refractive index becomes about 3.6. ₂ By controlling the flow rate, the refractive index can be controlled from about 1.46 to 3.6.
[0035]
Similarly, Ar and O are introduced as the introduced gas. ₂ And N ₂ Using a mixed gas of O ₂ And N ₂ When changing the flow rate ratio of SiO 2 _x N _y Where x and y are positive integers, and the refractive index is SiO ₂ 1.46 of Si _Three N _Four It is possible to control up to 1.95. Similarly, by using Ta as a target, Ta ₂ O _Five By using Ti as a target, TiO ₂ Can be formed. Therefore, it is possible to form a filter having excellent transmission characteristics by using the ECR sputtering method for the formation of the third optical medium layer that requires accurate control of the refractive index. Needless to say, it can also be used to form the first optical medium layer and the second optical medium layer.
[0036]
A sputtering method using an electron magnetron resonance (ECR) plasma is described in, for example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 23, No. 8, L534, 1984. A sputtering method using electron magnetron resonance (ECR) plasma is a film forming method for forming a compound thin film by reacting sputtered particles sputtered from a target material with reactive particles introduced as a gas and converted into plasma on a substrate. It is. Characteristically, plasma can be generated at a low gas pressure, so that impurities are not taken into the film, and a reactive thin film can be easily formed because a plasma stream with appropriate energy is irradiated onto the substrate during film formation. It is mentioned that the number of reactive particles can be controlled by the flow rate of the introduced gas, so that the stoichiometry of the compound thin film can be controlled. With the above features, the refractive index of the optical medium layer can be precisely controlled.
[0037]
Next, the multi-cavity optical multilayer filter according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in the second embodiment, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of the optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in the second embodiment. is there. The multi-cavity optical multilayer filter according to the second embodiment has a configuration in which four Fabry-Perot multilayer filters are connected in series, and has four cavity layers.
[0038]
The multi-cavity optical multilayer filter according to the second embodiment includes a first Fabry-Perot multilayer filter 2a, a second Fabry-Perot multilayer filter 2b, and a third Fabry-Perot multilayer film on a substrate 1. The filter 2c and the fourth Fabry-Perot multilayer filter 2d are stacked with the first optical medium layer 4 interposed therebetween, and further, a four-cavity layer is formed by stacking the first optical medium layer 4 on the top. is there.
[0039]
The first Fabry-Perot multilayer filter 2 a has a configuration in which a first laminated body 3 a and a second laminated body 3 b are laminated with a cavity layer 6 interposed therebetween. The second Fabry-Perot multilayer filter 2b has a configuration in which a third stacked body 3c and a fourth stacked body 3d are stacked with a cavity layer 6 interposed therebetween. The third Fabry-Perot multilayer filter 2c has a configuration in which a fifth stacked body 3e and a sixth stacked body 3f are stacked with the cavity layer 6 interposed therebetween. The fourth Fabry-Perot multilayer filter 2d has a configuration in which a seventh stacked body 3g and an eighth stacked body 3h are stacked with the cavity layer 6 interposed therebetween.
[0040]
The first stacked body 3a has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the first stacked body 3 a are both formed by the second optical medium layer 5.
The second stacked body 3b has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, for example, the uppermost layer and the lowermost layer of the second stacked body 3 b are both formed by the second optical medium layer 5.
The third stacked body 3c has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the third stacked body 3 c are both formed by the second optical medium layer 5.
The fourth stacked body 3d has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first layer. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the uppermost layer of the fourth stacked body 3 d is formed by the third optical medium layer 7.
[0041]
The fifth stacked body 3e has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first optical medium layer 5 thereof. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the lowermost layer of the fifth stacked body 3 e is formed by the third optical medium layer 7.
The sixth stacked body 3f has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the sixth stacked body 3 f are both formed by the second optical medium layer 5.
The seventh stacked body 3g has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the seventh stacked body 3g are both formed by the second optical medium layer 5.
The eighth stacked body 3h has a configuration in which the first optical medium layer 4 and the second optical medium layer 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the eighth stacked body 3 h are both formed by the second optical medium layer 5.
[0042]
As described above, one Fabry-Perot multilayer filter is composed of two stacked bodies, and these stacked bodies are composed of 21 optical medium layers. Since a cavity layer is formed between the laminated bodies, the total number of layers of one Fabry-Perot multilayer filter is 43 layers. The Fabry-Perot multilayer filters are connected with an optical medium layer interposed therebetween, and the optical medium layer is also formed on the uppermost layer. Therefore, the total number of layers of the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 2 is 176 layers.
[0043]
Similar to the first embodiment, the substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, for example. The first optical medium layer 4 is a dielectric film having a low refractive index, for example, SiO having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The second optical medium layer 5 is a dielectric film having a high refractive index, for example, Ta having a refractive index of 2.15. ₂ O _Five The optical film thickness is λ / 4. The third optical medium layer 7 is a dielectric film having a higher refractive index than that of the second optical medium layer 5, for example, TiO having a refractive index of 2.55. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The cavity layer 6 is an optical medium constituting the first optical medium layer 4 or the second optical medium layer 5, for example, SiO having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 2. Note that λ is the design wavelength of the filter.
[0044]
For example, when λ is 1550 nm, the film thickness of the first optical medium layer 4 is 265.4 nm, the film thickness of the second optical medium layer 5 is 180.2 nm, and the film thickness of the third optical medium layer 7. Is 152.0 nm, and the thickness of the cavity layer 6 is 530.8 nm.
[0045]
Next, the transmission spectrum of the multi-cavity optical multilayer filter according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
According to FIG. 4, the transmission width at −0.5 dB is 0.07 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.16 nm, and the ripple is 0.1 dB, which is compared with the filter characteristics of the conventional 4-cavity configuration. The characteristics are improved.
[0046]
In the second embodiment, the case where two of the second optical medium layers 5 included in the stacked body sandwiched between the cavity layers 6 are formed by the third optical medium layer 7 has been described. Even when one of the two optical medium layers 5 is formed by the third optical medium layer 7, the ripple can be reduced.
For example, in the case of the second embodiment, when one layer is formed by the third optical medium layer, the ripple is 0.3 dB.
[0047]
Further, the third optical medium layer 7 is replaced with the third optical medium layer (TiO 2 of the second embodiment). ₂ In the case of a dielectric film having a higher refractive index than (2), for example, an optical medium layer having a refractive index of 2.75, the ripple is 0.2 dB. Further, the third optical medium layer 7 is replaced with the third optical medium layer (TiO 2 of the second embodiment). ₂ When the dielectric film has a higher refractive index than that of (2), for example, an optical medium layer having a refractive index of 2.95, the ripple is 0.1 dB.
Therefore, when only one layer is formed by the third optical medium layer 7, an optical medium layer having a higher refractive index than that of the second embodiment is used as the third optical medium layer, so that the second embodiment The same effect can be obtained.
[0048]
Further, although the transmission spectrum varies greatly depending on the value of the refractive index of the third optical medium layer 7, in Embodiment 2, the refractive index of the third optical medium layer 7 has a value in the vicinity of 2.55. When the optical medium layer is used, the ripple can be further reduced. The ripple can be adjusted by appropriately selecting the third optical medium layer 7.
As described above, a plurality of stacked bodies in which the plurality of first optical medium layers 4 and the plurality of second optical medium layers 5 are alternately stacked are connected via the cavity layers, By forming at least one of the second optical medium layers 5 with the third optical medium layer 7, the ripple can be adjusted.
[0049]
In the second embodiment, the third optical medium layer 7 is arranged at substantially the center of the plurality of cavity layers 6 of the multi-cavity optical multilayer filter, but it may be formed at a position other than the center. Similarly, the improvement effect which makes a ripple small is seen.
[0050]
In the second embodiment, SiO 1 having a refractive index of 1.46 is used as the first optical medium layer 4. ₂ The second optical medium layer 5 has a refractive index of 2.15 Ta ₂ O _Five TiO 2 having a refractive index of 2.55 as the third optical medium layer 7 ₂ SiO2 with a refractive index of 1.46 as a cavity layer ₂ However, even in the combination of other optical medium layers, the transmission spectrum can be improved by appropriately combining the optical medium layers.
[0051]
As for the manufacturing method, as in the first embodiment, excellent transmission can be achieved by using the ECR sputtering method for the formation of the third optical medium layer that requires the accurate control of the refractive index. It is possible to form a filter having characteristics. Needless to say, it can also be used to form the first optical medium layer and the second optical medium layer.
[0052]
Next, the multi-cavity optical multilayer filter according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 3, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing the simulation results of the transmission spectrum of the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 3. is there. The multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 3 has a configuration in which five Fabry-Perot multilayer filters are connected in series, and has five cavity layers.
[0053]
The multi-cavity optical multilayer filter according to the third embodiment includes a first Fabry-Perot multilayer filter 2a, a second Fabry-Perot multilayer filter 2b, and a third Fabry-Perot multilayer film on a substrate 1. A filter 2c, a fourth Fabry-Perot multilayer filter 2d, and a fifth Fabry-Perot multilayer filter 2e are stacked with the first optical medium layer 4 interposed therebetween, and the first optical medium layer 4 is further formed on the uppermost part. It is the structure which has 5 cavity layers which laminated | stacked.
[0054]
The first Fabry-Perot multilayer filter 2 a has a configuration in which a first laminated body 3 a and a second laminated body 3 b are laminated with a cavity layer 6 interposed therebetween. The second Fabry-Perot multilayer filter 2b has a configuration in which a third stacked body 3c and a fourth stacked body 3d are stacked with a cavity layer 6 interposed therebetween. The third Fabry-Perot multilayer filter 2c has a configuration in which a fifth stacked body 3e and a sixth stacked body 3f are stacked with the cavity layer 6 interposed therebetween. The fourth Fabry-Perot multilayer filter 2d has a configuration in which a seventh stacked body 3g and an eighth stacked body 3h are stacked with the cavity layer 6 interposed therebetween. The fifth Fabry-Perot multilayer filter 2e has a configuration in which a ninth stacked body 3i and a tenth stacked body 3j are stacked with a cavity layer 6 interposed therebetween.
[0055]
The first stacked body 3a has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the first stacked body 3 a are both formed by the second optical medium layer 5.
The second stacked body 3b has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, for example, the uppermost layer and the lowermost layer of the second stacked body 3 b are both formed by the second optical medium layer 5.
The third stacked body 3c has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the third stacked body 3 c are both formed by the second optical medium layer 5.
The fourth stacked body 3d has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the first layer. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the uppermost layer of the fourth stacked body 3 d is formed by the third optical medium layer 7.
The fifth stacked body 3e has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one layer of the second optical medium layers 5 is the The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the second optical medium layer 5. For example, when 21 layers are stacked, for example, the lowermost layer of the fifth stacked body 3 e is formed by the third optical medium layer 7.
[0056]
The sixth stacked body 3f has a configuration in which the first optical medium layers 4 and the second optical medium layers 5 are alternately stacked, and at least one of the second optical medium layers 5 is the first optical medium layer 5. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the first optical medium layer 4. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer of the sixth stacked body 3 f is formed by the third optical medium layer 7.
The seventh stacked body 3g has a configuration in which the first optical medium layer 4 and the second optical medium layer 5 are alternately stacked. At least one layer of the first optical medium layer 4 is the first optical medium layer 4. The third optical medium layer 7 has a higher refractive index than the first optical medium layer 4. For example, when 21 layers are stacked, the lowermost layer of the seventh stacked body 3g is formed by the third optical medium layer 7, for example.
The eighth stacked body 3h has a configuration in which the first optical medium layer 4 and the second optical medium layer 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the eighth stacked body 3 h are both formed by the second optical medium layer 5.
The ninth stacked body 3i has a configuration in which the first optical medium layer 4 and the second optical medium layer 5 are alternately stacked. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the ninth stacked body 3 i are both formed by the second optical medium layer 5.
The 10th laminated body 3j has the structure which laminated | stacked the 1st optical medium layer 4 and the 2nd optical medium layer 5 by turns. For example, when 21 layers are stacked, the uppermost layer and the lowermost layer, for example, of the tenth stacked body 3j are both formed by the second optical medium layer 5.
[0057]
As described above, one Fabry-Perot multilayer filter is composed of two stacked bodies, and these stacked bodies are composed of 21 optical medium layers. Since a cavity layer is formed between the laminated bodies, the total number of layers of one Fabry-Perot multilayer filter is 43 layers. The Fabry-Perot multilayer filters are connected with an optical medium layer interposed therebetween, and the optical medium layer is also formed on the uppermost layer. Therefore, the total number of layers in the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 3 is 220 layers.
[0058]
Similar to the first embodiment, the substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, for example. The first optical medium layer 4 is a dielectric film having a low refractive index, for example, SiO having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The second optical medium layer 5 is a dielectric film having a high refractive index, for example, Ta having a refractive index of 2.15. ₂ O _Five The optical film thickness is λ / 4. The third optical medium layer 7 is a dielectric film having a higher refractive index than that of the second optical medium layer 5, for example, TiO having a refractive index of 2.55. ₂ The optical film thickness is λ / 4. The cavity layer 6 is an optical medium constituting the first optical medium layer 4 or the second optical medium layer 5, for example, SiO having a refractive index of 1.46. ₂ The optical film thickness is λ / 2. Note that λ is the design wavelength of the filter.
[0059]
For example, when λ is 1550 nm, the film thickness of the first optical medium layer 4 is 265.2 nm, the film thickness of the second optical medium layer 5 is 180.2 nm, and the film thickness of the third optical medium layer 7. Is 152.0 nm, and the thickness of the cavity layer 6 is 530.8 nm.
[0060]
Next, the transmission spectrum of the multi-cavity optical multilayer filter according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
According to FIG. 6, the transmission width at −0.5 dB is 0.08 nm, the crosstalk width at −25 dB is 0.13 nm, and the ripple is 0.2 dB. Compared with the filter characteristics of the conventional 5-cavity configuration. The characteristics are improved.
[0061]
In the third embodiment, the example in which two of the second optical medium layers 5 included in the stacked body sandwiched between the cavity layers 6 are formed by the third optical medium layer has been described. Ripple can be reduced even when one of the second optical medium layers 5 is formed by the third optical medium layer 7.
[0062]
Further, although the transmission spectrum varies greatly depending on the value of the refractive index of the third optical medium layer 7, in Embodiment 3, the refractive index of the third optical medium layer 7 has a value in the vicinity of 2.55. When the optical medium layer is used, the ripple can be further reduced. The ripple can be adjusted by appropriately selecting the third optical medium layer 7.
[0063]
As described above, a plurality of stacked bodies in which the plurality of first optical medium layers 4 and the plurality of second optical medium layers 5 are alternately stacked are connected via the cavity layers, By forming at least one of the second optical medium layers 5 with the third optical medium layer 7, the ripple can be adjusted.
[0064]
In the third embodiment, the third optical medium layer 7 is disposed at substantially the center of the plurality of cavity layers 6 of the multi-cavity optical multilayer filter. However, even when the third optical medium layer 7 is formed at a position other than the center. Similarly, the improvement effect which makes a ripple small is seen.
[0065]
In the third embodiment, SiO 1 having a refractive index of 1.46 is used as the first optical medium layer 4. ₂ The second optical medium layer 5 has a refractive index of 2.15 Ta ₂ O _Five TiO 2 having a refractive index of 2.55 as the third optical medium layer 7 ₂ SiO2 with a refractive index of 1.46 as a cavity layer ₂ However, even in the combination of other optical medium layers, the transmission spectrum can be improved by appropriately combining the optical medium layers.
[0066]
As for the manufacturing method, as in the first embodiment, excellent transmission can be achieved by using the ECR sputtering method for the formation of the third optical medium layer that requires the accurate control of the refractive index. It is possible to form a filter having characteristics. Needless to say, it can also be used to form the first optical medium layer and the second optical medium layer.
[0067]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to satisfy the transmission characteristics required in optical multiplex communication by adjusting the shape of the transmission spectrum and flattening without ripples.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in a first embodiment.
2 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in a second embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing a simulation result of a transmission spectrum of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in a third embodiment.
6 is an explanatory view showing a simulation result of a transmission spectrum of an optical multilayer film filter having a multi-cavity configuration in Embodiment 3. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional Fabry-Perot multilayer filter.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter.
FIG. 9 is an enlarged view of the transmission region in FIG. 8; .
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional Fabry-Perot multilayer filter having a three-cavity configuration.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter having a three-cavity configuration.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter having a four-cavity configuration.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a simulation result of a transmission spectrum of a conventional Fabry-Perot multilayer filter having a five-cavity configuration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Fabry-Perot multilayer filter, 2a ... First Fabry-Perot multilayer filter, 2b ... Second Fabry-Perot multilayer filter, 2c ... Third Fabry-Perot multilayer filter, 2d ... 4th Fabry-Perot multilayer filter, 2e ... 5th Fabry-Perot multilayer filter, 3a ... first laminate, 3b ... second laminate, 3c ... third laminate, 3d ... first 4 laminated body, 3e ... 5th laminated body, 3f ... 6th laminated body, 3g ... 7th laminated body, 3h ... 8th laminated body, 3i ... 9th laminated body, 3j ... 10th laminated body. Laminated body, 4 ... first optical medium layer, 5 ... second optical medium layer, 6 ... cavity layer, 7 ... third optical medium layer.

Claims

A plurality of first optical medium layers made of a first optical medium and a plurality of second optical medium layers made of a second optical medium having a refractive index higher than that of the first optical medium layer are alternately laminated. In a Fabry-Perot type optical multilayer filter having a multi-cavity configuration in which a plurality of stacked bodies are connected via a cavity layer composed of the first optical medium layer or the second optical medium layer,
A Fabry-Perot characterized in that at least one of the second optical medium layers between the cavity layers is formed by a third optical medium layer having a refractive index higher than that of the second optical medium layer. Type optical multilayer filter.

The Fabry-Perot optical multilayer filter according to claim 1,
The optical film thicknesses of the first optical medium layer, the second optical medium layer, and the third optical medium layer are respectively set to λ / 4 with respect to the design wavelength λ. Formed with a film thickness,
A Fabry-Perot type optical multilayer filter, wherein the cavity layer is formed with a film thickness such that the optical film thickness of the cavity layer is λ / 2 with respect to a design wavelength λ.