JP4223873B2 - Wavelength tunable optical filter and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスクの全周にわたって広い範囲で透過中心波長が可変であるディスク型の波長可変光フィルタ及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バンドパス型やエタロン型の一般的なディスク型の波長可変光フィルタの概略構造を図９に基づいて説明する。
【０００３】
図９に示すように、従来の波長可変光フィルタ１００は、円板型をなす透明な基板１０１と、誘電体の薄膜を多層に重ねて基板１０１上に形成された高反射率を有する下部ミラー層１０２と、下部ミラー層１０２上に形成されて光学的に透明であると共に周方向に厚さの異なる傾斜したスペーサ層１０３と、誘電体の薄膜を多層に重ねてスペーサ層１０３上に形成された高反射率を有する上部ミラー層１０４とを備えている。
【０００４】
このような波長可変光フィルタ１００は、スペーサ層１０３の屈折率をｎs とすると、図１０に示すように、基板１０１上に下部ミラー層１０２を形成したら（図１０（ａ）参照）、均一な厚さλ1／２ｎs を有する下部スペーサ部１０３ａを形成した後（図１０（ｂ）参照）、周方向の厚さを徐々に変化させて傾斜させた上部スペーサ部１０３ｃを下部スペーサ部１０３ａ上に形成することで、最大厚さがλ2／２ｎs となるスペーサ層１０３を形成してから（図１０（ｃ）参照）、上部ミラー層１０４を形成することにより（図１０（ｄ）参照）、作製される。
【０００５】
このような波長可変光フィルタ１００においては、スペーサ層１０３の厚さが周方向に変化し、透過する光の中心波長（λ＝２ｔ）が周方向で異なるので、任意の厚さの位置に光を照射することにより、対応する波長の光のみを選択的に透過させることができる。
【０００６】
ところで、上述の波長可変光フィルタ１００においては、厚さが周方向に変化するスペーサ層１０３の作製が極めて重要であり、現在までに種々検討されている。
【０００７】
例えば、下記の特許文献１では、図１１に示すように、均一な厚さを有する下部スペーサ部１０３ａを形成したら、下部スペーサ部１０３ａ上に半円型の金属製の可動マスク２１１を配設し（図１１（ａ）参照）、材料の堆積を引き続いて行いながら当該マスク２１１を周方向にゆっくりとなめらかに半周分回転させ（図１１（ｂ）〜（ｄ）参照）、下部スペーサ部１０３ａ上の開放時間、すなわち、下部スペーサ部１０３ａ上への材料の堆積時間を周方向に変化させることにより、図１２に示すように、周方向に厚さを変化させた上部スペーサ部１１３ｃを下部スペーサ部１０３ａ上に形成して傾斜したスペーサ層１１３を作製することを提案している。
【０００８】
ここで、必要とする可変波長範囲をλ1〜λ2（ｎｍ）、材料の堆積速度をａ（ｎｍ／分）とすると、上部スペーサ部１１３ｃの形成に必要な堆積時間Ｔ（分）を下記の式（１）で表わすことができるので、上記可動マスク２１１を１８０／Ｔ（度／分）の回転速度で等速に回転させることにより、上記可変波長範囲λ1〜λ2（ｎｍ）を有する波長可変光フィルタを得ることができる。
【０００９】
Ｔ＝（λ2−λ1）／２ｎs ａ （１）
【００１０】
このようにして作製される波長可変光フィルタは、図１２に示したように、スペーサ層１１３の最小厚さλ1／２ｎs の箇所と最大厚さλ2／２ｎs の箇所とを結ぶ線を中心として線対称形状をなし、図１３に示すように、横軸に周方向の位置を示し、縦軸に厚さを示すグラフで表わすと、ちょうど二等辺三角形状となる。
【００１１】
また、下記の特許文献２では、図１４に示すように、均一な厚さを有する下部スペーサ部１０３ａを形成したら、下部スペーサ部１０３ａ上の全体を覆うように扇状（１／４円型）の金属製の可動マスク２２１〜２２４を配設し（図１４（ａ）参照）、材料の堆積を引き続いて行いながら可動マスク２２１〜２２３を可動マスク２２４上に重ねるように順次なめらかに回転移動させて、下部スペーサ部１０３ａ上の３／４を開放していき（図１４（ｂ）〜（ｅ）参照）、下部スペーサ部１０３ａ上の開放時間、すなわち、下部スペーサ部１０３ａ上への材料の堆積時間を周方向に変化させることにより、図１５に示すように、周方向に厚さを変化させた上部スペーサ部１２３ｃを下部スペーサ部１０３ａ上に形成して傾斜したスペーサ層１２３を作製することを提案している。
【００１２】
ここで、必要とする可変波長範囲をλ1〜λ2（ｎｍ）、材料の堆積速度をａ（ｎｍ／分）とすると、上部スペーサ部１２３ｃの形成に必要な堆積時間Ｔ（分）を上記式（１）で表わすことができるので、上記可動マスク２２１〜２２３を２７０／Ｔ（度／分）の回転速度で等速に上述したように順次回転移動させることにより、上記可変波長範囲λ1〜λ2（ｎｍ）を有する波長可変光フィルタを得ることができる。
【００１３】
このようにして作製される波長可変光フィルタは、図１５、１６に示すように、スペーサ層１２３の厚さが、円周方向の３／４において、直線的に変化し、円周方向の残りの１／４において、前記マスク２２４が常に存在することから、材料が新たに堆積せずにそのままの厚さとなる。
【００１４】
また、下記の特許文献３では、図１７に示すように、均一な厚さを有する下部スペーサ部１０３ａを形成したら、径方向にスリット２３１ａを有する円板型の金属製の可動マスク２３１を下部スペーサ部１０３ａ上に配設し、材料の堆積を引き続いて行いながら可動マスク２３１を周方向に回転させて、上記スリット２３１ａを介した下部スペーサ部１０３ａ上の開放時間、すなわち、上記スリット２３１ａを介した下部スペーサ部１０３ａ上への材料の堆積時間を周方向に変化させることにより、図１８に示すように、周方向に厚さを変化させた上部スペーサ部１３３ｃを下部スペーサ部１０３ａ上に形成して傾斜したスペーサ層１３３を作製することを提案している。
【００１５】
ここで、上記可動マスク２３１の回転速度を変化させると、上部スペーサ部１３３ｃの厚さを変化させることができることから、例えば、図１９に示すように、上記可動マスク２３１の回転角度（回転位置）に対して逆関数の関係を有するように当該可動マスク２３１の回転速度を設定すれば、上部スペーサ部１３３ｃの円周方向の厚さを直線的（一次関数状）に変化させることができるので、図１８に示したように、円周方向の厚さが直線的（一次関数状）に変化する傾斜したスペーサ層１３３を形成することができる。
【００１６】
このような特許文献３に記載された方法によれば、前記可動マスク２３１のスリット２３１ａの幅（周方向の長さ）を狭くすることにより、円周方向の厚さが直線的（一次関数状）に変化する傾斜したスペーサ層１３３をほとんど周方向全長にわたって形成することができる。
【００１７】
【特許文献１】
米国特許第３４４２５７２号明細書
【特許文献２】
特開２０００−０３９５１４号公報
【特許文献３】
特開２０００−１３７１１４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、波長可変光フィルタにおいて求められる性能の一つとして波長可変範囲が挙げられ、一般的に、この範囲が広ければ広いほど望ましい。ディスク型の波長可変光フィルタ１００の場合、スペ−サ層１０３の傾斜角度を一定とすれば、波長可変範囲を円周方向の長さに比例させることができるので、できるだけ円周方向全長にわたって傾斜したスペーサ層１０３を形成することが求められている。しかしながら、前述したような特許文献１〜３に記載されたものにおいては、以下のような問題があった。
【００１９】
（１）特許文献１に記載された波長可変光フィルタにおいては、図１２に示したように、スペーサ層１１３の最小厚さλ1／２ｎs の箇所と最大厚さλ2／２ｎs の箇所とを結ぶ線を中心として線対称形状をなしているので、スペーサ層１１３の有効な厚さが実質的に周方向の半分の範囲だけとなってしまい、無駄を生じてしまう。
【００２０】
（２）特許文献２に記載された波長可変光フィルタにおいては、図１５に示したように、スペーサ層１２３の円周方向の１／４の厚さが均一となってしまうので、特許文献１に記載された波長可変光フィルタと同様に無駄を生じてしまう。このため、可動マスクの形状を１／４円型から１／８円型等のようにさらに小さくすることにより、マスクが常に存在する範囲をできるだけ小さくすることが考えられるが、これに対応して可動マスクの数を増やさなければならないため、装置機構が複雑になってしまう。
【００２１】
（３）特許文献３に記載された波長可変光フィルタにおいては、前記可動マスク２３１のスリット２３１ａの幅（周方向の長さ）を狭くすることにより、傾斜したスペーサ層１３３をほとんど周方向全長にわたって形成することができるものの、ｉ）可動マスク２３１で覆う面積が非常に大きくなるため、スペーサ層１３３の形成に多大な時間を要してしまう、ii）マスキングで使用されない材料が多く非常に無駄を生じやすい、iii)可動マスク２３１の回転角度（回転位置）に対して逆関数の関係を有するように当該可動マスク２３１を回転制御する必要があるので、駆動制御機構が複雑になってしまう、という問題がある。
【００２２】
本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、傾斜したスペーサ層をほとんど周方向全長にわたって形成することが、低コストで簡単に実施できるディスク型の波長可変光フィルタ及びその作製方法を提供することを目的とする。
【００２３】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明は、円板型をなす透明な基板と、前記基板上に形成された高反射率を有する下部ミラー層と、前記下部ミラー層上に形成されて光学的に透明であると共に周方向に厚さの異なる傾斜したスペーサ層と、前記スペーサ層上に形成された高反射率を有する上部ミラー層とを備えてなるディスク型の波長可変光フィルタにおいて、前記スペーサ層が、前記下部ミラー層上に周方向にわたって形成されて、均一の厚さを有する下部スペーサ部と、前記下部スペーサ部上の周方向半分に形成されて、均一の厚さを有する中間スペーサ部と、前記下部スペーサ部上の周方向残りの半分に形成されて、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第一の上部スペーサ部と、前記中間スペーサ部上に周方向にわたって形成されて、前記第一の上部スペーサ部の周方向両端側との間に段差を生じるように、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第二の上部スペーサ部とを備えてなることを特徴とする波長可変光フィルタである。
【００２４】
第二番目の発明は、第一番目の発明において、前記第一の上部スペーサ部の最大厚さを有する端部が、前記中間スペーサ部の上面と同一の高さ位置、又は、前記中間スペーサ部の上面よりも上方の位置に位置していることを特徴とする波長可変光フィルタである。
【００２５】
第三番目の発明は、第一番目又は第二番目の発明の波長可変光フィルタの作製方法であって、前記基板上に前記下部ミラー層を形成する下部ミラー層形成工程と、前記下部ミラー層上に前記スペーサ層の材料を堆積させて前記下部スペーサ部を形成する下部スペーサ部形成工程と、前記下部スペーサ部上の前記残りの半分をマスキングして前記スペーサ層の材料を当該下部スペーサ部上に堆積させることにより、当該下部スペーサ部の前記半分に前記中間スペーサ部を形成する中間スペーサ部形成工程と、前記下部スペーサ部上の前記残りの半分の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように当該残りの半分のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させると共に、前記中間スペーサ部上の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように当該中間スペーサ部上のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させながら、前記スペーサ層の材料を当該下部スペーサ部上及び当該中間スペーサ部上に堆積させることにより、当該下部スペーサ部上の当該残りの半分に前記第一の上部スペーサ部を形成すると共に、当該中間スペーサ部上に前記第二の上部スペーサ部を形成する上部スペーサ部形成工程と、前記第一の上部スペーサ部上及び前記第二の上部スペーサ部上に前記上部ミラー層を形成する上部ミラー層形成工程とを行うことを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法である。
【００２６】
第四番目の発明は、第三番目の発明において、前記中間スペーサ部形成工程及び前記上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な半円型の可動マスクを用いることを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法である。
【００２７】
第四番目の発明は、第三番目の発明において、前記中間スペーサ部形成工程のマスキングに、前記中間スペーサ部の形成後に除去可能なフォトレジストを用いる一方、前記上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な半円型の可動マスクを用いることを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る波長可変光フィルタ及びその作製方法の実施の形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第一番目の実施の形態］
本発明に係る波長可変光フィルタ及びその作製方法の第一番目の実施の形態を図１〜５に基づいて説明する。図１は、波長可変光フィルタの概略構成図、図２は、波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフ、図３は、波長可変光フィルタの作製方法の手順説明図、図４は、波長可変光フィルタ装置の概略構成図、図５は、波長可変光フィルタの作製方法の他の例の手順説明図である。
【００３０】
本実施の形態に係る波長可変光フィルタは、図１に示すように、円板型をなす透明な基板１１と、誘電体の薄膜を多層に重ねて基板１１上に形成された高反射率を有する下部ミラー層１２と、下部ミラー層１２上に形成されて光学的に透明であると共に周方向に厚さの異なる傾斜したスペーサ層１３と、誘電体の薄膜を多層に重ねてスペーサ層１３上に形成された高反射率を有する上部ミラー層１４とを備えてなるディスク型の波長可変光フィルタ１０において、前記スペーサ層１３が、下部ミラー層１２上に周方向全長にわたって形成されて、均一の厚さを有する下部スペーサ部１３ａと、下部スペーサ部１３ａ上の周方向にわたる一部分に形成されて、均一の厚さを有する中間スペーサ部１３ｂと、下部スペーサ部１３ａ上の周方向にわたる他の部分に形成されて、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第一の上部スペーサ部１３ｃと、中間スペーサ部１３ｂ上に周方向全長にわたって形成されて、第一の上部スペーサ部１３ｃの周方向両端側との間に段差を生じるように、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第二の上部スペーサ部１３ｄとを備えてなり、第一の上部スペーサ部１３ｃの最大厚さを有する端部が、中間スペーサ部１３ｂの上面と同一の高さ位置に位置しているものである。
【００３１】
このような構造をなす波長可変光フィルタ１０は、図３に示すように、基板１１上に下部ミラー層１２を形成し（下部ミラー層形成工程）、下部ミラー層１２上にスペーサ層１３の材料を堆積させて下部スペーサ部１３ａを形成した後（下部スペーサ部形成工程）、半円型の金属製の可動マスク２１１により、下部スペーサ部１３ａ上の前記他の部分をマスキングしてスペーサ層１３の材料を当該下部スペーサ部１３ａ上に堆積させることにより、当該下部スペーサ部１３ａの前記一部分に中間スペーサ部１３ｂを形成したら（中間スペーサ部形成工程）（以上、図３（ａ）参照）、下部スペーサ部１３ａ上の前記他の部分の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように当該他の部分のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させると共に、中間スペーサ部１３ｂ上の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように中間スペーサ部１３ｂ上のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させる、すなわち、前記可動マスク２１１を周方向にゆっくりとなめらかに半周分回転させながら、スペーサ層１３の材料を下部スペーサ部１３ａ上及び中間スペーサ部１３ｂ上に堆積させることにより、下部スペーサ部１３ａ上の当該他の部分に第一の上部スペーサ部１３ｃを形成すると共に、中間スペーサ部１３ｂ上に第二の上部スペーサ部１３ｄを形成した後（上部スペーサ部形成工程）（以上、図３（ｂ），（ｃ）参照）、前記可動マスク２１１を取り外して、第一の上部スペーサ部１３ｃ上及び第二の上部スペーサ部１３ｄ上に上部ミラー層１４を形成することにより（上部ミラー層形成工程）（以上、図３（ｄ）参照）、作製することができる。
【００３２】
ここで、目標とする波長可変範囲をλ1〜λ2とし、λ1とλ2との中間値をλ3とし、前記スペーサ層１３の屈折率をｎs とし、材料の堆積速度をａ（ｎｍ／分）として、上記スペーサ層１３の作製方法をより具体的に説明する。
【００３３】
半円型の金属製の可動マスク２１１により、下部スペーサ部１３ａ上の周方向半分（他の部分）を覆い、残りの周方向半分（一部分）に膜厚λ3／２ｎs になるまでスペーサ層１３の材料を均一に堆積することにより、下部スペーサ部１３ａ上に段違いの中間スペーサ部１３ｂを作製する（図３（ａ））。その後、可動マスク２１１を１８０×２ｎs ａ／（λ3−λ1）［度／分］の定回転速度で一方向に１８０度まで回転させながらスペーサ層１３の材料を堆積させることにより、下部スペーサ部１３ａ上に第一の上部スペーサ部１３ｃを形成すると共に、中間スペーサ部１３ｂ上に第二の上部スペーサ部１３ｄを形成する（図３（ｂ），（ｃ））。
【００３４】
つまり、本実施の形態においては、図１，２からわかるように、基板１１の周方向半分（一部分）に均一膜厚の下部スペーサ部１３ａ及び中間スペーサ部１３ｂを形成して膜厚λ3／２ｎs とする一方、基板１１の周方向残りの半分（他の部分）に均一膜厚の下部スペーサ部１３ａのみを形成して膜厚λ1／２ｎs とすることで、段違いの均一膜厚部分を形成し、この段違いの均一膜厚部分に、傾斜の厚み差が最大で（λ2−λ3）／２ｎs ＝（λ3−λ1）／２ｎs となる傾斜した上部スペーサ部１３ｃ，１３ｄを形成することにより、基板１１の周方向半分（他の部分）で膜厚がλ1／２ｎs とλ3／２ｎs との間で変化し、基板１１の周方向残りの半分（一部分）で膜厚がλ3／２ｎs とλ2／２ｎs との間で変化するスペーサ層１３を形成するようにしたのである。
【００３５】
このため、スペーサ層１３の膜厚を周方向全長にわたって異ならせることが可能となり、波長可変範囲を拡大することが可能となる。また、可動マスク２１１を定速回転制御させるだけで上記スペーサ層１３を作製することができるので、簡単な装置構成で作製することができ、複雑な装置が不要となる。
【００３６】
したがって、本実施の形態によれば、傾斜したスペーサ層１３をほとんど周方向全長にわたって形成することが、低コストで簡単に実現できる。
【００３７】
また、一般に、光フィルタの薄膜は真空プロセスにより作製されるが、上述したような作製方法においては、段違いの前記スペーサ部１３ａ，１３ｂを形成した後、大気に戻す必要なくそのまま前記上部スペーサ部１３ｃ，１３ｄの作製に連続して移行することができるという利点がある。
【００３８】
なお、上述したようにして作製された波長可変光フィルタ１０は、図４に示すような波長可変光フィルタ装置として用いられる。この装置は、前記波長可変光フィルタ１０と、このフィルタ１０を回転させるモータ１と、フィルタ１０の回転位置を検出するロータリエンコーダやパルスモータのパルス検出センサ等のような位置センサ２と、フィルタ１０の円板面に対して光を垂直に入射させるコリメータ３とを備えている。
【００３９】
このような波長可変光フィルタ装置においては、フィルタ１０の周方向の位置とコリメータ３からの出射光の透過波長との関係がユニークに決まることから、当該関係を予め調べて記憶させておき、必要とする波長が設定されると、記憶された上記関係に基づいて、当該波長を選択して透過させるフィルタ１０の周方向の位置をコリメータ３部分に位置させるように、位置センサ２でフィルタ１０の周方向の位置を確認しながらモータ１を回転駆動させることにより、目的とする波長の光を選択して得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、中間スペーサ部形成工程及び上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な可動マスク２１１を用いたが、例えば、中間スペーサ部形成工程のマスキングに、中間スペーサ部１３ｂの形成後に除去可能なフォトレジストを用い、上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な可動マスク２１１を用いるようにすることも可能である。
【００４１】
具体的には、上述と同様に、目標とする波長可変範囲をλ1〜λ2とし、λ1とλ2との中間値をλ3とし、前記スペーサ層１３の屈折率をｎs とし、材料の堆積速度をａ（ｎｍ／分）とした場合、図５に示すように、下部スペーサ部１３ａ上の周方向半分（他の部分）をフォトレジスト２４１で覆い、残りの周方向半分（一部分）に膜厚λ3／２ｎs になるまでスペーサ層１３の材料を均一に堆積させる（図５（ａ））。その後、フォトレジスト２４１のみを溶剤等の除去剤を用いて除去することにより、下部スペーサ部１３ａ上に段違いの中間スペーサ部１３ｂを作製する（図５（ｂ））。次に、中間スペーサ部１３ｂ上に可動マスク２１１を配設し（図５（ｃ））、以下、上述と同様にして、１８０×２ｎs ａ／（λ3−λ1）［度／分］の定回転速度で一方向に１８０度まで回転させながらスペーサ層１３の材料を堆積させることにより、下部スペーサ部１３ａ上に第一の上部スペーサ部１３ｃを形成すると共に、中間スペーサ部１３ｂ上に第二の上部スペーサ部１３ｄを形成する（図５（ｄ））。最後に、前記可動マスク２１１を取り外して、第一の上部スペーサ部１３ｃ上及び第二の上部スペーサ部１３ｄ上に上部ミラー層１４を形成する（図５（ｅ））。
【００４２】
このようなフォトレジスト２４１を用いた場合には、下部スペーサ部１３ａに対してフォトレジスト２４１を密着させて中間スペーサ部１３ｂを形成するので、上述した場合と比べて、これらスペーサ部１３ａ，１３ｂの形状精度や均一性等をより精度よく実現することが可能となる。
【００４３】
［第二番目の実施の形態］
本発明に係る波長可変光フィルタ及びその作製方法の第二番目の実施の形態を図６〜８に基づいて説明する。図６は、波長可変光フィルタの概略構成図、図７は、波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフ、図８は、波長可変光フィルタの作用説明図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４４】
図６に示すように、本実施の形態に係る波長可変光フィルタ２０は、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、スペーサ層２３が、下部スペーサ部１３ａと、中間スペーサ部２３ｂと、第一の上部スペーサ部１３ｃと、第二の上部スペーサ部１３ｄとを備えるものの、前述した第一番目の実施の形態の場合と異なり、第一の上部スペーサ部１３ｃの最大厚さを有する端部が、中間スペーサ部２３ｂの上面よりも上方の位置に位置している、すなわち、図７に示すように、スペーサ層２３が一部重複（オーバラップ）する厚さを有しているものである。
【００４５】
このような構造をなす波長可変光フィルタ２０は、基本的には、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にして作製されるが、中間スペーサ部形成工程において、中間スペーサ部２３ｂの膜厚をΔλ／２ｎs だけ小さく（オフセット）するようにスペーサ層２３の材料の堆積時間を早めに切り上げることにより、作製することができる。
【００４６】
このような本実施の形態に係る波長可変光フィルタ２０の特有の作用効果を前述した第一番目の実施の形態に係る波長可変光フィルタ１０と対比して以下に説明する。
【００４７】
波長のオーバラップ分をΔλとし、周方向の段差により、透過波長の関係が不連続となってしまう波長λ3近傍において、波長λ3を前後する波長λaから波長λbへのわずかな変化（＜Δλ）が要求されたとする。前記波長可変光フィルタ１０においては、図８（ａ）に示すように、波長λa、λbに対応する箇所は一つしかないので、位置ａから位置ｂに回転する必要がある。このとき、前記波長可変光フィルタ１０は、回転方向に関係なく、透過波長の飛躍なしに波長λaから波長λbに到達することができない。
【００４８】
これに対し、波長可変光フィルタ２０においては、図８（ｂ）に示すように、波長λbに対応する位置が位置ｂ1及び位置ｂ2の二箇所存在するので、位置ａの近傍の位置ｂ1への移動により、波長λaから波長λbへ透過波長を連続的に変化させることができる。
【００４９】
このように、オーバラップがない場合には、最悪の場合（透過波長がλ3の場合）、要求された波長がほんのわずかに変わっただけでも、位置の移動に伴う大きな波長の飛躍が瞬時的に生じてしまう可能性があるものの、Δλのオーバラップを形成しておけば、最悪の場合（透過波長がλ3−Δλ／２ｎs の場合）でもΔλ／２ｎs の範囲で連続的な波長変化を実現することができる。
【００５０】
なお、上述したようなオーバラップを設けると、波長可変範囲がΔλ分だけ狭まってしまうが、このオーバラップ量Δλは、フィルタ２０の温度に対する透過波長の変化分に相当する量だけでよい。このため、透過波長の変化率が０．０１ｎｍ／℃とすると、±５０℃近い温度変化を想定した場合でも、上記オーバラップ量Δλは１ｎｍ程度となる。よって、ディスク型のフィルタ２０の場合、波長可変範囲がオーバラップ量Δλ（１ｎｍ）よりも非常に大きい６０ｎｍ以上の範囲を有することから、上述したようなオーバラップを設けても、本発明の意義である波長可変範囲の拡大が阻害されるようなことはない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る波長可変光フィルタ及びその作製方法によれば、傾斜したスペーサ層をほとんど周方向全長にわたって形成することが、低コストで簡単に実施できるので、従来よりも波長可変範囲を広くすることが低コストで簡単に実現することができる。
【００５２】
また、従来と同様な波長可変範囲を備えるようにするのであれば、スペーサ層の傾斜角度を従来よりもなだらかにすることができるので、周方向に対する波長変化を緩やかにすることができる。その結果、コリメータ等のスポットサイズ径を緩和することができ、大きめのスポットサイズ径のコリメータ等を用いても、従来と同程度の性能を実現することができるので、偏波依存損失をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る波長可変光フィルタの第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフである。
【図３】本発明に係る波長可変光フィルタの作製方法の第一番目の実施の形態の手順説明図である。
【図４】図１の波長可変光フィルタを利用した波長可変光フィルタ装置の概略構成図である。
【図５】本発明に係る波長可変光フィルタの作製方法の第一番目の実施の形態の他の例の手順説明図である。
【図６】本発明に係る波長可変光フィルタの第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】図６の波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフである。
【図８】図６の波長可変光フィルタの作用説明図である。
【図９】ディスク型の波長可変光フィルタの一般的な概略構造の説明図である。
【図１０】ディスク型の波長可変光フィルタの一般的な作製方法の説明図である。
【図１１】従来の波長可変光フィルタの作製方法の一例のスペーサ層部分の説明図である。
【図１２】従来の波長可変光フィルタの一例のスペーサ層部分の構成図である。
【図１３】図１２の波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフである。
【図１４】従来の波長可変光フィルタの作製方法の他の例のスペーサ層部分の説明図である。
【図１５】従来の波長可変光フィルタの他の例のスペーサ層部分の構成図である。
【図１６】図１４の波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフである。
【図１７】従来の波長可変光フィルタの作製方法のさらに他の例のスペーサ層部分の説明図である。
【図１８】従来の波長可変光フィルタの作製方法のさらに他の例のスペーサ層部分の説明図である。
【図１９】図１７の波長可変光フィルタのスペーサ層の周方向の厚さを表わすグラフである。
【符号の説明】
１０，２０ 波長可変光フィルタ
１１ 基板
１２ 下部ミラー層
１３，２３ スペーサ層
１３ａ 下部スペーサ部
１３ｂ，２３ｂ 中間スペーサ部
１３ｃ 第一の上部スペーサ層
１３ｄ 第二の上部スペーサ層
１４ 上部ミラー層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk-type tunable optical filter whose transmission center wavelength is variable in a wide range over the entire circumference of the disk, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A schematic structure of a general disk type tunable optical filter such as a bandpass type or an etalon type will be described with reference to FIG.
[0003]
As shown in FIG. 9, a conventional wavelength tunable optical filter 100 includes a disk-shaped transparent substrate 101 and a lower mirror having a high reflectivity formed on a substrate 101 by laminating multiple dielectric thin films. Formed on the spacer layer 103 by stacking multiple layers of dielectric layers, a spacer layer 103 which is formed on the lower mirror layer 102, is optically transparent and has different thicknesses in the circumferential direction, and a dielectric thin film. And an upper mirror layer 104 having a high reflectivity.
[0004]
Such a tunable optical filter 100 has a refractive index n of the spacer layer 103. s Then, as shown in FIG. 10, when the lower mirror layer 102 is formed on the substrate 101 (see FIG. 10A), the uniform thickness λ 1 / 2n s After forming the lower spacer portion 103a having a thickness (see FIG. 10B), the upper spacer portion 103c inclined by gradually changing the thickness in the circumferential direction is formed on the lower spacer portion 103a. The thickness is λ 2 / 2n s The spacer layer 103 is formed (see FIG. 10C), and then the upper mirror layer 104 is formed (see FIG. 10D).
[0005]
In such a wavelength tunable optical filter 100, the thickness of the spacer layer 103 changes in the circumferential direction, and the center wavelength (λ = 2t) of transmitted light differs in the circumferential direction. , It is possible to selectively transmit only light having a corresponding wavelength.
[0006]
By the way, in the above-mentioned wavelength tunable optical filter 100, it is extremely important to produce the spacer layer 103 whose thickness changes in the circumferential direction, and various studies have been made so far.
[0007]
For example, in the following Patent Document 1, as shown in FIG. 11, when the lower spacer portion 103a having a uniform thickness is formed, a semicircular metal movable mask 211 is disposed on the lower spacer portion 103a. (See FIG. 11 (a)), while continuing the deposition of the material, the mask 211 is slowly and smoothly rotated by half a circle in the circumferential direction (see FIGS. 11 (b) to 11 (d)), and the lower spacer 103a is As shown in FIG. 12, the upper spacer portion 113c having a thickness changed in the circumferential direction is changed to a lower spacer portion by changing the opening time of the material, that is, the deposition time of the material on the lower spacer portion 103a in the circumferential direction. It has been proposed to produce the inclined spacer layer 113 formed on 103a.
[0008]
Where the required variable wavelength range is λ 1 ~ Λ 2 Assuming that the deposition rate of the material is a (nm / min), the deposition time T (min) required for forming the upper spacer portion 113c can be expressed by the following equation (1). By rotating 211 at a constant speed of 180 / T (degrees / minute), the variable wavelength range λ 1 ~ Λ 2 A tunable optical filter having (nm) can be obtained.
[0009]
T = (λ 2 −λ 1 ) / 2n s a (1)
[0010]
As shown in FIG. 12, the tunable optical filter manufactured in this way has a minimum thickness λ of the spacer layer 113. 1 / 2n s And the maximum thickness λ 2 / 2n s As shown in FIG. 13, the horizontal axis indicates the position in the circumferential direction, and the vertical axis indicates the thickness, as shown in FIG. Become.
[0011]
Further, in Patent Document 2 below, as shown in FIG. 14, when a lower spacer portion 103a having a uniform thickness is formed, a fan-shaped (1/4 circle) is formed so as to cover the entire lower spacer portion 103a. Metal movable masks 221 to 224 are arranged (see FIG. 14A), and the movable masks 221 to 223 are sequentially and smoothly rotated so as to overlap the movable mask 224 while the material is continuously deposited. Then, 3/4 on the lower spacer portion 103a is opened (see FIGS. 14B to 14E), the opening time on the lower spacer portion 103a, that is, the deposition time of the material on the lower spacer portion 103a. As shown in FIG. 15, an upper spacer portion 123c having a thickness changed in the circumferential direction is formed on the lower spacer portion 103a to tilt the spacer layer 12 as shown in FIG. It is proposed to create a.
[0012]
Where the required variable wavelength range is λ 1 ~ Λ 2 Assuming that the deposition rate of the material is a (nm / min), the deposition time T (min) necessary for forming the upper spacer portion 123c can be expressed by the above equation (1). ˜223 are sequentially rotated at a rotational speed of 270 / T (degrees / minute) at a constant speed as described above, whereby the variable wavelength range λ 1 ~ Λ 2 A tunable optical filter having (nm) can be obtained.
[0013]
As shown in FIGS. 15 and 16, the wavelength tunable optical filter manufactured in this manner has a linear change in the thickness of the spacer layer 123 at 3/4 in the circumferential direction, and the remaining in the circumferential direction. At 1/4, the mask 224 is always present, so that the material is not deposited anymore and remains as it is.
[0014]
In Patent Document 3 below, as shown in FIG. 17, when the lower spacer portion 103a having a uniform thickness is formed, a disk-shaped metal movable mask 231 having a slit 231a in the radial direction is used as the lower spacer. The movable mask 231 is rotated in the circumferential direction while being deposited on the portion 103a and the material is continuously deposited, and the opening time on the lower spacer portion 103a through the slit 231a, that is, through the slit 231a. By changing the deposition time of the material on the lower spacer portion 103a in the circumferential direction, an upper spacer portion 133c having a thickness changed in the circumferential direction is formed on the lower spacer portion 103a as shown in FIG. It is proposed to produce an inclined spacer layer 133.
[0015]
Here, if the rotation speed of the movable mask 231 is changed, the thickness of the upper spacer portion 133c can be changed. For example, as shown in FIG. 19, the rotation angle (rotation position) of the movable mask 231 is shown. If the rotational speed of the movable mask 231 is set so as to have an inverse function relationship with respect to the thickness of the upper spacer portion 133c, the thickness in the circumferential direction can be changed linearly (linear function). As shown in FIG. 18, an inclined spacer layer 133 whose thickness in the circumferential direction changes linearly (linear function) can be formed.
[0016]
According to the method described in Patent Document 3, the thickness in the circumferential direction is linear (linear function) by narrowing the width (length in the circumferential direction) of the slit 231a of the movable mask 231. The inclined spacer layer 133 that changes to) can be formed almost over the entire length in the circumferential direction.
[0017]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 3,442,572
[Patent Document 2]
JP 2000-039514 A
[Patent Document 3]
JP 2000-137114 A
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as one of the performances required for the wavelength tunable optical filter, there is a wavelength tunable range. Generally, the wider the range, the better. In the case of the disk-type tunable optical filter 100, if the inclination angle of the spacer layer 103 is constant, the tunable range can be proportional to the length in the circumferential direction. The formation of the spacer layer 103 is required. However, those described in Patent Documents 1 to 3 as described above have the following problems.
[0019]
(1) In the wavelength tunable optical filter described in Patent Document 1, as shown in FIG. 12, the minimum thickness λ of the spacer layer 113 1 / 2n s And the maximum thickness λ 2 / 2n s Therefore, the effective thickness of the spacer layer 113 is substantially only a half of the circumferential direction, resulting in waste.
[0020]
(2) In the wavelength tunable optical filter described in Patent Document 2, as shown in FIG. 15, the thickness of the spacer layer ¼ in the circumferential direction becomes uniform. In the same way as the wavelength tunable optical filter described in (1), waste occurs. For this reason, it is conceivable that the range in which the mask is always present is made as small as possible by further reducing the shape of the movable mask, for example, from a ¼ circular shape to a ８ circular shape. Since the number of movable masks must be increased, the device mechanism becomes complicated.
[0021]
(3) In the wavelength tunable optical filter described in Patent Document 3, by narrowing the width (length in the circumferential direction) of the slit 231a of the movable mask 231, the inclined spacer layer 133 extends almost over the entire length in the circumferential direction. Although it can be formed, i) since the area covered with the movable mask 231 becomes very large, it takes a lot of time to form the spacer layer 133. ii) There are many materials that are not used in the masking, which is very wasteful. Iii) Since it is necessary to control the rotation of the movable mask 231 so as to have an inverse function relationship with respect to the rotation angle (rotational position) of the movable mask 231, the drive control mechanism becomes complicated. There's a problem.
[0022]
The present invention has been made in view of the above, and a disk-type wavelength tunable optical filter that can be easily implemented at low cost by forming an inclined spacer layer almost over the entire length in the circumferential direction, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.
[0023]
A first invention for solving the above-described problems is a transparent substrate having a disk shape, a lower mirror layer having a high reflectance formed on the substrate, and formed on the lower mirror layer. Disk-type wavelength tunable optical filter comprising a spacer layer that is optically transparent and has a thickness that is inclined in the circumferential direction, and an upper mirror layer that is formed on the spacer layer and has a high reflectance. The spacer layer is formed on the lower mirror layer in the circumferential direction, and has a lower spacer portion having a uniform thickness, and a circumferential direction on the lower spacer portion. Half An intermediate spacer portion having a uniform thickness and a circumferential direction on the lower spacer portion. The other half A first upper spacer portion formed to have a different thickness along the circumferential direction, and a circumferential direction on the intermediate spacer portion Over And a second upper spacer portion that is formed and inclined to have different thicknesses along the circumferential direction so as to produce a step between the circumferential upper ends of the first upper spacer portion. This is a wavelength tunable optical filter.
[0024]
According to a second invention, in the first invention, the end portion having the maximum thickness of the first upper spacer portion is at the same height position as the upper surface of the intermediate spacer portion, or the intermediate spacer portion. The wavelength tunable optical filter is located at a position above the upper surface of the filter.
[0025]
A third invention is a method of manufacturing a wavelength tunable optical filter according to the first or second invention, wherein a lower mirror layer forming step of forming the lower mirror layer on the substrate, and the lower mirror layer Forming a lower spacer portion by depositing a material of the spacer layer thereon; and forming the lower spacer portion on the lower spacer portion. The other half And depositing the material of the spacer layer on the lower spacer portion, the lower spacer portion Half An intermediate spacer portion forming step for forming the intermediate spacer portion on the lower spacer portion; The other half To change the exposed area of the The other half The masking area of the intermediate spacer portion is sequentially changed along the circumferential direction so that the exposed area on the intermediate spacer portion is sequentially changed along the circumferential direction. The material of the spacer layer is deposited on the lower spacer part and the intermediate spacer part while changing, so that the The other half Forming the first upper spacer portion and forming the second upper spacer portion on the intermediate spacer portion; and forming the second upper spacer portion on the first upper spacer portion and the second upper portion. An upper mirror layer forming step of forming the upper mirror layer on a spacer portion is performed.
[0026]
According to a fourth aspect, in the third aspect, the masking in the intermediate spacer portion forming step and the upper spacer portion forming step is movable along a circumferential direction. Semicircular A tunable optical filter manufacturing method using a movable mask.
[0027]
In the fourth invention, in the third invention, in the masking in the intermediate spacer portion forming step, a photoresist that can be removed after the formation of the intermediate spacer portion is used, while in the masking in the upper spacer portion forming step, Can move along the circumferential direction Semicircular A tunable optical filter manufacturing method using a movable mask.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a wavelength tunable optical filter and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
[0029]
[First embodiment]
A first embodiment of a wavelength tunable optical filter and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wavelength tunable optical filter, FIG. 2 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter, and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the wavelength tunable optical filter device, and FIG. 5 is a procedure explanatory diagram of another example of a method of manufacturing the wavelength tunable optical filter.
[0030]
As shown in FIG. 1, the wavelength tunable optical filter according to the present embodiment has a high reflectivity formed on a substrate 11 by laminating a transparent substrate 11 having a disk shape and a multilayer of dielectric thin films. A lower mirror layer 12 that is formed on the lower mirror layer 12 and is optically transparent and inclined with different thicknesses in the circumferential direction; In the disk-type tunable optical filter 10 including the upper mirror layer 14 having a high reflectance formed on the lower mirror layer 12, the spacer layer 13 is formed on the lower mirror layer 12 over the entire length in the circumferential direction. A lower spacer portion 13a having a thickness, an intermediate spacer portion 13b having a uniform thickness formed on a part of the lower spacer portion 13a in the circumferential direction, and a circumferential direction on the lower spacer portion 13a. A first upper spacer portion 13c which is formed in another portion and is inclined so as to have a different thickness along the circumferential direction, and is formed over the entire length in the circumferential direction on the intermediate spacer portion 13b. And a second upper spacer portion 13d inclined so as to have different thicknesses along the circumferential direction so as to produce a step between the circumferential ends of the spacer portion 13c. The end portion having the maximum thickness of the portion 13c is located at the same height as the upper surface of the intermediate spacer portion 13b.
[0031]
In the wavelength tunable optical filter 10 having such a structure, as shown in FIG. 3, the lower mirror layer 12 is formed on the substrate 11 (lower mirror layer forming step), and the material of the spacer layer 13 is formed on the lower mirror layer 12. Is deposited to form the lower spacer portion 13a (lower spacer portion forming step), and then the other portion on the lower spacer portion 13a is masked by the semicircular metal movable mask 211 to form the spacer layer 13. When the intermediate spacer portion 13b is formed on the part of the lower spacer portion 13a by depositing the material on the lower spacer portion 13a (intermediate spacer portion forming step) (see FIG. 3A), the lower spacer is formed. The masking area of the other part is sequentially changed along the circumferential direction so that the exposed area of the other part on the portion 13a is changed with time in the circumferential direction. In addition, the masking area on the intermediate spacer portion 13b is sequentially changed along the circumferential direction so that the exposed area on the intermediate spacer portion 13b is changed with time in the circumferential direction, that is, the movable mask 211 is changed in the circumferential direction. The material of the spacer layer 13 is deposited on the lower spacer portion 13a and the intermediate spacer portion 13b while slowly and smoothly rotating by half a circle, thereby forming the first upper spacer on the other portion on the lower spacer portion 13a. After forming the portion 13c and forming the second upper spacer portion 13d on the intermediate spacer portion 13b (upper spacer portion forming step) (see FIGS. 3B and 3C above), the movable mask 211 And an upper mirror layer 14 is formed on the first upper spacer portion 13c and the second upper spacer portion 13d ( Part mirror layer forming step) reference (or, FIG. 3 (d)), it can be prepared.
[0032]
Here, the target wavelength variable range is λ 1 ~ Λ 2 And λ 1 And λ 2 The intermediate value between Three And the refractive index of the spacer layer 13 is n s The method for producing the spacer layer 13 will be described more specifically, assuming that the material deposition rate is a (nm / min).
[0033]
The semicircular metal movable mask 211 covers the circumferential half (other part) on the lower spacer portion 13a, and the remaining circumferential half (part) has a film thickness λ. Three / 2n s The material of the spacer layer 13 is uniformly deposited until the intermediate spacer portion 13b is formed on the lower spacer portion 13a (FIG. 3A). After that, the movable mask 211 is 180 × 2n s a / (λ Three −λ 1 ) The first upper spacer portion 13c is formed on the lower spacer portion 13a by depositing the material of the spacer layer 13 while rotating up to 180 ° in one direction at a constant rotational speed of [degree / min], and the intermediate A second upper spacer portion 13d is formed on the spacer portion 13b (FIGS. 3B and 3C).
[0034]
That is, in the present embodiment, as can be seen from FIGS. 1 and 2, the lower spacer portion 13a and the intermediate spacer portion 13b having a uniform thickness are formed on the half (a part) in the circumferential direction of the substrate 11 to form the film thickness λ. Three / 2n s On the other hand, only the lower spacer portion 13a having a uniform film thickness is formed on the other half (other part) in the circumferential direction of the substrate 11 to form the film thickness λ. 1 / 2n s Thus, a stepped uniform thickness portion is formed, and the sloped thickness difference is maximum (λ 2 −λ Three ) / 2n s = (Λ Three −λ 1 ) / 2n s By forming the inclined upper spacer portions 13c and 13d, the film thickness is λ in the circumferential half of the substrate 11 (the other portion). 1 / 2n s And λ Three / 2n s And the film thickness is λ in the remaining half (part) of the substrate 11 in the circumferential direction. Three / 2n s And λ 2 / 2n s Thus, the spacer layer 13 changing between the two is formed.
[0035]
For this reason, the film thickness of the spacer layer 13 can be varied over the entire length in the circumferential direction, and the wavelength variable range can be expanded. Further, since the spacer layer 13 can be produced simply by controlling the movable mask 211 to rotate at a constant speed, it can be produced with a simple apparatus configuration, and a complicated apparatus is not required.
[0036]
Therefore, according to the present embodiment, forming the inclined spacer layer 13 almost over the entire length in the circumferential direction can be easily realized at low cost.
[0037]
In general, the thin film of the optical filter is manufactured by a vacuum process. However, in the manufacturing method as described above, after forming the spacer portions 13a and 13b having different levels, the upper spacer portion 13c is not required to be returned to the atmosphere. , 13d can be transferred to the production continuously.
[0038]
The tunable optical filter 10 manufactured as described above is used as a tunable optical filter device as shown in FIG. The apparatus includes a wavelength tunable optical filter 10, a motor 1 that rotates the filter 10, a position sensor 2 such as a rotary encoder that detects the rotational position of the filter 10, a pulse detection sensor of a pulse motor, and a filter 10. And a collimator 3 for allowing light to enter perpendicularly to the disk surface.
[0039]
In such a wavelength tunable optical filter device, since the relationship between the circumferential position of the filter 10 and the transmission wavelength of the emitted light from the collimator 3 is uniquely determined, the relationship is examined and stored in advance. Is set by the position sensor 2 so that the position of the filter 10 in the circumferential direction of the filter 10 that selects and transmits the wavelength is positioned in the collimator 3 portion based on the stored relationship. By rotating the motor 1 while confirming the position in the circumferential direction, light having a target wavelength can be selected and obtained.
[0040]
In the present embodiment, the movable mask 211 movable along the circumferential direction is used for masking in the intermediate spacer portion forming step and the upper spacer portion forming step. For example, in the masking in the intermediate spacer portion forming step, It is also possible to use a photoresist that can be removed after the formation of the intermediate spacer portion 13b, and to use a movable mask 211 that is movable in the circumferential direction for masking in the upper spacer portion forming step.
[0041]
Specifically, as described above, the target wavelength variable range is λ. 1 ~ Λ 2 And λ 1 And λ 2 The intermediate value between Three And the refractive index of the spacer layer 13 is n s When the material deposition rate is a (nm / min), as shown in FIG. 5, the circumferential half (other part) on the lower spacer portion 13a is covered with the photoresist 241 and the remaining circumferential half is covered. (Partial) film thickness λ Three / 2n s The material of the spacer layer 13 is uniformly deposited until it becomes (FIG. 5A). Thereafter, only the photoresist 241 is removed by using a remover such as a solvent, thereby producing a stepped intermediate spacer portion 13b on the lower spacer portion 13a (FIG. 5B). Next, a movable mask 211 is disposed on the intermediate spacer portion 13b (FIG. 5C), and thereafter, 180 × 2n in the same manner as described above. s a / (λ Three −λ 1 ) The first upper spacer portion 13c is formed on the lower spacer portion 13a by depositing the material of the spacer layer 13 while rotating up to 180 ° in one direction at a constant rotational speed of [degree / min], and the intermediate A second upper spacer portion 13d is formed on the spacer portion 13b (FIG. 5D). Finally, the movable mask 211 is removed, and the upper mirror layer 14 is formed on the first upper spacer portion 13c and the second upper spacer portion 13d (FIG. 5E).
[0042]
When such a photoresist 241 is used, the intermediate spacer portion 13b is formed by bringing the photoresist 241 into close contact with the lower spacer portion 13a. Therefore, compared to the case described above, the spacer portions 13a, 13b Shape accuracy and uniformity can be realized with higher accuracy.
[0043]
[Second embodiment]
A second embodiment of a wavelength tunable optical filter and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the wavelength tunable optical filter, FIG. 7 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter, and FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the wavelength tunable optical filter. However, for the same parts as in the case of the first embodiment described above, by using the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment described above, A description overlapping with the description in the embodiment is omitted.
[0044]
As shown in FIG. 6, in the tunable optical filter 20 according to the present embodiment, the spacer layer 23 includes a lower spacer portion 13a and an intermediate spacer portion 23b, as in the case of the first embodiment described above. And the first upper spacer portion 13c and the second upper spacer portion 13d, unlike the first embodiment described above, the first upper spacer portion 13c has the maximum thickness. The end portion is positioned above the upper surface of the intermediate spacer portion 23b, that is, as shown in FIG. 7, the spacer layer 23 has a thickness that partially overlaps (overlaps). It is.
[0045]
The wavelength tunable optical filter 20 having such a structure is basically manufactured in the same manner as in the first embodiment described above. In the intermediate spacer portion forming step, the intermediate spacer portion 23b The film thickness is Δλ / 2n s It can be manufactured by rounding up the deposition time of the material of the spacer layer 23 so as to make it as small as possible (offset).
[0046]
Such a peculiar effect of the wavelength tunable optical filter 20 according to this embodiment will be described below in comparison with the wavelength tunable optical filter 10 according to the first embodiment described above.
[0047]
Wavelength λ where the wavelength overlap is Δλ, and the transmission wavelength relationship becomes discontinuous due to a step in the circumferential direction. Three In the vicinity, the wavelength λ Three Wavelength λ before and after a To wavelength λ b Suppose a slight change to (<Δλ) is required. In the wavelength tunable optical filter 10, as shown in FIG. a , Λ b Since there is only one location corresponding to, it is necessary to rotate from position a to position b. At this time, the wavelength tunable optical filter 10 has a wavelength λ without a jump of the transmission wavelength regardless of the rotation direction. a To wavelength λ b Can not reach.
[0048]
On the other hand, in the wavelength tunable optical filter 20, as shown in FIG. b The position corresponding to is position b 1 And position b 2 Since there are two locations, the position b in the vicinity of the position a 1 The wavelength λ a To wavelength λ b The transmission wavelength can be continuously changed.
[0049]
Thus, when there is no overlap, the worst case (the transmission wavelength is λ Three ), Even if the requested wavelength changes only slightly, a large wavelength jump may occur instantaneously as the position moves, but if an overlap of Δλ is formed, Worst case (Transmission wavelength is λ Three -Δλ / 2n s In the case of s A continuous wavelength change can be realized in the range of.
[0050]
If the overlap as described above is provided, the wavelength variable range is narrowed by Δλ, but this overlap amount Δλ may be only an amount corresponding to the change of the transmission wavelength with respect to the temperature of the filter 20. For this reason, if the rate of change of the transmission wavelength is 0.01 nm / ° C., the overlap amount Δλ is about 1 nm even when assuming a temperature change close to ± 50 ° C. Therefore, in the case of the disk-type filter 20, the wavelength variable range has a range of 60 nm or more that is much larger than the overlap amount Δλ (1 nm). The expansion of the tunable range is not hindered.
[0051]
【The invention's effect】
According to the wavelength tunable optical filter and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to easily form the inclined spacer layer over the entire length in the circumferential direction at a low cost. Can be realized easily at low cost.
[0052]
Further, if the wavelength variable range similar to the conventional one is provided, the inclination angle of the spacer layer can be made gentler than the conventional one, so that the wavelength change with respect to the circumferential direction can be moderated. As a result, the spot size diameter of the collimator, etc. can be relaxed, and even if a collimator with a larger spot size diameter is used, the same level of performance as before can be realized, so that the polarization dependent loss is further reduced. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a wavelength tunable optical filter according to the present invention.
2 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of a spacer layer of the wavelength tunable optical filter of FIG. 1;
FIG. 3 is a procedure explanatory diagram of a first embodiment of a method of manufacturing a tunable optical filter according to the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of a wavelength tunable optical filter device using the wavelength tunable optical filter of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a procedure explanatory diagram of another example of the first embodiment of the method of manufacturing the wavelength tunable optical filter according to the invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of a wavelength tunable optical filter according to the present invention.
7 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter in FIG. 6;
8 is an operation explanatory diagram of the wavelength tunable optical filter in FIG. 6. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a general schematic structure of a disk-type tunable optical filter.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a general manufacturing method of a disk-type tunable optical filter.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a spacer layer portion as an example of a conventional method for producing a wavelength tunable optical filter.
FIG. 12 is a configuration diagram of a spacer layer portion of an example of a conventional tunable optical filter.
13 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter of FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a spacer layer portion of another example of a conventional method for producing a wavelength tunable optical filter.
FIG. 15 is a configuration diagram of a spacer layer portion of another example of a conventional wavelength tunable optical filter.
16 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter in FIG. 14;
FIG. 17 is an explanatory diagram of a spacer layer portion of still another example of a conventional method for producing a wavelength tunable optical filter.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a spacer layer portion of still another example of a conventional method for producing a wavelength tunable optical filter.
FIG. 19 is a graph showing the thickness in the circumferential direction of the spacer layer of the wavelength tunable optical filter of FIG.
[Explanation of symbols]
10, 20 Tunable optical filter
11 Substrate
12 Lower mirror layer
13, 23 Spacer layer
13a Lower spacer
13b, 23b Intermediate spacer
13c First upper spacer layer
13d Second upper spacer layer
14 Upper mirror layer

Claims (5)

円板型をなす透明な基板と、
前記基板上に形成された高反射率を有する下部ミラー層と、
前記下部ミラー層上に形成されて光学的に透明であると共に周方向に厚さの異なる傾斜したスペーサ層と、
前記スペーサ層上に形成された高反射率を有する上部ミラー層と
を備えてなるディスク型の波長可変光フィルタにおいて、
前記スペーサ層が、
前記下部ミラー層上に周方向にわたって形成されて、均一の厚さを有する下部スペーサ部と、
前記下部スペーサ部上の周方向半分に形成されて、均一の厚さを有する中間スペーサ部と、
前記下部スペーサ部上の周方向残りの半分に形成されて、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第一の上部スペーサ部と、
前記中間スペーサ部上に周方向にわたって形成されて、前記第一の上部スペーサ部の周方向両端側との間に段差を生じるように、周方向に沿って異なる厚さを有するように傾斜した第二の上部スペーサ部と
を備えてなることを特徴とする波長可変光フィルタ。A transparent substrate in the form of a disk,
A lower mirror layer having a high reflectance formed on the substrate;
An inclined spacer layer formed on the lower mirror layer and optically transparent and having a different thickness in the circumferential direction;
A disk-type wavelength tunable optical filter comprising: an upper mirror layer having a high reflectance formed on the spacer layer;
The spacer layer is
A lower spacer portion formed on the lower mirror layer in a circumferential direction and having a uniform thickness;
An intermediate spacer portion formed in a circumferential half on the lower spacer portion and having a uniform thickness;
A first upper spacer portion formed in the other half of the circumferential direction on the lower spacer portion and inclined to have a different thickness along the circumferential direction;
Wherein is formed in the intermediate spacer portion on a circumferential direction, the mentioned above to produce a step between the circumferential direction end sides of the first upper spacer portion, inclined so as to have different thicknesses along the circumferential direction A wavelength tunable optical filter comprising: an upper spacer portion; 請求項１において、
前記第一の上部スペーサ部の最大厚さを有する端部が、
前記中間スペーサ部の上面と同一の高さ位置、
又は、
前記中間スペーサ部の上面よりも上方の位置
に位置していることを特徴とする波長可変光フィルタ。In claim 1,
The end portion having the maximum thickness of the first upper spacer portion is
The same height as the upper surface of the intermediate spacer,
Or
The wavelength tunable optical filter, which is located above the upper surface of the intermediate spacer portion. 請求項１又は請求項２の波長可変光フィルタの作製方法であって、
前記基板上に前記下部ミラー層を形成する下部ミラー層形成工程と、
前記下部ミラー層上に前記スペーサ層の材料を堆積させて前記下部スペーサ部を形成する下部スペーサ部形成工程と、
前記下部スペーサ部上の前記残りの半分をマスキングして前記スペーサ層の材料を当該下部スペーサ部上に堆積させることにより、当該下部スペーサ部の前記半分に前記中間スペーサ部を形成する中間スペーサ部形成工程と、
前記下部スペーサ部上の前記残りの半分の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように当該残りの半分のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させると共に、前記中間スペーサ部上の露出面積を周方向に沿って経時的に変化させるように当該中間スペーサ部上のマスキング面積を周方向に沿って順次変化させながら、前記スペーサ層の材料を当該下部スペーサ部上及び当該中間スペーサ部上に堆積させることにより、当該下部スペーサ部上の当該残りの半分に前記第一の上部スペーサ部を形成すると共に、当該中間スペーサ部上に前記第二の上部スペーサ部を形成する上部スペーサ部形成工程と、
前記第一の上部スペーサ部上及び前記第二の上部スペーサ部上に前記上部ミラー層を形成する上部ミラー層形成工程と
を行うことを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法。A method for producing a wavelength tunable optical filter according to claim 1 or claim 2,
A lower mirror layer forming step of forming the lower mirror layer on the substrate;
A lower spacer part forming step of forming the lower spacer part by depositing a material of the spacer layer on the lower mirror layer;
Forming the intermediate spacer portion in the half of the lower spacer portion by masking the remaining half of the lower spacer portion and depositing the material of the spacer layer on the lower spacer portion Process,
The masking area of the remaining half is sequentially changed along the circumferential direction so that the exposed area of the remaining half of the lower spacer portion is changed along the circumferential direction over time, and on the intermediate spacer portion. While sequentially changing the masking area on the intermediate spacer portion along the circumferential direction so that the exposed area changes along the circumferential direction, the material of the spacer layer is changed over the lower spacer portion and the intermediate spacer portion. Forming the first upper spacer portion on the remaining half of the lower spacer portion and depositing the second upper spacer portion on the intermediate spacer portion by depositing on the upper spacer portion; Process,
An upper mirror layer forming step of forming the upper mirror layer on the first upper spacer portion and the second upper spacer portion. A method for producing a wavelength tunable optical filter, comprising: 請求項３において、
前記中間スペーサ部形成工程及び前記上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な半円型の可動マスクを用いる
ことを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法。In claim 3,
A semi-circular movable mask movable in the circumferential direction is used for masking in the intermediate spacer portion forming step and the upper spacer portion forming step. 請求項３において、
前記中間スペーサ部形成工程のマスキングに、前記中間スペーサ部の形成後に除去可能なフォトレジストを用いる一方、
前記上部スペーサ部形成工程のマスキングに、周方向に沿って移動可能な半円型の可動マスクを用いる
ことを特徴とする波長可変光フィルタの作製方法。In claim 3,
While using a photoresist that can be removed after the formation of the intermediate spacer portion for masking in the intermediate spacer portion forming step,
A semi-circular movable mask that is movable along the circumferential direction is used for masking in the upper spacer portion forming step.
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