JP4372483B2 - 光学バンドパスフィルタ - Google Patents
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また、本発明は、光学基板上に設けられ、高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなるキャビティと、前記キャビティ間に設けられた低屈折率膜からなる結合層とを有し、少なくとも2種類以上の異なる構造を有するキャビティを3段以上備えた光学バンドパスフィルタであって、前記各キャビティ間で中心周波数がほぼ等しくなるように結合層の厚さが調整されたものである。
可能である。
図1は本発明の光学バンドパスフィルタの一例を示すものであり、N段のキャビティ構成による光学バンドパスフィルタの基本構造を示す図である。キャビティ8は光学膜厚がλ/2の整数倍の低屈折率膜からなるスペーサ層2と、スペーサ層2の両側に光学膜厚がλ/4の奇数倍の高屈折率膜4と低屈折率膜5を交互に配置したミラー層6を組み合わせた構造で構成されている。2つのミラー層6は、スペーサ層2に関して対称な構造を有している。なお、図1は本発明を分かりやすくするために表した模式図であり、そのサイズ等は実際とは異なったものとしている。
本発明の実施の形態2としては、実施の形態1における基本構造の光学バンドパスフィルタにおいて、結合層3の光学厚みをC、Pを0以上の整数とした時に、0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pである結合層3を少なくとも1層含むものである。このような構成によっても、実施の形態1と同様に斜め入射におけるリップルの悪化を抑制することが可能となる。
本発明は、図2に示すように実施の形態1で説明した基本構造を有する光学バンドパスフィルタにおいて、調整可能膜群を用いてリップルを改善するものである。
構造式1は、5段のキャビティからなるバンドパスフィルタの基本となる構造式である。
構造式1:基板/(HL)6H(2L)H(LH)6 L (HL)6H(6L)H(LH)6 L (HL)6H(8L)H(LH)6 L (HL)6H(6L)H(LH)6 L (HL)6H(2L)H(LH)6L
実施例1において、全ての結合層の厚みをλ/4で固定し、5段目キャビティ最上部及び空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。この時の高屈折率膜である5段目キャビティ最上部の膜厚は1.004Hであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.486Lであった。そのときの透過帯域でのp偏光の分光特性を図4の細線で示す。
構造式2は、4段のキャビティからなるバンドパスフィルタの基本となる構造式である。
構造式2:基板/(HL)7H(2L)H(LH)7 L ((HL)7H(6L)H(LH)7L)2 (HL) 7H(2L)H(LH)7L
実施例2において、全ての結合層の厚みをλ/4で固定し、4段目キャビティ最上部及び空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。この時のキャビティ最上部と整合層の厚みは、それぞれ、高屈折率膜が1.184H、低屈折率膜が1.363Lであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのp偏光の分光特性を図5の細線で示す。
実施例2において、各結合層の膜厚について、各キャビティを単独で設計した場合の中心波長を入射角2度で1550nmに修正されるように各結合層の膜厚を調整し、それらを連結したフィルタ構成とした。この結果を表2に示す。表2に示すように各結合層の厚みは、基板側から順に、1.207L(0.302λ)、1.237L(0.309λ)、及び1.237L(0.309λ)である。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚はHであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.207Lであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのp偏光の分光特性を図5の破線で示す。
構造式3は、9段のキャビティからなるバンドパスフィルタの基本となる構造式である。
構造式3:基板/(HL)5(2H)(LH)5 L (HL)5H(4L)H(LH)5 L ((HL)5H(6L)H(LH)5L)5 (HL) 5H(4L)H(LH) 5 L (HL) 5(2H)(LH) 5L
実施例3において、全ての結合層および調整可能膜群の厚みをλ/4で固定し、9段目キャビティ最上部及び空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は1.299Hであり、低屈折率膜である整合層の膜厚は1.375Lであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのp偏光の分光特性を図6の細線で示す。
構造式4は、7段のキャビティからなるバンドパスフィルタの基本となる構造式である。
構造式4:基板/(HL)3(6H)(LH)3 L (HL)4(4H)(LH)4 L ((HL)4(6H)(LH)4L)3 (HL)4(4H)(LH)4 L (HL)3(6H)(LH)3L
実施例4において、全ての結合層および調整可能膜の厚みをλ/4で固定し、7段目キャビティ最上部及び空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。このときのキャビティ最上部と整合層の厚みは、それぞれ、高屈折率膜が1.167H、低屈折率膜が1.375Lであった。そのときの透過帯域でのp偏光の分光特性は図7の細線に示す。
構造式5は、6段のキャビティからなるバンドパスフィルタの基本となる構造式である。
構造式5:基板/(HL)8H(2L)H(LH)8 L (HL)8H(8L)H(LH)8 L ((HL)8H(10L)H(LH)8L)2 (HL)8H(8L)H(LH)8 L (HL)8H(2L)H(LH)8L
実施例5において、全ての結合層の厚みをλ/4で固定し、6段目キャビティの最上部及び空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。なお、この時の高屈折率膜である6段目キャビティの最上部の膜厚は1.080Hであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.387Lであった。また、そのときの透過帯域でのp偏光の分光特性は図8の細線の特性となった。
上記構造式1に従う光学バンドパスフィルタにおいて、実施例1と同様にして、入射角5度で中心波長を1550nmにするため、入射角度0度での中心波長は1552.5nmとした。このうち1段目〜4段目までの結合層、5段目キャビティ最上部、及び空気への整合層を膜厚変更可能な層として選択し、選択した各層の初期膜厚を基板側から順に、λ/4、3λ/4、7λ/4、11λ/4、λ/4、λ/4に設定し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ/4に設定した。選択した各結合層の厚みの調整方法として、目標特性を1549.3〜1550.7nmの波長範囲において透過率100%とした。その結果、表6の実施例6に示す各結合層の膜厚を得た。表6に示すように、各結合層の厚みは基板側から順に0.802L(0.200λ)、3.148L(0.787λ)、6.878L(1.719λ)及び11.073L(2.768λ)である。なお、このときの高屈折率膜である5段目キャビティ最上部の膜厚は0.934Hであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.504Lであった。そのときの透過帯域でのp偏光の分光特性を図9の太線で示す。
上記構造式2に従う光学バンドパスフィルタにおいて、実施例2と同様にして、入射角2度で中心波長を1550nmとするため、入射角0度での中心波長を1550.47nmとした。このうち1段目と3段目の結合層と、4段目のキャビティ最上部と、空気への整合層を膜厚変更可能な層として選択し、選択した各層の初期膜厚を基板側から順に、λ/4、5λ/4、λ/4、λ/4に設定し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ/4に設定した。選択した各結合層の厚みの調整方法として、目標特性を波長範囲1549.69〜1550.31nmにおいて透過率100%とした。その結果、表7の実施例7に示す各結合層の膜厚を得た。表7に示すように、各結合層の厚みは基板側から順に、0.803L(0.201λ)、L(0.250λ)及び4.797L(1.199λ)である。なお、このときの高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は1.386Hであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.287Lであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのp偏光の分光特性は図10の太線で示す。
上記構造式4に従うバンドパスフィルタにおいて、実施例4と同様にして、入射角15度で中心波長を1550nmとするため、入射角0度での中心波長を1565.20nmとした。このうち1段目、2段目、5段目、6段目の結合層と各段の調整可能膜群のうちの8層、及び、7段目キャビティ最上部と空気への整合層とを膜厚の調整層として選択し、選択した各調整層の初期膜厚を基板側から順にλ/4、5λ/4、3λ/4、λ/4、7λ/4、λ/4、3λ/4、5λ/4、λ/4、λ/4に設定し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ/4に設定した。選択した各調整層の厚みの調整方法として、目標特性を1544.5〜1555.5nmの波長範囲において透過率100%とした。その結果、表8の実施例8に示す各調整層の膜厚を得た。各段の結合層については下線を施している。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は0.929Hであり、低屈折率膜である整合層の膜厚は1.372Lであった。このときの透過帯域でのp偏光の分光特性を図11の太線で示す。表8に示すように、結合層及び調整可能膜群のうちの選択した8層の厚みは、0.937L(0.234λ)、5.209L(1.302λ)、2.992L(0.748λ)、1.003L(0.251λ)、7.119L(1.780λ)、0.830L(0.208λ)、3.232H(0.808λ)及び5.083L(1.271λ)であった。
上記構造式5に従う光学バンドパスフィルタにおいて、実施例5と同様にして、入射角2度で中心波長を1550nmとするため、0度での中心波長を1550.41nmとした。このうち全ての結合層、6段目キャビティの最上部、および空気への整合層を膜厚の調整可能な層として選択し、選択した各層の初期膜厚を基板側から順にλ/4、5λ/4、λ/4、3λ/4、3λ/4、λ/4、λ/4に設定し、前記以外のミラー層を構成する各膜についてはその膜厚をλ/4に設定した。選択した各調整層の厚みの調整方法として、波長範囲1549.865〜1550.135nmにおいて透過率100%とした。その結果表9の実施例9に示す膜厚を得た。なお、このときの高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は1.426Hであり、低屈折率膜である整合層の厚みは1.262Lであった。そのときの透過帯域でのp偏光の分光特性は図12の太線に示す。表9に示すように、各結合層の厚みは、基板側から順に、0.806L(0.201λ)、5.160L(1.290λ)、0.827L(0.207λ)、3.177L(0.794λ)及び2.785L(0.696λ)である。
2、32 スペーサ層
3、33 結合層
4、34 高屈折率膜
5、35 低屈折率膜
6、36 ミラー層
7、37 整合層
8、38 キャビティ
10 調整可能膜群
Claims (15)
- 光学基板上に少なくとも2種類以上の異なる構造を有するキャビティを3段以上備えた光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の光学膜厚がλ/2の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をCとし、PおよびQを0以上6未満の整数としたとき、0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pである結合層と、0.26+0.50λ・Q≦C≦0.40λ+0.50λ・Qである結合層の少なくとも2層含むことを特徴とする光学バンドパスフィルタ。 - 前記PおよびQは0である、請求項1に記載の光学バンドパスフィルタ。
- 光学基板上に少なくとも2種類以上の異なる構造を有するキャビティを3段以上有する光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の光学膜厚がλ/2の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をCとし、Pを0以上6未満の整数としたとき、少なくとも1層が0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pであることを特徴とする光学バンドパスフィルタ。 - 前記Pは0である、請求項3に記載の光学バンドパスフィルタ。
- 請求項3もしくは4記載の光学バンドパスフィルタにおいて、前記光学膜厚が0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pである結合層以外の全ての結合層の光学膜厚が、Rが0以上6未満の整数としたとき、0.24λ+0.50λ・R≦C≦0.25λ+0.50λ・Rであることを特徴とする請求項3もしくは4記載の光学バンドパスフィルタ。
- 前記Rは0である、請求項5に記載の光学バンドパスフィルタ。
- 請求項3もしくは4記載の光学バンドパスフィルタにおいて、前記光学膜厚が0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pである結合層以外の全ての結合層の光学膜厚が、Rが0以上6未満の整数とし、Sを1以上6未満の整数としたとき、0.24λ+0.50λ・R≦C≦0.25λ+0.50λ・Rまたは0.26λ+0.50λ・S≦C≦0.40λ+0.50λ・Sのいずれかであることを特徴とする請求項3もしくは4記載の光学バンドパスフィルタ。
- 前記Rは0であり前記Sは1である、請求項7に記載の光学バンドパスフィルタ。
- 光学基板上に少なくとも2種類以上の異なる構造を有するキャビティを3段以上有する光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の光学膜厚がλ/2の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記結合層に隣接する前後各2層の前記高屈折率膜と前記低屈折率膜からなる調整可能膜群のうち少なくとも1層の光学膜厚をDとし、TおよびUを0以上6未満の整数としたとき、0.10λ+0.50λ・T≦D≦0.24λ+0.50λ・Tまたは0.26λ+0.50λ・U≦D≦0.40λ+0.50λ・Uであり、
前記調整可能膜群を少なくとも1組備えることを特徴とする光学バンドパスフィルタ。 - 前記TおよびUは0である、請求項9記載の光学バンドパスフィルタ
- PおよびQを0以上6未満の整数としたとき、光学膜厚が0.10λ+0.50λ・P≦C≦0.24λ+0.50λ・Pまたは0.26λ+0.50λ・Q≦C≦0.40λ+0.50λ・Qである結合層を少なくとも1層含むことを特徴とする請求項9もしくは10記載の光学バンドパスフィルタ。
- 前記PおよびQは0である、請求項11記載の光学バンドパスフィルタ。
- 前記キャビティを構成する各低屈折率膜の光学膜厚が、λ/4の奇数倍であることを特徴とする請求項1〜12いずれかに記載の光学バンドフィルタ。
- 前記キャビティを構成する各高屈折率膜の光学膜厚が、λ/4の奇数倍であることを特徴とする請求項1〜12いずれかに記載の光学バンドパスフィルタ。
- 前記光学基板の屈折率が低屈折率膜のそれと近似していることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の光学バンドパスフィルタ。
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