JP4401880B2 - 多重バンドパスフィルタ - Google Patents
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Description
対象光に透明な基板上に、それぞれ屈折率及び材質の異なる2種類の誘電体を、光学膜厚が参考とする波長の4分の1を1単位として積層した、ミラー層、キャビティ層及び必要に応じマッチング層を設け、複数のファブリペロー干渉計構造を形成してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記薄膜積層部が、前記誘電体の膜をX,Yとし、前記ミラー層をM、前記キャビティ層をC、前記マッチング層をTとしたときに、これらの積層関係の基本式が、
[M0C1M1……CiMi(T)]k
または、[M0C1M1……CiMi]k
但し、i,k:2以上の整数
であり、
Mは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、または異なる誘電体X,Yによる奇数倍の[(2p+1)X,(2q+1)Y,……]で示される交互層(但し、p,q,……は0または正の整数)、
Cは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の偶数倍である単層、または異なる誘電体X,Yによる偶数倍の[(2r)Y,(2s)X,……]で示される交互層(但し、r,s,……は0または正の整数)、
Tは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、である構成となっているか、
または、前記基本式の構造の任意位置に、厚さが参考波長の4分の1の偶数倍の誘電体X,Yの少なくとも一方を、単独挿入してなることを特徴とするものであり、
さらに、前記薄膜積層部が、前記基板側または表面側の少なくとも一方に、該薄膜積層部外との整合を取るためのマッチング層を有していることを特徴とするものであり、
さらに、前記薄膜積層部外との整合を取るためのマッチング層が、前記[M0C1M1……CiMi(T)]kの基本ブロックと同数の前記誘電体の膜でなることを特徴とするものであり、
さらに、前記参考波長が1450nmであり、前記iが2、前記kが2以上であることを特徴とするものであり、
さらに、前記薄膜積層部が、前記ミラー層M、前記キャビティ層Cを構成する前記誘電体Xの一部または前記誘電体Yの一部を、前記誘電体X,Yと異なる第3の誘電体と入れ替えた構成、または、前記誘電体Xの一部または前記誘電体Yの一部を、前記誘電体X,Yと異なる前記第3の誘電体、第4の誘電体と入れ替えた構成となっていることを特徴とするものであり、
また、対象光に透明な基板上に、それぞれ屈折率及び材質の異なる2種類の誘電体を、光学膜厚が参考とする波長の4分の1を1単位として積層した、ミラー層、キャビティ層及びマッチング層を設け、複数のファブリペロー干渉計構造を形成してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記参考波長が可視光であり、前記薄膜積層部が、前記誘電体の膜をX,Yとし、前記ミラー層をMとしたときに、
[M0(2eY)M1(2fY)M2(2gY)M3(Y)]k
または、[M4(2eY)(2fX)(2gY)M5(Y)]k
または、[M6(2eY)M7(2fX)M8(2gY)M9(X)]k
但し、M0〜M5がX、XYX、XYXYX、XYXYXYXのいずれかであり、M6、M8がYX、YXYX、YXYXYXのいずれかであり、M7、M9がXY、XYXY、XYXYXYのいずれかであり、e,f,gが1以上、kが2以上の整数の構成となっていて、形成される透過率特性曲線の3ピークの中心波長が、それぞれ青、緑、赤の三原色の波長であることを特徴とするものであり、
また、対象光に透明な基板上に、誘電体でなり光学膜厚が(532/4)nmである高屈折率膜と、この高屈折率膜よりも低屈折率の誘電体でなり光学膜厚が(532/4)nmである低屈折率膜とを交互に積層してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記薄膜積層部が、前記高屈折率膜と低屈折率膜の一方をX、他方をYとしたときに、
[X(2Y)X(2Y)X(2Y)X(Y)]k
但し、kが2以上の整数の構成となっていることを特徴とするものであり、
さらに、前記高屈折率膜がXであり、前記低屈折率膜がYであり、前記kが6であることを特徴とするものであり、
さらに、前記高屈折率膜がTiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、Al2O3のいずれかでなり、前記低屈折率膜がSiO2でなることを特徴とするものである。
[M0C1M1……CiMi(T)]k
または、[M0C1M1……CiMi]k
但し、i,k:2以上の整数
であり、
Mは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、または異なる
誘電体X,Yによる奇数倍の[(2p+1)X,(2q+1)Y,……]
で示される交互層(但し、p,q,……は、0または正の整数)、
(例えば、X、Y、XYX、YX、3XYX5Y、……等、)
Cは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の偶数倍である単層、または異なる
誘電体X,Yによる偶数倍の[(2r)Y,(2s)X,……]で示され
る交互層(但し、r,s,……は0または正の整数)、
(例えば、2X、2Y、2X4Y、2Y2X2Y、……等、)
Tは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、
(隣接する基本ブロック(単一の基本式構成)間の位相を整合するもの
で、M0の始まりの層と、Miの終わりの層が同じ物質である場合に、
この層が整合層として必要になる。)
である構成となっているか、
または、基本式の構造の任意位置に、厚さが参考波長の4分の1の偶数倍の誘電体X,Yの少なくとも一方を、単独または複数挿入してなる構成となっている。
[M0C1M1C2M2……M(i−1)CiMi(T)]k には、複数のFP干渉計構造の繰り返しが含まれており、i≧2では、ミラー層Mは3以上、キャビティ層Cは2以上となり、基本ブロック(基本式の[ ]内の部分)内に2以上のFP干渉計構造を持ち、例えばミラー層M1は、M0C1M1とM1C2M2の両方のFP干渉計構造で共用されている。
[M0C1M1……CiMi(T)]k において、
全てのMとCがそれぞれ同じ(M0=M1=……=Mi、C1=……=Ci)であって、
[M(CM)iT]k と記されるものであり、
そのうちのi=2の、図3及び図4に示すような基本構造、透過率特性を有するものをもとにしてなるもので、2つの透過帯域を有する。そして、その基本構造は、次に述べるように構成されている。
[M(CM)2T]1 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図4に示すように参考波長λ=1450nmで透過率が低く、その両側に高透過率の透過帯域を有する2ピーク特性となる。
[M(CM)2T]2 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図6に示すように参考波長λで透過率が低く、その両側に高透過率の波長域を有する2ピーク特性となる。そして、高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも大きく、本実施例の多重バンドパスフィルタ1a1は、略1380nmと1540nmの2つの波長域に透過帯域を有するものである。
[M(CM)2T]3 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図8に示すように参考波長λで透過率が1桁の数%と低く、第1実施例と同様に、その両側に高透過率の波長域を有する2ピーク特性となる。そして、高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて第1実施例よりもさらに十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも大きなものとなって、略1380nmと1540nmの2つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)2T]4 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。そして、その透過率特性は、図9に実線で示すように、参考波長λで透過率が略0%と低く、第1実施例と同様に、その両側に高透過率の波長域を有する2ピーク特性となる。また、図9に点線で損失を示すように、高透過帯域とその間の低透過帯域とでは26dBの差がある。このように高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて第2実施例よりもさらに十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも十分に大きなものとなって、略1380nmと1540nmの2つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)2T]5 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。そして、その透過率特性は、図11に実線で示すように、参考波長λで透過率が0%と低く、第1実施例と同様に、その両側に高透過率の波長域を有する2ピーク特性となる。また、図11に点線で損失を示すように、高透過帯域とその間の低透過帯域とでは34dBの差がある。このように高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、基本ブロック4aの繰り返し回数が増すにともない分離性が向上し、透過率からみて第3実施例よりも分離され、透過帯域間のアイソレーションも十分に大きなものとなって、略1380nmと1540nmの2つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)2T]5 (但し、M=H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図12に実線で示すように参考波長λで透過率が1桁の数%と低く、その両側に第4実施例よりも透過波長範囲の広い高透過率の波長域を有する2ピーク特性のフィルタとすることができる。なお、図12中における点線は、第4実施例の透過率特性である。
[M(CM)2T]5 (但し、M=H,L,H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図13に実線で示すように参考波長λで透過率が0%と低く、その両側に上記した第4実施例よりも透過波長範囲が狭く、略1400nmと1500nmの2つの波長域に高透過率の波長域を有する2ピーク特性のフィルタとすることができる。なお、図13中における点線は、第4実施例の透過率特性である。
[M(CM)2T]5 (但し、M=H,L,H、C=4L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図14に実線で示すように参考波長λで透過率が0%と低く、その両側に上記した第4実施例よりも透過域の波長範囲がやや狭く、1400nmと1500nmの2つの波長域に高透過率の波長域を有する2ピーク特性のフィルタとすることができる。なお、図14中における点線は、第4実施例の透過率特性である。
[M0C1M1……CiMi(T)]k において、
全てのMとCがそれぞれ同じ(M0=M1=……=Mi、C1=……=Ci)であって、
[M(CM)iT]k と記されるものであり、
そのうちのi=3の、図15及び図16に示すような基本構造、透過率特性を有するものをもとにしてなるもので、3つの透過帯域を有する。そして、その基本構造は、次に述べるように構成されている。
[M(CM)3T]1 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図16に示すように参考波長λ=1450nmと、その両側に低透過率帯域を間に設けて高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。
[M(CM)3T]2 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図18に示すように参考波長λと、その両側に低透過率帯域を間に設け、略等間隔位置に高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。そして、3つの高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも大きなものとなり、本実施例の多重バンドパスフィルタ7a1は、略1340nmと1450nm、1580nmの3つの波長域に透過帯域を有するものである。
[M(CM)3T]3 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図19に示すように参考波長λと、その両側に透過率が数%と低い低透過率帯域を間に設け、第1実施例と同様に、略等間隔位置に高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。そして、3つの高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて第1実施例よりもさらに十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも大きなものとなって、略1340nmと1450nm、1580nmの3つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)3T]4 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図20に示すように参考波長λと、その両側に透過率が略0%の低透過率帯域を間に設け、第1実施例と同様に、略等間隔位置に高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。そして、3つの高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて第2実施例よりもさらに十分に分離され、透過帯域間のアイソレーションも十分に大きなものとなって、略1340nmと1450nm、1580nmの3つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)3T]5 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図21に示すように参考波長λと、その両側に透過率が0%の低透過率帯域を間に設け、第1実施例と同様に、略等間隔位置に高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。そして、3つの高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、基本ブロック6の繰り返し回数が増すにともない分離性が向上し、透過率からみて第3実施例よりも分離され、透過帯域間のアイソレーションも十分に大きなものとなって、略1340nmと1450nm、1580nmの3つの波長域に透過帯域を有するものとなる。
[M(CM)3T]1 (但し、M=H、C=2L、T=L)
で示され、また、その透過率特性は、参考波長λ=532nm(緑)と、その両側に低透過率帯域を間に設けて高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となっている。さらに、ミラー層Mが1層の高屈折率膜Haのみであるため、透過帯域幅が広いものとなっている。
[M(CM)3T]6 (但し、M=H、C=2L、T=L)
で示される。また、その透過率特性は、図24に示すように参考波長λ=532nm(緑)と、その両側に低透過率帯域を間に設け、青(473nm)、赤(633nm)をそれぞれ透過させる3つの高透過率の透過帯域を有するものとなる。また各透過帯域は、透過率からみて十分に分離されており、1つのフィルタで青、緑、赤色を高いアイソレーションのもとに、一括して透過させることができる。
[M(CM)2T]5 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
の形態を取っている。
[M(CM)2T]3 (但し、M=H,L,H、C=2L、T=L)
で示される。
(CiMi)の個数が5の場合で、M1≠M2≠M3、C1≠C2≠C3であって、
[M1(C1M2)(C2M3)(C3M3)(C2M2)(C1M1)T]k と記されるものであり、図28に示すような基本構造を有するものをもとにしてなるもので、C3を中心にしてミラー層Mとキャビティ層Cが対称に配され、5つの透過帯域を有する。そして、その基本構造は、次に述べるように構成されている。
(C1M1)、……、(CiMi)の数が5の場合で、全てのMが同じ(M=M0=M1=……=M5)で、C1≠C2≠C3であって、
[M(C1M)(C2M)(C3M)(C2M)(C1M)T]k と記されるものであり、
図32に示すような基本構造を有するものをもとにしてなるもので、C3を中心にしてミラー層Mとキャビティ層Cが対称に配され、5つの透過帯域を有する。そして、その基本構造は、次に述べるように構成されている。
全てのMとCがそれぞれ異なっている(M0≠M1≠……≠Mi、C1≠……≠Ci)場合で、
[M1c(C1cM2c)……(CicMic+1)T]k と記されるものであり、
そのうちのic=3の、図36に示すような基本構造を有するものをもとにしてなるもので、3つの透過帯域を有する。そして、その基本構造は、次に述べるように構成されている。すなわち、図36において、光学ガラス、例えばBK7(商標)でなる基板2b上に形成される薄膜積層部21は、高屈折率膜Hが、屈折率n=2.22の誘電体材料のTiO2で、その光学膜厚が参考波長λ=1450nmの1/4であり、また低屈折率膜Lが、屈折率n=1.44の誘電体材料のSiO2で、その光学膜厚が参考波長λ=1450nmの1/4であり、そして、これら高屈折率膜Hと低屈折率膜Lとを交互に積層し、基本式におけるX、YをH、Lとした膜構成となっている。
[M1c(C1cM2c)(C2cM3c)(C3cM4c)T]3
但し、M1c=H,L,H,L,H、M2c=H,L,H、M3c=H、
M4c=H,L,H,L,H,L,H
C1c=2L、C2c=4L、C3c=6L、
T=L
で示される。また、その透過率特性は、図39に示すように参考波長λと、その両側に低透過率帯域を間に設け、不等間隔で離間する高透過率の透過帯域を有する3ピーク特性となる。そして、3つの高透過率の波長域が、低透過率の波長域に対し、透過率からみて十分に分離されたものとなり、本実施例の多重バンドパスフィルタ23は、略1360nmと1450nm、1560nmの3つの波長域に透過帯域を有するものである。
3,3a,5a,8a,12,15a,18a,21a…薄膜積層部
4a,6,9,16,19,22…基本ブロック
13…空気側マッチング層
14…基板側マッチング層
C…キャビティ層
L…低屈折率膜
H…高屈折率膜
M…ミラー層
T…マッチング層
Claims (9)
- 対象光に透明な基板上に、それぞれ屈折率及び材質の異なる2種類の誘電体を、光学膜厚が参考とする波長の4分の1を1単位として積層した、ミラー層、キャビティ層及び必要に応じマッチング層を設け、複数のファブリペロー干渉計構造を形成してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記薄膜積層部が、前記誘電体の膜をX,Yとし、前記ミラー層をM、前記キャビティ層をC、前記マッチング層をTとしたときに、これらの積層関係の基本式が、
[M0C1M1……CiMi(T)]k
または、[M0C1M1……CiMi]k
但し、i,k:2以上の整数
であり、
Mは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、または異なる
誘電体X,Yによる奇数倍の[(2p+1)X,(2q+1)Y,……]
で示される交互層(但し、p,q,……は0または正の整数)、
Cは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の偶数倍である単層、または異なる
誘電体X,Yによる偶数倍の[(2r)Y,(2s)X,……]で示され
る交互層(但し、r,s,……は0または正の整数)、
Tは、膜の光学厚さが参考波長の4分の1の奇数倍である単層、
である構成となっているか、
または、前記基本式の構造の任意位置に、厚さが参考波長の4分の1の偶数倍の誘電体X,Yの少なくとも一方を、単独挿入してなることを特徴とする多重バンドパスフィルタ。 - 前記薄膜積層部が、前記基板側または表面側の少なくとも一方に、該薄膜積層部外との整合を取るためのマッチング層を有していることを特徴とする請求項1記載の多重バンドパスフィルタ。
- 前記薄膜積層部外との整合を取るためのマッチング層が、前記[M0C1M1……CiMi(T)]kの基本ブロックと同数の前記誘電体の膜でなることを特徴とする請求項2記載の多重バンドパスフィルタ。
- 前記参考波長が1450nmであり、前記iが2、前記kが2以上であることを特徴とする請求項1及び請求項2記載の多重バンドパスフィルタ。
- 前記薄膜積層部が、前記ミラー層M、前記キャビティ層Cを構成する前記誘電体Xの一部または前記誘電体Yの一部を、前記誘電体X,Yと異なる第3の誘電体と入れ替えた構成、または、前記誘電体Xの一部または前記誘電体Yの一部を、前記誘電体X,Yと異なる前記第3の誘電体、第4の誘電体と入れ替えた構成となっていることを特徴とする請求項1記載の多重バンドパスフィルタ。
- 対象光に透明な基板上に、それぞれ屈折率及び材質の異なる2種類の誘電体を、光学膜厚が参考とする波長の4分の1を1単位として積層した、ミラー層、キャビティ層及びマッチング層を設け、複数のファブリペロー干渉計構造を形成してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記参考波長が可視光であり、前記薄膜積層部が、前記誘電体の膜をX,Yとし、前記ミラー層をMとしたときに、
[M0(2eY)M1(2fY)M2(2gY)M3(Y)]k
または、[M4(2eY)(2fX)(2gY)M5(Y)]k
または、[M6(2eY)M7(2fX)M8(2gY)M9(X)]k
但し、M0〜M5がX、XYX、XYXYX、XYXYXYXのいずれかであり、M6、M8がYX、YXYX、YXYXYXのいずれかであり、M7、M9がXY、XYXY、XYXYXYのいずれかであり、e,f,gが1以上、kが2以上の整数の構成となっていて、形成される透過率特性曲線の3ピークの中心波長が、それぞれ青、緑、赤の三原色の波長であることを特徴とする多重バンドパスフィルタ。 - 対象光に透明な基板上に、誘電体でなり光学膜厚が(532/4)nmである高屈折率膜と、この高屈折率膜よりも低屈折率の誘電体でなり光学膜厚が(532/4)nmである低屈折率膜とを交互に積層してなる薄膜積層部を備えた多重バンドパスフィルタであって、
前記薄膜積層部が、前記高屈折率膜と低屈折率膜の一方をX、他方をYとしたときに、
[X(2Y)X(2Y)X(2Y)X(Y)]k
但し、kが2以上の整数の構成となっていることを特徴とする多重バンドパスフィルタ。 - 前記高屈折率膜がXであり、前記低屈折率膜がYであり、前記kが6であることを特徴とする請求項7記載の多重バンドパスフィルタ。
- 前記高屈折率膜がTiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、Al2O3のいずれかでなり、前記低屈折率膜がSiO2でなることを特徴とする請求項8記載の多重バンドパスフィルタ。
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