JP4650071B2 - ソリッドエタロンフィルタ - Google Patents

Description

本発明はソリッドエタロンフィルタに関し、特に基板の平行度を改善してソリッドエタロンフィルタの振幅特性を向上させると共に、基板の厚みを調整可能として干渉周期特性の微調整を可能としたソリッドエタロンフィルタに関するものである。

インターネットの急激な普及に伴い、画像等の大容量データの転送が頻繁に行われるようになってきた。そのため、伝送路の大容量化が急務となり、既存の一本の光ファイバーケーブルに多数の波長の光信号を多重して伝送する高密度波長多重（以降、ＤＷＤＭと称す）方式による通信が実用化され、年々、その高密度化が図られている。一本の光ファイバーに多数の波長の光信号を多重するためには、レーザ光を一定の波長に保つことが必要で、その光源となる半導体レーザダイオードは、高い精度で安定して動作することが求められる。半導体レーザダイオードは、温度等の要因により光の波長が変化する性質を持っているため、エタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の変動を検出し、半導体レーザダイオードの光の波長を一定に保つよう機能させている。

エタロンフィルタは、入射した光の透過率が通過する光の波長に対して周期的に変化するものであり、エタロンフィルタを構成する手段であるソリッドエタロンフィルタは、石英、或いは水晶等の基板を所定の板厚に加工した後、光の入出射面に反射膜を施したものである。
ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性は、基板の厚みとその平行度とにより決定される光学的特性に大きく左右され、基板を加工する際は、平行度を保持しながら板厚を厳密に制御することが求められる。

図３は、従来のソリッドエタロンフィルタの構造を示す図である。図３に示すように、ソリッドエタロンフィルタ１は、石英、或いは水晶等を所定の板厚に加工した基板２に、光の入出射面に誘電体等からなる反射膜３を施したものである。

図４は、ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性の一例である。ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性は、横軸に波長、縦軸に光の出力強度を割り当て、波長λの光信号を入力した際の出力強度Ｐを示す。又、波長選択特性の振幅特性をＭＤ特性と称し、干渉周期特性をＦＳＲ特性と称す。
ソリッドエタロンフィルタの中心波長λｍは、ｎを基板の屈折率、Ｌを基板の板厚、θを光の入射角、ｍを任意の整数とすると（１）式のように示され、
λｍ＝２ｎＬcosθ／ｍ ・・・（１）
ソリッドエタロンフィルタの光学特性を安定にするためには、基板の板厚の変化の少ない材料を選択することが望ましい。
特開平６−２０８０２２号公報

上述したように、ソリッドエタロンフィルタの光学特性の一つであるＭＤ特性は、基板の平行度により決定されるが、通常、要求される仕様を満足するためには、平行度を１０〃〜３０〃以内の精度で加工することが必要であり、一方、ソリッドエタロンフィルタの光学特性の一つであるＦＳＲ特性は、基板の板厚により決定されるが、通常、要求される仕様を満足するためには、板厚の誤差を±１〜３μｍ程度の精度で加工することが必要である。

図５は、ソリッドエタロンフィルタの基板平行度とＭＤ特性の関係を示すグラフである。例えば、図５に示すように、ＭＤ特性を４．２〜４．８ｄＢ以内に納めようとすると、基板の平行度は、約３０〃以内に抑える必要がある。

しかしながら、従来のソリッドエタロンフィルタは、上述したような仕様を満足するためには、基板を加工する際に極めて優れた研磨技術が必要であり、加工コストが大きなものになっていた。
そこで、本発明においては上述したような問題を解決するためになされたものであって、簡易な方法で、容易にソリッドエタロンフィルタの基板の平行度の精度を向上させてＭＤ特性を改善すると共に、基板の厚みを調整するとにより、ソリッドエタロンフィルタのＦＳＲ特性の微調整を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わるソリッドエタロンフィルタは、以下の構成を
とる。
請求項１に記載のソリッドエタロンフィルタは、基板の光の入出射面に反射膜を有するソリッドエタロンフィルタであって、波長選択特性の振幅特性（ＭＤ特性）を向上させるために、機械加工による研磨により前記基板の表面に生じた凹状に窪んだ凹部に、前記基板と同等の屈折率を有するコーティング材を埋めるよう薄膜を形成したことを特徴とする。

請求項２に記載のソリッドエタロンフィルタは、前記コーティング材が、液状の原料からなり、光硬化性又は熱硬化性を有するものであることを特徴とする。

請求項３に記載のソリッドエタロンフィルタは、スピンコータのステージに前記基板を搭載し、前記基板の表面上に前記コーティング材を滴下し、前記ステージを回転させることにより前記薄膜を形成して、厚みを調整することにより干渉周期特性（ＦＳＲ特性）を調整したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、機械加工による研磨により基板の表面に生じた凹状に窪んだ凹部に、前記基板と同等の屈折率を有するコーティング材を埋めるよう薄膜を形成したので、前記基板の平行度を改善することができ、基板の研磨による加工精度を向上させることなく容易にソリッドエタロンフィルタのＭＤ特性の高性能化が図られ、ソリッドエタロンフィルタを使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。

請求項２に記載の発明は、前記コーティング材が、液状の原料からなり、光硬化性又は熱硬化性を有するものを用いたので、煩雑な基板の研磨による加工調整を必要とせずに、容易に基板の板厚の調整を行なうことが可能となった。

請求項３に記載の発明は、スピンコータのステージに前記基板を搭載し、前記基板の表面上に前記コーティング材を滴下し、前記ステージを回転させることにより前記薄膜を形成し、厚みを調整したので、煩雑な基板の研磨による加工調整を必要とせずに、ソリッドエタロンフィルタのＦＳＲ特性の微調整が行なえることから、簡易な方法で所望のＦＳＲ特性を得ることが可能となり、ソリッドエタロンフィルタを使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
更に、簡単な作業で薄膜を施すことが出来ることから、低コストで光学特性に優れたソリッドエタロンフィルタを実現することが可能となり、ソリッドエタロンフィルタを製造する上で大きな効果を発揮する。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、ソリッドエタロンフィルタの基板と同等の屈折率を有する材質のコーティング材を用いて、ソリッドエタロンフィルタの基板の表面をコーティングし、基板の平行度の改善と、基板の板厚の調整を行ったものである。

図１は、本発明に係るソリッドエタロンフィルタの第一の実施例を示す外観構造図であり、基板の平行度を改善した例を示す。ソリッドエタロンフィルタの基板を研磨により加工する際に発生する不具合は、基板の中央部が窪んだ凹型の形状となることが多い。そこで、本発明は、ソリッドエタロンフィルタの基板の表面に、スピンコータを使用して凹部を埋めるようにコーティングすることにより基板の平行度を改善し、ソリッドエタロンフィルタのＭＤ特性を向上させたことが特徴である。

図１に示す如く、本発明に係るソリッドエタロンフィルタ４は、石英、或いは水晶等を所定の板厚に加工した基板２に、コーティング材からなる薄膜５を基板の平行度が改善されるようスピンコータを用いて形成し、更に、基板２の両面に反射膜３を成膜したものである。

スピンコータは、化合物等の溶液を用いて基板に薄膜を形成するものであり、スピンコータのステージに基板を搭載し、基板にコーティング材を適量滴下してステージを回転させることにより薄膜を形成し、基板の厚みを均一化する。基板の平行度をどの程度改善するかは、スピンコータの回転速度の調整や、回転時間の設定により決定する。

コーティング材としては、基板材質と同等の屈折率を有しているもので、光や熱で硬化するもの、例えば、光学系の接着剤等が使用可能である。

図２は、本発明に係るソリッドエタロンフィルタの第二の実施例を示す外観構造図であり、基板の厚みを調整した例を示す。本第二の実施例においてもスピンコータを用い、基板に所定の厚みの薄膜を形成するもので、スピンコータのステージに基板を搭載し、基板にコーティング材を適量滴下してステージを回転させることにより薄膜を形成し、基板の厚みを調整する。従って、本発明によれば、同一の基板を使用して、形成する薄膜の厚みを調整することにより、様々なＦＳＲ特性のソリッドエタロンフィルタを実現することが出来る。

図２に示す如く、本発明に係るソリッドエタロンフィルタ６は、石英、或いは水晶等を所定の板厚に加工した基板２に、スピンコータを用いてコーティング材からなる薄膜７を基板の厚みが所定の値になるよう形成し、更に、基板２の両面に反射膜３を成膜したものである。

基板の厚みの調整は、滴下するコーティング材の量を調整することと、回転速度の調整や、回転時間の設定により行い、コーティング材は基板材質と同等の屈折率を有しているもので、多少粘度の高いものが望ましく光や熱で硬化するもの、例えば、光学系の接着剤等が使用可能である。
以上説明したように、本発明においては、スピンコータを使用してソリッドエタロンフィルタの基板の表面に薄膜を形成することにより、ソリッドエタロンフィルタの基板の平行度の改善や、基板の厚みの調整を容易に可能とした。

本発明に係るソリッドエタロンフィルタの第一の実施例を示す外観構造図である。 本発明に係るソリッドエタロンフィルタの第二の実施例を示す外観構造図である。 従来のソリッドエタロンフィルタの構造を示す図である。 ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性の一例である。 ソリッドエタロンフィルタの基板平行度とＭＤの関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・ソリッドエタロンフィルタ、
２・・基板、
３・・反射膜、
４・・ソリッドエタロンフィルタ、
５・・薄膜、
６・・ソリッドエタロンフィルタ、
７・・薄膜

Claims (3)

1. 基板の光の入出射面に反射膜を有するソリッドエタロンフィルタであって、
   波長選択特性の振幅特性（ＭＤ特性）を向上させるために、
   機械加工による研磨により前記基板の表面に生じた凹状に窪んだ凹部に、前記基板と同等の屈折率を有するコーティング材を埋めるよう薄膜を形成したことを特徴とするソリッドエタロンフィルタ。
2. 前記コーティング材は、液状の原料からなり、光硬化性又は熱硬化性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のソリッドエタロンフィルタ。
3. スピンコータのステージに前記基板を搭載し、
   前記基板の表面上に前記コーティング材を滴下し、
   前記ステージを回転させることにより前記薄膜を形成して、
   厚みを調整することにより干渉周期特性（ＦＳＲ特性）を調整したことを特徴とする請求項１又は２に記載のソリッドエタロンフィルタ。

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