JP5508469B2 - エタロン及びエタロンの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザシステムや光通信システムに用いられるエタロン及びその製造方法に関する。
温度変化による特性変化が抑制されるように構成された複合型エタロンが知られている（例えば特許文献１）。この複合型エタロンでは、温度上昇変化に対する光路長の変化が正の透明薄板と、温度上昇変化に対する光路長の変化が負の透明薄板とが貼り合わされて平板状の透光体が構成される。なお、光路長は、屈折率ｎの媒質中を距離ｄだけ光が通過するときにｎｄで表わされる。透光体の一方の面は入射面とされ、他方の面は出射面とされ、入射面及び出射面には反射膜が成膜される。透明薄板間には、反射防止膜が設けられる。
上記のような複合型エタロンにおいては、透明薄板間において温度変化による光路長の変化が相殺されることによって、温度変化による特性変化が抑制される。また、特許文献１によれば、透明薄板間に反射防止膜が設けられることにより、エタロンを透過した光の強度のスペクトルの波形が周期的になり、また、極大値及び極小値が揃うとされている。
しかし、上記のような複合型エタロンにおいては、種々の問題が生じている。例えば、反射防止膜は、透明薄板間に設けられることから、透明薄板間が接合されるまで反射率を正確に把握できない。例えば、透明薄板の接合前に反射防止膜の反射率を測定しても、接合により反射防止膜の物性や膜厚が変化し、反射率が変化するおそれがある。その結果、例えば、透明薄板を接合する前に反射防止膜の反射率を測定することによって、反射防止膜に不具合が生じている透明薄板の接合を避けようとしても、結局、最終的な製品は不具合品となったり、その逆の事態が生じるおそれがある。
本発明の目的は、新たな形式のエタロン及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一態様に係るエタロンは、入射面及び出射面の一方を構成する第１外側面、及び、その背面の第１内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が正である第１透光体と、入射面及び出射面の他方を構成する第２外側面、及び、その背面の第２内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が負である第２透光体と、前記第１外側面を覆う第１反射膜と、前記第１内側面を覆う第１反射防止膜と、前記第２外側面を覆う第２反射膜と、前記第２内側面を覆う第２反射防止膜と、を有し、前記第１内側面と前記第２内側面とがギャップを挟んで対向している。
好適には、前記第１内側面及び前記第２内側面の外縁側においてこれら内側面の間に介在して前記第１透光体及び前記第２透光体を接合する金属層を更に有する。
本発明の一態様に係るエタロンの製造方法は、第１外側面及びその背面の第１内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が正である第１透光体を準備するステップと、第２外側面及びその背面の第２内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が負である第２透光体を準備するステップと、前記第１外側面を覆う第１反射膜を形成するステップと、前記第１内側面を覆う第１反射防止膜を形成するステップと、前記第２外側面を覆う第２反射膜を形成するステップと、前記第２内側面を覆う第２反射防止膜を形成するステップと、前記第１反射防止膜に覆われた前記第１内側面と前記第２反射防止膜に覆われた前記第２内側面とをギャップを介して対向させた状態で前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップと、を有する。
好適には、前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定する前に、前記第１透光体及び前記第２透光体の厚みを測定するステップを更に有し、前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップでは、測定された前記第１透光体及び前記第２透光体の厚みに基づいて前記ギャップの間隔を調整する。
好適には、前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップでは、前記第１内側面及び前記第２内側面の少なくとも一方の面においてその外縁側に金属層を成膜して当該金属層により前記第１透光体と前記第２透光体とを固定し、また、前記金属層を成膜するときの厚みの調整により前記ギャップの間隔を調整する。
好適には、前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップの前に、形成された前記第１反射防止膜の反射率を測定するステップと、形成された前記第２反射防止膜の反射率を測定するステップと、を更に有し、測定された反射率が所定の許容範囲内に収まるときにのみ、前記第１透光体と前記第２透光体とを固定するステップを行う。
上記の構成又は手順によれば、新たな形式のエタロンを提供できる。
（エタロンの構成）
図１は、本発明の実施形態に係るエタロン１を模式的に示す側面図である。
図１は、本発明の実施形態に係るエタロン１を模式的に示す側面図である。
エタロンは、互いに平行な第１外側面５１Ａ及び第２外側面５１Ｂを有する透光部３と、第１外側面５１Ａに設けられた第１反射膜５Ａと、第２外側面５１Ｂに設けられた第２反射膜５Ｂとを有している。
なお、以下では、「第１」及び「Ａ」、又は、「第２」及び「Ｂ」が付された構成について、「第１」及び「Ａ」等を省略することがあるものとする。例えば、第１外側面５１Ａ及び第２外側面５１Ｂについて、単に「外側面５１」といい、両者を区別しないことがあるものとする。
１対の外側面５１の一方（図１の例では第１外側面５１Ａ）は、光Ｌｔの入射面を構成し、他方（図１の例では第２外側面５１Ｂ）は、光Ｌｔの出射面を構成する。透光部３に入射した光Ｌｔは、１対の反射膜５の間において繰り返し反射され、透光部３の光路長によって規定される所定の周波数の光のみが出射される。なお、図１では、光Ｌｔが入射面に垂直に入射した場合を例示しているが、光Ｌｔは、入射面に対して斜めに入射してもよい。
透光部３は、第１透光体７Ａと、当該第１透光体７Ａとギャップ５３を挟んで対向する第２透光体７Ｂと、第１透光体７Ａのギャップ５３側に位置する第１反射防止膜９Ａと、第２透光体７Ｂのギャップ５３側に位置する第２反射防止膜９Ｂと、１対の透光体７間（より詳細には１対の反射防止膜９間）に介在するスペーサ１１とを有している。
第１透光体７Ａは、既述の第１外側面５１Ａと、その背面となる第１内側面５５Ａとを有している。第２透光体７Ｂは、既述の第２外側面５１Ｂと、その背面となる第２内側面５５Ｂとを有している。そして、第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとは、ギャップ５３を挟んで対向している。
各透光体７において、外側面５１と内側面５５とは例えば平行である。各透光体７を光Ｌｔの透過方向に見た形状（外側面５１及び内側面５５の平面形状）は、矩形や円形等の適宜な形状とされてよい。１対の透光体７において、外側面５１同士は既に述べたように互いに平行であり、また、内側面５５同士も互いに平行である。
透光体７の厚み等は、所望の光学特性に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、１００μｍ〜２ｍｍである。各面の面粗さ及び平行度も、所望の光学特性やその精度に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、面粗さは１ｎｍ未満であり、平行度は１分未満である。このような微小な面粗さや高精度な平行度は、例えば、各面の光学研磨により得られる。
１対の透光体７の一方（本実施形態では第２透光体７Ｂとする）は、温度上昇変化に対する光路長の変化が正（特性指数が正）の材料により形成されており、他方（本実施形態では第１透光体７Ａとする）は、温度上昇変化に対する光路長の変化が負（特性指数が負）の材料により形成されている。なお、図１では、特性指数が正の材料が出射側、特性指数が負の材料が入射側に位置しているが、入出射と特性指数の正負との関係は、図１と逆であってもよい。特性指数が正の材料としては、例えば、水晶（ＳｉＯ２）を挙げることができる。また、特性指数が負の材料としては、例えば、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）を挙げることがでる。
反射防止膜９は、透光体７とギャップ５３との界面における反射を抑制するためのものである。従って、反射防止膜９は、光路長がエタロン１を透過させる光の１／４波長に近く若しくは一致するように形成され、より好ましくは、当該反射防止膜９の屈折率が、反射防止膜９の両側に位置する透光体７及びギャップ５３の屈折率の幾何平均に近く若しくは一致するように形成されている。なお、設計の際、各媒質の光路長や屈折率としては、想定されるエタロン１の使用温度の範囲内の適宜な温度におけるものが用いられてよい。
反射防止膜９は、例えば、特に図示しないが、屈折率が互いに異なる複数の薄膜が積層されることにより構成されている。複数の薄膜は、所望の光学特性（例えば反射率）が得られるように、その材料、積層数及び厚みが設計されている。各薄膜の材料は、例えば、誘電体である。誘電体は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）である。各薄膜の厚みは、例えば、サブミクロン程度である。また、各薄膜の厚みは、各薄膜において一定とされ、ひいては、反射防止膜９の厚みは一定である。複数の薄膜の積層数は、例えば１０以下である。複数の薄膜は、互いに密着して固定され、また、反射防止膜９は、透光体７に密着して固定されている。
スペーサ１１は、ギャップ５３の間隔を適宜な大きさに保ちつつ、１対の透光体を互いに固定することに寄与している。スペーサ１１は、光Ｌｔを透過させる領域の外側、すなわち、内側面５５の外縁側に位置している。例えば、スペーサ１１は、内側面５５の外周に沿って環状に形成されている。スペーサ１１は、その全体に亘って一定の厚みに形成されており、１対の内側面５５（反射防止膜９）を互いに平行に保っている（ギャップ５３の間隔を一定に保っている。）。
スペーサ１１は、例えば、金属層により形成されている。より具体的には、スペーサ１１は、例えば、第１反射防止膜９Ａに重ねられた第１金属層１３Ａと、第２反射防止膜９Ｂに重ねられた第２金属層１３Ｂとを有している。
各金属層１３は、例えば、特に図示しないが、反射防止膜９側から、Ｃｒ若しくはＴａと、Ａｕとが積層されて構成されている。そして、１対の金属層１３は、Ａｕ同士が金属拡散により接合されることにより互いに接合されている。このように、反射防止膜９（若しくは透光体７）との接合が強固になされるＣｒ若しくはＴａと、金属同士の接合が強固になされるＡｕとの積層構造にすることにより、１対の透光体７の固定が好適になされる。
ギャップ５３は、透光体７及び反射防止膜９と共に、光Ｌｔを透過させる領域を構成している。ギャップ５３は、密閉されていてもよいし、密閉されていなくてもよい。密閉されている場合において、ギャップ５３内は、空気若しくは特定のガスが充填されていてもよいし、真空若しくは真空に近い状態とされていてもよい。また、空気等の気体が充填されている場合において、ギャップ５３内の圧力は、大気圧よりも高くてもよいし、低くてもよい。
ギャップ５３の間隔は、例えば、各透光体７の厚みよりも小さい。例えば、ギャップ５３の間隔は、サブミクロンオーダーからミクロンオーダーである。ギャップ５３は、透光体７に比較して屈折率が相対的に小さいことから、ギャップ５３を相対的に小さく、透光体７を相対的に大きくすることにより、光路長ｎｄを確保しつつ透光部３を全体として小さくできる。ただし、ギャップ５３の間隔は、透光体７の厚みよりも大きくされてもよい。
反射膜５は、例えば、特に図示しないが、屈折率が互いに異なる複数の薄膜が積層されることにより構成されている。複数の薄膜は、所望の光学特性（例えば反射率）が得られるように、その材料、積層数及び厚みが設計されている。各薄膜の材料は、例えば、誘電体により構成されている。誘電体は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）である。各薄膜の厚みは、例えば、サブミクロン程度である。また、各薄膜の厚みは、各薄膜において一定とされ、ひいては、反射膜５の厚みは一定である。複数の薄膜の積層数は、例えば１０以下である。複数の薄膜は、互いに密着して固定され、また、反射膜５は、透光体７に密着して固定されている。
図２は、エタロン１の透過特性を模式的に示す図である。図２において横軸は波長λを示し、縦軸は透過係数Ｔを示している。なお、透過係数Ｔは、光Ｌｔの、エタロンへの入射前における強度Ｉinと、エタロンからの出射後の強度Ｉoutとの比Ｉout／Ｉinである。
既に述べたように、エタロン１に入射した光Ｌｔは、１対の反射膜５の間において繰り返し反射されてエタロン１から出射される。従って、エタロン１においては、従来のエタロンと同様に、ｍ次のピーク波長λｍ（ピーク振動数νｍ）において透過係数Ｔが周期的に上昇する。なお、通常、ＦＳＲは、ピーク振動数νｍの間隔（νｍ−νｍ＋１）で表現されるが、図２では、理解の一助のためにＦＳＲをピーク波長間において示している。
ＦＳＲは、概略的には、１対の反射膜に挟まれた媒質の光路長ｎｄを用いて、以下の（１）式により表わされる。
一方、エタロン１において、１対の反射膜５間の媒質となる透光部３は、特性指数が正の第１透光体７Ａと、特性指数が負の第２透光体７Ｂとを有している。従って、温度変化による光路長ｎｄの変化が、１対の透光体７間において、少なくとも一部について相殺され、透光部３全体としては、光路長ｎｄの変化が抑制される。その結果、温度変化に起因するＦＳＲの温度変化が抑制される。
好適には、１対の透光体７は、温度変化に起因する光路長ｎｄの変化が概ね相殺されるように（変化の絶対値が概ね同等となるように）、材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。すなわち、温度変化に起因する光路長の変化が一次関数で表わされると仮定したときに、概略、以下の（２）式が満たされるように、１対の透光体７は、材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。
ギャップ５３、反射膜５及び反射防止膜９は、光路長が小さいことから、その温度変化による光路長の変化がＦＳＲに及ぼす影響は小さく、これらの光路長の変化は無視してよいと考えられる。ただし、これらにおける光路長の変化も（２）式の左辺に加算して、材料の選択及び厚みの設定がなされてもよい。
このように透光体７の厚み等が決定されることにより、エタロン１の波長温度特性の絶対値は、例えば１ｐｍ／℃以下とされる。なお、波長温度特性とは光がエタロン１を通過後の透過率特性が温度により、短波長側あるいは長波長側に変化する特性のことである。
（媒質の厚みの設定方法）
通常は、先に材料（屈折率）を選択して、厚みを設定する。以下の説明においては、材料が既に特定されていることを前提として、厚みの設定方法を説明することがあるものとする。
通常は、先に材料（屈折率）を選択して、厚みを設定する。以下の説明においては、材料が既に特定されていることを前提として、厚みの設定方法を説明することがあるものとする。
透光体７の厚み、並びに、ギャップ５３の間隔は、公知のエタロンの設計方法を利用して設定されてよい。
例えば、簡略的には、所望のＦＳＲに対して上記の（１）式を満たし、且つ、（２）式を満たすように、透光体７の厚み及びギャップ５３の間隔を求めればよい。ここで、（１）式において、ｎｄは、例えばｎｄ＝Σｎｉｄｉとする（ｎｉｄｉは光Ｌｔが透過する各媒質ｉの光路長）。なお、反射防止膜９及び反射膜５の厚みは、既に述べたように、所望の反射率等が得られるように設定される。ただし、ＦＳＲに及ぼす影響等が考慮されてもよい。
上記の（１）式に示されるように、一般に、ＦＳＲは、１対の反射膜間の媒質により規定されるとされているところ、本願発明者は、実験等により、反射膜の構成（材料、積層数、厚み等）が変化すると、ＦＳＲが変化することを発見した。
そこで、本願発明者は、反射膜５の影響を考慮に入れたＦＳＲ算出法を考案した。当該算出法は、Florin Abeles氏の行列法に基づくものである。各媒質の厚みの設定に際しては、（１）式に代えて、本願発明者のＦＳＲ算出法を用いてよい。具体的には、媒質の厚みを種々変化させて本願発明者のＦＳＲ算出法によりＦＳＲを算出（予測）し、所望のＦＳＲが得られる厚みを探査してよい。
本願発明者のＦＳＲ算出法は、以下のとおりである。
透光部３及び反射膜５を含むエタロン１全体をｍ層の媒質からなる多層構造体として考える。このとき、ｊ番目（１≦ｊ≦ｍ）の媒質の特性行列Ｍｊは、下記（３）及び（４）式により表わされる。
多層構造体の特性行列Ｍは、下記（５）式に示すように、各層の行列の積によって表わされる。
この多層構造体のフレネル反射係数ρとフレネル透過係数τは、下記（６）式及び（７）式により表わされる。
（６）式及び（７）式より、反射係数Ｒと透過係数Ｔは、下記（８）式及び（９）式により表わされる。
そして、上記（９）式において波長λを変数として透過係数Ｔを計算して極大値を求め、極大値間の波長間隔からＦＳＲを算出する。
なお、屈折率ｎについては、波長分散（波長依存性）が考慮されることが好ましい。例えば、下記（１０）式により屈折率ｎが波長λに基づいて算出されることが好ましい。
また、ＦＳＲは、一般には、（１）式に例示したように、次数ｍを考慮せずに求められる。ただし、次数ｍに応じたばらつきを考慮してＦＳＲを求めるのであれば、ＦＳＲは、エタロンが使用される振動数範囲に含まれる、ピーク振動数の間隔の数、最大のピーク振動数及び最小のピーク振動数をそれぞれ、Ｌ、νｍ、νｍ＋Ｌとして、
ＦＳＲ＝（νｍ−νｍ＋Ｌ）／Ｌ
により求められてもよい。
ＦＳＲ＝（νｍ−νｍ＋Ｌ）／Ｌ
により求められてもよい。
なお、以上に説明したＦＳＲ算出方法が、各媒質において屈折率が不均一でない限り、高精度にＦＳＲを算出できることは、その理論から明らかである。
（エタロンの製造方法）
図３は、エタロン１の製造方法の手順を示すフローチャートである。
図３は、エタロン１の製造方法の手順を示すフローチャートである。
このフローチャートに示される製造方法では、透光体７の加工精度のばらつきをギャップ５３の間隔の調整で補償する点、反射防止膜９の成膜に不具合が生じたときに１対の透光体７の接合を行わない点等を特徴として含んでいる。具体的には、以下のとおりである。
ステップＳＴ１では、透光体７の設計上の厚みｄｔ（及びギャップ５３の間隔、必要に応じて他の媒質の厚み）を決定する。厚みｄｔは、既に述べたように、所望のＦＳＲが得られ（（１）式若しくは（３）〜（１０）式参照）、且つ、温度変化に対する光路長の変化が抑制されるように（（２）式参照）決定される。
ステップＳＴ２では、透光体７を形成する。透光体７は、その厚みが設計上の厚みｄｔとなるように形成される。なお、透光体７の形成方法は、公知の方法と同様でよい。
ステップＳＴ３では、ステップＳＴ２において形成された透光体７の実際の厚みｄｒを測定する。測定は、マイクロメータやレーザ測長計を用いるなど、公知の方法により行われてよい。また、測定は、０．１μｍ以下の精度で行われることが好ましい。
ステップＳＴ４では、実際の厚みｄｒに基づいて、所望のＦＳＲが得られるように（（１）式若しくは（３）〜（１０）式参照）、再度、ギャップ５３の間隔ｇを算出する。なお、反射膜５及び反射防止膜９の厚みは、ステップＳＴ１等において決定した値のままとしてよい。また、既に述べたように、温度変化に対する光路長の変化については、ギャップ５３等は無視してよいが、当該変化も考慮して、ギャップ５３等を再設定してもよい。設計上の厚みｄｔと実際の厚みｄｒとの差が所定の許容範囲内である場合においては、間隔ｇの再設定は行われなくてもよい。
ステップＳＴ５では、透光体７に反射膜５及び反射防止膜９を形成する。これらの成膜方法は、公知の方法と同様でよく、例えば、物理蒸着法や化学気相成長法などの薄膜形成法が利用されてよい。
ステップＳＴ６では、反射防止膜９（及び反射膜５）の反射率を測定する。測定は、公知の測光器を用いるなど、公知の方法により行われてよい。
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ６において測定した反射防止膜９（及び反射膜５）の反射率と、所望の反射率との差が許容範囲内か否かを判定する。許容範囲内と判定したときには、ステップＳＴ８に進む。一方、許容範囲内でないと判定したときには、その反射防止膜９（又は反射膜５）が形成された透光体７は不具合品であるものとして、その後の接合等を行わない。
ステップＳＴ８では、反射防止膜９上に金属層１３を形成する。このとき、金属層１３の厚みは、ステップＳＴ４において決定されたギャップ５３の間隔ｇに対応した厚みとされる。薄膜の厚みは、薄膜形成法のみにより所望の厚みとされてもよいし、薄膜形成後に研磨等が行われることにより所望の厚みとされてもよい。
金属層１３は、具体的には、例えば、まず、Ｃｒ若しくはＴａからなる薄膜が形成され、次に、その上に、Ａｕからなる薄膜が形成されることにより形成される。なお、薄膜の形成は、公知の方法により行われてよく、例えば、物理蒸着、化学気相成長法、無電解めっきなどの薄膜形成法が利用されてよい。
また、金属層１３は、光Ｌｔの透光領域の外側に位置するようにパターニングされる。パターニングは、金属層１３となる薄膜が反射防止膜９の全面に亘って形成された後に、マスク（例えばフォトリソグラフィーにより形成されたフォトレジスト）が形成されてエッチングされることにより行われてもよいし、予め反射防止膜９上にマスクが配置された後に金属層１３となる薄膜が形成されることにより行われてもよい。
ステップＳＴ９では、第１金属層１３Ａが形成された第１透光体７Ａと、第２金属層１３Ｂが形成された第２透光体７Ｂとを突き合わせて加熱・加圧することにより、１対の金属層１３（Ａｕ層）同士を金属拡散により接合する。なお、ステップＳＴ８の金属層１３の形成においては、このときの金属層１３の厚みの変化を考慮して金属層１３の厚みが調整されてもよい。
（実施例）
図４は、透光体７の加工精度のばらつきをギャップ５３の間隔の調整で補償する（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）場合の計算例を示す図表である。
図４は、透光体７の加工精度のばらつきをギャップ５３の間隔の調整で補償する（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）場合の計算例を示す図表である。
図４の計算例では、入射角度として０°を、波長範囲として１５３０〜１６１０ｎｍを、反射膜５の反射率として５０％を、ＦＳＲ（目標値）として５０ＧＨｚを想定している。また、エタロン１の入射面及び出射面は空気に触れていることを想定している。
図４において、各列（縦の欄）は、各構成例に対応し、各行は、各構成例の特徴を示している。具体的には、以下のとおりである。
図４の最上段の行「Ｎｏ．」は、構成例に対して便宜的に付した番号を示している。そして、図４では、Ｎｏ．０、Ｎｏ．１Ａ、Ｎｏ．１Ｂ、Ｎｏ．２Ａ及びＮｏ．２Ｂの５種類の構成例が示されている。Ｎｏ．１Ａ−０、Ｎｏ．１Ｂ−０、Ｎｏ．２Ａ−０、Ｎｏ．２Ｂ−０は、Ｎｏ．０の構成例と、他の構成例との差を示している。例えば、Ｎｏ．１Ａ−０は、Ｎｏ．０の構成例に対するＮｏ．１Ａの構成例の相違を示している。
図４の中央において複数の行をまとめた「Ｃ」は、エタロン１の構成を示している。「Ｃ」の中において、「Ｒ２」は第２反射膜５Ｂの構成を示し、「Ｐ２」は第２透光体７Ｂの構成を示し、「Ａ２」は第２反射防止膜９Ｂの構成を示し、「Ｇ」はギャップ５３の構成を示し、「Ａ１」は第１反射防止膜９Ａの構成を示し、「Ｐ１」は第１透光体７Ａの構成を示し、「Ｒ１」は第１反射膜５Ａの構成を示している。
これらの行において示されるように、第１透光体７Ａは水晶とされており、第２透光体７Ｂはチタン酸ストロンチウムとされており、ギャップ５３内は空気とされている。また、反射膜５及び反射防止膜９は、二酸化ケイ素と五酸化タンタルとが交互に積層されて構成されている。
各行において、各列（構成例）に対応するマスには、各媒質の厚み（単位：ｎｍ）が示されている。例えば、Ｎｏ．０の構成例において、第２透光体７Ｂ（水晶）の厚みは、１４４９７００ｎｍである。
図４の最下段の行「ＦＳＲ」は、複数の行「Ｃ」において示された媒質の材質及び厚みに基づいて、本願発明者のＦＳＲ算出法により算出したＦＳＲの値（単位：ＧＨｚ）を示している。
図４において、Ｎｏ．０は、ステップＳＴ１において決定した設計値を示している。Ｎｏ．１Ａは、Ｎｏ．０の設計値が実現されるように透光体７を形成したところ（ステップＳＴ２）、透光体７の実際の厚みｄｒがＮｏ．０における設計上の厚みｄｔに対して小さくなってしまったと仮定した場合の値を示している（「Ｐ２」及び「Ｐ１」の行参照）。すなわち、Ｎｏ．１Ａ−０に示されているように、第２透光体７Ｂについては、−３００ｎｍの誤差が生じ、第１透光体７Ａについては、−１００ｎｍの誤差が生じている。
この場合、ギャップ５３の間隔ｇ（「Ｇ」の行参照）を当初の設計値のまま（Ｎｏ．０の値のまま）として、エタロン１を作製したと仮定すると、Ｎｏ．１ＡのＦＳＲは、５０．０１ＧＨｚとなり、目標値の５０．００ＧＨｚからずれてしまう。
そこで、ＦＳＲが目標値の５０．００ＧＨｚとなるようにギャップ５３の間隔ｇを再設定する（ステップＳＴ４）。Ｎｏ．１Ｂは、その再設定後の構成を示している。Ｎｏ．１Ｂ−０に示されているように、透光体７の実際の厚みｄｒが設計上の厚みｄｔよりも小さくなっていることに対応して、ギャップ５３の間隔ｇは、当初の設計値よりも大きくなっている。
なお、この例に示されているように、透光体７の厚みの精度ばらつきと、そのばらつきを補償するためのギャップ５３の間隔の変更量は、絶対値として大きくは相違せず、また、符号が逆である。
Ｎｏ．２Ａは、Ｎｏ．１Ａとは逆に、透光体７の実際の厚みｄｒがＮｏ．０における設計上の厚みｄｔに対して大きくなってしまったと仮定した場合の値を示している。そして、Ｎｏ．２Ｂは、Ｎｏ．１Ｂと同様に、Ｎｏ．２Ａの誤差を補償するようにギャップ５３の間隔を再設定したときの構成例を示している。
（エタロンフィルタの応用例）
図５は、エタロン１の応用例を示すブロック図である。
図５は、エタロン１の応用例を示すブロック図である。
エタロン１は、レーザシステム１０１の光の波長を一定に保つための波長ロッカ１０３に組み込まれている。波長ロッカ１０３は、例えば、レーザシステム１０１からドロップされた光が入射するビームスプリッタ１０５と、ビームスプリッタ１０５を透過した光が入射するエタロン１と、エタロン１を透過した光が入射する第１光検出器１０７Ａと、ビームスプリッタ１０５により反射された光が入射する第２光検出器１０７Ｂとを有している。そして、制御装置１０９は、第１光検出器１０７Ａの検出した光の強度と、第２光検出器１０７Ｂの検出した光の強度とを比較して光の波長を検出し、その検出波長が一定に保たれるようにレーザシステム１０１の制御を実行する。
ＦＳＲが高精度に調整されたエタロン１が、このような波長ロッカ１０３に用いられることによって、光の波長を高精度にモニタすることが可能となる。
以上のとおり、本実施形態のエタロン１は、温度上昇変化に対する光路長の変化が正である第１透光体７Ａと、温度上昇変化に対する光路長の変化が負である第２透光体７Ｂと、第１外側面５１Ａを覆う第１反射膜５Ａと、第１内側面５５Ａを覆う第１反射防止膜９Ａと、第２内側面５５Ｂを覆う第２反射防止膜９Ｂと、第１外側面５１Ａを覆う第２反射膜５Ｂとを有する。そして、第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとはギャップ５３を挟んで対向している。
従って、光Ｌｔが往復する光路が２つの透光体７及びギャップ５３により構成された、基本構成が新しいエタロン（複合型エアギャップエタロン）が提供される。すなわち、光が往復する光路が透光体のみによって構成されるソリッドエタロン（従来の複合型エタロンを含む）とも、光が往復する光路がギャップのみにより構成されるエアギャップエタロンとも異なる構成のエタロンが提供される。
この新たな基本構成の複合型エアギャップエタロンは、種々の有利な効果を奏する。
例えば、複合型エアギャップエタロンでは、従来の複合型エタロンと同様に、２つの透光体７を組み合わせることにより温度変化による特性変化が抑制され、その一方で、反射防止膜９は、２つの透光体の接合面には挟まれないことから、透光体７に反射防止膜９を成膜した時点において（ステップＳＴ５）、接合後における反射防止膜９の特性を把握することができる（ステップＳＴ６）。その結果、不具合品の接合を避けることができる（ステップＳＴ７〜９）。
また、例えば、複合型エアギャップエタロンでは、透光体７の加工精度のばらつきをギャップ５３の間隔の調整によって補償することができ（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）、所望のＦＳＲの実現が容易化される。
また、例えば、従来の複合型エタロンにおいては、１対の透光体は、直接に若しくは反射防止膜を介在させて間接に、光学密着によって接合されていたことから、その接合強度が弱かったところ、複合型エアギャップエタロンにおいては、１対の透光体７を金属層１３（金属拡散）を用いて接合するなど、接合強度の高い接合方法を選択することが可能である。
また、例えば、従来のエアギャップエタロンとの比較では、複合型エアギャップエタロンは、光が往復する光路を構成する媒質として、空気よりも屈折率が高い透光体７を含むことから、エアギャップエタロンよりも小型化が図られる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
透光体、反射膜、反射防止膜の材料は、実施形態において例示したものに限定されず、適宜に変更されてよい。例えば、透光体は、水晶に代えて石英ガラスにより構成されてもよいし、チタン酸ストロンチウムに代えてルチルが用いられてもよい。
１対の透光体の固定は、これらの間に介在するスペーサによってなされるものに限定されない。また、スペーサは、金属により構成されるものに限定されず、例えば、樹脂系の接着剤によって構成されてもよい。また、スペーサを構成する金属層は、各透光体それぞれに設けられる必要は無く、透光体間に１種の材料からなる１層の金属層が介在してもよい。逆に、各透光体に形成される金属層が３層以上の金属層から形成されてもよい。
エタロンの製造方法において、透光体の加工精度のばらつきをギャップの間隔により補償したり、接合前に反射防止膜の反射率を把握したりすることは必須の要件ではない。なお、透光体の加工精度のばらつきは、ギャップの間隔の調整に加えて又は代えて、反射膜及び／又は反射防止膜において、材料及び／又は膜厚を調整することによってなされてもよい。
１…エタロン、７Ａ…第１透光体、７Ｂ…第２透光体、５Ａ…第１反射膜、５Ｂ…第２反射膜、９Ａ…第１反射防止膜、９Ｂ…第２反射防止膜、５１Ａ…第１外側面、５１Ｂ…第２外側面、５３…ギャップ、５５Ａ…第１内側面、５５Ｂ…第２内側面。
Claims (6)
- 入射面及び出射面の一方を構成する第１外側面、及び、その背面の第１内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が正である第１透光体と、
入射面及び出射面の他方を構成する第２外側面、及び、その背面の第２内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が負である第２透光体と、
前記第１外側面を覆う第１反射膜と、
前記第１内側面を覆う第１反射防止膜と、
前記第２外側面を覆う第２反射膜と、
前記第２内側面を覆う第２反射防止膜と、
を有し、
前記第１内側面と前記第２内側面とがギャップを挟んで対向している
エタロン。 - 前記第１内側面及び前記第２内側面の外縁側においてこれら内側面の間に介在して前記第１透光体及び前記第２透光体を接合する金属層を更に有する
請求項１に記載のエタロン。 - 第１外側面及びその背面の第１内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が正である第１透光体を準備するステップと、
第２外側面及びその背面の第２内側面を有し、温度上昇変化に対する光路長の変化が負である第２透光体を準備するステップと、
前記第１外側面を覆う第１反射膜を形成するステップと、
前記第１内側面を覆う第１反射防止膜を形成するステップと、
前記第２外側面を覆う第２反射膜を形成するステップと、
前記第２内側面を覆う第２反射防止膜を形成するステップと、
前記第１反射防止膜に覆われた前記第１内側面と前記第２反射防止膜に覆われた前記第２内側面とをギャップを介して対向させた状態で前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップと、
を有するエタロンの製造方法。 - 前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定する前に、前記第１透光体及び前記第２透光体の厚みを測定するステップを更に有し、
前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップでは、測定された前記第１透光体及び前記第２透光体の厚みに基づいて前記ギャップの間隔を調整する
請求項３に記載のエタロンの製造方法。 - 前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップでは、前記第１内側面及び前記第２内側面の少なくとも一方の面においてその外縁側に金属層を成膜して当該金属層により前記第１透光体と前記第２透光体とを固定し、また、前記金属層を成膜するときの厚みの調整により前記ギャップの間隔を調整する
請求項４に記載のエタロンの製造方法。 - 前記第１透光体と前記第２透光体とを互いに固定するステップの前に、
形成された前記第１反射防止膜の反射率を測定するステップと、
形成された前記第２反射防止膜の反射率を測定するステップと、
を更に有し、
測定された反射率が所定の許容範囲内に収まるときにのみ、前記第１透光体と前記第２透光体とを固定するステップを行う
請求項３〜５のいずれか１項に記載のエタロンの製造方法。
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