JP5718017B2 - 多層膜フィルタ - Google Patents
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Description
生態観察用の多光子吸収顕微鏡のように、励起波長と異なる波長帯域において観察を行うような装置では、短パルスレーザ発振機からの多光子励起光を観察対象に照射することによって励起光を発生させ、発生した励起光を観察する。このような装置では、例えば、図20に示すように、レーザ光源101で発振させた短パルスレーザ光を多層膜フィルタ102で反射させ、観察台103上に置いた観察対象Sに照射する。このレーザ光の照射によって観察対象Sで発生した励起光は、多層膜フィルタ102を透過して観察者Bによる観察が可能となる。多層膜フィルタ102の特性としては、短パルスレーザ光の波長を含む反射帯域においてはパルス幅が広げることがなく、可視領域においては、観察対象Sで発生した励起光を観察のために透過させることが求められる。
まず、本発明に係る多層膜フィルタによる作用・効果について説明する。
(1)少なくとも2種類以上の異なった屈折率の層を交互に積層した誘電体多層膜を1つのスタックとし、このスタックを基板上に少なくとも2つ以上積層した構成を備え、基板から離れるにつれてスタックの群遅延分散(GDD)が順次小さくなるように、各スタックを配置する構成としている。
この構成によると、光が群遅延分散の変化が大きくなる部分まで届かなくなるため、群遅延分散の値を大きく変化することを無くすことができる。以下の実施例1、2、3において群遅延分散の値を0に近づけることが出来る薄膜構成のスタックを空気側に置くようにしている。
この構成によると、透過帯、反射帯で急激の光学特性の変化を無くすことができる。例えば、後述の実施例1、2、3のように、各スタックの間に2〜4層の調整層を入れることで図1、図8、図14に示すように、ある一定の値以上の透過率を保ち、反射帯ではある一定以下の透過率となる。実施例1の図1で言えば波長範囲400nm〜670nmの光を90%以上透過し、波長範囲715nm〜1000nmで5%以下の透過率を実現している。実施例2、3についても同様である。
この構成によると、反射帯域の波長幅を広げることができる。スタックの中心波長が単一の場合反射帯域の幅を200nm程度までしか設けることが出来ない。しかし、中心波長を長波長、又は短波長にずらしたスタックを重ねることで200nm以上の反射帯域を設けることが出来る。図1、図8、図14に示す反射帯域はいずれも200nmより広くなっている。
この構成によると、群遅延分散の値を0に近づけることが出来る。図3、図10、図16に示すように基板側から空気側に向かい1ブロック毎の光学膜厚が増加している。
この構成によると、光学特性の反射帯域、透過帯域を明確に分けることが出来、かつ群遅延分散を0に近づけることが出来る。実施例3の図16で示すように、基板側から空気側にかけての前ブロックと比較した際の光学膜厚の変化率は増減がある。しかし、その変化率は回帰直線化から±2.6%以内である。
(5)における「スタック」は複数のスタックのうちの1つであることが好ましく、「複数のブロック」はすべてのブロックであることが好ましい。
この構成によると、レーザのパルス幅の広げることなく光の切り分けが出来る。図2、図9、図15で示すように反射帯域での群遅延分散は0±8000fs2以内に収まっている。
以下に、実施例1に係る多層膜フィルタの数値データを示す。
この数値データに示すように、実施例1の多層膜フィルタは、屈折率が1.52の光学ガラス基板上に、高屈折率物質H(Ta2O5:屈折率2.15)と低屈折率物質L(SiO2:屈折率1.48)の薄膜を交互に形成している。より具体的には、この多層膜フィルタは、50層の薄膜からなる多層膜フィルタであり、基板側から1〜4層、21〜24層、及び47〜50層を調整層とし、基板側から5〜20層を第1スタック、25〜46層を第2スタックとして構成している。したがって、調整層は、基板と第1スタックの間、第1スタックと第2スタックの間、及び、基板から最も遠い第2スタック上に形成されている。また、2層を1ブロックとして、第2スタックを複数のブロックで構成し、基板側から空気側に向かって徐々にブロック毎の光学膜厚が厚くなる構成としている。
層番号 材料 膜厚(nm)
基板
1 Ta2O5 0.2707
2 SiO2 0.2745
3 Ta2O5 0.2295
4 SiO2 0.2579
5 Ta2O5 0.2225
6 SiO2 0.2528
7 Ta2O5 0.2225
8 SiO2 0.2528
9 Ta2O5 0.2225
10 SiO2 0.2528
11 Ta2O5 0.2225
12 SiO2 0.2528
13 Ta2O5 0.2225
14 SiO2 0.2528
15 Ta2O5 0.2225
16 SiO2 0.2528
17 Ta2O5 0.2225
18 SiO2 0.2528
19 Ta2O5 0.2225
20 SiO2 0.2528
21 Ta2O5 0.2238
22 SiO2 0.2585
23 Ta2O5 0.2237
24 SiO2 0.2636
25 Ta2O5 0.2300
26 SiO2 0.2613
27 Ta2O5 0.2359
28 SiO2 0.2680
29 Ta2O5 0.2418
30 SiO2 0.2747
31 Ta2O5 0.2477
32 SiO2 0.2814
33 Ta2O5 0.2536
34 SiO2 0.2881
35 Ta2O5 0.2595
36 SiO2 0.2948
37 Ta2O5 0.2653
38 SiO2 0.3015
39 Ta2O5 0.2712
40 SiO2 0.3082
41 Ta2O5 0.2772
42 SiO2 0.3149
43 Ta2O5 0.2830
44 SiO2 0.3215
45 Ta2O5 0.2889
46 SiO2 0.3283
47 Ta2O5 0.2700
48 SiO2 0.2973
49 Ta2O5 0.2818
50 SiO2 0.1549
層番号
1〜4 調整層
5〜20 第1スタック
21〜24 調整層
25〜46 第2スタック
47〜50 調整層
図2、図6、図7、図9、図11〜13、図15、図17〜19において、P−Reflectance GDD(fs2)はP偏波反射群遅延分散、S−Reflectance GDD(fs2)は、S偏波反射群遅延分散である。
なお、光学膜厚は「屈折率×物理膜厚」の値であり、各層の膜厚は「光学膜厚/設計波長」で記載している。また、設計波長は900nmとした。
また、図6と図7から分かるように、基板に近い第1スタック(図6)よりも、第2スタック(図7)の方が群遅延分散が小さくなっている。
以下に、実施例2に係る多層膜フィルタの数値データを示す。
この数値データに示すように、実施例2の多層膜フィルタは、屈折率が1.52の光学ガラス基板上に、高屈折率物質H(Ta2O5:屈折率2.15)と低屈折率物質L(SiO2:屈折率1.48)の薄膜を交互に形成している。より具体的には、この多層膜フィルタは、150層の薄膜からなる多層膜フィルタであり、基板側から1〜4層、97〜102層、及び147〜150層を調整層とし、基板側から5〜96層を第1スタック、103〜126層を第2スタック、127〜146層を第3スタック、として構成している。したがって、調整層は、基板と第1スタックの間、第1スタックと第2スタックの間、及び、基板から最も遠い第3スタック上に形成されている。また、2層を1ブロックとして、第2スタック及び第3スタックを複数のブロックでそれぞれ構成し、基板側から空気側に向かって徐々にブロック毎の光学膜厚が厚くなる構成としている。
層番号 材料 膜厚(nm)
基板
1 Ta2O5 0.0596
2 SiO2 0.0653
3 Ta2O5 0.0677
4 SiO2 0.3523
5 Ta2O5 0.0386
6 SiO2 0.0694
7 Ta2O5 0.0386
8 SiO2 0.3085
9 Ta2O5 0.0386
10 SiO2 0.0694
11 Ta2O5 0.0386
12 SiO2 0.3085
13 Ta2O5 0.0386
14 SiO2 0.0694
15 Ta2O5 0.0386
16 SiO2 0.3085
17 Ta2O5 0.0386
18 SiO2 0.0694
19 Ta2O5 0.0386
20 SiO2 0.3085
21 Ta2O5 0.0386
22 SiO2 0.0694
23 Ta2O5 0.0386
24 SiO2 0.3085
25 Ta2O5 0.0386
26 SiO2 0.0694
27 Ta2O5 0.0386
28 SiO2 0.3085
29 Ta2O5 0.0386
30 SiO2 0.0694
31 Ta2O5 0.0386
32 SiO2 0.3085
33 Ta2O5 0.0386
34 SiO2 0.0694
35 Ta2O5 0.0386
36 SiO2 0.3085
37 Ta2O5 0.0386
38 SiO2 0.0694
39 Ta2O5 0.0386
40 SiO2 0.3085
41 Ta2O5 0.0386
42 SiO2 0.0694
43 Ta2O5 0.0386
44 SiO2 0.3085
45 Ta2O5 0.0386
46 SiO2 0.0694
47 Ta2O5 0.0386
48 SiO2 0.3085
49 Ta2O5 0.0386
50 SiO2 0.0694
51 Ta2O5 0.0386
52 SiO2 0.3085
53 Ta2O5 0.0386
54 SiO2 0.0694
55 Ta2O5 0.0386
56 SiO2 0.3085
57 Ta2O5 0.0386
58 SiO2 0.0694
59 Ta2O5 0.0386
60 SiO2 0.3085
61 Ta2O5 0.0386
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63 Ta2O5 0.0386
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65 Ta2O5 0.0386
66 SiO2 0.0694
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71 Ta2O5 0.0386
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74 SiO2 0.0694
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77 Ta2O5 0.0386
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79 Ta2O5 0.0386
80 SiO2 0.3085
81 Ta2O5 0.0386
82 SiO2 0.0694
83 Ta2O5 0.0386
84 SiO2 0.3085
85 Ta2O5 0.0386
86 SiO2 0.0694
87 Ta2O5 0.0386
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89 Ta2O5 0.0386
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91 Ta2O5 0.0386
92 SiO2 0.3085
93 Ta2O5 0.0386
94 SiO2 0.0694
95 Ta2O5 0.0386
96 SiO2 0.3085
97 Ta2O5 0.0386
98 SiO2 0.0574
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100 SiO2 0.2922
101 Ta2O5 0.2401
102 SiO2 0.2629
103 Ta2O5 0.2320
104 SiO2 0.2637
105 Ta2O5 0.2328
106 SiO2 0.2646
107 Ta2O5 0.2335
108 SiO2 0.2653
109 Ta2O5 0.2342
110 SiO2 0.2661
111 Ta2O5 0.2349
112 SiO2 0.2669
113 Ta2O5 0.2356
114 SiO2 0.2677
115 Ta2O5 0.2364
116 SiO2 0.2686
117 Ta2O5 0.2371
118 SiO2 0.2694
119 Ta2O5 0.2378
120 SiO2 0.2702
121 Ta2O5 0.2385
122 SiO2 0.2710
123 Ta2O5 0.2392
124 SiO2 0.2719
125 Ta2O5 0.2400
126 SiO2 0.2727
127 Ta2O5 0.2638
128 SiO2 0.2997
129 Ta2O5 0.2660
130 SiO2 0.3022
131 Ta2O5 0.2682
132 SiO2 0.3047
133 Ta2O5 0.2703
134 SiO2 0.3072
135 Ta2O5 0.2725
136 SiO2 0.3096
137 Ta2O5 0.2746
138 SiO2 0.3121
139 Ta2O5 0.2768
140 SiO2 0.3146
141 Ta2O5 0.2790
142 SiO2 0.3170
143 Ta2O5 0.2812
144 SiO2 0.3195
145 Ta2O5 0.2834
146 SiO2 0.3220
147 Ta2O5 0.2775
148 SiO2 0.2996
149 Ta2O5 0.2548
150 SiO2 0.1640
層番号
1〜4 調整層
5〜96 第1スタック
97〜102 調整層
103〜126 第2スタック
127〜146 第3スタック
147〜150 調整層
また、第1スタック、第2スタック、及び第3スタックとで中心波長が互いに異なっていることが好ましい。
以下に、実施例3に係る多層膜フィルタの数値データを示す。
この数値データに示すように、実施例3の多層膜フィルタは、屈折率が1.52の基板上に高屈折率物質H(Ta2O5:屈折率2.15)と低屈折率物質L(SiO2:屈折率1.48)の薄膜を交互に形成したものである。具体的には、この多層膜フィルタは、140層からなる多層膜フィルタであり、基板側から1〜4層、37〜38層、73〜74層、及び137〜140層の調整層と、5〜36層の第1スタックと、39〜72層の第2スタックと、75〜136層の第3スタックと、によって構成されている。したがって、調整層は、基板と第1スタックの間、第1スタックと第2スタックの間、第2スタックと第3スタックの間、及び、基板から最も遠い第3スタック上に形成されている。また、2層を1ブロックとして、第2スタック及び第3スタックを複数のブロックでそれぞれ構成し、基板側から空気側に向かって徐々にブロック毎の光学膜厚が厚くなる構成としている。
層番号 材料 膜厚(nm)
基板
1 Ta2O5 0.0272
2 SiO2 0.0565
3 Ta2O5 0.2591
4 SiO2 0.2736
5 Ta2O5 0.2352
6 SiO2 0.2588
7 Ta2O5 0.2221
8 SiO2 0.2548
9 Ta2O5 0.2205
10 SiO2 0.2515
11 Ta2O5 0.2190
12 SiO2 0.2520
13 Ta2O5 0.2173
14 SiO2 0.2502
15 Ta2O5 0.2184
16 SiO2 0.2503
17 Ta2O5 0.2166
18 SiO2 0.2499
19 Ta2O5 0.2170
20 SiO2 0.2494
21 Ta2O5 0.2178
22 SiO2 0.2496
23 Ta2O5 0.2164
24 SiO2 0.2512
25 Ta2O5 0.2184
26 SiO2 0.2507
27 Ta2O5 0.2176
28 SiO2 0.2498
29 Ta2O5 0.2172
30 SiO2 0.2501
31 Ta2O5 0.2178
32 SiO2 0.2511
33 Ta2O5 0.2197
34 SiO2 0.2511
35 Ta2O5 0.2198
36 SiO2 0.2543
37 Ta2O5 0.2221
38 SiO2 0.2573
39 Ta2O5 0.2265
40 SiO2 0.2603
41 Ta2O5 0.2312
42 SiO2 0.2658
43 Ta2O5 0.2334
44 SiO2 0.2673
45 Ta2O5 0.2345
46 SiO2 0.2658
47 Ta2O5 0.2320
48 SiO2 0.2625
49 Ta2O5 0.2295
50 SiO2 0.2636
51 Ta2O5 0.2323
52 SiO2 0.2677
53 Ta2O5 0.2394
54 SiO2 0.2744
55 Ta2O5 0.2436
56 SiO2 0.2792
57 Ta2O5 0.2467
58 SiO2 0.2780
59 Ta2O5 0.2467
60 SiO2 0.2810
61 Ta2O5 0.2496
62 SiO2 0.2837
63 Ta2O5 0.2509
64 SiO2 0.2846
65 Ta2O5 0.2510
66 SiO2 0.2848
67 Ta2O5 0.2549
68 SiO2 0.2890
69 Ta2O5 0.2569
70 SiO2 0.2883
71 Ta2O5 0.2551
72 SiO2 0.2868
73 Ta2O5 0.2509
74 SiO2 0.2810
75 Ta2O5 0.0402
76 SiO2 0.0187
77 Ta2O5 0.2137
78 SiO2 0.0352
79 Ta2O5 0.0347
80 SiO2 0.2769
81 Ta2O5 0.0347
82 SiO2 0.0352
83 Ta2O5 0.2229
84 SiO2 0.0352
85 Ta2O5 0.0347
86 SiO2 0.2656
87 Ta2O5 0.0347
88 SiO2 0.0352
89 Ta2O5 0.2229
90 SiO2 0.0352
91 Ta2O5 0.0347
92 SiO2 0.2656
93 Ta2O5 0.0347
94 SiO2 0.0352
95 Ta2O5 0.2229
96 SiO2 0.0352
97 Ta2O5 0.0347
98 SiO2 0.2656
99 Ta2O5 0.0347
100 SiO2 0.0352
101 Ta2O5 0.2229
102 SiO2 0.0352
103 Ta2O5 0.0347
104 SiO2 0.2656
105 Ta2O5 0.0347
106 SiO2 0.0352
107 Ta2O5 0.2310
108 SiO2 0.0352
109 Ta2O5 0.0347
110 SiO2 0.2743
111 Ta2O5 0.0347
112 SiO2 0.0352
113 Ta2O5 0.2310
114 SiO2 0.0352
115 Ta2O5 0.0347
116 SiO2 0.2743
117 Ta2O5 0.0347
118 SiO2 0.0352
119 Ta2O5 0.2310
120 SiO2 0.0352
121 Ta2O5 0.0347
122 SiO2 0.2743
123 Ta2O5 0.0347
124 SiO2 0.0352
125 Ta2O5 0.2310
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127 Ta2O5 0.0347
128 SiO2 0.2743
129 Ta2O5 0.0347
130 SiO2 0.0352
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133 Ta2O5 0.0347
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135 Ta2O5 0.0347
136 SiO2 0.0352
137 Ta2O5 0.2310
138 SiO2 0.0352
139 Ta2O5 0.0347
140 SiO2 0.1396
層番号
1〜4 調整層
5〜36 第1スタック
37〜38 調整層
39〜72 第2スタック
73〜74 調整層
75〜136 第3スタック
137〜140 調整層
なお、光学膜厚は「屈折率×物理膜厚」の値であり、各層の膜厚は「光学膜厚/設計波長」で記載している。また、設計波長は900nmとした。また、自動設計により各層の光学膜厚の微調整を行なっている。
また、第1スタック、第2スタック、及び第3スタックとで中心波長が互いに異なっていることが好ましい。
102 多層膜フィルタ
103 観察台
S 観察対象
Claims (5)
- 少なくとも2種類以上の異なる屈折率の層を交互に積層した誘電体多層膜を1つのスタックとし、前記スタックを基板上に少なくとも2つ以上積層した構成を備え、
前記基板から離れるにつれて前記スタックの群遅延分散が順次小さくなり、
所定の周波数範囲で一定以下の透過率となる反射帯を有し、
複数の前記スタックの少なくとも一つは、全て同数の層からなる10以上のブロックからなり、かつ、前記10以上のブロックの光学膜厚が前記基板から離れるにつれて順次増加することを特徴とする多層膜フィルタ。 - 積層した前記スタックと前記スタックの間、前記基板と前記スタックの間、及び、前記基板から最も遠い前記スタック上、のいずれか又は複数の位置に調整層を有することを特徴とする請求項1に記載の多層膜フィルタ。
- 前記基板上に積層した複数の前記スタックの中心波長が互いに異なることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の多層膜フィルタ。
- 前記スタック内の前記10以上のブロックの光学膜厚の変化が回帰直線から±2.6%以内の範囲内にあることを特徴とする請求項3に記載の多層膜フィルタ。
- 透過率が5%以下の範囲であり、群遅延分散が±8000fs 2 以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の多層膜フィルタ。
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