JPH11202126A - 誘電体多層膜フィルタ - Google Patents

誘電体多層膜フィルタ

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JPH11202126A
JPH11202126A JP10003907A JP390798A JPH11202126A JP H11202126 A JPH11202126 A JP H11202126A JP 10003907 A JP10003907 A JP 10003907A JP 390798 A JP390798 A JP 390798A JP H11202126 A JPH11202126 A JP H11202126A
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JP
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dielectric multilayer
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film
optical
dielectric
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JP10003907A
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Noboru Uehara
昇 上原
Kazuhiko Ito
和彦 伊藤
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜応力による反りを小とし、光学部品の組立
て時に表裏の区別を必要とせず、工数を減少する。 【解決手段】 厚さが0.1mm程度の石英基板11の
両面に、2種類の誘電体材料層を、交互に積層して、同
一設計つまり、基板11に対し対称な誘電体多層膜1
2,31を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は例えば光通信分野
において目的とする波長の光を選択あるいは遮断するた
めに用いられ、基板上に屈折率の異なる誘電体を積層し
た誘電体多層膜フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】光通信分野においては、異なる波長を含
んだ光信号を分離するために誘電体多層膜を用いた誘電
体多層膜フィルタを用いてきた。従来の誘電体多層膜フ
ィルタは図2Aに示すように基板11上の片面にのみ誘
電体多層膜12が形成されているものであった。誘電体
多層膜12は屈折率が異なる誘電体層が積層されて構成
される。最近の光通信分野における各種装置、光学素子
等の小型化に伴ない、誘電体多層膜フィルタ自体も小型
化がなされてきた。
【0003】誘電体多層膜フィルタの実装方法として
は、光ファイバと光ファイバの間に間隙を設けて、その
間に誘電体多層膜フィルタを挿入する方法、光導波路内
に間隙を設け、その間隙に誘電体多層膜フィルタを挿入
する方法等がある。光ファイバ間に誘電体多層膜フィル
タを内挿したものを図3に示す。光ファイバ13,14
の皮膜が除去された芯線15,16の端面間に誘電体多
層膜フィルタ17が介在される。光ファイバ13,14
は固定用基板18に保持され、固定用基板18にフィル
タ内挿用溝19が形成されフィルタ内挿用溝19内に誘
電体多層膜フィルタ17が挿入保持される。芯線15,
16も固定用基板18に形成された溝内に位置決めされ
る。芯線15,16は1直線上にあり、この直線に対
し、誘電体多層膜フィルタ17はわずか斜めに芯線1
5,16間に挿入されている。
【0004】図4に光導波路内に誘電体多層膜フィルタ
17を挿入した例を図4に示す。固定基板21上にクラ
ッド層22が形成され、クラッド層22内に光導波路
(コア)23,24,25に埋込まれ形成されている。
光導波路23,24は1直線上に在り、光導波路23,
24間に、これと斜めのフィルタ内挿用溝26が形成さ
れ、光導波路23,24の各一端間に挟まれて誘電体多
層膜17がフィルタ内挿用溝26が挿入保持される。光
導波路23と25は誘電体多層膜フィルタ17の一面で
重なって、挟い角度をなすように形成されている。
【0005】これらの光学素子において、誘電体多層膜
フィルタ17としては、波長がλ1の光を透過させ、波
長がλ2 の光を反射させる特性のものを使用すれば、光
ファイバ15あるいは光導波路23内を伝搬する2つの
波長成分λ1 ,λ2 のうち波長成分λ2 を阻止し、必要
な波長成分λ1 のみを光ファイバ16あるいは光導波路
24に伝搬させることができる。図3において光ファイ
バ15,16間に誘電体多層膜フィルタ17を内挿する
場合、入力光ファイバ15を伝搬してきた光は溝19内
では回折により光ビームが拡がり、出力用光ファイバ1
6には一部の光しか結合しない。しかし、フィルタ17
を内挿する溝19の幅を十分小さくすれば、光の損失を
実用上問題ない程度にまで小さくできる。例えば、比屈
折率差0.3%でコア径10μmの光ファイバを使用す
る場合、溝19の溝幅が0.1mmであれば3dB程度
の損失で済む。このような理由から、光通信用光学素子
で使用される誘電体多層膜フィルタ17では、通常一辺
が約1mmで、厚さが0.1mm程度と極めて薄い基板
11が使用されている。なお、誘電体多層膜12自体の
総膜厚は10μm以下であるので、基板11の厚さがフ
ィルタ17自体の厚さを決めている。
【0006】ところで、このように微小なサイズの誘電
体多層膜フィルタ17を光通信用光学素子に実装する場
合には、フィルタ17の表裏を区別した後、内挿する必
要がある。今、図4で示される光導波路において、光導
波路23より光信号が入力される場合を考える。フィル
タ17の誘電体多層膜12が施されている面が光導波路
23,25側に接している場合は、伝搬してきた波長成
分λ1 ,λ2 のうち波長成分λ2 の光信号は光導波路2
3とフィルタ17との境界で反射されるために、反射信
号は光導波路25に結合する。
【0007】ところが、誘電体多層膜フィルタ17の表
裏を逆にして挿入した場合は、波長成分λ2 の光信号は
光導波路24とフィルタ17との境界で反射されるため
に、反射光の位置がずれ、反射光信号は光導波路25に
結合することができない。そのために、誘電体多層膜フ
ィルタ17を装着時に、その表裏を判別することが必要
とされる。ところで、光通信用光学素子で使用される誘
電体多層膜フィルタ17の基板は先述のように0.1m
m程度の薄い基板11が使用される。そのため、基板1
1の片面全面に成膜する図2Aに示したような誘電体多
層膜フィルタの場合、基板が非常に薄いことから、た
だ、目視で光の反射加減を見ただけでは判別が困難であ
る。
【0008】そこで、基板11の表面にマスクをおい
て、光信号の通過領域のみ部分的に誘電体多層膜を成膜
したものがある。その例を図2B,2Cに示す。この図
において、基板11上に部分的に誘電体多層膜12を施
す、部分的に誘電体多層膜12を施すことで、光学顕微
鏡による目視検査により、誘電体多層膜フィルタ12の
面上の光の反射面の位置から、部分成膜された表面と裏
面との判別をおこなう。そのため、多層膜フィルタ17
の装着時にフィルタ17個々に人間の目による表裏判別
が必要となるために、光学部品素子の製作工数が増加し
低価格化を妨げてきた。
【0009】工数が増加するのみならず、この際に問題
になるのが、マスクの厚みによりマスクの端のところ
で、成膜される誘電体多層膜12が不均一な膜厚分布を
もってしまうことである。また、このように薄い基板1
1上に片面のみ誘電体多層膜12を成膜すると初期には
平らな基板11であったものが、成膜後には膜応力によ
り、反りを発生してしまう。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】今までは、光学部品が
比較的大きく、誘電体多層膜フィルタ17の基板も厚い
ものを用いることができたため片面のみ成膜しても、表
裏判別が容易であり、成膜後の膜応力による反りの発生
がなかった。しかし光通信用フィルタでは厚くすると損
失が大幅に増加し、一方薄い基板を使用すると、表裏判
別が困難であり、かつ膜応力による反りが発生する問題
があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
基板の表面だけでなく裏面にも同一の誘電体多層膜を成
膜する。この場合、同一の誘電体多層膜を基板の両面に
成膜するので、誘電体多層膜フィルタは表裏の区別がな
く対称となる。したがって、表裏区別を判別する工程を
除くことができ、そのためのマスクを付ける工程が削減
できる。
【0012】また、従来は、主に電子ビーム蒸着法によ
り誘電体多層膜が成膜されていた。この場合基板温度は
200度以上の高温になるため室温に戻したときに生じ
る熱収縮によるこれら熱応力の発生が顕著であった。し
かしこの発明では誘電体多層膜が基板の表裏に形成され
ているため前記熱応力の問題はそれ程影響がない。特に
80度程度の比較的低温で成膜可能なイオンビームスパ
ッタ法、原子ビームスパッタ法、あるいはイオンアシス
ト蒸着法により成膜を行えば基板の両面に同一の誘電体
多層膜をそれぞれ成膜することとの相乗的効果により、
膜応力はつり合いが保たれ、反りの発生を無くすか、低
減することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1Aにこの発明の実施例を示
す。この図に示すようにこの発明によれば石英ガラスの
ような透明基板11の両面に誘電体多層膜12,31が
形成される。これら誘電体多層膜12,31の膜設計が
同一である。つまり、基板11に対し誘電体多層膜1
2,31は対称な構造となる。誘電体多層膜12,31
はそれぞれ屈折率が異なる誘電体層が多層に積層される
が、両誘電体多層膜12,31に用いる誘電体層の材質
膜厚も同一であり、その積層数も同一であって、基板1
1に直接接する誘電体層も同一とされる。
【0014】次に図2の光学部分にこの発明のフィルタ
32を適用した具体例を示す。この例は光通信分野にお
ける1.3μm透過、1.55μm遮断型誘電体多層膜
フィルタ32に適用した例を示す。光学的仕様としては
以下の通りである。 波長1.31μm : 透過損失 <0.2dB。 波長1.55μm、1.66μm : 透過損失 > 35dB。
【0015】光の入射角θiは4度。光ファイバ芯線1
5,16の各コアの屈折率は波長1.31μmで1.4
1とする。基板11の材質は厚さが0.1mmの石英ガ
ラスとする。各誘電体多層膜12,31を2種類の誘電
体材料、5酸化タンタルTa2 5と2酸化珪素SiO
2 を用いて構成する。それぞれの屈折率は波長1300
nmにおいて、2.0と1.45である。片面のみに成
膜する場合には積層される膜数は全部で41層である。
これに対して、両面に同一の膜設計の誘電体多層膜1
2,31を形成した場合は、1面当たりの膜数を低減す
ることができ、片面で37層で済んだ。
【0016】図1Bは両者の透過損失特性を示したもの
である。点線は片面に誘電体多層膜をもつ誘電体多層膜
フィルタ(図2A)の、実線は両面に同一の誘電体多層
膜を有する誘電体多層膜フィルタ(図1A)の透過特性
である。必要とされる波長1.31μm/1.55μ
m,1.66μmでは、実用上ほぼ同等の透過特性が得
られた。
【0017】図4に示した光学要素にこの発明による両
面誘電体多層膜フィルタ32を用いると、誘電体多層膜
フィルタ31で光導波路23より入射された光信号のう
ち、波長がλ1 の光を透過させ、波長がλ2 の光を反射
させ、光導波路23内を伝搬する2つの波長成分λ1
λ2 のうち波長成分λ2 のみを反射させ光導波路25へ
供給し、また、波長成分λ1 のみを光導波路24へ伝搬
させることができる。光導波路25への反射光は、光導
波路23,25とフィルタ32との接触面でも比較的大
きな反射が得られ、従来のフィルタ17を用いる場合よ
り波長成分λ2を少ない損失で得ることができる。
【0018】基板11としては光損失を少なくする点か
ら厚さは0.15mm程度以下が好ましい。
【0019】
【発明の効果】この発明の誘電体多層膜フィルタによれ
ば、表裏の区別がないため片面のみ成膜していた従来の
誘電体多層膜フィルタで問題であった膜応力による“反
り”をなくすか、低減することができる。また、誘電体
多層膜フィルタを用いる光学部品の製造工程でフィルタ
の表裏区別を判別する工程を除くことができ、そのため
のマスクを付ける工程が削減でき低価格な誘電体多層膜
フィルタができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aはこの発明による誘電体多層膜フィルタを例
示する断面図、Bは誘電体多層膜フィルタの透過特性を
示すグラフである。
【図2】Aは従来の誘電体多層膜フィルタを示す断面
図、Bは従来の基板の一部に誘電体多層膜を形成したフ
ィルタを示す平面図、CはBのA,A′線断面図であ
る。
【図3】光学要素の例を示し、Aは平面図、Bは断面図
である。
【図4】光学要素の他の例を示し、Aは平面図、Bは断
面図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面と裏面とに、それぞれ屈折率
    の異なる誘電体を積層した誘電体多層膜が形成されてい
    ることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
  2. 【請求項2】 上記表面と裏面の誘電体多層膜は上記基
    板に対して対称構造とされていることを特徴とする請求
    項1記載の誘電体多層膜フィルタ。
  3. 【請求項3】 上記基板は厚さが0.15mm程度以下
    であることを特徴とする請求項1又は2記載の誘電体多
    層膜フィルタ。
  4. 【請求項4】 光通信用光学素子に、その光学通路に対
    し、その光進方向に対して傾斜して挿入実装されている
    ことを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
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