JPH11326633A - 波長選択素子およびこれを使用した光学装置 - Google Patents
波長選択素子およびこれを使用した光学装置Info
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- JPH11326633A JPH11326633A JP13520098A JP13520098A JPH11326633A JP H11326633 A JPH11326633 A JP H11326633A JP 13520098 A JP13520098 A JP 13520098A JP 13520098 A JP13520098 A JP 13520098A JP H11326633 A JPH11326633 A JP H11326633A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低損失の波長選択素子およびこれを使用した
低損失、組み立て容易な光学装置を提供する。 【解決手段】 薄膜構造が、Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（Ｌ
Ｈ）M］NＷ、或いはＢ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N
Ｗである波長選択素子。但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄
膜、λc：設計波長、Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎHＬ：
誘電体薄膜厚λc／４ｎL、Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回
数、Ｎ：Ｍの更なる返し回数、Ｗ（＝ｔＨ、ｔＬ）：付
加層、Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数、ｔ：０. １ないし０.
９。
低損失、組み立て容易な光学装置を提供する。 【解決手段】 薄膜構造が、Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（Ｌ
Ｈ）M］NＷ、或いはＢ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N
Ｗである波長選択素子。但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄
膜、λc：設計波長、Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎHＬ：
誘電体薄膜厚λc／４ｎL、Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回
数、Ｎ：Ｍの更なる返し回数、Ｗ（＝ｔＨ、ｔＬ）：付
加層、Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数、ｔ：０. １ないし０.
９。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、波長選択素子お
よびこれを使用した光学装置に関し、特に、この波長選
択素子を使用したレーザ発振器、光計測装置、光通信装
置の如き光学装置に関する。
よびこれを使用した光学装置に関し、特に、この波長選
択素子を使用したレーザ発振器、光計測装置、光通信装
置の如き光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長選択素子を使用して波長可変レーザ
発振器を構成する場合、波長選択素子として回折格子、
複屈折フィルタその他のフィルタが使用されてきた。以
下、これらを図を参照して説明する。図８を参照する
に、これは波長選択素子として回折格子を使用した波長
可変レーザ発振器を説明する図である。図８において４
は回折格子、５はミラー、６は同調ミラー、７はレーザ
媒質、８は波長可変レーザ光を示す。この波長可変レー
ザ発振器において、或る波長λc においてレーザ発振さ
せるには、同調ミラー６の回転角を回折格子４に対して
調整し、回折格子４の反射特性を最大にする角度に設定
する。レーザ発振は反射率が最大の波長で生じるからで
ある。図９はその反射特性の１例を示す図である。同調
ミラー６の回転角の変化に対応して反射最大となる波長
が変化し、レーザの波長可変性が得られる。しかし、こ
の回折格子４を使用した波長可変レーザの反射率は最大
でも９０％程度であり、残りの１０％は発振器内部の損
失となり、これがレーザ発振器の出力の低下の原因とな
る。
発振器を構成する場合、波長選択素子として回折格子、
複屈折フィルタその他のフィルタが使用されてきた。以
下、これらを図を参照して説明する。図８を参照する
に、これは波長選択素子として回折格子を使用した波長
可変レーザ発振器を説明する図である。図８において４
は回折格子、５はミラー、６は同調ミラー、７はレーザ
媒質、８は波長可変レーザ光を示す。この波長可変レー
ザ発振器において、或る波長λc においてレーザ発振さ
せるには、同調ミラー６の回転角を回折格子４に対して
調整し、回折格子４の反射特性を最大にする角度に設定
する。レーザ発振は反射率が最大の波長で生じるからで
ある。図９はその反射特性の１例を示す図である。同調
ミラー６の回転角の変化に対応して反射最大となる波長
が変化し、レーザの波長可変性が得られる。しかし、こ
の回折格子４を使用した波長可変レーザの反射率は最大
でも９０％程度であり、残りの１０％は発振器内部の損
失となり、これがレーザ発振器の出力の低下の原因とな
る。
【０００３】図１０を参照するに、これは波長選択素子
として複屈折フィルタを使用した波長可変レーザ発振器
を説明する図である。図１０において、１０は第１の高
反射ミラー、１１は第２の高反射ミラー、９は第３の高
反射ミラー、１２はレーザ媒質、１３は複屈折フィル
タ、１４は出力ミラーである。１５は波長可変レーザ光
を示す。複屈折フィルタ１３を使用する場合、通常、単
体では充分な波長選択性を得ることができないので、波
長選択性を向上させるには、複数の複屈折フィルタ１３
を重ねて使用しなければならない。以上の構成において
或る波長λC においてレーザ発振させるには、複屈折フ
イルタ１３をレーザ光軸の回りに回転させて回転角を透
過特性を最大に制御する。図１１はその透過特性の１例
を示す図である。複屈折フィルタ１３の回転角に対応し
て、透過特性最大となる波長が変化し、レーザの波長可
変性が得られる。複屈折フィルタ１３を使用した波長可
変レーザを製造する場合、複数の複屈折フィルタ１３を
光学研磨すると共にフィルタ相互間を互いに平行に調整
し、更に、複屈折フィルタ１３それぞれの誘電主軸を高
精度に一致させる必要がある。これらの組み立て工程に
は高度に熟練した人手を必要とする上に工程数も多いの
で、その低価格化には限界があった。
として複屈折フィルタを使用した波長可変レーザ発振器
を説明する図である。図１０において、１０は第１の高
反射ミラー、１１は第２の高反射ミラー、９は第３の高
反射ミラー、１２はレーザ媒質、１３は複屈折フィル
タ、１４は出力ミラーである。１５は波長可変レーザ光
を示す。複屈折フィルタ１３を使用する場合、通常、単
体では充分な波長選択性を得ることができないので、波
長選択性を向上させるには、複数の複屈折フィルタ１３
を重ねて使用しなければならない。以上の構成において
或る波長λC においてレーザ発振させるには、複屈折フ
イルタ１３をレーザ光軸の回りに回転させて回転角を透
過特性を最大に制御する。図１１はその透過特性の１例
を示す図である。複屈折フィルタ１３の回転角に対応し
て、透過特性最大となる波長が変化し、レーザの波長可
変性が得られる。複屈折フィルタ１３を使用した波長可
変レーザを製造する場合、複数の複屈折フィルタ１３を
光学研磨すると共にフィルタ相互間を互いに平行に調整
し、更に、複屈折フィルタ１３それぞれの誘電主軸を高
精度に一致させる必要がある。これらの組み立て工程に
は高度に熟練した人手を必要とする上に工程数も多いの
で、その低価格化には限界があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述の問
題を解消した低損失の波長選択素子およびこれを使用し
た低損失、組み立て容易な光学装置を提供するものであ
る。
題を解消した低損失の波長選択素子およびこれを使用し
た低損失、組み立て容易な光学装置を提供するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１：基板表面に屈
折率ｎH の誘電体薄膜および屈折率ｎL の誘電体薄膜を
交互に積層形成した誘電体多層薄膜を有する波長選択素
子において、薄膜構造が、 Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ である波長選択素子を構成した。
折率ｎH の誘電体薄膜および屈折率ｎL の誘電体薄膜を
交互に積層形成した誘電体多層薄膜を有する波長選択素
子において、薄膜構造が、 Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ である波長選択素子を構成した。
【０００６】但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ そして、請求項２：請求項１に記載される波長選択素子
において、誘電体多層薄膜の膜厚が基板内において勾配
を有するものである波長選択素子を構成した。
において、誘電体多層薄膜の膜厚が基板内において勾配
を有するものである波長選択素子を構成した。
【０００７】また、請求項３：請求項２に記載される波
長選択素子において、誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小
膜厚の比が１. ０１以上である波長選択素子を構成し
た。更に、請求項４：請求項１および請求項２の内の何
れかに記載される波長選択素子において、波長選択素子
を駆動位置決めする直進移動ステージ１７を具備する波
長選択素子を構成した。
長選択素子において、誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小
膜厚の比が１. ０１以上である波長選択素子を構成し
た。更に、請求項４：請求項１および請求項２の内の何
れかに記載される波長選択素子において、波長選択素子
を駆動位置決めする直進移動ステージ１７を具備する波
長選択素子を構成した。
【０００８】また、請求項５：請求項１ないし請求項４
の内の何れかに記載される波長選択素子において、誘電
体多層薄膜はイオンビームスパッタ法、原子ビームスパ
ッタ法、イオンアシスト蒸着法の内から選択された何れ
かにより成膜されたものである波長選択素子を構成し
た。ここで、請求項６：基板表面に屈折率ｎH の誘電体
薄膜および屈折率ｎL の誘電体薄膜を交互に積層形成し
た誘電体多層薄膜を有し、薄膜構造が Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ であり、 但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ である波長選択素子を具備する光学装置を構成した。
の内の何れかに記載される波長選択素子において、誘電
体多層薄膜はイオンビームスパッタ法、原子ビームスパ
ッタ法、イオンアシスト蒸着法の内から選択された何れ
かにより成膜されたものである波長選択素子を構成し
た。ここで、請求項６：基板表面に屈折率ｎH の誘電体
薄膜および屈折率ｎL の誘電体薄膜を交互に積層形成し
た誘電体多層薄膜を有し、薄膜構造が Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ であり、 但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ である波長選択素子を具備する光学装置を構成した。
【０００９】そして、請求項７：請求項６に記載される
光学装置において、誘電体多層薄膜の膜厚が基板内にお
いて勾配を有するものである光学装置を構成した。ま
た、請求項８：請求項７に記載される光学装置におい
て、誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小膜厚の比が１. ０
１以上である光学装置を構成した。更に、請求項９：請
求項７および請求項８の内の何れかに記載される光学装
置において、波長選択素子を駆動位置決めする直進移動
ステージ１７を具備する光学装置を構成した。
光学装置において、誘電体多層薄膜の膜厚が基板内にお
いて勾配を有するものである光学装置を構成した。ま
た、請求項８：請求項７に記載される光学装置におい
て、誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小膜厚の比が１. ０
１以上である光学装置を構成した。更に、請求項９：請
求項７および請求項８の内の何れかに記載される光学装
置において、波長選択素子を駆動位置決めする直進移動
ステージ１７を具備する光学装置を構成した。
【００１０】また、請求項１０：請求項６ないし請求項
９の内の何れかに記載される光学装置において、光学装
置はレーザ発振器、或いは波長多重通信用バンドパスフ
ィルタである光学装置を構成した。
９の内の何れかに記載される光学装置において、光学装
置はレーザ発振器、或いは波長多重通信用バンドパスフ
ィルタである光学装置を構成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】この発明においては、レーザ共振
器を構成する誘電体多層薄膜自体に低損失の波長選択性
を付与している。誘電体多層薄膜はその薄膜構造を変化
させることにより、長波長通過フィルタ、短波長通過フ
ィルタ、或いはバンドパスフィルタを構成することがで
きる。以下、具体的に説明する。
器を構成する誘電体多層薄膜自体に低損失の波長選択性
を付与している。誘電体多層薄膜はその薄膜構造を変化
させることにより、長波長通過フィルタ、短波長通過フ
ィルタ、或いはバンドパスフィルタを構成することがで
きる。以下、具体的に説明する。
【００１２】ところで、バンドパスフィルタとして以下
において説明される誘電体多層薄膜構造を有するバンド
パスフィルタが従来から使用されている。即ち、 Ｃ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］N・・・・・・・・（７） 或いは、 Ｄ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N・・・・・・・・（８） という誘電体多層薄膜構造をとるバンドパスフィルタが
知られている。これら誘電体多層薄膜Ｃ或いはＤは基板
上に蒸着される。ここで、ＨとＬは、それぞれ、誘電体
の膜厚がＨ＝λc ／４ｎH 、Ｌ＝λc ／４ｎL であるこ
とを示す。λc は設計波長である。Ｍ、Ｎ、ｓはそれぞ
れ正の整数（１、２、３・・・・・・）である。
において説明される誘電体多層薄膜構造を有するバンド
パスフィルタが従来から使用されている。即ち、 Ｃ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］N・・・・・・・・（７） 或いは、 Ｄ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N・・・・・・・・（８） という誘電体多層薄膜構造をとるバンドパスフィルタが
知られている。これら誘電体多層薄膜Ｃ或いはＤは基板
上に蒸着される。ここで、ＨとＬは、それぞれ、誘電体
の膜厚がＨ＝λc ／４ｎH 、Ｌ＝λc ／４ｎL であるこ
とを示す。λc は設計波長である。Ｍ、Ｎ、ｓはそれぞ
れ正の整数（１、２、３・・・・・・）である。
【００１３】式（７）により示される薄膜構造Ｃである
誘電体多層薄膜フィルタについて検討する。２種の誘電
体物質として、Ｈ層として五酸化タンタルＴａ2 Ｏ5
（屈折率ｎH ＝２. １）を使用し、Ｌ層として二酸化シ
リコンＳｉＯ2 （屈折率ｎL ＝１. ４５）を使用する。
ガラス基板（屈折率１. ５）の上にＣ＝［（ＨＬ）5 ４
Ｈ（ＬＨ）5 ］1 の多層薄膜フィルタを成膜した場合の
透過特性を図２において破線で示す。図３（ａ）にその
薄膜構造を示す。設計波長はλc ＝１０００ｎｍとし
た。透過率は最大でも９６％であり、残り４％は損失と
なる。一般的な固体レーザは低利得であるので、損失は
１％以下であることを要請されている。
誘電体多層薄膜フィルタについて検討する。２種の誘電
体物質として、Ｈ層として五酸化タンタルＴａ2 Ｏ5
（屈折率ｎH ＝２. １）を使用し、Ｌ層として二酸化シ
リコンＳｉＯ2 （屈折率ｎL ＝１. ４５）を使用する。
ガラス基板（屈折率１. ５）の上にＣ＝［（ＨＬ）5 ４
Ｈ（ＬＨ）5 ］1 の多層薄膜フィルタを成膜した場合の
透過特性を図２において破線で示す。図３（ａ）にその
薄膜構造を示す。設計波長はλc ＝１０００ｎｍとし
た。透過率は最大でも９６％であり、残り４％は損失と
なる。一般的な固体レーザは低利得であるので、損失は
１％以下であることを要請されている。
【００１４】ここで、この発明は、式（７）に示される
誘電体多層薄膜構造Ｃに対して、付加層Ｗ＝ｔＨ（ｔ：
０. １ないし０. ９、例：ｔ＝０. ５）の誘電体層を付
加した式（１）に示される誘電体多層薄膜構造Ａとする
ことにより、通過損失が０.２％以下という低損失の誘
電体多層薄膜構造を構成し、これを使用して通過損失の
極く小さい波長選択素子を構成することができることを
見いだした。
誘電体多層薄膜構造Ｃに対して、付加層Ｗ＝ｔＨ（ｔ：
０. １ないし０. ９、例：ｔ＝０. ５）の誘電体層を付
加した式（１）に示される誘電体多層薄膜構造Ａとする
ことにより、通過損失が０.２％以下という低損失の誘
電体多層薄膜構造を構成し、これを使用して通過損失の
極く小さい波長選択素子を構成することができることを
見いだした。
【００１５】即ち、この発明の波長選択素子は、基板表
面に屈折率ｎH の誘電体薄膜および屈折率ｎL の誘電体
薄膜を交互に積層形成した誘電体多層薄膜を有し、薄膜
構造が、 Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ・・・・・・・・（１） とされるものである。
面に屈折率ｎH の誘電体薄膜および屈折率ｎL の誘電体
薄膜を交互に積層形成した誘電体多層薄膜を有し、薄膜
構造が、 Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ・・・・・・・・（１） とされるものである。
【００１６】ここで、Ａ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ 乗数の定義はこれを具体的数値的にに説明すると、（Ｈ
Ｌ）3 は （ＨＬ）3 ＝ＨＬＨＬＨＬ の如くＨＬの２層ペアを繰り返して３回積層することを
意味する。
Ｌ）3 は （ＨＬ）3 ＝ＨＬＨＬＨＬ の如くＨＬの２層ペアを繰り返して３回積層することを
意味する。
【００１７】ここで、ＨとＬは、それぞれ誘電体の膜厚
が、 Ｈ＝λc／４ｎH・・・・・・・・（３） Ｌ＝λc／４ｎL・・・・・・・・（４） であることを示す。λc は設計波長である。Ｍ、Ｎ、ｓ
は、それぞれ正の整数（＝１、２、３、・・・・・・）であ
る。Ｗは付加層であり、 Ｗ＝ｔＨ・・・・・・・・（５） Ｗ＝ｔＬ・・・・・・・・（６） のいずれかを成立する。ｔは０. １から０. ９の間の実
数である。
が、 Ｈ＝λc／４ｎH・・・・・・・・（３） Ｌ＝λc／４ｎL・・・・・・・・（４） であることを示す。λc は設計波長である。Ｍ、Ｎ、ｓ
は、それぞれ正の整数（＝１、２、３、・・・・・・）であ
る。Ｗは付加層であり、 Ｗ＝ｔＨ・・・・・・・・（５） Ｗ＝ｔＬ・・・・・・・・（６） のいずれかを成立する。ｔは０. １から０. ９の間の実
数である。
【００１８】図２は、式（１）の誘電体多層薄膜構造Ａ
において、Ａ＝［（ＨＬ）5 ４Ｈ（ＬＨ）5 ］1 ０. ５
Ｈとした場合の透過特性を実線で示している。図３
（ｂ）はその薄膜構造を示す。透過損失を最小とするｔ
の値は使用する誘電体の屈折率とＭ、Ｎ、ｓの各値に依
存するが、それは０. １ないし０. ９の間で成立する。
この場合、０. ５とされている。実線は設計波長１００
０ｎｍから１. ５ｎｍだけ長波長側にシフトしている
が、これは設計波長λｃを予め補正すれば１０００ｎｍ
に合わせることがでいる。即ち、設計波長を９９８. ５
ｎｍとすれば、１０００ｎｍに透過ピークが現われる。
において、Ａ＝［（ＨＬ）5 ４Ｈ（ＬＨ）5 ］1 ０. ５
Ｈとした場合の透過特性を実線で示している。図３
（ｂ）はその薄膜構造を示す。透過損失を最小とするｔ
の値は使用する誘電体の屈折率とＭ、Ｎ、ｓの各値に依
存するが、それは０. １ないし０. ９の間で成立する。
この場合、０. ５とされている。実線は設計波長１００
０ｎｍから１. ５ｎｍだけ長波長側にシフトしている
が、これは設計波長λｃを予め補正すれば１０００ｎｍ
に合わせることがでいる。即ち、設計波長を９９８. ５
ｎｍとすれば、１０００ｎｍに透過ピークが現われる。
【００１９】以上の通り、最上層に付加層Ｗを付加する
ことにより低損失な透過型狭帯域フィルタを構成するこ
とができる。これは付加層Ｗが光多重干渉効果に伴う光
伝送インピーダンスを整合させる補正層として機能する
からである。この付加層Ｗを付加することにより反射成
分を低減することができ、これにより従来の透過損失４
％を０.２％に改善することができる。
ことにより低損失な透過型狭帯域フィルタを構成するこ
とができる。これは付加層Ｗが光多重干渉効果に伴う光
伝送インピーダンスを整合させる補正層として機能する
からである。この付加層Ｗを付加することにより反射成
分を低減することができ、これにより従来の透過損失４
％を０.２％に改善することができる。
【００２０】同様のことは、式（８）により示される誘
電体多層薄膜、即ちＤ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N
にｔＬの層を付加した式（２）で示される薄膜構造Ｂの
場合にも同様に低損失になることも見出した。 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ・・・・・・・・（２） 更に、この発明の誘電体多層薄膜に波長選択性を持たせ
るには、透過ピークの中心波長λｃが必要とされる波長
可変帯域内において変化する構成を具備する必要があ
る。そこで、この発明においては、成膜される膜厚に基
板有効径内において勾配を持たせて、基板の位置により
透過率最大となる中心波長λc を制御する構成を具備し
た。設計波長λc は式（３）、式（４）より、膜厚増加
に従って比例的に長波長側ヘシフトする。図１におい
て、線ａ、線ｂ、線ｃに対応する光学的膜厚を、それぞ
れｄa 、、ｄb 、ｄc とする。そして、線ａ、線ｂ、線
ｃに対応する膜厚における最大透過ピークの波長を
λca、λcb、λccとすると、 λcb＝（ｄb／ｄa）λca・・・・・・・・（９） λcc＝（ｄc／ｄa）λca・・・・・・（１０） の関係が成立する。光学的膜厚は屈折率と物理的膜厚の
積であるから、式（１）の誘電体薄膜構造Ａ或いは式
（２）の誘電体薄膜構造Ｂの誘電体多層薄膜フィルタに
対して、図１に示される如く基板表面において膜厚に勾
配を持たせることにより、波長選択性の機能を有するも
のとすることができる。
電体多層薄膜、即ちＤ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］N
にｔＬの層を付加した式（２）で示される薄膜構造Ｂの
場合にも同様に低損失になることも見出した。 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ・・・・・・・・（２） 更に、この発明の誘電体多層薄膜に波長選択性を持たせ
るには、透過ピークの中心波長λｃが必要とされる波長
可変帯域内において変化する構成を具備する必要があ
る。そこで、この発明においては、成膜される膜厚に基
板有効径内において勾配を持たせて、基板の位置により
透過率最大となる中心波長λc を制御する構成を具備し
た。設計波長λc は式（３）、式（４）より、膜厚増加
に従って比例的に長波長側ヘシフトする。図１におい
て、線ａ、線ｂ、線ｃに対応する光学的膜厚を、それぞ
れｄa 、、ｄb 、ｄc とする。そして、線ａ、線ｂ、線
ｃに対応する膜厚における最大透過ピークの波長を
λca、λcb、λccとすると、 λcb＝（ｄb／ｄa）λca・・・・・・・・（９） λcc＝（ｄc／ｄa）λca・・・・・・（１０） の関係が成立する。光学的膜厚は屈折率と物理的膜厚の
積であるから、式（１）の誘電体薄膜構造Ａ或いは式
（２）の誘電体薄膜構造Ｂの誘電体多層薄膜フィルタに
対して、図１に示される如く基板表面において膜厚に勾
配を持たせることにより、波長選択性の機能を有するも
のとすることができる。
【００２１】次に、成膜に膜厚勾配を付与する誘電体多
層薄膜フィルタの製造法について説明するに、低損失な
誘電体多層薄膜を製造する方法として、イオンビームス
パッタ法（Ｄ.Ｗ.Ｗｅｉ、“Ｉｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｕｌｔ
ｒａｌｏｗ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｓｓ”、Ａｐｌ.Ｏ
ｐｔ，、ｖｏｌ（２８）、ｐｐ２８１３−２８１６、１
９８９）、原子ビーム源を使用するスパッタ法（下川
他、特開平５−８２４６７）、或いはイオンアシスト蒸
着法その他の成膜に膜厚勾配が生ずる成膜法を採用す
る。これらの成膜法は、成膜に膜厚勾配が生じて、これ
は均一な膜厚の薄膜を広範囲に形成する際の欠点とされ
ており、成膜されるべき領域において膜厚を均一とすべ
くターゲットと基板の間に補正用の金属板を内挿してい
た。この発明においては、これらの成膜法が成膜に膜厚
勾配を生ずる特性を誘電体多層薄膜の形成に積極的に利
用する。この膜厚補正板の形状および基板からの距離を
調整して膜厚勾配の大きさを制御調整する。
層薄膜フィルタの製造法について説明するに、低損失な
誘電体多層薄膜を製造する方法として、イオンビームス
パッタ法（Ｄ.Ｗ.Ｗｅｉ、“Ｉｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｕｌｔ
ｒａｌｏｗ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｓｓ”、Ａｐｌ.Ｏ
ｐｔ，、ｖｏｌ（２８）、ｐｐ２８１３−２８１６、１
９８９）、原子ビーム源を使用するスパッタ法（下川
他、特開平５−８２４６７）、或いはイオンアシスト蒸
着法その他の成膜に膜厚勾配が生ずる成膜法を採用す
る。これらの成膜法は、成膜に膜厚勾配が生じて、これ
は均一な膜厚の薄膜を広範囲に形成する際の欠点とされ
ており、成膜されるべき領域において膜厚を均一とすべ
くターゲットと基板の間に補正用の金属板を内挿してい
た。この発明においては、これらの成膜法が成膜に膜厚
勾配を生ずる特性を誘電体多層薄膜の形成に積極的に利
用する。この膜厚補正板の形状および基板からの距離を
調整して膜厚勾配の大きさを制御調整する。
【００２２】実施例１ この発明の誘電体多層薄膜フィルタをＣｒ4+：Ｙ3 Ａ１
5 Ｏ12（以下、Ｃｒ：ＹＡＧ、と記載する）に組み合わ
せたＣｒ：ＹＡＧレーザを図４を参照して説明する。Ｃ
ｒ：ＹＡＧ結晶は１. ４μｍ付近において広帯域の蛍光
スペクトルを有し、１. ３５μｍ〜１. ６μｍの範囲に
おいて波長可変レーザとして使用している。１６はこの
発明の誘電体多層薄膜フィルタより成る波長選択素子、
１７は直進移動ステージ、１８はＣｒ：ＹＡＧ結晶であ
る。１９は出力ミラーコーティングであり、１. ３５μ
ｍ〜１. ６μｍの範囲で反射率９９％を有する。これは
波長選択素子１６の基板の裏面に形成される。２０は励
起用レーザ光、２１は波長可変レーザ光である。Ｃｒ：
ＹＡＧ結晶１８の球面側には先の波長で高反射（Ｒ＞９
９. ８％）の誘電体多層薄膜コーティングが施され、そ
して、平面側には減反射（ＲくＯ. ２％）の誘電体多層
薄膜コーティングが施されている。膜設計においては、
ガラス（屈折率１. ５１）を基板に使用している。誘電
体多層薄膜には屈折率ｎH ＝２. １の五酸化タンタル
（Ｔａ2Ｏ5）および屈折率ｎL ＝１. ４５の二酸化珪素
（ＳｉＯ2 ）を使用する。薄膜構造はＡ：［（ＨＬ）7
４Ｈ（ＬＨ） 7 ］1 ０. ５Ｈとした。この場合の波長選
択素子の透過スペクトルは図５に示される。図５
（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）はそれぞれ通過波長１
４００ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍの場合であ
る。この時の誘電体多層薄膜の全膜厚はそれぞれ６. ６
２μｍ、７. ０９μｍ、７. ５７μｍである。この時、
最大膜厚（７. ５７μｍ）と最小膜厚（６. ６２μｍ）
の比は１. １４である。従って、図１に示される如く誘
電体多層薄膜の膜厚に勾配を持たせることにより、基板
表面の光線の入射する箇所と選択される最大透過波長λ
c とは１対１に対応する。そして、光線の入射する位置
を変えることにより波長選択性が得られる。
5 Ｏ12（以下、Ｃｒ：ＹＡＧ、と記載する）に組み合わ
せたＣｒ：ＹＡＧレーザを図４を参照して説明する。Ｃ
ｒ：ＹＡＧ結晶は１. ４μｍ付近において広帯域の蛍光
スペクトルを有し、１. ３５μｍ〜１. ６μｍの範囲に
おいて波長可変レーザとして使用している。１６はこの
発明の誘電体多層薄膜フィルタより成る波長選択素子、
１７は直進移動ステージ、１８はＣｒ：ＹＡＧ結晶であ
る。１９は出力ミラーコーティングであり、１. ３５μ
ｍ〜１. ６μｍの範囲で反射率９９％を有する。これは
波長選択素子１６の基板の裏面に形成される。２０は励
起用レーザ光、２１は波長可変レーザ光である。Ｃｒ：
ＹＡＧ結晶１８の球面側には先の波長で高反射（Ｒ＞９
９. ８％）の誘電体多層薄膜コーティングが施され、そ
して、平面側には減反射（ＲくＯ. ２％）の誘電体多層
薄膜コーティングが施されている。膜設計においては、
ガラス（屈折率１. ５１）を基板に使用している。誘電
体多層薄膜には屈折率ｎH ＝２. １の五酸化タンタル
（Ｔａ2Ｏ5）および屈折率ｎL ＝１. ４５の二酸化珪素
（ＳｉＯ2 ）を使用する。薄膜構造はＡ：［（ＨＬ）7
４Ｈ（ＬＨ） 7 ］1 ０. ５Ｈとした。この場合の波長選
択素子の透過スペクトルは図５に示される。図５
（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）はそれぞれ通過波長１
４００ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍの場合であ
る。この時の誘電体多層薄膜の全膜厚はそれぞれ６. ６
２μｍ、７. ０９μｍ、７. ５７μｍである。この時、
最大膜厚（７. ５７μｍ）と最小膜厚（６. ６２μｍ）
の比は１. １４である。従って、図１に示される如く誘
電体多層薄膜の膜厚に勾配を持たせることにより、基板
表面の光線の入射する箇所と選択される最大透過波長λ
c とは１対１に対応する。そして、光線の入射する位置
を変えることにより波長選択性が得られる。
【００２３】実施例２ この発明の誘電体多層薄膜フィルタをＥｒドープ光ファ
イバに組み合わせたＥｒドープ光ファイバレーザを図６
を参照して説明する。Ｅｒドープ光ファイバは波長１５
２０ｎｍから１５７０ｎｍの間でレーザ利得を有する。
２２および２３は光コネクタ、２４および２５はＥｒド
ープ光ファイバである。２６および２７は光ファイバコ
リメータであり、空気中を平行に伝播する光線２８を光
ファイバ２４および光ファイバ２５のコアに結合する。
２９は波長選択素子、３０は直線移動ステージである。
イバに組み合わせたＥｒドープ光ファイバレーザを図６
を参照して説明する。Ｅｒドープ光ファイバは波長１５
２０ｎｍから１５７０ｎｍの間でレーザ利得を有する。
２２および２３は光コネクタ、２４および２５はＥｒド
ープ光ファイバである。２６および２７は光ファイバコ
リメータであり、空気中を平行に伝播する光線２８を光
ファイバ２４および光ファイバ２５のコアに結合する。
２９は波長選択素子、３０は直線移動ステージである。
【００２４】ここで、光コネクタ２２および光コネクタ
２３の端面には、先の波長域で高反射率を有する誘電体
多層薄膜が施されており、この光コネクタ間でレーザ共
振器を構成する。図に示される如く波長選択素子２９は
Ｅｒドープ光ファイバ２４および２５に斜めに位置決め
されているので、最大透過波長λc 以外の波長成分は波
長選択素子２９で反射され、光ファイバから漏れ出て行
く。そのために、レーザ共振器の損失は１００％とな
り、他の波長成分のレーザ動作は生じない。これに対し
て、波長λc の光成分は波長選択素子２９を透過するの
で、光コネクタ２２および光コネクタ２３の間を何度も
往復することができ、レーザ発振することができる。直
線移動ステージ３０を操作して波長選択素子２９を移動
し、平行光線２８が入射する位置を変えることにより波
長選択性が得られる。
２３の端面には、先の波長域で高反射率を有する誘電体
多層薄膜が施されており、この光コネクタ間でレーザ共
振器を構成する。図に示される如く波長選択素子２９は
Ｅｒドープ光ファイバ２４および２５に斜めに位置決め
されているので、最大透過波長λc 以外の波長成分は波
長選択素子２９で反射され、光ファイバから漏れ出て行
く。そのために、レーザ共振器の損失は１００％とな
り、他の波長成分のレーザ動作は生じない。これに対し
て、波長λc の光成分は波長選択素子２９を透過するの
で、光コネクタ２２および光コネクタ２３の間を何度も
往復することができ、レーザ発振することができる。直
線移動ステージ３０を操作して波長選択素子２９を移動
し、平行光線２８が入射する位置を変えることにより波
長選択性が得られる。
【００２５】実施例３ この発明の誘電体多層薄膜フィルタを適用して構成した
波長多重通信用狭帯域バンドパスフィルタを図７を参照
して説明する。３１および３２は光コネクタを示す。３
３および３４は単一モード光ファイバ、３５および３６
は光ファイバコリメータ、３７は平行光線、３８はこの
発明の誘電体多層薄膜フィルタより成る波長選択素子、
３９は直進移動ステージである。ここで、光コネクタ３
１側から波長成分λ1 、λ2 、・・・・・・λN のＮ個の元信
号成分が入射したものとする。波長選択素子３８が光フ
ァイバに斜めに配置されているので、直進移動ステージ
３９を操作して波長選択素子３８の位置を上下に移動調
整して、必要な波長成分λ i の信号成分のみ通過させ、
これを光ファイバ３４に伝送する。この波長成分以外の
元信号成分は波長選択素子３８により反射され、入射し
た光ファイバ３３に戻らなくすることができる。また、
波長選択素子３８が光ファイバに垂直に配置されている
と、必要な波長成分λi の信号のみ通過させ、この波長
成分以外の元信号成分は波長選択素子３８で反射され、
入射してきた光ファイバ３３に戻すこともできる。
波長多重通信用狭帯域バンドパスフィルタを図７を参照
して説明する。３１および３２は光コネクタを示す。３
３および３４は単一モード光ファイバ、３５および３６
は光ファイバコリメータ、３７は平行光線、３８はこの
発明の誘電体多層薄膜フィルタより成る波長選択素子、
３９は直進移動ステージである。ここで、光コネクタ３
１側から波長成分λ1 、λ2 、・・・・・・λN のＮ個の元信
号成分が入射したものとする。波長選択素子３８が光フ
ァイバに斜めに配置されているので、直進移動ステージ
３９を操作して波長選択素子３８の位置を上下に移動調
整して、必要な波長成分λ i の信号成分のみ通過させ、
これを光ファイバ３４に伝送する。この波長成分以外の
元信号成分は波長選択素子３８により反射され、入射し
た光ファイバ３３に戻らなくすることができる。また、
波長選択素子３８が光ファイバに垂直に配置されている
と、必要な波長成分λi の信号のみ通過させ、この波長
成分以外の元信号成分は波長選択素子３８で反射され、
入射してきた光ファイバ３３に戻すこともできる。
【００２６】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明の波長選
択素子は、特許請求の範囲に記載される通りの構成を具
備することにより、通過損失の極く小さいものとするこ
とができる。そして、この波長選択素子を使用し、製造
に際して格別の熟練は要せずに工程数の少ない小型低損
失の波長可変のレーザ発振器、或いは波長多重通信用バ
ンドパスフィルタの如き光学装置を容易に構成すること
ができる。
択素子は、特許請求の範囲に記載される通りの構成を具
備することにより、通過損失の極く小さいものとするこ
とができる。そして、この波長選択素子を使用し、製造
に際して格別の熟練は要せずに工程数の少ない小型低損
失の波長可変のレーザ発振器、或いは波長多重通信用バ
ンドパスフィルタの如き光学装置を容易に構成すること
ができる。
【図１】波長選択素子の実施例を説明する図。
【図２】狭帯域バンドパスフィルタの透過特性を示す
図。
図。
【図３】薄膜構造を示す図。
【図４】Ｃｒ：ＹＡＧレーザの実施例を説明する図。
【図５】波長選択素子の実施例の透過特性を示す図。
【図６】Ｅｒドープ光ファイバレーザの実施例を説明す
る図。
る図。
【図７】波長多重通信用狭帯域バンドバスフィルタの実
旛例を説明する図。
旛例を説明する図。
【図８】回折格子を使用したレーザの従来例を説明する
図。
図。
【図９】図８の波長選択性を示す図。
【図１０】複屈折フィルタを使用したレーザの従来例を
説明する図。
説明する図。
【図１１】図１０の波長選択性を示す図。
４ 回折格子 ５ ミラー ６ 同調ミラー ７ レーザ媒質 ８ 波長可変レーザ光 ９ 第３の高反射ミラー １０ 第１の高反射ミラー １１ 第２の高反射ミラー １２ レーザ媒質 １３ 複屈折フィルタ １４ 出力ミラー １５ 波長可変レーザ光 １６ 波長選択素子 １７ 直進移動ステージ １８ Ｃｒ：ＹＡＧ結晶 １９ 出力ミラーコーティング ２０ 励起用レーザ光 ２１ 波長可変レーザ光 ２２、２３ 光コネクタ ２４、２５ Ｅｒドープ光ファイバ ２６、２７ 光ファイバコリメータ ２８ 光線 ２９ 波長選択素子 ３０ 直線移動ステージ ３１、３２ 光コネクタ ３３、３４ 単一モード光ファイバ ３５、３６ 光ファイバコリメータ ３７ 平行光線 ３８ 波長選択素子 ３９ 直進移動ステージ
Claims (10)
- 【請求項１】 基板表面に屈折率ｎH の誘電体薄膜お
よび屈折率ｎL の誘電体薄膜を交互に積層形成した誘電
体多層薄膜を有する波長選択素子において、 薄膜構造が、 Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ であることを特徴とする波長選択素子。 但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ - 【請求項２】 請求項１に記載される波長選択素子に
おいて、 誘電体多層薄膜の膜厚が基板内において勾配を有するも
のであることを特徴とする波長選択素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載される波長選択素子に
おいて、 誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小膜厚の比が１. ０１以
上であることを特徴とする波長選択素子。 - 【請求項４】 請求項１および請求項２の内の何れか
に記載される波長選択素子において、 波長選択素子を駆動位置決めする直進移動ステージ１７
を具備することを特徴とする波長選択素子。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の内の何れか
に記載される波長選択素子において、 誘電体多層薄膜はイオンビームスパッタ法、原子ビーム
スパッタ法、イオンアシスト蒸着法の内から選択された
何れかにより成膜されたものであることを特徴とする波
長選択素子。 - 【請求項６】 基板表面に屈折率ｎH の誘電体薄膜お
よび屈折率ｎL の誘電体薄膜を交互に積層形成した誘電
体多層薄膜を有し、薄膜構造が Ａ＝［（ＨＬ）MｓＨ（ＬＨ）M］NＷ 或いは、 Ｂ＝［（ＬＨ）MｓＬ（ＨＬ）M］NＷ であり、 但し、Ａ、Ｂ：誘電体多層薄膜 λc：設計波長 Ｈ：誘電体薄膜厚λc／４ｎH Ｌ：誘電体薄膜厚λc／４ｎL Ｍ：両薄膜の積層繰り返し回数 Ｎ：Ｍの更なる返し回数 Ｗ（＝ｔＨ或いはｔＬ）：付加層 Ｍ、Ｎ、ｓ：正の整数 ｔ：０. １ないし０. ９ である波長選択素子を具備することを特徴とする光学装
置。 - 【請求項７】 請求項６に記載される光学装置におい
て、 誘電体多層薄膜の膜厚が基板内において勾配を有するも
のであることを特徴とする光学装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載される光学装置におい
て、 誘電体多層薄膜の最大膜厚と最小膜厚の比が１. ０１以
上であることを特徴とする光学装置。 - 【請求項９】 請求項７および請求項８の内の何れか
に記載される光学装置において、 波長選択素子を駆動位置決めする直進移動ステージ１７
を具備することを特徴とする光学装置。 - 【請求項１０】 請求項６ないし請求項９の内の何れ
かに記載される光学装置において、 光学装置はレーザ発振器、或いは波長多重通信用バンド
パスフィルタであることを特徴とする光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13520098A JPH11326633A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 波長選択素子およびこれを使用した光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13520098A JPH11326633A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 波長選択素子およびこれを使用した光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326633A true JPH11326633A (ja) | 1999-11-26 |
Family
ID=15146199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13520098A Pending JPH11326633A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 波長選択素子およびこれを使用した光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11326633A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021168A1 (fr) * | 2000-09-05 | 2002-03-14 | Nikon Corporation | Filtre optique a film multicouche et dispositif de communications a multiplexage en longueurs d'onde |
| WO2013132977A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 富士フイルム株式会社 | レーザ装置及び光音響計測装置 |
| JP2016195219A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | キヤノン株式会社 | 複屈折フィルタユニット |
| CN114325910A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种阶梯特征通带窄带滤光片 |
-
1998
- 1998-05-18 JP JP13520098A patent/JPH11326633A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021168A1 (fr) * | 2000-09-05 | 2002-03-14 | Nikon Corporation | Filtre optique a film multicouche et dispositif de communications a multiplexage en longueurs d'onde |
| WO2013132977A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 富士フイルム株式会社 | レーザ装置及び光音響計測装置 |
| JP2016195219A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | キヤノン株式会社 | 複屈折フィルタユニット |
| CN114325910A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种阶梯特征通带窄带滤光片 |
| CN114325910B (zh) * | 2021-12-15 | 2024-02-09 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种阶梯特征通带窄带滤光片 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011204 |