JPS61232403A - バンド・パス・フイルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、光波長多重伝送用の光合分波器等に用いられ
る誘電体多層膜より成るバンド・パス・フィルタの製造
方法に関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］ 光ファイバ伝送方式における光波長多重技術は、伝送容
量の増大を計れるだけでなく、双方向伝送や異種信号の
同時伝送を可能にする特徴を有し、長距離・近距離伝送
、加入者系伝送、データリンク等の光ファイバを用いる
殆ど全ての分野での適用が考えられている。

光波長多重伝送では、送信側において波長の異なる複数
の光を１本の光ファイバに結合するための合波器が、受
信側においては、光ファイバを伝搬してきた波長の異な
る光をそれぞれ分離するための分波器が必要でおる。こ
れら光合分波器としては、現在誘電体多層膜フィルタを
用いた方式と回折格子を用いた方式とが知られている。

前者は後者に比較し広帯域で低損失のものが得易いこと
、光合分波器してガラス製のプリズム型のものに組立て
る場合に製作し易い等の特徴を有している。

また後者が光源のレーザ光の波長分布ムラに起因するモ
ーダル・ノイズが発生するということもあって、現在は
、誘電体多層膜フィルタを用いた方式が主流となってい
る。

光合分波器に使用される誘電体多層膜フィルタは、箕輪
、藤井、官本：信学技報Ｃ３８２−２９（１９８２）で
知られているように、バンド・パス・フィルタ、長波長
域通過フィルタ、短波長域通過フィルタがある。光合分
波器に要求される性能は、次のとおりでおる。

（１）通過損失は０．３ｄＢ以下。

（２〉通過帯域幅は、０．８３Ｊｍ帯で３５０Ａ以上、
１．３Ｊ、１ｍ帯で６０品以上。

（３）阻止域減衰量は５０乃至６０ｄＢ以上。

単一の誘電体多層膜フィルタで（１）乃至（３）の条件
を全て満足することは不可能であり、誘電体多層膜フィ
ルタを多段に用いることによって初めて得られる。

上述の性能を満足するために設計されたバンド・パス・
フィルタの構成は、２３層３キヤビテイのものが知られ
ている。即ち、中心波長をλとした場合、光学的膜厚が
λ／４の高屈折率物質（Ｈ）と低屈折率物質（Ｌ）の交
互層からなっている。

所定の３層の位置に２ｎＨまたは２ｎＬ　（ｎは自然数
）のキャビティが配置された構成である。キャビティと
しては低屈折率物質を用いた方が優れている。

光合分波器に用いられるバンド・パス・フィルタとして
は、特に膜厚精度を充分に制御しなければならない。即
ち、膜厚の誤差は、単体のバンド・パス・フィルタの通
過帯におけるリップルの形状に影響を及ぼす。リップル
が大きく発生する場合は、光合分波器としてバンド・パ
ス・フィルタを多段に用いる場合、リップルが重畳され
、全体として通過帯での透過率の低減が大おきくなる。

膜厚精度は、設計の面より針師結果として±１％以内が
要求される。

現実にバンド・パス・フィルタを製造するためには、第
２図に示すような電子ビーム熱着装置を用いる。この装
置による膜厚の制御方法は、蒸着中のモニタ基板１の透
過率（あるいは図示しない方法で反射率）の変化による
極値を検出する光学式モニタ方法を用いる。

通常の誘電体多層膜用の電子ビーム蒸着装置は、第２図
に示すように１の他２．３等の複数のモニタ基板を収納
できるようになっている。

即ち、単純な高屈折率物質（Ｈ＞と低屈折率物質（Ｌ）
のλ／４の交互層より成る例えば基板：　［Ｈ−Ｌ］　
：空気 の構成の多層膜の製造に於ては、モニタ基板での透過率
乃至反射率の変化内が少なくならない適度な層数のｎの
場合に、モニタ基板での透過率乃至反射率が層数に応じ
て単純でしかも検出し易い曲線を描くため、１枚のモニ
タ基板で各層の光学的膜厚を制御する場合もある。

しかし、例えば２０層以上のように層数が多くなり、透
過率乃至反射率の変化量が少なく検出困難な場合やバン
ド・パス・フィルタの如く単純なＨしのくりかえしでな
い各種誘電体多層膜フィルタにおいでは、複数のモニタ
基板を使用するのが一般的である。

［背景技術の問題点］ しかし、バンド・パス・フィルタの製品として多層膜を
形成しなければならないのは、真空槽１０の中の光学的
膜厚を監視・制御するモニタ基板１ではなく、例えば公
転ドーム１１上に多数セットされている基板１２．１３
．１４．　、の位置においてでおる。従来、歩留り良く
光合分波器用バンド・パス・フィルタを製造できなかっ
た問題点は次の如くである。

（１）蒸着中のモニタ塞板１の位置で光学的膜厚λ／４
あるいはλ／２の極値を精度良く検出するのがむずかし
い。即ち、λ／４あるいはλ／２の極値では透過率及び
反射率の変化が最も小ざい。

厳密には変化が零のため、完全に極値をとらえることは
むずかしい。ざらに受光素子２２の感度やルツボ２３内
部の蒸着材料２０からの発熱や発光、光源２１の光Ｍレ
ベルの変動等の外部要因により、例えモニタ光をチョッ
ピングしていても、電気的・光学的ノイズが光学モニタ
の透過率曲線に重畳され、λ／４あるいはλ／２の極値
をとらえることを困難にする。

（２）モニタ基板を複数用いると、新しいモニタ基板が
光路の位置に来る毎に新な基板上に蒸着材料が蒸着され
ることになる。モニタ基板材料は通常ガラスであり、一
方、製品の基板上の蒸着材料が蒸着される面は多層膜構
成材料の蒸着される前の層の物質である。このように、
モニタ基板と製品の基板とでは、モニタ基板を交換する
毎に下地の材質が異なる。しかも表面の清浄度に関して
は、モニタ基板は洗浄工程及び加熱により清浄度をあげ
ても、真空中で蒸着される製品の基板よりも汚染されて
いる。従って、その上に形成される蒸着材料の付着確率
も異なり、モニタ基板と製品の基板とでは蒸着される膜
厚は異なる。交換するモニタ基板の数が多くなればなる
程、製品の基板の位置での膜厚精度も悪くなる。

［発明の目的］ 本発明は、上述の従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、光合分波器用バンド・パス・フィルタを再現性良く高
歩留りで提供することをかできるバンド・パス・フィル
タの製造方法を提供するものである。

［発明の概要］ 本発明は、基板上に形成された高屈折率物質と低屈折率
物質の交互層を主体とする多層膜よりなるをバンド・パ
ス・フィルタを形成する際、膜厚制御用のモニタ基板を
用い、モニタ基板上に被着される前記物質の光学的膜厚
を制御することにより前記多層膜の光学的膜厚を制御す
るバンド・パス・フィルタの製造方法において、前記バ
ンド・パス・フィルタの全層の光学的膜厚が同一の１枚
のモニタ基板を用いて全層制御することを特徴とするバ
ンド・パス・フィルタのＷａ造方法である。

［発明の他の実施例］ 以下本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する
。

形成するバンド・パス・フィルタは、光合分波器用の層
数２３層、二酸化シリコンの３キヤビテイの、次の構成
とする。

基板：Ａ−Ｌ−Ａ−Ｌ−Ａ：空気・−・−（ａ　＞ここ
で　Ａ＝Ｈ−Ｌ−Ｈ・２Ｌ−Ｈ−Ｌ−Ｈ・・・・・・（
ｂ） Ｈは高屈折率物質の二酸化チタンの光学的膜厚λ／４の
層を、Ｌは低屈折率物質の二酸化シリコンの光学的膜厚
λ／４の層をそれぞれ表わす。２Ｌは二酸化シリコンの
λ／２の層でキャビティである。ここでλはバンド・パ
ス・フィルタの中心波長である。具体的には光合分波器
に必要とされる波長は通常２波乃至４波であり、４波の
場合、λは、それぞれ８１０ｎｍ、　８９０ｎｍ、　１
２００ｎｍ、　１３００ｎｍの４種類の中心波長を有す
る４種のバンド・パス・フィルタである。

以下、中心波長が８１０止であるバンド・パス・フィル
タに本発明を適用した場合につき詳述する。

第２図に示す電子ビーム蒸着装置において、モニタ基板
１の位置で同一のモニタ基板を用いてバンド・パス・フ
ィルタの層数２３の全ての光学的膜厚を制御する。他に
モニタ基板は全く用いない。

蒸着源２０を収容するルツボ２３は二酸化チタンと二酸
化シリコンの２種類を複数個ずつ具備可能な円盤型のも
のである。所定の物質を蒸着させる場合、電子銃２４か
らエミッション電流が到達する位置へ回転させて持って
くる。電子銃の加速電圧は例えばｌ０ＫＶであり、エミ
ッション電流値は例えば二酸化チタンの場合２８０ｍＡ
　、二酸化シリコンの場合２６０ｍＡである。二酸化チ
タンの蒸着の場合、二酸化チタンが還元して黒色に着色
した膜となるのを防ぐため、酸素を例えば１Ｘ　１０　
Ｔｏｒｒ導入する反応性蒸着を用いる。基板温度は例え
ば３００℃とした。

単一モニタ基板により蒸着した場合の光学モニタの蒸着
中の透過率曲線を第１図に示す。即ら、実際の蒸着中の
曲線であるから、酸素を導入しても二酸化チタンの膜に
吸収があり、曲線は完全な対称形とはならない。

本発明者は、モニタ基板１枚でもバンド・パス・フィル
タとしての誘電体多層膜の各層の光学的膜厚を実用的な
範囲で制御可能なことを見い出した。しかも１枚のモニ
タ基板を用いると、後述の如く種々の利点がある。

実際のモニタ基板の透過率曲線の測定においてはチャー
ト上にて透過率５％をフル・スケールに拡大して制御を
行なう。８層目形成時および１６層目形成時には、透過
率曲線の変化量は微小であり、変化も複雑であるが、１
枚のモニタ基板のため、他の層でその誤差を補正する効
果もある。なお、基板としては、ガラス基板（例えばＢ
Ｋ−７＞を用いた。得られる二酸化チタンの蒸着の屈折
率は２．２乃至２．３であり、二酸化シリコンの屈折率
は１．４６乃至１．４７であった。

２３層の多層膜を真空中で形成後、例えば基板温度を２
５０’Ｃ以下に冷却後大気圧に戻し取り出す。

形成されたバンド・パス・フィルタの分光特性は。

経時変化を起し、長波長側に移動するが、数ｎｍの範囲
内で中心波長は８１０ｎｍに制御される。形成された構
成（ａ）の分光特性の測定結果を第３図に示す。

実際の光合分波器ではバンド・パス・フィルタは接着剤
によりプリズム型基板へ貼り合されて使用される、その
際の構成（ａ＞は、次の如くである。

基板：Ａ−Ｌ−Ａ−Ｌ−Ａ：接着剤−旧−・（ａ　−）
接着剤としては、例えばノーランドの６１を用いる。貼
り合せた後のバンド・パス・フィルタの分光特性の測定
結果の一例を第４図に示す。尚、第４図は、リファレン
スとして 基板：接着剤：基板　　　　　・・・・−（Ｃ）の構成
の透過率を１００％に構成して測定した結果である。

分光特性の結果は、損失が０．３ｄＢ以下の通過帯の帯
域幅が３８層ｍ、　７００ｎｍ〜７５０ｎｍおよび８７
０〜９５０ｎｍの範囲の阻止帯域の減衰量は２５ｄＢ乃
至３０ｄＢであった。これは光合分波器として２段に重
畳して用いれば充分使用可能であることを示す。

なお、本実施例としては、バンド・パス・フィルタが３
キヤビテイの２３層構成の構成（ａ＞あるいは構成（ａ
′）の場合を例にとり詳述したが、他の暦数、構成のバ
ンド・パス・フィルタ、例えば２キヤビテイや４キヤビ
テイのものについても本発明による製造方法を適用して
も良いのは勿論である。また３キヤごティでも２４層の
次の構成のものに適用しても良い。

基板：Ａ−Ｌ−Ａ−Ｌ−Ａ・２Ｌ：空気（又は接着剤）
・・・・・・・・・・・・（ｄ）［発明の効果］ 本発明によるバンド・パス・フィルタの製造方法では、
同一のモニタ基板を用いて仝層の光学的膜厚を監視して
いるため、例えある１層の光学的膜厚がλ／４（あるい
はλ／２）の極値よりややはずれて、膜厚の精度が悪く
なっても、次の層あるいは最終層までの間に膜厚精度は
補正されるという効果も有する。また蒸着されるべきモ
ニタ基板と製品の基板の下地表面層が、各層蒸着時に常
に同一物質となるため複数のモニタ基板を使用する場合
と異なり、各層で蒸着材料の付着確率がモニタ基板と製
品の基板とで同じとなるので、膜厚精度が向上する。

ざらに、１枚のモニタ基板を使用すると、蒸着後におい
て直ちにモニタ基板の位置でのバンド・パス・フィルタ
としての分光特性の測定、監視が可能となり、モニタ基
板位置で、光学的膜厚が精度良く制御されていたか否か
が判別可能である。

本発明によるバンド・パス・フィルタの製造方法を用い
ると、バンド・パス・フィルタの分光特性の性能の良い
ものが再現性良く得られ、歩留りが向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一のモニタ基板を用いた場合の蒸着中のモニ
タ基板の透過率曲線の一例を示す、第２図はバンド・パ
ス・フィルタを形成するための電子ビーム蒸＃装置の構
成を示す図、第３図および第４図は本発明により製造さ
れたバンド・パス・フィルタの分光特性を示す図でおる
。 １．２．３・・・・・・モニタ基板 １０・・・・・・真空槽 １２、１３．１４・・・・・・製品となる基板２０・・
・・・・蒸着材料 ２１・・・・・・光源 ２２・・・・・・受光素子 ２３・・・・・・ルツボ ２４・・・・・・電子銃 代理人弁理士　則近憲佑（他−名） 第１図 ＨＬＨ２ＬＨＬＨＬＨＬＨ？ＬＨＬＨＬＨＬＨ？Ｌ　Ｈ
ＬＨ物徹第２図 第８図 ７００　　　　　みρ　　　　ヲθθ ヨ皮長　（ｙＬｍ） 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された高屈折率物質と低屈折率物質
   の交互層を主体とする多層膜よりなるをバンド・パス・
   フィルタを形成する際、膜厚制御用のモニタ基板を用い
   、モニタ基板上に被着される前記物質の光学的膜厚を制
   御することにより前記多層膜の光学的膜厚を制御するバ
   ンド・パス・フィルタの製造方法において、前記バンド
   ・パス・フィルタの全層の光学的膜厚が同一の１枚のモ
   ニタ基板を用いて制御されることを特徴とするバンド・
   パス・フィルタの製造方法。
2. （２）前記基板がガラス、前記低屈折率物質が二酸化シ
   リコン、前記高屈折率物質が二酸化チタンであり、かつ
   キャビティが３であることを特徴とする特許請求の範囲
   第一項記載のバンド・パス・フィルタの製造方法。