JPS6138442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバ通信用の高品質な多層膜干
渉フイルタの製造方法に関する。

近年、0.7〜1.5μｍの範囲にわたる広い光波長
領域で低い伝送損失を有する伝送路が石英を主成
分とするガラスフアイバを用いて実現できるよう
になつた。このような伝送路がもつ広い伝送光波
長領域を有効に利用するために異る波長の複数の
光を独立な情報キヤリアとして使用する光波長多
重通信方式がある。仮に波長0.05μｍの間隔で上
記0.7〜1.5μｍの波長領域全体を利用すれば、単
一の光波長しか利用しない場合に比べ10倍以上の
通信容量が同じ伝送路で実現できることとなる。
現在、光波長多重通信方式で伝送された各波長の
光の分離は受信側に設けた光フイルタあるいは回
折格子等の波長分散素子などによつている。中で
も多層膜干渉フイルタで構成された光分離回路は
光の損失が少くまた機械的信頼性に優れたものと
して最も多く利用されているものである。しかし
ながら、従来の多層膜干渉フイルタは硫化亜鉛や
フツ化マグネシウム等の材料を蒸着法やスパツタ
法によつて多層に堆積して製作されていたため
に、堆積する膜厚の制御が極めて難しく希望する
フイルタ特性を高い精度で実現することなどほと
んど不可能に近いものであつた。このため狭い波
長間隔の多数の光を情報キヤリヤとして利用する
ことができず、光フアイバ伝送路が持つ大きな通
信容量を十分に活用できないのが実情であつた。
また装置設計においても、従来の方法で製作した
多層膜干渉フイルタで製造ロツト間の特性のばら
つきが大きく、このため設計余裕を必要以上にと
らならければならないなどの種々の不都合を生じ
ていた。

本発明の目的は、上述の欠点を除去し製作精度
の高い多層膜干渉フイルタの製造方法を提供する
ことにある。

本発明によれば、基体上に屈折率の異る少くと
も二種以上の透明誘電体を交番的に堆積する工程
を含む多層膜干渉フイルタの製造方法において管
状および棒状のいずれか一方の形状を成す前記基
体の内壁および外周のいずれか一方に前記透明誘
電体を堆積して形成した管状の多層膜干渉フイル
タ母材の管内圧を正としながら加熱膨張加工して
前記透明誘電体の堆積膜厚を所要の値に調整する
工程を付加したことを特徴とする多層膜干渉フイ
ルタの製造方法が得られる。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の方法によつて得られる多層膜干
渉フイルタの一例に関し、その厚さ方向の断面を
表わす図である。この図において、多層膜干渉フ
イルタ１０はSiO₂−GeO₂系の高屈折率ガラス１
１とSiO₂−B₂O₃系の低屈折率ガラス１２とが周
期ｄの繰返しで交番的に積層された構造をもつて
いる。このような構造をもつ干渉フイルタの特性
については周知の通り、高屈折率ガラス１１と低
屈折率ガラス１２の界面で反射する光が周期ｄで
存在する各々の界面において等位相となる波長に
対してのみ高い反射係数を示す。高屈折率ガラス
１１および低屈折率ガラス１２の各層の膜厚が
ｄ／２、そしてそれぞれの屈折率がn₁₁およびn₁₂
である場合にはλ_０（n₁₁＋n₁₂）ｄ／ｍ，（但し
ｍは１，２，…の整数、λ_０は真空中の光波長）
の光のみ選択的に強く反射される。選択された光
の反射率は理論的にも良く知られている通り、
n₁₁とn₁₂の差および層の繰返しの数に依存する量
であつて、n₁₁＝1.47，n₁₂＝1.45および層の繰返
しの数が280の場合には選択された光（例えば繰
返しの周期ｄが0.41μｍの多層膜干渉フイルタで
は波長λ_０が1.2μｍの光）の反射率として約90
％、また反射率が最大の1/2に低下する波長の巾
として0.007μｍが得られる。従来、蒸着法やス
パツタ法を用いた多層膜干渉フイルタの製造方法
では上述のように層数が100を越え、また全体の
膜厚が100μｍに達するような多層膜干渉フイル
タを精度良く製造することなど、ほとんど不可能
に近いものであつたが、層数の増加により波長選
択性及び反射効率に優れた多層膜干渉フイルタが
得られることは周知のところである。

第２図は本発明の一実施例を表わす図である。
本実施例は次のような工程から構成されている。
まず第１に石英ガラス管で構成される管状の基体
２１の内壁にSiO₂−GeO₂系ガラスとSiO₂−B₂O₃
系ガラスを交番的に化学蒸着し透明誘電体堆積層
２２を有する管状の多層膜干渉フイルタ母材２０
を形成する工程Ａ、次いでこの多層膜干渉フイル
タ母材２０の管内圧を正としつつ加熱して徐々に
管内径を拡大させることにより透明誘電体堆積層
２２の厚さを所要の値まで減少させる工程Ｂおよ
び管状の多層膜干渉フイルタ母材２０から板状の
多層膜干渉フイルタ１０を切り出す工程Ｃを経
て、所要のフイルタ特性を有する多層膜干渉フイ
ルタ１０が製造される。第３図は管状の多層膜干
渉フイルタ母材２０の管内径を拡大させる装置の
一例を表わしている。図中３０はテーパ状の内径
をもつ加熱ダイスであつて、上方に移動しながら
多層膜干渉フイルタ母材２０の管内径を一定の値
に規制する働きを有する。また４０は加圧装置で
あつて多層膜干渉フイルタ母材２０の管内へ窒素
ガスもしくは圧縮空気を吹込むことによつて前記
管内圧の調整を行う。

上述の実施例が特徴とするところは、化学蒸着
の工程Ａの後、透明誘電体堆積層２２の厚さを管
状の多層膜干渉フイルタ母材２０の管内径の調整
工程Ｂで所要の値に正確に修正設定できることに
あり、このため希望するフイルタ特性をもつ多層
膜干渉フイルタを高い歩留りと高い製作精度をも
つて実現することができる。また、化学蒸着の工
程Ａにおいて共通仕様で製作された母材から各種
フイルタ特性、例えば中心波長の異る多層膜干渉
フイルタを得ることも可能となり、多品種の多層
膜干渉フイルタも少い工数で製作することができ
る。更に本実施例で用いている化学蒸着法は半導
体工業や光フアイバ製造で良く利用されている方
法であつて、通常の蒸着法やスパツタ法に比べ制
御性に富む方法であることは良く知られた所であ
る。前記SiO₂−GeO₂系ガラス及びSiO₂−B₂O₃系
ガラスは気体原料SiCl₄及びGeCl₄及びBCl₃とO₂
の混合気体を石英ガラス管で構成される基体２１
へ導入し800〜1400℃の高温下で熱分解すること
により基体２１の内壁へガラス堆積膜として得る
ことができる。前記気体原料はサーボ機構付バル
ブにより誤差１％以下の精度で流量制御すること
ができ、本実施例におけるガラス堆積膜の厚さや
生成ガラスの屈折率の再現性は極めて高いもので
ある。化学蒸着法によるガラス堆積膜はスパツタ
法に比べ高温下で緻密な膜形成が成されているた
めに経時変化等の安定性についても信頼性に優れ
た特徴がある。

上述の実施例によりSiCl₄を毎分20mg、及び一
層毎の交互に切換えてGeCl₄の毎分15mgBCl₃の
毎分2mgを毎分１のO₂と混合して内径16mmの
石英ガラス管内へ導入し、毎分30cmの速さで移動
する加熱源で約1400℃の高温に加熱して合計120
層の化学蒸着を行つたところ石英ガラス管の内壁
に各層の厚さが約0.4μｍかつ屈折率が約1.47と
1.45でそれぞれ交互に変化する透明なガラス堆積
膜を有する管状の多層膜干渉フイルタ母材を得る
ことができた。次いでこの多層膜干渉フイルタ母
材を1500〜1600℃の高温下で注意深く管内圧を上
げて約32mmの内径になるまで径を拡大した。この
後、多層膜干渉フイルタ母材を切断加工して３mm
角の多層膜干渉フイルタを切り出したところ
SiO₂−GeO₂系ガラスとSiO₂−B₂O₃系ガラスの交
互繰返しから成り、各層の厚さが0.2μｍ繰越し
の周期ｄが0.4μｍ、そして光の垂直入射時に波
長約1.2μｍで強い反射を示す多層膜干渉フイル
タが得られた。

なお上述の実施例では石英ガラス管の内壁にガ
ラス堆積膜を形成するとしたが、もちろん管状の
多層膜干渉フイルタ母材を得る方法はこれに限定
されるものではなく、通常光フアイバ製造分野に
おいて外付法と呼ばれている方法、即ち耐熱性の
芯例えば炭素棒の外周にガラス堆積膜を形成した
後前述の芯を除去する方法などを採用してもよ
い。また化学蒸着されるガラス堆積膜の屈折率を
変化させる成分としては上述の二酸化ゲルマニウ
ム、酸化ホウ素の他、酸化リン、酸化アルミニウ
ム、酸化チタン、酸化ガリウム、等の酸化物また
ガラスの屈折率を下げる成分としてはフツ素ある
いはフツ化カルシウム等のフツ化物を石英に対す
る第２の成分として利用することができよう。し
かし原料の取扱い易さや安定性の点を考慮すれ
ば、屈折率を上げる成分としては二酸化ゲルマニ
ウムもしくは酸化リン、また屈折率を下げる成分
としては酸化ホウ素を用いるのが適当である。上
述の通り、多層膜干渉フイルタ母材を構成する透
明誘電体材料としては、化学蒸着法によるガラス
物質が最も安定性及び生産性に優れたものである
が、これに関しても、他の材料、例えば通常の多
層膜干渉フイルタ材料として利用されている、硫
化亜鉛やフツ化マグネシウムのスパツタ膜の利用
等も不可能ではない。しかし実施例で述べた方法
は二酸化ゲルマニウムや酸化ホウ素の成分比を変
化させることにより、自由な屈折率の変化形状を
実現することが可能であつて、より高性能なフイ
ルタ設計手段を与える。

最後に本発明の特徴を述べれば、膜厚の制御性
に優れ希望するフイルタ特性を正確かつ高い歩留
りで実現できること、安定性の良い多層膜干渉フ
イルタが得られること、層数の増加が比較的容易
であつて極めて狭帯域かつ高性能な多層膜干渉フ
イルタが得られること等である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層膜干渉フイルタの構造を表わす
図、第２図及び第３図は本発明の一実施例を表わ
す図である。図中１０……多層膜干渉フイルタ、
１１……高屈折率ガラス、２０……多層膜干渉フ
イルタ母材、２１……基体、２２……透明誘電体
堆積層、３０……加熱ダイス、４０……加圧装置
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体上に屈折率の異る少くとも二種以上の透
   明誘電体を交番的に堆積する工程を含む多層膜干
   渉フイルタの製造方法において、管状および棒状
   のいずれか一方の形状を成す前記基体の内壁およ
   び外周のいずれか一方に前記透明誘電体を堆積し
   て形成した管状の多層膜干渉フイルタ母材の管内
   圧を正としながら加熱膨張加工して前記透明誘電
   体の堆積膜厚を所要の値に調整する工程を含むこ
   とを特徴とする多層膜干渉フイルタの製造方法。 ２ 前記透明誘電体がガラス物質でありかつ該ガ
   ラス物質の堆積が化学蒸着法によつて行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多
   層膜干渉フイルタの製造方法。 ３ 前記ガラス物質が石英を主成分としかつ第２
   の成分として二酸化ゲルマニウム、酸化リン、酸
   化ホウ素のうち少くとも一つを含むガラス物質か
   ら選択されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の多層干渉フイルタの製造方法。