JPS619604A - 誘電体多層膜フイルタ - Google Patents

誘電体多層膜フイルタ

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JPS619604A
JPS619604A JP12969784A JP12969784A JPS619604A JP S619604 A JPS619604 A JP S619604A JP 12969784 A JP12969784 A JP 12969784A JP 12969784 A JP12969784 A JP 12969784A JP S619604 A JPS619604 A JP S619604A
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dielectric
titanium dioxide
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晴夫 高橋
Takaomi Okada
岡田 高臣
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KOSHIN KOGAKU KK
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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】 本発明は波長多重伝送を可能にる、光フアイバ分波器や
、多色光のスペクトル分析に用いる分光器などに使用さ
れる、波長選択性に優れた誘電体多層膜フィルタに関る
、もので、二酸化チタンやフッ化マグネシウムなどの屈
折率の異なる誘電体薄膜を交互に繰り返し積−し、その
中間に、上記屈折率のあいだの値を採る屈折率の誘電体
薄膜を介在してキャビティ層(共振層)を形成し、或い
はこの積層ユニットを複数積み重ねたものである。
屈折率の異なる二つの誘電体を透過波長の2程度の光学
膜厚(NA折率×厚さ)にして平行度よく交互に積み重
ね、その中間の共振層(・キャビティ層)として上配交
互層の誘電体を採用し、光学膜厚が透過波長の半分の整
数倍の薄膜にしたものや、これらの積層ユニットを複数
積み重ねたものがバンドパスフィルタとして採用されて
いる。これらの透過波長帯域は、交互層の二つの誘電体
の屈折率、交互層の層数、キャビティ層を形成る、膜厚
の整数倍率に依存る、もので次のような欠点がある。
(イ)、入射光線に対して傾けて使用る、ときに、入射
光線の偏波成分、つ捷り、S波とP波に対る、透過波長
値にずれを生じ、透過波長帯域特性の劣化と透過光の減
少を伴なう。
(ロ)6波長多重伝送の光フアイバ分波器になどに要求
される透過波長帯域の多様性に充分答えることはできな
い。
本発明は、キャビティ層に、交互に績み重ねる誘電体薄
膜の屈折率のあいだの屈折率を有る、誘電体を採用る、
ことで、透過波長帯域の幅を僅かづつ変化させたバンド
パスフィルタを提供し、併せて、入射角度の変化に対し
て減衰やひずみの少ない通過帯域特性を発揮る、バンド
パスフィルタをも提供る、もので、以下図面や表に基づ
いて詳しく説明る、み 表(1)に示すように300°Cに加熱したガラス基板
(G)上に、屈折率が2.25の二酸化チタンを光学膜
厚(nXd)が217.5層mの薄膜として真空蒸着し
、その上に屈折率が168のフッ化マグネシウムを同じ
光学膜厚の薄膜として同じように真空蒸着る、。透過光
の波長の書が光学膜厚になり、透過しようとる、波長が
異なれば光学膜厚はそれに応じて異なる。二酸化チタン
とフッ化マグネシウムからなる誘電体薄膜を交互に繰り
返し11重積層し、生膜順序が中間の12査目であるキ
ャビティ層の時は、屈折率が225と168のあいたで
あるフッ化セリウム(屈折率は158)を光学膜厚が4
35層mの薄膜として蒸着る、。キャビティ層の光学膜
厚は、透過波長の才の整数倍である。このキャビティ層
に二酸化チタンとフン化マグネシウムを同じように交互
に繰り返し積層して合計26層の誘電体薄膜を形成る、
。中間のキャビティ層に対して上下の繰り返し層は対称
関係にある。
表(1) ] 生膜順序   物 質  屈折率(r])光学膜厚
(nXd) :。
1   二酸化チタン  2.25   217.5層
m生膜順序   物  質    屈折率(n)光学膜
厚(nXd)2   連化マグネシウム   1.38
   217.5層m6   二酸化チタン     
        //4   連化マグネンウム   
       115   二酸化チタン      
       〃6   連化マグネノウム     
     〃7   二酸化チタン         
    //8   連化マグネシウム       
   //9   二酸化チタン          
  l/10   連化マグネシウム        
  7111   二酸化チタン    225   
   〃ふ12   沸化セリウム    158  
 4ろ5 nm15   二酸化チタン    2.2
5    217.5層m14   連化マグネシウム
  168      〃15   二酸化チタン  
          l/16   連化マグネシウム
           〃17   二酸化チタン  
           l/18   連化マグネシウ
ム           〃19   二酸化チタン 
           l/20   連化マグネシウ
ム 、         1121   二酸化チタン
            〃22   s化マクネシウ
ム 23   二酸化チタン            〃こ
の誘電体多層膜フィルタを第1図のように入射光線に対
して逐−傾むけて分光器で測定した結果が第2図であり
、入射角度(e)が0°;15.27°、21.75・
、26.85・、5125°、 35.25′:、38
.97% 42.53−そして4595°と変化した時
の尖頭スペクトル曲線が右側より順番に並んでいる。透
過帯域特性の劣化や透過光の減少のない優れた分光特注
を有る、ことが解かる。キャビティ層に交互積層と同じ
屈折率の誘電体を採用した従来のフィルタは、入射角度
が大きくなるにつれて透過率は低下し尖端が2分される
が、本発明のキャビティ層に交互積層の屈折率のあいた
の屈折率を有る、誘電体の共振作用により減衰やひずみ
のない安定した透過光スペクトルが得られる。
次に透過光帯域の幅を僅がっつ変化させる実施例につい
て説明る、。まず、表(2)の誘電体多層膜フィルタは
周知のもので、又互層に二酸化チタンとフッ化マグネシ
ウムを採用し、この光学膜厚を2C15nmにし、中間
のキャビティ層に光学膜厚が410層mのフッ化マグネ
シウムを採用した7層の積層ユニットを三つ積み1ねた
もので・生膜j−序の8査と16査のフッ化マクィ、シ
ウムは仲介層である。このフィルタの透過波長帯域曲線
を分光器で測定る、と第3図のスペクトル(A)かえら
れる。
表(2) 生膜順序   物 質     屈折率(n)   光
学膜厚(nd)1T、02’      2.25  
   205nm2      MgF2      
138     205nm3        Ti 
 ○211 ■     MgF2            4 i
 0nm5         Ti  02     
             205nm6      
   Mg  F2                
     tt7        Ti  02   
                 //8  ’  
    Mg  F2               
   l19        Ti  ○2     
              〃1 0       
 Mg F2                   
nl  1        Ti  02      
              ttOMg F2   
      410nm13       Ti  ○
2              205nm1 4  
      Mg  F2             
       ul  5        Ti  0
2                    //1 
6        Mg F2           
         ul  7        Ti 
 02                   //1
8       Mg F2            
      l11 9        Ti  02
                   ttQ   
 Mg F2         410 nm21  
     T102              20
5nm生膜順序    物 質     屈折率(n)
   光学膜厚(nd)22     1t% F22
05nm26     TlO2〃 このスペクトル(A)の帯域幅から3nm程度の単位で
帯域幅を広ける(狭める)など変化させるフィルタは従
来ないが、本発明はこれを可能にすべくキャビティ層に
交互層の屈折率のあいだの屈折率を有る、誘電体を採用
したもので、具体的には屈折率が16のアルミナ、屈折
率が19の一酸化ケイ素、屈折率が21の二酸化ジルコ
ンを採用して分光器で測定した。
表(3)の実施例(キャビティ層にアルミナ)真空蒸着
により加熱したガラス基板(G)上に、才す光学膜厚が
205旧の二酸化チタン、同じ光学膜厚のフッ化マグネ
シウム、その上に二酸化チタンと平行朋良く積層し、そ
の上にキャビティ層として屈折率が16のアルミナを光
学膜厚を410nmにして積層る、。キャビティ層の光
学膜厚は透過波長の半分の整数倍である。
因みに交互に積層る、二酸化チタンとフッ化マグネシウ
ムの光学膜厚は、透過波長のにである。この生膜順序が
4査目のキャビティ層の上に二酸化チタン、フッ化マグ
ネシウムそして二酸化チタンと同じように交互に繰9返
し積層ユニットを形成る、。キャビティ層の両側に三層
を夫々積層して単一の積層ユニットを形成る、。この積
層ユニットを三つ重ねて誘電体多層膜フィルタを構成る
、。生膜順序が8査目と16番目のフン化マグネシウム
は仲介層である。このフィルタの透過光スペクトルは第
3図のスペクトル(B)であり、透過光帯域の幅は2〜
3nm程変化している。中間の屈折率を採用したキャビ
ティ層の共振作用による。
表(3) 生膜順序    物 質    屈折率(n)   光
学膜厚(nd)1  、      T4 02   
   2.25      205nm2MgF21.
38      7/ 3        ’ri02           
      //■   A Q、Ols     ’
L6    4 ’l Ontb5  、      
T402                205nm
6      MgF2              
//7        TlO2tt 8     MgF2             “’
      TiQ!’              
ttlo  ’     MgF2         
    、 //11        TlO2tt 生膜順序    物 質    屈折率(n)    
光学膜厚(nd)OAQ=03   1.6     
410 nm13      TlO2205nm 14     Mg応               
l/15     TlO2// ’ 6      Mg F2           
     ttl 7      ’T4 Q2   
             //18      Mg
F2                //19   
   T1Q2                /1
0AJ?、 0.  1.6     410 nm2
1      T、02              
  tt22      MgF2         
       tt23      TlO277 表(4)の実施例(キャビティ層に一酸化ケイ素)生膜
順序が4.12.200番目キャビティ層に屈折率が1
9の一酸化ケイ素を採用したもので、交互に積層る、二
酸化チタンやフッ化マグネシウムの積層順序、光学膜厚
などは表(3)の実施例と同じである。この誘電体多層
フィルタの透過波長帯域は第3図のスペクトル(C)で
あり、前記スペクトル(B)より2〜5nm程度変化し
ていヘスベクトル(C)の僅かなシフト(広狭っはキャ
ビティ層の屈折率を二酸化チタンとフッ化マグネシウム
のあいだに採ったことによる共振作用による。
表(4) 生膜順序   物 質    屈折率(n)  光学膜
厚(耐)I      TlO22,25’   20
5nm2       M  F         1
.38     205nm3       TlO2
u ■    S、o       i、9    410
nm5Ti 02           205nm6
MgF211 7       Ti  0211 8MgF211 9        Ti  o、。
10     Mg F2             
//1 1       Ti  o2       
           “03iO1,941onm ”     Ti 02           205
nm14     MgF2            
 “1 5        TlO2tt l6    、MgF2             t
tl・7      T10゜           
      ttl8     MgF2      
     、ttl  9       TlO2// Q    S10     1.9   410nm2
1      F402           205
nm22     Mg F2           
  u23       F4 02        
          tt夕(5)の実施例(キャビテ
ィ層に二酸化ジルコン)生膜順序が4.1’2.20番
目のキャビティ層に屈折率が21  の二酸化ジルコン
を採用したもので、交互に積層る、二酸化チタンやフッ
化マグネシウムの積層順序、光学膜厚などは表(3)の
実施例と同じである。この誘電体多層フィルタの透過波
長帯域は第3図のスペクトル(D)でスペクトル(B)
、(C)と同じように僅かに変化してい乙。
表(5) 生膜順序    物 質     屈折率(n)   
光学膜厚(nd)I      Ti 0.     
 2.25    205nm2      Ms F
、       138    205nm3    
  Tie、              //(j)
            Z)0 2.       
        2.1            41
 0nm5      T1−0.         
    205nm6      M>F、     
          “7        TieL 
                   //8’  
    M>F−“ 9       Tに入              
      〃10      MyF、      
         ttll      Too、  
             /10Z、 0.    
 2.1    410nm生膜順序   物 質  
  屈折率(F1)光学膜厚(nd)13     F
402           205nm14   1
幅F2             //15T、02 
           〃16     k% F2 
            //17     TlO2
tt ’18     ′MgF2            
  tt19    TlO2〃 O2ro22141onm 21      TlO2205nm 透過波長帯域の異なる誘電体多層フィルタは、交互に積
み重ねる層やキャビティ層の光学膜厚を異にすれば得ら
れるので、表(2)〜(5)のフィルタの透過波長帯域
(スペクトル(A)〜蹴)のように僅かに変化した帯域
特性を有る、フィルタを多数形成できることになる。光
フアイバ分波器は波長多l伝送への適用が期待されてお
り、多様化した透過波長帯域のフィルタが必要である。
2〜3nm単位で異なった透過波長帯域の本発明のフィ
ルタは正にこの要望に答えるものである。
以上、表(1)、(3)、(4)、(5)の実施例につ
いて説明したが、キャビティ層として、フッ化セリウム
、アルミナ=V化ジルコンに限定されるものでなく、交
互に積み重ねる誘電体の屈折率の上限と下限(上限と下
限は含まず)のあいだにある屈折率を有る、誘電体であ
れは良い。これによりキャビティ層の共振作用が有効に
発揮され、透過波長帯域の多様化と、入射角度の変化に
影響されない分光特性を呈る、。
要る、に本発明は、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に
繰り返し積層し、その中間に介在る、キャビティ層を、
この誘電体薄膜の屈折率のあいだの値を採る屈折率の誘
電体薄膜で形成したため、透過波長帯域の異なる多数の
フィルタを提供でき、波長数の極めて多い光フアイバ分
波器を可能にる、。また、入射角度を変化させても、ひ
ずみや減衰の少ない透過波長帯域特性を発揮る、ために
、分光器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明実施の一例を示すもので、第1図は誘電体
多層膜フィルタに透過光を入射した時の屈折説明図、第
2図は透過光の入射角度を順次変化させた時のスペクト
ル図、第3図は積層ユニットを複数重ねたフィルタの透
過波長帯域特性を示すスペクトル図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に繰り返し積
    層し、その中間に介在するキャビテイ層を、この誘電体
    薄膜の屈折率のあいだの値を採る屈折率の誘電体薄膜で
    形成してなる、誘電体多層膜フィルタ。
  2. (2)、交互に積層する誘電体薄膜として、二酸化チタ
    ン、フッ化マグネシウムそして二酸化ケイ素の群から二
    つを採用し、透過波長の半分の整数倍の光学厚さを有す
    るキャビテイ層として、アルミナ、フッ化セリウム、一
    酸化ケイ素、そして二酸化ジルコンの群から一つを採用
    する、特許請求の範囲第1項記載の誘電体多層膜フィル
    タ。
  3. (3)、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に繰り返し積
    層し、その中間に介在するキャビテイ層を、この誘電体
    薄膜の屈折率のあいだの値を採る屈折率の誘電体薄膜で
    形成し、この積層ユニットを複数積み重ねてなる、誘電
    体多層膜フィルタ。
  4. (4)、交互に積層する誘電体薄膜として、二酸化チタ
    ンとフッ化マグネシウムを採用し、キャビテイ層として
    、アルミナ、フッ化セリウム、一酸化ケイ素そして二酸
    化ジルコンの群から一つを採用する、特許請求の範囲第
    3項記載の誘電体多層膜フィルタ。
  5. (5)、積層ユニットと積層ユニットとのあいだに、フ
    ッ化マグネシウムの誘電体薄膜を介入する、特許請求の
    範囲第4項記載の誘電体多層膜フィルタ。
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