TW452666B - Narrow-band optical interference filter - Google Patents
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Description
^52666 五、發明說明（1) 本發明係有關一種干涉光學窄頻帶濾波器，其波長為 λ 0 ’具多層介質層，如申請專利範圍第j項前言部份所 述’及此種》慮波器之用途，以及一種製造此種干涉光學窄 頻帶濾波器之等離子體脈衝化學氣相沈積法（ρ ICVD )。 許多專利曾提出窄頻帶介質法布里珀羅濾波器 (Fabry-Perot-Filter)，如 US-4756602 CA 2220291 WO 97/017777 EP 0902305 本申s青案係以其標的物為出發。 干涉光學窄頻帶濾波器由具精確定義層厚的交錯高低折 射率層構成。法布里珀羅設計中有；1/4層對一所謂間隔層 C λ /2或η* λ /2層）對稱的結構—所謂的空腔_，亦即 j波器一空腔中前半各層與後半各層為鏡像。窄頻帶濾波 器由多個空腔構成，例如三個空腔。製造時λ/2與又/4層 的增厚最好藉助光學方法監督與控制。控制增厚之一方法 為極值切斷’其在多層系統的傳輸或反射達到一極值時中 斷增厚，亦即層厚等於λ /4層層厚或其整數倍時。為能以 f型手段達到指定的濾波器特性，亦即以指定的材料（即 指定的折射率）設多層λ /4層，通常需要使多層系統「超 尺寸」。亦即需使用極多層或極厚層’此意味$滹&器# 製造時間將延長，因此經濟性較低。 禾考^ 專利US 4 75 6 6 02曾提出一種光學窄頻帶濾波器，其間
89113814.ptd 第5頁 452666
五、發明說明（2) 隔層藉分裂而分成相同厚度的薄層。 專利US 4 756 602以連續的蒸鍍法藉助雷射橢球測量監 控層厚而製造出干涉濾波器。其在層沈積後測定其精確厚 度，然後再進行下一層。此種層厚監控花費極大了且實際 本發明目 特性的法布 尤其是一具 經濟性。 依據本發 窄頻帶濾波 厚。 本發明光 料二氧化鈦 各層之光學 優點在於， 的通過特性 高折射率 HfO,。 種極窄頻帶且具指定通過 的因此在於，提供一 里珀羅濾波器，而無須忍受現行技術之缺& 最小總厚之窄頻帶干涉濾波器，以達到高&造 明本目的如下而達成：使波長八之干涉光學 器多層系統之數層具非為A /2或Λ /4之光學層 學窄頻帶濾波器包括交錯的介質層，例如由材 及二氧化矽構成，最好是氧化鈮及二氧化矽， 層厚可是λ /4之任意分數或倍數。此種設計的 總厚較只由；I /4構成小且可達到符合指定規格 〇 層優先的材料為Nb205、Ti02、Ta205、Zr〇2及 習式（HL)疊片鏡像層（H:高折射率層，L:低折射率 與β又/2間隔層之設計以上述的層材料無法在通過特性曲 線上配合設定的規格，因折射率的比例、鏡像層的 射及帶通在波長刻度上的位置界限狹小。 本發明設計可克服此缺點。且由於使用光學厚度非為入
89]138J4.ptd 第6頁 45266： 五、發明說明（3) / 4或其倍數之層’即所謂的非；ί / 4層’故可改變帶通淚波 器通過特性曲線之凹入處，即所謂的「波紋」，尤其是將 其最小化。 ' 本發明一有利實施例適當選擇非；L /4或；I /2層之光學層 厚’使得在設定的通過特性曲線下干涉光學窄頻帶遽波器 的總層厚被最小化。 特別有利的是使干涉光學窄頻帶濾波器具多個由交錯古 低折射率層構成之疊片。在第一實施例中，一叠片具多^ 反射λ/4層且至少一層之光學層厚非為又/4或又/2。 亦可以使-疊片幾乎所有層之光學層厚皆非為"4。 一特殊實施例在疊片間設間隔層，其可由一 層或光學層厚非為又/2之層構成β 田耵I發明設計 —~ 值切斷’ t製造方法無法得到需要的精； 提供一種可以製造出此種窄頻帶濾波器之 务月亦 用一種等離子體脈衝化學氣相沈積法 / °發明使 擇製造參數，使得每一微波脈衝(基PI質 層以下之介質，，如此可以藉計算脈確二：：出-的層厚。 打肉精確调整出設定 此種等離子體脈衝化學氣相沈積法 或又/2層的等離子體脈衝數N ’製造 f先測疋達到λ/4 Λ /2之層時相較於預先測定之數Ν增加 厚非為λ /4或 一比；1/4層略厚或略薄之層。 或減，使得生成 等離子體脈衝化學氣相沈積法製
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<層厚非為λ/4之層時
45266 、發明說明（4) 亦可以光學常數略不同之層材料取代製造λ /4層時所使用 的材料’而不會對濾波器邊緣陡度有不利影響，因可在脈 衝間隔時置換材料。 特別有利的是’使每一等離子體脈衝平均沈積出一層以 下之介質層’然後可藉計算脈衝而精確調整出設定的層 厚。 亦可以藉改變程序參數’例如基質溫度或程序氣壓或疊 層率，而改變光學層厚。改變基質溫度或程序氣壓或疊層 率可改變折射率〇.〇5以上。 以下將說明一或多層層厚非為又/ 4之法布里珀羅窄頻帶 濾波器之實施例。 圖1顯示本發明濾波器之第一標準傳輸特性曲線。 圖2顯示本發明滿足第一標準傳輸特性曲線且多層層厚 不為λ / 4或λ / 2之系統的折射率曲線。此系統共有11 2 層，其結構如下：
0.6505Η 0.34L 0.4243Η 0.9405L 1.0015Η 1.0113L 1.0043Η 0.9935L 0.9838Η 0.9778L 0.9776Η 0.9831L 0.9904Η 0.9954L 0.9971Η 0.9979L 1.0004Η 4.0062L 1.0023Η 1.0L 0.9982Η 0.9966L 0.995Η 0.9933L 0.9913Η 0.9891L 0.9869Η 0.985L 0.9839Η 0.9846L 0.9883Η 0.9975L 1.0122Η 0.9155L 0.0706Η 0.1537L 0.3915Η 0.2603L 0.7195Η 1.0316L 1.0139Η 0.9991L 0.989Η 0.9837L 0.9824Η 0.9835L 0.9857Η 0.9878L 0.9894Η 0.9915L 0.9947Η 0.9988L 1.0034Η 4.0106L
89113814.ptd 第8頁 452666 五、發明說明（5)
1.0013H 0.9948L 0.9911H 0.9893L 0.9883H 0.9877L 0.9874H 0.9875L 0.9879H 0.9886L 0.9897H 0.9913L 0.9939H 0.9981L 0.8754H 0. 0574L 0.1429H 0.893TL 0.0675H 0.1481L 0.3561H 0.2993L 0.6967H 1.004L, 0.9846H 0.9745L 0.9697H 0.9695L 0.9731H 0.979L 0.985 1 H 〇.99l 〇.9932H 0.9959L 0.9992H，1.0015L 1.0012H 4.0026L 0.9999H, 1.0014L 1.0053H 1.009L 1.0065H 0.9933L 0.9723H 0.9523L 0.9413H 0.9428L 0.9545H 0.96 57L 0.9 541 H 0.8887L 0.6238H 0.2241 L 0.1628H 〇.6552L 0.0941H 0.0149L …此處Η代表高折射率％層，l代表低折射率化層。高折射 率層的材料最好為Nb2〇5、Ti〇2、TaA、Zr〇^Hf〇2。特別 優先的高折射率層是氧化鈮，低折射率層 學層厚如下標準化： 尤 八/ Η i. υυυ 值1000代表光學層厚為λ/4。值〇.9956表示光學層 厚小於λ/4，值1.0043則表示光學層厚略大於λ/4〇 圖3顯不窄頻帶干涉濾波器之第二標準特性曲線。 圖4及5顯示本發明干涉渡波器 之傳輸特性曲線，二二3 波态勺真正傳輸特性曲線。比較圖3及4可知正1 特性曲線大致相當於第二標準特性曲線。圖4及5系 層厚與只具λ / 4及又/ 2層季祐沾祕I ja is ' 的〜 If -T- ^ ^ ^ 4® 層系統的總層厚相較低了 501圖5 顯不滿足I標準特性㈣之本發明^的折射率曲線圖。
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^5268 b 五'發明說明〔6) 圖5之系統共有66層，其結構如下：
0.5486H 0.007L 0.5289H 1.1718L 1.2095H 1.1575L 1.0469H 0.9728L 0.9T1H 1.0217L 1.0764H 1.0379L 0.9368H 0.9652L 1.0171H 0.9912L 0.945H 4.0895L 0.9 593H 1.0102L 0. 895H 0.9771 L 1.0412H 1.0 05L 0.9393H 0.8977L 0. 9442H 1.0036L 1.032H 1.0729L 1.1511H 1.175L 1.0713H 0.8283L 1.1149H 1.5524L 0.7855H 1.0895L 1.0185H 1.008L 1.0233H 1.0482L 1.0739H 1.1208L 1.2156H 0.9359L 1.0174H 0.8977L 1.2226H 3.974L 0.8322H 0.986L 1.0412H 1.1036L 0.9771H 0.8995L 0.872H 0.8306L 0.8384H 0.928L 1.0438H 1.115L 1.132H 1.1647L 1.2208H 1.3Y93L 該多層系j先之標示與圖i系統相同，亦即L代表低折射率 層，Η代表高折射率層。在所示實施例中，高折射率層的 折射率ηΗ = 2. 3 ，低折射率層的折射率nL = 1. 4 3。高折 射率層的材料最好是NbA，低折射率層的材料最好是 SA。圖5顯示折射率與層厚關係的曲線。可清楚看出 低折射率層的交錯及兩層間隔層。 盘習式'腔m之傳輸特性曲線，其只具λ /4 ，、λ/2層及其倍數層。此處叠片1 R » R ϋ Μ ελ « t! Q / a ^ « 5 2， 5 及6 結構一致，疊 片3與4具鏡像層’由3/4 λ層構成 ，交錯之多層"4層（或其倍數層）。一空腔中斤有射兩羊： 間隔層，例如—層高或低折射率λ/2層，相隔。 各二腔間設耦合層，其可是低折射率λ /4層。
第】0頁 452^6t 五、發明說明（7) 比較圖3與圖6得知此習式設計一樣極接近第二標準特性 曲線。 如圖7二腔濾波器之折射率曲線所示’各層及兩間隔曾 明顯較厚。故習式總層厚與本發明設計相較高了幾乎 50% 〇 本發明另一優點為高邊緣陡度及較高之通過範圍傳輸。 改變光學厚度之多層系統的製造最好使用等離子體脈衝 化學氣相沈積法》例如在每一等離子體脈衝沈積出一原子 單層或以下，並如所述計算脈衝。 亦可在可调整之脈衝間隔時改變程序參數而改變層厚。 專離子體脈衝化學氣相沈積法的優點是，可得到極清晰的 過渡且可簡單地在多層系統内部製造出層厚略不同於入/4 的層，以習用連續化學氣相沈積法製造時，無過渡是不可 能的。 本發明所製造邊緣陡度可精確調整之極窄頻帶濾波器可 作為具極限邊緣陡度之截止濾波器或極扁平之Ga 土 η F 1 a11en 1 ng遽波器。此外，本發明窄頻帶濾波器由於其可 精確控制之傳輸特性曲線而適用於通信技術 (Wavelength Division Multiplex)或DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex)系統之多路傳輸或信號 分離。本發明之一特殊優點為，相較於習式設計總層厚大 為降低。
89113814.ptd 第]I頁
圖式簡單說明 圖1係一多層系統之第— 圊2係滿足第一標準傳輪‘：傳輸特性曲線。 厚非為又/4之系統的折射率特^曲線’總共⑴層，多層層 圖3係-窄頻帶干涉濾波器之第二標準傳輸特 圖4係總共66層，多層層厚非為；1/4，總層厚約曲線。 仁m ^幾乎滿足圖3標準值之系統的傳輸特性曲線Ά 1 6 圊5係圖4系統之折射率曲線。 圖6係；I /4及λ /2層所構成’幾乎滿足圖3標準值， 78層，總層厚約為27 # m之多層系統的傳輸特性曲線共有 圖Ή系圖6系統之折射率由線° …
89113814.ptd 第〗2頁
Claims (1)
- 4^26Sp .....................一 J d Ί 魅 891138lF 伞f氣— 申請專利範圍 補充 B 修正 90. 5. 1〇 修正本‘ 具多層Τίί學窄頻帶渡波器’其波…， 介質層交錯具高折射率（ηΗ)與低折射率（化）且 第一部份介質層光學層厚為λ /4或λ /2 ^立整數倍， 其特徵在於， 〃 多層系統第二部份光學層厚非為λ /2或入/4。 2.如申請專利範圍第1項所述之千涉光學窄頻帶濾波 °其中非為又/4或之光學層厚的選擇使得在設定的 通過特性曲線下干涉光學窄頻帶濾波器的總層厚被最小 it 申請專利範圍第ί或2項之干涉光學窄頻帶濾波器， 座窄頻帶濾波器包括多個疊片，其由多層交錯的高折射 率（％ )層與低折射率（nL )層構成。 4 · ^申請專利範圍第3項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 ，少一反射；1/4疊片之至少一層具非為；^4或λ/2之光 學層厚。 三如申請專利範圍第4項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 —叠片所有層之光學層厚皆非為又/4。 6二如申請專利範圍第工項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 向折射率層具以下一種或多種材料： Nb2〇5、Ti02、Ta2 05、Zr02&Hf02。 中7.如申請專利範圍第3項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 8干'步光學窄頻帶濾波器在疊片間設有間隔層。 •如申請專利範圍第7項之干涉光學窄頻帶濾波器’其第13頁 452666 __«·>·--~^_J9H3814__年月 g-修土 六、申請專利範圍 中間隔層包括一或多層；i/2層。 9 *如令請專利範圍第7項之千涉光學窄頻帶濾波器，其 中間隔層至少具一非為；ί/2之光學層厚。 1 0.如申請專利範圍第3項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 中干涉；慮波器具多個空腔，空腔中設多個反射疊片。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之千涉光學窄頻帶濾波器， 其中干涉光學窄頻帶濾波器在空腔間設有耦合層。 1 2.如申請專利範圍第1項之干涉光學窄頻帶濾波器，其 中低折射率層為二氧化矽。 1 3.使用申請專利範圍第1項之干涉光學窄頻帶濾波器於 WDM或DWDM系統多路傳輸/信號分離之用途。 1 4.使用申請專利範圍第1項之千涉光學窄頻帶濾波器作 為分色器之用途。 1 5‘使用申請專利範圍第1項之干涉光學窄頻帶濾波器作 為具極限邊緣陡度之載止濾波器之用途。 1 6 使用申請專利範圍第1項之干涉光學窄頻帶濾波器作 為Gain Flattening濾波器之用途。 17_ —種製造干涉光學窄頻帶濾波器之等離子體脈衝化 學氣相沈積法，其特徵在於， U製造一 λ/2或；1/4層時預設程序參數及/或程序氣體， 製ia光學層厚非為A/2或又/ 4之層時’在前後兩等離子 體脈衝間改變預設之程序參數及/或程序氣體。 18 —種製造干涉光學窄頻帶濾波器之等離子體脈衝化 學氣相沈積法’其特徵在於，4 S 689113814,ptc 第15頁
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