WO2002052308A1 - Filtre optique multicouche sous forme de film - Google Patents

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WO2002052308A1
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filter
multilayer film
optical multilayer
wavelength
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PCT/JP2001/010370
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Inventor
Mikio Okamoto
Takayuki Akiyama
Original Assignee
Nikon Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/281—Interference filters designed for the infrared light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/03—WDM arrangements
    • H04J14/0305—WDM arrangements in end terminals

Definitions

  • the present invention relates to an optical multilayer film formed by alternately stacking high-refractive-index material layers and low-refractive-index material layers and used for optical communication using light in the near-infrared region.
  • Wavelength division multiplexing communication technology WDM communication method: Wave-length Division Multiplexing communication method
  • Multilayer film filters are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-104123 and 7-1989935, and have a high refractive index. It is made by alternately laminating material layers and low refractive index material layers. An example of such a conventional optical multilayer film filter 100 is shown in FIG.
  • the optical film thickness (n ⁇ d) is approximately (1/4) of the wavelength ⁇ of the target light on the glass substrate 105.
  • the high refractive index material layer 10 1 having a thickness of niobium pentoxide (Nb 2 0 5) times the optical thickness (n ⁇ d) of the wavelength's target light approximately (1/4) times the the thickness of the dioxide Kei element made of (Si0 2) and a low refractive index material layer 1 02 is made by alternately stacking.
  • the uppermost layer 102a and the lowermost layer 102b of the optical multilayer film fill 100 are composed of low-refractive-index material layers, and their optical thicknesses are the optical thicknesses of the low-refractive-index material layer 102 constituting the intermediate layer. It is configured to be (1/2) times the thickness of
  • the optical multilayer film filter having such a configuration is used as a dichroic mirror, a beam splitter, and a density adjustment filter in various optical devices for optical communication technology and the like.
  • FIG. 20 shows the spectral transmittance characteristics of the optical multilayer film filter 100.
  • the transmittance characteristics of light incident on the optical multilayer film filter 100 at an incident angle of 5 degrees are shown, and the P-polarized light transmittance in a direction parallel to the vertical plane including the incident axis is indicated by a bold line.
  • the S-polarized light transmittance in the perpendicular direction is indicated by a thin line.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical multilayer film filter having a small polarization dependency and capable of constructing a high-performance optical communication system.
  • the optical multilayer film according to the present invention has a high The refractive index material layer and the low refractive index material layer are alternately laminated, and the optical film thickness (nd) of at least one of the high refractive index material layer and the low refractive index material layer is targeted. It is set so that the following equation (1) is satisfied for the wavelength of light. ,
  • n is the refractive index of the corresponding material layer
  • the high-refractive-index material layers and the low-refractive-index material layers are alternately formed on a glass substrate by a vacuum evaporation method or the like. If the thickness is too large, the production time becomes too long and the production efficiency is reduced. Therefore, it is preferable to set the upper limit of the optical film thickness (n ⁇ d) so as to satisfy the following expression (2).
  • the optical multilayer film according to the present invention includes, for example, a high refractive index material layer whose optical film thickness ( ⁇ ⁇ d) is approximately (3/4) times the wavelength of a person and an optical film thickness (n. d) is formed by alternately stacking low-refractive-index material layers approximately (3/4) times as thick as the wavelength ⁇ .
  • the optical multilayer film according to the present invention further includes, for example, a high refractive index material layer having an optical film thickness ( ⁇ ⁇ d) approximately (5) 4) times the wavelength ⁇ and an optical film thickness ( ⁇ ⁇ d).
  • d) is formed by alternately stacking low refractive index material layers approximately (54) times as thick as the wavelength.
  • the optical thicknesses of the uppermost layer and the lowermost layer are set to be approximately (1/2) times the optical thickness of the intermediate layer.
  • the optical multilayer film according to the present invention has a high refractive index material layer whose optical film thickness (n ⁇ d) is approximately (34) times the wavelength ⁇ and an optical film thickness ( ⁇ ⁇ d).
  • a low-refractive-index material layer having a thickness approximately (1/4) times the wavelength of a person may be alternately laminated. In this case, preferably, the top and bottom layers are low.
  • the optical thickness of the low refractive index material layer is set to be approximately (1/2) times the optical thickness of the low refractive index material layer constituting the intermediate layer.
  • the first optical layer having a high refractive index material layer and a low refractive index material layer of the first predetermined number of layers alternately laminated on the first laminated layer
  • An intermediate layer made of a high-refractive-index substance having a second optical thickness that is thicker than the first optical thickness and deviated from the wavelength of the target light by (1/2 ⁇ ⁇ ) is provided.
  • An optical multilayer film is formed by forming a sandwich-like laminated group by providing a second laminated layer having the same configuration as the first laminated layer on the intermediate layer, and laminating this laminated group.
  • the optical multilayer film filter having such a configuration is used exclusively as a filter for optical communication using light in the near infrared region.
  • the first optical film thickness has an optical film thickness that is almost (1/4 mm) with respect to the wavelength of the target light
  • the second optical film thickness is the target. It is preferable to set the optical wavelength so as to have an optical film thickness of approximately ⁇ (1/2 ⁇ ⁇ ) X 1.1 ⁇ with respect to the wavelength of light.
  • the first optical film thickness has an optical thickness of approximately (1/4 ⁇ ⁇ ) with respect to the wavelength of the target light
  • the second optical film thickness has a wavelength with respect to the wavelength of the target light. It may be set so as to have an optical film thickness of approximately ⁇ (1/2 ⁇ person) X 0.9 ⁇ .
  • the optical filter having good performance as a filter for performing band separation by rapidly changing the light transmittance at least at a predetermined wavelength and having little polarization dependence.
  • a multilayer fill film can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a WDM communication system configured using the optical multilayer film filter of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a multiplexer that configures the above system.
  • FIG. 3 is a graph showing light transmission characteristics of an optical multilayer film used in the multiplexer.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of an amplifier constituting the above system.
  • FIG. 5 is a graph showing light transmission characteristics of the optical multilayer film used in the amplifier.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the configuration of the optical multilayer film filter according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the transmittance characteristics of the optical multilayer film according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration of the optical multilayer film filter according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the transmittance characteristics of the optical multilayer film according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an optical multilayer film configuration according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing the transmittance characteristics of the optical multilayer film filter according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing transmittance characteristics when the optical multilayer filter according to the present invention is configured as a gain flattening filter.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a conventional optical multilayer film filter configuration.
  • Fig. 14 is a graph showing the transmittance characteristics of the conventional optical multilayer film. It is.
  • FIG. 15 is an enlarged graph showing the right side of the transmittance characteristic of the conventional optical multilayer film filter.
  • FIG. 16 is a graph showing transmittance characteristics when the thickness of the intermediate layer is 1.1 times in the optical multilayer film filter according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a graph showing, on an enlarged scale, a right part of the transmittance characteristic of the optical multilayer film shown in FIG.
  • FIG. 18 is a graph showing transmittance characteristics when the thickness of the intermediate layer is set to 0.9 times in the optical multilayer film filter according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a conventional optical multilayer film filter configuration.
  • FIG. 20 is a graph showing the transmittance characteristics of the conventional optical multilayer film.
  • This system combines a plurality of laser-emitting devices L1, L2, L3, ..., Ln that output optical signals with different wavelengths, and the signal light emitted from these laser-emitting devices.
  • a transmission optical fiber 2 for transmitting signal light that is combined and emitted by the multiplexer 1, and a predetermined interval (for example, an interval of 80 km) is set between the transmission optical fiber 2 and the transmission optical fiber 2.
  • a plurality of amplifiers 3 (for example, composed of optical fiber amplifiers) that amplify a transmission optical signal and an optical signal transmitted through the transmission optical fiber 2 are converted into a plurality of lights of different wavelengths.
  • the demultiplexer 5 that divides the signal into signals It has a plurality of detectors D 1, D 2, D 35 5 for detecting an optical signal.
  • optical signals are output from the respective laser light emitters L 1, L 2, L 3,..., L n and are combined by the multiplexer 1.
  • the optical signal is transmitted by the transmission optical fiber 2 as a group of optical signals.
  • each optical signal is divided into the corresponding detectors D1, D2, D3,. ⁇ Detect by Dn.
  • the multiplexer 1 is composed of a plurality of optical multilayer films FL 1, FL 2, FL 3 which are arranged to face each of the laser emitters L 1, L 2, L 3,..., L n. , ⁇ ⁇ ⁇ , FLn.
  • a laser signal light of wavelength 1 is emitted from the laser light emitter L1
  • a light having a desired wavelength width (for example, a narrow wavelength width of about I nm) is selected by the optical multilayer film filter FL1, and the optical fiber Emitted to OF1.
  • the optical multilayer film filter FL1 may not be provided.
  • a laser signal light having a wavelength of 2 is emitted from the laser light emitter L2, and is incident on the front side of the optical multilayer film FL2.
  • the optical fiber OF 1 is guided to the rear side of the optical multilayer filter FL 2, and a laser signal light having a wavelength ⁇ 1 is emitted toward the front of the optical multilayer filter FL 2.
  • the optical multilayer filter FL 2 is composed of an optical multilayer filter having a property of transmitting light having a wavelength of 12 but reflecting light of other wavelengths.
  • the signal light of wavelength 2 from the laser light emitter L2 is transmitted as it is, and the wave from the optical fiber OF1 irradiated to the rear side

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Description

明 細 光学多層膜フィル夕 技術分野
本発明は、 高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成 され、 近赤外領域の光による光通信等に用いられる光学多層膜フィル夕 に関するものである。 背景技術
今日、 インターネッ ト通信等の普及および利用が進み、 通信ラインの 通信量が急速に増大しつつある。 現在は通信容量の大きな光ファイバを 用いた光通信が主流であるが、 各光ファイバを介して伝達できる容量を 増加させることが要求され、 光通信技術の中でも通信容量の大容量化が 容易な波長分割多重通信技術 （W D M通信方式 ： Wave-length Division Multiplexing 通信方式） が使用されるよう
になってきている。 W D M通信方式では通信用に用いられる近赤外領域 の光を複数の細かな波長領域に分割したり、 これら複数の波長領域の光 を合成したりする必要があり、 これら波長分割および合成のために、 光 学多層膜フィル夕が大量に必要とされる。
また、 このような光通信技術において、 長距離を隔てた区間の光通信 に際しては光信号を増幅器により増幅する必要がある。 この場合に、 増 幅器の増幅率が波長に依存して変動するため、 この増幅率を平坦化する ための利得平坦化フィル夕としても光学多層膜フィル夕が必要とされる このような光学多層膜フィル夕は、 例えば、 特開平 7 - 1 0 4 1 2 3 号公報、 特開平 7 - 1 9 8 9 3 5号公報等に開示されており、 高屈折率 物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して作られる。 このような従来 の光学多層膜フィル夕 100の一例を図 1 9に示しており、 ガラス基板 105の上に、 光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長 λのほぼ （ 1/4) 倍の厚さの五酸化ニオブ（Nb205 )からなる高屈折率物質層 10 1と、 光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長人のほぼ （ 1/4) 倍の厚さの二 酸化ケィ素 （Si02) からなる低屈折率物質層 1 02とを交互に積層し て作られている。
この光学多層膜フィル夕 100の最上層 102 aおよび最下層 102 bが低屈折率物質層から構成され、 これらの光学的膜厚が中間層を構成 する低屈折率物質層 102の光学的膜厚の （ 1/2) 倍の厚さに構成さ れている。 このような構成の光学多層膜フィル夕は、 光通信技術用等の 各種光学機器にダイクロイツクミラ一、 ビームスプリヅ夕一、 濃度調整 用フィル夕として用いられる。
この光学多層膜フィル夕 100の分光透過率特性を図 20に示してい る。 ここでは光学多層膜フィル夕 1 00に入射角 5度で入射した光の透 過率特性を示しており、 入射軸を含む垂直面に平行な方向の P偏光透過 率を太線で示し、これと直角な方向の S偏光透過率を細線で示している。 この図から分かるように、 入射角が 5度傾くだけで偏光による透過率の ずれが生じており、 このずれが偏光依存性となり、 光通信システムに悪 影響を与えるという問題がある。 発明の開示
本発明はこのような問題に鑑みたもので、 偏光依存性が小さく、 高性 能な光通信システムを構築可能な光学多層膜フィル夕を提供することを 目的とする。
このような目的達成のため、 本発明に係る光学多層膜フィル夕は、 高 屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成され、 高屈折率 物質層および低屈折率物質層の少なく ともいずれか一方の光学的膜厚 (n · d) が、 対象光の波長人に対し、 下記式 （ 1 ) を満足するように 設定されている。 ，
(n · d) > ( 1/2 · Λ) · · · ( 1 )
但し、 n : 対応する物質層の屈折率
d ： 対応する物質層の機械的厚さ
なお、 高屈折率物質層および低屈折率物質層はガラス基板の上に真空 蒸着法等により交互に形成されるのであるが、 成膜速度の問題から、 こ れらの膜厚 （層厚） をあまり厚くすると生産時間が長くなりすぎて生産 効率が低下するため、 光学的膜厚 （n · d) の上限厚さを下記式 （2) を満足するように設定するのが、 好ましい。
(n · d) く (3/2 · λ) . · · ( 2)
本発明に係る光学多層膜フィル夕は、 例えば、 光学的膜厚 （η · d) が波長人のほぼ（ 3/4)倍の厚さの高屈折率物質層と光学的膜厚（n . d) が波長 λのほぼ （3/4) 倍の厚さの低屈折率物質層とを交互に積 層して構成される。本発明に係る光学多層膜フィル夕は、さらに例えば、 光学的膜厚 （η · d) が波長 λのほぼ （ 5Ζ4) 倍の厚さの高屈折率物 質層と光学的膜厚 （η · d) が波長えのほぼ （5 4) 倍の厚さの低屈 折率物質層とを交互に積層して構成される。 この場合に、 好ましくは、 最上層および最下層の光学的膜厚が、 中間層を構成する光学的膜厚のほ ぼ （ 1/2) 倍の厚さに設定される。
本発明に係る光学多層膜フィル夕を、 光学的膜厚 （n · d) が波長 λ のほぼ （ 3 4 ) 倍の厚さの高屈折率物質層と光学的膜厚 （η · d) が 波長人のほぼ （ 1/4) 倍の厚さの低屈折率物質層とを交互に積層して 構成してもよい。 この場合には、 好ましくは、 最上層および最下層が低 屈折率物質層から構成されるとともにこれらの光学的膜厚が、 中間層を 構成する低屈折率物質層の光学的膜厚のほぼ （ 1/2) 倍の厚さに設定 される。
以上のような構成を用いれば、 偏光依存性が非常に小さな且つ所望の 透過率特性を有する光学多層膜フィル夕を得ることができ、 この光学多 層膜フィル夕を用いれば、 高性能な光通信システム等を構築することが できる。
もう一つの本発明は、 第 1光学的膜厚の高屈折率物質層と低屈折率物 質層とを交互に第 1所定層数だけ積層して構成される第 1積層の上に、 前記第 1光学的膜厚より厚く、 かつ対象光の波長人に対して （ 1/2 · λ ) からずれている第 2光学的膜厚の高屈折率物質からなる中間層を設 け、 さらにこの中間層の上に前記第 1積層と同様構成の第 2積層を設け てサンドィツチ状の積層組を構成し、 この積層組を積み重ねて構成した 光学多層膜フィル夕がである。このような構成の光学多層膜フィル夕は、 専ら近赤外領域の光による光通信用のフィル夕として用いられる。
なお、 この光学多層膜フィル夕において、 第 1光学的膜厚が対象光の 波長えに対してほぼ （ 1/4 · え） の光学的膜厚を有し、 第 2光学的膜 厚が対象光の波長人に対してほぼ {( 1/2 · λ) X 1. 1}の光学的膜 厚を有するように設定するのが好ましい。もしくは、第 1光学的膜厚が、 対象光の波長えに対してほぼ （ 1/4 · λ) の光学的膜厚を有し、 第 2 光学的膜厚が対象光の波長えに対してほぼ {( 1/2 · 人） X 0. 9}の 光学的膜厚を有するように設定してもよい。
このような構成の光学多層膜フィル夕によれば、 少なくとも所定の波 長において光の透過率を急激に変化させて帯域分離を行うフィル夕とし て良好な性能を有するとともに偏光依存性の少ない光学多層膜フィル夕 を得ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の光学多層膜フィル夕を用いて構成される W D M通信 システム構成を示す概略図である。
図 2は、 上記システムを構成する合波器の構成を示す概略図である。 図 3は、 上記合波器に用いられる光学多層膜フィル夕の光透過特性を 示すグラフである。
図 4は、 上記システムを構成する増幅器の構成を示す概略図である。 図 5は、 上記増幅器に用いられる光学多層膜フィル夕の光透過特性を 示すグラフである。
図 6は、 本発明の第 1の実施形態に係る光学多層膜フィル夕構成を示 す説明図である。】
図 7は、 上記第 1の実施形態に係る光学多層膜フィル夕の透過率特性 を示すグラフである。
図 8は、 本発明の第 2の実施形態に係る光学多層膜フィル夕構成を示 す説明図である。
図 9は、 上記第 2の実施形態に係る光学多層膜フィル夕の透過率特性 を示すグラフである。
図 1 0は、 本発明の第 3の実施形態に係る光学多層膜フィル夕構成を 示す説明図である。
図 1 1は、 上記第 3の実施形態に係る光学多層膜フィル夕の透過率特 性を示すグラフである。
図 1 2は、 本発明に係る光学多層膜フィルタを利得平坦化フィル夕と して構成した場合の透過率特性を示すグラフである。
図 1 3は、 従来の光学多層膜フィル夕構成を示す説明図である。 図 1 4は、 上記従来の光学多層膜フィル夕の透過率特性を示すグラフ である。
図 1 5は、 上記従来の光学多層膜フィル夕の透過率特性の右側部分を 拡大して示すグラフである。 . 図 1 6は、 本発明の第 4の実施形態に係る光学多層膜フィル夕におい て中間層厚さを 1 . 1倍にした場合の透過率特性を示すグラフである。 図 1 7は、 図 1 6に示す光学多層膜フィル夕の透過率特性の右側部分 を拡大して示すグラフである。
図 1 8は、 本発明の第 4の実施形態に係る光学多層膜フィル夕におい て中間層厚さを 0 . 9倍にした場合の透過率特性を示すグラフである。 図 1 9は、 従来の光学多層膜フィル夕構成を示す説明図である。 図 2 0は、 上記従来の光学多層膜フィル夕の透過率特性を示すグラフ である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。 本発明に係る光学多層膜フィル夕について説明する前に、 このような光 学多層膜フィル夕が用いられる W D M通信システムについて図 1を参照 して説明する。
このシステムは、 それぞれ異なる波長の光信号を出力する複数のレー ザ一発光器 L 1， L 2 , L 3 , · · · , L nと、 これらレーザー発光器か ら出射される信号光を合成する合波器 1と、 合波器 1により合成されて 出射される信号光を伝送する伝送用光ファイバ 2と、 この伝送用光ファ ィバ 2に所定間隔 （例えば、 8 0 k m間隔） をおいて配置されて伝送光 信号を増幅する複数の増幅器 3 (例えば、 光ファイバアンプから構成さ れる） と、 伝送用光ファイバ 2を介して送られてくる光信号を複数の異 なる波長の光信号に分割する分波器 5と、 分波器 5により分割された各 光信号を検出する複数のディテクタ D 1 , D 2 , D 35■ · ·， Dnとを 有して構成される。
このような構成のシステムでは、 発信側において、 各レーザ一発光器 L 1 , L 2 , L 3 ,■ · · , L nからそれそれ光信号を出力し、 これを合 波器 1により合成して一纏めの光信号として伝送用光ファイバ 2により 伝送する。 一方、 受信側においては、 伝送用光ファイバ 2から出射され る光信号を分波器 5により複数の光信号として分割した後、 各光信号を 対応するディテクタ D l , D 2 , D 3 , · · ■， Dnにより検出する。 こ のように構成することにより、 一本の伝送用光ファイバ 2により多数の 光信号を重ねて送信することができ、 信号伝送効率が高い。
ここで、合波器 1の構成を図 2に詳しく示している。この合波器 1は、 各レーザ一発光器 L 1， L 2 , L 3 , · · · , L nに対向して配設される 複数の光学多層膜フィル夕 FL 1 , F L 2 , F L 3 , · · ·， F Lnを有 して構成される。 レーザー発光器 L 1からは波長え 1のレーザー信号光 が出射され、 光学多層膜フィル夕 F L 1により所望の波長幅 （例えば、 I nm程度の狭い波長幅） の光が選択されて、 光ファイバ OF 1に出射 される。 なお、 レーザ一発光器 L 1から所望の波長幅のレーザー信号光 が出射される場合には、 光学多層膜フィル夕 FL 1はなくてもよい。 一方、 レーザー発光器 L 2からは波長え 2のレーザー信号光が出射さ れ、 光学多層膜フィル夕 FL 2の前面側に入射する。 この光学多層膜フ ィル夕 FL 2の後面側には上記光ファイバ OF 1が導かれて波長 λ 1の レ一ザ一信号光が光学多層膜フィル夕 F L 2の前面の方向に出射される, ここで、 光学多層膜フィル夕 FL 2は、 図 3に示すように、 波長； 12の 光を透過させるがこれ以外の波長の光は反射させる性質の光学多層膜フ ィル夕から構成されており、 レーザ一発光器 L 2からの波長え 2の信号 光をそのまま透過させ、 後面側に照射された光ファイバ OF 1からの波

Claims

長え 1の光は反射させる。 光学多層膜フィル夕 F L 2の後面側には光ファイバ 0 F 2が対向配設 されており、 上記のようにして光学多層膜フィル夕 F L 2を透過した信 号光と光ファイバ O F 1から出射されて光学多層膜フィル夕 F L 2で反 射された信号光とが光ファイバ O F 2に入射するようになっている。 こ の結果、 光ファイバ O F 2には波長え 1 と波長え 2との信号光が合成さ れた信号光が入射される。 以下、 上記と同様の関係で、 各レーザ一発光器 L 3 · · · L nに対向 して光学多層膜フィル夕 F L 3 · · · F L nが配設されており、 光学多 層膜フィル夕 F L 3には、 波長 λ 1 とえ 2の合成信号光およびえ 3の信 号光がそれそれ異なる面に入射され、 人 1、 人 2およびえ 3の信号光が 合成され、 次の光ファイバ O F 3に入射される。 最終の位置にある光学 多層膜フィル夕 F L nには、 λ 1 , 人 2 , 人 3 · · · λ η-l の合成信号 光と； ηの信号光が入射され、 全波長え 1 , λ 2 , λ 3 - · · λ ηの合 成信号光が光ファイバ 0 F ηに入射される。 なお、 この光ファイバ〇 F nが伝送用光ファイバ 2に繋がり、 このように合成された信号光が伝送 用光ファイバ 2を介して伝送される。 上記の説明から分かるように、各光学多層膜フィル夕 F L 1 , F L 2 , F L 3 · · ' F L nはそれそれ、 図 3に示すような対応する狭い波長幅 の光信号のみを透過させるがその他の光信号を反射させるという性能が 要求され（すなわち、 狭帯域干渉フィル夕としての性能が要求され）、 こ のような要求を満足させるために光学多層膜フィル夕が用いられる。 な お、 分波器 5においては、 合波器 1 と逆の作用を行うように構成すれば よく、 分波器 5においても合波器 1に用いられるものと同じ複数の光学 多層膜フィル夕が用いられる。 ところで光通信システムにおいて伝送用光ファイバ 2を介して伝達さ れる光信号としては、 C— band と称される波長 1 5 2 5〜： 1 5 6 5 η mの帯域の信号と、 L - band と称される波長 1 5 6 5〜1 5 9 0 n m の帯域の信号とを用いることが知られており、 C— band および L一 band 光信号を混在させて一本の伝送用光ファイバ 2を介して伝送する ことが行われている。 このような光信号の伝送を行う場合に、 伝送用光 ファイバ 2の途中に配設されて信号増幅を行う増幅器 3においては C一 bandおよび L—band光信号をそれそれに適した増幅器で増幅すること が求められる。 このため、 増幅器 3は例えば図 4のように構成され、 こ こでも光学多層膜フィル夕 6， 7が用いられる。 ここで、 光学多層膜フィル夕 6， 7は、 図 5のような光透過特性を有 するフィル夕であり、 図 4における左側から伝送用光ファイバ 2を通つ て伝送されてきた C—bandおよび L一 band光信号が混在する光信号は、 光学多層膜フィル夕 6に照射され、 C— band 光信号のみが光学多層膜 フィルタ 6を透過して第 1ファイバアンプ 8により所定の増幅率で増幅 された後、光学多層膜フィル夕 7に照射されてここをそのまま透過する。 一方、 L - band 光信号は光学多層膜フィル夕 6において反射されて第 2ファイバアンプ 9に入射してここで所定の増幅率で増加された後、 光 学多層膜フィル夕 7の後面側に照射されて反射される。 この結果、 光学多層膜フィル夕 6により分割され、 それそれ第 1およ ぴ第 2ファイバアンプ 8， 9において所定の増幅率で増幅された C _ band および L—band 光信号は光学多層膜フィル夕 7により合成され、 図 4における右側の光伝送用ファイバ 2を通って伝送される。 なお、 一 般的に C一 band光信号の増幅率は L一 band光信号の増幅率より大きい ( そして、 光学多層膜フィル夕 6 , 7は帯域分離フィル夕 （エッジフィル 夕） としての役割が要求される。 (第 1の実施形態） このような帯域分離フィル夕を構成する本発明の第 1の実施形態に係 る光学多層膜フィル夕 1 0の基本構成を図 6に示している。 この光学多 層膜フィル夕 1 0は、 ガラス基板 1 5の上に、 光学的膜厚 （n · d) が 対象光の波長入の （ 3/4) 倍の厚さの五酸化ニオブ （Nb205 ) から なる高屈折率物質層 1 1 と、 光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長入の ( 3/4 ) 倍の厚さの二酸化ケイ素 （ Si02) からなる低屈折率物質層 1 2とを交互に積層して作られている。 この光学多層膜フィル夕 1 0の 最上層 1 2 aおよび最下層 1 2 bが低屈折率物質層から構成され、 これ らの光学的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層 1 2の光学的膜厚の ( 1/2 ) 倍の厚さに構成されている。 このように構成された光学多層膜フィル夕 1 0の透過率特性を図 7に 示している。 この図は、 光学多層膜フィル夕 1 0に入射角 5度で入射し た光の透過率特性を示しており、 入射軸を含む垂直面に平行な方向の P 偏光透過率を太線で示し、 これと直角な方向の S偏光透過率を細線で示 している。 この図から分かるように、 入射角が 5度傾いた場合での偏光 による透過率のずれは従来に比較して非常に小さく、 この光学多層膜フ ィル夕 1 0を用いれば良好な性能の光通信システムを構築することがで きる。 この光学多層膜フィル夕 1 0は、 前述した光通信システムにおいて帯 域分離フィル夕として用いるためのフィル夕であるが、 図 6に示したよ うに、 各層 1 1 , 1 2の光学的厚さを対象光の波長えの 3/4倍に設定 した基本的構成における透過率特性を図 7に示している。 このため図 7 に示すように、 透過率は波長に対応して変動しており、 図 5に示したよ うな平坦な透過率特性とはなっていない。 しかしながら、 実際には、 各 層 1 1 , 1 2の膜厚を僅かずつ調整することにより、 図 5に示すような 特性となるような設定がなされる。 (第 2の実施形態） 次に、 帯域分離フィル夕を構成する本発明の第 2の実施形態に係る光 学多層膜フィル夕 2 0について図 8および図 9を参照して説明する。 こ の光学多層膜フィル夕 2 0の基本構成を図 8に示しており、 この光学多 層膜フィルタ 2 0は、 ガラス基板 2 5の上に、 光学的膜厚 （n · d) が 対象光の波長人の （ 5/4) 倍の厚さの五酸化ニオブ （Nb205 ) から なる高屈折率物質層 2 1 と、 光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長入の ( 5/4) 倍の厚さの二酸化ケイ素 （ Si02) からなる低屈折率物質層 2 2とを交互に積層して作られている。 この光学多層膜フィル夕 2 0の 最上層 2 2 aおよび最下層 2 2 bが低屈折率物質層から構成され、 これ らの光学的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層 2 2の光学的膜厚の ( 1/2 ) 倍の厚さに構成されている。 このように構成された光学多層膜フィル夕 2 0の透過率特性を図 9に 示している。 この図は、 光学多層膜フィルタ 2 0に入射角 5度で入射し た光の透過率特性を示しており、 入射軸を含む垂直面に平行な方向の P 偏光透過率を太線で示し、 これと直角な方向の S偏光透過率を細線で示 している。 この図から分かるように、 入射角が 5度傾いた場合での偏光 による透過率のずれは従来に比較して非常に小さく、 この光学多層膜フ ィル夕 2 0を用いても良好な性能の光通信システムを構築することがで きる。 この光学多層膜フィル夕 2 0も、 第 1の実施形態で説明したように、 帯域分離フィル夕として用いるために平坦な透過率特性を得たい場合は、 各層 2 1 , 2 2の膜厚を僅かずつ調整することにより、 図 5に示すよう な特性となるような設定がなされる。 (第 3の実施形態） さらに、 帯域分離フィル夕を構成する本発明の第 3の実施形態に係る 光学多層膜フィル夕 30について図 10および図 1 1を参照して説明す る。 この光学多層膜フィル夕 30の基本構成を図 10に示しており、 こ の光学多層膜フィル夕 30は、 ガラス基板 35の上に、光学的膜厚（n · d) が対象光の波長人の （3 4) 倍の厚さの五酸化ニオブ （Nb205 ) からなる高屈折率物質層 3 1と、 光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長 入の （ 1/4) 倍の厚さの二酸化ケイ素 （Si02) からなる低屈折率物 質層 32とを交互に積層して作られている。 この光学多層膜フィル夕 3 0の最上層 32 aおよび最下層 32 bが低屈折率物質層から構成され、 これらの光学的膜厚が中間層を構成する低屈折率物質層 32の光学的膜 厚の （ 1/2) 倍の厚さに構成されている。 このように構成された光学多層膜フィル夕 30の透過率特性を図 1 1 に示している。 この図は、 光学多層膜フィル夕 30に入射角 5度で入射 した光の透過率特性を示しており、 入射軸を含む垂直面に平行な方向のP偏光透過率を太線で示し、 これと直角な方向の s偏光透過率を細線で 示している。 この図から分かるように、 入射角が 5度傾いた場合での偏 光による透過率のずれは従来に比較して非常に小さく、 この光学多層膜 フィル夕 30を用いても良好な性能の光通信システムを構築することが できる。 この光学多層膜フィル夕 30も、 帯域分離フィル夕として用いるため に平坦な透過率特性を得たい場合は、 各層 31 , 32の膜厚を僅かずつ 調整することにより、 図 5に示すような特性となるような設定がなされ る。 以上においては、 帯域分離フィル夕として用いられる光学多層膜フィ ル夕について説明したが、 本発明に係る光学多層膜フィル夕を利得平坦 化フィル夕として構成することも可能である。 上述の実施形態において は、 各層の厚さを調整することにより透過率特性を図 5に示すように平 坦化しているが、 利得平坦化フィル夕においては、 このフィル夕が用い られる増幅器 （光アンプ） の波長依存特性と正反対の特性を有する透過 率特性が設定される。 このように設定された透過率特性の一例を図 1 2 に示している。 この特性は、 図 6、 図 8および図 1 0に示した構成の光 学多層膜フィル夕の各層の厚さを調整して得られ、 このフィル夕につい ても偏光による透過率のずれは従来に比較して非常に小さく、 良好な性 能の光通信システムを構築することができる。 以上の実施形態からわかるように、 本発明の実施例に係る光学多層膜 フィル夕は、 高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成 され、 高屈折率物質層および低屈折率物質層の少なくともいずれか一方 の光学的膜厚 （n · d ) が、 対象光の波長人に対し、 ほぼ （ 3 / 4 ) 倍 もしくはほぼ （ 5 / 4 ) 倍に設定されており、 これらの厚さを微妙に調 整して初期の性能を有するとともに偏光依存性の少ない光学多層膜を得 ている。 このようなことに鑑みれば、 本発明に係る光学多層膜フィル夕 は、 高屈折率物質層および低屈折率物質層の少なくともいずれか一方の 光学的膜厚 （n · d ) が、 対象光の波長人に対し、 上述の式 （ 1 ) を満 足すること、 すなわち、 （ 1 / 2 · λ ) より厚い厚さを有するのが好まし いということが分かった。 さらに、 高屈折率物質層および低屈折率物質層はガラス基板の上に真 空蒸着法等により交互に形成されるのであるが、 成膜速度が生産効率に 非常に大きく影響し、 これらの膜厚 （層厚） をあまり厚くすると生産時 間が長くなりすぎて生産効率が低下するという問題や、 膜の剥がれが発 生しやすくなるという問題がある。本発明者が種々の検討を行った結果、 現在の成膜方法 （真空蒸着、 スパッ夕リング等) の下では、 高屈折率物 質層および低屈折率物質層の少なく ともいずれか一方の光学的膜厚 (n · d) が、 対象光の波長えに対し、 上述の式（ 2 ) を満足すること、 すなわち、 （ 3/2 . Λ) より薄い厚さを有することが生産効率を確保す るとともに膜の剥がれを防止する上で好ましいことが分かった。 (第 4の実施形態） 次に、 もう一つの本発明の実施形態 （第 4の実施形態） に係る光学多 層膜フィル夕について以下に説明する。 まず最初に、 従来から知られて いる帯域分離フィルタとして、 光学多層膜フィル夕 5 0を例示する。 こ の光学多層膜フィル夕 5 0は、 図 1 3に示すような構成を有する。 この 光学多層膜フィル夕 5 0においては、 図示のように、 ガラス基板 6 0の 上に光学的膜厚 （n · d) が対象光の波長えの （ 1Z4) 倍の厚さの五 酸化ニオブ（Nb205 )からなる高屈折率物質層 5 1 と、光学的膜厚（n · d) が対象光の波長人の （ 1/4) 倍の厚さの二酸化ケイ素 （ Si02) からなる低屈折率物質層 5 2とを交互に積層して第 1積層 5 3がまず作 られる。 そして、 この第 1積層 5 3の上に光学的膜厚 （n · d) が対象 光の波長入の （ 1 Z2 ) 倍の厚さの五酸化ニオブ （Nb205 ) からなる 中間層 5 5が形成され、 この中間層 5 5の上に上記第 1積層 5 3と同様 の構成の第 2積層 5 4が形成される。 上記のようにして、 中間層 5 5を 第 1及び第 2積層 5 3， 54によりサンドィツチ状に挟んで積層形成さ れた積層組 5 6が形成されるが、この積層組 5 6が合計 9組積み重ねて、 光学多層膜フィル夕 5 0が構成されている。 このような構成の光学多層膜フィル夕 5 0の透過率特性を図 1 4に示 している。 この図は、 光学多層膜フィルタ 5 0に入射角 5度で入射した 光の透過率特性を示しており、 入射軸を含む垂直面に平行な方向の P偏 光透過率を太線で示し、 これと直角な方向の S偏光透過率を細線で示し ている。 また、 C—Bandの光と L一 Bandの光を分けるのに必要な波長 域 （ 1 5 6 0 η π！〜 1 5 6 5 n m ) において透過率曲線を拡大したもの を図 1 5に示している。 これらの図から分かるように、波長域（ 1 5 6 Ο η π！〜 1 5 6 5 n m ) での偏光による透過率のずれは第 1の実施形態より総膜数を多く しても いく らか存在している。 このように図 1 3のような構成の光学多層膜フ ィル夕 5 0では、 P偏光透過率と S偏光透過率とにまだ相違が存在して おり、 このような偏光依存性を小さく抑えることが望まれる。 そこで本発明の第 4の実施形態では、 図 1 3に示す構成の光学多層膜 フィル夕 5 0において、 五酸化ニオブ （N b 2 0 5 ) からなる中間層 5 5 の光学的膜厚を、 全て上述の場合の 1 . 1倍に設定した。 このような構 成の光学多層膜フィル夕 5 0に入射角 5度で入射した光の透過率特性を 図 1 6に示しており、 さらにこの図において右側の透過率が急激に変化 する部分を拡大して図 1 7に示している。これらの図から分かるように、 中間層 5 5の厚さを 1 . 1倍にすれば、 透過率が急激に変化する右側部 分 （波長 1 5 6 2 n m近傍） において偏光依存性が殆どなくなり、 左側 (波長 1 5 2 3 n m近傍） において偏光依存性が大きくなつている。 こ のため、 この光学多層膜フィルタは、 総膜厚を増やさなくても波長 1 5 6 2 n m近傍を境とする帯域分離フィル夕として用いると偏光依存性の ない良好な性能を得ることができる。 また、 もう一つの本発明の第 4の実施形態として、 図 1 3に示す構成 の光学多層膜フィル夕 5 0において、 五酸化ニオブ （Nb 2〇5 ) からな る中間層 5 5の光学的膜厚を、 全て上述の場合の 0 . 9倍に設定した。 このような構成の光学多層膜フィル夕 5 0に入射角 5度で入射した光の 透過率特性を図 1 8に示している。 この図から分かるように、 中間層 5 5の厚さを 0 . 9倍にすれば、 透過率が急激に変化する左側部分 （波長 1 5 2 3 n m近傍） において偏光依存性が殆どなくなり、 右側 （波長 1 5 6 3 n m近傍） において偏光依存性が大きくなつている。 このため、 この光学多層膜フィル夕は、 総膜厚を増やさなくても波長 1 5 2 3 n m 近傍を境とする帯域分離フィル夕として用いると偏光依存性のない良好 な性能を得ることができる。 なお、 本発明は、 光通信用光学多層膜フィル夕について、 先に例示し た合波器、 分波器に用いられる波長選択フィル夕や、 増幅器に用いられ る波長選択フィル夕に限られるものではなく、 上述したように増幅器で 出力された光信号をどの波長においても同じ強度にする利得平坦化フィ ル夕など多種にわたる。 なお、 これらの光学多層膜は全て非常に厳密な 波長特性が必要となり、且つ一つの回線に非常に多くの数を必要とする。 特に、 利得平坦化フィル夕を使用するファィバアンプの波長に対する増 幅利得に対して反転した透過利得性能が必要とされるため、 複雑な波長 特性となり、 非常に多くの層数を必要とする。 従って必然的に総膜厚も 大きくなり、 膜応力も大きくなる傾向がある。 これに対して、 第 4の実施形態のように極く一部の膜厚を変化させれ ば、 偏光依存性が所定の波長域で小さくなるので、 この特性を帯域分離 フィル夕の分離波長域に設定すれば偏光依存性の小さなフィル夕を作る ことができる。 このようにすれば、 総膜厚は従来と殆ど変わることがな く、 今まで偏光依存性解消のために総膜厚が厚くなつて生じているフィ ル夕の変形や、 多層膜の剥がれ等の問題を増長させることなく偏光依存 性を解消できる。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明にかかる光学多層膜フィル夕は、 偏光依 存性が小さく、 高性能な光通信システム用の光学フィル夕として使用す ることができる。 請 求 の 範 囲
1. 高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成される 光学多層膜フィル夕において、 前記高屈折率物質層および前記低屈折率 物質層の少なく ともいずれか一方の光学的膜厚 （n · d) が、 対象光の 波長人に対し、
(n - d) > ( l/2 - A)
但し、 n : 対応する物質層の屈折率
d ： 対応する物質層の機械的厚さ
となるように設定されていることを特徴とする光学多層膜フィル夕。
2. 高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成される 光学多層膜フィルタにおいて、 前記高屈折率物質層および前記低屈折率 物質層の少なく ともいずれか一方の光学的膜厚 （n · d) が、 対象光の 波長人に対し、
(n . d) く （ 3/2 · 入）
但し、 n ： 対応する物質層の屈折率
d ： 対応する物質層の機械的厚さ
となるように設定されていることを特徴とする光学多層膜フィル夕。
3. 前記光学的膜厚が前記波長 λのほぼ （ 3/4) 倍の厚さの前記高 屈折率物質層と、 前記光学的膜厚が前記波長 λのほぼ （ 3/4) 倍の厚 さの前記低屈折率物質層とを、 交互に積層して構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光学多層膜フィル夕。
4. 前記光学的膜厚が前記波長えのほぼ （ 5/4) 倍の厚さの前記高 屈折率物質層と、 前記光学的膜厚が前記波長えのほぼ （ 5ノ4) 倍の厚 さの前記低屈折率物質層とを、 交互に積層して構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光学多層膜フィル夕。
5. 最上層および最下層の前記光学的膜厚が、 中間層を構成する前記 光学的膜厚のほぼ （ 1/2 ) 倍の厚さに設定きれていることを特徴とす る請求の範囲第 1項から第 4項のいずれかに記載の光学多層膜フィル夕 <
6. 前記光学的膜厚が前記波長人のほぼ （ 3/4) 倍の厚さの前記高 屈折率物質層と、 前記光学的膜厚が前記波長人のほぼ （ 1/4) 倍の厚 さの前記低屈折率物質層とを、 交互に積層して構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光学多層膜フィル夕。
7. 最上層および最下層が前記低屈折率物質層から構成されるととも に、 これらの前記光学的膜厚が、 中間層を構成する前記低屈折率物質層 の前記光学的膜厚のほぼ （ 1/2 ) 倍の厚さに設定されていることを特 徴とする請求の範囲第 6項に記載の光学多層膜フィル夕。
8. 第 1光学的膜厚の高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に第 1所定層数だけ積層して構成される第 1積層の上に、 前記第 1光学的膜 厚より厚く、 かつ対象光の波長 λに対して （ 1 /2 · え） からずれてい る第 2光学的膜厚の高屈折率物質からなる中間層を設け、 さらにこの中 間層の上に前記第 1積層と同様構成の第 2積層を設けてサンドィツチ状 の積層組を構成し、この積層組を積み重ねて構成したことを特徴とする、 近赤外領域の光による光通信用の光学多層膜フィル夕。
9. 前記第 1光学的膜厚が、 対象光の波長 λに対してほぼ （ 1Z4 · Λ) の光学的膜厚を有し、 前記第 2光学的膜厚が対象光の波長えに対し てほぼ {( 1/2 · え） X 1. 1 } の光学的膜厚を有することを特徴とす る請求の範囲第 8項に記載の光学多層膜フィル夕。
1 0. 前記第 1光学的膜厚が、対象光の波長えに対してほぼ（ 1ノ 4 - Λ) の光学的膜厚を有し、 前記第 2光学的膜厚が対象光の波長えに対し てほぼ {( 1/2 · λ) χ 0. 9 } の光学的膜厚を有することを特徴とす る請求の範囲第 8項に記載の光学多層膜フィル夕。
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