WO2007077658A1

WO2007077658A1 - テラヘルツ帯光学フィルタ、その設計方法および製造方法

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Publication number: WO2007077658A1
Application number: PCT/JP2006/319935
Authority: WO
Inventors: Naoki Matsumoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US7573639B2; EP1967872A1; EP1967872A4; US20080252979A1

Abstract

　光路長がλ／２のｎ倍（ｎは１以上の整数）である低屈折率媒質のキャビティ層（５１）をＮ段（Ｎは２以上の整数）配置し、それぞれのキャビティ層（５１）は、光路長がλ／４である高屈折率媒質からなる１層の結合層（５４）によって結合し、多重キャビティ構造体（３０）を形成する。この多重キャビティ構造体（３０）の両端部には、それぞれの光路長がλ／４である高屈折率層（５２）および低屈折率層（５３）からなる整合層（４０）を配置する。

Description

明細書

テラへルツ帯光学フィルタ、その設計方法および製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、テラへルツ帯において所望の周波数帯域の電磁波を通過させる帯域通過フィルタに関するものであり、特に複数の誘電体を周期的に積層してなる誘電体多層周期構造型のテラへルツ帯光学フィルタ、その設計方法および製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 所望の周波数帯域の光を透過させる矩形型の透過特性を有する光学フィルタとして、非特許文献 1に示されているような多重キヤビティ型フィルタが知られている。これは、誘電率の異なる 2種類以上の誘電体を周期的に積層した誘電体多層構造力もなる光学バンドパスフィルタにお、て、単一共振器構造を有する基本ユニット（フアブリ · ペローエタロン）を多重結合することで、ある特定の広がりを持った帯域でのみ透過特性を示すようにしたものである。

[0003] 具体的には、図 1に示すように、ある透過波長えに対して光路長が 1Z2波長（以下、単に「え Z2」という。）の整数倍となるキヤビティ層 61を、光路長が 1Z4波長（以下、単に「λ Ζ4」という。）である高屈折率媒質の層（以下、「高屈折率層」という。）62と低屈折率媒質の層（以下、「低屈折率層」という。）63とを交互に積層してなる反射層 60で挟み込んで単位ブロック 20を構成し、これを対称形になるように 2段以上積層して多重キヤビティ型構造とするものである。

[0004] ここで、キヤビティ層 61を挟む反射層 60は、キヤビティ層 61を中心として対称となるように配置され、各反射層 60は、低屈折率層および高屈折率層を最低 2層以上配置することで構成される。

[0005] 図中の記号 (L)は、光路長が λ Ζ4の低屈折率層、記号（2L)は、光路長が λ /2 の低屈折率層、記号 (Η)は、光路長が λ Ζ4の高屈折率層を表している。

[0006] 図 1に示した例は、単位ブロック数を 2とし、（LH)V(HL)⁴(LH)⁴L²(HL)²となるフィルタの設計例を示したものである。なお、（LH)ⁿは HLのペアの層を n回繰り返し積層することを意味していて、前記開示例は LHLH 2L HLHLHLH 2L HLHLHLH 2L HLHLと表記することちでさる。

[0007] この非特許文献 1に示されている多重キヤビティ型フィルタは、可視光〜赤外光領域におけるフィルタとして古くから知られており、求める要求特性にあったフィルタの構成法がほぼ確立して！/、る。

[0008] このフィルタの帯域通過特性は、一般的に反射層 60の積層数や、キヤビティ層 61 の厚み、多段結合する単位ブロック 20の数などに依存し、これらを調整することで最適な特性をもつフィルタが設計される。

[0009] 非特許文献 1では、多層膜材料としては一般的によく知られている Si (屈折率 3. 5) および SiO (屈折率 2. 0)をそれぞれ高屈折率層（H)と低屈折率層（L)に用いること

2

を前提にしていて、屈折率比は 1. 75である。この例では全層数が 25層となっている力十分な干渉効果によってフィルタ特性を得るために、この種のフィルタでは積層数は 20層以上とするのが一般的である。

[0010] 多重キヤビティ型フィルタをこのような構成とすることで、非特許文献 1の図 4. 23に示されているような、特定波長 λ οに対してある一定の広がりをもつ矩形型の透過特性が得られる。

[0011] 一方、テラへルツ帯の誘電体多層周期構造体の製造方法が特許文献 1や非特許文献 2に開示されている。

[0012] 特許文献 1には、プラズマ CVD法によって Siおよび SiOを周期的に成膜して多層

2

膜を形成する手法が開示されている。この特許文献 1の方法では、原料ガスの切り替えだけで多層膜を積層することができるので、従来の蒸着法ゃスパッタ法と比較して高速で成膜できる旨が記載されて、る。

[0013] また、非特許文献 2には、複数の誘電体基板または半導体基板を所定の厚みに研磨し、それぞれを接着剤で貼り合わせて周期構造体を形成する手法が開示されている。

特許文献 1 :特開 2004— 109827号公報

非特許文献 1 :光学薄膜ユーザーズブック;小倉繁太郎，日刊工業新聞社， 1991, P1 38〜142 非特許文献 2 : Highly tunablephotonic crystal filter for the terahertz range; H. Neme c, P. Kuzel, L.Duvillaret, A. Pashkin, M. Dress el and M. T. Sebastian, optics letters , vol.30, No. 5, 2005

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] しかしながら、テラへルツ帯では波長が数百 μ m〜数 mmであるため、以下に述べる理由により、従来のフィルタの構成法および製造法をそのまま適用することは困難である。

[0015] 〔第 1の課題〕

従来、赤外光〜可視光領域において広く利用されてきた非特許文献 1に示されているような光学フィルタにおいては 1層あたりの厚さは 1 μ m以下となり、素子厚も 1〜 20 m以下で済むため、素子の積層数が 20〜： L00層程度に達しても蒸着法ゃスパッタ法などで量産することが可能であった。

[0016] し力し、周波数が 0. 1ΤΗζ〜3ΤΗζのテラへルツ帯では、 1層あたりの厚みはおよそ 10 m〜 lmmにもなり、素子厚についても場合によっては数 mmに達する。そのため、蒸着法ゃスパッタ法で製造するためには膨大な成膜時間とコストが必要となり、量産は困難であった。

[0017] この問題に関しては、特許文献 1に記載される、プラズマ CVD法によって Siおよび SiOを周期的に成膜して多層膜を形成する手法などが開示されているが、対象波長

2

範囲はせ!、ぜ、十数 μ mであり、テラへルツ帯全体をカバーすることができなヽとヽう問題がある。

[0018] 〔第 2の課題〕

前記酸化物誘電体材料をはじめとする各種誘電体は、一般的に周波数によって誘電率が変わる分散特性を有しており、この分散によってテラへルツ帯での誘電率が可視光〜近赤外光領域と比べて大きく変化する。前述の光学多層膜フィルタは、一般的に使用する材料の屈折率が 1. 5〜5程度であることを前提に設計される。しかし、例えば可視光領域における屈折率が 2. 4程度である酸ィ匕チタン (TiO )は、テラへ

2

ルツ帯での屈折率は 10程度と、約 3倍以上になる。フィルタの特性は構成材料の誘電率によって大きく変化するため、従来技術に従った設計法では所望の帯域幅'減衰利得が得られな、場合がある。

[0019] 〔第 3の課題〕

前記酸化物誘電体材料をテラへルツ帯で使用する場合、誘電分散の影響によって可視光〜赤外光領域と比べて誘電損失が大きくなりやすい問題がある。テラへルツ帯では、マイクロ波帯と同様の Q 'f—定則が成り立つと考えられ、周波数を高くするにつれて Qが劣化する問題がある。この傾向は特に高屈折率材料で顕著である。そのため、従来技術に従った設計では、十分な透過強度が得られない場合がある。

[0020] このようなテラへルツ帯光学フィルタに要求される特性仕様としては、一般的数値として透過帯最大透過率が— 5dB以上、減衰利得が— 20〜― 30dBであり、且つ温度による中心周波数の変動が極力少ないことなどが挙げられる。

[0021] 本発明者らはこの問題点に臨み、 0. 2〜0. 5THzの帯域において矩形バンドパス特性を有するフィルタの設計手法を検討した。その結果、高屈折率層と低屈折率層の屈折率比を 2以上とし、低屈折率材料からなるキヤビティ層を 1組以上の反射層で挟み、その両端に高屈折率材料からなる第 2、第 3のキヤビティ層を配置した構成にすることで、透過帯透過率が 5dB以上で、且つ減衰利得が 30dB以上となる特性が得られることを確認した。

[0022] し力しながら、そのフィルタは、対象周波数を高周波数化するに従い透過率が減衰しゃすい。これは、フィルタの損失がキヤビティ層に用いている媒質の誘電損失 (tan δ = 1/Q)に大きく依存するためである。

[0023] また、フィルタの温度特性は、キヤビティ層に用いる媒質の誘電率の温度係数（ τ ε )に大きく依存する。低屈折率媒質用の材料にはて εが小さい材料の選択肢がある程度豊富であるが、高屈折率媒質用の材料の中で τ ε力、さい材料は選択肢が限られるため、前述の Qの問題と同様、高屈折率材料をキヤビティ層の一部に用いる構成では温度特性を安定化させることが難、と、う問題もある。

[0024] そこで、本発明の目的は、少ない積層数で低コストに製造でき、且つ波長選択性が高い所望の帯域通過特性を有する多重キヤビティ型のテラへルツ帯光学フィルタを得ることにある。 [0025] また、本発明の他の目的は、対象周波数を高周波数化しても高い透過率を維持し、且つ所定の減衰利得、透過帯域幅および阻止帯域を有するテラへルツ帯光学バンドパスフィルタを実現し、特に温度特性に優れ、広い温度範囲で一定の透過帯域幅を設定することができるテラへルツ帯光学フィルタを得ることにある。

課題を解決するための手段

[0026] 前記課題を解決するために、本発明のテラへルツ帯光学フィルタは次のように構成する。

光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、低屈折率媒質力なる第 1のキヤビティ層を備え、該第 1のキヤビティ層の両端を、光路長がそれぞれ 1Z4 波長であり、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を 1層ずつ積層してなる基本格子で挟み、この基本格子のさらに両端に、光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、前記第 1のキヤビティ層に用いる低屈折率媒質より屈折率の高い高屈折率媒質力なる第 2·第 3のキヤビティ層を配置して誘電体多層周期構造体を成すものとする。

前記基本格子層は例えば 1対のみとする。

[0027] また、前記誘電体多層周期構造体の両端に高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を積層した基本格子を更に配置する。

[0028] また、前記誘電体多層周期構造体の両端に配置する前記基本格子を、光路長がそれぞれ 1Z4波長であり、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質の層と低屈折率媒質の層を交互に 3層積層したものとする。

[0029] 前記第 1のキヤビティ層の光路長を、通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍にし、且つ該整数倍の倍数を通過帯域幅に応じて定める。

[0030] 前記第 1のキヤビティ層は例えばスぺーサにより設けた空気層とし、該スぺーサによる前記空気層部分の厚みを変化させる可動手段を設ける。

[0031] また、この発明のテラへルツ帯光学フィルタは次のように構成する。

光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、低屈折率媒質力なるキヤビティ層を N段 (N > 2)備え、

光路長が前記通過中心周波数での 1Z4波長であり、前記低屈折率媒質に対する屈折率比が 2以上である高屈折率媒質力なる 1層の結合層を介して、前記 N段のキャビティ層を結合して多重キヤビティ構造体を構成し、

それぞれの光路長が通過中心周波数での 1Z4波長であり、互いの誘電率が異なる高屈折率媒質の層および低屈折率媒質の層からなる整合層を前記多重キヤビティ構造体の両端部に配置する。

[0032] 前記キヤビティ層の光路長は 1波長以上であり、前記キヤビティ層と前記整合層との間に、通過中心周波数での光路長が 1Z2波長であり、誘電率が前記整合層の高屈折率媒質および前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる調整層を前記多重キヤビティ構造体の両側に 1層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が 1Z4波長であり、誘電率が前記調整層の誘電率より高い高屈折率媒質力もなる結合層を介して結合したものとする。

[0033] 前記キヤビティ層の光路長は 3Z2波長以上であり、前記キヤビティ層と前記調整層との間に、通過中心周波数での光路長が 1波長であり、誘電率が前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる第 2の調整層を前記多重キヤビティ構造体と前記調整層との間に 1層以上配置し、この第 2の調整層を、通過中心周波数での光路長力波長であり、誘電率が前記調整層および前記第 2の調整層の誘電率より高い高屈折率媒質カゝらなる結合層を介して結合したものとする。

[0034] 前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での 1Z8波長の整数倍に換えたものとする。

[0035] 前記テラへルツ帯光学フィルタは、屈折率比が 2以上の関係にある 2種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によつて製造する。

[0036] 前記テラへルツ帯光学フィルタを設計する際、前記多重キヤビティ構造体の光路長を定めることによって通過帯域幅を定める。

発明の効果

[0037] 本発明のテラへルツ帯光学フィルタの基本構成は誘電体の多層周期構造であり、キヤビティ層を複数設けた多重キヤビティ型構造である。光路長が 1Z4波長である高屈折率媒質の層と低屈折率媒質の層をそれぞれ 1層ずつ積層してなる基本格子が配置されたところでは入射してきた電磁波が反射されるので、 V、わゆるミラーの働きをする。

[0038] 光路長が 1Z2波長か、あるいは 1Z2波長の整数倍となるキヤビティ層では、電磁波が共振する条件が満たされるため、フィルタの共振層として作用する。この共振効果は、そのキヤビティ層の両端に配置した基本格子層（すなわちミラー層）で高まる。この共振するときの波長力フィルタの通過帯中心周波数の波長（以下、 λ οと表す。 )である。

[0039] 本発明によれば、屈折率比が 2以上となる高屈折率および低屈折率材料力なる層を 1層ずつ積層した基本格子を備えることで光波の干渉効果を高め、且つ第 1のキヤビティ層の両端に基本格子層を介して高屈折率誘電体媒質のキヤビティ層を配置することで、少な、層数でも十分な波長選択性を有する帯域通過型フィルタを実現できる。それによつてテラへルツ帯フィルタの製造プロセスを簡略ィ匕することができる。

[0040] 前記基本格子層は 1対をなすようにすることによって、全体の層数を最低限なものとし、且つ矩形状の帯域通過特性 (矩形フィルタ特性)を得ることができる。

[0041] また、必要に応じ、前記周期積層構造の両端にさらに基本格子を配置することで、阻止帯域における阻止利得がより高いフィルタを得ることができる。

[0042] また、上記周期積層構造の両端に配置される基本格子を、高屈折率誘電体材料の層と低屈折率誘電体材料の層を交互に 3層積層したものとすることで、リップル量が少な、矩形フィルタ特性を得ることができる。

[0043] さらに、第 1のキヤビティ層の光路長を、通過帯域幅に応じて通過中心周波数での

1Z2の整数倍に定めることによって、波形の歪みや通過帯の通過強度の変動を招かず、帯域幅のみを定めることができる。

[0044] 特に第 1のキヤビティ層はスぺーサにより設けた空気層とし、該スぺーサによる前記空気層部分の厚みを変化させる可動手段を設ければ、フィルタの使用中に必要に応じて通過帯域幅を一定の範囲で制御することができる機能を持たせることができる。

[0045] また、本発明のテラへルツ帯光学フィルタは、キヤビティ層を複数段設けた多重キヤビティ構造であり、特に全てのキヤビティ層を低屈折率媒質で構成し、各キヤビティを 1層の高屈折率媒質力もなる 1Z4波長の結合層でのみで多段接続している。低屈折率媒質 (例えば酸化物誘電体材料)は、誘電損失が小さく（Qが高く）、且つ温度係数（て ε )が小さい材料が豊富なため、材料の選択肢が広ぐキヤビティをこのような材料だけで構成することで、フィルタの特性向上を図ることができる。

[0046] また、高屈折率層と低屈折率層の屈折率比を 2以上にすることによって、広い阻止帯域および強!ヽ減衰利得を得ることができ、且つ限られた層数であっても十分な光波の干渉効果を得ることができる。

[0047] 従来の多重キヤビティ構造では、キヤビティ間に複数の 1Z4波長の層を配置する必要があつたが、これは反射層として作用するため、挿入損失の原因になっていた。しかし、キヤビティ層を 1層の高屈折率結合層だけで接続し、これを多段化することによって一定の減衰利得を確保しつつ、且つ透過損失の低下量が小さヽフィルタを得ることがでさる。

[0048] なお、本発明における整合層は、 1Z4波長の低屈折率層と 1Z4波長の高屈折率層が一対になったものであり、特に構造体端部の層を低屈折率層にすることによって、外部電界とのインピーダンスマッチングを良好なものにすることできる。

[0049] また、キヤビティ層と整合層との間に、通過中心周波数での光路長が 1Z2波長である低屈折率媒質の調整層を多重キヤビティ構造体の両側に 1層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が 1Z4波長である高屈折率媒質からなる結合層を介して結合したことにより、キヤビティ光路長の増大に起因して通過帯域の両側の遮断域に生じるスプリアス成分の強度を抑制できる。

[0050] また、キヤビティ層と調整層との間に、通過中心周波数での光路長が 1波長である低屈折率媒質力もなる第 2の調整層を多重キヤビティ構造体と調整層との間に 1層以上配置し、この第 2の調整層を、通過中心周波数での光路長が 1Z4波長である高屈折率媒質力なる結合層を介して結合したことにより、キヤビティ光路長の増大に起因して通過帯域の両側の遮断域に生じるスプリアス成分の強度をさらに抑制できる。

[0051] また、前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での 1Z 8波長の整数倍に換えた構造とすることにより、主透過帯域の高周波側に生じる二次のフアブリ ·ペローの干渉の強度が抑制される。 [0052] また、屈折率比が 2以上の関係にある 2種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によって前記テラへルツ帯光学フィルタを製造することによって、従来工法より製造コストが抑えられ、工業生産性に優れたテラへルツ帯フィルタを量産できる。

[0053] 前記テラへルツ帯光学フィルタを設計する際、前記多重キヤビティ構造体の光路長を定めるようにしたことにより、キヤビティ層の光路長によって一定の範囲で通過帯域幅を定めることができる。この方法を用いることで、帯域幅を変える設計を行っても、それに伴う透過率の変動を低く抑えることができる。

図面の簡単な説明

[0054] [図 1]非特許文献 1に示している誘電体多層構造力もなる光学バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。

[図 2]第 1の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 3]同テラへルツ帯光学フィルタの通過特性および基本格子 3の組数を変化させたときの通過特性の変化を示す図である。

[図 4]第 2の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 5]同テラへルツ帯光学フィルタの通過特性および基本格子 6の組数を変化させたときの通過特性の変化を示す図である。

[図 6]同テラへルツ帯光学フィルタの通過特性、および低屈折率媒質の層に対する高屈折率媒質の層の屈折率比 (nHZnL)を変化させたときの通過特性の変化を示す図である。

[図 7]第 3の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの第 1のキヤビティ層の光路長に対する通過帯域幅の関係を示す図である。

[図 8]第 4の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 9]第 5の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 10]同テラへルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。

[図 11]同テラへルツ帯光学フィルタの温度による透過スペクトルの変化を示す図である。

[図 12]同テラへルツ帯光学フィルタの温度による透過中心周波数、透過率の推移を示す図である。

[図 13]同テラへルツ帯光学フィルタの高周波化に伴うフィルタの減衰量の変化を示す図である。

[図 14]第 6の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 15]同テラへルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。

[図 16]第 7の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 17]同テラへルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。

[図 18]第 8の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。

[図 19]同テラへルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。

[図 20]第 6の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタのキヤビティ光路長 nを変えたときの― 3dB帯域幅および透過率の変化を示す図である。

符号の説明

1, 5 高屈折率媒質

2, 4 低屈折率媒質

3, 6 -基本格子

7—スぺーサ

8—可動機構

9一空気層

11—第 1のキヤビティ層

12—第 2のキヤビティ層

13 第 3のキヤビティ層

20—単位ブロック

30 多重キヤビティ構造体

40—整合層

51, 61—キヤビティ層

52, 62 高屈折率層

53, 63 低屈折率層

54—結合層 55—調整層

56—第 2調整層

60—反射層

発明を実施するための最良の形態

[0056] 〈第 1の実施形態〉

第 1の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 2·図 3を基に説明する図 2は第 1の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。

[0057] このテラへルツ帯光学フィルタは、低屈折率媒質 (低誘電率媒質) 4からなり光路長が λ οΖ2の整数倍である第 1のキヤビティ層 11、高屈折率媒質 (高誘電率媒質) 1からなり光路長が λ οΖ4の層と低屈折率媒質 2からなり光路長が λ οΖ4の層を 1層ずつ積層してなる基本格子 3、それぞれ高屈折率媒質 5からなり光路長が λ οΖ2の整数倍である第 2のキヤビティ層 12、第 3のキヤビティ層 13を備えて、る。

[0058] 図 2に示すように基本格子 3は、その高屈折率媒質 1が低屈折率媒質 4に接するように第 1のキヤビティ層 11の両端に互いに対称に配置している。さらに、この基本格子 3の両端部に第 2のキヤビティ層 12、第 3のキヤビティ層 13をそれぞれ配置してヽる。

[0059] 上記高屈折率媒質 1, 5には TiO系材料、低屈折率媒質 2, 4には Al O系複合材

2 2 3 料を用いた。これら材料のテラへルツ帯における屈折率は、 THz— TDS (Terahertz Time Domain Spectroscopy)法による測定で、 Al Oは 3· 3〜3· 4、 TiOは 10. 4〜

2 3 2

10. 5であり、その屈折率比は 3. 0〜3. 2となっている。なお、以下の実施形態でもすべてこの材料を用いた場合の例を示す力本発明の範囲はこれに限られるものでな!ヽことは言うまでもな!/ヽ。

[0060] 図 3は、基本格子の組数を Mで表し、通過帯中心波長 λ οを lmm (0. 3THz)、第 1のキヤビティ層の光路長を λ oとした場合のフィルタの通過特性を示している。ここで Μ= 1は上記基本格子の組数が 1、すなわち図 1に示したとおり光路長が λ οΖ4 の高屈折率媒質 1の層と光路長が λ οΖ4の低屈折率媒質 2の層を 1層ずつ積層した状態である。また、基本格子の高屈折率媒質 1の厚みは 24 m、低屈折率媒質 2 の厚みは 73. 5 /ζ πι、第 1のキヤビティ層 11を構成する低屈折率媒質 4の厚みは 294 m、第 2·第 3のキヤビティ層 12, 13を構成する高屈折率媒質 5の厚みは 48 mである。

[0061] この構成では、基本格子を構成する高屈折率媒質 (TiO )の層および低屈折率媒

2

質 (Al O )の層の屈折率比を 2以上の 3. 1とすることで光波の干渉効果を高めてい

2 3

る。また、第 1のキヤビティ層の両端に基本格子を介して高屈折率媒質力もなる第 2のキヤビティ層 12および第 3のキヤビティ 13を配置したことによって、全体の層数を抑えつつ、光波の干渉効果を高めることができる。

[0062] これにより、通過帯平均透過率が 1. 6dB、通過帯中心波長に対する 3dB帯域幅が 10. 7%で、かつ阻止帯域における阻止利得が 36dBに達する特性が得られる。このことからこの第 1の実施形態に示した構造によれば、層数わずか 7層でテラへルツ帯の帯域通過型フィルタとして充分に機能するテラへルツ帯光学フィルタが得られることが分力ゝる。

[0063] また、図 3では、上記基本格子の組数 Mを変化させたときの特性も併せて示している。 M = 2は光路長が λ οΖ4の高屈折率媒質の層と光路長が λ οΖ4の低屈折率媒質の層を交互に合計 4層積層した状態である。また、 M= l. 5は高屈折率媒質の層と低屈折率媒質の層を交互に 3層積層した状態である。

[0064] 図 3に示したように Μ= 1では、通過帯域でリップルが小さく高い透過率となり、阻止帯域で透過率が所定値より低くなる矩形型の帯域通過特性が得られる。それ以外の組数 (M= l. 5以上)では通過帯域付近の透過率変化が鋭くなつて矩形型の通過特性が得られない。よって、矩形の帯域通過特性を得るためには基本格子の組数を 1とするのが好適である。

[0065] なお、図 3で示した例は、第 1のキヤビティ層 11の低屈折率媒質 4を、基本格子の低屈折率媒質 2と同じ材料にした場合について示したが、第 1のキヤビティ層 11の媒質 4は基本格子の低屈折率媒質 2とは異なる第 3の媒質を用いることも可能であり、特に誘電損失の少ない媒質を用いることで通過帯の強度減衰をより抑えることができる。

[0066] 以上のような構成とすることで、従来作製難易度が極めて高、とされて、たテラへルツ帯光学フィルタを少な、層数で実現することができ、それにより製造プロセスの簡略ィ匕を図ることができる。また、層数が少ないことで素子厚を薄くできる効果も生じるので、各種光学系に組み込む上で有利となる。

[0067] 〈第 2の実施形態〉

次に、第 2の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 4〜図 6を基に説明する。

図 4は第 2の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。このテラへルツ帯光学フィルタの構成は、第 1の実施形態で示したものを基本構成とし、その両端部にさらに別の基本格子 6を配置したものである。

[0068] 図 4において、基本格子 6は、光路長がそれぞれ 1Z4波長であり、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質 1の層と低屈折率媒質 2の層を交互に 3層積層したもの (組数 M= l. 5)である。この例では、第 2のキヤビティ層 12および第 3のキヤビティ層 13が高屈折率媒質 5から成るので、この第 2のキヤビティ層 12および第 3のキヤビティ層 1 3に接する側が低屈折率媒質 2となるように、高屈折率媒質 1の層を低屈折率媒質 2 の層で挟んだ構造として!、る。その他の上記基本構成は第 1の実施形態で示したものと同様である。

[0069] 上記基本格子 6の高屈折率媒質 1は屈折率 10. 4の TiO、低屈折率媒質 2は屈折

2

率 3. 4の Al O である。

2 3

[0070] 図 5は図 4に示した組数 M= l. 5の場合において、通過帯中心波長 λ οを lmm (0 . 3THz)、第 1のキヤビティ層の光路長を λ οとした場合のフィルタの通過特性を示している。ここで、基本格子の高屈折率媒質 1の厚みは 24 m、低屈折率媒質 2の厚みは 73. 5 /ζ πι、第 1のキヤビティ層 11を構成する低屈折率媒質 4の厚みは 294 m 、第 2·第 3のキヤビティ層 12, 13を構成する高屈折率媒質 5の厚みは 48 mである

[0071] この構成では、通過帯平均透過率が— 1. 6dB、中心波長に対する— 3dB帯域幅力 6%で、かつ阻止帯域における阻止利得が—45dBに達する特性が得られている。このように、第 1の実施形態で示した周期積層構造の両端にさらに基本格子層を配置することで、阻止帯域における阻止利得がより高、フィルタを得ることができる。第 1の実施形態の場合（図 3実線)では、阻止利得は— 38dBであった力この第 2 の実施形態の場合（図 5実線)ではこれが— 45dBとなって、よりフィルタの波長選択性機能が向上していることが分かる。

[0072] また、このような構成にすることで、通過帯域の通過強度を大きく減衰させたり、あるいは波形の歪みを伴ったりせずに阻止帯域における阻止利得を上げることができる。

[0073] また、図 5では、上記基本格子 6の組数 Mを変化させたときの特性も併せて示している。ここで M= 1は光路長が λ οΖ4の高屈折率媒質 1の層と光路長が λ οΖ4の低屈折率媒質 2の層を 1層ずつ積層した状態、 Μ = 2は光路長が λ οΖ4の高屈折率媒質 1の層と光路長が λ οΖ4の低屈折率媒質 2の層を交互に合計 4層積層した状態である。図 5に示すとおり、基本構成の両側に配置する基本格子 6の組数 (Μ)は、 M= l. 5とすることで、リップル量が少なぐ通過帯域での透過率が高い帯域通過特性が得られるので、基本構成の両側に配置する基本格子 6の組数は 1. 5とするのが好適である。

[0074] 第 2の実施形態では、基本格子を構成する高屈折率媒質の層と低屈折率媒質の層の屈折率比 (nHZnL)を 3. 1とした力図 6はこの屈折率比を変化させた場合の特性について示している。このように、屈折率比 (nHZnL)が小さいと阻止帯における阻止利得が低下する。 nH/nL= l. 5の場合には阻止利得が— 15dBと十分な阻止特性が得られない。したがって、本発明が目的とする低層数のフィルタにおいては、十分なフィルタ特性を得るために、屈折率比 (nHZnL)は最低限 2以上とすることが望ましい。

[0075] なお、基本格子を構成する低屈折率媒質 2は、その屈折率が小さすぎると十分な干渉効果が発現しないため、屈折率がおよそ 2以上になる媒質を用いることが望ましい。

[0076] なお、屈折率比 (nHZnL)が小さ、と阻止帯における阻止利得が低下する傾向を示すことは第 1の実施形態で示した基本構成における基本格子についても同様に当てはまる。したがって、第 1の実施形態で示した基本構成のフィルタにおいても、十分なフィルタ特性を得るために、屈折率比 (nHZnL)は最低限 2以上とすることが望ましい。 [0077] 〈第 3の実施形態〉

次に、第 3の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 7を基に説明する。

この第 3の実施形態は、第 1 ·第 2の実施形態で示した構成で第 1のキヤビティ層の光路長を λ οΖ2の整数倍とすることで通過帯域の幅を変える手法を示すものである。

[0078] 図 7は、第 1の実施形態に基づく多重キヤビティ型構造において、第 1のキヤビティ層の光路長を λ οΖ2から 3 λ οまで変化させたときの、通過帯域の 3dB帯域幅の変化を示したものである。

[0079] この図 7から明らかなように、第 1のキヤビティ層の光路長を λ。Ζ2の整数倍で増やすほど通過帯域幅が狭くなる。この例では、光路長が λ οΖ2のとき中心波長 λ οに対する帯域幅は約 13%である力 3 λ οとすると約 6%まで帯域幅を狭めることができる。

[0080] この作用により、フィルタの通過帯域幅を一定の範囲内で変えることができ、用途に応じた帯域幅を有するフィルタを得ることができる。また、第 2·第 3のキヤビティ層の光路長を変えずに第 1のキヤビティ層の光路長のみを変えることで、通過帯の通過強度を大きく減衰させたり、あるいは波形の歪みを伴ったりせずに通過帯域幅を変えることが可能になる。

[0081] 〈第 4の実施形態〉

次に、第 4の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 8を基に説明する。

この第 4の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタは通過帯域幅の可変機能を有するものである。

[0082] 図 8に示すテラへルツ帯光学フィルタは、空気層 9からなり光路長が λ οΖ2の整数倍である第 1のキヤビティ層 11、高屈折率媒質 1からなり光路長が λ οΖ4の層と低屈折率媒質 2からなり光路長が λ οΖ4の層を 1層ずつ積層してなる基本格子 3、それぞれ高屈折率媒質 5からなり光路長が λ οΖ2の整数倍である第 2のキヤビティ層 12 、第 3のキヤビティ層 13を備えている。

[0083] 第 1のキヤビティ層 11の両端より外側に配置される部分は誘電体セラミックスの積層体で構成し、第 1のキヤビティ層 11を、所定の厚みを有する金属またはプラスチック力も成る開口を有するスぺーサで構成している。また上記 2つのセラミックス積層体はスぺーサ部分で可動機構 8によって所定間隔を保つように保持している。このスぺーサ両端に配置されるセラミックス積層体間の距離 (第 1のキヤビティ層 11の光路長）は、通過帯中心波長 λ οの 1Z2の整数倍となるようにしている。

[0084] 具体的には例えば 2枚の板でスぺーサ 7を構成し、その間に可動機構 8を設けることで空気層 9の厚み (第 1のキヤビティ層 11の光路長）を機械的に変える。この第 1のキヤビティ層 11の光路長を通過帯中心波長 λ οの 1Z2の整数倍となる条件で変化させると、第 3の実施形態で示したように通過帯域の幅が変化する。

[0085] このような構成とすることで、フィルタの使用中に必要に応じて通過帯域の幅を変える機會を備免ることがでさる。

[0086] なお、第 1のキヤビティ層 11の光路長を変える手段としては、この他にも例えば圧電体素子を用いて電気的に距離を可変とするような手法を適用することもできる。

[0087] 〈第 5の実施形態〉

第 5の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 9〜図 13を基に説明する。

[0088] 図 9は第 5の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。この図 9において、キヤビティ層 51は、光路長が λ Ζ2の η倍 (但し ηは 1以上の整数)であり、且つ低屈折率媒質で構成する。この低屈折率媒質には、各種誘電体材料はもとより、空気 (屈折率 1)も含む。このキヤビティ層 51は Ν段 (但し Νは 2以上の整数)配置し、それぞれのキヤビティ層 51は、光路長が λ Ζ4となる高屈折率媒質力もなる 1層の結合層 54によって結合し、多重キヤビティ構造体 30を形成する。

[0089] この多重キヤビティ構造体 30の両端部には、それぞれの光路長が λ Ζ4である、高屈折率媒質の層（高屈折率層）および低屈折率媒質の層 (低屈折率層)からなる整合層 40を配置する。ここで、キヤビティ層 51は低屈折率層であるから、これに隣接して整合層 40の高屈折率層 52を配置し、構造体の最外層に整合層 40の低屈折率層 53を配置する。

[0090] なお、前記高屈折率媒質と低屈折率媒質の屈折率比は 2以上となるように、使用する材料を適宜選択する。仮に低屈折率媒質を空気とする場合は、エアーブリッジ構造またはスぺーサなどを用いて前記多重キヤビティ構造体を構成すればよ!、。

[0091] 以下、減衰利得が 30dB以上で、且つ透過率が 5dB以上となるフィルタの構造および特性の具体例を次に示す。

[0092] 構造式は次のとおりであり、このテラへルツ帯光学フィルタは 17層の誘電体層からなる。

[0093] L H 2L H 2L H 2L H 2L H 2L H 2L H 2L H L

フィルタの減衰利得はキヤビティ層 51の段数 Nによって変化する。第 5の実施形態ではこれを一 30dB以上とするために、 N= 7とした。また、各キヤビティ層の光路長は λ /2 (すなわち η= 1)とした。

[0094] したがって、上記構造式は LH (2LH)⁷L と表すこともできる。

[0095] 設計透過帯中心波長 λは 0. 67mm (0. 45THz)とし、高屈折率層には屈折率 10 . 5の TiO系材料、低屈折率層には屈折率 3. 3の Al O系複合材料を使用した。

2 2 3

[0096] 図 10は第 5の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示すものである。

[0097] この構成では、透過帯平均透過率が— 1. ldB、中心周波数に対する— 3dB帯域幅が 26. 3% (119GHz)で、且つ阻止帯域における減衰利得が— 35dBに達しており、前記要求仕様を満たす特性が得られた。

[0098] この第 5の実施形態による作用効果は次のとおりである。

[0099] (1)低屈折率媒質に対する高屈折率媒質の屈折率比を 3. 2と高い値にすることで光波（電磁波）の干渉効果を高めている。そして、結合層を 1層とし、キヤビティを多段接続した構造とすることで不要な反射層が排除でき、透過損失を最小限に抑えることができる。

[0100] (2)キヤビティ層の段数 (N)を増やすことによって減衰利得を一 30dB以下にすることがでさる。

[0101] (3)上記 Al O系複合材料の温度係数（ τ ε )はほぼゼロであり、キヤビティをすベ

2 3

てこの材料で構成することによって温度安定性を高めることができる。

[0102] 図 11はフィルタの温度による透過スペクトルの変化を示したものである。 [0103] (A)は、キヤビティ光路長をえ (n=4)とし、キヤビティ層の段数 N = 7とした場合の第 5の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの特性である。

[0104] (B)は、比較例のテラへルツ帯光学フィルタの特性である。このフィルタは、光路長が λ Ζ2の整数倍で、低屈折率媒質力もなる第 1のキヤビティ層を備え、この第 1のキャビティ層の両端を、光路長がそれぞれ λ Ζ4で、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を 1層ずつ積層してなる基本格子で挟み、この基本格子のさらに両端に、光路長が λ Ζ2の整数倍であり、高屈折率媒質からなる第 2·第 3 のキヤビティ層を配置して成る。

[0105] 図 12は同フィルタの温度による透過中心周波数、透過率の推移を示している。

[0106] この測定は、実験室レベルで想定される使用温度範囲（一 40〜90°C)で温度を変えて行った。図 12の（A)は図 11の（A)から、図 12の（B)は図 11の（B)から、それぞれ求めたものである。この図 12から明らかなように、図 11 (B)、図 12 (B)に示す比較例のテラへルツ帯光学フィルタでは温度変動が大きいが、第 5の実施形態に係るフィルタでは温度による周波数シフトはほとんど見られず、周波数の温度変動率て fは 8p pmZ°Cであった。このように、本発明では温度特性に優れたテラへルツ帯光学フィルタが得られる。

[0107] 第 5の実施形態では誘電率の温度係数 τ εが小さい材料として Al O系複合材料

2 3

を用いたが、同様に τ εが小さい他の材料を用いても同様の特性が得られることは言うまでもない。

[0108] 図 13は、高周波化に伴うフィルタの減衰量を調べた結果を示している。この図は使用材料の誘電分散を考慮し、各々の周波数におけるフィルタの透過率をシミュレ一シヨンによって求めたものである。

[0109] 直線 Αは本発明のフィルタ、直線 Bは前述の比較例のフィルタのものである。この図 13から明らかなように、比較例のテラへルツ帯光学フィルタでは高周波化に伴う減衰量が大きぐ ITHzでは 6dB以下になっている力本発明におけるフィルタではその減衰量が抑えられており、 ITHzでも 3dB以上の透過率を維持することができる

[0110] 〈第 6の実施形態〉第 6の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタにつ、て図 14 ·図 15を基に説明する。

[0111] 本発明によれば、フィルタの透過帯域幅はキヤビティ光路長を変えることによって一定の範囲で制御することが可能であり、光路長を増す程狭めることができる。しかし、第 5の実施形態の構成ではキヤビティ光路長を増す程共振モードが多重化し、スプリァス成分が発生しやすくなる場合がある。

[0112] そこで、この第 6の実施形態では、キヤビティ光路長がある程度長い条件 (n≥2)にお!、て、スプリアス成分を抑制する構造例を示すものである。

[0113] 図 14はこの第 6の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。

[0114] この第 6の実施形態では、第 5の実施形態の構造に対し、 ηλ Ζ2キヤビティ層と λ Ζ4整合層の間に、低屈折率媒質からなり光路長が λ Ζ2である調整層 55を前記多重キヤビティ構造体 30の両側に X層ずつ配置し、この調整層 55を、光路長が λ Ζ4 である高屈折率の結合層 54で結合している。この図 14の例では、 η= 2、 χ= 2としている。

[0115] 図 14の構成において、 Ν=4としたときの構造式例は次のとおりであり、このテラへルツ帯光学フィルタは 19層の誘電体層からなる。

[0116] L H 2L H 2L H 4L H 4L H 4L H 4L H 2L H 2L H L

図 15は、設計透過帯中心波長えを 0. 7mm (0. 43THz)とした場合の透過スぺクトルである。図 15中の実線はこの第 6の実施形態に係るフィルタの特性、破線は、調整層 55およびその調整層 55の結合用の結合層 54を設けない第 5の実施形態の構造で、この第 6の実施形態に係るフィルタと同様の帯域幅を有するフィルタを設計した場合の透過スペクトルである。

[0117] 破線で示した例では、主透過ピークの両側に強いスプリアス成分が生じているが、この第 6の実施形態に係るフィルタでは、透過帯平均透過率が 1. 4dB、中心周波数に対する 3dB帯域幅が 15. 6% (66GHz)で、且つ阻止帯域における減衰利得が一 35dBに達している。

[0118] このように、キヤビティ層 51と光路長 λ Ζ4の整合層 40との間に光路長 λ Ζ2の調整層 55を配置することによってスプリアス成分の強度を抑制することができる。この調整層 55の層数 (x)は、キヤビティ層 51の光路長 n、段数 Nなどに応じて適宜調整する。本発明者は、フィルタとして実際に構築可能な n, Nの範囲で最適な調整層 55の層数にっ、て検討した結果、 1 < x< 4の範囲で最もスプリアス抑制の効果が得られることを見出した。よって、フィルタの設計の際、調整層 55の層数をこの範囲で決めることが望ましい。

[0119] 〈第 7の実施形態〉

第 7の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 16 ·図 17を基に説明する。

[0120] この第 7の実施形態は、第 6の実施形態の構成よりキヤビティ光路長をさらに増す (n ≥3)ときに強まるスプリアスを抑える手法を示すものである。

[0121] 図 16は、この第 7の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。

[0122] この第 7の実施形態では、第 6の実施形態で示したフィルタの構造に対し、 η λ /2 キヤビティ層 51と λ Ζ2調整層 55との間に、低屈折率媒質からなり光路長が λである第 2の調整層 56を多重キヤビティ構造体 30の両側に y層ずつ配置し、この第 2の調整層 56を、光路長が λ Ζ4である高屈折率の結合層 54で結合している。この図 1 6の例では、 n= 3、 x= 2、 y= lである。

[0123] 図 16において、 N = 3とした場合の構造式は次のとおりであり、このテラへルツ帯光学フィルタは 21層の誘電体層からなる。

[0124] L H 2L H 2L H 4L H 6L H 6L H 6L H 4L H 2L H 2L H L

図 17は、設計透過帯中心波長えを 0. 35mm (0. 85THz)とした場合の透過スぺタトルである。図 17中の実線はこの第 7の実施形態に係るフィルタの特性、破線は、第 2の調整層 56およびその結合用の結合層 54を設けない第 6の実施形態の構造で、この第 7の実施形態に係るフィルタと同様の帯域幅を有するフィルタを設計した場合の透過スペクトルである。

[0125] 破線で示した例では、主透過ピークの両側に強いスプリアス成分が生じているが、この第 7の実施形態に係るフィルタでは、透過帯平均透過率が 3. 6dB、中心周波数に対する 3dB帯域幅が 5. 9% (50. 2GHz)で、且つ阻止帯域における減衰利得が— 35dBに達している。 [0126] このように、キヤビティ光路長が長い (n≥3)場合でも、キヤビティ層 51と光路長 λ Ζ 2の調整層 55との間に第 2の調整層 56を設けることによって主透過ピークの両側に強!、スプリアス成分が抑制できる。

[0127] 第 2の調整層の層数 (y)は、キヤビティ層 51の光路長 n、段数 Nなどによって適宜調整する。本発明者は、フィルタとして実際に構築可能な n, Nの範囲で最適な第 2 の調整層 56の層数について検討した結果、 l≤y≤4の範囲で最もスプリアス抑制の効果が得られることを見出した。よって、フィルタの設計の際、第 2の調整層 56の層数をこの範囲で決めることが望まし、。

[0128] 〈第 8の実施形態〉

第 8の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタについて図 18 ·図 19を基に説明する。

[0129] この第 8の実施形態は、第 5〜第 7の実施形態で示した構成に対し、 2次のフアブリ

•ペロー干渉の強度を抑制する手法を示すものである。

[0130] 図 18は、この第 8の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの断面図である。図

19はその透過スペクトルの例を示すものである。

[0131] この第 8の実施形態は、第 5〜第 7の実施形態で示した構成において、積層構造体の両端部からそれぞれ 2番目に配置される λ Ζ4高屈折率層を、同じく高屈折率媒質からなり、それぞれの光路長が λ Ζ8の整数倍となる高屈折率層 52'に置き換えたものである。

[0132] 図 18において、 Ν=4, η= 2, χ= 2とした場合の構造式は次のとおりである。

[0133] L (H/2) 2L H 2L H 4L H 4L H 4L H 4L H 2L H 2L (3Η/2) L

このテラへルツ帯光学フィルタは第 6の実施形態で示した構造をもとにしたものであり、 19層の誘電体層からなる。

[0134] 図 19は、設計透過帯中心波長えを第 6の実施形態の場合と同様の 0. 7mm (0. 4

3THz)とした場合の透過スペクトルである。図 19中の実線はこの第 8の実施形態に係るフィルタの特性、破線は第 6の実施形態で示した透過スペクトルである。

[0135] 破線で示した例では、主透過ピークの高周波側に 10dBに達する 2次のフアブリ' ペロー成分が現れている力この第 8の実施形態に係るフィルタでは、それが 17d B以下に抑制されている。なお、主透過ピークの特性値としては、透過帯平均透過率がー 1. 8dB、中心周波数に対する— 3dB帯域幅が 16. 6% (71. 1GHz)で、且つ阻止帯域における減衰利得が— 35dBに達する特性が得られており、第 6の実施形態の場合と同様の特性が得られている。

[0136] 〈第 9の実施形態〉

第 9の実施形態では、第 1〜第 8の実施形態で示した構成において、特にキヤビティ層の光路長のみを変えることでフィルタの帯域幅を調整する手法について説明する。

[0137] 図 20は、第 6の実施形態に示した構成において、 N = 3、 x= 2とし、キヤビティ光路長 nを変えたときの— 3dB帯域幅および透過率の変化を示したものである。なお、設計中心周波数は 0. 6mm (0. 5THz)としている。

[0138] 帯域幅は nを増やすほど狭めることができ、本実施例においては中心周波数に対し約 28%〜9%の範囲で変化させることができる。

[0139] また、このときの透過率の変動はほとんどなぐいずれの場合も約 2. 5dBとなつている。

[0140] このようにして、透過率の変動を伴わずフィルタの帯域幅を一定の範囲で調整することができる。

[0141] 〈第 10の実施形態〉

第 10の実施形態では、第 1〜第 9の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタの製造方法を示す。

[0142] このテラへルツ帯光学フィルタの製造方法は次のとおりである。

[0143] (1)まず、第 1〜第 9の実施形態に係るテラへルツ帯光学フィルタを構成する上で必要な誘電体材料にっヽて、それぞれのセラミックス原料粉をバインダーと混合してボールミルで粉砕した後に、それを所定の厚みを有するセラミックス生シートに成形する。

[0144] (2)次に、それらの生シートを、第 1〜第 9の実施形態に示した多重キヤビティ型の構成となるように所定の順序で積層する。このとき、各生シートの厚みと積層シート数を適宜調整することで、各層の厚みが所定の寸法となるように積層する。 [0145] (3)このようにして作製した生シートの積層体は、所定サイズの大きさにカットし、これを焼成してセラミックス焼結体とする。

[0146] (4)このとき、セラミックスの焼結に伴う収縮率を予め考慮した上で生シートの積層厚を決定することで、焼成後に寸法の狂！ヽがな！ヽ積層体を得る。

[0147] 以上の方法により、既に産業化されている誘電体多層基板の生産設備と製造技術をそのまま用いることができる。よって、新たな設備投資が伴わずに、製造コストが低ぐ工業生産性に優れたテラへルツ帯フィルタを量産することが可能になる。

Claims

請求の範囲

[1] テラへルツ帯で帯域通過特性を有する誘電体多層周期構造を備えたフィルタであつて、

光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、低屈折率媒質力なる第 1のキヤビティ層を備え、該第 1のキヤビティ層の両端を、光路長がそれぞれ 1Z4 波長であり、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を 1層ずつ積層してなる基本格子で挟み、この基本格子のさらに両端に、光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、前記第 1のキヤビティ層に用いる低屈折率媒質より屈折率の高い高屈折率媒質力なる第 2·第 3のキヤビティ層を配置して誘電体多層周期構造体を成したことを特徴とするテラへルツ帯光学フィルタ。

[2] 前記基本格子層は 1対をなす請求項 1に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[3] 前記誘電体多層周期構造体の両端に高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を積層した基本格子を更に配置した請求項 1または 2に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[4] 前記誘電体多層周期構造体の両端に配置する前記基本格子を、光路長がそれぞれ 1Z4波長であり、屈折率比が 2以上となる高屈折率媒質の層と低屈折率媒質の層を交互に 3層積層したものとした請求項 1〜3のうちいずれか 1項に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[5] 前記第 1のキヤビティ層の光路長を、通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍にし

、且つ該整数倍の倍数を通過帯域幅に応じて定めた請求項 1〜4のうちいずれか 1 項に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[6] 前記第 1のキヤビティ層はスぺーサにより設けた空気層とし、該スぺーサによる前記空気層部分の厚みを変化させる可動手段を設けた請求項 1〜5のうちいずれか 1項に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[7] テラへルツ帯で帯域通過特性を有する誘電体多層周期構造を備えたフィルタであつて、

光路長が通過中心周波数での 1Z2波長の整数倍であり、低屈折率媒質力なるキヤビティ層を N段 (N > 2)備え、光路長が前記通過中心周波数での 1Z4波長であり、前記低屈折率媒質に対する屈折率比が 2以上である高屈折率媒質力なる 1層の結合層を介して、前記 N段のキャビティ層を結合して多重キヤビティ構造体を構成し、

それぞれの光路長が通過中心周波数での 1Z4波長であり、互いの誘電率が異なる高屈折率媒質の層および低屈折率媒質の層からなる整合層を前記多重キヤビティ構造体の両端部に配置したことを特徴とするテラへルツ帯光学フィルタ。

[8] 前記キヤビティ層の光路長は 1波長以上であり、前記キヤビティ層と前記整合層との間に、通過中心周波数での光路長が 1Z2波長であり、誘電率が前記整合層の高屈折率媒質および前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる調整層を前記多重キヤビティ構造体の両側に 1層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が 1Z4波長であり、誘電率が前記調整層の誘電率より高い高屈折率媒質カゝらなる結合層を介して結合した請求項 7に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[9] 前記キヤビティ層の光路長は 3Z2波長以上であり、前記キヤビティ層と前記調整層との間に、通過中心周波数での光路長が 1波長であり、誘電率が前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる第 2の調整層を前記多重キヤビティ構造体と前記調整層との間に 1層以上配置し、この第 2の調整層を、通過中心周波数での光路長力波長であり、誘電率が前記調整層および前記第 2の調整層の誘電率より高い高屈折率媒質力なる結合層を介して結合した請求項 8に記載のテラへルツ帯光学フイノレタ。

[10] 前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での 1Z8波長の整数倍に換えた請求項 7、 8または 9に記載のテラへルツ帯光学フィルタ。

[11] 屈折率比が 2以上の関係にある 2種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によって請求項 1〜10のうちいずれか 1項に記載のテラへルツ帯光学フィルタを成すことを特徴とするテラへルツ帯光学フィルタの製造方法。

[12] 請求項 1〜： LOのうちいずれか 1項に記載のテラへルツ帯光学フィルタの設計方法であって、前記多重キヤビティ構造体の光路長を定めることによって通過帯域幅を定めるテラへルツ帯光学フィルタの設計方法。