(57)【要約】【課題】温度特性の優れたＬｉＴａＯ３基板を使用して、周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動特性がヒステリシス曲線を描かず、温度変化に安定なソリッドエタロンフィルタを提供することを目的とする。【解決手段】ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３基板を所定の板厚に加工した基板１０に、光の入出射面に誘電体等からなる反射膜１１を施したものである。又、基板１０は、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低下させたものを使用しており、抵抗率を低下させる方法としては、酸素還元処理等があげられ、抵抗率は約２×１０１１Ω・ｃｍ程度に最適化することが望ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の板厚に加工した基板の光の入出射面に反射膜を成膜した構造のソリッドエタロンフィルタにおいて、
前記基板の材質としてタンタル酸リチウムを用い、該基板の抵抗率を所定値に低減したことを特徴とするソリッドエタロンフィルタ。
【請求項２】
前記基板の材質として二オブ酸リチウムを用い、該基板の抵抗率を所定値に低減したことを特徴とする請求項1に記載のソリッドエタロンフィルタ。
【請求項３】
前記タンタル酸リチウムを用いた基板の抵抗率が、おおよそ２×１０１１Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項1に記載のソリッドエタロンフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソリッドエタロンフィルタに関し、特に基板材料としてＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）等を用い、温度特性に改良を加えたソリッドエタロンフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの急激な普及に伴い、画像等の大容量データの転送が頻繁に行われるようになってきた。そのため、伝送路の大容量化が急務となり、既存の一本の光ファイバーケーブルに多数の波長の光信号を多重して伝送する高密度波長多重（以降、ＤＷＤＭと称す）方式による通信が実用化され、年々、その高密度化が図られている。一本の光ファイバーに多数の波長の光信号を多重するためには、レーザ光を一定の波長に保つことが必要で、その光源となる半導体レーザダイオードは、高い精度で安定に動作することが求められる。半導体レーザダイオードは、温度等の要因により光の波長が変化する性質を持っているため、エタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の変動を検出し、半導体レーザダイオードの光の波長を一定に保つよう機能させている。
【０００３】
エタロンフィルタは、入射した光の透過率が通過する光の波長に対して周期的に変化するものであり、エタロンフィルタを構成する手段であるソリッドエタロンフィルタは、石英、或いは水晶等の基板を所定の板厚に加工した後、光の入出射面に反射膜を施したものである。
ソリッドエタロンフィルタの透過特性は、基板の厚みとその平行度とにより決定される光学的特性に大きく左右され、基板を加工する際は、平行度を保持しながら板厚を厳密に制御することが求められる。
【０００４】
図５は、従来のソリッドエタロンフィルタの構造を示す図である。図５に示すように、ソリッドエタロンフィルタ１は、石英、或いは水晶等を所定の板厚に加工した基板２に、光の入出射面に誘電体等からなる反射膜３を施したものである。
【０００５】
図６は、ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性の一例である。ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性は、横軸に波長、縦軸に光の出力強度を割り当て、波長λの光信号を入力した際の出力強度を示す。
ソリッドエタロンフィルタの中心波長λｍは、ｎを基板の屈折率、Ｌを基板の板厚、θを光の入射角、ｍを任意の整数とすると（１）式のように示され、
λｍ＝２ｎＬcosθ／ｍ    ・・・（１）
ソリッドエタロンフィルタの温度特性を安定にするためには、周囲温度が変動した際に、基板の板厚の変化の少ない材料を選択することが望ましい。
【０００６】
従来、ソリッドエタロンフィルタの基板材料としては、石英、或いは水晶が使用されているが、これらの温度特性は、石英であれば約１０ｐｍ／℃、水晶であれば約５．３ｐｍ／℃の温度変動を有しており、ＤＷＤＭ通信に代表される半導体レーザモジュール等に内蔵されるソリッドエタロンフィルタに求められている温度特性には対応が困難となっている。一般的に、近年のＤＷＤＭ通信に代表される半導体レーザモジュール等に内蔵されるソリッドエタロンフィルタに要求される温度特性は、３ｐｍ／℃程度である。
【０００７】
そこで、特開２００３−２７０４３４号公報において開示されているように、ソリッドエタロンフィルタを構成する基板材料として、従来から使用されている石英の約４倍、水晶の約２倍程度の温度特性の改善が見込まれる材料であるＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）を使用したものが提案されており、ソリッドエタロンフィルタは、ＬｉＴａＯ３のＺ軸方向にレーザ光を透過するようＬｉＴａＯ３基板を構成し、Ｚ面に反射膜を成膜して構成する。
【０００８】
一方、ＬｉＴａＯ３基板のような強誘電体は、周囲温度が変化すると焦電効果現象が生じ、ＬｉＴａＯ３基板の入出射面に電荷が発生する。このように、ＬｉＴａＯ３基板の入出射面に電荷が発生すると、ＬｉＴａＯ３を使用したソリッドエタロンフィルタのピーク波長が変動し、透過特性の変化がヒステリシス曲線を描き透過特性の再現性などに問題が生じていた。
【０００９】
図７は、従来のＬｉＴａＯ３を使用したソリッドエタロンフィルタの周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動例を示すグラフであり、縦軸は変動幅（ｐｍ）を示し、横軸は周囲温度（°Ｃ）を示す。図７に示す如く、従来のＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタは、周囲温度を上昇させた時と低下させた時とでピーク波長の変動幅が異なり、ピーク波長の変動特性は、ヒステリシス曲線を描くと共に、同一試料の温度特性を繰り返し測定した際にデータ値が毎回異なり、温度特性の再現性が認められない。
【００１０】
そこで、ＬｉＴａＯ３基板の入出射面に電荷が発生することを防ぐため、本願出願人は、特願２００２−３５７３５２号において記述しているように、所定の板厚に加工されたＬｉＴａＯ３基板の表面に導電性膜を施し、その導電性膜を電気的に接地して使用することにより、透過特性の変化がヒステリシス曲線を描くことを防止した。
【００１１】
図８は、特願２００２−３５７３５２号に提示したＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタの構造を示す。図８（ａ）は、構造図を示し、図８（ｂ）は、使用方法を示し、ソリッドエタロンフィルタ４は、基板の材料としてＬｉＴａＯ３を使用し、所定の板厚に加工した基板５の入出射面に透明導電性膜６を成膜した後、透明導電性膜６の表面に反射膜７を成膜しており、更に、基板５の周囲側面には導電性膜８を成膜している。そこで、ソリッドエタロンフィルタ4を使用する際は、図８（ｂ）に示す如く導電性膜８を接地する。
このように従来、ＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタにおいては、ＬｉＴａＯ３基板に導電性材料を成膜し、ソリッドエタロンフィルタを電気的に接地することにより温度特性の安定化を図っている。
【特許文献１】特開２００３−２７０４３４号公報
【特許文献２】特願２００２−３５７３５２号
【特許文献３】特開平１１−９２１４７号公報
【特許文献４】特開平１１−２３６２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタは、入出射面に透明な導電性膜を成膜した上で、ＬｉＴａＯ３基板の周囲側面には導電性膜を成膜する必要があり、通常のソリッドエタロンフィルタでは不要な側面コートも必要となることから、製造コストが上昇すると共に、入出射面に透明な導電性膜を成膜することはソリッドエタロンフィルタの設計の自由度が狭められ、問題となっていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、温度特性の優れたＬｉＴａＯ３基板を使用して、周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動特性がヒステリシス曲線を描かず、温度変化に安定なソリッドエタロンフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係わるソリッドエタロンフィルタは、以下の構成をとる。
請求項1に記載のソリッドエタロンフィルタは、所定の板厚に加工した基板の光の入出射面に反射膜を成膜した構造のソリッドエタロンフィルタにおいて、前記基板の材質としてタンタル酸リチウムを用い、該基板の抵抗率を所定値に低減するよう構成する。
【００１４】
請求項２に記載のソリッドエタロンフィルタは、前記基板の材質として二オブ酸リチウムを用い、該基板の抵抗率を所定値に低減するよう構成する。
【００１５】
請求項3に記載のソリッドエタロンフィルタは、前記タンタル酸リチウムを用いた基板の抵抗率が、おおよそ２×１０１１Ω・ｃｍであるよう構成する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１乃至3の発明は、ソリッドエタロンフィルタの基板材質としてタンタル酸リチウム、或いは二オブ酸リチウムを使用し、更に基板の抵抗率を所定値に低下させたので、ソリッドエタロンフィルタに温度変動が生じた際に、ピーク波長の温度特性がヒステリシス曲線を描くことを低減出来ると共に、光学的損失も少なく安定した温度特性が得られ、ソリッドエタロンフィルタを使用する上で、大きな効果を発揮する。
又、基板に施す反射膜として、一般的な誘電体多層膜を用いることが出来るため、設計の自由度が著しく向上すると共に、入出射面の反射膜を電気的に短絡する必要が無いため、側面電極等の付加処理が不用となり、ソリッドエタロンフィルタの低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
一般に、ＳＡＷデバイス等の圧電デバイスに用いられるＬｉＴａＯ３基板は、自発分極の向きを同一方向に整えることによって圧電性を持たせて、ＳＡＷデバイス用の基板として用いられている。
このような汎用的に使用されている分極の方向を整えたＬｉＴａＯ３基板を用いてソリッドエタロンフィルタを構成すると、前述したように周囲温度を変化させると焦電効果現象が生じ、ＬｉＴａＯ３基板の入出射面に電荷が発生して、ソリッドエタロンフィルタのピーク波長の変動特性はヒステリシス曲線を描き、温度変化に不安定なソリッドエタロンフィルタとなり、この対策が必要であった。
【００１８】
そこで、本願発明者は、ＬｉＴａＯ３基板の特性について検討を重ねた結果、分極の方向を整えたＬｉＴａＯ３基板を用いてソリッドエタロンフィルタを構成した際に、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低減させると前述した温度ヒステリシス曲線のヒステリシス幅が改善することを見出した。
本発明においては、ソリッドエタロンフィルタに使用する基板材料として、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低下させたものを使用することが特徴である。
【００１９】
図１は、本発明に係るＬｉＴａＯ３ソリッドエタロンフィルタの実施例を示す構造図である。図１に示すように、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３基板を所定の板厚に加工した基板１０に、光の入出射面に誘電体等からなる反射膜１１を施したものである。又、上述したように基板１０は、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低下させたものを使用している。
【００２０】
次に、ＬｉＴａＯ３基板について、分極方向を整えて向きを同一方向にするということについて図面を用いて説明する。
図２は、ＬｉＴａＯ３基板の分極の様子を説明する図である。図２において、基板１２は結晶材料の初期状態を示し、符号１３は分極の方向を示し、基板１４は、基板１２に所定の熱と電界を印加して分極を同一方向に整えた状態を示す。
【００２１】
次に、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低下させる具体的な手法については、例えば、特開平１１−９２１４７号公報、特開平１１−２３６２９８号公報等において提示されている如く、酸素還元処理が一般的である。
そこで、本願発明者は、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を低下させた基板を用い、ソリッドエタロンフィルタの周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動特性が呈する温度ヒステリシス特性を調査したところ、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率を２×１０７Ω・ｃｍ〜２×１０１１Ω・ｃｍ程度にした際に、温度ヒステリシス特性を改善できることを見出した。
【００２２】
このようなＬｉＴａＯ３基板は、通称ブラックＬＴと呼ばれている基板であって、ＳＡＷフィルタ等でアルミ電極パターンＩＤＴの焦電破壊による歩留まりの低下を回避するウエハとして一般に流通しているものである。このブラックＬＴは、可視光領域においては、黒色不透明であるが、本ソリッドエタロンフィルタが用いられるＤＷＤＭ通信の波長帯域である１５００ｎｍ近辺においては光学損失の少ないものである。
【００２３】
次に、ブラックＬＴを使用したソリッドエタロンフィルタについて、周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動特性を示す。
図３は、本発明に係わるソリッドエタロンフィルタの温度−ピーク波長変動特性例を示すグラフであり、図３（ａ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約２×１０１１Ω・ｃｍの場合を示し、図３（ｂ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約７×１０８Ω・ｃｍの場合を示し、図３（ｃ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が２×１０７Ω・ｃｍの場合を示す。図3に示す如く夫々の温度−ピーク波長変動特性例は、殆どヒステリシス曲線を描くことは無く、本発明の目的を達成していることがわかる。
【００２４】
一方、ブラックＬＴは、一般的に酸素還元処理により結晶内の自由電子を増加させているため、光学用途で使用する場合は、使用する波長帯域やソリッドエタロンフィルタの仕様により酸素還元量を最適化する必要がある。例えば、ＬｉＴａＯ３基板の酸素還元量を増加させると周知の如く抵抗率は小さくなるものの、光学的損失が増加する。ソリッドエタロンフィルタの波長安定化モジュールへの応用を考慮すると、光学的損失の増加や、温度変化に於ける光学的損失の変動は好ましくない。
【００２５】
図４は、本発明に係わるソリッドエタロンフィルタの温度−ピーク波長における損失特性例を示すグラフであり、図４（ａ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約２×１０１１Ω・ｃｍの場合を示し、図４（ｂ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約７×１０８Ω・ｃｍの場合を示し、図４（ｃ）はＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が２×１０７Ω・ｃｍの場合を示す。図４に示す如く、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約２×１０１１Ω・ｃｍの場合に比べて、光学損失の変動幅は、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が約７×１０８Ω・ｃｍの場合に２倍程度、ＬｉＴａＯ３基板の抵抗率が２×１０７Ω・ｃｍの場合に6倍程度増加すると共に、温度に対する光学的損失も増加しており、このことから本ソリッドエタロンフィルタの基板として使用できるのは、抵抗率が約２×１０１１Ω・ｃｍが限界であり、それ以上抵抗率を低減することは得策でない。
【００２６】
従って、本発明においては、ＬｉＴａＯ３基板を酸素還元処理等を用いて抵抗率を約２×１０１１Ω・ｃｍに最適化することが望ましく、その結果、本発明におけるＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタの波長ピークの温度変動は、約２ｐｍ／°Ｃとなり高い温度安定性を示す。
【００２７】
又、本発明におけるソリッドエタロンフィルタにおいては、ＬｉＴａＯ３基板の入出射面に施す反射膜として、一般的な誘電体多層膜を用いることが出来るため、設計の自由度が著しく向上する。更に、従来例の如く入出射面の反射膜を電気的に短絡する必要が無いため、側面電極等の付加処理が不用となり、ソリッドエタロンフィルタの低コスト化が可能となる。
【００２８】
尚、本発明の実施例においては、ソリッドエタロンフィルタの基板材料としてＬｉＴａＯ３基板を用いて説明したが、基板材料としては、他に、ニオブ酸リチウム基板を使用することも出来、基板の抵抗率を所定の数値に最適化することにより、所望の温度特性を呈するソリッドエタロンフィルタを構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタの実施例を示す構造図である。
【図２】ＬｉＴａＯ３基板の分極の様子を説明する図である。
【図３】本発明に係わるソリッドエタロンフィルタの温度−ピーク波長変動特性例を示すグラフである。
【図４】本発明に係わるソリッドエタロンフィルタの温度−ピーク波長における損失特性例を示すグラフである。
【図５】従来のソリッドエタロンフィルタの構造を示す図である。
【図６】ソリッドエタロンフィルタの波長選択特性の一例である。
【図７】従来のＬｉＴａＯ３を使用したソリッドエタロンフィルタの周囲温度を変化させた際のピーク波長の変動例を示すグラフである。
【図８】特願２００２−３５７３５２号に提示したＬｉＴａＯ３基板を使用したソリッドエタロンフィルタの構造を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１・・ソリッドエタロンフィルタ、      ２・・基板、
３・・反射膜、                        ４・・ソリッドエタロンフィルタ、
５・・基板、                          ６・・反射膜、
７・・透明導電性膜、                  ８・・導電性膜、
９・・ソリッドエタロンフィルタ、    １０・・基板、
１１・・反射膜、                      １２・・基板、
１３・・分極、                        １４・・基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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