(57)【要約】【課題】  導波路を用いて、対向する２つの導光体開口の間に波長選択多層膜フィルタを挿入した光波長選択回路の実用化が検討されている。しかし、光波長選択回路の損失が大きいのみならず、その製品毎のバラツキが極めて大きく、製造コストも高く、量産にはほど遠い状態にあった。そして、この原因は正確には把握されておらず、多層膜フィルタと光波長選択回路の試行錯誤的な方法による改善が試みられていた。【解決手段】  透過光の軸シフトを従来のスネルの法則による軸シフトに、１３００ｎｍと１４００ｎｍの波長の時は１．８〜２．７μｍ加えた軸シフトにし、波長が１５００ｎｍの時は３．２〜４．１μｍ加えた軸シフトにして解決した。【選択図】  図６
2008076815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光線（以下、入射ビームともいう）が入射するフィルタの面ならびに前記入射ビームが当該フィルタから出射するフィルタの面をフィルタ面と定義し、
層Ｈと定義する屈折率が相対的に高い方の層である層Ｈと、層Ｌと定義する屈折率が相対的に低い方の層である層Ｌをそれぞれ単層膜と定義して、
フィルタのフィルタ面に入射する波長が所定の波長より短い波長の光を透過し、前記所定の波長より長い波長の光を反射させるエッジフィルタであって、前記エッジフィルタの反射波長域の波長が１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの第１の波長帯にある波長がλａの入射光を、波長が１５５０ｎｍのＰ偏波の入射光を透過率が−３０ｄＢであるように反射し、前記エッジフィルタの透過波長域の波長が１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの第２の波長帯にある波長がλｔ１の入射光と前記エッジフィルタの透過波長域にある波長が１３８０ｎｍ〜１５００ｎｍの第３の波長帯の波長がλｔ２の入射光（以下、特に区別していう場合を除いて、前記波長がλｔ１の入射光と波長がλｔ２の入射光を透過波長域にある波長として総称して波長がλｂの入射光ともいう）を損失が−１ｄＢ以内で透過する特性のエッジフィルタとしての機能を有する多層膜を有する多層膜エッジフィルタ（以下、多層膜フィルタともいう）において、
前記多層膜フィルタは、その主要部分が、主として、単層膜層Ｈと単層膜層Ｌを交互に多数回重ねてフィルタ機能を有するように形成されており、
前記多層膜フィルタをその周囲媒質としての屈折率がｎ（０）の接着剤などの周囲媒質中において、層Lの屈折率をｎ（Ｌ）、層Hの屈折率をｎ（Ｈ）、フィルタ基板の屈折率をｎ（Ｓ）、前記多層膜を形成する層L全層の物理厚さをｔ（Ｌ）、層H全層の物理厚さをｔ（Ｈ）、基板の物理厚さをｔ（Ｓ）、フィルタ面の入射点における入射ビームの入射角をθとし、
前記多層膜フィルタの媒質換算厚みＴを
Ｔ＝ｔ（Ｈ）・ｎ（０）／ｎ（Ｈ）＋ｔ（Ｌ）・ｎ（０）／ｎ（Ｌ）
とし、
前記入射ビームの光軸とそれが前記多層膜フィルタを透過して出射するビームの光軸との間の軸シフトをδ（２）とし、
軸シフトδ（２）を前記多層膜フィルタに入射したビームが出射する前記多層膜フィルタの出射側のフィルタ面において、入射光の入射面との交線上における前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と前記出射側のフィルタ面との交点と前記多層膜フィルタを透過して出射するビームと前記出射側のフィルタ面との交点との距離によって表わすことにし、
出射側のフィルタ面において、前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と出射側フィルタ面との交点から前記入射点における前記フィルタ面の面法線と出射側フィルタ面の交点に向かう方向を前記軸シフトの負の値となる方向として、
軸シフトδ（１）を、前記多層膜フィルタが基板を有しないときはｔ（Ｓ）＝０として、
δ（１）＝ｎ（０）ｔａｎθ｛ｔ（Ｌ）〔１／ｎ（Ｌ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｈ）〔１／ｎ（Ｈ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｓ）〔１／ｎ（Ｓ）−１／ｎ（０）〕｝
とするとき、
前記多層膜フィルタがＴａ２Ｏ５を主とする層ＨとＳｉＯ２を主とする層Ｌの総数が６５〜７１層から成る多層膜を有しており、基板がフッ素化ポリイミドから成る多層膜フィルタであるとき、
θ＝８°で入射した入射ビームに対する軸シフトδ（２）が、λｂが１３００ｎｍの入射ビームとλｂが１４００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（１．８〜２．７）μｍであり、λｂが１５００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（３．２〜４．１）μｍであることを特徴とする多層膜エッジフィルタ。
【請求項２】
光ファイバや光導波路などの導光路に多層膜エッジフィルタを光路に対してフィルタ面を傾斜させて挿入して成る光波長選択回路において、
前記多層膜エッジフィルタは、その反射波長域の波長が１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの第１の波長帯にある波長がλａの入射光を、波長が１５５０ｎｍのＰ偏波の入射光を透過率が−３０ｄＢであるように反射し、前記エッジフィルタの透過波長域の波長が１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの第２の波長帯にある波長がλｔ１の入射光と前記エッジフィルタの透過波長域にある波長が１３９０ｎｍ〜１５００ｎｍの第３の波長帯の波長がλｔ２の入射光（以下、特に区別していう場合を除いて、前記波長がλｔ１の入射光と波長がλｔ２の入射光を透過波長域にある波長として総称して波長がλｂの入射光ともいう）を損失が−１ｄＢ以内で透過する特性のエッジフィルタとしての機能を有する多層膜を有する多層膜エッジフィルタ（以下、多層膜フィルタともいう）であり、
前記多層膜フィルタは、その主要部分が、主として、単層膜層Ｈと単層膜層Ｌを交互に多数回重ねてフィルタ機能を有するように形成されており、
前記多層膜フィルタをその周囲媒質としての屈折率がｎ（０）の接着剤などの周囲媒質中において、層Lの屈折率をｎ（Ｌ）、層Hの屈折率をｎ（Ｈ）、フィルタ基板の屈折率をｎ（Ｓ）、前記多層膜を形成する層L全層の物理厚さをｔ（Ｌ）、層H全層の物理厚さをｔ（Ｈ）、基板の物理厚さをｔ（Ｓ）、フィルタ面の入射点における入射ビームの入射角をθとし、
前記多層膜フィルタの媒質換算厚みＴを
Ｔ＝ｔ（Ｈ）・ｎ（０）／ｎ（Ｈ）＋ｔ（Ｌ）・ｎ（０）／ｎ（Ｌ）
とし、
前記入射ビームの光軸とそれが前記多層膜フィルタを透過して出射するビームの光軸との間の軸シフトを前記多層膜フィルタに入射したビームが出射する前記多層膜フィルタの出射側のフィルタ面において、入射光の入射面との交線上における前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と前記出射側のフィルタ面との交点と前記多層膜フィルタを透過して出射するビームと前記出射側のフィルタ面との交点との距離によって表わすことにし、
出射側のフィルタ面において、前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と出射側フィルタ面との交点から前記入射点における前記フィルタ面の面法線と出射側フィルタ面の交点に向かう方向を前記軸シフトの負の値となる方向として、
軸シフトδ（１）を、前記多層膜フィルタが基板を有しないときはｔ（Ｓ）＝０として、
δ（１）＝ｎ（０）ｔａｎθ｛ｔ（Ｌ）〔１／ｎ（Ｌ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｈ）〔１／ｎ（Ｈ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｓ）〔１／ｎ（Ｓ）−１／ｎ（０）〕｝
とするとき、
前記多層膜フィルタがＴａ２Ｏ５を主とする層ＨとＳｉＯ２を主とする層Ｌの総数が６５〜７１層から成る多層膜を有しており、基板がフッ素化ポリイミドから成る多層膜フィルタであるとき、
前記光波長選択回路が、前記光波長選択回路における前記多層膜フィルタに入射する入射ビームの入射角θが８〜９°のときの軸シフトがδ（１）＋（２〜４）μｍであるように前記多層膜フィルタの入射側と出射側の光路に軸シフトを与えている回路であることを特徴とする光波長選択回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の特定波長の光を反射し第２の特定波長の光を透過するというような光フィルタ機能を有する多層膜を用いた波長選択多層膜エッジフィルタ（以下、単に、多層膜フィルタあるいはフィルタともいう）ならびにそれを用いた損失が改善された光波長選択回路に関する。
【０００２】
なお、本発明の多層膜フィルタの効果を明確にするため、以下の説明は、光波長選択回路に多層膜フィルタを使用した状態について説明し、合わせて本発明の多層膜フィルタの説明とすることもある。
【背景技術】
【０００３】
光通信は近年のブロ−ドバンドの要求により幹線系−メトロ系−アクセス系へと利用技術範囲を広げている。メトロ系から加入者に繋がるアクセス系では、加入者系の波長多重システムが導入され、そこではコスト低減と小型化のため、レンズなしで導波路や光ファイバからの光をフッ素化ポリイミド（以下、単に、ポリイミドともいう）薄膜を基板として、その上にフィルタ用の多層膜を形成したフッ素化ポリイミドフィルタ（単に、ポリイミドフィルタともいう）と呼ばれているフィルタによって透過あるいは反射させる光波長選択回路（波長合分波器ともいう）が提案されている。  ポリイミドフィルタについては、たとえば、特開平４−２１１２０３（特許第２６０８６３３号）（以下、特許文献１ともいう）にその特徴と製造方法が詳しく述べられている。
【０００４】
幹線系−メトロ系に用いる光波長選択回路は、扱う波長間隔が狭いことなどにより高性能なものが必要とされている。
【０００５】
図１４は従来の光ファイバコリメータ（以下、光ファイバのことを単にファイバともいう）を用いた光波長選択回路を説明するための図である。図１４において、符号２０８は光波長選択回路、２０１および２０２は２芯光ファイバコリメータ２０３のファイバ芯線、２０４および２０６はレンズ、２０５はフィルタ、２０７は光ファイバ芯線である。
【０００６】
図１４において、レンズ２０４の焦点の付近にフィルタ２０５が配置されている。２芯光ファイバコリメータ２０３の一方のファイバ芯線２０２を伝送されてその端面から発散された光はレンズ２０４によって平行光にされた後に、その波長に応じてレンズ２０４の焦点付近に設置されたフィルタ２０５によって反射または透過される。透過光はレンズ２０６で光ファイバ芯線２０７に結合し、反射光は再びレンズ２０４を通過した後、光軸と平行に戻り、２芯光ファイバコリメータ２０３の他方の光ファイバ芯線２０１に光結合するように各光学系が配置されている。この際のフィルタ２０５を置く位置精度を見積もると、例えば光ファイバの開口数（以下、ＮＡともいう）が０．１、２芯光ファイバコリメータの光ファイバ芯線２０２と光ファイバ芯線２０１の中心間距離を１２５μｍ、レンズ２０４の焦点距離ｆを１．８ｍｍとしたとき、フィルタ２０５を置く位置の誤差を±１ｍｍとしても、光ファイバ芯線２０２と光ファイバ芯線２０１の間の損失は０．２ｄＢ程度で、フィルタ２０５の基板を除いた部分の厚さ１０〜２０μｍは、この範囲に十分に収まり、したがって、フィルタ２０５を置く位置の精度は全く問題にされていなかった。もちろん、衆知のように、実際の組み立て作業では、フィルタ２０５を置く位置の精度よりもフィルタの配置角度が反射損失に大きく作用する。
【０００７】
図１５は従来の光導波路（以下、単に、導波路ともいう）を用いた光波長選択回路を説明するための図で、ポリイミドフィルタを用いており、レンズを用いていない例である。
【０００８】
図１５において、符号２１０は光波長選択回路、２１１，２１２，２１６は光導波路のコア部、２１１ａ，２１２ａ，２１６ａはそれぞれコア部２１１，２１２，２１６の中心線、２１３はポリイミド薄膜を用いた多層膜フィルタ、２１３ａはポリイミドフィルタ２１３のフィルタ機能を有する多層膜、２１３ｂはフッ素化ポリイミド膜で形成されている基板、２１４は光波長選択回路２１０に用いているポリイミドフィルタ２１３の入射側のフィルタ面としての多層膜のフィルタ面、２１５ａ〜２１５ｃは信号光の向きを説明するための矢印、２１７は接着剤である。
【０００９】
図１５で、光導波路のコア部２１１内を、前記のように進行してきた信号光は、フィルタ２１３によって透過または反射されて光導波路のコア部２１６または２１２に入射される。
【００１０】
しかし、レンズ無しでフッ素化ポリイミドフィルタ２１３を用いる光導波路を用いた光波長選択回路では、入射光ビームに対して所定角度だけ傾斜させて配置したフィルタ２１３に、コア部２１１からの光ビ−ムを直接当てるので、ビ−ム径はモ−ド径であるおおよそ１０μm程度の細さであり、フィルタ２１３で反射域の波長を有する入射光のフィルタ２１３での反射面が、たとえば、多層膜２１３ａの前面であるとするか後面であるとするかによって、反射光とそれを受けるコア部２１２との間に軸ずれを生じ、損失の増大を招く。
【００１１】
すなわち、反射面を図１５の多層膜２１３ａのフィルタ面２１４の位置である多層膜の前面と仮定して接着固定した場合には、実際の反射面が、仮に前面と後面の中間の位置であったときとの大きな損失差が生じてしまう。例えば、分岐角を１６度として、フィルタの周囲媒質（接着剤）換算厚さを１０μmとすると、実際の反射面が、仮に前面と後面の中間の位置であったときとの前記損失差は理想的な計算値でも約０．４ｄＢとなる。
【００１２】
ポリイミドフィルタに関しては、前記のように、たとえば特許文献１に詳述されているので、ここでの詳しい記述は省略するが、ポリイミドフィルタは、たとえばＢＫ−７ガラス（ドイツ国、ショット社の商品名）のような材料を用いた仮基板の上に、熱膨張の比較的小さい特性を有するフッ素化ポリイミドの薄膜（たとえば、厚さ５μｍ）を形成し、このフッ素化ポリイミドの薄膜の上に誘電体多層膜を形成し、その後前記仮基板から、上に誘電体多層膜を形成してあるフッ素化ポリイミドの薄膜を誘電体多層膜を付けた状態で剥離し、フッ素化ポリイミドの薄膜を基板とする誘電体多層膜フィルタを構成するようにしたものである。
【００１３】
このポリイミドフィルタは、基板を含めたフィルタ全体の厚みを薄くすることができ、光導波路の切断面に接着するなどして前記のような光波長選択回路を形成するなど、これからの有望な光部品として期待されている。
【００１４】
しかし、その活用は著についたばかりで、たとえば図１５のフィルタでは、透過波長域と反射波長域のリップルを小さくするとともに前記両波長域の境界部分のカットオフ特性をシャープにするなど、良好なフィルタ特性の実現が一つの重要な課題になっている。
【００１５】
前記透過波長域と反射波長域のリップルを小さくするなど、フィルタ特性を良くすることに関しては、たとえば、李正中著、（株）アルバック訳、アグネ技術センター発行、光学薄膜と成膜技術（２００２年９月２５日発行）、の１７８〜１８３ページ（以下、非特許文献１ともいう）に記載されている。
【００１６】
多層膜フィルタは、衆知のように、層Ｈと定義する屈折率が比較的高い方の層である層Ｈと、層Ｌと定義する屈折率が比較的低い方の層である層Ｌをそれぞれ単層積層膜と定義すると、基本的には膜厚が、物理的厚さ×屈折率である光路長で表現した、設計基準波長の１／４（４分の１）の屈折率の高い方の単層積層膜と屈折率の低い方の単層積層膜とを交互に積層した組合せ層で構成するが、前記リップルを少なくするなどフィルタ特性を良くするために多くの改善が施されている。リップルを少なくする一つの方法として、前記非特許文献１に記されているように、多層膜の表面と裏面の近傍の単層積層膜の膜厚を１／４波長からずらす方法が知られている。しかし、この方法は実験的には適用できるが、実際に製造してみた結果から、フィルタ特性への要求が高まるにつれて、この方法を単に当てはめただけでは、フィルタ特性が製品としての仕様を満たすことができず、そこに多くの改善、工夫が要求されているのが現状である。
【００１７】
そして、フィルタにおける微妙な反射の条件は、本発明の発明者等が提案しているが、まだ大きな問題にされない状態でポリイミドフィルタが導波路に応用されはじめている。
【００１８】
また、透過に関しても、フィルタにおける微妙な透過の条件は、本発明の発明者等が提案しているが、まだ大きな問題にされない状態でポリイミドフィルタが導波路に応用されはじめている。
【００１９】
そして、利用する側のシステムの都合から、光波長選択回路全体の損失を低減させることが要求されている。
【００２０】
フィルタを使用する光導波路については、たとえば、”ポリマ光導波路設計技術”（増田  宏、柴田智章、井戸立身、高橋  誠著、２００２年７月発行の日立化成テクニカルレポートＮｏ．３９の３７〜４０ページ）（以下、非特許文献２ともいう）に波長選択フィルタを使用した例について記載されている。
【００２１】
図１６と図１７は非特許文献２に記載された従来の光導波路を説明する図で、図１６は波長が１．３μｍの光を反射し、１．５５μｍの光を透過するＬＰＦ（Ｌｏｎｇ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を使用した例であり、図１７は波長が１．３μｍの光を透過し、１．５５μｍの光を反射するＳＰＦ（Ｓｈｏｒｔ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を使用した例である。
【００２２】
図１６と図１７で、符号２３０は波長選択フィルタとしてのＬＰＦを挿入した光導波路、２５０は波長選択フィルタとしてのＳＰＦを挿入した光導波路、２３１はＬＰＦ、２５１はＳＰＦ、２３２〜２３４と２５２〜２５４は光導波路のコア部、２３５〜２３８と２５５〜２５８は光の進行を説明するための矢印である。
【００２３】
図１６で、導波路２３２を矢印２３５の方向に進行する波長が１．３μｍの光はＬＰＦ２３１で反射されて導波路２３３を矢印２３６の方向に進行し、導波路２３３を矢印２３７の方向に進行する波長が１．５５μｍの光はＬＰＦ２３１を透過して導波路２３４を矢印２３８の方向に進行する。
【００２４】
図１７で、導波路２５２を矢印２５５の方向に進行する波長が１．５５μｍの光はＳＰＦ２５１で反射されて導波路２５３を矢印２５６の方向に進行し、導波路２５３を矢印２５７の方向に進行する波長が１．３μｍの光はＳＰＦ２５１を透過して導波路２５４を矢印２５８の方向に進行する。
【００２５】
図１６と図１７で、フィルタはフッ素化ポリイミドフィルムを基板に用いた誘電体多層膜フィルタで、フィルタ全体の厚みは１４〜１６μｍである。また、導波路の設計上の注意点としては、分岐位置にはフィルタの屈折率を考慮し、光路にオフセットを設けてある。コアサイズは６．５μｍ×６．５μｍ、コアとクラッドの比屈折率差は０．４％、曲がり導波路はｒａｉｓｅｄ  ｓｉｎｅ曲線とし、曲がりによる光の放射損失が０．１ｄＢ以下になるように設計が行われている。
【００２６】
そして、非特許文献２では、光波長選択回路の特性を大きく左右する要因の一つがフィルタ挿入溝の加工位置精度であると指摘している。そのシミュレーションの結果によると、反射損失の増加を０．２ｄＢ以内に押さえるにはフィルタ挿入溝のダイシング加工の位置ズレを±４μｍ以内にする必要があるとしている。
【００２７】
非特許文献２における実験の結果として、フィルタとしてＬＰＦを使用した図１６の場合、導波路２３２を進行してきた波長１．３μｍの入射光をフィルタ２３１で反射させ導波路２３３へ進行させたときの損失が１．５ｄＢ、偏波依存損失ＰＤＬが０．４０ｄＢ、導波路２３３を進行してきた波長１．５５μｍの入射光をフィルタ２３１を透過させ導波路２３４へ進行させたときの損失が１．４ｄＢ、ＰＤＬが０．１２ｄＢであり、フィルタとしてＳＰＦを使用した図１７の場合、導波路２５２を進行してきた波長１．５５μｍの入射光をフィルタ２５１で反射させ導波路２５３へ進行させたときの損失が１．６ｄＢ、偏波依存損失ＰＤＬが０．１６ｄＢ、導波路２５３を進行してきた波長１．３μｍの入射光をフィルタ２５１を透過させ導波路２５４へ進行させたときの損失が１．２ｄＢ、ＰＤＬが０．２５ｄＢであったと報告されている。
【００２８】
しかし、図１６，図１７のような構成の導波路を多数製造すると、損失が大きいだけでなくそのバラツキが大きく、光波長選択回路に実用できるレベルではなく、その一層の改善が要求されている。そして、損失が大きい原因とそのバラツキの原因は正確に知られていない。
【００２９】
図１６と図１７では、導波路の設計上の注意点としては、分岐位置にはフィルタの屈折率を考慮し、光路にオフセットを設けてあることが記載されており、曲がり導波路はｒａｉｓｅｄ  ｓｉｎｅ曲線としたことが記載されている。しかし、オフセットの内容については詳細が不明である。そこで、衆知のスネルの法則に基づくオフセットについて以下に記す。
【００３０】
図１８は、図１６と図１７のようなフィルタを挿入した光導波路におけるフィルタ挿入部分での光路における屈折率の変化による光路の変化を考慮したスネルの法則に基づく光路のシフト、すなわちオフセットについて説明する図で、物理寸法表示で示した図である。
【００３１】
図１８で、符号５３０は基板５３３の上に、厚みが４分の１波長で屈折率が比較的高い層（層Ｈ）と屈折率が比較的低い層（層Ｌ）を交互に積層して作成した誘電体多層膜フィルタで透過光の入射側のフィルタ面５４５と出射側のフィルタ面５４６をそのまま表示し、入射側のフィルタ面５４５と基板５３３の間の積層膜の層Ｈだけを集めて書いた層Ｈの集合５３１と層Ｌだけを集めて書いた層Ｌの集合５３２に分けて示した図であり、５３６は入射ビーム、５３５は入射ビーム５３６が入射した位置における入射側のフィルタ面５４５の法線、５３７〜５４０は入射ビーム５３６に沿って進行してきた入射ビームがフィルタ５３０に入射してからの光路、５３６ａは入射ビーム５３６の幾何学的延長線、θ１〜θ５は入射光ビーム５３６およびそのフィルタ５３０に入射してからの光路５３７〜５４０と法線５３５とのなす角、５４７と５４８は矢印、ｄ１は入射ビームが入射側のフィルタ面５４５からフィルタに入射して屈折してフィルタ内を進行し、フィルタの出射側のフィルタ面５４６から出射するとしたときの出射点（出射位置ともいう）と出射側のフィルタ面５４６と点線５３６ａの交点との距離、５５０は入射光の入射点、５５１は出射光の出射点、５５２は点線５３６ａと出射側のフィルタ面５４６の交点である。
【００３２】
フィルタ５３０は、実際には前記のように基板の上に層Ｌと層Ｈを交互に積層して形成されているが、オフセットを説明する都合上、理論的に結果は同じなので、層Ｈは層Ｈだけで集合させて図示し、層Ｌは層Ｌだけで集合させて図示して入射光のフィルタ内での屈折による進行を説明するのに便利なように図示してある。
【００３３】
図１８で、矢印５４７の方向へ進行してきた入射ビーム５３６に沿って進行してきた入射ビームはフィルタ５３０に入射し、フィルタ５３０を構成する層Ｈ全体によって屈折させられて光路５３７へ進行し、フィルタ５３０を構成する層Ｌ全体によって屈折させられて光路５３８へ進行し、基板５３３によって屈折させられて光路５３９に進行し、出射側の出射側のフィルタ面５４６から出射して光路５４０を矢印５４８の方向へ進行するとして取り扱うことができる。すなわち、フィルタ５３０がない場合には点線５３６ａのように進行するが、フィルタ５３０がある場合は、フィルタ５３の入射点５５０に入射した光は、フィルタ５３０の屈折率の作用で屈折した光路５３７〜５４０を進行したとして取り扱うことができ、点線５３６ａと出射側のフィルタ面５４６の交点５５２から距離ｄ１だけ離れた位置にある出射点５５１から出射する。この各層での屈折はスネルの法則に従う。
【００３４】
しかし、実際にフィルタを用いて図１６や図１７のような導波路を作成すると、各伝送光の損失が大きくなることが多く、損失のバラツキが大きくなることが多い。この問題は、フィルタを挿入する部分にコリメートレンズを用いる場合には、特に取り上げられる大きな問題になっていないが、レンズ無しでフッ素化ポリイミドフィルタを用いる従来の導波路の場合は重大な問題になっている。
【００３５】
そこで、実際には、レンズ無しでフッ素化ポリイミドフィルタを用いる従来の光波長選択回路では、たとえば、導波路のポリイミドフィルタを挿入する部分のダイシングカット位置を多少変えたものを何通りも作成しておき、最小損失の位置を探すために、組立工程において、様々な技法により試行錯誤を繰り返して損失を測定しながら試作テストを行い、最小損失の位置を決定して、その状態でポリイミドフィルタと導波路を接着する接着剤を硬化させて光波長選択回路を構成していた。このような製造工程では、製造に非常に手間がかかり、同時に多数の試作品を作らなければならないので、製造コストが極めて高くなってしまっていた。さらに、接着剤の厚さなどにも影響されやすいため、均質な性能を示す光波長選択回路の作成は困難であった。
【００３６】
【特許文献１】特開平４−２１１２０３（特許第２６０８６３３号）
【非特許文献１】李正中著，（株）アルバック訳，アグネ技術センター発行，光学薄膜と成膜技術（２００２年９月２５日発行），ｐｐ．１７８〜１８３
【非特許文献２】増田  宏，柴田智章，井戸立身，高橋  誠，”ポリマ光導波路設計技術”，日立化成テクニカルレポートＮｏ．３９，ｐｐ．３７〜４０，２００２年７月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
以上説明したように、フッ素化ポリイミドフィルタに代表される基板に形成した薄膜を使用する多層膜フィルタや多層膜だけで用いる多層膜フィルタの場合、フィルタ全体の厚みが薄く、導波路などの光波長選択回路への利用が期待されている。
【００３８】
以上の説明からも推察できるように、フィルタ特性として、たとえばエッジフィルタでは透過波長域におけるリップルや透過波長域と反射波長域の境界のシャープさなどが大きな課題とされている。しかし、それを用いる光回路、たとえば光波長選択回路の対向して配置された導光体の開口部間に多層膜フィルタを挟んで使用しようとすると、光波長選択回路としての損失とそのバラツキが大きく、まだ実用域に達していないというのが現状である。そして、それらを小さくするための課題はまだ解決されとはいえない。
【００３９】
多層膜フィルタの透過光と出射光の間の軸シフトに関しては本発明の発明者等による提案などわずかになされているが、これからさらなる改善が望まれている。
【００４０】
前記のように、従来のフッ素化ポリイミドフィルタを用いた光波長選択回路は、その製造コストが高く、損失が最小損失よりもかなり大きくなるのみならず、損失特性のバラツキが大きく、本格的実用化に対しては、解決すべき大きな障害があった。
【００４１】
このため、光波長選択回路に使用する、損失が少なく、ＰＤＬが小さく、損失特性とＰＤＬ特性のバラツキの少ない多層膜フィルタの実現が強く望まれている。
【００４２】
本発明は、このような点に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、上記の問題を解決して、多層膜フィルタを使用して損失が最小損失となるような光波長選択回路を量産に適した状態で提供することができるような多層膜フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明の多層膜フィルタとそれを用いた光回路の特徴の一つは、出射ビームの位置をより一層正確に管理した多層膜フィルタを作成し、入射光と出射光の間の軸シフト設定の一層高め、光回路に挿入した多層膜フィルタによる損失を低減したことである。
【００４４】
前記課題を解決するためになされた本発明の例としての第１の発明（以下、発明１ともいう）は、入射光線（以下、入射ビームともいう）が入射するフィルタの面ならびに前記入射ビームが当該フィルタから出射するフィルタの面をフィルタ面と定義し、層Ｈと定義する屈折率が相対的に高い方の層である層Ｈと、層Ｌと定義する屈折率が相対的に低い方の層である層Ｌをそれぞれ単層膜と定義して、フィルタのフィルタ面に入射する波長が所定の波長より短い波長の光を透過し、前記所定の波長より長い波長の光を反射させるエッジフィルタであって、前記エッジフィルタの反射波長域の波長が１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの第１の波長帯にある波長がλａの入射光を、波長が１５５０ｎｍのＰ偏波の入射光を透過率が−３０ｄＢであるように反射し、前記エッジフィルタの透過波長域の波長が１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの第２の波長帯にある波長がλｔ１の入射光と前記エッジフィルタの透過波長域にある波長が１３８０ｎｍ〜１５００ｎｍの第３の波長帯の波長がλｔ２の入射光（以下、特に区別していう場合を除いて、前記波長がλｔ１の入射光と波長がλｔ２の入射光を透過波長域にある波長として総称して波長がλｂの入射光ともいう）を損失が−１ｄＢ以内で透過する特性のエッジフィルタとしての機能を有する多層膜を有する多層膜エッジフィルタ（以下、多層膜フィルタともいう）において、前記多層膜フィルタは、その主要部分が、主として、単層膜層Ｈと単層膜層Ｌを交互に多数回重ねてフィルタ機能を有するように形成されており、
前記多層膜フィルタをその周囲媒質としての屈折率がｎ（０）の接着剤などの周囲媒質中において、層Lの屈折率をｎ（Ｌ）、層Hの屈折率をｎ（Ｈ）、フィルタ基板の屈折率をｎ（Ｓ）、前記多層膜を形成する層L全層の物理厚さをｔ（Ｌ）、層H全層の物理厚さをｔ（Ｈ）、基板の物理厚さをｔ（Ｓ）、フィルタ面の入射点における入射ビームの入射角をθとし、
前記多層膜フィルタの媒質換算厚みＴを
Ｔ＝ｔ（Ｈ）・ｎ（０）／ｎ（Ｈ）＋ｔ（Ｌ）・ｎ（０）／ｎ（Ｌ）
とし、
前記入射ビームの光軸とそれが前記多層膜フィルタを透過して出射するビームの光軸との間の軸シフトをδ（２）とし、
軸シフトδ（２）を前記多層膜フィルタに入射したビームが出射する前記多層膜フィルタの出射側のフィルタ面において、入射光の入射面との交線上における前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と前記出射側のフィルタ面との交点と前記多層膜フィルタを透過して出射するビームと前記出射側のフィルタ面との交点との距離によって表わすことにし、
出射側のフィルタ面において、前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と出射側フィルタ面との交点から前記入射点における前記フィルタ面の面法線と出射側フィルタ面の交点に向かう方向を前記軸シフトの負の値となる方向として、
軸シフトδ（１）を、前記多層膜フィルタが基板を有しないときはｔ（Ｓ）＝０として、
δ（１）＝ｎ（０）ｔａｎθ｛ｔ（Ｌ）〔１／ｎ（Ｌ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｈ）〔１／ｎ（Ｈ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｓ）〔１／ｎ（Ｓ）−１／ｎ（０）〕｝
とするとき、
前記多層膜フィルタがＴａ２Ｏ５を主とする層ＨとＳｉＯ２を主とする層Ｌの総数が６５〜７１層から成る多層膜を有しており、基板がフッ素化ポリイミドから成る多層膜フィルタであるとき、
θ＝８°で入射した入射ビームに対する軸シフトδ（２）が、λｂが１３００ｎｍの入射ビームとλｂが１４００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（１．８〜２．７）μｍであり、λｂが１５００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（３．２〜４．１）μｍであることを特徴とする多層膜エッジフィルタである。
【００４５】
前記課題を解決するためになされた本発明の例としての第２の発明（以下、発明２ともいう）は、光ファイバや光導波路などの導光路に多層膜エッジフィルタを光路に対してフィルタ面を傾斜させて挿入して成る光波長選択回路において、前記多層膜エッジフィルタは、その反射波長域の波長が１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの第１の波長帯にある波長がλａの入射光を、波長が１５５０ｎｍのＰ偏波の入射光を透過率が−３０ｄＢであるように反射し、前記エッジフィルタの透過波長域の波長が１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの第２の波長帯にある波長がλｔ１の入射光と前記エッジフィルタの透過波長域にある波長が１３９０ｎｍ〜１５００ｎｍの第３の波長帯の波長がλｔ２の入射光（以下、特に区別していう場合を除いて、前記波長がλｔ１の入射光と波長がλｔ２の入射光を透過波長域にある波長として総称して波長がλｂの入射光ともいう）を損失が−１ｄＢ以内で透過する特性のエッジフィルタとしての機能を有する多層膜を有する多層膜エッジフィルタ（以下、多層膜フィルタともいう）であり、前記多層膜フィルタは、その主要部分が、主として、単層膜層Ｈと単層膜層Ｌを交互に多数回重ねてフィルタ機能を有するように形成されており、前記多層膜フィルタをその周囲媒質としての屈折率がｎ（０）の接着剤などの周囲媒質中において、層Lの屈折率をｎ（Ｌ）、層Hの屈折率をｎ（Ｈ）、フィルタ基板の屈折率をｎ（Ｓ）、前記多層膜を形成する層L全層の物理厚さをｔ（Ｌ）、層H全層の物理厚さをｔ（Ｈ）、基板の物理厚さをｔ（Ｓ）、フィルタ面の入射点における入射ビームの入射角をθとし、
前記多層膜フィルタの媒質換算厚みＴを
Ｔ＝ｔ（Ｈ）・ｎ（０）／ｎ（Ｈ）＋ｔ（Ｌ）・ｎ（０）／ｎ（Ｌ）
とし、
前記入射ビームの光軸とそれが前記多層膜フィルタを透過して出射するビームの光軸との間の軸シフトを前記多層膜フィルタに入射したビームが出射する前記多層膜フィルタの出射側のフィルタ面において、入射光の入射面との交線上における前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と前記出射側のフィルタ面との交点と前記多層膜フィルタを透過して出射するビームと前記出射側のフィルタ面との交点との距離によって表わすことにし、
出射側のフィルタ面において、前記入射ビームの光軸の幾何学的延長線と出射側フィルタ面との交点から前記入射点における前記フィルタ面の面法線と出射側フィルタ面の交点に向かう方向を前記軸シフトの負の値となる方向として、
軸シフトδ（１）を、前記多層膜フィルタが基板を有しないときはｔ（Ｓ）＝０として、
δ（１）＝ｎ（０）ｔａｎθ｛ｔ（Ｌ）〔１／ｎ（Ｌ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｈ）〔１／ｎ（Ｈ）−１／ｎ（０）〕＋ｔ（Ｓ）〔１／ｎ（Ｓ）−１／ｎ（０）〕｝
とするとき、
前記多層膜フィルタがＴａ２Ｏ５を主とする層ＨとＳｉＯ２を主とする層Ｌの総数が６５〜７１層から成る多層膜を有しており、基板がフッ素化ポリイミドから成る多層膜フィルタであるとき、
前記光波長選択回路が、前記光波長選択回路における前記多層膜フィルタに入射する入射ビームの入射角θが８〜９°のときの軸シフトがδ（１）＋（２〜４）μｍであるように前記多層膜フィルタの入射側と出射側の光路に軸シフトを与えている回路であることを特徴とする光波長選択回路である。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明の多層膜フィルタは、光波長選択回路の損失特性とＰＤＬ特性を大幅に改善することができ、損失が小さく、ＰＤＬが小さく、さらに、それらのバラツキを小さく押さえることができたうえに、波長合分波器等光波長選択回路の製造工程を簡素化することができ、量産に適した部品として、安価に提供できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
【００４８】
本発明の発明者らは、従来の導波路を用いた波長合分波器のような光波長選択回路における損失特性やＰＤＬ特性を改善し、それが使用される、たとえば、光通信の幹線から端末に至るまでの広い範囲において、光特性や価格など、使用される上での諸要求を満たすことを目標にして、多層膜フィルタの特性とその応用について詳しく検討した結果、いくつかの設計思想を取り入れて多層膜フィルタの入射光と出射光の関係について調べ、実験を行い、多層膜フィルタおよびその多層膜フィルタを用いた光波長選択回路の改善を行ってきた。以下に、その詳細を説明する。
【００４９】
多層膜フィルタを用いた導波路において、図１８を用いて説明した従来のオフセットの考慮も、多層膜フィルタを透過する透過光の損失を小さくするための検討であったが、これでは透過光の損失を真に低減することができないばかりでなく、損失のバラツキが大きく、小型で製造コストの安い光波長選択回路の実用化に大きな問題を有していた。本発明の発明者らは、従来のフィルタの損失とリップルを低減しＰＤＬを小さくすることにのみ重点を置いたといっても過言ではないほどの多層膜フィルタの透過特性と反射特性の改善とこのオフセットの検討だけでは損失を低減できないことを見出し、多層膜フィルタの透過光の出射位置を透過光の波長に応じて狭い範囲に限定するように管理し、反射光の出射位置を反射光の波長に応じて狭い範囲に限定するように管理することにより、透過光と反射光の損失をも極めて効果的に低減する方法を提案するものである。
【００５０】
図１は、本発明の透過光の損失を大幅に低減した多層膜フィルタを用いた光導波路の技術思想を大まかに説明する図で、物理寸法表示で説明した図である。但し、縮尺は説明に都合がよいように部分的に適宜変えてあり、従って、物理寸法表示で説明した図とはいっても、実物と相似形ではない。
【００５１】
図１で、符号２０は、光波長選択回路に配置した多層膜フィルタで、基板２３の上に、厚みが４分の１波長で屈折率が比較的高い層（層Ｈ）と屈折率が比較的低い層（層Ｌ）を交互に積層して作成した誘電体多層膜フィルタを、透過光の入射側のフィルタ面３７と出射側のフィルタ面３８をそのまま表示し、フィルタ面３７と基板２３の間の積層膜の層Ｈだけを集めて書いた層Ｈの集合２１と層Ｌだけを集めて書いた層Ｌの集合２２に分けて示した多層膜フィルタ、２４は入射ビーム、２８は入射ビーム２４が入射した位置すなわち入射点におけるフィルタ面３７のフィルタ面法線（以下、単に法線ともいう）、３１は入射ビーム２４のフィルタ面３７への入射点、３２〜３４は入射ビーム２４が多層膜フィルタ２０のに入射してからの光路（符号２４ｂで示してある）を説明するための位置で、３４は出射点、２４ａは入射ビーム２４を延長した点線で多層膜フィルタがない場合の入射ビーム２４の進路に相当する線で入射ビームの幾何学的延長線、θ１１〜θ１５は入射ビーム２４およびその多層膜フィルタ２０への入射点３１と多層膜フィルタに入射してからの光路を説明するための位置３２〜３４を順次結んだ線分とフィルタ面法線２８とのなす角、２６と２７は矢印、３１ｂはフィルタ面法線２８とフィルタ面３８の交点、ｄ１は入射ビーム２４が多層膜フィルタ２０に入射して図１８の場合と同様な従来のスネルの法則に従ったオフセットの考え方で多層膜フィルタ内で屈折して多層膜フィルタ内を進行して多層膜フィルタ２０の出射側のフィルタ面３８から出射すると仮定したときの仮定出射位置３９と出射側のフィルタ面３８と入射ビームの幾何学的延長線２４ａの交点との距離（軸シフト）、ｄ２は本発明の多層膜フィルタにおける入射ビーム２４がフィルタ面３７の入射点３１から多層膜フィルタ２０の入射し、出射側のフィルタ面３８の出射点３４から出射したときの出射点３４と仮定出射点３９の距離（この距離は、後述するように、波長に依存する）、４０は入射ビームの幾何学的延長線２４ａと出射側のフィルタ面３８の交点である。
【００５２】
多層膜フィルタ２０は、実際には前記のように基板の上に層Ｌと層Ｈを交互に積層して形成されているが、従来の考え方によるオフセットを説明する都合上と本発明の透過光の出射位置を大まかに説明する都合上、層Ｈは層Ｈだけで集合させて図示し、層Ｌは層Ｌだけで集合させて図示して入射光の多層膜フィルタ内での屈折による進行を説明するのに便利なように図示してある。
【００５３】
図１で、矢印２６の方向へ進行してきた入射ビーム２４は、フィルタ面３７の入射点３１から多層膜フィルタ２０に入射し、従来のスネルの法則によるオフセットの考え方では多層膜フィルタ２０を構成する層Ｈ全体２１によって屈折させられた分と多層膜フィルタ２０を構成する層Ｌ全体２２によって屈折させられた分と、さらに基板２３によって屈折させられた分の屈折現象によって、出射側のフィルタ面３８の仮定出射点３９から出射することになる。しかし、本発明の多層膜フィルタにおいては、実際には、前記従来のオフセットを考慮した上に、さらに多層膜フィルタ内での多重反射の結果も加わり、図１で、矢印２６の方向へ進行してきた入射ビーム２４は、フィルタ面３７の入射点３１から多層膜フィルタ２０に入射した後、出射側のフィルタ面３８の前記仮定出射位置３９から入射ビームの幾何学的延長線２４ａと出射側のフィルタ面３８の交点４０の方向へｄ２だけ離れた出射点３４から出射する。
【００５４】
使用する波長によって、各波長の前記軸シフトδ（２）を考慮して最適の条件に入射側コア部と出射側コア部を配置することが好ましいが、本発明の前記多層膜フィルタの説明のように、入射側コア部と出射側コア部を同じ光軸に形成して、そのフィルタ挿入部に溝を形成するなどして、本発明の多層膜フィルタを挿入し、損失特性、ＰＤＬ特性の優れた波長選択回路を歩留まり良く製造することができる。
【００５５】
ここで、入射光の多層膜フィルタによる反射や透過において、入射光が多層膜フィルタに入射してから出射するまでの光路の詳細については、多重反射などによる極めて複雑な現象があって、その結果として出射光が得られるものであるが、完全には解明されていない。しかしながら、その現象に関する管理可能の因子があれば、工業的改善につなげて管理すべきものであり、本発明はこの観点に立つものである。
【００５６】
本発明の発明者が、軸シフトδ（２）を光回路としての損失ができるだけ少なくなるように計算で求める方法を種々検討してきた。その結果、非特許文献３（菊地啓介，”光ファイバ間多層膜エッジフィルタの結合損失波長特性の計算”，第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．３，ｐ．１０５３，２２ｐ−Ｄ−４，２００６年３月２２〜２６日）に本発明の発明者がその一部を発表したように、図１の本発明の多層膜フィルタの入射側のフィルタ面３７にガウス分布で入射した入射ビームが多層膜フィルタ内を多重反射を繰り返しながら進行する様子を平面波展開法（フーリエ変換）の近似式で計算して出射側のフィルタ面３８から出射するときの軸シフトを求めたところ、実際の多層膜フィルタにおける軸シフトに近い値を得ることができた。
【００５７】
つぎに、多層膜フィルタを挿入した光波長選択回路における軸シフトの重要性について説明する。
【００５８】
図２と図３は、本発明の技術思想を一層明確にするための説明図で、従来あまり重要視されなかった、ある開口数ＮＡを有する２つの導光体開口部を対向させたときの、開口部間距離と各導光体の軸ズレに関する結合損失について説明する図である。ここで、対向する２つの導光体は開口部の近くにおいて、直線状であるとする。
【００５９】
図２と図３で、符号６１と６２は導光体、６１ａと６２ａは導光体６１と６２の光軸、δ（０）は光軸６１ａと光軸６２ａの軸ズレ量、ｘは導光体６１と６２の開口部間距離、Ｌ（ｘ）は結合損失、７１〜７４は結合損失曲線である。
【００６０】
光波長選択回路における前記多層膜フィルタを挟んで対向配置する導光体として、たとえば、導波路を用いる場合、前記導光体の開口部の間に傾けては配置する多層膜フィルタを挿入するための溝を設ける場合は、導波路の開口部を斜めに切断して溝を形成する場合が多い。この場合、導波路の導光体すなわちコアの屈折率とフィルタを接着する接着剤の屈折率が一致していれば、開口部から出射されるビームの軸とコアの軸が一致する。しかし、両者の屈折率は、一般には異なる。たとえば、コアに石英を用いた場合の屈折率は約１．４６で、プラスチックで形成した場合は約１．５などのように、コア自体も材質によって屈折率が異なる。コアの屈折率と接着剤等媒質の屈折率が異なる場合、出射側の導光体の光軸と出射ビームの軸は厳密には一致しない。このような場合、本発明における光軸とは出射ビームの軸を意味している。入射側の導光体の光軸についても同様である。
【００６１】
すなわち、本発明でいう軸シフトδ（２）は発射ビームと入射ビームの導光体開口部における差を意味している。
【００６２】
図３は、図２で結合させる光の波長が１５５０ｎｍ、開口部の開口数ＮＡが０．１、両開口部間の媒質の屈折率が１．５６の時の計算結果で、曲線７１はδ（０）＝０μｍの時の曲線、曲線７２はδ（０）＝１μｍの時の曲線、曲線７３はδ（０）＝２μｍの時の曲線、曲線７４はδ（０）＝３μｍの時の曲線である。
【００６３】
図３のグラフからわかるように、結合損失Ｌ（ｘ）は開口部間距離ｘの関数であるが、軸ズレ量δ（０）の関数でもある。そして、変数ｘに対する変化よりも変数δ（０）に対する変化の方が極めて大きい。
【００６４】
したがって、従来は、導光体の開口部間に多層膜フィルタを波長選択素子として用いた光波長選択回路においては、結合損失を少なくするために、厚みを薄くできるフッ素化ポリイミドフィルタを用いるなどにより、開口部間距離ｘを小さくすることに重点をおいてきた。しかし、本発明で説明するように、軸ズレの方をより重要視して、この低減に努めなければならないことがわかる。
【００６５】
本発明の発明者等は、これらの基本的考え方に立って、実際に光波長選択回路に使用する多層膜フィルタとそれを用いる光結合系について種々の検討を行った。
【００６６】
その結果、前記のように、対向する少なくとも２個の導光体開口の間の光軸に対し傾斜した多層膜フィルタを配置する光波長選択回路における、前記多層膜フィルタが波長が少なくとも１３１０ｎｍと１４８０ｎｍと１５００ｎｍの３種類の光を透過するとともに波長が１５５０ｎｍの光を反射するフィルタとして、前記の課題を解決するための手段に記載したような多層膜エッジフィルタを開発し、損失特性でＰＤＬ特性の優れた光波長選択回路を安価に提供することができることを見出した。
【００６７】
以下、多層膜フィルタの例について、多層膜を構成する層ＨがＴａ２Ｏ５で層ＬがＳｉＯ２の例をとってさらに具体的に説明する。
【００６８】
図４〜図７は７１層から成る多層膜エッジフィルタに入射角８°で入射ビームを入射させた場合の特性を説明する図である。
【００６９】
図４は多層膜ィルタの平面波透過波長特性を示す図で、符号１はＳ偏光の透過波長特性曲線、２はＰ偏光の透過波長特性曲線、３ｂは特性曲線の計算の設定点（１５５０ｎｍで−３０ｄＢとする）を示す符号である。以下の説明における光ファイバのＮＡは０．１である。図で、横軸は波長、縦軸は透過率である。
【００７０】
図５は図４の多層膜フィルタに光ファイバからの出射光を入射させ、多層膜フィルタから出射した出射光を光ファイバに結合させた場合の結合損失特性を示す図で、符号３は軸シフトδ（２）を本発明の好適な条件にして結合させたＳ偏光の結合損失曲線、４は軸シフトδ（２）を本発明の好適な条件にして結合させたＰ偏光の結合損失曲線、５は前記従来のスネルの法則に基づき結合させたＳ偏光の結合損失曲線、６は前記従来のスネルの法則に基づき結合させたＰ偏光の結合損失曲線である。図で、横軸は波長、縦軸は結合損失である。
【００７１】
図から、１３００〜１５００ｎｍの全波長域において従来の結合効率に比べて本発明の軸シフトδ（２）思想で結合させた結合効率が低損失であることがわかる。
【００７２】
図６は平面波展開法で計算した多層膜フィルタ出射面における電界分布曲線を示す図で、Ｓ偏光とＰ偏光の平均で表しており、ピークの位置が各波長における軸シフトを与える。図で、横軸は波長、縦軸は相対強度で、横軸の座標原点０はビーム中心に従来の方法でスネルの法則を適用した場合の出射位置である。符号７は波長が１３００ｎｍの場合の電界分布曲線、８は波長が１４００ｎｍの場合の電界分布曲線、１０は波長が１５００ｎｍの場合の電界分布曲線、９は波長が１５２５ｎｍの場合の電界分布曲線である。
【００７３】
図７は平面波展開法で計算した多層膜フィルタ出射面における電界の位相分布曲線を示す図で、Ｓ偏光とＰ偏光の平均で表している。符号１６は波長が１４００ｎｍの時の位相分布曲線、１７は波長が１５００ｎｍの時の位相分布曲線、１８は波長が１５２５ｎｍの時の位相分布曲線である。
【００７４】
図８は、前記多層膜フィルタの損失特性の層数依存特性を示す図で、符号１３は参考として示した層数が５９層の時の透過波長特性、１４は参考として示した層数が７１層の時の透過波長特性、１５は参考として示した層数が７９層の時の透過波長特性を示す曲線で、１３ａは層数が５９層の時の結合損失特性、１４ａは層数が７１層の時の結合損失特性、１５ａは層数が７９層の時の結合損失特性を示す曲線である。
【００７５】
図８からわかるように、１５００ｎｍにおける結合損失は５９層と７９層よりも７１層の方が優れている。
【００７６】
図９〜図１２は６５層から成る多層膜エッジフィルタに入射角８°で入射ビームを入射させた場合の特性を説明する図である。
【００７７】
図９は多層膜ィルタの平面波透過波長特性を示す図で、符号１ａはＳ偏光の透過波長特性曲線、２ａはＰ偏光の透過波長特性曲線、３ｃは特性曲線の計算の設定点（１５５０ｎｍで−３０ｄＢとする）を示す符号である。以下の説明における光ファイバのＮＡは０．１である。図で、横軸は波長、縦軸は透過率である。
【００７８】
図１０は図９の多層膜フィルタに光ファイバからの出射光を入射させ、多層膜フィルタから出射した出射光を光ファイバに結合させた場合の結合損失特性を示す図で、符号３ａは軸シフトδ（２）を本発明の好適な条件にして結合させたＳ偏光の結合損失曲線、４ａは軸シフトδ（２）を本発明の好適な条件にして結合させたＰ偏光の結合損失曲線、５ａは前記従来のスネルの法則に基づき結合させたＳ偏光の結合損失曲線、６ａは前記従来のスネルの法則に基づき結合させたＰ偏光の結合損失曲線である。図で、横軸は波長、縦軸は結合損失である。
【００７９】
図から、１３００〜１５００ｎｍの全波長域において従来の結合効率に比べて本発明の軸シフトδ（２）思想で結合させた結合効率が低損失であることがわかる。
【００８０】
図１１は平面波展開法で計算した多層膜フィルタ出射面における電界分布曲線を示す図で、Ｓ偏光とＰ偏光の平均で表しており、ピークの位置が各波長における軸シフトを与える。図で、横軸は波長、縦軸は相対強度で、横軸の座標原点０はビーム中心に従来の方法でスネルの法則を適用した場合の出射位置である。符号７ａは波長が１３００ｎｍの場合の電界分布曲線、８ａは波長が１４００ｎｍの場合の電界分布曲線、１０ａは波長が１５００ｎｍの場合の電界分布曲線、９ａは波長が１５２５ｎｍの場合の電界分布曲線である。
【００８１】
図１２は平面波展開法で計算した多層膜フィルタ出射面における電界の位相分布曲線を示す図で、Ｓ偏光とＰ偏光の平均で表している。符号１６ａは波長が１４００ｎｍの時の位相分布曲線、１７ａは波長が１５００ｎｍの時の位相分布曲線、１８ａは波長が１５２５ｎｍの時の位相分布曲線である。
【００８２】
図１３は、前記多層膜フィルタの損失特性の層数依存特性を示す図で、符号１９は参考として示した層数が６５層の時の透過波長特性、１９ａは層数が６５層の時の結合損失特性を示す曲線である。
【００８３】
図１３からわかるように、１５００ｎｍにおける結合損失は５９層と７９層よりも６５層の方が優れている。
【００８４】
図４〜図１３は本発明者による検討の一部を示したものであるが、これらの検討を踏まえ、６５〜７１層の前記多層膜フィルタおよびそのフィルタを用いた光波長選択回路を調べた結果、θ＝８°で入射した入射ビームに対する軸シフトδ（２）が、λｂが１３００ｎｍの入射ビームとλｂが１４００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（１．８〜２．７）μｍであり、λｂが１５００ｎｍの入射ビームのときにδ（１）＋（３．２〜４．１）μｍである多層膜エッジフィルタが特に良好な損失特性を与えることがわかった。そして、そのようなフィルタを光波長選択回路に挿入して用いる場合、前記光波長選択回路における前記多層膜フィルタに入射する入射ビームの入射角θが８〜９°のときの軸シフトがδ（１）＋（２〜４）μｍであるように前記多層膜フィルタの入射側と出射側の光路に軸シフトを与えるように構成した光波長選択回路が特に良好な損失特性を与えることがわかった。
【００８５】
以上説明したことからもわかるが、損失の少ない多層膜エッジフィルタを歩留まりよく得ることは難しいことであったが、本発明によって損失の少ない多層膜エッジフィルタとそれを用いた損失の少ない光波長選択回路を歩留まりよく安価に提供することを可能になった。また、本発明は前記の説明に狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
【００８６】
【非特許文献３】菊地啓介，”光ファイバ間多層膜エッジフィルタの結合損失波長特性の計算”，第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．３，ｐ．１０５３，２２ｐ−Ｄ−４，２００６年３月２２〜２６日
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上説明したように、本発明は、優れた損失特性のフィルタ特性を有する多層膜フィルタを量産上の歩留まり良く提供することができ、特に、フィルタを透過させる光ビームに対する入射側と出射側の光軸に与える軸シフトを適格に管理して、そのフィルタを波長分派回路に用いて、極めて良好な損失特性を有する波長分派回路を量産可能な状態で安価に実現できるという大きな効果をもたらし、光通信分野等に広く利用して、光通信分野等を大きく発展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の技術思想を説明する図である。
【図２】２つの導光体開口部を対向させたときの、開口部間距離と各導光体の軸ズレに関する結合損失について説明する図である。
【図３】２つの導光体開口部を対向させたときの、開口部間距離と各導光体の軸ズレに関する結合損失について説明する図である。
【図４】多層膜ィルタの平面波透過波長特性を示す図である。
【図５】多層膜フィルタの結合損失特性を示す図である。
【図６】多層膜フィルタ出射面における電界分布曲線を示す図である。
【図７】多層膜フィルタ出射面における電界の位相分布曲線を示す図である。
【図８】多層膜フィルタの損失特性の層数依存特性を示す図である。
【図９】多層膜ィルタの平面波透過波長特性を示す図である。
【図１０】多層膜フィルタの結合損失特性を示す図である。
【図１１】多層膜フィルタ出射面における電界分布曲線を示す図である。
【図１２】多層膜フィルタ出射面における電界の位相分布曲線を示す図である。
【図１３】多層膜フィルタの損失特性の層数依存特性を示す図である。
【図１４】従来の光ファイバコリメータを用いた光波長選択回路を説明する図である。
【図１５】従来の光導波路を用いた光波長選択回路を説明する図である。
【図１６】非特許文献２に記載された従来の光導波路を説明する図である。
【図１７】非特許文献２に記載された従来の光導波路を説明する図である。
【図１８】従来の多層膜フィルタを挿入した光導波路におけるスネルの法則による光路のシフト、すなわちオフセットについて説明する図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ，２，２ａ，１３，１４，１５，１９：透過波長特性曲線
３，３ａ，４，４ａ，５，５ａ，６，６ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１９ａ：結合損失特性曲線
３ｂ，３ｃ：特性曲線の計算の設定点
７，７ａ，８，８ａ，９，９ａ，１０，１０ａ：電界分布曲線
１６，１６ａ，１７，１７ａ，１８，１８ａ：位相分布曲線
２１１，２１２，２１６，２３２〜２３４，２５２〜２５４：光導波路のコア部
２１３ａ：多層膜
３７，３８，２１４，５４５，５４６：フィルタ面
３１，５５０：入射点
３４，５５１：出射点
２３，２１３ｂ，５３３：基板
２０，２１３，５３０：多層膜フィルタ
２１７：接着剤
２１１ａ，２１２ａ，２１６ａ：コア部の中心線
２６，２７，２１５ａ〜２１５ｃ，２３５〜２３８，２５５〜２５８，５４７，５４８：矢印
２０８，２１０：光波長選択回路
２１，５３１：層Ｈの集合
２２，５３２：層Ｌの集合
２４，５３６：入射ビーム
２４ａ，５３６ａ：入射ビームの幾何学的延長線
２８：フィルタ面法線
３１ｂ：フィルタ面法線とフィルタ面の交点
３２〜３３：入射光の光路を説明するための位置
３９：仮定出射位置
４０：点線２４ａと出射側のフィルタ面３８の交点
６１，６２：導光体
６１ａ，６２ａ：光軸
７１〜７４：結合損失曲線
２０１，２０２，２０７：ファイバ芯線
２０３：２芯光ファイバコリメータ
２０４，２０６：レンズ
２０５：フィルタ
２３０，２５０：光導波路
２３１：ＬＰＦ
２５１：ＳＰＦ
５３５：フィルタ面５４５の法線
５３７〜５４０：入射光の光路
５５２：点線５３６ａと出射側のフィルタ面５４６の交点
ｄ１：従来のスネルの法則に従ったオフセット
ｄ２：出射点３４と仮定出射点３９の距離
Ｌ（ｘ）：結合損失
ｘ：導光体の開口部間距離
δ（０）：軸ズレ量
θ１〜θ５，θ１１〜θ１５：角度
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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