(57)【要約】【目的】従来の特性を維持し、生産歩留まりが高い多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを提供することにある。【構成】直径５０ｍｍの円内の平面度が、２００ｎｍ以下であり、−３０〜７０℃における熱膨張係数が９０〜１３０×１０−７／℃であることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径５０ｍｍの円内における平面度が、２００ｎｍ以下であり、−３０〜７０℃における熱膨張係数が９０〜１３０×１０−７／℃であることを特徴とする多層膜フィルター用基板ガラス。
【請求項２】
ヤング率が７５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
【請求項３】
板厚１０ｍｍ、波長９５０〜１６５０ｎｍにおける最小透過率が、８０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
【請求項４】
質量％で、ＳｉＯ２　３０〜６０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ　５〜３３％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
【請求項５】
質量％で、ＳｉＯ２　３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３　１〜１０％、Ｂ２Ｏ３　０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ　３〜３５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ　５〜３３％、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２　１〜３０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３　０〜１０％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の多層膜フィルター用基板ガラスを用いた多層膜フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の急速な発達により、高性能で安価な光デバイスが大量に必要となってきている。特に、多層膜フィルターは、特定の波長を透過させたり反射させたりすることにより、光の分波・合波を行うパッシブデバイスとして必要不可欠である。
【０００３】
光通信分野で用いられる代表的な多層膜フィルターには、多波長の光を極めて狭帯域に切り出すバンドパスフィルター（ＢＰＦ）、Ｃバンド（１５２８ｎｍ〜１５６１ｎｍ）とＬバンド（１５６１ｎｍ〜１６２０ｎｍ）を分けるエッジフィルター、Ｃバンドの中心をさらに短波長領域（１５２８ｎｍ〜１５４５ｎｍ：通称ブルーバンド）と長波長領域（１５４５ｎｍ〜１５６１ｎｍ：通称レッドバンド）に分ける広帯域フィルター、ＥＤＦＡ（エルビウム−ドープドファイバー−アンプリファイア）の利得をフラットにするゲインイコライザ等がある。
【０００４】
一般にカメラ用の光学フィルターの基材には、プラスチックが使用されているが、上記した多層膜フィルターの基材は、強いレーザー光が入射されるため、耐熱性に優れたガラスが用いられている。
【０００５】
また、より多くの情報を伝達するためには、波長の多重数を増加させることが有効であるが、多重数が増大すればするほど、これらの波長を精度よく分離する技術が要求される。多層膜フィルターを使用して波長分離の精度を向上させるためには、多層膜の層数を増加させなければならない。例えば、１００ＧＨｚ（多重化する波長の間隔が０．８ｎｍ）用光フィルターでは、２０層程度、５０ＧＨｚ（多重化する波長の間隔が０．４ｎｍ）用光フィルターでは、１００層以上もの多層膜が必要とされる。しかし、多層膜の層数が増加すると、基板ガラスに要求される特性もより厳しいものとなってくる。すなわち、多層膜の屈折率温度安定性を維持させるために、基材の熱膨張係数を多層膜のそれより少し大きくすることが求められ、また、多層膜の寸法安定性を維持するため、基材が多層膜により変形しないように、基材の弾性率を高くすることが求められており、特開２００１−６６４２５号には、このような特性を有する光フィルター用基板ガラスが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の光通信市場の急激な膨張に伴い、量産性向上による低価格化を実現する技術が要求されている。しかしながら、上記したような層数の多い多層膜フィルターは、生産歩留まりが低く、非常に高価であることが問題となっている。
【０００７】
本発明の目的は、従来の特性を維持し、生産歩留まりが高い多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、多層膜フィルターは、最終形状より大きいサイズの基板ガラスに蒸着やスパッタにより多層膜を形成し、その後切断及び研磨加工により最終形状に仕上げられるが、最終形状より大きいサイズの基板ガラスの平面度が高いほど、多層膜の膜厚のばらつきが小さくなり、多層膜の膜厚のばらつきが小さくなるほど、１枚の基板ガラスから複数の多層膜フィルターを採取した際、各多層膜フィルター間の中心波長のばらつきが小さくなるため、多層膜フィルターの生産歩留まりが向上することを見出し、本発明として提案するものである。
【０００９】
すなわち、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、直径５０ｍｍの円内の平面度が、２００ｎｍ以下であり、−３０〜７０℃における熱膨張係数が９０〜１３０×１０−７／℃であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の多層膜フィルターは、直径５０ｍｍの円内の平面度が、２００ｎｍ以下であり、−３０〜７０℃における熱膨張係数が９０〜１３０×１０−７／℃である基板ガラスを使用してなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、直径５０ｍｍの円内の平面度が、２００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下であるため、多層膜の膜厚のばらつきが小さく、１枚の基板ガラスから複数の多層膜フィルターを採取した際、各多層膜フィルター間の中心波長のばらつきが、中心波長±１００ｐｍになり、多層膜フィルターの生産歩留まりが向上する。
【００１２】
ここで、平面度とは、レーザー干渉計（ＦＵＪＩＮＯＮ製Ｆ６０１解析システム）を用いて平面を任意の方向に走査して測定される表面の起伏形状において、該起伏の最も高い部位（Ｐ）と最も低い部位（Ｖ）との差（Ｐ−Ｖ）をいう。
【００１３】
また、多層膜フィルター用基板ガラスにおける、直径５０ｍｍの円内の平面度を、２００ｎｍ以下とするには、以下に示す方法を用いることが好ましい。
【００１４】
まず、１０ｔ×１００ｍｍφのサイズの板状ガラスを準備し、両面研磨機によって粗研磨する。この工程の通過後には、直径５０ｍｍの円内の平面度は、１μｍ（１０００ｎｍ）以下にできる。次に、粗研磨された板状ガラスを両面研磨機によって仕上げ研磨を行う。この工程の通過後には、直径５０ｍｍの円内の平面度は、３００ｎｍ以下にできる。最後に、仕上げ研磨された板ガラスをキャリアにセットし、多層膜を形成する面の研磨、すなわち片面最終仕上げ研磨を行うことにより、直径５０ｍｍの円内の平面度が２００ｎｍ以下になる。
【００１５】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、−３０〜７０℃における熱膨張係数が９０〜１３０×１０−７／℃、好ましくは９５〜１２０×１０−７／℃であり、基板ガラスと多層膜の熱膨張係数差により多層膜に十分な圧縮応力が与えられるため、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が１ｐｍ／℃以下になる。すなわち、熱膨張係数が９０×１０−７／℃より小さいと、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が、１ｐｍ／℃より大きくなり、隣接波長が干渉する恐れがあり、１３０×１０−７／℃より大きいと、多層膜が基板ガラスより剥がれ、フィルターとしての使用に耐えないからである。
【００１６】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスのヤング率が７５ＧＰａ以上であると、基板ガラスが多層膜により変形せず、多層膜の寸法安定性が良くなるため好ましい。
【００１７】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、板厚１０ｍｍ、波長９５０〜１６５０ｎｍにおける最小透過率が８０％以上、好ましくは８８％以上であると、光通信で用いるどの波長域でも、光の減衰率が低いため好ましい。ここで、最小透過率とは、波長９５０〜１６５０ｎｍでの最も低い透過率を指す。
【００１８】
また、ガラス中のＯＨ基は、１４００ｎｍ付近の波長の光を吸収する原因となり、光強度が低下するため、１４００ｎｍ付近の波長の光を使用する場合には、ガラス中のＯＨ基をできるだけ少なくすることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であるため、安価で長期間に亘ってフィルター特性が劣化しにくい。すなわち、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分未満であると、基板ガラスの加工性が悪く、加工時間がかかるため、多層膜フィルターの生産効率が悪く、低価格化が実現できず、また、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒより多く、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒより多いと、多層膜フィルターの耐候性が低下し、長期に亘って、高温高湿条件に曝されると、ガラス表面に曇りが発生しやすく、また多層膜が劣化しやすいからである。尚、上記した加工性とは、ガラスの研削加工、切削加工、鏡面研磨加工等の加工性を意味する。
【００２０】
尚、ラップ法による研磨速度は、一辺２５ｍｍ、肉厚３ｍｍの板状試料を水平に回転する鋳鉄製ラップ板の定位置に保持し、垂直に荷重を加えてラップ剤を供給しながら加工し、試料ガラスの質量減少量を測定して評価した。この時のラップ条件は、ラップ荷重が３５ｋＰａ、ラップ板の回転速度が１００ｒ．ｐ．ｍ、ラップ板の中心から板状試料の中心までの距離が１０ｃｍ、ラップ剤は１２００番アルミナ粉末と水との質量比が１：２０のスラリーであった。
【００２１】
また、耐候性を評価するガラスの質量減の測定方法は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」に基づいている。
【００２２】
上記した熱膨張係数、ヤング率、耐候性を有する基板ガラスとして、質量％で、ＳｉＯ２　３０〜６０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ　５〜３３％を含有する基板ガラスが好適であり、質量％でＳｉＯ２　３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３　１〜１０％、Ｂ２Ｏ３　０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ　３〜３５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ　５〜３３％、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２　１〜３０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３　０〜１０％を含有する基板ガラスがさらに好適である。
【００２３】
次に、上記した範囲に成分含有量を限定した理由を述べる。
【００２４】
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり、耐候性を向上させる効果を有し、特にその含有量が４０〜５５％であるとさらに好ましい。ＳｉＯ２が６０％を超えると、熱膨張係数が小さく、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が大きくなり、研磨速度が小さく、またガラスの成形が困難になりやすく、３０％より少ないと、熱膨張係数が大きく、多層膜が基板ガラスより剥がれやすく、また、耐候性が著しく悪化しやすい。
【００２５】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、熱膨張係数を高め、加工性を向上させる成分であり、特に、これらの含有量の合量が１０〜３３％であるとさらに好ましい。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが５％よりも少ないと、基板ガラスの熱膨張係数が低く、３３％よりも多いと、熱膨張係数が高く、耐候性に劣るため好ましくない。
【００２６】
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様にガラスの骨格を構成する成分であり、ガラス中のアルカリ成分の溶出を抑制し、耐候性を向上させる効果が顕著であるため、１％以上含有することが望ましい。１０％より多いと、研磨速度が小さくなりやすい。
【００２７】
Ｂ２Ｏ３は、融剤として作用してガラスの溶融を助ける効果があり、特にその含有量が０〜１０％であるとさらに好ましい。Ｂ２Ｏ３が２０％より大きいと、耐候性が著しく悪化し、研磨速度が小さくなりやすく、また、ガラス溶融時に揮発が多くなって脈理が生じ、均一なガラスが得られにくい。
【００２８】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯは、融剤として作用してガラスの溶融を助け、また、研磨速度を大きくし、加工性を向上させる効果を有し、さらに、耐候性を高める効果を有し、特にこれらの含有量の合量が３〜３０％であるとさらに好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯが３５％より多いと、熱膨張係数が大きく、多層膜が基板ガラスより剥がれやすく、また耐候性が悪くなりやすく、３％より少ないと、熱膨張係数が小さく、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が大きくなり、ガラスの研磨速度が小さくなりやすく、加工性が悪くなりやすく、また、ガラスの溶融が困難になりやすい。
【００２９】
ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は、耐候性を維持しつつ熱膨張係数を大きくする効果があり、特にこれらの含有量の合量が１〜２０％であるとさらに好ましい。ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２が３０％より多くなると、ガラスが失透しやすくなり、１％より少ないと、高い熱膨張係数が得られにくい。
【００３０】
Ｇｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３は、熱膨張係数をあまり低下させずに耐候性を向上させる効果を有し、特にこれらの含有量の合量が０〜８％であるとさらに好ましい。Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３が１０％よりも多いと熱膨張係数が低くなりやすい。
【００３１】
上記した以外にも本発明のガラスは、Ｓｂ２Ｏ３等の清澄剤を添加することが可能である。ただし、Ａｓ２Ｏ３は環境上好ましくないため、使用しないほうがよい。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
表１、２は、本発明の実施例１〜１０を、表３は、実施例１１及び比較例１、２を示す。図１に、実施例１の平面度測定結果の一例を、図２に実施例２の赤外域の透過率曲線を示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【００３６】
【表３】
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表中の実施例及び比較例２は、次のようにして作製した。
【００３７】
まず、表１〜３に示す組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１３００〜１５００℃で４時間溶融し、融液をカーボン板上に流しだし、アニールして、ガラス成形体を得た。
【００３８】
上記ガラス成形体をφ７６ｍｍ×１０ｍｍｔに加工し、定盤径がφ２８０ｍｍの両面研磨機を用いて粗研磨した。その際の粗研磨の条件は以下の通りである。粗研磨は２回に分けて行い、１回目には、研磨剤として＃４００のアルミナを用い、２回目には＃１２００のアルミナを用いた。キャリア中心位置でのワークと定盤の相対速度を３０ｍ／分、研磨荷重を１２０ｇ／ｃｍ２に設定した。
【００３９】
上記粗研磨によって７．０５ｍｍの肉厚となったガラス板は、直径５０ｍｍの円内の平面度が１μｍ（１０００ｎｍ）以下であった。
【００４０】
次に粗研磨後のガラス板を定盤径がφ２８０ｍｍの両面研磨機を用いて仕上げ研磨を行った。その際の仕上げ研磨の条件は以下の通りである。研磨パッドとして、セリウムパッドを用い、研磨剤として酸化セリウム系研磨剤を用いた。キャリア中心でのワークと定盤の相対速度を３０ｍ／分、研磨荷重を１２０ｇ／ｃｍ２に設定した。
【００４１】
上記仕上げ研磨によって７．００５ｍｍの肉厚となったガラス板は、直径５０ｍｍの円内の平面度が３００ｎｍ以下であった。
【００４２】
最後に、仕上げ研磨された板ガラスにおいて、多層膜を形成する面をパッド面側にセットし、片面最終仕上げ研磨を行った。その片面最終仕上げ研磨の条件は以下の通りである。定盤径がφ２８０ｍｍの片面研磨機を用い、研磨パッドとしてセリウムパッドを用い、研磨剤として酸化セリウム系研磨剤を用いた。キャリア中心位置でのワークと定盤の相対速度を１０ｍ／分、研磨荷重を４０ｇ／ｃｍ２に設定した。
【００４３】
この様にして７．０００ｍｍの肉厚となった多層膜フィルター用基板ガラスは、表１、２に示すように、直径５０ｍｍの円内の平面度が２００ｎｍ以下となった。
【００４４】
また、比較例１は、片面最終仕上げ研磨を行わず、それ以外は全て実施例と同様の方法で作製した。
【００４５】
続いて、上記したガラス基板上に、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２誘電体被膜を交互に繰り返した計１００層からなる多層膜を、イオンアシスト蒸着装置を用いて形成し、多層膜フィルターを作製した。
【００４６】
平面度は、上述した方法に従い、２０枚の基板ガラスに対して、最大値及び平均値を算出した。
【００４７】
熱膨張係数は、ディラトメーター（マックサイエンス製ＴＤ−５０００Ｓ）を使用し、ヤング率は、三菱電機製超音波探傷装置ＦＤ−１８００を用いて超音波パルス法で測定した。
【００４８】
最小透過率は、１０ｍｍ厚で、両面を光学研磨した試料を用いて、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣで測定した。赤外域の透過率は、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを使用して、厚さ１０ｍｍで、９５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で測定した。
【００４９】
耐水性及び耐酸性は、ガラス試料を粒度４２０〜５９０μｍに粉砕し、その比重グラムを秤量して白金篭に入れ、それを試薬の入ったフラスコに入れて煮沸水浴中で６０分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量減少量（質量％）を算出したものである（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」による）。尚、耐水性評価で用いた試薬はｐＨ６．５〜７．５に調整した純水であり、耐酸性評価で用いた試薬は０．０１Ｎに調整した硝酸水溶液である。
【００５０】
多層膜フィルターの生産歩留りは、作製した多層膜フィルターのうち所望する中心波長のばらつきが中心波長±１００ｐｍの範囲内にあるものを良品として算出した。
【００５１】
また、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性は、０℃から７０℃まで温度を上昇させ、その間での１５５０ｎｍ付近の中心波長の変化を、スペクトラムアナライザー（アドバンテスト製Ｑ―８３８４）で測定して求めた。
【００５２】
本発明の実施例１〜１１は、平面度が高く、多層膜フィルターの生産歩留りが高く、また、熱膨張係数が高いため、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が、１ｐｍ／℃以下であった。また、図２に示すように、実施例２は、１４００ｎｍ付近の光の吸収がほとんど見られなかった。
【００５３】
一方、比較例１は基板ガラスの熱膨張係数が１１０×１０−７／℃であり、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が小さいものの、片面最終仕上げ研磨を行わなかったため、平面度が大きく、多層膜フィルターの生産歩留りが低かった。比較例２は、平面度が高く、多層膜フィルターの生産歩留まりが高いが、熱膨張係数が低いため、多層膜フィルターの中心波長の温度依存性が大きかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、平面度が高いため、多層膜フィルターの生産歩留りが高く、安価に製造でき、熱膨張係数が高いため、中心波長の温度依存性が小さく、光通信用の光フィルターとして好適である。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１の平面度測定結果の一例。
【図２】本発明における実施例２の赤外域の透過率曲線である。
【図１】
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【図２】
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