(57)【要約】【課題】誘電体多層膜を用いたバンドパスフィルタにおいて、入射角の変動によっても偏光モードに応じて波長特性が変化しないようにした誘電体多層膜フィルタを提供すること。【解決手段】誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造として、第１のスタック層１２−１とスペーサ層１２−２及び第２のスタック層１２−３及び結合層１２−４を含んで構成する。第１，第２のスタック層１２−１，１２−３は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであり、又スペーサ層１２−２は１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層とする。こうすれば入射角度の変化に応じても偏光モードによりピーク波長がほとんどずれることがなく、所望の特性を実現することができる。【選択図】        図１
2004177658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、
前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、
前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであり、
前記スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層であり、
前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであることを特徴とする誘電体多層膜バンドパスフィルタ。
【請求項２】
基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、
少なくとも最後の基本共振器構造を除く基本共振器構造は、
Ａ＝［（ＸｂＹ）ａ  Ｘ］ｄＹ［Ｘ（ｃＹＸ）ａ  ］ｅＹ
で表されるものであり、ここでＸは１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材又は低屈折率材の誘電体薄膜であり、Ｙはそれ以外の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する誘電体薄膜であり、［（ＸｂＹ）ａ  Ｘ］は第１のスタック層であり、ｄＹはスペーサ層であり、［Ｘ（ｃＹＸ）ａ  ］は第２のスタック層であり、ａは自然数であり、ｂ，ｃは３以上の正の奇数であり、ｄは０又は正の偶数であり、ｅは正の奇数であり、これらの値は各基本共振器構造毎に決められることを特徴とする誘電体多層膜バンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記基本共振器構造は、前記第１、第２のスタック層が前記スペーサ層に対して対称な鏡像の関係にあることを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体多層膜バンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記誘電体多層膜バンドパスフィルタの基本共振器構造は、各基本共振器のスペーサ構造が全て同一であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体多層膜バンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造は、他の共振器構造と連結される際に結合部分に低屈折率材及び高屈折率材のいずれかの１／４波長の奇数倍の光学膜厚の結合層を含むことを特徴とする請求項１記載の誘電体多層膜バンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体多層膜バンドパスフィルタに関し、特に偏光モードにより波長特性が変化しないようにした誘電体多層膜バンドパスフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光波長多重通信等において用いられる光バンドパスフィルタには、透過波長帯域において低損失であり、又平坦性が優れていること、透過波長帯域と阻止域とを急峻な透過スロープ特性で分離することが求められている。光通信分野においては波長１２００ｎｍ〜１８００ｎｍが主に使用されており、通常のフィルタの透過幅は０．０１ｎｍ〜１００  ｎｍと広範囲にわたる。誘電体多層膜を用いてバンドパスフィルタを構成する場合には、一般的に共振器構造が広く用いられている。最も簡単な共振器構造は、２つの反射鏡が半波長の整数倍の膜厚を有する誘電体材料からなる場合である。
【０００３】
さて、以下では波長選択性を有するための誘電体多層膜構造について説明する。光フィルタの膜設計によれば、屈折率が異なる２つの誘電体薄膜をＨ及びＬとし、夫々の屈折率をｎＨ  、ｎＬ  （ｎＨ  ＞ｎＬ  ）とすると、ある基準波長λ０  を中心に高反射率を有する誘電体多層膜ミラーの膜構造は次式で与えられる。
基板  ／  Ｈ  Ｌ  Ｈ  Ｌ  ・・・  Ｈ  Ｌ  ／  媒質  ・・・（１）
ここで、誘電体薄膜ＨとＬの膜厚ｄＨ  ，ｄＬ  は夫々１／４波長の光学膜厚を有し、次式で与えられる。
ｄＨ  ＝λ０  ／４ｎＨ      ・・・（２）
ｄＬ  ＝λ０  ／４ｎＬ      ・・・（３）
最上層Ｌは媒質で介しており、一般的に媒質は空気、樹脂溶剤、固形基板等が考えられる。
（１）式はある基板の上に膜厚ｄＨ  とｄＬ  の２種類の誘電体薄膜Ｈ，Ｌを交互に積層することを表している。（１）式は次式のように簡便に表すことができる。
基板  ／  （ＨＬ）ｎ    ／  媒質  ・・・（４）
この式の中では、Ｈ，Ｌは式（２），（３）で示される膜厚を有する層を表している。又（４）式は基板上に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る。
すなわち、
基板  ／  ＨＬＨＬＨＬ  ／媒質
は
基板  ／（ＨＬ）３  ／  媒質
と等価である。
【０００４】
ところで、ある特定の光波長成分のみを分離したい場合には、バンドパスフィルタを用いることが多い。図１４に単一共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図を示す。使用する波長帯域において透明な基板１上に高屈折率材料膜（Ｈ）と低屈折率材料膜（Ｌ）とを交互に積層して第１のスタック層２を設ける。第１のスタック層２は（ＨＬ）ｎ  Ｈの膜構造を有する反射鏡であるが、ｎが０の場合、即ち１層の場合も含まれる。次いでスペーサ層３が積層され、その上部に更に第２のスタック層４、結合層５が積層される。第２のスタック層４はＨ（ＬＨ）ｎ  の膜構造を有する反射鏡であり、ｎ＝０、即ち１つの層の場合も含まれる。そしてスペーサ層の膜構造はｓＬ（ｓ＝２，４・・）である。ここでＨ及びＬは設計波長に対して１／４波長の光学膜厚の層である。バンドパスフィルタのバンド幅はそのフィルタを構成するスタック層２，４の反射率と、スペーサ層３の厚さとに依存する。フィルタを構成する共振器構造は誘電体多層膜フィルタの基本的な積層単位である。
【０００５】
この共振器構造は単一又は複数で用いられる。複数の場合は第１の共振器構造の上にフィルタ特性をシャープにするために結合層５と呼ばれる１／４波長の光学膜厚の層Ｌを介して、別の共振器構造の多層膜が積層される。
【０００６】
図１５はこの二重共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの一例を示すものである。このバンドパスフィルタは、以下の膜構造を有している。
基板／
［（ＨＬ）２  Ｈ４ＬＨ（ＬＨ）２  Ｌ］［（ＨＬ）２  Ｈ６ＬＨ（ＬＨ）２  Ｌ］
／媒質
即ち基板１の上部に第１スタック層２ａ、スペーサ層３ａ、第２スタック層４ａが形成され、結合層５ａを介して第２の共振器構造を構成する第２スタック層２ｂ、第２スペーサ層３ｂ、第２スタック層４ｂ、結合層５ｂが形成されている。更にｍ重の共振器構造の誘電体多層膜フィルタの場合はこれと同一の共振器構造が順次積層される。
【０００７】
さて誘電体多層膜バンドパスフィルタをある光の入射角度で使用する場合に、フィルタの透過特性が劣化しないことが望ましい。誘電体多層膜を基本としたフィルタは干渉効果が最大となる基準波長（リファレンス波長）を波長λ０  とすると、薄膜の基本膜厚である膜厚ｄＨ  ，ｄＬ  は前述した（２），（３）で示される。そして光線が多層膜を角度θで伝搬する場合を考えると、（２），（３）式は次式で書き直される。
ｄＨ  ・ｃｏｓ  θ＝λ０  ／４ｎＨ    ・・・（５）
ｄＬ  ・ｃｏｓ  θ＝λ０  ／４ｎＬ    ・・・（６）
これらの式（５），（６）より、入射光線の多層膜への入射角度を大きくすると基準波長は短波長に変化することがわかる。バンドパスフィルタを作成する場合はこのように多重共振器構造の多層膜設計が用いられる。しかし光の入射角度が０（垂直入射）以外の場合は、通常の膜設計によるとそのバンドパスフィルタの中心波長が２つのＳ偏光モード、Ｐ偏光モードに対して異なり、入射角度が増加するに従い、各偏光モードの中心波長の差が急激に増加する。従って入射角度が大きくなると、フィルタ特性は各偏光モードに対し異なるふるまいを示し、入射光線に対するフィルタ全体の特性が劣化するという欠点があった。
【０００８】
このような欠点を解消するために、任意の偏光光線に対して透過した光線の偏光面を９０°回転させて再び誘電体多層膜フィルタを通過させることで、偏光依存性を相殺し偏光を無依存化することが提案されている（特許文献１）。
【０００９】
又膜構造自体を変更し、偏光モードに対応するバンドパスフィルタ特性が分離しない膜構造を提案したものもある（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１４６０２０号公報
【特許文献２】
米国特許第５，９２６，３１７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
今日の高密度光波長多重通信（ＤＷＤＭ）ネットワークにおける高密度化により、周波数間隔２００ＧＨｚ（波長１．５μｍにおいて波長間隔が１．６ｎｍ）、１００ＧＨｚ（同０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（同０．４ｎｍ）、更には２５ＧＨｚ（同０．２ｎｍ）以下へと狭帯域化している。このような狭帯域化に対応するため、バンドパスフィルタへの入射角を変えて波長可変とする場合、各偏光モードに対応した中心波長のずれは２００ｐｍ以下でなければならない。このような狭帯域の光信号ネットワークに対応した波長可変特性を有する誘電体多層膜フィルタを実現することが必要となっている。従来では偏光モードに応じて中心波長が異なってくるため使用する角度が制限されたり、波長可変範囲が狭いという欠点があった。又特許文献１の方法では、光の取り扱いが複雑になるという欠点があった。又特許文献２の光バンドパスフィルタでは、偏光モードに対するフィルタ特性の分離の改善効果性が充分でないという欠点があった。
【００１２】
本発明は誘電体多層膜フィルタにおいて入射角が０より大きく増加しても２つの偏光モードのフィルタ特性が重なり合う特別な条件のフィルタ膜構造を見いだすことによって、２つの偏光モードの中心波長差が大きくならず高密度の光波長多重通信に使用することができる誘電体多層膜フィルタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、前記基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものであり、前記第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものであり、前記スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層であり、前記第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成ることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項２の発明は、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される誘電体多層膜バンドパスフィルタであって、少なくとも最後の基本共振器構造を除く基本共振器構造は、
Ａ＝［（ＸｂＹ）ａ  Ｘ］ｄＹ［Ｘ（ｃＹＸ）ａ  ］ｅＹ
で表されるものであり、ここでＸは１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材又は低屈折率材の誘電体薄膜であり、Ｙはそれ以外の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する誘電体薄膜であり、［（ＸｂＹ）ａ  Ｘ］は第１のスタック層であり、ｄＹはスペーサ層であり、［Ｘ（ｃＹＸ）ａ  ］は第２のスタック層であり、ａは自然数であり、ｂ，ｃは３以上の正の奇数であり、ｄは０又は正の偶数であり、ｅは正の奇数であり、これらの値は各基本共振器構造毎に決められることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に少なくとも４層の基本共振器構造を積層して構成される。基本共振器構造は、第１のスタック層と、スペーサ層と、第２のスタック層とがこの順に積層されたものである。第１のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の光学膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものである。スペーサ層は、１／２波長の光学膜厚の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材のいずれかの層である。第２のスタック層は、高屈折率材と低屈折率材とを交互に積層した１／４波長もしくはその奇数倍の膜厚の誘電体薄膜より構成され、奇数の層数から成るものである。
【００１６】
発明者はこのような構造によれば、光の入射角度を０より大きく増加しても従来とは異なり、偏光モード間のフィルタ中心波長のずれが極めて小さく、又フィルタ特性が劣化しにくい構造であることを見出した。
【００１７】
この基本共振器構造は、第１、第２のスタック層がスペーサ層に対して対称な鏡像の関係にあることが好ましい。この誘電体多層膜バンドパスフィルタの基本共振器構造は、各基本共振器のスペーサ構造が全て同一としてもよい。又誘電体多層膜フィルタの基本共振器構造は、他の共振器構造と連結される際に低屈折率材及び高屈折率材のいずれかの１／４波長の光学膜厚の奇数倍の膜厚の結合層を介して接続することが好ましい。
【００１８】
少なくとも最後を除く基本共振器構造は次式で与えられる。
［（ＸｂＹ）ａ  Ｘ］ｄＹ［Ｘ（ｃＹＸ）ａ  ］ｅＹ
ここでＸは式（２）又は（３）で示される１／４波長の光学膜厚を有する高屈折率材、低屈折率材のいずれかの膜である。Ｙは他方の屈折率材の１／４波長の光学膜厚を有する膜である。ＸとＹとは、互いに異なる屈折率を有している。ａは自然数、ｂ，ｃは３，５，７・・・等の３以上の奇数、ｄは０，２，４・・・等の零又は正の偶数、ｅは１，３，５・・・等の正の奇数とする。尚、これらの値ａ〜ｅは各基本共振器構造毎に同一でもよく、異なっていてもよい。更に基本共振器構造を４以上持つバンドパスフィルタとする。（ＸｂＹ）ａ  ｄＹを第１のスタック層といい、それに続くｄＹをスペーサ層という。又Ｘ（ｃＹＸ）ａ  を第２のスタック層という。この基本共振器構造毎が積層される場合、各層の最上部に前述したようにλ０  ／４の奇数倍（ｅ倍）の光学厚さを有するＹの結合層を設ける。尚ｄ＝０の場合、即ちスペーサ層は存在しないものも含まれる。
【００１９】
このような条件を満たした場合に、光線の入射角を０から増加し、フィルタ中心波長を可変する方式においてフィルタ波長可変範囲は５０ｎｍ以上で、且つ偏光モード間のフィルタ中心波長の差は±２００ｐｍ以下となる。そして本発明では共振器構造を４重以上とすることによって必要なフィルタ特性をシャープにすることができる。
【００２０】
本発明の誘電体多層膜バンドパスフィルタにおいては、基板には使用波長域において透明な広範囲な材料、例えば光学結晶、光学ガラス、石英、透明プラスチック、ポリマー材等を適用できる。誘電体多層膜バンドパスフィルタを構成する光学薄膜材料には、適用波長域において透明で一般的に使用されている材料から選択することができる。
【００２１】
高屈折率膜、低屈折率膜としては、例えば屈折率が１．２３〜５．６７までの範囲では、フッ化カルシウムＣａＦ２  （屈折率１．２３）、フッ化マグネシウムＭｇＦ２  （屈折率１．３８）、二酸化シリコンＳｉＯ２  （屈折率１．４６）、酸化マグネシウムＭｇＯ（屈折率１．８０）、五酸化タンタルＴａ２  Ｏ５  （屈折率２．１５）、五酸化ニオブＮｂ２  Ｏ５  （屈折率２．２４）、二酸化チタンＴｉＯ２  （屈折率２．４５）、セレン化亜鉛ＺｎＳｅ（屈折率２．４０）、テルル化鉛ＰｂＴｅ（屈折率５．６７）、窒化アルミニウムＡｌＮ（屈折率１．９４）、窒化シリコンＳｉ３  Ｎ４  （屈折率１．９５）、シリコンＳｉ（屈折率３．４）、ゲルマニウムＧｅ（屈折率４．０）、等の光学材料が用いられている。これらの光学薄膜のうち２種を高屈折率膜Ｈ、低屈折率膜Ｌとして選択する。
【００２２】
そして薄膜の成膜は、例えば電子ビーム蒸着法、イオンアシスト蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ），ディップコーティング法など、従来より用いられている製法が使用できる。フィルタを構成する多層膜設計においては、市販されている膜設計ソフトウェアが使用できる。例えばＴＦＣａｌｃ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｓｐｅｃｔｒａ  Ｉｎｃ．）、Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｏａｄ  （Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｃｅｎｔｅｒ，  Ｉｎｃ．）などは光通信業界において主に使用されている。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。本実施例１は、２００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる５重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ０  は１５６０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＢＫ７を使用した。高屈折率膜Ｈとして、誘電体薄膜Ｎｂ２  Ｏ５  （屈折率ｎＨ  ＝２．２５）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ２  膜（屈折率ｎＬ  ＝１．４７）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（Ｈ３Ｌ）５  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）５  ９Ｌ
［（Ｈ３Ｌ）６  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）６  ９Ｌ］３  
（Ｈ３Ｌ）５  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）４    ０．６８６Ｌ  １．４９７４Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００２４】
図１（ａ）は本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を示す図であり、基板１１上に第１〜第５の共振器構造１２，１３，１４，１５，１６が積層されている。図１（ｂ）は第１の共振器構造１２の構造を示している。第１の共振器構造１２は、（Ｈ３Ｌ）５  Ｈから成る第１のスタック層１２−１、２Ｌから成るスペーサ層１２−２、Ｈ（３ＬＨ）５  から成る第２のスタック層１２−３、及び９Ｌから成る結合層１２−４から成り立っている。第２〜第４の共振器構造１３〜１５は、第１，第２のスタック層の層数を除いて第１の同一の共振器構造と同一であり、これらの共振器構造が３層積層されている。最終の第５の共振器構造のみが最後の２層の膜厚がわずかに異なっている。
【００２５】
各共振器構造のスペーサ層の構成は全て同一で、２Ｌであり、ａ＝５又は６，ｂ＝３，ｃ＝３，ｄ＝２，ｅ＝９である。第５の共振器構造の最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は１３１層、全体の物理膜厚は６８．１μｍである。各偏光モードに対応するバンドパスフィルタの半値全幅の平均値は０．９ｎｍである。入射角度０°の場合は図２（ａ）にフィルタの透過特性を示すように、フィルタの中心波長は１５６０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２４°の場合は図２（ｂ）に示すように、中心波長１５０８．３ｎｍであり、入射角度の変化により５０．７ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図３に実施例１の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２４°まで増加すると、波長１５６０ｎｍから１５０８．３ｎｍまでの約５０．７ｎｍの波長可変性が実現する。
【００２６】
又図４はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２４°の範囲で、６ｐｍ以下を実現している。
【００２７】
次に特許文献２で示された３重共振器構造の誘電体多層膜フィルタ（従来例）と、本実施例１との比較を示す。透過バンド半値幅はほぼ同じ１ｎｍと０．９ｎｍである。以下の表１には従来例と本実施例１のフィルタ特性を比較している。ここでＦＯＭとは、挿入損失より０．５ｄＢ低い幅で定義される透過帯域幅ＢＷと挿入損失が２５ｄＢとなる阻止域幅ＢＷとの比で定義される。ＦＯＭが１の場合は理想的な矩形型のバンドパスフィルタである。
【表１】
2004177658.tif 000003
従来例ではＦＯＭが０．３６であるのに対して、本実施例では０．５２と極めて信号選択性に優れている。又波長可変範囲は従来例では３５ｎｍであるが、本実施例１では５０ｎｍ以上を実現している。更に偏光モード間のフィルタ中心波長の差は従来例では不明であるが、本実施例１では６ｐｍ以内であり、光通信ネットワークで求められる波長ずれ幅±２００ｐｍ以内を充分満足している。
【００２８】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍでは、Ｃバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例１で示す波長可変範囲５０．７ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００２９】
（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例２は１００ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる６重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ０  は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ２  Ｏ５  （屈折率ｎＨ  ＝２．１６）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ２  膜（屈折率ｎＬ  ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（Ｈ３Ｌ）６  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）６  ５Ｌ
［（Ｈ３Ｌ）７  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）７  ５Ｌ］４  
（Ｈ３Ｌ）６  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）５    ０．７６０Ｌ  １．３７６Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００３０】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第６の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造の第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）６  Ｈであり、スペーサ層は２Ｌであり、第２のスタック層はＨ（３ＬＨ）６  である。第２〜第５の共振器構造では、第１，第２のスタック層は夫々Ｈ（３Ｌ）７  Ｈ、Ｈ（３ＬＨ）７  となっている。第２〜第５の共振器構造は同一の共振器構造であって４層積層されており、夫々結合層５Ｌが設けられる。又最終の共振器構造も第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）６  Ｈであり、第２のスタック層はＨ（３ＬＨ）５  とこれに続く最後の２層の膜厚がＬＨからわずかに異なっている。
【００３１】
各共振器構造のスペーサ層の構成は２Ｌで全て同一である。ａ＝６又は７，ｂ＝３，ｃ＝３，ｄ＝２，ｅ＝５である。多層膜の総数は１８３層、物理膜厚は８９．５μｍである。バンドパスフィルタの半値全幅の各偏光モードに対応するフィルタ特性の平均値は０．６ｎｍである。入射角度０°の場合は図５（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２３．５°の場合は図５（ｂ）に示すように波長１４９９．５ｎｍであり、入射角度の変化により５０．５ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図６に実施例２の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２３．５°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１４９９．５ｎｍまでの約５０．５ｎｍの波長可変性が実現する。
【００３２】
又図７はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２３．５°の範囲で、１０ｐｍ以下を実現している。
【００３３】
光波長多重通信では波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例２で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００３４】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例３は５０ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる７重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ０  は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ２  Ｏ５  （屈折率ｎＨ  ＝２．１６）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ２  膜（屈折率ｎＬ  ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（Ｈ３Ｌ）７  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）７  １１Ｌ
［（Ｈ３Ｌ）８  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）８  １１Ｌ］５  
（Ｈ３Ｌ）７  Ｈ  ２Ｌ  Ｈ  （３ＬＨ）６    ０．８１２Ｌ  １．３１Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００３５】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第７の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造の第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）７  Ｈであり、第２のスタック層はＨ（３ＬＨ）７  である。第２〜第５の共振器構造では、第１，第２のスタック層はＨ（３Ｌ）８  Ｈ、Ｈ（３ＬＨ）８  となっている。第２〜第５の共振器構造は同一の共振器構造であって５層積層されており、夫々結合層１１Ｌが設けられる。又最終の共振器構造も第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）７  であり、第２のスタック層はＨ（３ＬＨ）６  とこれに続く最後の２層の膜厚がわずかに異なっている。
【００３６】
各共振器構造のスペーサ層の構成は２Ｌで全て同一である。ａ＝７又は８，ｂ＝３，ｃ＝３，ｄ＝２，ｅ＝１１である。最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は２４３層、物理膜厚は１２８．６μｍである。入射角度０°の場合は図８（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２３．５°の場合は、図８（ｂ）に示すように波長１４９９．５ｎｍであり、入射角度の変化により５０．５ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図９に実施例３の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２３．５°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１４９９．５ｎｍまでの約５０．５ｎｍの波長可変性が実現する。
【００３７】
又図１０はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２３．５°の範囲で、６ｐｍ以下を実現している。
【００３８】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例３で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００３９】
（実施例４）
次に本発明の実施例４について説明する。本実施例４は２５ＧＨｚ周波数間隔用の光通信ネットワークに用いられる４重共振器構造のバンドパスフィルタである。ここで設計波長λ０  は１５５０ｎｍとした。基板として（株）オハラ製結晶ガラスＷＭＳ−１５を使用した。高屈折率膜Ｈとして誘電体薄膜Ｔａ２  Ｏ５  （屈折率ｎＨ  ＝２．１６）を用い、低屈折率膜ＬとしてＳｉＯ２  膜（屈折率ｎＬ  ＝１．４６）を用いた。誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造を以下に示す。
基板／
（Ｈ３Ｌ）４  Ｈ４Ｌ  Ｈ  （５ＬＨ）４  ９Ｌ
［２Ｈ（Ｈ３Ｌ）５  Ｈ４Ｌ  Ｈ  （５ＬＨ）５  １１Ｌ］２  
（Ｈ３Ｌ）４  Ｈ  ４Ｌ  Ｈ  （５ＬＨ）３  ０．６１Ｌ  １．５８Ｈ
／空気（屈折率１．０）
【００４０】
本実施例による誘電体多層膜バンドパスフィルタは、基板上に第１〜第４の共振器構造が積層されている。第１の共振器構造の第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）４  Ｈであり、第２のスタック層はＨ（５ＬＨ）４  である。第２，第３の共振器構造では、第１，第２のスタック層は２Ｈ（Ｈ３Ｌ）４  Ｈ、Ｈ（５ＬＨ）５  となっている。第２，第３の共振器構造は同一の共振器構造であって２層積層されており、夫々結合層１１Ｌが設けられる。又最終の共振器構造も第１のスタック層は（Ｈ３Ｌ）４  Ｈであり、第２のスタック層はＨ（５ＬＨ）３  とこれに続いて最後の２層の膜厚がわずかに異なっている。
【００４１】
各共振器構造のスペーサ層の構成は４Ｌで全て同一である。ａ＝４又は５，ｂ＝３，ｃ＝５，ｄ＝４，ｅ＝９又は１１である。最後の２層は空気層（屈折率１．０）との整合を高め、挿入損失を低減し、且つ透過バンド内のフィルタ特性を平坦化するために最適化された。多層膜の総数は８７層、物理膜厚は５８．２４μｍである。入射角度０°の場合は図１１（ａ）にフィルタ透過特性を示すようにフィルタの中心波長は１５５０ｎｍである。この図に示されるようにＳ偏光とＰ偏光及びその平均（Ａｖｅ）を示す曲線は重なっている。入射角度２３°の場合は、図１１（ｂ）に示すように波長１４９９．３ｎｍであり、入射角度の変化により５０．７ｎｍの波長可変性を有していることがわかる。又フィルタの透過バンド帯域は平坦性に優れ、低挿入損失で且つＳ偏光とＰ偏光の挿入損失差も極めて少ない特性を示している。偏光特性もＳ偏光の中心波長はＰ偏光の透過バンド幅内に収まっており、Ｓ偏光及びＰ偏光のフィルタ透過特性は入射角度を増加しても夫々大きな歪みがないことがわかる。図１２に実施例４の中心波長（ＣＷＬ）の入射角度に対する波長可変特性を示す。入射角を０°から２３°まで変化させると、波長１５５０ｎｍから１４９９．３ｎｍまでの約５０．７ｎｍの波長可変性が実現する。
【００４２】
又図１３はＳ偏光とＰ偏光のフィルタ中心波長の差を示す。本図に示すように波長可変範囲５０ｎｍを満足する入射角度０°から２３°の範囲で、９０ｐｍ以下を実現している。
【００４３】
光波長多重通信では、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのＣバンド帯（バンド波長範囲３５ｎｍ）と１５６５ｎｍから１６１５ｎｍまでのＬバンド帯（バンド波長範囲５０ｎｍ）が主に使用されている。従来例での波長可変範囲３５ｎｍではＣバンド帯のみに適用可能である。一方本実施例４で示す波長可変範囲５０ｎｍでは、Ｃバンド帯のみならずＬバンド帯にも適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、スペーサ層を最適化すると共に、４重以上の共振器構造を用いることによって急峻な特性が得られる。そしてＰ偏光とＳ偏光との偏光成分が異なってもいずれも同様に波長特性がシフトし、一方の透過バンド幅の範囲内に他方が収まっている。そのため入射角度を変化させても大きな歪みがなくなる。従って入射角を比較的広い範囲で用いることができ、波長可変範囲を広くすることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１による誘電体多層膜バンドパスフィルタの構造を示す図であり、（ｂ）はその第１の共振器構造の詳細な構成を示す図である。
【図２】（ａ）は入射角０°のときの実施例１の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２４°のときの波長選択特性を示す図である。
【図３】実施例１の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図４】実施例１の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図５】（ａ）は入射角０°のときの実施例２の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２３．５°のときの波長選択特性を示す図である。
【図６】実施例２の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図７】実施例２の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図８】（ａ）は入射角０°のときの実施例３の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２３．５°のときの波長選択特性を示す図である。
【図９】実施例３の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図１０】実施例３の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は入射角０°のときの実施例４の波長選択特性を示す図、（ｂ）は入射角２３°のときの波長選択特性を示す図である。
【図１２】実施例４の入射角度に対する中心波長の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例４の入射角度に対する偏光モード間の中心波長差を示すグラフである。
【図１４】従来の単一共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図である。
【図１５】従来の２重共振器構造の誘電体多層膜バンドパスフィルタの膜構造図である。
【符号の説明】
１１  基板
１２  第１共振器構造
１３  第２共振器構造
１４  第３共振器構造
１５  第４共振器構造
１５  第５共振器構造
１２−１  第１スタック層
１２−２  スペーサ層
１２−３  第２スタック層
１２−４  結合層
【図１】
2004177658.tif 000004
【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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