(57)【要約】【課題】少ない層数の干渉膜からなる光フィルタ素子であっても、層数の多い多層膜フィルタと同等の光学特性を呈し、挿入損失偏光依存性を低減することが可能な光フィルタ素子を提供する。【解決手段】誘電体多層膜フィルタ１は１／４波長板上に成膜されている。１／４波長板の裏面には反射膜３が成膜されている。誘電体多層膜フィルタ１は、光が２回通過することによって所望の特性を得るように設計されている。誘電体多層膜フィルタ１に入射した光は、全反射膜３で反射され、誘電体多層膜フィルタ１に再び入射する際には、その偏光面が１回目に誘電体多層膜フィルタ１に入射したときより９０度回転している。そのため、誘電体多層膜フィルタ１を２回通過することによって偏波面が互いに入れ替わり、挿入損失偏光依存性は解消される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜フィルタを基板の一方の面上に成膜し、この基板の他方の面上に全反射膜を成膜し、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子。
【請求項２】
前記基板は１／４波長板であることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ素子。
【請求項３】
多層膜フィルタを光学特性の温度特性が良好な基板上に成膜し、全反射膜を１／４波長板上に成膜し、前記基板と前記１／４波長板とを膜が形成された面と反対側の面を貼り合わせて形成された光フィルタ素子であって、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子。
【請求項４】
前記基板と前記１／４波長板との貼り合わせ面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項３記載の光フィルタ素子。
【請求項５】
多層膜フィルタを光学特性の温度特性が良好な基板上に成膜し、全反射膜を１／４波長板上に成膜し、前記基板と前記１／４波長板とを膜が形成された面と反対側の面を向い合わせて形成された光フィルタ素子であって、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子。
【請求項６】
前記基板と前記１／４波長板との向い合わせ面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項５記載の光フィルタ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重光通信システムにおける光増幅器の利得等化フィルタや、信号光と励起光を合波分波する波長多重フィルタ、あるいは高密度波長多重光通信における光合分波器の狭帯域バンドパスフィルタ等として用いられ、基板上に誘電体多層膜フィルタを成膜して形成される光フィルタ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器の増幅率向上等の技術的進歩によって、光通信における透過使用波長が複数化しており、それに伴って、ある波長の光を透過させながら他の波長の光の遮断特性をより高めることが重要となっている。しかし、１枚の干渉フィルタを用いる構成では、十分な遮断特性を得ることができない。
干渉フィルタの遮断特性を向上させるためには、複数枚の干渉フィルタを直列に配置することが考えられる。しかし、光軸に対して傾いた干渉フィルタは、挿入損失偏光依存性、すなわちＰ波とＳ波の光強度の差を有するため、偏波分散（Ｐ波とＳ波の伝搬速度の差）が生じる。従って、単に干渉フィルタを複数枚平行に配列しただけでは、遮断特性は向上するものの、配列した数だけ挿入損失偏光依存性が増大し、偏波分散も大きくなってしまう。
【０００３】
例えば２枚の干渉フィルタを平行配置すると、Ｐ偏光及びＳ偏光の透過損失の差及び透過伝搬速度の差は２倍となり、挿入損失偏光依存性及び偏波分散は増大する。ところが、対となる２枚の干渉フィルタを直交配置すると一方の干渉フィルタを透過するＰ偏光は他方の干渉フィルタではＳ偏光となり、一方の偏光フィルタをＳ偏光として透過する光は他方の干渉フィルタではＰ偏光となるため、対をなす２枚の干渉フィルタによって挿入損失偏光依存性及び偏波分散が打ち消され遮断特性のみが向上する結果が得られる。
このことから、偶数枚の干渉フィルタを用いると、２枚ずつ対にして直交配置することで、挿入損失偏光依存性及び偏波分散をほぼ完全に打ち消すことができる。また、奇数枚の干渉フィルタを用いた場合でも、１枚の干渉フィルタを用いたのと同程度の挿入損失偏光依存性及び偏波分散が生じるだけで済み、遮断特性は著しく向上することになる。
【０００４】
図５は、特開平９−１７８９７０号公報において開示されている干渉フィルタモジュールの一実施例を示す概念図であり、干渉フィルタを２枚直交配置する最も単純な例である。
図５に示すように、光軸方向にｚ軸をとり、それに対して垂直な水平方向にｘ軸、垂直方向にｙ軸をとる。光軸（ｚ軸）に対して角度θ傾いた２枚の干渉フィルタ１０ａ，１０ｂを光軸上で直列に配置する。第１の干渉フィルタ１０ａは、ｘ軸を回転中心としてｘｙ面を角度θだけ傾けた状態（傾き方向を矢印Ａで示す）となっている。また第２の干渉フィルタ１０ｂは、ｙ軸を回転中心としてｘｙ面を角度θだけ傾けた状態（傾き方向を矢印Ｂで示す）となっている。
【０００５】
これによって、２つの干渉フィルタ１０ａ，１０ｂは、光軸（ｚ軸）に対する傾き方向（矢印Ａと矢印Ｂ）を光軸（ｚ軸）に沿って見た時に、互いに直交するように組み合わされていることになる。そして、２つの干渉フィルタ１０ａ，１０ｂの前後に光ファイバコリメータ１２ａ，１２ｂを配置する。光ファイバコリメータ１２ａ，１２ｂにはそれぞれ光ファイバ１１ａ、１１ｂが接続されている。
この光フィルタ素子においては、光ファイバ１１ａから入射された光は、光ファイバコリメータ１２ａによってコリメートされた後、２つの干渉フィルタ１０ａ，１０ｂを通過して特定の波長について損失を受ける。この光は光ファイバコリメータ１２ｂを介して光ファイバ１１ｂに出力される。
ここで使用する両干渉フィルタ１０ａ，１０ｂは同一構成であり、例えばガラス基板上にＴｉＯ２　薄膜とＳｉＯ２　薄膜を３０〜４０層にわたって交互に蒸着したものである。それぞれの干渉フィルタ１０ａ，１０ｂの光軸（ｚ軸）に対する傾き角θは数度（例えば４〜８度程度）である。
【０００６】
このように、この干渉フィルタモジュールでは、誘電体フィルタ膜への光の入射角度を傾けた場合に生じる光学特性の偏波依存性を防止するために、２枚のフィルタを用いて、それぞれのフィルタは光軸に対する傾け方向を光軸に沿う方向に見たときに互いに直交するように組み合わされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この干渉フィルタモジュールは、誘電体フィルタを光軸に対して角度を互いに直交するように配置するため、部品の位置調整及び固定が複雑となる。本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、少ない層数の干渉膜からなる光フィルタ素子であっても、層数の多い多層膜フィルタと同等の光学特性を呈し、挿入損失偏光依存性を低減することが可能な光フィルタ素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、多層膜フィルタを基板の一方の面上に成膜し、この基板の他方の面上に全反射膜を成膜し、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子である。
これにより、部品点数を少なくして、簡単な構成で、光学特性の偏波依存性の無い光フィルタ素子を実現することができる。
また、少ない層数の干渉膜からなる光フィルタ素子であっても、層数の多い多層膜フィルタと同等の光学特性を持つことができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光フィルタ素子において、前記基板は１／４波長板であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、多層膜フィルタを光学特性の温度特性が良好な基板上に成膜し、全反射膜を１／４波長板上に成膜し、前記基板と前記１／４波長板とを膜が形成された面と反対側の面を貼り合わせて形成された光フィルタ素子であって、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子である。
これにより、温度特性に優れた光フィルタ素子を実現することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の光フィルタ素子において、前記基板と前記１／４波長板との貼り合わせ面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
これにより、境界面での多重反射によるリップルの発生を防止することができる。
【００１１】
請求項５記載の発明は、多層膜フィルタを光学特性の温度特性が良好な基板上に成膜し、全反射膜を１／４波長板上に成膜し、前記基板と前記１／４波長板とを膜が形成された面と反対側の面を向い合わせて形成された光フィルタ素子であって、前記多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことを特徴とする光フィルタ素子である。
これにより、温度特性の優れた光フィルタ素子を実現することができる。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の光フィルタ素子において、前記基板と前記１／４波長板との向い合わせ面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
これにより、境界面での多重反射によるリップルの発生を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の光フィルタ素子の第１の例を示す。
図１中、符号１は多層膜フィルタとして通常用いられる誘電体多層膜フィルタであり、この誘電体多層膜フィルタ１は、基板、好ましくは１／４波長板２上に成膜されている。１／４波長板２の裏面には全反射膜３が成膜されている。
図２は、この光フィルタ素子の成膜面に対して垂直な端面を示しており、図３はこの光フィルタ素子に光が入射したときの偏光状態の変遷を示している。
図３（ａ）は、図２に示すように誘電体多層膜１と１／４波長板２との境界面上のａ点における入射光の偏光状態を示しており、同様に、図３（ｂ）は１／４波長板２と全反射膜３との境界面上のｂ点における入射光の偏光状態を示し、図３（ｃ）は全反射膜３で反射された反射光について、１／４波長板２と誘電体多層膜１との境界面上のｃ点における偏光状態を示している。
【００１４】
光フィルタ素子に入射した光のうち、図３（ａ）に実線で示す偏光面を持つ光は、（ｂ）の円偏光の状態を経て、再び誘電体多層膜１に入射する際には（ｃ）に示すように偏波面が９０度回転している。一方、図３（ａ）に破線で示すように、実線で示した偏光に対して垂直な偏光面を持つ光は、（ｂ）の円偏光の状態を経て、再び誘電体多層膜１に入射する際には（ｃ）に示すように偏波面が９０度回転している。このように、誘電体多層膜フィルタ１を２回通過することによって偏波面が互いに入れ替わることで、挿入損失偏光依存性は解消される。
また、この誘電体多層膜フィルタ１は、光が２回通過することによって所望の特性を得るように設計しておくことで、光フィルタ素子として必要な光学特性を満たすことができる。このようにして、少ない層数の干渉膜からなる光フィルタ素子であっても、層数の多い多層膜フィルタと同等の光学特性を持つことができる。
【００１５】
図４に、本発明の光フィルタ素子の第２の例を示す。
図４中、符号１は誘電体多層膜フィルタであり、この誘電体多層膜フィルタ１は、基板４上に成膜されている。この基板４は、その光学特性の温度特性が良好である基板であり、具体的には、ＷＭＳ−０２、ＷＭＳ−１３、ＷＭＳ−１５（以上、株式会社オハラ製）、Ｆ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）などのヤング率が７５ＧＰａ以上で、かつ線膨張係数が９×１０−６〜１４×１０−６／℃の特性を有する基板である。
符号２は１／４波長板であり、この１／４波長板の裏面には反射膜３が成膜されている。この例の光フィルタ素子は、１／４波長板２と基板４とを、膜が形成された面と反対の面を貼り合わせて形成されている。この１／４波長板２と基板４との境界となる端面には、反射防止膜を形成することが好ましい。
【００１６】
この例においても、誘電体多層膜フィルタ１に入射した光は、全反射膜３で反射され、誘電体多層膜フィルタ１に再び入射する際には、その偏光面が１回目に誘電体多層膜フィルタ１に入射したときに対して９０度回転している。そのため、誘電体多層膜フィルタ１を２回通過することによって偏波面が互いに入れ替わることで、挿入損失偏光依存性は解消される。
また、誘電体多層膜フィルタ１は、光が２回通過することによって所望の特性を得るように設計されており、これによって光フィルタ素子として必要な光学特性を満たすことができる。
また、誘電体多層膜フィルタ１は光学特性の温度特性が良好な基板４上に成膜されているため、温度特性に優れた光フィルタ素子を実現することができる。
さらに、１／４波長板２と基板４との境界となる端面には反射防止膜を形成することにより、１／４波長板２と基板４との境界での多重反射によるリップルの発生を防止することができる。
【００１７】
また、上記第２の例の変形例として、基板４と１／４波長板２とを互いにある間隔を配して、それら板の膜が形成されていない面を互いに向き合うようにして組み立てた光フィルタ素子であっても第２の例の光フィルタ素子と同様の作用効果が得られる。この際、基板４と１／４波長板２との互いに対向するいずれか一方もしくは両方に反射防止膜を形成しておき、多重反射を防止することが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、多層膜フィルタを１／４波長板等の基板の一方の面上に成膜し、この基板の他方の面上に全反射膜を成膜し、多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことにより、部品点数を少なくして、簡単な構成で、光学特性の偏波依存性の無い光フィルタ素子を実現することができる。
また、少ない層数の干渉膜からなる光フィルタ素子であっても、層数の多い多層膜フィルタと同等の光学特性を持つことができる。
【００１９】
また、多層膜フィルタを光学特性の温度特性が良好な基板上に成膜し、全反射膜を１／４波長板上に成膜し、基板と前記１／４波長板とを膜が形成された面と反対側の面を貼り合わせるかあるいは向い合わせて形成され、多層膜フィルタを光が２回通過することによって所望の光学特性を持つようにしたことにより、温度特性に優れた光フィルタ素子を実現することができる。
また、基板と１／４波長板との貼り合わせ面に反射防止膜が形成されていることにより、これらの境界面での多重反射によるリップルの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光フィルタ素子の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の光フィルタ素子の第１の例について、光の入射、反射の様子を示す図である。
【図３】本発明の光フィルタ素子における偏光面の変化の様子を示す図である。
【図４】本発明の光フィルタ素子の第２の例を示す図である。
【図５】従来の干渉フィルタモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…誘電体多層膜フィルタ、２…１／４波長板、３…全反射膜、４…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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