(57)【要約】【課題】簡便な方法によりフィルタ素子内での透過光の中心波長の変動を極力小さくし、フィルタ素子内での光学特性を均一とし、このフィルタ素子を小型の光部品に組み込む際の調整工程等を軽減できるフィルタ素子を得る。【解決手段】レーザ光を照射してフィルタ素子７を加熱するとともに、測定光をフィルタ素材に照射し誘電体薄膜の透過光の波長を測定用受光器１２で測定する。加熱光は、フィルタ素子７に温度分布を生じさせるために５０ｍｓ以下のパルス光であり、フィルタ素子７の上を移動させる。フィルタ素子７を透過する波長を測定し、加熱光の照射時間と移動を制御し、透過光波長の分布が素子全体で±０．１ｎｍの範囲内であるフィルタ素子を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に誘電体薄膜を多層に堆積してなるフィルタ基板を切断して作られたフィルタ素子に対して、加熱光を照射して加熱するとともに、測定光を照射し誘電体薄膜の透過光の波長を測定することを特徴とする誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
【請求項２】
加熱光と測定光を交互に照射することを特徴とする請求項１に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
【請求項３】
加熱光が、光束の中心を通る断面での光強度分布が双峰状であり、この光を基板上に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
【請求項４】
加熱光が、ガウス分布状の光強度分布を有するものであり、この光を基板上に移動しつつ照射することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
【請求項５】
加熱光が、炭酸ガスレーザ光、ＹＡＧレーザ光またはチタンサファイヤレーザ光であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法。
【請求項６】
レーザ光が、５０ｍｓ以下のパルス発振光であることを特徴とする請求項５に記載の誘電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の製造方法で製造された、透過光波長の分布が均一な誘電体多層膜フィルタ素子。
【請求項８】
透過光波長の分布が素子の実効領域で、±０．１ｎｍの範囲内である請求項７記載の誘電体多層膜フィルタ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バンドパスフィルタやチャンネルフィルタ，利得等化フィルタなどに用いられる誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、誘電体多層膜フィルタ素子を用いたバンドパスフィルタなどの光部品の例を示すもので、図中符号２４，２５は、ＧＲＩＮレンズである。このＧＲＩＮレンズはロッドレンズとも言われ、屈折率が半径方向に指数関数的に連続的に変化するものである。このＧＲＩＮレンズ２４，２５は、２個１対で用いられ、その間には誘電体多層膜フィルタ素子２６が設けられている。また、ＧＲＩＮレンズ２４，２５の他端には１対のガラスキャピラリ２７，２８が設けられている。ガラスキャピラリ２７，２８には、光を入射、透過あるいは反射するためのポートとなる光ファイバ２９，３０，３１がそれぞれ挿入され、固定されている。
【０００３】
そして、上記誘電体多層膜フィルタ素子（以下、フィルタ素子と略す。）２６は、通常、直径１０ｃｍ程度の大きさのガラス板または外径３０ｃｍ、内径２０ｃｍの円環状のガラス板などの基板上に、Ｔａ２Ｏ５やＳｉＯ２などの誘電体薄膜を交互に数十〜数百層、蒸着法やスパッタ法などにより堆積して得られたフィルタ素材を、数ｍｍ角の大きさに切断したチップ状として使用されている。
【０００４】
このようにして作られたフィルタ素子の光学特性は、フィルタ基板の種類，蒸着された誘電体多層膜の膜の種類や膜厚，フィルタ素子の大きさ等の要因に依存する。このため、１個のフィルタ素子内で、中心部に比べ周辺部は透過光の中心波長が短くなる。図６は、平面寸法が１ｍｍ角のフィルタ素子の透過光の中心波長の分布の一例を示すもので、フィルタ素子の中心部と周辺部では、約１ｎｍの変動がある。また、この変動はほぼ円状になっている。
【０００５】
このようなフィルタ素子内での中心波長の分布は、図５に示したような光部品を小型化する上で（特願２００１−１０４９２９号）、大きな障害となる。すなわち、このような小型の光部品を組み立てる際に、フィルタ素子２６に対する光軸の位置調整が数十μｍの精度で必要となり、さらに光軸に対して垂直方向のフィルタ素子２６の位置の微細な調整も必要となり、工数が増え設備が複雑となる欠点がある。
【０００６】
さらに、光部品の組立調整後にフィルタ素子２６を固定する際に、筐体の熱膨張や接着剤の収縮、ハンダの表面張力などによってフィルタ素子２６の位置がずれた場合に、透過光の中心波長が変動し、光部品としての機能を満たさなくなる。
【０００７】
このような問題に対処する方法として、フィルタ素子を加熱炉内に収めて加熱して、透過光の中心波長分布を均一とするものがある。しかし、この方法は、個々のフィルタ素子毎に、加熱時間や加熱温度といった処理条件を検量線を予め作成しておいて決定する方法や過去の経験に基づいて決定する方法などで行われており、的確な処理条件を探すのが難しく、多数のフィルタ素子の処理には多くの時間を要した。
このようなフィルタ素子に関する先行技術文献としては、例えば以下に示すものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１１５７１１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、簡便な方法によりフィルタ素子内での透過光の中心波長の変動を極力小さくし、フィルタ素子内での光学特性を均一とし、このフィルタ素子を小型の光部品に組み込む際の調整工程等を軽減できるフィルタ素子を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、基板上に誘電体薄膜を多層に堆積してなるフィルタ基板を切断して作られたフィルタ素子に対して、加熱光を照射して加熱するとともに、測定光をフィルタ素材に照射し誘電体薄膜の透過光の波長を測定することを特徴とする誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、加熱光と測定光を交互に照射することを特徴とする請求項１に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
請求項３に記載した発明は、加熱光が、光束の中心を通る断面での光強度分布が双峰状であり、この光を基板上に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
請求項４に記載した発明は、加熱光が、ガウス分布状の光強度分布を有するものであり、この光を基板上に移動しつつ照射することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、加熱光が、炭酸ガスレーザ光、ＹＡＧレーザ光またはチタンサファイヤレーザ光であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
請求項６に記載した発明は、レーザ光が、５０ｍｓ以下のパルス発振光であることを特徴とする請求項５に記載の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法である。
請求項７に記載した発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の製造方法で製造された、透過光波長が均一な誘電体多層膜フィルタ素子である。
請求項８に記載した発明は、透過光波長の分布が素子の実効領域で、±０．１ｎｍの範囲内である請求項７記載の誘電体多層膜フィルタ素子である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の誘電体フィルタ素子の製造方法に用いられる装置の一例を示すものである。図中符号２は、加熱用光源を示す。この加熱用光源２には、例えば炭酸ガスレーザ装置、ＹＡＧレーザ装置、チタンサファイアレーザ装置などが用いられる。この加熱用光源２からの波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザ光や波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ光、波長０．７８μｍのチタンサファイアレーザ光などの加熱光は、ビームコンバイナ５に入射される。この加熱光は、フィルタ素子の基板または誘電体多層膜に吸収されてこれを加熱する波長のものが用いられる。
【００１４】
一方、図中符号１は、測定用光源を示す。この測定用光源１には、例えば端面発光ダイオードなどのフィルタ素子の基板または誘電体多層膜に吸収されない性質の光を発するものが用いられる。測定用光源１からの波長１．２〜１．６μｍの測定光は、導波用光ファイバ３を経て、コリメータ４に送られ、ここで平行光とされたうえ、ビームコンバイナ５に入射される。測定光の光束は、加熱光の光束よりも小さく、通常は直径１００〜４００μｍとされる。
ビームコンバイナ５においては、上記に加熱光と測定光とが同一光軸上に位置されるようになっている。ビームコンバイナ５を出た光は、集光レンズ６で集光されたうえ、被加工物であるフィルタ素子７に照射される。フィルタ素子７は、図示しない２次元微動テーブル上に載置され、２次元方向に移動自在となっている。
【００１５】
フィルタ素子７を透過した光は、レンズ８を経て、ビームスプリッタ９に送られ、ここで加熱光と測定光に分離され、測定光はコリメータ１０及び光ファイバ１１を介して測定用受光器１２に入射されるようになっている。受光された測定光は、スペクトルアナライザにてフィルタ素子７の透過光の波長が精密に０．０１ｎｍのオーダーまで測定される。ビームスプリッタ９で分離された加熱光は、外部に放散される。
【００１６】
次に、この装置を用いるフィルタ素子の製造方法の例について説明する。
図２は、フィルタ素子７の透過光波長の測定点の分布の一例を示すものである。まず、フィルタ素子の中心である点１３に測定光を照射し、フィルタ素子７の中心透過光波長を測定する。次に、フィルタ素子７もしくは測定光を移動し、フィルタ素子７の外縁部に近い点１４，点１５，点１６及び点１７のいずれかの位置に測定光を照射し、その位置の透過光波長を測定する。ついで、点１８，点１９，点２０及び点２１のいずれかの位置に測定光を照射し、その透過光波長を測定する。
以上の方法により、フィルタ素子内で３点以上の透過光波長を測定することで、フィルタ素子全体の透過光波長の分布が推定される。
【００１７】
ついで、このようにして得られたフィルタ素子７全体の透過光波長の分布に基づいて、フィルタ素子７に加熱光を照射することになる。図３は、一辺の長さが２ａのフィルタ素子７へ照射する加熱光の移動軌跡の一例を示すものである。
まず、フィルタ素子７もしくは加熱光の光束２３を動かし、フィルタ素子の中心を円の中心とした半径０．８ｘａの円周上に加熱光を１周させる。次に、加熱光の出力をやや落として、フィルタ素子７の中心を円の中心とした半径０．５ｘａの円周上に加熱光を１周させる。
【００１８】
こうして加熱されたフィルタ素子７において、図２に示すフィルタ素子７の中心の点１３、フィルタ素子７の外縁部の点１４ないし点１７のいずれか、及び点１８ないし点２１のいずれかの位置の合計３点の透過光波長を再度測定する。３点の透過光の波長と要求する透過光波長との差が製品の要求値以下であれば、加熱処理を終了する。
【００１９】
３点で測定された透過光波長と要求される透過光波長との差が製品の要求値より大きい時は、再度、フィルタ素子７もしくは加熱光の光束を動かし、フィルタ素子の中心を円の中心とした半径０．８ｘａの円周上、もしくは半径０．５ｘａの円周上を加熱光を１周させる。その後、図２に示すフィルタ素子７の中心の点１３、フィルタ素子７の外縁部の点１４ないし点１７のいずれか、及び点１８ないし点２１のいずれかの部分の合計３点の透過光波長を再度測定する。３点で測定された透過光の波長と要求する波長との差が製品の要求値以下になるまで、加熱処理と透過光波長値の測定を繰り返す。
【００２０】
また、本発明では、加熱光によるフィルタ素子７に対する加熱と、測定光による透過光波長の測定とを同時に行うようにしてもよい。これには、加熱用光源２からの加熱光と測定用光源１からの測定光とをビームコンバイナ５で重畳した光をフィルタ素子７に照射すればよい。
【００２１】
次に、フィルタ素子を加熱する光について説明する。
フィルタ素子の加熱光は、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザ光や波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ光、また、０．７８μｍのチタンサファイアレーザ光などである。照射される加熱光は、熱の拡散によってフィルタ素材が均一に加熱されることを防ぐために、５０ｍｓ以下、好ましくは２０〜３０ｍｓのパルス発振光である。加熱光の光束は、大きさが１〜２ｍｍ角のフィルタ素子では直径５００〜１０００μｍで、実際に加熱効果のある部分は、直径１００〜４００μｍである。また、大きさが１ｍｍ角以下のフィルタ素子ではフィルタ素子の大きさの１／２以下で、通常は直径１００μｍである。
【００２２】
加熱光には、強度が１０〜４０ｋＪ／ｃｍ２のガウス型の強度分布を持つもの、もしくは、ガウス型強度分布の光の光束の中心部分をＮＤフィルタを使って光の強度を弱め、図４に示す光束の中心を通る断面での光強度分布が、双峰状であるものが用いられる。
ガウス型の強度分布を持つ加熱光は、フィルタ素子の加熱効果を高めるために、フィルタ素子上で光束を円状に移動させる。一方、光束の中心を通る断面での光強度分布が双峰状である加熱光では、光束の中心とフィルタ素子の中心を一致させると、光束の中心よりも強い光がフィルタ素子の中心位置の周辺部に照射される。よって、フィルタ素子の透過光波長を長くしたい周辺部分を加熱光の光束を移動させずに加熱できる。
【００２３】
フィルタ素材から切り出された加熱処理前のフィルタ素子において、その素子内での透過光波長は、中央部と周辺部で約１ｎｍの差を持ち、中心部よりも周辺部が短波長となっている。フィルタ素子の透過光波長測定と、加熱光のフィルタ素子の中心を円の中心とした円周上を移動させる照射を交互に行うことにより、加熱されたフィルタ素子は、その素子内における透過光波長が均一化される。
【００２４】
すなわちフィルタ素子を加熱光により加熱すると、加熱された部分の透過光の中心波長が長波長側にシフトするため、フィルタ素子の主に周辺部に加熱光を照射することで、周辺部の中心波長が長波長に移動する。
この結果、中心波長を監視しつつ加熱量を調整することで、フィルタ素子の中央部と周辺部での透過光の中心波長の差を±０．１ｎｍの範囲内におさえることが十分可能である。
【００２５】
このようなフィルタ素子の製法では、上述のように透過光中心波長の変動幅が、ほぼ素子全域においてきわめて小さいものとなり、変動幅を±０．１ｎｍの範囲内に抑えることができる。
また、この製法では、フィルタ素子を１つ１つ処理しなければならない。しかし、通常、厳密な透過光の波長特性が要求されるフィルタ素子においては、透過光波長の保証のために最低１回、加熱処理の前、後または組立中に、光学特性を測定しなければならない。本発明でも、測定のためにフィルタ素子をトレイに並べ替えることや、測定の際の光軸合わせ、フィルタ素子面の角度調整などの作業工数には従来のものとは大きな差はないが、フィルタ素子を所望の透過光波長に厳密に合わせることができ、後の光部品の組立工程において、光の入射角度や入射位置を調整することにより、フィルタ素子の光学特性を微調整する必要がなくなり、組立が容易となり製造コストが削減できる。
【００２６】
次に、本発明の誘電体多層膜フィルタ素子について説明する。
本発明の誘電体多層膜フィルタ素子は、上述の製法によって製造されたものであって、透過光の中心波長の変動幅が素子全面において±０．１ｎｍ以下のものである。このため、本発明のフィルタ素子は、ＣＷＤＭ用バンドパスフィルタやＤＷＤＭ用バンドパスフィルタなど極めて高い波長精度が要求される用途に使用しうるものとなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体多層膜フィルタ素子の製法によれば、透過光の波長を検知しながら加熱することができるので、設定する特性値と極めて近い値での製造が可能である。また、フィルタ素子に細かな温度分布を生じさせて加熱することで、フィルタ素子の透過光の中心波長変動幅を±０．１ｎｍの範囲内にすることができる。
このため、このフィルタ素子を光部品に組み込む時に、光軸に対するフィルタの位置調整を行う必要がなく、フィルタ素子を固定する際に、接着剤の収縮，ハンダの表面張力による移動，筐体の熱膨張などの影響に対しても、光学特性の変化は起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体多層膜フィルタ素子の製造方法に用いられる装置の
一例を示す概略構成図である。
【図２】フィルタ素子の透過光波長測定点の一例を示す平面図である。
【図３】フィルタ素子上の加熱光移動軌跡の一例を示す平面図である。
【図４】照射する加熱光の中心を通る断面での光強度分布の一例を示す図である。
【図５】誘電体多層膜フィルタ素子を使用する光部品の一例を示す概略構成図である。
【図６】加熱処理加工を行う前の誘電体多層膜フィルタ素子の透過光波長分布を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・測定用光源，２・・・・加熱用光源，５・・・・ビームコンバイナ，７・・・・誘電体多層膜フィルタ素子，９・・・・ビームスプリッタ，１２・・・・測定用受光器，１３〜２１・・・・透過光波長測定点，２３・・・・加熱用光束
【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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