(57)【要約】【課題】光がファブリーぺロー共振空胴を通過する際に、光学薄膜の公差による半値幅エネルギー値の誤差を補償する、ファブリーぺロー装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のファブリーぺロー装置は、グレーデッドインデックス・レンズ等、光学薄膜が塗られた平行光入力素子を第一反射面とし、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成された反射面を第二反射面とするため、ファブリーぺロー装置における第一反射面と第二反射面間の距離が調整可能となり、グレーデッドインデックス・レンズ上の第一反射面と、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成された第二反射面上に実際にメッキされた光学薄膜の反射率によって、両反射面の間の距離を調整することができるため、所期の半値幅エネルギー値を実現することができる。【選択図】　　　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を部分的に反射する第一反射率を有する第一反射面と、
前記第一反射面と平行して対向するように配置され、前記光を部分的に反射する、第二反射率を有する第二反射面と、
を有し、光の通過に供するファブリーぺロー共振空胴を備えるファブリーぺロー装置であって、
前記第一反射面と前記第二反射面との間の距離は、前記第一反射率と前記第二反射率によって調整することにより、前記ファブリーぺロー共振空胴を通過した前記光が前記第一反射率と前記第二反射率による半値幅エネルギーの誤差を補うことを特徴とするファブリーぺロー装置。
【請求項２】
前記第二反射面は、グレーデッドインデックス・レンズの一表面であり、前記表面上には、前記第二反射率を提供する第二光学薄膜が塗られていることを特徴とする、請求項１に記載のファブリーぺロー装置。
【請求項３】
前記第二反射面は、グレーデッドインデックス・レンズ上に固定されているガラス基板の一表面であり、前記表面上には、前記第二反射率を提供する第二光学薄膜が塗られていることを特徴とする、請求項１に記載のファブリーぺロー装置。
【請求項４】
前記ファブリーぺロー共振空胴を通過する光を受信するためのグレーデッドインデックス・レンズ又は光電転換のフォトダイオードと、
前記ファブリーぺロー装置を通過した光を再び前記ファブリーぺロー装置に反射する反射鏡又は反射プリズムと、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のファブリーぺロー装置。
【請求項５】
ＭＥＭＳプロセス技術で移動できるマイクロ反射鏡を製造し、さらに前記マイクロ反射鏡の表面上に第一光学薄膜を塗り、第一反射面を形成するステップと、
グレーデッドインデックス・レンズ上に第二光学薄膜を塗り、第二反射面を形成するステップと、
平台上で前記マイクロ反射鏡と前記グレーデッドインデックス・レンズの照準を合わせ、前記第一反射面と前記第二反射面を、平行して対向させるように配置するステップと、
ファブリーぺロー装置を通過した光のスペクトラムを測定し、前記第一反射面と前記第二反射面間の距離を調整し、半値幅エネルギー誤差を公差に符合させるステップと、
を含むことを特徴とする、ファブリーぺロー装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリーぺロー装置に関し、特に光ファイバ通信の応用において、半値幅エネルギー誤差を補うファブリーぺロー装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光波の反射、屈折、干渉、迅速な伝送速度等の特性、及び、容易に入手するという利点から、各種光学応用技術は目覚ましい発展を遂げてきた。中でも、光通信領域の発展は著しい。光通信は光波の進行によってデータの伝送を行なうため、伝送の過程におけるデータの発送及び受信の効率は、光波の特性と深く関わる。つまり、目下、光通信通路で使用される各種の主動又は受動光学デバイスは、光波の特性による制限を克服しなければ、望ましい発送及び受信の効率が得られない。
【０００３】
このニーズに応えるため、半導体及びＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）等、各種光学デバイスの製作精度は、全てサブミクロンないしナノ技術に向けて造られている。例えば、半導体技術及びＭＥＭＳ技術におけるバルク・マイクロ加工技術から発展したマイクロ型ファブリーぺロー共振空胴（又は干渉計）は、すでに光電、機械、医学、環境測定など様々な領域で応用されている。
【０００４】
図１は従来のファブリーぺローエタロンを示す図である。図１に示すように、ファブリーぺローエタロン１０は、互いに平行し、対向する平面鏡１１と１２によって構成されている。平面鏡１１と１２の反射率はＲであり、両平面鏡とも入射光１３を部分的に反射することができる。又、平面鏡１１と１２間の距離Ｄｏｐは光学的厚さと呼ばれる。波長がλ１〜λｎの入射光１３はファブリーぺローエタロン１０に入射する際、平面鏡１１と１２の反射作用によって、入射光１３は両平面鏡１１と１２の間で行き来する。そして、平面鏡１１と１２間の距離Ｄｏｐを調整することによって、特定波長λｉの入射光１４のみを通過させることが可能となり、濾過効果を得ることができる。ファブリーぺロー装置の光学特性は下記の式によって定義される。
【０００５】
自由スペクトラム比（Ｆｒｅｅ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｒａｔｉｏ）：ＦＳＲ＝（λ２）／２ｎＤｏｐ
（λは中心波長、ｎは屈折率、Ｄｏｐは両平面鏡間の距離である。）
フィネス（Ｆｉｎｅｓｓｅ）：Ｆ＝π√Ｒ／（１−Ｒ）
（Ｒは両反射鏡の反射率である。）
半値幅エネルギー：ＦＷＨＭ＝ＦＳＲ／Ｆ
【０００６】
上記ファブリーぺローエタロン１０を通過した出射光１４は、波長がガウス分布に近似する。このため、従来の光学通信システムの応用で、光波をろ過する半値幅エネルギー値は設計上の最も重要なパラメータとなる。上記ファブリーぺローエタロン１０において、出射光１４の波長分布の半値幅エネルギー値は、主に両平面鏡１１と１２の反射率、及び、両平面鏡の間の光学的厚さＤｏｐによって決定される。そのため、ファブリーぺローエタロンにとって、如何に両平面鏡１１と１２の製造と組み立て過程において、両平面鏡の間の光学的厚さＤｏｐと反射率Ｒを制御するのが、設計上の最重要な課題となる。
【０００７】
例えば、光ファイバ通信ＩＴＵ１００ＧＨＺ仕様によれば、上記ファブリーぺローエタロン１０を通過した出射光１４の特定波長λｉを、波長範囲が１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンドの中心波長λ、つまり、１５５０ｎｍとするために、出射光１４のスペクトラム特性は、半値幅エネルギー値が０．３７ｎｍで、且つ自由スペクトラム比ＦＳＲが少なくとも４０ｎｍの条件を満たさなければならない。即ち、フィネスＦは１０８でなければならない。ここで、半値幅エネルギー、自由スペクトラム比、そして、フィネスは、図２に示す通りである。さらに、自由スペクトラム比ＦＳＲ、中心波長λ、光学的厚さＤｏｐ、及び、屈折率ｎの関係式、ＦＳＲ＝（λ２）／２ｎＤｏｐによると、平行する両平面鏡１１と１２の間の光学的厚さＤｏｐは最大３０μｍとなる。また、フィネスＦと平行する両反射鏡の反射率Ｒの関係式Ｆ＝π√Ｒ／（１−Ｒ）によると、平行する両反射鏡の反射率Ｒは少なくとも０．９７となる。
【０００８】
しかし、図３に示すように、ＭＥＭＳ及び半導体プロセス技術によって製造される従来のファブリーぺロー共振空胴２０は、通常ガラス基板２１上に特定深さの溝をエッチングして、そしてその表面に光学薄膜をメッキして固定反射面２３を形成する。そして、ＭＥＭＳプロセス技術でシリコン基板２２上に光学薄膜をメッキした可動反射面２４を形成する。固定反射面２３と可動反射面２４との距離はＤであり、可動反射面２４は微小な距離ｄ（ｄ＜＜Ｄ）を移動できる。このため、両反射面２３と２４の反射率は、実際に光学薄膜の品質によって決定される。しかし、目下の比較的優れた光学薄膜技術でも、両反射面の反射率を±１％以内にのみ制御できる。そのため、上述の例において、実際光学薄膜による反射率は０．９７±０．０１、即ち、０．９６〜０．９８である。この反射率Ｒが０．９６〜０．９８の値をフィネスの式Ｆ＝π√Ｒ／（１−Ｒ）、及び半値幅エネルギー値ＦＷＨＭ＝ＦＳＲ／Ｆに導入すると、フィネスＦ＝７７〜１５５、半値幅エネルギー値ＦＷＨＭ＝０．５２〜０．２５８ｎｍを得る。このような広い公差範囲を持つ半値幅エネルギー値ＦＷＨＭは、ほとんど応用できない。そのため、この従来のファブリーぺロー共振空胴２０は、光学薄膜の公差によって、実際に得られる半値幅エネルギーが希望値と大きく異なることとなる。よって、半値幅エネルギーを設計の要求に誤差なく符合させるためには、両反射面間の距離Ｄを調整する必要がある。例えば、半値幅エネルギー値ＦＷＨＭ＝０．３７ｎｍである場合に、Ｒ＝０．９７とすると、Ｆ＝１０８となる。式によればＦＳＲ＝０．３７ｎｍ×１０８＝４０ｎｍとなり、Ｄ＝３０μｍを得る。又、Ｒ＝０．９８とすると、Ｆ＝１５５となる。式によればＦＳＲ＝０．３７ｎｍ×１５５＝５７．５ｎｍとなり、Ｄ＝２０．８μｍを得る。即ち、反射率の公差変化はＤを調整することによって、半値幅エネルギー値ＦＷＨＭを一定に保つことができる。しかし、製造過程におけるガラス基板２１とシリコン基板２２は、一緒に固定されている。つまり、ファブリーぺロー共振空胴２０内の両反射面２３と２４の間の距離Ｄは一定である。そのため、この従来のファブリーぺロー共振空胴は光学薄膜の公差による半値幅エネルギー値の誤差を補うことができない。
【０００９】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであって、所期の半値幅エネルギーを満足し、光ファイバ通信に応用できるファブリーぺロー装置を提供する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、デバイスを通過する光波分布の半値幅エネルギーの光学薄膜の公差による誤差を補う、ファブリーぺロー装置、及び、その製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、ファブリーぺロー装置内の両反射面間の距離を調整することによって、半値幅エネルギー誤差を補う方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のファブリーぺロー装置は、光の通過に供するファブリーぺロー共振空胴を備える。前記ファブリーぺロー共振空胴は、前記光を部分的に反射する第一反射率を有する第一反射面と、第一反射面と平行して対向するように配置され、前記光を部分的に反射する、第二反射率を有する第二反射面を有する。また、前記第一反射面と前記第二反射面との間の距離は、前記第一反射率と前記第二反射率によって調整することにより、前記ファブリーぺロー共振空胴を通過した前記光が前記第一反射率と前記第二反射率による半値幅エネルギーの誤差を補う。前記第一反射面は、ＭＥＭＳプロセス技術によって製造されたマイクロ反射鏡上に設けられ、前記第一反射率を提供する第一光学薄膜が塗られている。さらに、前記第一反射面には、ファブリーぺロー共振空胴の光学的厚さＤｏｐより遥かに小さい、チューナブル・ギャップが設けられる。
【００１３】
本発明の実施の形態１において、第二反射面は、グレーデッドインデックス・レンズの一表面であり、該表面上には、第二反射率を提供する第二光学薄膜が塗られている。又、第一反射面の位置するマイクロ反射鏡と、第二反射面の位置するグレーデッドインデックス・レンズとの間は、ハンダによって接着されている。つまり、本実施の形態の第一反射面と第二反射面との間に、接着される前から可調整距離を有しており、接着後にチューナブル・ギャップを有する。このため、本実施の形態のファブリーぺロー装置は、ファブリーぺロー装置を通過した後、第一反射率と第二反射率による光波分布の半値幅エネルギー誤差を補うことができる。
【００１４】
本発明の実施の形態２において、第二反射面は、グレーデッドインデックス・レンズ上に固定されているガラス基板の一表面であり、該表面上には、第二反射率を提供する、第二光学薄膜が塗られている。さらに、マイクロ反射鏡と、グレーデッドインデックス・レンズとの間はハンダによって接着されている。
【００１５】
本発明の実施の形態３において、ファブリーぺロー装置は、さらに、該ファブリーぺロー装置を通過した光を受信するための受信器に用いられるグレーデッドインデックス・レンズを備えている。
【００１６】
本発明の実施の形態４において、ファブリーぺロー装置は、さらに、該ファブリーぺロー装置を通過した光を再び該ファブリーぺロー装置に反射するための反射鏡、或いは反射プリズムを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上述の従来のファブリーぺロー共振空胴が所期の半値幅エネルギー値を満足できない問題を解決するため、本発明は従来の半導体プロセス技術によって形成される反射面の代わりに、表面上に、グレーデッドインデックス・レンズ等の光学薄膜が塗られた平行光入力素子を第一反射面とし、さらに、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成された反射面を第二反射面とするファブリーぺロー装置を提供する。これにより、本発明のファブリーぺロー装置にある第一反射面と第二反射面間の距離は調整可能となり、固定されない。従って、グレーデッドインデックス・レンズ上の第一反射面とＭＥＭＳプロセス技術によって形成された第二反射面上に実際にメッキされた光学薄膜の反射率によって、両反射面間の距離を調整することができるため、所期の半値幅エネルギー値を有するファブリーぺロー装置が得られる。以下、図４〜図７を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。
【００１８】
−実施の形態１−
図４は、本発明の実施の形態１におけるファブリーぺロー装置１００を示す図である。図４に示すように、本実施の形態１のファブリーぺロー装置１００は、第一反射面とする光学薄膜１０２が塗られたグレーデッドインデックス・レンズ１０１と、第二反射面とする光学薄膜１１１が塗られた、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成されたマイクロ反射鏡１１０と、を備える。グレーデッドインデックス・レンズ１０１とマイクロ反射鏡１１０は、ハンダ１２１によって接着されている。本実施の形態１のファブリーぺロー装置の製造過程において、上記第一反射面と第二反射面は、距離Ｄ１（単位はμｍ）を置いて互いに平行して対向するように配置され、且つ、マイクロ反射鏡１１０の第二反射面はチューナブル・ギャップｄ１（単位はｎｍ）を有する。ｄ１はＤ１より遥かに小さい。つまり、ハンダ１２１によって接着される前のＤ１は調整可能である。よって、たとえ光学薄膜１１１と１０２の実際の反射率と設計当初に期待される反射率に公差が存在しても、本実施の形態１のファブリーぺロー装置は、光学薄膜１１１と１０２の実際の反射率によって距離Ｄ１を調整することができる。このため、本実施の形態１のファブリーぺロー装置は、ハンダ１２１で接着された後に所期の半値幅エネルギー値を実現することができる。例えば、上述の例では、所期の反射率Ｒが０．９７で、実際の反射率Ｒが０．９６である場合、距離Ｄ１を上述の３０μｍ（Ｒが　０．９７時の対応値）から約２０．８μｍ（　Ｒが０．９８時の対応値）に調整することができる。
【００１９】
例えば、平台上でマイクロ反射鏡１１０とグレーデッドインデックス・レンズ１０１の照準を合わせ、その第一反射面と第二反射面を、平行して対向させるように配置し、ファブリーぺロー装置１００を通過した光のスペクトラムを測定して、第一反射面と第二反射面間の距離Ｄ１を調整すればよい。
【００２０】
さらに、本実施の形態１のファブリーぺロー装置は、ハンダ１２１によって接着された後、マイクロ反射鏡１１０上の第二反射面が移動可能な反射面であるため、このチューナブル・ギャップｄ１を利用して光波の濾過効果を調整することができる。ただし、ｄ１がＤ１より遥かに小さいため、本実施の形態１のファブリーぺロー装置の可調整間隔Ｄ１は、チューナブル・ギャップｄ１と全く異なる数値である。つまり、本実施の形態１のファブリーぺロー装置の可調整距離は、Ｄ１＋ｄ１となる。
【００２１】
−実施の形態２−
図５は、本発明の実施の形態２におけるファブリーぺロー装置２００を示す図である。図５に示すように、本実施の形態２のファブリーぺロー装置２００は、第一反射面とする光学薄膜２０２が塗られたガラス基板２０３を設置したグレーデッドインデックス・レンズ２０１と、第二反射面とする光学薄膜２１１が塗られた、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成されたマイクロ反射鏡２１０とを備える。グレーデッドインデックス・レンズ２０１とマイクロ反射鏡２１０は、ハンダ２２１によって接着されている。本実施の形態２のファブリーぺロー装置の製造過程において、上記第一反射面と第二反射面は距離Ｄ２を置いて互いに平行して対向するように配置され、且つ、マイクロ反射鏡２１０の第二反射面はチューナブル・ギャップｄ２を有する。ｄ２はＤ２より遥かに小さい。つまり、ハンダ２２１によって接着される前のＤ２は調整可能である。よって、たとえ光学薄膜２１１と２０２の実際の反射率と設計当初に期待される反射率に公差が存在しても、本実施の形態２のファブリーぺロー装置は、光学薄膜２１１と２０２の実際の反射率によって距離Ｄ２を調整することができる。このため、本実施の形態２のファブリーぺロー装置は、ハンダ２２１で接着された後に所期の半値幅エネルギー値を実現することができる。
【００２２】
さらに、本実施形態２のファブリーぺロー装置はハンダ２２１によって接着された後、マイクロ反射鏡２１０上の第二反射面が移動可能な反射面であるため、このチューナブル・ギャップｄ２を利用して光波の濾過効果を調整することができる。なお、上述のように、本実施形態２のファブリーぺロー装置の可調整間隔Ｄ２はチューナブル・ギャップｄ２と全く異なる数値である。つまり、本実施形態２のファブリーぺロー装置の可調整距離はＤ２＋ｄ２となる。
【００２３】
−実施の形態３−
図６は、本発明の実施の形態３におけるファブリーぺロー装置３００を示す図である。図６に示すように、本実施の形態３のファブリーぺロー装置３００は、上述の実施形態１におけるファブリーぺロー装置１００に、さらにグレーデッドインデックス・レンズ３０１を備え付ける。ここで、グレーデッドインデックス・レンズ３０１は、ファブリーぺロー装置１００を通過する光波を受信するための受信器である。なお、ファブリーぺロー装置３００の他の部分は、実施形態１と同じであるため、その説明を省略する。
【００２４】
同様に、本実施形態３のファブリーぺロー装置３００は、実施の形態２のファブリーぺロー装置２００とグレーデッドインデックス・レンズによって構成されても良く、ファブリーぺロー装置３００の他の部分は実施形態２と同じであるため、その説明を省略する。
【００２５】
−実施の形態４−
図７は、本発明の実施形態４におけるファブリーぺロー装置４００を示す図である。図７に示すように、ファブリーぺロー装置４００は、実施の形態１，２におけるグレーデッドインデックス・レンズ１０１／２０１が双方向ファイバー型である場合、上記実施の形態１，２のファブリーぺロー装置１００／２００に、さらに一つの反射鏡又は反射プリズム等の反射素子４０１を備えることができる。この場合、本実施の形態４における反射素子４０１は、ファブリーぺロー装置１００／２００を通過する光波を同ファブリーぺロー装置に反射するために用いられる。本実施の形態４のファブリーぺロー装置４００の他の部分は実施の形態１，２と同じであるため、その説明を省略する。
【００２６】
なお、前記実施形態による説明は、本発明の内容を簡単に説明するための内容に過ぎず、本発明をそれらの構成に狭義的に制限するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のファブリーぺロー装置によれば、グレーデッドインデックス・レンズ等、光学薄膜が塗られた平行光入力素子を第一反射面とし、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成された反射面を第二反射面とするため、ファブリーぺロー装置における第一反射面と第二反射面間の距離が調整可能となり、グレーデッドインデックス・レンズ上の第一反射面と、ＭＥＭＳプロセス技術によって形成された第二反射面上に実際にメッキされた光学薄膜の反射率によって、両反射面の間の距離を調整することができるため、本発明のファブリーぺロー装置は、所期の半値幅エネルギー値を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のファブリーぺローエタロンの構成を示す図である。
【図２】光波のスペクトラム特性を示す図であり、上部の横軸はしま次数を、下部の横軸は波長を示し、右縦軸はエネルギー損失（ｄｂ）を、左縦軸は透過率（％）を示している。
【図３】半導体プロセス技術及びＭＥＭＳプロセス技術によって製造される従来のファブリーぺロー共振空胴の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるファブリーぺロー装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるファブリーぺロー装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるファブリーぺロー装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるファブリーぺロー装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ファブリーぺローエタロン
１１，１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　平面鏡
１３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　入射光
１４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　出射光
２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ファブリーぺロー共振空胴
２１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ガラス基板
２２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　シリコン基板
２３，２４　　　　　　　　　　　　　　　　　　光学薄膜
１００，２００，３００，４００　　　　　　　　ファブリーぺロー装置
１０１，２０１　　　　　　　　　　　　　　　　グレーデッドインデックス・レンズ
１０２，２０２　　　　　　　　　　　　　　　　光学薄膜
１１０，２１０　　　　　　　　　　　　　　　　マイクロ反射鏡
１１１，２１１　　　　　　　　　　　　　　　　光学薄膜
１２１，２２１　　　　　　　　　　　　　　　　ハンダ
２０３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ガラス基板
３０１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　グレーデッドインデックス・レンズ
４０１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　反射鏡
【図１】
2004138996.tif 000003
【図２】
2004138996.tif 000004
【図３】
2004138996.tif 000005
【図４】
2004138996.tif 000006
【図５】
2004138996.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004138996.tif 000009