(57)【要約】【課題】３つ以上のキャビティからなり、少なくとも２種類以上の構造を有するキャビティを重ねた光学バンドパスフィルタにおいて、透過帯域が平坦でリップルが抑制された良好な特性を実現するフィルタ構造を提供すること。【解決手段】本発明にかかる光学バンドパスフィルタは、光学基板１上に２種類以上の異なる構造を有するキャビティ８を３段以上有するものである。そして、キャビティ８は高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層２の両側に交互に配置してなる。また、透過帯域の中心波長をλとしたときに、スペーサ層２の厚みがλ／２の整数倍である。さらに、また各キャビティ８間には低屈折率膜からなる結合層３を有する。結合層３の光学膜厚をＣとしたとき、０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層２と、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層３の少なくとも２層含むようにしている。【選択図】  図１
2004354705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板上に少なくとも２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上備えた光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をＣとしたとき、０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層と、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層の少なくとも２層含むことを特徴とする光学バンドパスフィルタ。
【請求項２】
光学基板上に少なくとも２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上有する光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をＣとしたとき、少なくとも１層が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λであることを特徴とする光学バンドパスフィルタ。
【請求項３】
請求項２記載の光学バンドパスフィルタにおいて、全ての結合層の光学膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２５λであることを特徴とする請求項２記載の光学バンドパスフィルタ。
【請求項４】
光学基板上に少なくとも２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上有する光学バンドパスフィルタであって、
前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、
透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、
前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、
前記結合層に隣接する前後各２層の前記高屈折率膜と前記低屈折率膜からなる調整可能膜群のうち少なくとも１層の光学膜厚Ｄが０．１０λ≦Ｄ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｄ≦０．４０λであり、
前記調整可能膜群を少なくとも１組備えることを特徴とする光学バンドパスフィルタ。
【請求項５】
光学膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層を少なくとも１層含むことを特徴とする請求項４記載の光学バンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記キャビティを構成する各低屈折率膜の厚みが、λ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の光学バンドフィルタ。
【請求項７】
前記キャビティを構成する各高屈折率膜の厚みが、λ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の光学バンドフィルタ。
【請求項８】
前記光学基板の屈折率が低屈折率膜のそれと近似していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学バンドフィルタ。
【請求項９】
光学基板上に設けられ、高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなるキャビティと、前記キャビティ間に設けられた低屈折率膜からなる結合層とを有し、少なくとも２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上備えた光学バンドパスフィルタであって、
前記各キャビティ間で中心周波数がほぼ等しくなるように結合層の厚さが調整された光学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、誘電体多層膜からなる光学バンドパスフィルタにおいて、透過帯域のリップルを低減したマルチキャビティフィルタの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信等に用いられる誘電体多層膜からなる光学バンドパスフィルタは、例えば、下記非特許文献１のｐ．２８８に記載されている全誘電体ファブリーペローエタロンを多重に結合した構成をとる。その構造は、図３に示すように光学基板３１上に光学路長がλ／２の整数倍のスペーサ層３２の両側に光学路長がλ／４の屈折率の異なる層３４、３５を交互に積層したミラー層３６を重ねた構造のキャビティ３８を基本構造とし、このキャビティ３８間に結合層３３を配置し、これを複数段重ねたものからなる。ここで、スペーサ層３２の上下のミラー層３６において、各屈折率膜は対称になるように配置されているため、スペーサ層３２を高屈折率膜とする場合には、それに隣接する層は低屈折率膜を、スペーサ層３２に低屈折率膜を用いる場合には、隣接する層に高屈折率膜を用いて積層している。またミラー層３６の構成としては、隣接する層を含めて高屈折率膜と低屈折率膜の対とするか、ミラー層３６に隣接する層は一層分多めに配置して残りの層について対とした、積層数２ｎ層もしくは２ｎ＋１層（ｎは１以上の整数であり、各屈折率膜を意味する）としているため、前記スペーサ層の屈折率膜の種類と合わせて、膜構造としては４種の形態が考えられる。そして、フィルタの最上層には１ないし複数層からなる入射媒質への整合層３７を配置している。
【０００３】
このような光学バンドパスフィルタの特性としては、透過帯域内のリップルは低ければ低い程望ましい。またＷＤＭ方式で用いられる光学バンドパスフィルタには、使用されるレーザ波長の安定性や透過帯域の中心波長安定性等の要因による出力変動を回避するために、広い透過帯域を有することが望ましい。
【０００４】
一方、光増幅器の帯域幅等の制限により限られた波長範囲に多数の波長の光を利用するためには、狭い波長間隔においても隣接波長の光を反射するために狭い阻止帯域幅が必要となる。広い透過帯域幅と狭い阻止帯域幅を実現するためには、透過波長から阻止波長への遷移幅が狭い、キャビティ３８を多重にした構造の高次のバンドパスフィルタが必要となる。しかし、このような高次の光学バンドパスフィルタは次数が上がるほどリップルが発生しやすくなり、例えば１００ＧＨｚ以下の透過帯域幅の光学バンドパスフィルタでは平坦な透過帯域特性のフィルタを設計するのは難しくなる。更に、透過帯域内のリップルは、狭帯域化、入射角度の増加などの条件により大きくなりやすいため、これらの条件で使用される透過帯域が平坦なバンドパスフィルタの設計は更に難しくなる。
【０００５】
尚、バンドパス光学フィルタに含まれる複数の１キャビティ型フィルタの透過波長を相互に一致させるために、１キャビティ型フィルタの最上層に付加層を設ける技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。この従来技術は、複数の１キャビティ型フィルタのそれぞれについて透過波長の補正を行うものである。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ著、小倉繁太郎等訳「光学薄膜」１９８９年１１月３０日、日刊工業新聞社発行、ｐ．２８８
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３２１４２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
３段以上のキャビティを重ねた光学バンドパスフィルタにおいて同一の構造を有するキャビティを重ねると良好な特性を得ることができないため、２種類以上の異なる構造を有するキャビティを重ねるよう構成することが行われている。例えば、透過帯域を急峻にするためにスペーサ層を厚くする場合にキャビティ毎に段階的にスペーサ層を厚くすることで特性の悪化を防止することができるため、スペーサ層の厚さの異なるキャビティを設けている。しかしながら、２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上重ねた場合にも、透過帯域のリップルの抑制は容易ではない。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上の重ねた光学バンドパスフィルタにおいて、透過帯域が平坦でリップルが抑制された良好な特性を実現するフィルタ構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光学基板上に２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上有する光学バンドパスフィルタであって、前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をＣとしたとき、０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層と、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層の少なくとも２層含む光学バンドパスフィルタに関するものである。前記構成とすることにより、透過帯域幅でリップルを低減し、狭帯域で挿入損失が低い光学バンドパスフィルタを提供することができる。
【００１１】
また、本発明は、光学基板上に２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上有する光学バンドパスフィルタであって、前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、前記各キャビティ間の結合層のそれぞれの光学膜厚をＣとしたとき、少なくとも１層が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである光学バンドパスフィルタに関するものである。このような構成とすることにより、透過帯域幅でリップルを低減し、狭帯域で挿入損失が低い光学バンドパスフィルタを提供することができる。
【００１２】
そして、前記光学バンドパスフィルタにおいては、全ての結合層の光学膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２５λであることを好ましい態様としている。
【００１３】
さらに、本発明は、光学基板上に２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上有する光学バンドパスフィルタであって、前記キャビティは高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなり、透過帯域の中心波長をλとしたときに、前記スペーサ層の厚みがλ／２の整数倍であり、前記各キャビティ間には低屈折率膜からなる結合層を有し、前記結合層に隣接する前後各２層の前記高屈折率膜と前記低屈折率膜からなる調整可能膜群のうち少なくとも１層の光学膜厚Ｄが０．１λ≦Ｄ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｄ≦０．４０λであり、前記調整可能膜群を少なくとも１組備える光学バンドパスフィルタに関するものである。このような構成とすることにより、透過帯域幅でリップルを低減し、狭帯域で挿入損失が低い光学バンドパスフィルタを提供することができる。
【００１４】
そして、前記光学バンドパスフィルタにおいては、光学膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層を少なくとも１層含むことを好ましい態様としている。
【００１５】
また、本発明は上記各光学バンドパスフィルタにおいて、前記各キャビティを構成する低屈折率膜の厚みがλ／４の奇数倍であること、また、前記キャビティを構成する高屈折率膜の厚みが、λ／４の奇数倍であることを好ましい態様としている。
【００１６】
またさらに、本発明は上記各光学バンドパスフィルタにおいて、前記光学基板の屈折率が低屈折率膜のそれと近似していることを好ましい態様としている。
【００１７】
また、本発明は、光学基板上に設けられ、高屈折率と低屈折率の屈折率の異なる光学薄膜をスペーサ層の両側に交互に配置してなるキャビティと、前記キャビティ間に設けられた低屈折率膜からなる結合層とを有し、少なくとも２種類以上の異なる構造を有するキャビティを３段以上備えた光学バンドパスフィルタであって、前記各キャビティ間で中心周波数がほぼ等しくなるように結合層の厚さが調整されたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の光学バンドパスフィルタの一例を示すものであり、Ｎ段のキャビティ構成による光学バンドパスフィルタの基本構造を示す図である。キャビティ８は光学膜厚がλ／２の整数倍の低屈折率膜からなるスペーサ層２と、スペーサ層２の両側に光学膜厚がλ／４の奇数倍の高屈折率膜４と低屈折率膜５を交互に配置したミラー層６を対称に組合わせた構造で構成されている。なお、図１は本発明を分かりやすくするために表した模式図であり、そのサイズ等は実際とは異なったものとしている。
【００２０】
この光学バンドパスフィルタは、光学基板１上にＮ個のキャビティ８を低屈折率膜からなるＮ−１個の結合層３を用いて連結して構成されている。
【００２１】
図１に示すようにキャビティ８は、光学基板１の直上を１段目キャビティ、その上を２段目キャビティ、最終段をＮ段目キャビティが積層されて構成されている。また、各キャビティ８を連結するのが結合層３である。なお、Ｎ段目キャビティ８の直上には、１ないし複数層からなる入射媒質への整合層７を含んでいても良く、更に、ここでは図示しないが、光学基板１と１段目キャビティとの間には、１ないし複数層からなる光学基板１への整合層を含んでいても良い。
【００２２】
キャビティ８は、少なくとも２種類以上の異なる構造を有する。ここで、異なる構造には、例えば、スペーサ層２の厚さが異なる場合、ミラー層６を構成する各層の数が異なる場合、キャビティ８を構成する各層の材料が異なる場合があるが、好ましくはスペーサ層２の厚さまたはその材料が異なる場合に関する。スペーサ層２は、λ／２の整数倍の単位で厚さを異ならせることができ、その膜厚の精度は±２％以下が好ましい。また、キャビティ８は、全てのキャビティ８が互いに異なる構造を有してもよく、また一部のキャビティ８が他のキャビティ８と異なる構造を有するようにしてもよい。
【００２３】
本発明のミラー層６は、上記のように低屈折率膜からなるスペーサ層２の両側に高屈折率膜４を隣接させ、各キャビティ８の最上層及び最下層も高屈折率膜４としている。従って、各ミラー層６の片側において積層数は２ｎ＋１層（ｎは１以上の整数）となっている。そして結合層３には低屈折率膜を配置した形態としていて、結合層３に隣接する層には高屈折率膜４が配置されている。また、結合層３を低屈折率膜とするため、積層数を２ｎ層とし、スペーサ層２に高屈折率膜とする形態も可能である。
【００２４】
本発明のフィルタは上記の構造を基本とするが、これは従来のように高屈折率膜をスペーサ層２に用いて、２ｎ＋１層の積層形態をとると結合層３も高屈折率膜となるが、この場合にはキャビティ８の対称性が崩れるため挿入損失が発生し、狭帯域で利用される光学バンドパスフィルタには適さないことが分かっている。
【００２５】
なお、本発明においてミラー層６を構成する各屈折率膜の光学膜厚はλ／４の奇数倍を基本とするが、他の特性との関係でこれらを変更することも可能である。特に整合層７と接するキャビティ８最上部の複数層について膜厚をλ／４からずらすことにより調整を図ることも可能である。
【００２６】
上述の構造を基本とする光学バンドパスフィルタにおいては、一部の入射光を反射させて検出する必要があるため、１．８°から２°前後斜めより光を入射させる必要がある。このように斜めに光を入射させると、垂直に光を入射させた場合よりもさらにリップルが発生することが確認されている。本発明者等は、斜め入射に起因するリップルの発生原因は以下にあると考えた。すなわち、入射光が斜めから入射する場合においては、フィルタの特性上、中心波長は短波長側にずれてくるが、そのずれ量はキャビティ８の構造により異なるため、０度入射時には一致していた各キャビティ８の中心波長の位置関係が崩れ、これがリップルに悪影響を与えることとなる。狭帯域での使用においては、微小なずれが透過特性に大きく影響するため、斜め入射における問題も大きくなってくる。
【００２７】
このような問題を低減するため、光学設計において所定角度入射光が傾いた際の中心波長の短波長側へのシフト分を求め、そのシフト分だけ予めフィルタ全体の中心波長が長波長側になるよう設定するとよい。
【００２８】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、フィルタ全体の中心波長をシフトさせただけでは、リップルの低減に改善が得られないことが明らかとなった。そして、各キャビティ８が少なくとも２種類以上の異なる構造を有することに起因して、リップルが発生していることを見出した。即ち、各キャビティ８が少なくとも２種類以上の異なる構造を有する場合には、それぞれのキャビティ３の透過中心波長と入射光の入射角度との関係が異なるため、一律にフィルタ全体の中心波長をシフトさせたとしても、斜め入射する光に対する各キャビティ８の中心波長は異なったままであり、これに起因してリップルが発生するものと考えられる。そこで、本発明では、各キャビティ８に接する結合層３の厚さを調整することにより、各キャビティ８が少なくとも２種類以上の異なる構造を有することに起因するリップルの発生を抑制した。
【００２９】
具体的に結合層３の厚さについて種々検討した結果、前記結合層３のそれぞれの光学膜厚をＣ、透過帯域の中心波長をλとしたとき、０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層３と、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層３の少なくとも２層設けることによって、狭帯域の光学バンドパスフィルタで広い透過帯域幅を確保し、かつリップルを低減することができることを見出すことができた。
【００３０】
上記０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層３の光学膜厚は、好ましくは０．１５λ≦Ｃ≦０．２４λであり、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層３の光学膜厚は、好ましくは０．２６λ≦Ｃ≦０．３５λである。光学膜厚が０．１０λよりも小さく、または、０．４０λより大きくなると、遮断帯域において透過率曲線の特異点が透過帯域の近くに現れてくるため好ましくなく、一方０．２４λ〜０．２６λの間ではλ／４に近づいてくるため、リップル低減の効果が得られにくくなってくる。
【００３１】
なお、上記点から本発明のキャビティ８の段数は少なくとも３段以上必要であり、好ましくは３段〜２０段である。
【００３２】
本発明の高屈折率膜の材料としては、ＴａｘＯｙ、ＴｉＯｘ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＣｘ、ＺｒＯｘ、ＮｂＯｘ、ＹＯｘ、ＣｅＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、およびこれらの混合材から選ばれる少なくとも１種が、低屈折率膜の材料としてはＳｉＯｘ、ＭｇＦ２、ＡｌＯＸ、ＳｉＯｘＣｙ、ＳｉＯｘＮｙ、ＭｇＯｘ、およびこれらの混合材から選ばれる少なくとも１種がある。なお、各屈折率膜は同種のものを用いることが好ましいが、屈折率が近似した材料であれば、一部を他の材料からなる屈折率膜に置換することも可能である。この意味で、本発明のミラー層６は３種類上の屈折率膜にも適用することができる。
【００３３】
スペーサ層２、ミラー層６、結合層３のそれぞれの材料は異なっていても良い。光学基板１としては、ガラスが主に用いられるが、透明プラスチックも使用できる。基板には対称性の点から低屈折率材料が好ましいが、そうでない場合には、基板直上に整合層７を設けるのが好ましい。
【００３４】
本発明の誘電体多層薄膜フィルタは、真空成膜法で作製される。真空成膜法には、真空蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法、レーザブレイション法など各種成膜法を用いることができる。真空蒸着法を用いる場合、膜質を改善するため蒸気流の一部をイオン化するとともに基板側にバイアスを印加するイオンプレーティング法、クラスタイオンビーム法、別イオン銃を用いて基板にイオンを照射するイオンアシスト蒸着法を用いると有効である。スパッタ法としては、ＤＣ反応性スパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法などがある。また、化学的気相法としては、プラズマ重合法、光アシスト気相法、熱分解法、有機金属化学気相法などがある。なお、各屈折率膜の膜厚は膜形成時の蒸着時間等を変えることで、所望の膜厚とすることができる。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２としては、実施の形態１における基本構造の光学バンドパスフィルタにおいて、結合層３の光学厚みをＣとした時に、０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層３を少なくとも１層含むものである。このような構成によっても、実施の形態１と同様に斜め入射におけるリップルの悪化を抑制することが可能となる。
【００３６】
本発明においては、図１における実施の形態１と同様のミラー層６、スペーサ層２を有し、その各構造を同じくするものであるため、具体的構造については説明を省略するが、各キャビティ８間に配置する全ての結合層３の光学膜厚を０．１０λ≦Ｃ≦０．２５λとすることが好ましい。すなわち、結合層３の光学膜厚はいずれも０．１０λ≦Ｃ≦０．２５λとするが、そのうち少なくとも１層の結合層３は０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λの光学膜厚とすることによりさらにリップルを改善することができる。
【００３７】
なお、前記０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層３の光学膜厚としては、形態１と同様の理由から０．１５λ≦Ｃ≦０．２４λが好ましく、前記０．１０λ≦Ｃ≦０．２５λである結合層３の光学膜厚としては、０．１５λ≦Ｃ≦０．２５λが好ましい。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明は、図２に示すように実施の形態１で説明した基本構造を有する光学バンドパスフィルタにおいて、調整可能膜群を用いてリップルを改善するものである。
【００３９】
すなわち、この実施の形態では、実施の形態１と同様に、各キャビティ８は低屈折率膜からなるスペーサ層２の両側に２ｎ層もしくは２ｎ＋１層（ｎは１以上の整数である）の高屈折率膜４と低屈折率膜５を交互に積層してなるミラー層６を対称に組合わせて構成されている。そして、光学基板１上にＮ個のキャビティ８を低屈折率膜からなるＮ−１個の結合層３を用いて連結して構成されている。なお、この図２も本発明を分かりやすくするために表した模式図であり、そのサイズ等は実際とは異なったものとしている。また、Ｎ段目キャビティ８の直上には、１ないし複数層からなる入射媒質への整合層７を含んでいても良く、更に、ここでは図示しないが、光学基板１と１段目キャビティ８との間には、１ないし複数層からなる光学基板１への整合層を含んでいても良い。
【００４０】
本発明においては、前記結合層３に隣接する前後各２層の前記高屈折率膜４と前記低屈折率膜５を調整可能膜群１０とし、このうち少なくとも１層の光学膜厚Ｄが０．１０λ≦Ｄ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｄ≦０．４０λとし、この調整可能膜群を１組以上配置することにより、リップルを低減するものである。
【００４１】
リップルには実施の形態１で示したキャビティ８の中心波長のシフトのほかに、キャビティ単独で評価したときの透過帯域の半値幅及び透過率の変化が影響すると推定している。従って、結合層３の厚さを変更すると、中心波長がシフトする以外に、これらの半値幅や透過率も変化する。この形態においては、リップルを最適化するように中心波長の他に前記半値幅や透過率についても調整できるようにするものであり、上記調整可能膜群１０にこの機能を持たせるため、その厚みを変更している。なお、本発明において結合層３の厚みを変更する実施の形態１あるいは２と組合わせることも可能である。
上記調整機能を持たせる層は結合層３に隣接した少なくとも前後各２層である必要があるが、３層以上を調整可能膜群とすることも可能である。
【００４２】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３は、結合層および調整可能膜群の一部または全部は０．１０λ〜０．２４λまたは０．２６λ〜０．４０λの範囲の膜厚となっているが、これらの膜は本発明で使用する膜よりλ／２もしくはλ／２の整数倍だけ厚い膜を使用しても同様の効果を得ることができる。
すなわち、実施の形態１において結合層の光学膜厚Ｃは、０．１０λ＋０．５０λ・Ｐ≦Ｃ≦０．２４λ＋０．５０λ・Ｐ（Ｐは０以上の整数である）である結合層と、０．２６λ＋０．５０λ・Ｑ≦Ｃ≦０．４０＋０．５０λ・Ｑ（Ｑは０以上の整数である）である結合層の少なくとも２層設けることによって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
同様に、実施の形態２において結合層の光学膜厚Ｃは、全ての結合層の膜厚を０．１０λ＋０．５０λ・Ｐ≦Ｃ≦０．２５λ＋０．５０λ・Ｐ（Ｐは０以上の整数である）とし、そのうちの少なくとも１層を０．１０λ＋０．５０λ・Ｑ≦Ｃ≦０．２４＋０．５０λ・Ｑ（Ｑは０以上の整数である）の光学膜厚とすることで、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３においては、調整可能膜群の少なくとも１層の光学膜厚Ｄを、０．１０λ＋０．５０λ・Ｐ≦Ｃ≦０．２４λ＋０．５０λ・Ｐ（Ｐは０以上の整数である）または、０．２６λ＋０．５０λ・Ｑ≦Ｃ≦０．４０＋０．５０λ・Ｑ（Ｑは０以上の整数である）とし、この調整膜群を１組以上配置することで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
ただし、ＰまたはＱを６以上の値とすると、遮断帯域において透過率曲線の特異点が透過帯域の近くに現れてくるため好ましくなく、また費用・成膜時間はＰ＝Ｑ＝０のとき最小となるため、Ｐ＝Ｑ＝０とするのが良い。
【００４３】
【実施例】
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の説明では設定した入射角度においてバンドパスフィルタの透過帯域の中心波長が１５５０ｎｍとなるようにした。光学設計には、Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｃｅｎｔｅｒ社のＥｓｓｅｎｔｉａｌ  ＭａｃｌｅｏＴＭ等の改良法による自動設計機能を有する市販の光学薄膜設計プログラムを利用して行った。なお、Ｈは光学膜厚λ／４の高屈折率膜、Ｌは光学膜厚λ／４の低屈折率膜を示す。実施例および比較例で説明するフィルタに用いる材料の屈折率には、Ｈ＝２．１、Ｌ＝１．４４５、空気＝１、基板＝１．５を用いた。
【００４４】
（実施例１）
構造式１は、５段のキャビティからなるバンドパスフィルタの構造式である。
構造式１：基板／（ＨＬ）＾６Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾６Ｌ（ＨＬ）＾６Ｈ６Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾６Ｌ（ＨＬ）＾６Ｈ８Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾６Ｌ（ＨＬ）＾６Ｈ６Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾６Ｌ（ＨＬ）＾６Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾６Ｌ
【００４５】
上記構造の光学バンドパスフィルタにおいて、入射角５度での中心波長を１５５０ｎｍにするため、入射角度０度では、中心波長は１５５２．５ｎｍとした。このうち１段目〜４段目までの結合層と、５段目キャビティ最上部と空気への整合層を膜厚変更可能な層として選択し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ／４に設定した。選択した各結合層の厚みの調整方法として、目標特性を１５４９．３〜１５５０．７ｎｍの波長範囲において透過率１００％とした。その結果、表１の実施例１に示す各結合層の膜厚を得た。表１に示すように、各結合層の厚みは基板側から順に０．８０１Ｌ（０．２００λ）、１．１４８Ｌ（０．２８７λ）、０．８７８Ｌ（０．２１９λ）及び１．０７２Ｌ（０．２６８λ）である。なお、この時の高屈折率膜である５段目キャビティ最上部の膜厚は０．９３５Ｈであり、低屈折率膜である整合層の厚みは１．４９９Ｌであった。そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性を図４の太線で示す。
【００４６】
（比較例１）
実施例１において、全ての結合層をλ／４で固定し、５段目キャビティ最上部と空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。この時の高屈折率膜である５段目キャビティ最上部の膜厚は１．００４Ｈであり、低屈折率膜である整合層の厚みは１．４８６Ｌであった。そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性を図４の細線で示す。
【００４７】
【表１】
2004354705.tif 000003
【００４８】
図４において本発明の実施例１と比較例１の透過帯域の分光特性を比較すると、比較例１と比較して膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層と、０．２６λ≦Ｃ≦０．４０λである結合層をそれぞれ２層有する実施例１の方が明らかに透過帯域のリップルが低減されており、良好な透過帯域特性が得られていることが分かる。
【００４９】
（実施例２）
構造式２は、４段のキャビティからなるバンドパスフィルタの構造式である。
構造式２：基板／（ＨＬ）＾７Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾７Ｌ（（ＨＬ）＾７Ｈ６Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾７Ｌ）＾２（ＨＬ）＾７Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾７Ｌ
【００５０】
実施例１と同様にして、入射角度２度で中心波長が１５５０ｎｍとするため、入射角０度での中心波長を１５５０．４７ｎｍとした。このうち１段目と３段目の結合層と、４段目のキャビティ最上部と空気への整合層を膜厚変更可能な層として選択し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ／４に設定した。選択した各結合層の厚みの調整方法として、目標特性を波長範囲１５４９．６９〜１５５０．３１ｎｍにおいて透過率１００％とした。その結果、表２の実施例２に示す各結合層の膜厚を得た。表２に示すように各結合層の厚みは、基板側から順に、０．８０１Ｌ（０．２００λ）、Ｌ（０．２５０λ）及び０．７９５Ｌ（０．１９９λ）である。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は１．３９７Ｈであり、低屈折率膜である整合層の厚みは１．２７４Ｌであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのｐ偏光の分光特性は図８の太線で示す。
【００５１】
（比較例２−１）
実施例２において、全ての結合層をλ／４で固定し、４段目キャビティ最上部と空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。この時のキャビティ最上部と整合層の厚みは高屈折率膜が１．１８４Ｈ、低屈折率膜が１．３６３Ｌであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのｐ偏光の分光特性を図５の細線で示す。
【００５２】
（比較例２−２）
実施例２において、フィルタ各結合層の膜厚を、各キャビティを単独で設計した場合の中心波長を入射角２度で１５５０ｎｍに修正されるように結合層の膜厚を調整し、それを連結したフィルタとした。この結果を表２に示す。表２に示すように各結合層の厚みは、基板側から順に、１．２０７Ｌ（０．３０２λ）、１．２３７Ｌ（０．３０９λ）、及び１．２３７Ｌ（０．３０９λ）である。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚はＨであり、低屈折率膜である整合層の厚みは１．２３７Ｌであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのｐ偏光の分光特性は図５の破線で示す。
【００５３】
【表２】
2004354705.tif 000004
【００５４】
図５において本発明の実施例２と比較例２−１の透過帯域の分光特性を比較すると、比較例２−１と比較して膜厚が０．１０λ≦Ｃ≦０．２４λである結合層３層を有する実施例２の方が明らかに透過帯域のリップルが低減されており、良好な透過帯域特性が得られていることが分かる。また、結合層の膜厚をλ／４より厚くすることにより各キャビティの中心波長を補正した構造である比較例２−２は、リップルの改善に効果が見られないことが分かる。
【００５５】
（実施例３）
構造式３は、９段のキャビティからなるバンドパスフィルタの構造式である。
構造式３：基板／（ＨＬ）＾５２Ｈ（ＬＨ）＾５Ｌ（ＨＬ）＾５Ｈ４  ＬＨ（ＬＨ）＾５Ｌ（（ＨＬ）＾５Ｈ６Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾５Ｌ）＾５（ＨＬ）＾５Ｈ４Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾５Ｌ（ＨＬ）＾５２Ｈ（ＬＨ）＾５Ｌ
【００５６】
入射角度は０度、中心波長は１５５０ｎｍとした。このうち１段目、２段目、７段目、８段目の調整可能膜群のうちの８層と、９段目キャビティ最上部と空気への整合層の計１０層を膜厚変更可能な調整層として選択し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ／４に設定した。選択した各調整可能膜群の厚みの調整方法として、目標特性を波長範囲１５４８．２〜１５５１．８ｎｍにおいて透過率１００％とした。その結果、表３の実施例３に示す各膜厚を得た。各段の結合層については下線を施している。表３に示すように調整可能膜群のうちの選択した８層の厚みは、基板側から順に１．０７３Ｌ（０．２６８λ）、０．８４５Ｈ（０．２１１λ）、１．０８８Ｈ（０．２７２λ）、０．９８０Ｌ（０．２４５λ）、１．１４４Ｌ（０．２８６λ）、０．７９４Ｈ（０．１９８λ）、１．０１４Ｈ（０．２５３λ）及び１．１１９Ｈ（０．２８０λ）である。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は０．９７３Ｈであり、低屈折率膜である整合層の膜厚は１．４４４Ｌであった。そのときの透過帯域の分光特性は図６の太線に示す。
【００５７】
（比較例３）
実施例３において、全ての結合層および調整可能膜をλ／４で固定し、９段目キャビティ最上部と空気への整合層に対して膜厚の調整を実施した。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は１．２９９Ｈであり、低屈折率膜である整合層の膜厚は１．３７５Ｌであった。この光学バンドパスフィルタの透過帯域でのｐ偏光の分光特性を図６の細線で示す
【００５８】
【表３】
2004354705.tif 000005
【００５９】
図６において本発明の実施例３と比較例３の透過帯域の分光特性を比較すると、比較例３と比較して実施例３の方が明らかに透過帯域のリップルが低減されており、良好な透過帯域特性が得られていることが分かる。
【００６０】
また、各段における調整可能膜群の計４層のうち任意の層を選択できるが、３層以上の層を指定すると遮断帯域幅が広くなりやすくなるため各段の調整可能膜群は２層以内にとどめておいた方が遮断帯域幅の広がりを抑制しやすい。また、本実施例では調整可能膜群として第１段目、第２段目、第７段目、第８段目を選択しているが、これ以外の段を指定していても良い。
【００６１】
（実施例４）
構造式４は、７段のキャビティからなるバンドパスフィルタの構造式である。
設計構造式４：基板／（ＨＬ）＾３６Ｈ（ＬＨ）＾３Ｌ（ＨＬ）＾４４Ｈ（ＬＨ）＾４Ｌ（（ＨＬ）＾４６Ｈ（ＬＨ）＾４Ｌ）＾３（ＨＬ）＾４４Ｈ（ＬＨ）＾４Ｌ（ＨＬ）＾３６Ｈ（ＬＨ）＾３Ｌ
【００６２】
実施例１と同様にして、入射角度１５度で中心波長を１５５０ｎｍとするため、入射角０度での中心波長を１５６５．２２ｎｍとした。このうち１段目、２段目、５段目、６段目の結合層および各段の調整可能膜群のうちの８層および、７段目キャビティ最上部と空気への整合層について膜厚の調整層として選択し、前記以外のミラー層を構成する各膜の膜厚をλ／４に設定した。選択した各調整調整層の厚みの調整方法として、目標特性を１５４４．５〜１５５５．５ｎｍの波長範囲において透過率１００％とした。その結果、表４の実施例４に示す各調整層の膜厚を得た。各段の結合層については下線を施している。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は１．１８５Ｈであり、低屈折率膜である整合層の膜厚は１．３１５Ｌであった。そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性を図７の太線で示す。表４に示すように結合層及び調整可能膜群のうちの選択した８層の厚みは、０．９２８Ｌ（０．２３２λ）、１．１７６Ｈ（０．２９４λ）、０．９６９Ｌ（０．２４２λ）、０．９９６Ｌ（０．２４９λ）、１．０３２Ｌ（０．２５８λ）、０．９５７Ｌ（０．２３９λ）、１．１３４Ｈ（０．２８４λ）及び１．０１８Ｈ（０．２５４λ）であった。
【００６３】
【表４】
2004354705.tif 000006
【００６４】
（比較例４）
実施例４において、全ての結合層および調整可能膜をλ／４で固定し、７段目キャビティ最上部と空気への整合層に対して膜厚の調整を実施し、その結果、表４の比較例４に示す膜厚を得た。そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性は図７の細線に示す。
【００６５】
図７において本発明の実施例４と比較例４の透過帯域の分光特性を比較すると、結合層の光学膜厚を０．１λ≦Ｃ≦０．２４λとし、調整可能膜群の各光学膜厚を０．１λ≦Ｄ≦０．２４λまたは０．２６λ≦Ｄ≦０．４λとして調整した実施例４は、比較例４と比較して、実施例４の方が明らかに透過帯域のリップルが低減されており、良好な透過帯域特性が得られている。
【００６６】
（実施例５）
構造式５は、６段のキャビティからなるバンドパスフィルタの構造式である。
構造式５：基板／（ＨＬ）＾８Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾８Ｌ（ＨＬ）＾８Ｈ８Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾８Ｌ（（ＨＬ）＾８Ｈ１０Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾８Ｌ）＾２（ＨＬ）＾８Ｈ８Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾８Ｌ（ＨＬ）＾８Ｈ２Ｌ  Ｈ（ＬＨ）＾８  Ｌ
【００６７】
実施例１と同様にして入射角度２度において中心波長を１５５０ｎｍとするため、０度での中心波長を１５５０．４１ｎｍとした。このうち全ての結合層および、６段目キャビティの最上部と空気への整合層について膜厚の調整可能な層として選択し、前記以外のミラー層を構成する各膜についてはその膜厚をλ／４に設定した。選択した各調整調整層の厚みの調整方法として、波長範囲１５４９．８６５〜１５５０．１３５ｎｍにおいて透過率１００％とした。その結果表５の実施例５に示す膜厚を得た。なお、この時の高屈折率膜であるキャビティ最上部の膜厚は１．４２６Ｈであり、低屈折率膜である整合層の厚みは、１．２６３Ｌであった。そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性は図８の太線に示す。表５に示すように、各結合層の厚みは、基板側から順に、０．８０６Ｌ（０．２０１λ）、１．１６０Ｌ（０．２９０λ）、０．８２７Ｌ（０．２０７λ）、１．１７６Ｌ（０．２９４λ）及び０．７８６Ｌ（０．１９６λ）である。
【００６８】
【表５】
2004354705.tif 000007
【００６９】
（比較例５）
実施例５において、全ての結合層をλ／４で固定し、空気への整合層２層に対して自動設計機能を利用し膜厚の調整を実施し、その結果、表５の比較例５に示す膜厚を得た。なお、この時の高屈折率膜である６段目キャビティの最上部の膜厚は１．０８０Ｈであり、低屈折率膜である整合層の厚みは１．３８７Ｌであった。また、そのときの透過帯域でのｐ偏光の分光特性は図８の細線の特性となった。
【００７０】
本実施例は図８に示すように５０ＧＨｚの狭帯域の光学バンドパスフィルタであり、図８において本発明の実施例５と比較例５の透過帯域の分光特性を比較すると、比較例５と比較して実施例５の方が明らかに透過帯域のリップルが低減されており、良好な透過帯域特性が得られている。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、３つ以上のキャビティであって、少なくとも２種類以上の構造を有するキャビティを重ねた光学バンドパスフィルタにおいて、透過帯域が平坦でリップルが抑制された良好な特性を実現するフィルタ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタを示す断面図である。
【図３】従来の光学バンドパスフィルタを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタの透過帯域での分光特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタの透過帯域での分光特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタの透過帯域での分光特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタの透過帯域での分光特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態における光学バンドパスフィルタの透過帯域での分光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、３１  光学基板
２、３２  スペーサ層
３、３３  結合層
４、３４  高屈折率膜
５、３５  低屈折率膜
６、３６  ミラー層
７、３７  整合層
８、３８  キャビティ
１０  調整可能膜群
【図１】
2004354705.tif 000008
【図２】
2004354705.tif 000009
【図３】
2004354705.tif 000010
【図４】
2004354705.tif 000011
【図５】
2004354705.tif 000012
【図６】
2004354705.tif 000013
【図７】
2004354705.tif 000014
【図８】
2004354705.tif 000015