(57)【要約】  【課題】  高温加湿の条件においても波長シフトが抑制できる高信頼性の光学多層膜フィルタおよびそれを用いた光通信システムまたは評価用ＡＳＥ光源を提供することを目的とするものである。  【解決手段】  交互に積層された低屈折率層としてのＳｉＯ2膜１２と高屈折率層としてＴａ2Ｏ5膜１３からなり、最上層を高屈折率かつ高耐湿な層とした光学多層膜フィルタであり、光学多層膜フィルタの高屈折率を有すると共に高耐湿により波長シフトを抑制することができる。【選択図】  図１
2005043648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に積層された低屈折率層と高屈折率層からなり、最上層を高屈折率かつ高耐湿な層とした光多層膜フィルタ。
【請求項２】
低屈折率層をＳｉＯ2、高屈折率層をＴａ2Ｏ5とする請求項１に記載の光学多層膜フィルタ。
【請求項３】
マグネトロンスパッタリング法を用いて成膜速度が２００Å／分以上で緻密に形成した低屈折率層および高屈折率層からなる請求項１に記載の光学多層膜フィルタ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学多層膜フィルタを波長選択フィルタまたは光増幅器の利得等化フィルタとして用いた光通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の光学多層膜フィルタを利得等化フィルタとして用いたデバイスの評価用ＡＳＥ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は近赤外領域の光通信に用いられる光学多層膜フィルタおよびそれを用いた光通信システムまたは評価用ＡＳＥ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられるフィルタを多層膜で形成する際、従来から真空蒸着法による方法が良く知られている。
【０００３】
従来の光学多層膜フィルタとしては、図７に示すものがある。
【０００４】
図７（ａ）は従来の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図、図７（ｂ）は高温加湿試験による特性図である。図７（ａ）に示すように高屈折率膜２Ｈ（Ｔａ2Ｏ5膜、またはＬａおよびＴｉを主成分とする酸化膜からなる膜）と、低屈折率膜２Ｌ（Ａｌ2Ｏ3膜、またはＳｉＯ2膜）とが基板１の上に１層ごと交互に積層されて光学多層膜フィルタ２が形成されている。なお、ＳｉＯ2膜を低屈折率膜２Ｌとする場合、このＳｉＯ2膜が高真空中で成膜される。このように高屈折率膜２Ｈおよび低屈折率膜２Ｌの膜材料を適切に選択すると共に高真空中で成膜してなるＳｉＯ2膜を用いることで光学多層膜フィルタの分光特性の波長シフトが抑制される。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１０−３３２９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光学多層膜フィルタにおいて、光学部品に対する代表的な信頼性試験であるテルコディア規格（Telcordia:GR-1221-CORE）6.2.4項：High Temperature Storage Test（Dry Heat）に記載されてある８５℃、４０％以下の高温、常湿の条件下で５０００時間保存試験を行ったところ、波長シフトは生じなかった。
【０００７】
一方、同じくテルコディア規格（Telcordia:GR-1221-CORE）6.2.5項：High Temperature Storage Test（Damp Heat）に記載されてある８５℃、８５％の高温高湿条件下にて１６８時間保存試験を行った結果、図７（ｂ）に示すように試験前の特性３に対して試験後の特性４は最大４ｎｍの波長シフトが観測された。なお試験条件が温度加速試験のみであり、湿度加速試験は行われていなかった。
【０００８】
すなわち、高温高湿条件下ではたとえ成膜エネルギーを向上させ緻密化した膜が得られるスパッタリング法を用いてもフィルタ特性において波長シフトが生じる場合があるということが新たにわかった。
【０００９】
本発明は高温加湿の条件においても波長シフトが抑制できる高信頼性の光学多層膜フィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、交互に積層された低屈折率層と高屈折率層からなり、最上層を高屈折率かつ高耐湿率とした光学多層膜フィルタであり、光学多層膜フィルタの高屈折率を有すると共に高耐湿により波長シフトを抑制することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、低屈折率層をＳｉＯ2、高屈折率層をＴａ2Ｏ5とする請求項１に記載の光学多層膜フィルタであり、光学多層膜フィルタの高屈折率を有すると共に高耐湿により波長シフトを抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、マグネトロンスパッタリング法を用いて成膜速度が２００Å／分以上で緻密に形成した低屈折率層および高屈折率層からなる請求項１に記載の光学多層膜フィルタであり、成膜時間が短縮できると共に緻密な膜により高耐湿化が図れる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、波長分割多重光通信システムに波長選択フィルタまたは光増幅器の利得等化補正フィルタとして用いた請求項１に記載の光学多層膜フィルタであり、加湿条件において波長シフトが抑制できるため、高信頼性の波長分割多重光通信システムが実現できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、光通信システムまたはデバイスの評価用ＡＳＥ光源に利得等化補正フィルタとして用いた請求項１に記載の光学多層膜フィルタであり、加湿条件において波長シフトが抑制できるため、高信頼性の光通信システムまたは光源が実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、交互に積層された低屈折率層と高屈折率層からなり、最上層を高屈折率かつ高耐湿な層とした光多層膜フィルタであり、光学多層膜フィルタの高屈折率を有すると共に高耐湿により波長シフトを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。図１において１１は基板、１２はＳｉＯ2膜、１３は高屈折率で高耐湿なＴａ2Ｏ5膜である。そして本発明の光学多層膜フィルタの最上層がＴａ2Ｏ5膜１３の構成となっている。
【００１９】
最上層を高屈折率で高耐湿なＴａ2Ｏ5膜１３とした効果について説明する。図１の構成の試料と比較するため最上層を低屈折率のＳｉＯ2膜１２の試料についてもＴＤＳ（Thermal Desorption Spectroscopy）分析（昇温脱離分析）を行った。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）はＴＤＳ分析結果を示す特性図、図２（ｃ）は本発明の光学多層膜フィルタの高温加湿試験における特性図である。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ）に示すように２０００時間経過した高温高湿試験において、最上層が低屈折率のＳｉＯ2膜１２の試料については高温高湿試験前の特性１４に比べて高温高湿試験後の特性１５は水分が多量に検出されたが、本発明の最上層が高屈折率で高耐湿なＴａ2Ｏ5膜１３の試料からは高温高湿試験前後の特性１６，１７で水分の検出量はほとんど変わらないことがわかる。この結果ＳｉＯ2膜１２が最上層のものに対してＴａ2Ｏ5膜１３を最上層にすることにより高温高湿試験時の多層膜フィルタ膜中への水分の浸入を防ぐことができる。
【００２２】
また、図２（ｃ）に示すように温度８５℃、湿度８５％の高温加湿試験を２０００時間経過した本発明のＴａ2Ｏ5膜１３を最上層とする光学多層膜フィルタにおいて、高温加湿試験前後で波長シフトおよび利得特性がほとんど変化がないことが確認できた。
【００２３】
なお、ガラス基板のみの高温高湿前後のＴＤＳ分析も行っており、ほとんど水分の影響がないことを確認済みである。
【００２４】
図３は本発明の光学多層膜フィルタの成膜装置を示す模式図である。
【００２５】
図３に示すように１８は基板、１９はターゲット、２０は磁石、２１は磁石、２２は基板側磁石、２３はチャンバー、２４は高周波電源である。
【００２６】
成膜装置はチャンバー２３の内部に設けられた基板１８と、この基板１８の周辺に磁石２２が設置されている。そしてこの基板１８と対向するようにターゲット１９が設けられ、このターゲット１９に高周波電源２４が接続されている。また基板１８と反対側のターゲット１９のもう一方の面には所定方向に移動できる２つの磁石２０，２１が設けられている。
【００２７】
本発明の光学多層膜フィルタの成膜装置は基板１８とターゲット１９との間隔をできるだけ狭くして成膜レートを２００Å／分以上に向上させることができた。その弊害としてターゲット１９側の磁石２０と磁石２１からの磁力線が基板１８に到達し、ダメージを与えてしまうため、基板１８側の磁石２２を新たに設けた構成とし、この基板１８側の磁石２２によりターゲット１９の直上に磁場が閉じ込められ高密度プラズマを生成することができ、成膜レートが２００Å／分以上に向上させることができた。
【００２８】
また、ターゲット１９側の磁石２０と磁石２１を独立に駆動させることにより、ターゲット１９の直上の磁場分布を任意に変えることができ、緻密かつ成膜分布を精度良くコントロールすることができ、面内の均一性が向上できた。
【００２９】
以上の構成により、歩留の向上はもちろん膜質も面内で均一化することができ信頼性の向上が図れる。
【００３０】
次に、波長分割多重光通信システムに光増幅器の利得等化フィルタとして本発明の光学多層膜フィルタの使用例について説明する。
【００３１】
波長分割多重光通信システムはＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）といわれる高密度波長多重方式があり、１ｎｍ以下の波長間隔が実現されている。この高密度波長多重方式においては、波長シフトや利得変化が生じることはシステム全体に大きな影響を与えることになるため高い信頼性が要求される。
【００３２】
図４は光増幅器を用いた波長分割多重光通信システムの構成を示す模式図、図５（ａ）は光増幅器として本発明の光学多層膜フィルタを利得等化フィルタとして用いた光増幅器の構成を示す模式図、図５（ｂ）〜（ｄ）は光増幅器の主要部分の波長分布を示す特性図である。
【００３３】
図４に示すように２５は各種端末や装置から送信される信号光、２６は複数の異なる波長を１本の光ファイバに入射させる合波器、２７は複数の波長を伝搬させる光ファイバ、２８は減衰した光信号を光の状態で増幅させる本発明の光学多層膜フィルタで構成した光増幅器、２９は１本の光ファイバからの複数の波長の光を複数の光ファイバに分けて入射させる分波器、３０は光ファイバを伝搬する信号光である。
【００３４】
複数の端末、装置またはシステムから複数の光ファイバを通して送信された複数の波長からなる信号光２５は回折型または光学フィルタから構成される合波器２６により１本の光ファイバ２７に入射される。そして光ファイバ２７の中を伝搬する信号光２５は伝送距離が長くなるほど減衰が生じる。そこで数十ｋｍまたは１００ｋｍ程度毎に減衰した信号光２５を増幅する必要がある。その役割を担うのが光増幅器２８である。光増幅器２８は光を電気に変換することなく複数の波長の信号光２５を一括して増幅することができ、波長分割多重光通信ネットワークにおいて最重要構成要素の１つである。
【００３５】
以下、光増幅器について図５を用いて説明する。
【００３６】
図５（ａ）に示すように３１は複数の波長からなる信号光、３２はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）、３３はエルビウムドープファイバ３２の信号光３１を励起させるための波長１．４８μｍあるいは０．９８μｍのポンピングレーザー、３４は信号光３１をモニタリングするフォトディテクタ（ＰＤ）、３５は波長依存性を有する光ファイバなどにより変化した光レベルを平滑にする本発明の光学多層膜フィルタで構成した利得等化フィルタ、３６は増幅された信号光である。
【００３７】
図５（ａ）に示す光増幅器において、減衰した複数の波長からなる信号光３１がエルビウムドープファイバ２１に入射される。そしてポンピングレーザー３３から発生したレーザー光がエルビウムファイバ３２に入射されて励起し、減衰した複数の波長からなる信号光３１が光の状態で増幅される。この増幅特性はフォトディテクタ３４によりモニタリングされる。その増幅特性は図５（ｂ）に示すように波長依存性を持っており、複数直列に接続されて使用される光通信ネットワークにおいてはこの波長依存性がさらに強調され、結果として信号光３１が持つ情報に誤りが生じる。
【００３８】
そのため、図５（ｂ）に示す特性の逆特性すなわち図５（ｃ）に示す特性を持つ利得等化フィルタ３５を信号光３１の増幅後に配置することにより複数の波長の信号光３１を図５（ｄ）に示すように波長依存成のない平坦な特性にすることができると共に高温加湿条件においても高い信頼性が実現できる。
【００３９】
以上のように、利得等化フィルタ３５は波長分割多重光通信ネットワークの最重要構成要素である光増幅器２８の内部で使用され、その増幅特性を高精度に制御して平坦化する最重要部品の一つである。
【００４０】
なお、一実施の形態では光学多層膜フィルタを利得等化フィルタを用いる場合について例示したがバンドパスフィルタ、エッジフィルタ等の光学多層膜フィルタを用いて光通信ネットワークに用いられる部品に組み込む場合も同様である。
【００４１】
また、ここで用いた光増幅器は、エルビウムドープファイバを用いたものについて示したが、誘導ラマン散乱を利用した光増幅器を用いた場合も同様である。
【００４２】
次に、光部品の波長特性評価用のＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：自然放出光）光源システムに利得等化フィルタを用いた場合について説明する。
【００４３】
図６（ａ）は本発明のＡＳＥ光源システムの構成を示す模式図、図６（ｂ）〜（ｄ）はＡＳＥ光源システムの主要部分の波長分布を示す特性図である。
【００４４】
光部品の波長特性評価用のＡＳＥ光源は広帯域の波長範囲にわたって高出力、高安定性が求められるため、Ｓ帯（１４７７ｎｍ〜１５０８ｎｍ）、Ｃ帯（１５２７ｎｍ〜１５６３ｎｍ）、Ｌ帯（１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）をまたがる広帯域でその増幅特性を平坦化する必要が生じる。
【００４５】
図６（ａ）に示すように３７はＡＳＥ光源、３８はＡＳＥ光源３７からの出力光、３９は本発明の光学多層膜フィルタで構成した利得等化フィルタ、４０はＡＳＥ光源システムの出力光である。図６（ｂ）に示すようにこれより増幅特性は波長依存性を有していることがわかる。そのためＡＳＥ光源３７からの出力光３８の後段に利得等化フィルタ３９を設置する。この利得等化フィルタ３９は図６（ｃ）に示すように図６（ｂ）に示す増幅特性の逆特性を持っているものである。この利得等化フィルタ３９をＡＳＥ光源３７の出力光３８の後段に設置することによりＡＳＥ光源システムの出力光４０は図６（ｄ）に示すように平坦な増幅特性を有することになる。
【００４６】
このようにＡＳＥ光源の後段の利得等化フィルタを配置することにより、広帯域にわたり平坦な増幅特性を安定して得ることができ、光部品等の波長特性評価用に用いられるＡＳＥ光源システムの性能および信頼性を格段に向上させることができる。
【００４７】
なお、利得等化フィルタにはエタロンフィルタやファイバグレーティリングを複数組み合わせて用いることもできるが、広帯域にわたる平坦特性を１つのフィルタ部品で得るためには誘電体多層膜フィルタを用いるほうが望ましい。
【００４８】
以上のように、本発明の生産性を高めた光学多層膜フィルタは信頼性を向上させることができる。
【００４９】
なお、本発明の光学多層膜フィルタの高屈折率膜がＧｅ，ＣｄＳｅ，Ｓｉ，Ｓｂ2Ｓ3，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＳｉＮ等の金属、半導体あるいはその化合物またはＣｅＯ2，ＴｉＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2，Ｓｂ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3等の金属酸化物で光学多層膜フィルタを形成する場合も同様である。
【００５０】
また、本発明の光学多層膜フィルタの低屈折率膜として、ＳｉＯ，ＭｇＯ，ＴｈＯ2，Ａｌ2Ｏ3等の金属酸化物またはＭｇＦ2，ＣａＦ2，ＣｅＦ3，ＬｉＦ，ＮａＡｌＦ6等のフッ化物を用いる場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図
【図２】（ａ），（ｂ）ＴＤＳ分析結果を示す特性図（ｃ）本発明の光学多層膜フィルタの高温加湿試験における特性図
【図３】本発明の光学多層膜フィルタの成膜装置を示す模式図
【図４】光増幅器を用いた波長分割多重光通信システムの構成を示す模式図
【図５】（ａ）光増幅器として本発明の光学多層膜フィルタを利得等化フィルタとして用いた光増幅器の構成を示す模式図（ｂ）〜（ｄ）光増幅器の主要部分の波長分布を示す特性図
【図６】（ａ）本発明のＡＳＥ光源システムの構成を示す模式図（ｂ）〜（ｄ）ＡＳＥ光源システムの主要部分の波長分布を示す特性図
【図７】（ａ）従来の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図（ｂ）高温加湿試験による特性図
【符号の説明】
【００５２】
１１  基板
１２  ＳｉＯ2膜
１３  Ｔａ2Ｏ5膜
１４  試験前の特性
１５  試験後の特性
１６  試験前の特性
１７  試験後の特性
１８  基板
１９  ターゲット
２０  磁石
２１  磁石
２２  基板側の磁石
２３  チャンバー
２４  高周波電源
２５  信号光
２６  合波器
２７  光ファイバ
２８  光増幅器
２９  分波器
３０  信号光
３１  信号光
３２  エルビウムドープファイバ
３３  ポンピングレーザー
３４  フォトディテクタ
３５  利得等化フィルタ
３６  信号光
３７  光源
３８  出力光
３９  利得等化フィルタ
４０  出力光
【図１】
2005043648.tif 000003
【図２】
2005043648.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005043648.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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