(57)【要約】【課題】対象周波数を高周波数化しても高い透過率を維持し、且つ所定の減衰利得、透過帯域幅および阻止帯域を有するテラヘルツ帯光学バンドパスフィルタを実現し、特に温度特性に優れ、広い温度範囲で一定の透過帯域幅を設定することができるテラヘルツ帯光学フィルタを得る。【解決手段】光路長がλ／２のｎ倍（ｎは１以上の整数）である低屈折率媒質のキャビティ層１をＮ段（Ｎは２以上の整数）配置し、それぞれのキャビティ層１は、光路長がλ／４である高屈折率媒質からなる１層の結合層４によって結合し、多重キャビティ構造体３０を形成する。この多重キャビティ構造体３０の両端部には、それぞれの光路長がλ／４である高屈折率層２および低屈折率層３からなる整合層４０を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ帯で帯域通過特性を有する誘電体多層周期構造を備えたフィルタであって、
光路長が通過中心周波数での１／２波長の整数倍であり、低屈折率媒質からなるキャビティ層をＮ段（Ｎ＞２）備え、
光路長が前記通過中心周波数での１／４波長であり、前記低屈折率媒質に対する屈折率比が２以上である高屈折率媒質からなる１層の結合層を介して、前記N段のキャビティ層を結合して多重キャビティ構造体を構成し、
それぞれの光路長が通過中心周波数での１／４波長であり、互いの誘電率が異なる高屈折率媒質の層および低屈折率媒質の層からなる整合層を前記多重キャビティ構造体の両端部に配置したことを特徴とするテラヘルツ帯光学フィルタ。
【請求項２】
前記キャビティ層の光路長は１波長以上であり、前記キャビティ層と前記整合層との間に、通過中心周波数での光路長が１／２波長であり、誘電率が前記整合層の高屈折率媒質および前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる調整層を前記多重キャビティ構造体の両側に１層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長であり、誘電率が前記調整層の誘電率より高い高屈折率媒質からなる結合層を介して結合した請求項１に記載のテラヘルツ帯光学フィルタ。
【請求項３】
前記キャビティ層の光路長は３／２波長以上であり、前記キャビティ層と前記調整層との間に、通過中心周波数での光路長が１波長であり、誘電率が前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる第２の調整層を前記多重キャビティ構造体と前記調整層との間に１層以上配置し、この第２の調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長であり、誘電率が前記調整層および前記第２の調整層の誘電率より高い高屈折率媒質からなる結合層を介して結合した請求項２に記載のテラヘルツ帯光学フィルタ。
【請求項４】
前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での１／８波長の整数倍に換えた請求項１、２または３に記載のテラヘルツ帯光学フィルタ。
【請求項５】
屈折率比が２以上の関係にある２種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によって請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のテラヘルツ帯光学フィルタを成すことを特徴とするテラヘルツ帯光学フィルタの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のテラヘルツ帯光学フィルタの設計方法であって、前記多重キャビティ構造体の光路長を定めることによって通過帯域幅を定めるテラヘルツ帯光学フィルタの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ帯において所望の周波数帯域の電磁波を通過させる帯域通過フィルタに関するものであり、特に複数の誘電体を周期的に積層してなる誘電体多層周期構造型のテラヘルツ帯光学フィルタ、その設計方法および製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所望の周波数帯域の光を透過させる矩形型の透過特性を有する光学フィルタとして、非特許文献１に示されているような多重キャビティ型フィルタが知られている。これは、誘電率の異なる2種類以上の誘電体を周期的に積層した誘電体多層構造からなる光学バンドパスフィルタにおいて、単一共振器構造を有する基本ユニット（ファブリ・ペロー  エタロン）を多重結合することで、ある特定の広がりを持った帯域でのみ透過特性を示すようにしたものである。
【０００３】
具体的には、図１に示すように、ある透過波長λに対して光路長が１／２波長（以下、単に「λ／２」という。）の整数倍となるキャビティ層１１を、光路長が１／４波長（以下、単に「λ／４」という。）である高屈折率媒質の層（以下、「高屈折率層」という。）１２と低屈折率媒質の層（以下、「低屈折率層」という。）１３とを交互に積層してなる反射層１０で挟み込んで単位ブロック２０を構成し、これを対称形になるように２段以上積層して多重キャビティ型構造とするものである。
【０００４】
ここで、キャビティ層１１を挟む反射層１０は、キャビティ層１１を中心として対称となるように配置され、各反射層１０は、低屈折率層および高屈折率層を最低２層以上配置することで構成される。
【０００５】
図中の記号（Ｌ）は、光路長がλ／４の低屈折率層、記号（２Ｌ）は、光路長がλ／２の低屈折率層、記号（Ｈ）は、光路長がλ／４の高屈折率層を表している。
【０００６】
図１に示した例は、単位ブロック数を２とし、(LH)2L2(HL)4(LH)4L2(HL)2となるフィルタの設計例を示したものである。なお、(LH)nはＨＬのペアの層をｎ回繰り返し積層することを意味していて、前記開示例はLHLH 2L HLHLHLH 2L HLHLHLH 2L HLHLと表記することもできる。
【０００７】
この非特許文献１に示されている多重キャビティ型フィルタは、可視光〜赤外光領域におけるフィルタとして古くから知られており、求める要求特性にあったフィルタの構成法がほぼ確立している。
【０００８】
このフィルタの帯域通過特性は、一般的に反射層１０の積層数や、キャビティ層１１の厚み、多段結合する単位ブロック２０の数などに依存し、これらを調整することで最適な特性をもつフィルタが設計される。
【０００９】
非特許文献１では、多層膜材料としては一般的によく知られているＳｉ（屈折率３．５）およびＳｉＯ2（屈折率２．０）をそれぞれ高屈折率層（Ｈ）と低屈折率層（Ｌ）に用いることを前提にしていて、屈折率比は１．７５である。この例では全層数が２５層となっているが、十分な干渉効果によってフィルタ特性を得るために、この種のフィルタでは積層数は２０層以上とするのが一般的である。
【００１０】
多重キャビティ型フィルタをこのような構成とすることで、非特許文献１の図４．２３に示されているような、特定波長λｏに対してある一定の広がりをもつ矩形型の透過特性が得られる。
【００１１】
一方、テラヘルツ帯の誘電体多層周期構造体の製造方法が特許文献１や非特許文献２に開示されている。
【００１２】
特許文献１には、プラズマＣＶＤ法によってＳｉおよびＳｉＯ2を周期的に成膜して多層膜を形成する手法が開示されている。この特許文献１の方法では、原料ガスの切り替えだけで多層膜を積層することができるので、従来の蒸着法やスパッタ法と比較して高速で成膜できる旨が記載されている。
【００１３】
また、非特許文献２には、複数の誘電体基板または半導体基板を所定の厚みに研磨し、それぞれを接着剤で貼り合わせて周期構造体を形成する手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１０９８２７号公報
【非特許文献１】光学薄膜ユーザーズブック；小倉繁太郎，日刊工業新聞社，1991，P138〜142
【非特許文献２】Highly tunable photonic crystal filter for the terahertz range;H.Nemec, P. Kuzel, L. Duvillaret, A. Pashkin, M. Dressel and M. T.Sebastian,optics letters, vol. 30, No. 5, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、テラヘルツ帯では波長が数百μm〜数mmであるため、以下に述べる理由により、従来のフィルタの構成法および製造法をそのまま適用することは困難である。
【００１５】
〔第１の課題〕
従来、赤外光〜可視光領域において広く利用されてきた非特許文献１に示されているような光学フィルタにおいては１層あたりの厚さは１μｍ以下となり、素子厚も１〜２０μｍ以下で済むため、素子の積層数が２０〜１００層程度に達しても蒸着法やスパッタ法などで量産することが可能であった。
【００１６】
しかし、周波数が０．１ＴＨｚ〜３ＴＨｚのテラヘルツ帯では、１層あたりの厚みはおよそ１０μｍ〜１ｍｍにもなり、素子厚についても場合によっては数ｍｍに達する。そのため、蒸着法やスパッタ法で製造するためには膨大な成膜時間とコストが必要となり、量産は困難であった。
【００１７】
この問題に関しては、特許文献１に記載される、プラズマＣＶＤ法によってＳｉおよびＳｉＯ2を周期的に成膜して多層膜を形成する手法などが開示されているが、対象波長範囲はせいぜい十数μｍであり、テラヘルツ帯全体をカバーすることができないという問題がある。
【００１８】
〔第２の課題〕
前記酸化物誘電体材料をはじめとする各種誘電体は、一般的に周波数によって誘電率が変わる分散特性を有しており、この分散によってテラヘルツ帯での誘電率が可視光〜近赤外光領域と比べて大きく変化する。前述の光学多層膜フィルタは、一般的に使用する材料の屈折率が１．５〜５程度であることを前提に設計される。しかし、例えば可視光領域における屈折率が２．４程度である酸化チタン（ＴｉＯ2）は、テラヘルツ帯での屈折率は１０程度と、約３倍以上になる。フィルタの特性は構成材料の誘電率によって大きく変化するため、従来技術に従った設計法では所望の帯域幅・減衰利得が得られない場合がある。
【００１９】
〔第３の課題〕
前記酸化物誘電体材料をテラヘルツ帯で使用する場合、誘電分散の影響によって可視光〜赤外光領域と比べて誘電損失が大きくなりやすい問題がある。テラヘルツ帯では、マイクロ波帯と同様のＱ・ｆ一定則が成り立つと考えられ、周波数を高くするにつれてＱが劣化する問題がある。この傾向は特に高屈折率材料で顕著である。そのため、従来技術に従った設計では、十分な透過強度が得られない場合がある。
【００２０】
このようなテラヘルツ帯光学フィルタに要求される特性仕様としては、一般的数値として透過帯最大透過率が−５ｄＢ以上、減衰利得が−２０〜−３０ｄＢであり、且つ温度による中心周波数の変動が極力少ないことなどが挙げられる。
【００２１】
本発明者らはこの問題点に臨み、０．２〜０．５ＴＨｚの帯域において矩形バンドパス特性を有するフィルタの設計手法を検討した。その結果、高屈折率層と低屈折率層の屈折率比を２以上とし、低屈折率材料からなるキャビティ層を１組以上の反射層で挟み、その両端に高屈折率材料からなる第２、第３のキャビティ層を配置した構成にすることで、透過帯透過率が−５ｄＢ以上で、且つ減衰利得が−３０ｄＢ以上となる特性が得られることを確認した。
【００２２】
しかしながら、そのフィルタは、対象周波数を高周波数化するに従い透過率が減衰しやすい。これは、フィルタの損失がキャビティ層に用いている媒質の誘電損失（ｔａｎδ＝１／Ｑ）に大きく依存するためである。
【００２３】
また、フィルタの温度特性は、キャビティ層に用いる媒質の誘電率の温度係数（τε）に大きく依存する。低屈折率媒質用の材料にはτεが小さい材料の選択肢がある程度豊富であるが、高屈折率媒質用の材料の中でτεが小さい材料は選択肢が限られるため、前述のＱの問題と同様、高屈折率材料をキャビティ層の一部に用いる構成では温度特性を安定化させることが難しいという問題もある。
【００２４】
そこで、本発明の目的は、対象周波数を高周波数化しても高い透過率を維持し、且つ所定の減衰利得、透過帯域幅および阻止帯域を有するテラヘルツ帯光学バンドパスフィルタを実現し、特に温度特性に優れ、広い温度範囲で一定の透過帯域幅を設定することができるテラヘルツ帯光学フィルタを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するために、本発明のテラヘルツ帯光学フィルタは次のように構成する。
【００２６】
（１）光路長が通過中心周波数での１／２波長の整数倍であり、低屈折率媒質からなるキャビティ層をＮ段（Ｎ＞２）備え、
光路長が前記通過中心周波数での１／４波長であり、前記低屈折率媒質に対する屈折率比が２以上である高屈折率媒質からなる１層の結合層を介して、前記N段のキャビティ層を結合して多重キャビティ構造体を構成し、
それぞれの光路長が通過中心周波数での１／４波長であり、互いの誘電率が異なる高屈折率媒質の層および低屈折率媒質の層からなる整合層を前記多重キャビティ構造体の両端部に配置する。
【００２７】
（２）前記キャビティ層の光路長は１波長以上であり、前記キャビティ層と前記整合層との間に、通過中心周波数での光路長が１／２波長であり、誘電率が前記整合層の高屈折率媒質および前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる調整層を前記多重キャビティ構造体の両側に１層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長であり、誘電率が前記調整層の誘電率より高い高屈折率媒質からなる結合層を介して結合したものとする。
【００２８】
（３）前記キャビティ層の光路長は３／２波長以上であり、前記キャビティ層と前記調整層との間に、通過中心周波数での光路長が１波長であり、誘電率が前記結合層の誘電率より低い低屈折率媒質からなる第２の調整層を前記多重キャビティ構造体と前記調整層との間に１層以上配置し、この第２の調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長であり、誘電率が前記調整層および前記第２の調整層の誘電率より高い高屈折率媒質からなる結合層を介して結合したものとする。
【００２９】
（４）前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での１／８波長の整数倍に換えたものとする。
【００３０】
（５）前記テラヘルツ帯光学フィルタは、屈折率比が２以上の関係にある２種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によって製造する。
【００３１】
（６）前記テラヘルツ帯光学フィルタを設計する際、前記多重キャビティ構造体の光路長を定めることによって通過帯域幅を定める。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば次のような効果を奏する。
（１）本発明のテラヘルツ帯光学フィルタは、キャビティ層を複数段設けた多重キャビティ構造であり、特に全てのキャビティ層を低屈折率媒質で構成し、各キャビティを１層の高屈折率媒質からなる１／４波長の結合層でのみで多段接続している。低屈折率媒質（例えば酸化物誘電体材料）は、誘電損失が小さく（Qが高く）、且つ温度係数（τε）が小さい材料が豊富なため、材料の選択肢が広く、キャビティをこのような材料だけで構成することで、フィルタの特性向上を図ることができる。
【００３３】
また、高屈折率層と低屈折率層の屈折率比を2以上にすることによって、広い阻止帯域および強い減衰利得を得ることができ、且つ限られた層数であっても十分な光波の干渉効果を得ることができる。
【００３４】
従来の多重キャビティ構造では、キャビティ間に複数の１／４波長の層を配置する必要があったが、これは反射層として作用するため、挿入損失の原因になっていた。しかし、キャビティ層を１層の高屈折率結合層だけで接続し、これを多段化することによって一定の減衰利得を確保しつつ、且つ透過損失の低下量が小さいフィルタを得ることができる。
【００３５】
なお、本発明における整合層は、１／４波長の低屈折率層と１／４波長の高屈折率層が一対になったものであり、特に構造体端部の層を低屈折率層にすることによって、外部電界とのインピーダンスマッチングを良好なものにすることできる。
【００３６】
（２）キャビティ層と整合層との間に、通過中心周波数での光路長が１／２波長である低屈折率媒質の調整層を多重キャビティ構造体の両側に１層以上配置し、この調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長である高屈折率媒質からなる結合層を介して結合したことにより、キャビティ光路長の増大に起因して通過帯域の両側の遮断域に生じるスプリアス成分の強度を抑制できる。
【００３７】
（３）キャビティ層と調整層との間に、通過中心周波数での光路長が１波長である低屈折率媒質からなる第２の調整層を多重キャビティ構造体と調整層との間に１層以上配置し、この第２の調整層を、通過中心周波数での光路長が１／４波長である高屈折率媒質からなる結合層を介して結合したことにより、キャビティ光路長の増大に起因して通過帯域の両側の遮断域に生じるスプリアス成分の強度をさらに抑制できる。
【００３８】
（４）前記整合層のうち高屈折率媒質の層の光路長を、通過中心周波数での１／８波長の整数倍に換えた構造とすることにより、主透過帯域の高周波側に生じる二次のファブリ・ペローの干渉の強度が抑制される。
【００３９】
（５）屈折率比が２以上の関係にある２種類以上の誘電体セラミックスの生シートを積層して積層体を構成し、その積層体の同時焼成によって前記テラヘルツ帯光学フィルタを製造することによって、従来工法より製造コストが抑えられ、工業生産性に優れたテラヘルツ帯フィルタを量産できる。
【００４０】
（６）前記テラヘルツ帯光学フィルタを設計する際、前記多重キャビティ構造体の光路長を定めるようにしたことにより、キャビティ層の光路長によって一定の範囲で通過帯域幅を定めることができる。この方法を用いることで、帯域幅を変える設計を行っても、それに伴う透過率の変動を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタについて図２〜図６を基に説明する。
図２は第１の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの断面図である。この図２において、キャビティ層1は、光路長がλ／２のｎ倍（但しｎは１以上の整数）であり、且つ低屈折率媒質で構成する。この低屈折率媒質には、各種誘電体材料はもとより、空気（屈折率１）も含む。このキャビティ層１はＮ段（但しＮは２以上の整数）配置し、それぞれのキャビティ層１は、光路長がλ／４となる高屈折率媒質からなる１層の結合層４によって結合し、多重キャビティ構造体３０を形成する。
【００４２】
この多重キャビティ構造体３０の両端部には、それぞれの光路長がλ／４である、高屈折率媒質の層（高屈折率層）および低屈折率媒質の層（低屈折率層）からなる整合層４０を配置する。ここで、キャビティ層１は低屈折率層であるから、これに隣接して整合層４０の高屈折率層２を配置し、構造体の最外層に整合層４０の低屈折率層３を配置する。
【００４３】
なお、前記高屈折率媒質と低屈折率媒質の屈折率比は２以上となるように、使用する材料を適宜選択する。仮に低屈折率媒質を空気とする場合は、エアーブリッジ構造またはスペーサなどを用いて前記多重キャビティ構造体を構成すればよい。
【００４４】
以下、減衰利得が−３０ｄＢ以上で、且つ透過率が−５ｄＢ以上となるフィルタの構造および特性の具体例を次に示す。
【００４５】
構造式は次のとおりであり、このテラヘルツ帯光学フィルタは１７層の誘電体層からなる。
L H 2L H 2L H 2LH 2L H 2L H 2L H 2L H L
フィルタの減衰利得はキャビティ層１の段数Nによって変化する。第１の実施形態ではこれを−３０ｄＢ以上とするために、Ｎ＝７とした。また、各キャビティ層の光路長はλ／２（すなわちｎ＝１）とした。
【００４６】
したがって、上記構造式はLH (2LH)7L  と表すこともできる。
【００４７】
設計透過帯中心波長λは０．６７ｍｍ（０．４５ＴＨｚ）とし、高屈折率層にはＴｉＯ2系材料、低屈折率層にはＡｌ2Ｏ3系複合材料を使用した。これら材料のテラヘルツ帯における屈折率は、ＴＨｚ−ＴＤＳ（Terahertz Time Domain Spectroscopy）法による測定で、Ａｌ2Ｏ3は３．３、ＴｉＯ2は１０．５であり、その屈折率比は３．２となっている。なお、以下の実施形態でもすべてこの材料を用いた場合の例を示すが、本発明の範囲はこれに限られるものでないことは言うまでもない。
【００４８】
図３は第１の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示すものである。
この構成では、透過帯平均透過率が−１．１ｄＢ、中心周波数に対する−３ｄＢ帯域幅が２６．３％（１１９ＧＨｚ）で、且つ阻止帯域における減衰利得が−３５ｄＢに達しており、前記要求仕様を満たす特性が得られた。
【００４９】
この第１の実施形態による作用効果は次のとおりである。
（１）低屈折率媒質に対する高屈折率媒質の屈折率比を３．２と高い値にすることで光波（電磁波）の干渉効果を高めている。そして、結合層を１層とし、キャビティを多段接続した構造とすることで不要な反射層が排除でき、透過損失を最小限に抑えることができる。
【００５０】
（２）キャビティ層の段数（Ｎ）を増やすことによって減衰利得を−３０ｄＢ以下にすることができる。
【００５１】
（３）上記Ａｌ2Ｏ3系複合材料の温度係数（τε）はほぼゼロであり、キャビティをすべてこの材料で構成することによって温度安定性を高めることができる。
【００５２】
図４はフィルタの温度による透過スペクトルの変化を示したものである。
（Ａ）は、キャビティ光路長をλ（ｎ＝４）とし、キャビティ層の段数Ｎ＝７とした場合の第１の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの特性である。
【００５３】
（Ｂ）は、比較例のテラヘルツ帯光学フィルタの特性である。このフィルタは、光路長がλ／２の整数倍で、低屈折率媒質からなる第１のキャビティ層を備え、この第１のキャビティ層の両端を、光路長がそれぞれλ／４で、屈折率比が２以上となる高屈折率媒質および低屈折率媒質の層を１層ずつ積層してなる基本格子で挟み、この基本格子のさらに両端に、光路長がλ／２の整数倍であり、高屈折率媒質からなる第２・第３のキャビティ層を配置して成る。
【００５４】
図５は同フィルタの温度による透過中心周波数、透過率の推移を示している。
この測定は、実験室レベルで想定される使用温度範囲（−４０〜９０℃）で温度を変えて行った。図５の（Ａ）は図４の（Ａ）から、図５の（Ｂ）は図４の（Ｂ）から、それぞれ求めたものである。この図５から明らかなように、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）に示す比較例のテラヘルツ帯光学フィルタでは温度変動が大きいが、第１の実施形態に係るフィルタでは温度による周波数シフトはほとんど見られず、周波数の温度変動率τｆは８ｐｐｍ／℃であった。このように、本発明では温度特性に優れたテラヘルツ帯光学フィルタが得られる。
【００５５】
第１の実施形態では誘電率の温度係数τεが小さい材料としてＡｌ2Ｏ3系複合材料を用いたが、同様にτεが小さい他の材料を用いても同様の特性が得られることは言うまでもない。
【００５６】
図６は、高周波化に伴うフィルタの減衰量を調べた結果を示している。この図は使用材料の誘電分散を考慮し、各々の周波数におけるフィルタの透過率をシミュレーションによって求めたものである。
【００５７】
直線Ａは本発明のフィルタ、直線Ｂは前述の比較例のフィルタのものである。この図６から明らかなように、比較例のテラヘルツ帯光学フィルタでは高周波化に伴う減衰量が大きく、１ＴＨｚでは−６ｄＢ以下になっているが、本発明におけるフィルタではその減衰量が抑えられており、１ＴＨｚでも−３ｄＢ以上の透過率を維持することができる。
【００５８】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタについて図７・図８を基に説明する。
本発明によれば、フィルタの透過帯域幅はキャビティ光路長を変えることによって一定の範囲で制御することが可能であり、光路長を増す程狭めることができる。しかし、第１の実施形態の構成ではキャビティ光路長を増す程共振モードが多重化し、スプリアス成分が発生しやすくなる場合がある。
【００５９】
そこで、この第２の実施形態では、キャビティ光路長がある程度長い条件（n≧2）において、スプリアス成分を抑制する構造例を示すものである。
【００６０】
図７はこの第２の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの断面図である。
この第２の実施形態では、第１の実施形態の構造に対し、ｎλ／２キャビティ層とλ／４整合層の間に、低屈折率媒質からなり光路長がλ／２である調整層５を前記多重キャビティ構造体３０の両側にｘ層ずつ配置し、この調整層５を、光路長がλ／４である高屈折率の結合層４で結合している。この図７の例では、ｎ＝２、ｘ＝２としている。
【００６１】
図７の構成において、Ｎ＝４としたときの構造式例は次のとおりであり、このテラヘルツ帯光学フィルタは１９層の誘電体層からなる。
L H 2L H 2L H 4LH 4L H 4L H 4L H 2L H 2L H L
図８は、設計透過帯中心波長λを０．７ｍｍ（０．４３ＴＨｚ）とした場合の透過スペクトルである。図８中の実線はこの第２の実施形態に係るフィルタの特性、破線は、調整層５およびその調整層５の結合用の結合層４を設けない第１の実施形態の構造で、この第２の実施形態に係るフィルタと同様の帯域幅を有するフィルタを設計した場合の透過スペクトルである。
【００６２】
破線で示した例では、主透過ピークの両側に強いスプリアス成分が生じているが、この第２の実施形態に係るフィルタでは、透過帯平均透過率が−１．４ｄＢ、中心周波数に対する−３ｄＢ帯域幅が１５．６％（６６ＧＨｚ）で、且つ阻止帯域における減衰利得が−３５ｄＢに達している。
【００６３】
このように、キャビティ層１と光路長λ／４の整合層４０との間に光路長λ／２の調整層５を配置することによってスプリアス成分の強度を抑制することができる。この調整層５の層数（ｘ）は、キャビティ層１の光路長ｎ、段数Ｎなどに応じて適宜調整する。本発明者は、フィルタとして実際に構築可能なｎ，Ｎの範囲で最適な調整層５の層数について検討した結果、１＜ｘ＜４の範囲で最もスプリアス抑制の効果が得られることを見出した。よって、フィルタの設計の際、調整層５の層数をこの範囲で決めることが望ましい。
【００６４】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタについて図９・図１０を基に説明する。
この第３の実施形態は、第２の実施形態の構成よりキャビティ光路長をさらに増す（n≧3）ときに強まるスプリアスを抑える手法を示すものである。
【００６５】
図９は、この第３の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの断面図である。
この第３の実施形態では、第２の実施形態で示したフィルタの構造に対し、ｎλ／２キャビティ層１とλ／２調整層５との間に、低屈折率媒質からなり光路長がλである第２の調整層６を多重キャビティ構造体３０の両側にｙ層ずつ配置し、この第２の調整層６を、光路長がλ／４である高屈折率の結合層４で結合している。この図９の例では、ｎ＝３、ｘ＝２、ｙ＝１である。
【００６６】
図９において、Ｎ＝３とした場合の構造式は次のとおりであり、このテラヘルツ帯光学フィルタは２１層の誘電体層からなる。
L H 2L H 2L H 4LH 6L H 6L H 6L H 4L H 2L H 2L H L
図１０は、設計透過帯中心波長λを０．３５ｍｍ（０．８５ＴＨｚ）とした場合の透過スペクトルである。図１０中の実線はこの第３の実施形態に係るフィルタの特性、破線は、第２の調整層６およびその結合用の結合層４を設けない第２の実施形態の構造で、この第３の実施形態に係るフィルタと同様の帯域幅を有するフィルタを設計した場合の透過スペクトルである。
【００６７】
破線で示した例では、主透過ピークの両側に強いスプリアス成分が生じているが、この第３の実施形態に係るフィルタでは、透過帯平均透過率が−３．６ｄＢ、中心周波数に対する−３ｄＢ帯域幅が５．９％（５０．２ＧＨｚ）で、且つ阻止帯域における減衰利得が−３５ｄＢに達している。
【００６８】
このように、キャビティ光路長が長い（n≧3）場合でも、キャビティ層１と光路長λ／２の調整層５との間に第２の調整層６を設けることによって主透過ピークの両側に強いスプリアス成分が抑制できる。
【００６９】
第２の調整層の層数（ｙ）は、キャビティ層１の光路長ｎ、段数Ｎなどによって適宜調整する。本発明者は、フィルタとして実際に構築可能なｎ，Ｎの範囲で最適な第２の調整層６の層数について検討した結果、１≦ｙ≦４の範囲で最もスプリアス抑制の効果が得られることを見出した。よって、フィルタの設計の際、第２の調整層６の層数をこの範囲で決めることが望ましい。
【００７０】
《第４の実施形態》
第４の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタについて図１１・図１２を基に説明する。
この第４の実施形態は、第１〜第３の実施形態で示した構成に対し、２次のファブリ・ペロー干渉の強度を抑制する手法を示すものである。
【００７１】
図１１は、この第４の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの断面図である。図１２はその透過スペクトルの例を示すものである。
【００７２】
この第４の実施形態は、第１〜第３の実施形態で示した構成において、積層構造体の両端部からそれぞれ２番目に配置されるλ／４高屈折率層を、同じく高屈折率媒質からなり、それぞれの光路長がλ／８の整数倍となる高屈折率層２’に置き換えたものである。
【００７３】
図１１において、Ｎ＝４，ｎ＝２，ｘ＝２とした場合の構造式は次のとおりである。
L (H/2) 2L H 2LH 4L H 4L H 4L H 4L H 2L H 2L (3H/2) L
このテラヘルツ帯光学フィルタは第２の実施形態で示した構造をもとにしたものであり、１９層の誘電体層からなる。
【００７４】
図１２は、設計透過帯中心波長λを第２の実施形態の場合と同様の０．７ｍｍ（０．４３ＴＨｚ）とした場合の透過スペクトルである。図１２中の実線はこの第４の実施形態に係るフィルタの特性、破線は第２の実施形態で示した透過スペクトルである。
【００７５】
破線で示した例では、主透過ピークの高周波側に−１０ｄＢに達する２次のファブリ・ペロー成分が現れているが、この第４の実施形態に係るフィルタでは、それが−１７ｄＢ以下に抑制されている。なお、主透過ピークの特性値としては、透過帯平均透過率が−１．８ｄＢ、中心周波数に対する−３ｄＢ帯域幅が１６．６％（７１．１ＧＨｚ）で、且つ阻止帯域における減衰利得が−３５ｄＢに達する特性が得られており、第２の実施形態の場合と同様の特性が得られている。
【００７６】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、第１〜第４の実施形態で示した構成において、特にキャビティ層の光路長のみを変えることでフィルタの帯域幅を調整する手法について説明する。
【００７７】
図１３は、第２の実施形態に示した構成において、Ｎ＝３、ｘ＝２とし、キャビティ光路長ｎを変えたときの−３ｄＢ帯域幅および透過率の変化を示したものである。なお、設計中心周波数は０．６ｍｍ（０．５ＴＨｚ）としている。
【００７８】
帯域幅はｎを増やすほど狭めることができ、本実施例においては中心周波数に対し約２８％〜９％の範囲で変化させることができる。
【００７９】
また、このときの透過率の変動はほとんどなく、いずれの場合も約−２．５ｄＢとなっている。
【００８０】
このようにして、透過率の変動を伴わずフィルタの帯域幅を一定の範囲で調整することができる。
【００８１】
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、第１〜第５の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの製造方法を示す。
【００８２】
このテラヘルツ帯光学フィルタの製造方法は次のとおりである。
（１）まず、第１〜第５の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタを構成する上で必要な誘電体材料について、それぞれのセラミックス原料粉をバインダーと混合してボールミルで粉砕した後に、それを所定の厚みを有するセラミックス生シートに成形する。
【００８３】
（２）次に、それらの生シートを、第１〜第５の実施形態に示した多重キャビティ型の構成となるように所定の順序で積層する。このとき、各生シートの厚みと積層シート数を適宜調整することで、各層の厚みが所定の寸法となるように積層する。
【００８４】
（３）このようにして作製した生シートの積層体は、所定サイズの大きさにカットし、これを焼成してセラミックス焼結体とする。
【００８５】
（４）このとき、セラミックスの焼結に伴う収縮率を予め考慮した上で生シートの積層厚を決定することで、焼成後に寸法の狂いがない積層体を得る。
【００８６】
以上の方法により、既に産業化されている誘電体多層基板の生産設備と製造技術をそのまま用いることができる。よって、新たな設備投資が伴わずに、製造コストが低く、工業生産性に優れたテラヘルツ帯フィルタを量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】非特許文献１に示している誘電体多層構造からなる光学バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。
【図３】同テラヘルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図４】同テラヘルツ帯光学フィルタの温度による透過スペクトルの変化を示す図である。
【図５】同テラヘルツ帯光学フィルタの温度による透過中心周波数、透過率の推移を示す図である。
【図６】同テラヘルツ帯光学フィルタの高周波化に伴うフィルタの減衰量の変化を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。
【図８】同テラヘルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図９】第３の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。
【図１０】同テラヘルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図１１】第４の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタの構成を示す断面図である。
【図１２】同テラヘルツ帯光学フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図１３】第４の実施形態に係るテラヘルツ帯光学フィルタのキャビティ光路長ｎを変えたときの−３ｄＢ帯域幅および透過率の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，１１−キャビティ層
２，１２−高屈折率層
３，１３−低屈折率層
４−結合層
５−調整層
６−第２調整層
１０−反射層
２０−単位ブロック
３０−多重キャビティ構造体
４０−整合層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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