(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学媒質からなる複数の第１の光学媒質層と、第１の光学媒質層より高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる複数の第２の光学媒質層とを交互に積層した複数の積層体を、前記第１の光学媒質層または前記第２の光学媒質層からなるキャビティ層を介して接続したマルチキャビティ構成を有するファブリペロー型光学多層膜フィルタにおいて、
前記キャビティ層の間の前記第２の光学媒質層のうち少なくとも１層を、前記第２の光学媒質層よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層により形成したことを特徴とするファブリペロー型光学多層膜フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のファブリペロー型光学多層膜フィルタにおいて、
前記第１の光学媒質層と、前記第２の光学媒質層と、前記第３の光学媒質層とを、これらの光学膜厚がそれぞれ、設計波長λに対して、λ／４になるような膜厚で形成し、
前記キャビティ層を、この前記キャビティ層の光学膜厚が、設計波長λに対して、λ／２になるような膜厚で形成したことを特徴とするファブリペロー型光学多層膜フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学多層膜フィルタに関し、特に光多重通信に用いられる狭帯域の合波・分波用光学多層膜フィルタに適用して有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
光学多層膜フィルタは、基板上に高屈折率の光学媒質層と低屈折率の光学媒質層とを交互に積層し、所望の波長選択性を有するように作製される。
近年、光多重通信に用いられる合波・分波フィルタには非常に狭い波長選択性および高い透過率が要求されるようになってきた。これらの要求特性を満たす光学多層膜フィルタとして、たとえば、ファブリペロー型多層膜構成を有するファブリペロー型多層膜フィルタが用いられている。
【０００３】
図７は従来のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
ファブリペロー型多層膜フィルタ２は、ファブリペロー型多層膜構成、すなわち、基板１上に、第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。ここで、第１の積層体３ａおよび第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に複数層積層した構成を有する。
【０００４】
第１の光学媒質層４は、光学膜厚がλ／４の誘電体膜（Ｌ層と呼ぶ）により構成される。第２の光学媒質層５は第１の光学媒質層４よりも高い屈折率を有し、光学膜厚がλ／４の誘電体膜（Ｈ層と呼ぶ）により構成される。キャビティ層は、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した積層体のうち、所定の位置の層であり、光学膜厚がλ／２の第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５（ここでは第２の光学媒質層５により構成し、２Ｌ層と呼ぶ）により構成される。なお、λはフィルタの設計波長である。すなわち、ファブリペロー型多層膜フィルタ２はｎ0／（ＨＬ）NＨ／２Ｌ／（ＨＬ）NＨ／ｎｓ構成となる。なお、ｎ0は空気中の屈折率、ｎｓは基板の屈折率である。
【０００５】
またＨ層とＬ層とを交互に積層して、２Ｎ層（Ｎは１以上の整数）積層したλ／４型交互多層膜、すなわちｎ0／（ＬＨ）N／ｎs構成は、広帯域フィルタや反射防止膜に用いられる。
【０００６】
このファブリペロー型多層膜フィルタ２の透過スペクトルを図８を参照して説明する。図８は従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【０００７】
シミュレーション条件は、設計波長λを光通信で通常用いられる１５５０ｎｍ、ファブリペロー型多層膜フィルタの構成を、Ｈ層としてＴａ2Ｏ5（屈折率：２．１５）、Ｌ層としてＳｉＯ2（屈折率：１．４６）、第１の積層体３ａの層数を２１層、第２の積層体３ｂの層数を２１層とし、キャビティ層６を含めた全層数４３層とした。
図８の透過スペクトルによれば、１５５０ｎｍの波長域に半値幅が約０．２ｎｍと非常に狭い透過特性が得られることがわかる。
【０００８】
図９は、図８の透過域の拡大図である。図９を参照して、ファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルにおける性能指標を説明する。性能指標としては、透過スペクトルの上部の−０．５ｄＢでの透過幅と−２５ｄＢでのクロストーク幅、リップルが用いられる。
【０００９】
現在、光多重通信用の狭帯域のフィルタとしては、−０．５ｄＢでの透過幅が２ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅が４から８ｎｍ程度のものが開発されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のファブリペロー型多層膜フィルタには、次のような問題があった。
図８の透過スペクトルにおける半値幅は、積層体を構成する光学媒質層の層数を増加させることにより狭くすることが可能である。しかし、光多重通信で要求される透過特性は、半値幅が狭いだけでは十分ではなく、隣接する波長の光と明確に分離して測定するために、スペクトルの下部がなるべく急峻に立ち上がり、かつ、スペクトルの上部も平坦である必要がある。すなわち要求される透過特性としては、スペクトルの上部の−０．５ｄＢでの透過幅と−２５ｄＢでのクロストーク幅がなるべく一致するような特性、すなわち、理想的には矩形形状が要求されている。また、リップルは０．２ｄＢ以下である必要がある。
【００１１】
実際の透過スペクトルを測定した結果を、図１０を参照して、説明する。図１０は、従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルを示す説明図である。このファブリペロー型多層膜フィルタの構成は、図８のシミュレーションの条件に示した構成と同じであり、Ｈ層としてＴａ2Ｏ5（屈折率：２．１５）、Ｌ層としてＳｉＯ2（屈折率：１．４６）、第１の積層体３ａの層数を２１層、第２の積層体３ｂの層数を２１層とし、キャビティ層６を含めた全層数４３層である。
【００１２】
図１０によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０４ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は１．９ｎｍであり、−０．５ｄＢでの透過幅は非常に狭いが、−２５ｄＢでのクロストーク幅は非常に大きくなる。そのため、光多重通信で要求される透過特性を満たさない。
【００１３】
積層体を構成する光学媒質層の層数を増加させた場合、すなわち第１の積層体３ａおよび第２の積層体３ｂを構成する第１の光学媒質層４および第２の光学媒質層の層数を増加させた場合、−０．５ｄＢでの透過幅は狭くなる、しかし、−２５ｄＢでのクロストーク幅も狭くなるためスペクトルの形状はほとんど変わらない。
【００１４】
また、透過スペクトルを矩形形状に近づけるため、ファブリペロー型多層膜フィルタを直列につなぐ構成（マルチキャビティ構成と呼ぶ）が用いられる。
マルチキャビティ構成の多層膜フィルタは、複数のファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を形成することにより構成される。このマルチキャビティ構成の多層膜フィルタの構成および透過スペクトルを、図１１〜図１４を参照して、説明する。図１１は従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図、図１２は従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。また、図１３は従来の４キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図、図１４は従来の５キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【００１５】
図１１に示すように、３キャビティ構成は、３つのファブリペロー型多層膜フィルタ（２ａ、２ｂ、２ｃ）の間にＬ層を挟んで直列に接続することにより製造される。同様に、４キャビティ構成は４つのファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を挟んで直列に接続することにより、５キャビティ構成は５つのファブリペロー型多層膜フィルタの間にＬ層を挟んで直列に接続することにより製造される。
【００１６】
３キャビティ構成に場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０７ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．２ｎｍ、リップルは０．７ｄＢとなる。キャビティ数が１の場合に比べて大幅にクロストーク幅を小さくできるが、リップルが非常に大きくなる。
４キャビティ構成の場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０９ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１７ｎｍ、リップルは０．９ｄＢとなる。
５キャビティ構成の場合には、−０．５ｄＢでの透過幅は０．１１ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１５ｎｍ、リップルは２．１ｄＢとなる。
図１２、図１３、図１４に示すように、接続する多層膜フィルタ数を増やす程、透過スペクトルは矩形形状に近づく。
【００１７】
したがって、キャビティ数を増加させることにより、透過率とクロストーク幅の比を１に近づけることが可能である。すなわち透過特性が矩形形状に近づく。しかし、リップルについては、キャビティ数が増加するにしたがって大きくなる。
【００１８】
また、単純な積層体（第１の積層体３ａ、第１の積層体３ｂ）における光学媒質層（第１の光学媒質層４、第２の光学媒質層５）の層数の調整やキャビティ層６の位置の調整では、リップルは減少させることはできない。
今後さらに光の多重化が進むと、一桁以上狭いフィルタの透過特性が必要となる。すなわち、−０．５ｄＢでの透過幅として０．１ｎｍ以下、−２５ｄＢでのクロストーク幅として０．２ｎｍ以下、リップルとして０．２ｄＢ以下のフィルタの透過スペクトルが要求される。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、透過スペクトルの形状を調整し、光多重通信で要求される透過特性を満たしたマルチキャビティ構成のファブリペロー型光学多層膜フィルタ提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のファブリペロー型光学多層膜フィルタは、キャビティ層の間の第２の光学媒質層のうち少なくとも１層を、第２の光学媒質層よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層により形成したことを特徴とする。
さらに、第１の光学媒質層と、第２の光学媒質層と、第３の光学媒質層とを、これらの光学膜厚がそれぞれ、設計波長λに対して、λ／４になるような膜厚で形成し、キャビティ層を、このキャビティ層の光学膜厚が、設計波長λに対して、λ／２になるような膜厚で形成したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
図１は、実施の形態１にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
実施の形態１にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板１上に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃとを第１の光学媒質層４を挟んで積層させた３キャビティ層を有する構成である。
【００２３】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは、第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。  第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは、第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは、第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００２４】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの一番上の層と一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００２５】
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高い屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００２６】
上記のように、実施の形態１に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを３つ直列に接続した構成であり、３キャビティ層を有する。１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間には光学媒質層を挟んで接続される。よって、実施の形態１に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は１３１層となる。
【００２７】
基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は第１の光学媒質層４よりも高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００２８】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．４ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００２９】
図２は実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
図２によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０６ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１６ｎｍ、リップルは０．２ｄＢとなり、従来の３キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、透過特性の改善がみられる。
【００３０】
また、実施の形態１では、キャビティ層６に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層により形成した例について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少させることが可能である。
【００３１】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化する。上述した条件の下では、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００３２】
また、実施の形態１では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを構成する複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、透過特性の改善がみられる。
【００３３】
また、実施の形態１においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ2、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ2、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ2の場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることにより、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００３４】
次に、製造方法について説明する。屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するため、光学媒質層の屈折率を精密に調整する必要がある。真空蒸着法やマグネトロンスパッタ法などで光学媒質層を形成した場合、膜中への不純物の取り込みが多いため、光学媒質層の屈折率を制御することは困難である。光学媒質層の屈折率を制御する成膜方法として、例えば、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法により成膜する方法がある。例えば、ターゲット材にＳｉを用い、導入ガスにＡｒとＯ2の混合ガスを用いた場合に、Ｏ2流量が十分な場合にはＳｉＯ2が形成され屈折率は１．４６となる。Ｏ2を減少させていくにしたがって、屈折率は高くなり、最終的には、Ｓｉのみとなり屈折率は３．６程度となる、したがって、Ｏ2流量を制御することにより、屈折率を１．４６から３．６程度まで制御できる。
【００３５】
同様に、導入ガスとして、Ａｒと、Ｏ2と、Ｎ2の混合ガスを用いて、Ｏ2とＮ2の流量比を変化させる場合には、ＳｉＯxＮy（ｘ、ｙは正の整数）の化合物が形成され、屈折率はＳｉＯ2の１．４６からＳｉ3Ｎ4の１．９５まで制御できる。また、同様に、ターゲットとしてＴａを用いることでＴａ2Ｏ5、ターゲットとして、Ｔｉを用いることでＴｉＯ2の成膜が可能である。したがって、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法を用いることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることがいうまでもない。
【００３６】
電子マグネトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法は、例えば、ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス、第２３巻、第８号、Ｌ５３４頁、１９８４年に、記載されている。電子マグネトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたスパッタ法は、ターゲット材からスパッタされたスパッタ粒子とガスとして導入されプラズマ化された反応粒子が基板上で反応することにより、化合物薄膜を形成する成膜方法である。特徴として、低ガス圧でプラズマを生成できるため膜中への不純物の取り込みが少ない点、成膜中には基板上へ適当なエネルギーを持つプラズマ流が照射されるため反応性薄膜形成が容易に行える点、反応粒子の数を導入ガスの流量で制御できるため化合物薄膜のストイキメトリを制御することができる点が挙げられている。以上の特徴により、光学媒質層の屈折率を精密に制御することが可能である。
【００３７】
次に、実施の形態２にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを、図３および図４を参照して、説明する。図３は実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図、図４は実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを４つ直列に接続した構成であり、４キャビティ層を有する。
【００３８】
実施の形態２にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板上１に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃと、第４のファブリペロー多層膜フィルタ２ｄとを第１の光学媒質層４を挟んで積層し、さらに最上部に第１の光学媒質層４を積層させた４キャビティ層を有する構成である。
【００３９】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第４のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｄは第７の積層体３ｇと第８の積層体３ｈとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００４０】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００４１】
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第７の積層体３ｇは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第７の積層体３ｇの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第８の積層体３ｈは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第８の積層体３ｈの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００４２】
上記のように、１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間は光学媒質層を挟んで接続し、最上層にも光学媒質層を形成する。よって、実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は１７６層となる。
【００４３】
実施の形態１と同様に、基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は低屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は高屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００４４】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．４ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００４５】
次に、実施の形態２に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルを図４を参照して説明する。
図４によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０７ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１６ｎｍ、リップルは０．１ｄＢとなり、従来の４キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、特性の改善がみられる。
【００４６】
また、実施の形態２では、キャビティ層６に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層７により形成した場合について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少することが可能である。
例えば、実施の形態２の場合に、１層を第３の光学媒質層により形成した場合には、リップルは０．３ｄＢとなる。
【００４７】
さらに、第３の光学媒質層７を本実施の形態２の第３の光学媒質層（ＴｉＯ2）よりもさらに高い屈折率を有しする誘電体膜、例えば屈折率２．７５の光学媒質層により構成した場合、リップルは０．２ｄＢとなる。さらに、第３の光学媒質層７を本実施の形態２の第３の光学媒質層（ＴｉＯ2）よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．９５の光学媒質層により構成した場合、リップルは０．１ｄＢとなる。
したがって、第３の光学媒質層７により形成する層が１層のみである場合、実施の形態２より高い屈折率を有する光学媒質層を第３の光学媒質層として用いることにより、実施の形態２と同様の効果を得ることが可能になる。
【００４８】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するが、実施の形態２においては、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００４９】
また、実施の形態２では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、リップルを小さくする改善効果がみられる。
【００５０】
また、実施の形態２においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ2、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ2、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成される場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることで、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００５１】
また、製造方法については、実施の形態１と同様に、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法をもちいることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることはいうまでもない。
【００５２】
次に、実施の形態３にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタを、図５および図６を参照して、説明する。図５は実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図、図６は実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、ファブリペロー型多層膜フィルタを５つ直列に接続した構成であり、５キャビティ層を有する。
【００５３】
実施の形態３にかかるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタは、基板上１に、第１のファブリペロー多層膜フィルタ２ａと、第２のファブリペロー多層膜フィルタ２ｂと、第３のファブリペロー多層膜フィルタ２ｃと、第４のファブリペロー多層膜フィルタ２ｄと、第５のファブリペロー多層膜フィルタ２ｅとを第１の光学媒質層４を挟んで積層させ、さらに最上部に第１の光学媒質層４を積層させた５キャビティ層を有する構成である。
【００５４】
第１のファブリペロー型多層膜フィルタ２ａは第１の積層体３ａと第２の積層体３ｂとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第２のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｂは第３の積層体３ｃと第４の積層体３ｄとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第３のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｃは第５の積層体３ｅと第６の積層体３ｆとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第４のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｄは第７の積層体３ｇと第８の積層体３ｈとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。第５のファブリペロー型多層膜フィルタ２ｅは第９の積層体３ｉと第１０の積層体３ｊとをキャビティ層６を挟んで積層させた構成を有する。
【００５５】
第１の積層体３ａは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１の積層体３ａの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第２の積層体３ｂは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第２の積層体３ｂの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第３の積層体３ｃは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第３の積層体３ｃの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第４の積層体３ｄは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第４の積層体３ｄの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第５の積層体３ｅは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第２の光学媒質層５よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第５の積層体３ｅの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
【００５６】
第６の積層体３ｆは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、その第１の光学媒質層４よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第６の積層体３ｆの例えば一番上の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第７の積層体３ｇは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有するが、第１の光学媒質層４のうち少なくとも１層を、その第１の光学媒質層４よりも高屈折率を有する第３の光学媒質層７により形成する。例えば、２１層積層した場合、第７の積層体３ｇの例えば一番下の層を第３の光学媒質層７により形成される。
第８の積層体３ｈは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第８の積層体３ｈの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第９の積層体３ｉは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第９の積層体３ｉの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
第１０の積層体３ｊは、第１の光学媒質層４と第２の光学媒質層５とを交互に積層した構成を有する。例えば、２１層積層した場合、第１０の積層体３ｊの例えば一番上の層と例えば一番下の層はともに第２の光学媒質層５により形成される。
【００５７】
上記のように、１つのファブリペロー型多層膜フィルタは、２つの積層体により構成され、それらの積層体は２１層の光学媒質層により構成される。積層体の間にはキャビティ層を構成するため、１つのファブリペロー型多層膜フィルタの総層数は４３層となる。また、ファブリペロー型多層膜フィルタ間は光学媒質層を挟んで接続し、最上層にも光学媒質層を形成する。よって、実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの全層数は２２０層となる。
【００５８】
実施の形態１と同様に、基板１は、例えば屈折率１．４７を有する透明基板である。第１の光学媒質層４は低屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第２の光学媒質層５は高屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5により構成され、光学膜厚がλ／４になるような膜厚で形成される。第３の光学媒質層７は第２の光学媒質層５よりもさらに高い屈折率を有する誘電体膜、例えば屈折率２．５５のＴｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／４となるような膜厚で形成される。キャビティ層６は、第１の光学媒質層４または第２の光学媒質層５を構成する光学媒質、例えば屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成され、光学膜厚がλ／２となるような膜厚で形成される。なお、λはフィルタの設計波長である。
【００５９】
例えば、λを１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層４の膜厚は２６５．２ｎｍ、第２の光学媒質層５の膜厚は１８０．２ｎｍ、第３の光学媒質層７の膜厚は１５２．０ｎｍ、キャビティ層６の膜厚は５３０．８ｎｍとなる。
【００６０】
次に、実施の形態３に係るマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルを図６を参照して説明する。
図６によれば、−０．５ｄＢでの透過幅は０．０８ｎｍ、−２５ｄＢでのクロストーク幅は０．１３ｎｍ、リップルは０．２ｄＢとなり、従来の５キャビティ構成のフィルタ特性と比較して、特性の改善がみられる。
【００６１】
また、本実施の形態３では、キャビティ層６間に挟まれた積層体に含まれる第２の光学媒質層５のうちの２層を第３の光学媒質層により形成した例について説明したが、第２の光学媒質層５のうちの１層を第３の光学媒質層７により形成した場合でもリップルを減少させることが可能である。
【００６２】
また、第３の光学媒質層７の屈折率の値により、透過スペクトルは大きく変化するが、実施の形態３においては、第３の光学媒質層７の屈折率が２．５５近傍の値を有する光学媒質層を用いた場合に、リップルをもっと小さくすることが可能である。適宜、第３の光学媒質層７を選択することで、リップルの調整が可能である。
【００６３】
上記したように、複数の第１の光学媒質層４と、複数の第２の光学媒質層５とを交互に積層した複数の積層体を、キャビティ層を介して接続し、キャビティ層の間の第２の光学媒質層５のうち少なくとも１層を、第３の光学媒質層７により形成することにより、リップルの調整が可能である。
【００６４】
また、実施の形態３では、第３の光学媒質層７をマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの複数のキャビティ層６のほぼ中央部に配置したが、中央部以外の位置に形成した場合においても同様に、リップルを小さくする改善効果がみられる。
【００６５】
また、実施の形態３においては、第１の光学媒質層４として屈折率１．４６のＳｉＯ2、第２の光学媒質層５として屈折率２．１５のＴａ2Ｏ5、第３の光学媒質層７として屈折率２．５５のＴｉＯ2、キャビティ層として屈折率１．４６のＳｉＯ2により構成される場合について説明したが、これ以外の光学媒質層の組み合わせにおいても、適宜、光学媒質層を組み合わせることで、透過スペクトルを改善することが可能である。
【００６６】
また、製造方法については、実施の形態１と同様に、特に屈折率の正確な制御が必要とされる第３の光学媒質層の成膜に、ＥＣＲスパッタ法をもちいることにより、優れた透過特性を有するフィルタを形成することが可能である。第１の光学媒質層、第２の光学媒質層の成膜にも使用できることはいうまでもない。
【００６７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、透過スペクトルの形状を調整し、またリップルをなくして平坦化することにより、光多重通信で要求される透過特性を満たすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図２】  実施の形態１におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図３】  実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図４】  実施の形態２におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】  実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図６】  実施の形態３におけるマルチキャビティ構成の光学多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図７】  従来のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図８】  従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図９】  図８の透過域の拡大図である。。
【図１０】  従来のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルを示す説明図である。
【図１１】  従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの構成を示す断面図である。
【図１２】  従来の３キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図１３】  従来の４キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図１４】  従来の５キャビティ構成のファブリペロー型多層膜フィルタの透過スペクトルのシミュレーション結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１…基板、２…ファブリペロー型多層膜フィルタ、２ａ…第１のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｂ…第２のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｃ…第３のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｄ…第４のファブリペロー型多層膜フィルタ、２ｅ…第５のファブリペロー型多層膜フィルタ、３ａ…第１の積層体、３ｂ…第２の積層体、３ｃ…第３の積層体、３ｄ…第４の積層体、３ｅ…第５の積層体、３ｆ…第６の積層体、３ｇ…第７の積層体、３ｈ…第８の積層体、３ｉ…第９の積層体、３ｊ…第１０の積層体、４…第１の光学媒質層、５…第２の光学媒質層、６…キャビティ層、７…第３の光学媒質層。
【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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【図１４】
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