(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学媒質からなる第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第２の光学媒質層とを交互に積層して形成した複数の積層体を、前記第１の光学媒質および前記第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を介して接続した光学多層膜フィルタであって、
前記第３の光学媒質層は、前記第１の光学媒質層と前記第２の光学媒質層とを接続し、
前記第１の光学媒質層、前記第２の光学媒質層、および、前記第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第３の光学媒質層は、前記第１の光学媒質と前記第２の光学媒質との間の屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第３の光学媒質層は、前記第１の光学媒質より小さい屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする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において、
前記第３の光学媒質層は、前記第２の光学媒質より大きい屈折率を有する第３の光学媒質からなる光学多層膜フィルタ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記積層体を接続する前記第３の光学媒質層に隣接する前記第１の光学媒質層および前記第２の光学媒質層を除く前記第１の光学媒質層および前記第２の光学媒質層の一方の少なくとも１層を、前記第３の光学媒質層により置き換えたことを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項６】
第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質より高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層した複数の第１の積層体を、前記第１の光学媒質および前記第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層と前記第１の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第２の積層体を介して接続した光学多層膜フィルタであって、
前記第２の積層体の両端の前記第３の光学媒質層は、一端の前記第３の光学媒質層が前記第１の積層体の前記第１の光学媒質層と接続され、他端の前記第３の光学媒質層が前記第１の積層体の前記第２の光学媒質層と接続され、
前記第１の光学媒質層、前記第２の光学媒質層、および、前記第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第２の積層体のうち少なくとも１つを前記第３の光学媒質層と前記第２の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第３の積層体に置き換えたことを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項８】
請求項６または７に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第３の光学媒質は、前記第１の光学媒質と前記第２の光学媒質との間の屈折率を有することを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項９】
請求項６または７に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第３の光学媒質は、前記第２の光学媒質よりも大きな屈折率を有することを特徴とする光学多層膜フィルタ。
【請求項１０】
請求項６または７に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記第３の光学媒質は、前記第１の光学媒質よりも小さな屈折率を有することを特徴とする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、光通信装置や光学デバイス等に使用される光学多層膜フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学多層膜フィルタは、光学的な屈折率の異なる光学媒質膜、例えば誘電体膜を交互に積み重ねて形成され、境界面での反射光の干渉を利用して所定の光学特性を得るものである。現在、単層膜では得られない所望の光学特性を得るために、眼鏡などのガラス上およびプラスチック上への無反射コーティング、ビデオカメラの色分解プリズム、バンドパスフィルタなどの各種光学フィルタ、発光レーザの端面コーティング等に使用されている。
また、最近の状況として広帯域光波長多重（高密度波長分割多重（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）通信に用いる合波フィルタや分波フィルタ、さらに、短距離間に用いられるイーサネット（登録商標）通信において１０Ｇｂｐｓ級の広光波長多重（Ｗｉｄｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＷＤＭ）通信（ｌＥＥＥ８０２．３規格）に応用される。
【０００３】
光学フィルタの設計について、図２４から図２６を参照して説明する。
図２４に示すように、屈折率ｎsの基板１上に、屈折率ｎ1の透明な光学媒質膜１２を膜厚ｄ1で形成した単層膜フィルタにおいて、光学媒質膜１２に光が入射した場合の特性マトリックス（Ｍ）は、式（１）のように定義される。但し、入射光の波長をλ、入射角は入射面の法線に対しθ、β＝２π・ｎ1・ｄ1・ｃｏｓ（θ）／λと定義する。また、ｉは虚数を示し、ｍ11、ｍ12、ｍ21、ｍ22は、特性マトリックス（Ｍ）の行列成分であり、ｍ11＝ｍ22＝ｃｏｓ（β）、ｍ12＝ｉ・１／ξ・ｓｉｎ（β）、ｍ21＝ｉ・ξ・ｓｉｎ（β）である。
【０００４】
【数１】
0004028282.tif 000002
【０００５】
式（１）において、ξはＳ偏光の場合はξ＝−ｎ1・ｃｏｓ（θ）となり、Ｐ偏光の場合は、ξ＝ｎ1／ｃｏｓ（θ）となるが、簡単のために、今後は、Ｓ偏光の場合を考える。入射角θが０度の場合には、ｃｏｓ（θ）＝１となるため、β＝２π・ｎ1・ｄ1／λ、ξ＝−ｎ1となる。また、入射角θ＝０で、かつ、光学膜厚がｎ1・ｄ1＝λ／４の場合には、β＝π／２でなので、ｃｏｓ（β）＝０、ｓｉｎ（β）＝１となる。したがって、ｍ11＝ｍ22＝０、ｍ12＝−１／ｎ1、ｍ21＝−ｎ1となる。さらに、入射角θ＝０で、かつ、光学膜厚がｎ1・ｄ1＝λ／２の場合には、β＝πであるので、ｃｏｓ（β）＝−１、ｓｉｎ（β）＝０となる。したがって、ｍ11＝ｍ22＝−１、ｍ12＝ｍ21＝０となる。
また、式（１）の特性マトリックス（Ｍ）から、反射率係数｜ｒ｜および透過率係数ｔは、入射角θが０度で基板の屈折率がｎ0の場合に、式（２）、式（３）となる。ただし、基板の屈折率をｎsとし、空気の屈折率は、ｎ0＝１とした。
【０００６】
【数２】
0004028282.tif 000003
【０００７】
したがって、式（２）から反射率Ｒは式（４）、さらに式（３）から透過率Ｔは式（５）となる。
【０００８】
【数３】
0004028282.tif 000004
【０００９】
（式２）から（式５）より、光学膜厚がｎ1・ｄ1＝λ／４および光学膜厚がｎ1・ｄ1＝λ／２の場合には、高い反射率、高い透過率を得られることがわかる。
【００１０】
次に、図２５に示すような光学多層膜の場合を考察する。全体の特性マトリックス（Ｍ）は、各光学媒質の特性マトリックスをＭ0、Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3、．．．、Ｍk-2、Ｍk-1、Ｍk、Ｍsとした場合に、式（６）となる。但し、全体特性マトリックス（Ｍ）の行列成分をｍｍ11、ｍｍ12、ｍｍ21、ｍｍ22とした。
【００１１】
【数４】
0004028282.tif 000005
【００１２】
上記したように、特性マトリックス（Ｍ）により、式（４）や式（５）と同様に反射率Ｒと透過率Ｔを求めることが可能である。式（６）において、入射光の波長λを設計波長（または中心波長）λ0に固定して光学膜厚ｎdを選択することで、光学フィルタとしての設計が可能となるため、所望のバンドパスフィルタを得ることができる。
【００１３】
次に、光波長多重（波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ））通信に用いる合波フィルタや分波フィルタの要求仕様について、図２６の透過特性を参照して説明する。
バンドパス特性を評価する基準として、一般的に−０．５ｄＢでのフィルタ透過幅（または透過帯幅）Ｗ(F)と、−２５ｄＢでのクロストーク透過幅（または−２５ｄＢ透過波長幅）Ｗ(C)と、挿入損失とリップル強度（または透過帯域リップル）が用いられる。
【００１４】
フィルタ透過幅Ｗ(F)は、光信号が透過するバンドパス信号の幅を示しており、狭いほど規定されたバンド帯域の中で多くの信号を通すことが可能となる。また、クロストーク幅Ｗ(C)は、混信することなしにバンドパス信号をどれだけ近接させることができるかを示しており、細いほど混信せずにバンドパス信号を並べることができる。つまり、フィルタ透過幅Ｗ(F)とクロストーク幅Ｗ(C)がともに狭くなることで、規定されたバンド帯域の中で通信に使用できるバンドパス信号が増えることになる。
また、挿入損失とは、バンドパス信号の最大値の値と理想的な透過率１００％の強度差を示している。
さらに、リップルとは、バンドパス信号の最大値付近の部分に透過率が局所的に低下する現象が見られることであり、さざ波とも呼ばれる。リップルが発生した場合、所望のバンドパス特性が得られないことがある。リップルが発生した場合の信号最大値と局所的透過率低下値との差をリップル強度とする。理想的なバンドパス特性として、点線で示した矩形の形状が求められている。
【００１５】
現在使用されているバンドパスフィルタの特性としては、−０．５ｄＢでのフィルタ透過幅は２ｎｍ以下で、−２５ｄＢでのクロストーク透過幅が４ｎｍから８ｎｍ程度であるが、既にフィルタ透過幅が１ｎｍ以下のバンドパスフィルタの実用化を迎えている。
さらに、次世代の広帯域光波長多重通信（ＤＷＤＭ通信）に用いるバンドパス特性の要求仕様としては、フィルタ透過幅が０．１ｎｍ、クロストーク透過幅が０．３ｎｍ、挿入損失が１ｄＢ以下、リップル強度が０．２ｄＢという値が要求されている。このため最適なバンドパス特性の設計が求められている。
また、光学多層膜の総数も数十層から数百層と非常に多くなるため、膜厚や膜質の均一性もこれまで以上に高精度なものが要求されるようになっている。
【００１６】
さらに、幹線の大規模通信だけでなく、ＬＡＮ（Ｌｏｃａ１  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信でデファクトスタンダードになっているイーサネット通信においても、光学多層膜フィルタが使用されつつある。現在のツイストペアによる通信に代わって光ファイバを用いた１０ＧＢＡＳＥ−Ｘや１０ＧＢＡＳＥ−Ｗという１０Ｇｂｐｓ級の通信がＩＥＥＥ８０２．３規格として標準化され、普及に向けた検討が進んでいる。この場合に用いられる多重通信方式は、ＷＷＤＭ通信（ＣＷＤＭ通信ともいう）と呼ばれ、１３１０ｎｍや１５５０ｎｍ付近の波長帯域において、数十ｎｍずれた４つの波長で４つのデータを重ね合わせて送信し、４つの受光器で別々に読み取るものである。通信距離は約３００ｍであるが、ＬＡＮの世界では一番期待されている方式となっている。
【００１７】
このＷＷＤＭ通信用にも光学多層膜フィルタが用いられる。評価基準としては、図２６に示したフィルタ特性で、フィルタ透過幅が１０ｎｍ、クロストーク幅が２０ｎｍ以下、挿入損失が１ｄＢ以下、リップル強度が０．５ｄＢという値が要求されている。このＷＷＤＭ通信用光学多層膜フィルタでは、低コスト化が最大の課題とされている。
【００１８】
多層膜に用いられる薄膜材料として、シリコン（Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、二酸化ランタン（ＬａＯ2）、二酸化セリウム（ＣｅＯ2）、三酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）、三酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化ソリウム（ＴｈＯ2）などの酸化物および二元以上の酸化物、あるいは、シリコン酸窒化物（ＳｉＯxＮx）、あるいは、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）などの窒化物および二元以上の窒化物、あるいは、フッ素化マグネシウム（ＭｇＦ2）、三フッ化セリウム（ＣｅＦ3）、二フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、六フッ化三ナトリウムアルミニウム（Ｎａ3ＡｌＦ6）などのフッ素化物、あるいは、二元以上のフッ素化物などがある。
【００１９】
一般には、これらの薄膜材料のうち適当な屈折率の異なる２種類の物質を選択し、透明基板上に薄膜形成装置を用いて光学多層膜フィルタを作成する。このような材料を積み重ねて多層膜として形成するために、様々な形成装置および形成方法が試みられている。中でもスパッタ法（スパッタリング法）は、危険度の高いガスや有毒ガスなどを使用する必要がなく、堆積する膜の表面凹凸（表面モフォロジ）が比較的良好であるなどの理由により、有望な成膜装置・方法の一つとなっている。その中でも、スパッタ法において化学量論的組成の膜を得るための優れた装置・方法として酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスを供給し、膜中の酸素や窒素が欠落するのを防止する反応性スパッタ装置・方法が有望である。
【００２０】
反応性スパッタ装置・方法の中でも、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）と発散磁界を利用して作られたプラズマ流を基板に照射するとともに、ターケットと接地間に高周波または直流電圧を印加し、上記ＥＣＲで発生させたプラズマ流中のイオンをターケットに引き込み衝突させてスパッタ現象を引き起こすことにより、膜を基板に堆積させる装置・方法（以下、これをＥＣＲスパッタ法という）が良好な膜質を得られるとして最も有望である。
ＥＣＲスパッタ法の特徴は、例えば、小野地、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス、第２３巻、第８号、Ｌ５３４頁、１９８４年（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２３，ｎｏ．８，Ｌ５３４（１９８４）．）に記載されている。
【００２１】
一般的に、ＲＦマグネトロンスパッタ法においては、０．１Ｐａ程度以上のガス圧力でないと安定なプラズマは得られないのに対し、上記ＥＣＲスパッタ法では、０．０１Ｐａ程度以下の分子流領域のガス圧力で安定なＥＣＲプラズマが得られる。
また、ＥＣＲスパッタ法は、高周波または直流電圧により、ＥＣＲにより生成したイオンをターゲットに当ててスパッタリングを行うため、低い圧力でスパッタリングができる。
【００２２】
また、ＥＣＲスパッタ法では、基板にＥＣＲプラズマ流とスパッタされた粒子が照射される。ＥＣＲプラズマ流のイオンは、発散磁界により１０ｅＶから数１０ｅＶのエネルギーに制御される。また、気体が分子流として振る舞う程度の低い圧力でプラズマを生成・輸送しているために、基板に到達するイオンのイオン電流密度も大きく取れる。したがって、ＥＣＲプラズマ流のイオンは、スパッタされて基板に飛来した原料粒子にエネルギーを与えるとともに、原料粒子と酸素または窒素との結合反応を促進することとなり膜質が改善される。
【００２３】
ＥＣＲスパッタ法は、特に、外部からの加熱をしない室温に近い低い基板温度で基板上に高品質の膜が形成できることが特徴である。ＥＣＲスパッタ法による高品質な薄膜堆積については、例えば、天澤他、ジャーナルオフバキュームサイエンスアンドテクノロジー、第Ｂ１７巻、第５号、２２２２頁、１９９９年（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１７，ｎｏ．５，２２２２（１９９９）．）に記載されている。
【００２４】
また、ＥＣＲスパッタ法で堆積した膜の表面モフォロジは、原子スケールのオーダーで平坦である。したがって、ＥＣＲスパッタ法は、ナノメーターオーダーの極薄膜からなる多層膜を形成するのに有望な装置・方法である。
【００２５】
さらに、ＥＣＲスパッタ法では、反応性ガスの分圧を制御することで、堆積膜の屈折率を精度良く制御することができる。この特性を利用することにより、他のスパッタ法では困難な任意の屈折率に調整した堆積膜を形成し、多層膜として形成することができる。
【００２６】
図２７に、代表的な光学多層膜フィルタの構成例を示す。光学膜厚ｎd＝λ0／２のキャビティ層（２Ｌ）４と呼ばれる層の上下を、第１の光学媒質層２（光学膜厚ｎd＝λ0／４；Ｌ層）と第１の光学媒質層よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質層３（光学膜厚ｎd＝λ0／４；Ｈ層）とにより交互に積層した多層膜で挟んだ構造となっている。キャビティ層４は、第１の光学媒質層２と第２の光学媒質層３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λ0／２の整数倍の第１の光学媒質層２または第２の光学媒質層３により構成される。
【００２７】
図２７では、基板１上に第２の光学媒質層３（Ｈ層）と第１の光学媒質層２（Ｌ層）とを繰り返し１９層積層し、この上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し１９層積層して全体で３９層の多層膜となっている。このような、キャビティ層４を１つ持つ層構造を「シングルキャビティ」または「１キャビティ」と呼ぶことが多い。
さらに、キャビティ層４が２つ、３つ、４つ、５つと増えた場合、それぞれ「ダブルキャビティ」または「２キャビティ」、「トリプルキャビティ」または「３キャビティ」、「４キャビティ」、「５キャビティ」と呼ぶ。
【００２８】
図２７を参照し、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いた場合について詳細に説明する。ただし、バンドパスフィルタとしての設計波長はλ0＝１５５０ｎｍとした。基板１としては、一般的に使用される、ＢＫ−７や結晶化ガラス等の基板を用いた。第２の光学媒質層３の光学膜厚ｄHは１１９．２３ｎｍであり、第１の光学媒質層２の光学膜厚ｄLは１８１．０７ｎｍであり、キャビティ層４の光学膜厚ｄCは２×ｄLで３６２．１５ｎｍである。
また、図２７では、屈折率を層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層２よりも第２の光学媒質層３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層３の方の屈折率が大きいことを示している。
【００２９】
図２７に示した光学多層膜フィルタの透過特性を図２８に示す。図２８によれば、極めて急峻で狭いバンドパス特性が得られるのがわかる。さらに、フィルタ透過幅は、０．１ｎｍ以下であり、挿入損失もなく、リップルもない形状が得られている。しかし、バンドパススペクトルの形状は、鋭い三角形の形状であり、−２５ｄＢのクロストーク幅が１ｎｍ以上であり、仕様を大きく超えている。つまり、図２６の透過特性において点線で示した矩形の形状（理想的なバンドバス特性）から外れている。したがって、シングルキャビティでＤＷＤＭ通信用のフィルタを作製するのは困難であることがわかる。
【００３０】
そこで、キャビティ数を増やすことにより、バンドパススペクトル形状を矩形にしようとする試みがなされている。図２９は、例として、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用い、キャビティ数を２とした２キャビティ（ダブルキャビティ）の場合のスペクトル形状を示す。バンドパスフィルタとしての設計波長はλ0＝１５５０ｎｍとした。基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とを交互に２０層積層し、この上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し４１層積層して、さらにこの上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し２０層積層する。したがって、全体で８３層の多層膜となる。
【００３１】
上記のようにシングルキャビティを直列配置して２以上のキャビティを持つ多層膜構造が一般的に用いられており、ファブリペロー型と呼ばれる。図２８のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は約０．１ｎｍを達成しており、挿入損失も０．２ｄＢ程度であるが、−２５ｄＢのクロストーク幅はシングルキャビティに比較して、狭くなったが、０．３ｎｍ以上であり矩形のプロファイルではないため、要求仕様を満たさない。
【００３２】
そこで、さらにキャビティ数を増やし、バンドパススペクトルの形状を矩形のプロファイルに近づける試みがされている。例として、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用い、キャビティ数を３とした３キャビティ（トリプルキャビティ）の場合について説明する。
基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが交互に２３層積層される。この上に２Ｌのキャビティ層４が形成される。この上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し４７層積層される。さらにこの上に、２Ｌのキャビティ層４が形成される。さらにその上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し４７層積層される。さらにこの上に、２Ｌのキャビティ層４が形成される。さらにその上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し２３層積層される。したがって、全体で１４３層の多層膜となる。バンドパスフィルタとしての設計波長はλ0＝１５５０ｎｍとした。
【００３３】
図３０に３キャビティのバンドパススペクトル形状を示す。フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も０．１５ｎｍ程度となり、ほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、０．５ｄＢ以上のリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３４】
このリップルが現れる現象は、４以上のキャビティでも見られる。図３１に、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用い、キャビティ数を４とした４キャビティの場合とキャビティ数を５とした５キャビティのスペクトル形状を示す。設計波長はλ0＝１５５０ｎｍとした。
【００３５】
４キャビティでは、基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し多層積層され、２Ｌのキャビティ層４が４層配置され、全体で１９１層の多層膜となる。図３１のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も約０．１ｎｍとほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、１．５ｄＢにも及ぶリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３６】
５キャビティでは、基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し多層積層され、２Ｌのキャビティ層４が５層配置され、全体で２３９層の多層膜となる。図３１のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も約０．１ｎｍとほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、２．５ｄＢにも及ぶリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、２キャビティ、３キャビティ、４キャビティ、５キャビティで見られたようなリップルが発生する現象は、６以上のキャビティでさらに顕著になる。キャビティ数が増加するにしたがって、クロストーク幅は小さくなるが、フィルタ透過幅やリップル強度は大きくなってしまう。フィルタ透過幅は、層の総数により調整できるが、リップル強度は、調整できない。
【００３８】
また、例に示した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）と五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）以外、例えば五酸化タンタルと水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の多層膜でも、また、その他の多層膜の組み合わせても、この現象は見られる。
【００３９】
そのため、０．１ｎｍ程度と狭いフィルタ透過幅を実現しながら、狭いクロストーク幅と矩形に近いバンドパス特性を得るとともに、挿入損失とリップルを抑えたバンドパスプロファイルを示すフィルタ構造の実現が不可欠となっている。
【００４０】
そこで、本発明の目的は、光通信に適応できるバンドパス特性を得ることができる光学多層膜フィルタを提供することを目的とする。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を実現するため、本発明の光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第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第２の光学媒質層とを交互に積層して形成した複数の積層体を、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を介して接続した光学多層膜フィルタであって、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質層と第２の光学媒質層とを接続し、第１の光学媒質層、第２の光学媒質層、および、第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする。
【００４２】
さらに、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質と第の光学媒質との間の屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質より小さい屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質層は、第２の光学媒質より大きい屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
【００４３】
さらに、積層体を接続する第３の光学媒質層に隣接する第１の光学媒質層および第２の光学媒質層を除く第１の光学媒質層および第２の光学媒質層の一方の少なくとも１層を、第３の光学媒質層により置き換えたことを特徴とする。
【００４４】
また、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質より高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層した複数の第１の積層体を、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層と第１の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第２の積層体を介して接続した光学多層膜フィルタであって、第２の積層体の両端の第３の光学媒質層は、一端の第３の光学媒質層が第１の積層体の第１の光学媒質層と接続され、他端の第３の光学媒質層が第１の積層体の第２の光学媒質層と接続され、第１の光学媒質層、第２の光学媒質層、および、第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする。
【００４５】
さらに、第２の積層体のうち少なくとも１つを第３の光学媒質層と第２の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第３の積層体に置き換えたことを特徴とする。
【００４６】
さらに、第３の光学媒質は、第１の光学媒質と第２の光学媒質との間の屈折率を有することを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質は、第２の光学媒質よりも大きな屈折率を有することを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質は、第１の光学媒質よりも小さな屈折率を有することを特徴とする。
【００４８】
本発明によれば、フィルタ透過特性の形状を調整し、またリップルを少なくすることができる。
【００４９】
【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。尚、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。
【００５０】
実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層３とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を１層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、１キャビティに対応する。
【００５１】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ0に対して、すべての層がλ0／４となる膜厚から構成されていることである。従来のキャビティ構造に必須であるキャビティ層は、λ0／２の整数倍で構成される。λ0／２は、λ0／４層を２枚連続して形成したとも言える。しかし、実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタは、そのようなλ0／４を２枚以上連続して重ねた層を持たず、従来のキャビティ構造とは、全く異なった構造である。
【００５２】
具体的な構造は、図１に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２０層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で４０層の多層膜となる。
【００５３】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７から１．４８のフッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）、または、屈折率が１．４８から３．５の酸化シリコン（ＳｉＯx）、または、屈折率が１．４８から１．９５の酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）などを用いることにより、屈折率を１．３７から３．５まで調整した。
【００５４】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、屈折率が１．３７の場合には２８２．８５ｎｍであり、３．２の場合には１２１．０９ｎｍである。
【００５５】
また、図１においては、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５との屈折率を、それぞれの層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３との間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【００５６】
図２は、図１に示した光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を１．３７、１．８、３．２と変化させた場合の設計透過特性を示す。第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を変化させることにより、挿入損失とフィルタ透過幅が大きく変化することがわかる。第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の中間の値である１．８とした場合に、挿入損失が０ｄＢとなる。
【００５７】
従来の光学多層膜フィルタと比較するために、図２７に示した従来の１キャビティ構造を有する光学多層膜フィルタにおいて、キャビティ層（２Ｌ）４の屈折率を１．３７、１．８、３．２とした場合の設計透過特性を図３に示す。図３により従来のキャビティ構造を有する光学多層膜フィルタでは、キャビティ層の屈折率を変化させた場合に、フィルタ透過幅などが変化するが、挿入損失は変化しないことがわかる。
【００５８】
図４に、図１に示した光学多層膜フィルタにおける第３の光学媒質層（膜）（Ｃ層）５の屈折率、および図２７に示した従来の１キャビティ構造を有する光学多層膜フィルタにおいてキャビティ層４の屈折率を変化させたときの挿入損失の変化を合わせて示す。
従来のキャビティ構造では、キャビティ層４の屈折率を変化させても、挿入損失は変化しないことがわかる。多層膜構造体を第３の光学媒質層（Ｃ層）５で接続した構造を有する新構造の光学多層膜フィルタでは、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を変化させることにより挿入損失が変化し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を適当に選択することにより、挿入損失を０ｄＢまで下げることが可能である。また、第３の光学媒質の屈折率が１．５から２．２の範囲で、キャビティ層４を有する光学多層膜フィルタよりも挿入損失が小さいことが分かる。したがって、従来のキャビティ構造では、挿入損失を調整できないが、実施の形態１で示したような、新構造にすることによって、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を調整することにより、フィルタ特性（特に挿入損失）を調整できる。
【００５９】
実施の形態１では、全層の数が４０層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００６０】
次に、製造方法について説明する。ＥＣＲスパッタ装置を用いて、光学多層膜フィルタの製造を行った。図５に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置の概略図を示す。
【００６１】
製造方法を具体的に説明する。まず、容器内を真空にした後、ＥＣＲプラズマ源にスパッタガスおよび反応性ガスを導入し適当なガス圧にする。次に、磁気コイル９によりＥＣＲプラズマ源内に０．０８７５Ｔの磁場を発生させた後、導波管と石英窓１１を通してＥＣＲプラズマ源に周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、ＥＣＲ領域８に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを生成する。
ＥＣＲプラズマは、発散磁場により基板１方向にプラズマ流を作る。実施の形態１に示すＥＣＲプラズマ源は、導入したマイクロ波電力を一旦分岐してプラズマ源の直前で再び結合させるもので、ターゲット７からの飛散粒子が石英導入窓に付着することを防ぐことにより、ランニングタイムを大幅に改善できるものである。ＥＣＲプラズマ源と基板１との間にリング状の円形ターゲット７を配置し、ターゲット７に高周波電圧を印加してスパッタリングを行って、基板ホルダ６に取り付けられた基板１上に薄膜を形成する。
【００６２】
また、複数のＥＣＲプラズマ源と複数のターゲット７を設置し、切り替えてスパッタリングを行うことによって、基板１上に屈折率の異なる複数の堆積膜を多層膜として形成することができる。例えば、実施の形態１においては、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置し、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコン（ＳｉＯ2）を、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を、第３の光学媒質層（Ｃ層）５として酸化シリコン（ＳｉＯx）または酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）を堆積することによって、本発明の光学多層膜フィルタを形成することができる。
【００６３】
ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲット７にシリコンと純アルミニウムを用い、また、反応性ガスとして酸素ガスと窒素ガスを、さらに不活性ガスとしてアルゴンを用いて、酸化シリコン薄膜と酸窒化シリコン薄膜とアルミナ薄膜の成膜を行った。
ＥＣＲプラズマ源には、供給する反応性ガスの多少に関わらず、プラズマが安定に得られるだけのアルゴンを導入する。
【００６４】
上記のようにして、基板１上に成膜した酸化シリコン膜と酸窒化シリコンとアルミナ膜の屈折率の酸素流量依存性を図６に示す。
アルゴンガス流量を２０ｓｃｃｍとし、酸素ガス流量を０から８ｓｃｃｍの間で変化させ、ＥＣＲイオン源に導入するマイクロ波電力を５００Ｗ、ターゲットに印加する高周波電力を５００Ｗとした。ただし、酸窒化シリコンでは、酸素と窒素の流量の合計が１０ｓｃｃｍとなるように調整する。
また、基板１は加熱していない。なお、屈折率は６３８ｎｍレーザによるエリプソメータを用いて測定した。
【００６５】
図６によれば、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜およびアルミナ膜の屈折率は、酸素流量の増加にしたがって減少し、屈折率が化学量論的組成を満たす二酸化シリコンまたはサファイア基板の屈折率になることがわかる。すなわち、反応性ガスによって良好な膜質を保ちながら屈折率を制御できることを示している。
具体的には、酸化シリコン膜では、１．４７から３．８の範囲で、また、酸窒化シリコン膜では、１．４７から２．０の範囲で、また、アルミナ膜では、１．６１から４．３の範囲で、屈折率を制御できる。
【００６６】
さらに、二酸化シリコン膜を含む酸化シリコン膜、アルミナ膜のみならず、ＥＣＲスパッタ法で形成できる五酸化タンタル、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、二酸化ランタン、二酸化セレン、二酸化セリウム、三酸化アンチモン、三酸化インジウム、酸化マグネシウム、二酸化ソリウム等の酸化物、シリコン窒化物、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ランタン等の窒化物、および、シリコン酸窒化物等の酸窒化物、フッ素化マグネシウム、フッ素化セレン、三フッ化セリウム、二フッ化カルシウム、フッ化リチウム、六フッ化三ナトリウムアルミニウム等のフッ素化物、さらには、堆積時に水素を導入したアモルファスシリコン、あるいは、二元合金の酸化物、二元合金の窒化物などにおいても反応性ガスの流量（分圧）による屈折率制御ができる。
【００６７】
実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層３とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を３層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、３キャビティに対応する。
【００６８】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ0に対して、すべての層がλ0／４となる膜厚から構成されていることである。
【００６９】
具体的な構造は、図７に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層されている。したがって、全体で１３５層の多層膜となっている。
【００７０】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７の一フッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）用いた。
【００７１】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２８２．８５ｎｍである。
【００７２】
また、図７においては、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、それぞれの層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも狭いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２よりも小さいためである。
【００７３】
図８に、図７に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成を有する光学多層膜フィルタの設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層４の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．２ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが改善され、０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【００７４】
実施の形態２では、全層の数が１３５層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００７５】
さらに、図９に示すように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、ＣＬＣのように、第３の光学媒質層、第１の光学媒質層、第３の光学媒質層とを順次積層し、複数の層（複合層と呼ぶ）として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層されている。したがって、全体で１４１層の多層膜となっている。
【００７６】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７のフッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）を用いた。
【００７７】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２８２．８５ｎｍである。
【００７８】
また、図９においても実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２および第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも狭いのは、第１の光学媒質層（Ｌ層）の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２よりも小さいためである。
【００７９】
図１０に、図９に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．２ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を複合層として配置すると、リップルが大きく改善されほとんと０ｄＢになることがわかる。
【００８０】
また、実施の形態２では、全層の数が１４１層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００８１】
また、図９に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５、第１の光学媒質層（Ｌ層）２、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層し、ＣＬＣのように複合層として配置した例を示したが、ＣＨＣのように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体、ＣＬＣＬＣのように第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）３と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体、ＣＨＣＨＣのように第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体などの複合層を配置した場合においても同様の効果が得られる。
また、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣ複合層に置き換えられた３つの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣ複合層に置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣ複合層に置き換えられた３つの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣ複合層に置き換えてもよい。
【００８２】
さらに、図７や図９に示した光学多層膜フィルタのように、従来のキャビティ構造の位置に第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層や第３の光学媒質層（Ｃ層）５を含む複合層を配置する構造ではなく、従来のキャビティ構造におけるキャビティ層とキャビティ層との間、および、キャビティ層と空気層との間、およびキャビティ層と基板１との間の多層膜を構成する第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２を第３の光学媒質層（Ｃ層）５に置き換える構造においても同様の効果が得られる。
【００８３】
具体的な構造は、例えば、第３の光学媒質層５を、第１の光学媒質と第２の光学媒質との間の屈折率を有する第３の光学媒質により形成した場合には、図１１に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１３層積層され、その上に第３の光学媒質層５形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１４層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１０層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１０層積層されている。したがって、全体で１３４層の多層膜となっている。
【００８４】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．８０の酸化シリコン（ＳｉＯx）または酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）を用いた。
【００８５】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２１５．２８ｎｍである。
【００８６】
また、図１１においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【００８７】
図１２に、図１１に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．６ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され、０．２ｄＢになることがわかる。
【００８８】
また、実施の形態２では、全層の数が１３４層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００８９】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、３つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えばフッ素化マグネシウムを堆積することによって、形成することが可能である。
【００９０】
また、実施の形態２においても、図４に示したように、屈折率によってフィルタ特性を調整することが可能である。ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲットの材質と反応性ガスの流量（分量）を選択し、屈折率を制御することにより、最適な屈折率を選択することによって、最適なフィルタ特性を得ることができる。
また、実施の形態２では、第３の光学媒質が第１の光学媒質と第２の光学媒質との間、および第１の光学媒質よりも小さい場合を例として説明したが、第２の光学媒質よりも大きい場合においても同様の効果がある。
【００９１】
実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層し形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を４層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、４キャビティに対応する。
【００９２】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ0に対して、すべての層がλ0／４となる膜厚から構成されていることである。
【００９３】
具体的な構造は、図１３に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で１７２層の多層膜となっている。
【００９４】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が３．２の水素化シリコン（Ｈ：Ｓｉ）を用いた。
【００９５】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１２１．０９ｎｍである。
【００９６】
また、図１３においても実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも大きいためである。
【００９７】
図１４に、図１３に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の４キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置することにより、リップルが大きく改善され０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【００９８】
実施の形態３では、全層の数が１７２層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００９９】
さらに、図１５のように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とを順次積層し、ＣＬＣＬＣＬＣのように複数の層（複合層と呼ぶ）として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）１が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）１と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば３８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば３８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば１７層積層されている。したがって、全体で１８０層の多層膜となっている。
【０１００】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．８０の酸化シリコン（ＳｉＯx）または酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）を用いた。
【０１０１】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２１５．２８ｎｍである。
【０１０２】
また、図１５においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【０１０３】
図１６に、図１５に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の４キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【０１０４】
また、実施の形態３では、全層の数が１８０層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、図１５に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、ＣＬＣＬＣＬＣのように複合層として配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）５、第１の光学媒質層（Ｌ層）２、第２の光学媒質層（Ｈ層）３を用いて、ＣＬＣやＣＨＣやＣＬＣＬＣやＣＨＣＨＣなどの複合層として配置された場合においても同様の効果が得られる。
また、ＣＬＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１０６】
さらに、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１０７】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンや酸窒化シリコンを堆積することによって、形成することができる。
【０１０８】
また、他の実施形態においても、図４に示したように、屈折率によってフィルタ特性を調整することができる。ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲットの材質と反応性ガスの流量（分量）の選択で、屈折率を制御することにより、最適な屈折率を選択することによって、最適なフィルタ特性を得ることができる。
【０１０９】
実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を５層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、５キャビティに対応する。
【０１１０】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ0に対して、すべての層がλ0／４となる膜厚から構成されていることである。
【０１１１】
具体的な構造は、図１７に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第３の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で２１７層の多層膜となっている。
【０１１２】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が３．０の酸化シリコン（ＳｉＯx）を用いた。
【０１１３】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１２９．１７ｎｍである。
【０１１４】
また、図１７においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）よりも大きいためである。
【０１１５】
図１８に、図１７に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の５キャビティの構成の設計透過特性を合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．２ｄＢ以下になることがわかる。
【０１１６】
実施の形態４では、全層の数が２１７層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１１７】
さらに、図１９のように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とを積層し、ＣＨＣＨＣのように複合層として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で２３７層の多層膜となっている。
【０１１８】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が２．４の酸化シリコン（ＳｉＯx）を用いた。
【０１１９】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ0＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１６１．４６ｎｍである。
【０１２０】
また、図１９においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３より広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）よりも大きいためである。
【０１２１】
図２０に、図１９に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の５キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．２ｄＢ以下になることがわかる。
【０１２２】
また、実施の形態４では、全層の数が２３７層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１２３】
また、図１９に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単体でなく、ＣＬＣＬＣのように複合して配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）、第１の光学媒質層（Ｌ層）、第２の光学媒質層（Ｈ層）を用いて、ＣＬＣやＣＨＣやＣＨＣＨＣやＣＬＣＬＣＬＣなどの複合した配置においても同様の効果が得られる。
【０１２４】
また、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１２５】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンや三窒化シリコンを堆積することによって、形成することが
できる。
【０１２６】
図２１に、図１９における第３の光学媒質層（Ｃ層）５の光学媒質層の屈折率、および、従来の５キャビティ構造においてキャビティ層の屈折率を変化させた場合の挿入損失とリップル強度の変化を示す。
従来のキャビティ構造では、キャビティ層の屈折率を変化させても、挿入損失とリップル強度は変化しないことがわかる。多層膜構造体を第３の光学媒質層（Ｃ層）５で接続した構造の新構造では、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率により挿入損失が変化し適当な第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を選択することにより、挿入損失とリップル強度を０ｄＢ程度まで下げることができる。このことは、従来のキャビティ構造では、挿入損失を調整できないことを示している。
しかし、実施の形態４で示したような、新構造にすることによって、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率の調整により、フィルタ特性を調整できる。
【０１２７】
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタは、本発明をＷＷＤＭ通信に適応したものである。
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層（Ｈ層）３により形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質と異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を４層配置した基本構造において、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置のかわりに、第３の光学媒質層（Ｃ層）３と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）３とを順次積層したＣＬＣの複合層を配置した構造である。
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ0に対して、すべての層がλ0／４となる膜厚から構成されていることである。
【０１２８】
具体的な構造は、図２２に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば２０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば７層積層されている。したがって、全体で８４層の多層膜となっている。
【０１２９】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が２．２の酸化シリコン（ＳｉＯx）を用いた。
【０１３０】
また、図２２においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３幅より広い幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）３より大きい値であるためである。
【０１３１】
それぞれの光学膜厚は、設計波長がλ0＝１５４０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１７９．９１ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１８．４６ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７５ｎｍである。
設計波長がλ0＝１５６０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８２．２４ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２０．００ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７７．２７ｎｍである。
設計波長がλ0＝１５８０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８４．５８ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２１．５４ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７９．５５ｎｍである。
設計波長がλ0＝１６００ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８６．９２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２３．０８ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１８１．８２ｎｍである。
【０１３２】
図２３は、設計波長をλ0＝１５４０ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５８０ｎｍ、１６００ｎｍとし、光学多層膜フィルタに第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。全ての設計波長λ0においてリップル強度が０．１ｄＢ程度、フィルタ透過幅が１０ｎｍ、クロストーク幅が２０ｎｍと矩形の信号が得られている。設計波長を適当に選択することによって、ＷＷＤＭ通信に適用したフィルタ特性を得ることができる。
【０１３３】
実施の形態５では、全層の数が８４層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１３４】
また、図２２に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単体でなく、ＣＬＣように複合して配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）、第１の光学媒質層（Ｌ層）、第２の光学媒質層（Ｈ層）を用いて、ＣＨＣやＣＬＣＬＣやＣＨＣＨＣなどの複合した配置においても同様の効果が得られる。
【０１３５】
また、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣ複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１３６】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンを堆積することによって、形成することができる。反応性ガスの流量（分量）により、屈折率を制御することができ、最適なフィルタ特性を得ることができる。
【０１３７】
本発明の効果を説明するために、既存の１００ＧＨｚ帯（フィルタ透過幅が０．８ｎｍ）と比較する。
従来の光学多層膜フィルタにおいては、フィルタ透過幅を狭めるために、キャビティ層を第１の光学媒質層（Ｌ層）２の偶数倍や第２の光学媒質層（Ｈ層）３の偶数倍を用いるのが一般的である。
【０１３８】
例えば、従来の光学多層膜フィルタでは、図３２に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１５層積層され、その上にキャビティ層４ｄが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３３層積層され、 その上にキャビティ層４ｃが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３５層積層され、 その上にキャビティ層４ｂが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３３層積層され、その上にキャビティ層４ａが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１８層積層されている。したがって、全体で１３８層の多層膜である４キャビティ構造であるが、第１の光学媒質層（Ｌ層）を８層形成したキャビティ層（８Ｌ）４ａ、４ｂ、４ｄや４層形成したキャビティ層（４Ｌ）４ｃ等のキャビティ層をλ／４層として換算すると１６１層に相当する。
【０１３９】
これに対し、本発明においては、実施の形態３に示した構造を参考にして、第３の光学媒質層５の屈折率を３．２として構成すると全てλ／４層を用いて１４０層で構成することができる。つまり、従来の光学多層膜フィルタに比べて１３％の層数の低減が図られる。１００ＧＨｚ帯以下のさらに細いフィルタを構成する場合、この効果はさらに大きくなる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明の光学多層膜フィルタによれば、フィルタ特性の形状を調整し、またリップルを少なくすることにより、光通信に適応できるバンドパス特性を有するバンドパスフィルタを得ることができる。さらに、従来のキャビティ構造よ少ない総数で同様のフィルタ特性を得ることができるため、経済的に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２】  実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図３】  光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図４】  実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層の屈折率、またはキャビティ層の屈折率に対する入力損失の変化を示す説明図である。
【図５】  電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置の概略図である。
【図６】  電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて作製した膜の特性を示す図である。
【図７】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図８】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図９】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１０】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１１】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１２】  実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１３】  実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１４】  実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１５】  実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１６】  実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１７】  実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１８】  実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１９】  実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２０】  実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図２１】  実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層の屈折率、またはキャビティ層の屈折率に対する入力損失の変化を示す説明図である。
【図２２】  実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２３】  ＷＷＤＭへ応用した場合の光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図であるる。
【図２４】  光学多層膜フィルタの原理を説明するための説明図である。
【図２５】  光学多層膜フィルタを説明するための説明図である。
【図２６】  光学多層膜フィルタの特性における性能を示す説明図である。
【図２７】  光学多層膜フィルタの構造を説明するための図である。
【図２８】  従来の１キャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図２９】  従来のダブルキャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３０】  従来のトリプルキャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３１】  従来の４キャビティおよび５キャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３２】  従来の多層膜フィルタの構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板、２…第１の光学媒質層、３…第２の光学媒質層、４…キャビティ層、４ａ…第１のキャビティ層、４ｂ…第２のキャビティ層、４ｃ…第３のキャビティ層、４ｄ…第４のキャビティ層、５…第３の光学媒質層、６…基板ホルダ、７…ターゲット、８…ＥＣＲ領域、９…磁気コイル、１０…高周波電力、１１…石英窓、１２…光学媒質層、１３…第１の光学媒質層、１４…第２の光学媒質層、１５…第ｋ−２の光学媒質層、１６…第ｋ−１の光学媒質層、１７…第ｋ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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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