(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過光の波長帯域の中心波長をλ０としたときに光学膜厚がλ０／４の１以上の奇数倍であるＣｏｕｐｌｉｎｇ層を介して複数のＣａｖｉｔｙを積層してなり、
前記Ｃａｖｉｔｙは、
その中央に配置される光学膜厚がλ０／２の１以上の整数倍であるＳｐａｃｅｒ層と、該Ｓｐａｃｅｒ層の両側に、光学膜厚がλ０／４の１以上の奇数倍である高屈折率層を介して対称に配置されたミラーペア群とから構成され、
前記ミラーペア群は、
光学膜厚がλ０／４の１以上の奇数倍である高屈折率層と低屈折率層とからなるミラーペアをその高屈折率層と低屈折率層とが交互になるように複数ペア積層してなる光学多層膜フィルタの設計方法であって、
前記ＣａｖｉｔｙのＳｐａｃｅｒ層の厚さと前記ミラーペア群を構成する前記ミラーペアの数との組み合わせを計算し、当該組み合わせの中から前記Ｓｐａｃｅｒ層の厚さがより薄く、且つ、前記ミラーペアの数がより多い組み合わせを選択することにより、当該組み合わせの中で前記光学多層膜フィルタの中心波長分布すなわち前記光学多層膜フィルタの光入射面の中心と当該光入射面内における光線の入射位置との距離による透過光の中心波長のシフト量が最も小さい組み合わせを選択することを特徴とする光学多層膜フィルタの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層して構成され、光通信等に用いられる光学多層膜フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット通信等の普及および利用が進み、通信ラインの通信量が急速に増大しつつある。現在は通信容量の大きな光ファイバを用いた光通信が主流であるが、各光ファイバを介して伝達できる容量を増加させることが要求され、光通信技術の中でも通信容量の大容量化が容易な波長分割多重通信技術（ＷＤＭ通信方式：Wavelength Division Multplexing 通信方式）が使用されるようになってきている。
【０００３】
ＷＤＭ通信方式では、多チャンネルの信号光から任意のチャンネル数の信号光を分波したり、もしくは、伝送されている信号光に任意のチャンネル数の信号光を合波したりする必要がある。これら信号光の合分波のためには、ＢＰＦ（バンドパスフィルター：Band Pass Filter）等の光学多層膜フィルタが必要とされる。
【０００４】
また、このような光通信技術において、長距離伝送を行うに際しては、信号光を増幅器により増幅する必要がある。増幅器の種類、伝送システムの構成によっては、増幅率が波長に依存して変動してしまう場合があり、この増幅率を平坦化するためには、ＧＦＦ（利得平坦化フィルタ：Gain Flattening Filter）等の光学多層膜フィルタが必要とされる。
【０００５】
上述したように、光学多層膜フィルタは、光通信技術において有効な一つのデバイスである。以下に光学多層膜フィルタについて説明する。
【０００６】
ＢＰＦの構造は、図１に示すように、光学基板上に複数のCavityを、Coupling層を介して積層してなる。上記Cavityは、その中央に配置されるSpacer層(2λ/4の整数倍の膜厚)と、このSpacer層の両側に高屈折率層及び低屈折率層を交互に対称に配置されたミラーペア群(各λ/4の膜厚)とからなる構造が公知(特開平０７−１０４１２３号公報、特開平０７−１０４１２２号公報)である。
【０００７】
このような構造を応用することで、多様な特性をもつ光学多層膜フィルタの設計が可能である。たとえば、WDMで用いられる、単一信号分（一チャンネル分）の波長帯を分波・合波する狭帯域Band-Pass-Filter(NBPF)や、WDMの信号数波長分を一括して分波・合波するBand-Separatorや、広帯域の波長域を２つの帯域に分ける、C/Lフィルタ、B/Rフィルタなどが、この構成によって製作可能である。この他、LWPF（    ）、SWPF（    ）といった、いわゆる「エッジフィルタ」の代用としても、この構成の光学多層膜フィルタを使用することが可能である。さらに、光増幅器で信号光を増幅させる際に発生する利得偏差を相殺するためのＧＦＦにも、この構成の光学多層膜フィルタを使用することが可能である。
【０００８】
ＷＤＭ伝送方式では、光伝送の高機能化が進むにつれ、光学多層膜フィルタに求められる光学特性は、より高度なものが要求されている。図１に示したように、フィルタチップに入射される光線のスポット径は、ある程度の大きさ（通常0.3〜0.5mm）をもつため、フィルタチップ面内における反射・透過波長の中心波長分布が大きくなるほど全体的な光学特性が劣化する。このため、フィルタチップ面内の中心波長分布はできるだけ小さいことが要求され、成膜プロセスの観点からこのような中心波長分布を低減させるような技術を開発している。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０７−１０４１２３号公報。
【特許文献２】
特開平０７−１０４１２２号公報。
【特許文献３】
特開２００２−１９６１２９号公報。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような成膜プロセスからのアプローチは信頼性をその都度確認する必要があるため作業性が困難であり、また、装置・手順等の変更によるコスト高になってしまうというが問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を鑑みてなされたもので、設計の観点から中心波長分布を低減することにした。設計のみの変更であれば、上記のような問題点は特に考慮する必要が無い。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、透過波長帯域の中心波長をλ0とするとき、光学基板上に複数のCavityを、光学膜厚がλ0／４の１以上の奇数倍であるCoupling層を介して積層してなる光学多層膜フィルタにおいて、前記Cavityは、その中央に配置される光学膜厚がλ0／２の１以上の整数倍であるSpacer層と、該Spacer層の両側に光学膜厚がλ0／４の１以上の奇数倍である高屈折率層及び低屈折率層を交互に対称に配置してなるミラーペア群とから構成され、チップ面内の中心波長分布が小さくなるように各CavityのSpacer層の厚さを薄くしてミラーペアの数を増やす調整するものである。
【００１３】
このため、本発明の光学多層膜フィルターは、各cavityのSpacer層の厚さおよびミラーペアの数を調整することで、反射・透過の面内波長分布の小さい設計を実現するものである。
【００１４】
また、第２の態様によれば、第一の態様に記載された光学多層膜フィルタを設計するプログラムであって、Spacer層の厚さおよびミラーペア群の数を調整し、チップ面内の中心波長分布が小さくなるような設計を自動的に算出する。
【００１５】
このため、本発明の光学多層膜フィルターは、自動的に反射・透過の面内波長分布の小さい設計を短時間で算出することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
光学多層膜フィルタの設計について、従来例と本発明を比較しながら説明する。なお、ここでは主にバンドパスフィルタの説明を行うが、他の光学多層膜フィルタ、例えば上述したエッジフィルタ、ＧＦＦ等についても同様のことが言える。まず最初に、従来の光学多層膜フィルタの設計について説明する。
【００１８】
高屈折率物質と、低屈折率物質の中心波長の四分の一の光学膜厚の層をそれぞれＨおよびＬとすると、従来設計によるバンドパスフィルタは、下記のように表現される。
従来設計（全185層，Spacer層：18L，ミラーペア群：6および7）
空気 / L (HL)6H18LH(LH)6 L [(HL)7H18LH(LH)7]4 L (HL)6H18LH(LH)6 L / 基板
【００１９】
次に本発明の一実施形態である設計について説明する。
バンドパスフィルタの透過・反射、アイソレーション等の波長特性は、各cavityにおけるSpacer層の厚さおよびミラーペアの数を変えることによって自由に変化させることができる。また、Spacer層の厚さとミラーペア群の数は独立して変えることができることから、同じ波長特性を示すようなSpacer層厚さとミラーペア数の組み合わせは複数存在する。それらの組み合わせの中から最も中心波長分布が小さくなる設計を選択すれば良いことになる。
【００２０】
本実施例では、上記の従来設計と理論的にはほぼ同一の波長特性が得られると考えられる下記の２つの設計について中心波長分布シミュレーションを行った。
本発明の設計(1)（全209層，Spacer層：6L，ミラーペア数：7および8）
空気 / L (HL)7H6LH(LH)7 L [(HL)8H6LH(LH)8]4 L (HL)7H6LH(LH)7 L / 基板
本発明の設計(2)（全161層，Spacer層：42L，ミラーペア数：5および6）
空気 / L (HL)5H42LH(LH)5 L [(HL)6H42LH(LH)6]4 L (HL)5H42LH(LH)5 L / 基板
【００２１】
なお、シミュレーションの結果から、本発明の設計（１）では中心波長分布が改善されるが、本発明の設計（２）では悪化することが明らかになった。即ち、Spacer層を薄くしてミラーペア数を増やす程中心波長分布を低減できることが判明した。
【００２２】
シミュレーションで良好な結果が得られた本発明の設計（１）について、実際に成膜を行いチップの面内分布を測定した。図２は、従来設計および本発明の設計（１）により設計したバンドパスフィルタのスペーサ層の厚みとミラーペア数との関係を示したものである。図２において、左上の方の設計になればなるほど、スペーサ層が薄くなり、ミラーペア数が多くなることになる。
【００２３】
図３は、図２に対応したもので、従来設計および本発明の設計（１）により設計したバンドパスフィルタの反射・透過の中心波長分布の結果を示すものである。従来設計にくらべ、本発明の設計（１）による設計では、光線のスポット半径の平均値に相当する0.2mm内における中心波長分布が抑えられている（波長シフト量が小さい）。言い換えると、Spacer層を薄くしてミラーペア数を増やすと、中心波長分布が抑えられることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光学多層膜フィルターは、各cavityのSpacer層の厚さおよびミラーペアの数を調整する、即ち、Spacer層を薄くしてミラーペア数を増やす程、内波長分布の小さい設計を実現することができる。また、この設計手法をプログラム化することにより、自動的に最適な光学多層膜フィルタの設計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学多層膜フィルタの一構成例を示す図である。
【図２】フィルタチップと入射光を示す説明図である。
【図３】本発明の光学多層膜フィルタの各設計におけるSpacer層厚とミラーペア数の組み合わせを示す図である。
【図４】図３の設計により作成された光学多層膜フィルタのフィルタチップの中心波長分布の測定結果と、従来の設計により作成された光学多層膜フィルタのフィルタチップの中心波長分布の測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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