JP2608633B2

JP2608633B2 - 誘電体多層膜フィルタおよびその製造方法並びにこれを用いた光学要素

Info

Publication number: JP2608633B2
Application number: JP3012277A
Authority: JP
Inventors: 泰介小口; 広明花房; 寿一野田; 史郎西; 信夫富田; 典義山田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JPH04211203A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信において用いら
れている誘電体多層膜干渉フィルタとこれを用いる部品
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信では、光路中の微小な間隙に薄い
誘電体多層膜フィルタを配設した部品が用いられ、これ
に必要な薄い誘電体多層膜フィルタが必要となる場合が
ある。図２１はその１例であって、光ファイバと光ファ
イバとの間に誘電体多層膜フィルタを挿入したものであ
る(Ｈ．Ｙanagawa,et．al．,‘Ｆilter−Ｅmbedded Ｄ
esign and Ｉts Ａpplications to Ｐassive Ｃo
mponents' ,ＩＥＥＥＪ．Ｌightwave Ｔechnol．,vo
l．ＬＴ−７,pp．1646-1653,1989)。この図において、
(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ'に沿う断面図であって、符
号１,２は光ファイバ、３は誘電体多層膜フィルタ薄
片、４は誘電体多層膜フィルタを配設するための溝、５
は光ファイバと誘電体多層膜フィルタを固定するための
基板を示している。この構成によって、例えば誘電体多
層膜フィルタ薄片３として波長λ1の光を透過させ、波
長λ2の光を反射させる特性のものを用いれば、光ファ
イバ１中を伝搬する２つの波長成分λ1,λ2のうち不要
な波長成分λ2のみを除去し、必要な波長成分λ1のみを
光ファイバ２に伝搬させることができる。通常、入力フ
ァイバの方向に反射して戻る光を入力ファイバ２のクラ
ッドに逃がすため、誘電体多層膜フィルタは光ファイバ
の光軸垂直方向から所要角度で傾けて配設する。このフ
ィルタ入り光ファイバを作製するには、まず基板５に予
め設けた溝の中に光ファイバ１,２(この状態にあっては
両光ファイバは切断されていない)を接着剤で固定す
る。次に、光ファイバを横断する溝４を形成し、ここに
誘電体多層膜フィルタ３を挿入し、接着剤で固定する。
この方法からわかるように、光ファイバ１と光ファイバ
２は元々同一のファイバであり、また固定された状態で
切断されたのであるから、両者の光軸は一致しているの
で特に光軸合わせの必要は生じない。

【０００３】また、図２１のように単に直線状の光ファ
イバの途中ではなく、方向性結合器のような導波光を制
御する機能を持った素子の一部に誘電体多層膜フィルタ
を配設するものも考えられる。図２２はその例を示すも
のであって、この図において符号６,７は入力側光ファ
イバ、８,９は出力側光ファイバ、１０は方向性結合器
の光結合部、１１,１２は誘電体多層膜フィルタ薄片、
１３は誘電体多層膜フィルタを配設する溝、１４は光フ
ァイバと誘電体多層膜フィルタを固定するための基板を
示している。公知のように方向性結合器の結合度には波
長依存性があるため、例えば入力光ファイバ６を伝搬す
る２波長多重光のうち、一方の波長成分は光ファイバ８
から出力し、他方の波長成分は光ファイバ９から出力さ
れる。即ち、波長分離ができる。しかし、方向性結合器
単体だけでは波長分離度が十分でないため、出力ファイ
バ中に誘電体多層膜フィルタ薄片１１,１２を挿入する
構成が有効な手段となる。

【０００４】これらの他、図２１、図２２の光ファイバ
を光導波路に置き換えたもの等各種の構成が考えられ
る。

【０００５】以上示した従来例において、入力光ファイ
バを導波してきた光は溝内では回折のためにその強度分
布が広がり出力光ファイバには一部の光しか結合しな
い。しかしフィルタを配設する溝幅を十分小さくすれば
光の損失を問題ない程度にまで小さくできる。例えば、
光ファイバとしてコア径１０μm、比屈折率差０.３％の
ものを用いる場合、溝幅を数十μm以下にすることによ
って、入力光ファイバと出力光ファイバの間隙によって
生じる回折損失を０.５dＢ程度に抑えることができる。
即ち、これらの部品を低損失で実現するには、薄い誘電
体多層膜フィルタが必要である。

【０００６】ところで、従来の誘電体多層膜フィルタ
は、図２３に示すように、硬質の基板１５とその上に形
成された誘電体多層膜１６とから構成されている。基板
１５は、透明でかつ表面が平滑であり、またある程度の
強度が要求されるため、平板状の光学ガラス、例えば合
成石英ガラス、ＢＫ−７等の材料が用いられ、その厚さ
は０.５mm以上である。また誘電体多層膜１６は、低屈
折率誘電体層１７と高屈折率誘電体層１８とを交互に積
層させたものである。また、誘電体層は２種類のみなら
ず、低屈折率誘電体と高屈折率誘電体とその間の屈折率
を持つ誘電体層を加えた３種類以上の誘電体物質を用い
たものもある。各層の膜厚は動作波長が大きくなるほど
厚くなり、要求される分光特性に近づけるためにより多
くの層を積み重ねる。光ファイバ通信でよく用いられる
波長域１.３１〜１.５５μｍのものでは、多層膜部の総
厚が１０μｍ前後に達するものもある。この従来のガラ
スを基板とする誘電体多層膜フィルタにおいて厚さを数
十μｍ以下に薄くする場合、基板１５をその誘電体多層
膜１６が存在しない裏面から研磨して所望の厚さとし、
次いで所定の大きさに切断していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この薄
いフィルタを得る従来技術には大きく２つの欠点があっ
た。第１の欠点は、研磨や加工に熟練した人手を要し、
フィルタは極めて高価なものとなることが挙げられる。
さらにフィルタ全体としての厚さが数十μｍ以下となる
と、基板の厚さは極めて薄くなり割れ易く、表面の清浄
作業や取り付け作業に熟練した多大な労力を必要とす
る。即ち、図２１や図２２のように簡単な構成であって
も、それに使用される誘電体多層膜フィルタが高価で、
しかも高度に熟練した人手を必要とするため、部品全体
の低価格化には限界があった。

【０００８】従来技術の第２の欠点は、波長変動の無い
緻密な多層膜を得ようとして公知のイオンアシスト蒸着
法を用いると、多層膜内に圧縮性の応力が残りフィルタ
が反ってしまい、薄く研磨できなくなることである。こ
のことは例えば図２４の実測データから明らかである。
図２４は誘電体多層膜フィルタの多層膜面を上側にして
タリステップによって測定したもので、（Ａ）はイオン
アシスト法によるもので、（Ｂ）はイオンアシストを用
いない、通常の蒸着法によるものである。（Ａ），
（Ｂ）ともに基板には厚さ０.５mmのＢＫ−７ガラス、
多層膜部は厚さ約１０μmでＴｉＯ₂とＳｉＯ₂の交互層
からなり波長１．３μmと１．５５μmを分けるものであ
る。（Ａ）では多層膜面側が凸になるように大きく反っ
ていた。また（Ａ），（Ｂ）の湿度の変化（０〜１００
％）に対する分光特性の変化を測定したところ、図２５
のような結果が得られた。（Ｂ）では湿度変化に対して
波長が２５ｎｍも変化するのに対し、（Ａ）では極めて
安定な特性を示した。（Ｂ）において大きな湿度特性を
示したのは、多層膜内にある空孔に周囲の湿度に応じた
水分が出入りし、それによって膜の屈折率が変化するた
めである。一方、（Ａ）において優れた耐湿特性を示す
のは、多層膜が緻密であるために水分の出入りを招くよ
うな空孔が存在しないためであるが、反面、緻密である
ことは圧縮性応力の原因となる。

【０００９】そこで（Ａ），（Ｂ）の研磨加工性を調べ
たところ（Ａ）のものはばらばらに割れてしまい数十μ
m以下の厚さのものは１つも得られなかった。一方、
（Ｂ）のものは２０μmの厚さまで研磨が可能であっ
た。このような事情により、従来は研磨できる（Ｂ）の
ものが使用されていたが、取扱中や加工中あるいは保管
中の周囲の湿度変化に伴う波長変動を余儀なくされてい
た。

【００１０】そこで、先ず、上記従来品に変わる安価な
フィルタを得る方法として、本発明者らは、もともと薄
いプラスチックフィルム上に多層膜を形成する方法を検
討した。調査の結果、基板としてプラスチックフィルム
を用いその上に多層干渉膜を形成した試みが、例えば杉
山ら（特開昭６３−６４００３号公報、特開昭６３−８
８５０５号公報），Ｊ．Ａ．Ｄｏｂｒｏｗｏｌｓｋｉら
（ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．２８，ｎ
ｏ．１４，ｐ２７０２）によってなされている。これら
の例におけるフィルタでは可視域での使用を目的とし、
また要求される分光特性の精度もそれほど厳しいもので
はない。このため各層の膜厚、積層数はせいぜい０．２
μm、２０層程度である。前記の例では多層膜形成に、
フィルムの両端を巻き取り機構によって保持し、フィル
ムを真直に張った状態で膜形成を行う、いわゆるロール
塗工法が用いられている。しかしこの方法は、高精度に
制御された均一の膜厚の多層膜が得られない、多層膜が
形成されたフィルムを巻き取る際に多層膜が剥がれた
り、クラックが生じたりする。また基板となるフィルム
はある程度の強度を持たせるための厚さが必要であり、
事実、前記杉山らの例ではポリエステルフィルムの厚さ
を１００μmとしている。これらを考慮に入れると、こ
の方法では本発明者らの目的とする誘電体多層膜フィル
タは得られないと判断された。

【００１１】そこで本発明者らはプラスチックフィルム
に高精度で高安定な多層膜を形成する方法を鋭意研究し
た結果、基板となるプラスチックフィルムにポリイミド
薄膜を用い、これを従来用いられているガラス等の基板
に密着形成させ、これを蒸着装置に設置しイオンアシス
ト法による多層膜を形成し、最後にガラス基板から剥す
方法を発明するに至った。ポリイミドはスピンコート等
の塗布法によって板状基板の上に密着形成ができ、また
その優れた耐熱性により蒸着時の温度上昇に耐えうるこ
とことから選ばれた。即ち、基板上に薄いポリイミド薄
膜が密着している点を除き、従来と同じ蒸着工程で同一
性能の多層膜を形成できる期待が持たれた。そこで市販
のポリイミド薄膜形成材料から厚さ０．５mmのＢＫ−７
ガラス上にスピンコート法でポリイミド薄膜を形成し、
その上にイオンアシスト蒸着法によってＳｉＯ₂とＴｉ
Ｏ₂からなる多層膜を形成した。多層膜とポリイミド基
板との付着は良好であった。しかし、最後に多層膜の付
着したポリイミド基板とＢＫ−７ガラスとを剥離する工
程において、ポリイミド薄膜とＢＫ−７ガラスとの密着
が強すぎて、剥離は不可能であった。

【００１２】そこで、ガラス基板をより平面性の良いＳ
ｉ基板に替えその研磨面にポリイミド薄膜、多層膜を上
記と同様に形成した。多層膜が形成されたポリイミド薄
膜をナイフの刃先で徐々に剥したところ、かろうじて剥
離ができた。しかし、剥離したフィルタは直径数mmにカ
ールし、極めて取扱の悪いものとなった。このカールの
方向は多層膜面が凸になる方向であった。カールした原
因として、用いたポリイミド薄膜の熱膨張係数が考えら
れた。即ち、多層膜形成時にイオンの衝撃によって温度
が上昇したため（約２００℃）、ポリイミド薄膜の熱膨
張率（カタログ値で約２×１０^ー5／℃）と多層膜の熱膨
張率（ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂の熱膨張率の平均的な値に近く
０．４〜０．５×１０^ー5／℃程度と予想される）の差に
よって、室温に戻した状態ではポリイミド薄膜の縮みが
多層膜の縮みを上回り、これが多層膜部の圧縮応力によ
る反りをさらに助長した結果と推察された。事実、得ら
れたフィルムをホットプレート上で昇温させると、カー
ルが戻る傾向が見られた。以上のことから、本発明者ら
が当初発明した方法を実現するには、最終の工程におい
てポリイミド薄膜と基板との剥離ができること、反りを
小さくすることが重要な要素であることが明らかとなっ
た。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは、基板としてフッ素化ポリイミド薄膜
を用い、かかるポリイミド薄膜基板上にイオンアシスト
蒸着による多層膜が形成された誘電体多層膜フィルタを
提案する。またこれを実現する製造方法として、液状の
フッ素化ポリイミド材料を表面が平滑な仮基板上に所要
の厚さに塗布し乾燥、硬化させてフッ素化ポリイミド薄
膜を形成し、このフッ素化ポリイミド薄膜上に誘電体多
層膜を形成した後、上記誘電体多層膜が表面に形成され
ているフッ素化ポリイミド薄膜を上記仮基板から剥離す
る方法を提案する。

【００１４】本発明による誘電体多層膜フィルタの作用
は、第１には基板を最初から薄膜化できるので従来の高
価な研磨工程を省略することができ、第２には多層膜が
イオンアシスト蒸着で形成されているため安定であり、
第３には基板が多層膜部よりも低熱膨張性であるため
に、基板と多層膜の熱膨張率の差により、蒸着後に室温
に戻すとイオンアシスト蒸着膜の圧縮応力を打ち消し、
反りの少ないフィルタができることであり、第４には基
板にフッ素化ポリイミド薄膜を用いているために透明性
があり、かつ仮基板から容易に剥離ができる。これらに
よって、薄い誘電体多層膜フィルタを用いるフィルタ部
品の安価な供給が可能となる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に係わる誘電体多層膜フィル
タの実施例を示すもので、この図中符号１９はフィルタ
の基板となるフッ素化ポリイミド薄膜である。このフッ
素化ポリイミド薄膜１９の上面には、誘電体多層膜２０
が形成され、誘電体多層膜フィルタ２１が構成されてい
る。

【００１６】上記薄膜を形成するフッ素化ポリイミド
(以下、ポリイミドと略記する)は、化１に示す化学構造
式(１)〜(１５)で示す酸二無水物、および化２に示す化
学構造式(１)〜(３１)で示すジアミンとから合成され
る。

【００１７】

【化１】

【化２】

【００１８】即ち、化１に示す酸二無水物、および化２
に示すジアミンの中から選ばれた酸二無水物の１種また
は数種と、ジアミンの１種または数種を、酸二無水物群
およびジアミン群がモル比で１:１になるように、Ｎ−
メチルピロリドン(ＮＭＰ)、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトア
ミド(ＤＭＡc)などの極性溶媒中で反応させて得られる
液状のポリイミド材料（化学成分的には、ポリイミドの
前駆体であるポリアミド酸の溶液）、溶媒に可溶なポリ
イミドのポリアミド酸を加熱、脱水などのイミド化処理
により固体のポリイミドとした後、あるいはイミド化処
理中に溶媒に溶解した液状のポリイミド材料を用いるこ
とができる。

【００１９】この誘電体多層膜フィルタを製造するに
は、図２(a)、(b)、(c)、(d)に示す工程順によって行な
われる。即ち、まず表面が平滑な仮基板上に液状のポリ
イミド材料を所要の厚さに塗布する。この塗布は、均一
の厚さに薄く塗布するため、スピンコートによって行
う。次いで仮基板上に塗布した液状のポリイミド材料を
乾燥、硬化させ、図２(a)に示すようにポリイミド薄膜
１９を形成する。次いで、図２(b)に示すようにポリイ
ミド薄膜１９の面に、イオンアシスト蒸着法によって誘
電体多層膜２０を形成する。次に、図２(c)に示すよう
に、仮基板２２に届く程度の深さの切れ目２３を形成
し、最後に図２(d)に示すように誘電体多層膜フィルタ
を仮基板２２から剥離する。

【００２０】また、剥離と切断の順序を入れ換え、図３
(a)、(b)、(c)、(d)の工程順によって製造しても良い
が、この場合には図３(c)において誘電体多層膜フィル
タ２１を剥離してから、同図(d)において切断する。

【００２１】上記図２(a)および図３(a)に示すポリイミ
ド薄膜形成工程により得られたポリイミド薄膜１９は、
酸二無水物とジアミンの組み合わせに依存して線膨張係
数が−０.５〜１０×１０^-5／℃となり光学多層膜に使
用する殆どの誘電体の熱膨張率をカバーできる。またフ
ッ素含有量の大小によって屈折率は１.５〜１.７程度の
ガラスに近いものとなる。仮基板としては、例えばシリ
コン、ＢＫ−７ガラス、石英ガラス、セラミックス等が
挙げられるが、最終的にフィルタには含まれないので、
安価なもの程良い。またフィルタの分光特性の測定、検
査のためには仮基板２２にフィルタ２１が付着している
図２(b)もしくは図３(b)の状態が強度がある点で好都合
であり、このためには測定、検査においてフィルタの光
学特性に影響を及ぼさない透明な仮基板が望ましい。

【００２２】（実験例１）上記の製造方法に基づいて実
際に誘電体多層膜フィルタを製造した。直径３０mm、厚
さ０.５mmのＢＫ−７(仮基板)上に化１の酸二無水物
(１)と、化２のジアミン(５)をＤＭＡc中で混合し、反
応させて得られたポリアミド酸溶液をスピンコートし、
オーブンを用いて７０℃で２時間、１６０℃で１時間、
２５０℃で３０分、さらに３５０℃で１時間の乾燥、硬
化処理を行って、下式化３に示すポリイミドとした。

【００２３】

【化３】

【００２４】このポリイミドのフッ素含有量は化３から
２３％と計算された。得られたＢＫ−７上のポリイミド
薄膜はやや黄色味がかった色を呈していたが０．４〜
１．７μmの波長域ではほぼ１００％の透過率を示し
た。ポリイミド薄膜の厚さは約１０μｍ、屈折率は１．
６１（λ＝１．５３２μｍ）であった。その上に、イオ
ンアシスト蒸着法によってＴiＯ₂／ＳiＯ₂からなる多層
干渉膜約１０μｍを形成した。これにより得られた誘電
体多層膜フィルタの分光特性は図４に示すように光学ガ
ラス基板を用いたものと同等の特性を示し、またほぼ設
計通りのものであった。その他、図５に示す長波長域通
過形（１．３／１．５５μｍＬＷＰＦ）、図６に示す狭
帯域形（半値幅約４ｎｍ）もガラス基板のものと同等の
分光特性を示した。これらの特性から、ポリイミド薄膜
上に形成した多層膜の膜厚精度は従来のガラス基板を用
いたものと同等であることが確認された。さらに、ポリ
イミド薄膜上に形成された多層膜の周囲湿度に対する波
長変化も認められなかった。ポリイミド薄膜と多層膜と
の付着は、ピンセットの先で擦っても剥がれない程良好
であった。また、仮基板とポリイミド薄膜基板とは、通
常のハンドリングではなかなか剥がれない程に密着して
おり、３〜７日間水中に浸した後も密着性は低下しなか
った。しかし、ナイフの刃先等の薄い鋭利なものによっ
て端の方から容易に剥離ができ、直径３０mm、厚さ２０
μmのほぼ平らなフィルタが得られた。仮基板から剥離
したフィルタの室温での反りは、多層膜面が凸になる方
向に僅かに反り、その半径は約０．３mであった。この
ためハサミによる切断、ガラス上への接着が可能であっ
た。反りの殆どないフィルタが得られたのは、特にここ
で用いたポリイミド薄膜の熱膨張係数が負(約−０.５×
１０^-5／℃)であるため、多層膜蒸着中の温度と常温と
の温度差によってポリイミド薄膜の伸びが多層膜の伸び
より大きくなる効果が顕著に現れ、多層膜の圧縮応力に
よる曲げをほぼ完全に打ち消したためである。このこと
は、仮基板から剥離したフィルタを、約１００℃のホッ
トプレート上に置くと反りが増加し、温度を室温に戻す
と反りの大きさが元に戻るような、いわゆるバイメタル
のような振舞を示したことから実証された。

【００２５】次に、仮基板上のフィルタを、ダイシング
ソーによって流水しながら碁盤の目状に２mm角になるよ
うな切れ目を入れた。この切断においてもポリイミド薄
膜が仮基板から剥離することはなかった。しかし切断さ
れた２mm角のチップは、ナイフの刃先等の薄い鋭利なも
のによって破れることなく仮基板から容易に剥離ができ
た。即ち、直径３０mmの仮基板上に形成された誘電体多
層膜フィルタから大きさ２mm角、厚さ２０μmのフィル
タチップ約１５０個が容易に得られた。得られたフィル
タチップの厚さをリニアゲージで１つ１つ測定した結
果、図７、図８に示す厚さ分布であった。ここで、図７
は図４に示す特性のフィルタ、図８は図５に示す特性の
フィルタである。図７、図８において最も頻度の多い２
１μｍ、１５μｍの厚さのものは直径３０ｍｍのウェハ
の中央部から得られたもので、これより厚いものは周辺
部から得られたものである。厚さ分布は中心の値に対し
て殆どのものが約±２μｍ以内に納まるもので、ガラス
基板を研磨する方法による精度と同程度であった。この
ように高い膜厚均一性が得られたのは、ポリイミド薄膜
形成にスピンコート法を用いたことによる。尚、１回の
スピンコートでは１μｍ〜８０μｍのポリイミド薄膜が
得られるので用途に応じて厚さを選べることも確認でき
た。

【００２６】（実験例２）化１の酸二無水物（５）と化
２のジアミン（１３）をＤＭＡｃ中で反応させて得られ
た液状のポリイミド材料を用いた以外は実験例１と同じ
にして誘電体多層膜フィルタを作製した。この場合にお
けるポリイミドは、下式化４の構造を有し、そのフッ素
含有量は１１％、熱膨張係数は１×１０^ー6／℃であっ
た。

【００２７】

【化４】

【００２８】仮基板から剥離した誘電体多層膜フィルタ
の反りは実験例１の場合よりやや大きかったが十分に使
用できるものであった。

【００２９】（比較例）化１の酸二無水物（４）と化２
のジアミン（５）をＤＭＡｃ中で反応させて得られた液
状のポリイミドを用いた以外は実験例１と同じにして誘
電体多層膜フィルタを作製した。この場合におけるポリ
イミドは下式化５の構造をし、フッ素含有量が３１％と
大きく、可視域でも透明で、屈折率も１．５とガラスの
特性に近いものであった。

【００３０】

【化５】

【００３１】多層膜を形成した後のポリイミド薄膜は仮
基板から容易に剥離ができたが、多層膜とポリイミド薄
膜との付着が十分でなく、ピンセットの先で擦ると多層
膜が一部剥げ落ち、実用には問題が残った。フッ素の含
有量が多いため多層膜とポリイミド薄膜との十分な付着
が得られなかったこと、さらに、ポリイミド薄膜の熱膨
張率が８×１０^ー5／℃と大きく、多層膜の熱膨張率０．
４〜０．５×１０^ー5／℃程度とは差が著しくなるため、
両者の界面には剥離を促進させる応力が残留しているこ
とが原因として考えられた。

【００３２】上述した誘電体多層膜フィルタを使用した
光学要素の実施例を以下に列挙する。

【００３３】図９（ａ），（ｂ）は本発明による光学要
素の第１の実施例としてフィルタ入り光ファイバを示す
図である。この図において（ａ）は平面図、（ｂ）は光
ファイバの光軸Ａ−Ａ'に沿う断面図である。この図中
符号２４,２５は光ファイバで、中央部２６の被覆部が
除去されている。２７は薄膜フィルタで、その基板部分
はポリイミドである。２８はフィルタ配設用の溝、２９
はファイバとフィルタを保持する基板である。このフィ
ルタ収納光ファイバの構造を得るための製造方法として
は、まず光ファイバ２４,２５を予め基板２９に設けた
溝に配設、固定し（この段階で光ファイバ２４,２５は
切断されていない）、接着剤で固定する。次に、光ファ
イバの光軸に垂直にもしくは傾いた直線Ｂ−Ｂ'に沿っ
て光ファイバのコア部を完全に切断するように溝２８を
形成する。次いで形成した溝２８内に、ポリイミド薄膜
を基板とする薄膜フィルタ２７を挿入し、光学用接着剤
で固定する。

【００３４】図１０はこのフィルタ入り光ファイバの特
性を示すグラフであって、入力ファイバから白色光を導
入したときの出力ファイバ光を光スペクトルアナライザ
で分光したものである。ここで用いたポリイミド薄膜フ
ィルタは、前述した実験例１において得られた短波長通
過形のもので、図２の工程によって得られた厚さが約２
０μｍ、大きさ２mm角のものである。この大きさは図２
（ｃ）の工程において市販のダイシングソーで切れ目を
入れることによって得られたものである。また光ファイ
バには、コア径約１０μm、クラッド外径約１２５μm、
コアとクラッドの比屈折率差約０.３％のものを用い
た。図４の誘電体多層膜フィルタの特性と比べ、透過域
における損失が回折損失の分増加した。また、誘電体多
層膜フィルタは光ファイバの光軸垂直方向に対して８度
傾けて配設したため、図４の分光特性より短波長方向に
移動した。同じ工程により５０個のフィルタ入り光ファ
イバを作製して透過損失を測定した結果、いずれのもの
も１．３μｍでは０．５ｄＢ以下、１．５５μｍでは５
５ｄＢ以上であった。この特性は、例えば、波長多重Ｏ
ＴＤＲ（オプチカル・タイムドメイン・リフレクトメト
リイ）を用いた光ファイバ伝送路の障害検出において、
ＯＴＤＲ光が受・発光素子に混入するのを防ぐフィルタ
としての実用性を有している( H.Takasugi et.all.'Des
ign and Evaluation of Autmatic Optical Fiber Opera
tion Support System',Proceedings of39th Internatio
nal Wire and Cable Symposium, 1990,pp.632)。さら
に、これらは−２５〜７０℃の熱サイクル試験（４時間
／サイクル）２００サイクルを経た後にも特性の劣化が
ない安定な特性を示した。

【００３５】図１１は、本発明による光学要素の第２の
実施例を示すものであって、先の第１の実施例とは多芯
の光ファイバを用いる点が異なる。この図において符号
３０は多芯の光ファイバであって、Ｃ−Ｃ'の断面構造
で示すように、等しい間隔で並んだ光ファイバが被覆３
１により一本にコード化されたものである。多芯の光フ
ァイバとしては、例えば外径約１２５μmのファイバを
２５０μm間隔で並べた２〜８芯程度のものを用いるこ
とができる（例えば、電子情報通信学会春季全国大会講
演論文集、Ｂ−６４９,Ｂ−６５４,Ｂ−６５５等）。ま
た図中符号３２は薄膜フィルタであって、その基板部分
はポリイミドである。符号３３は溝、３４はファイバと
フィルタ薄片を保持する基板である。本実施例では、第
１の実施例と同じ工程で多数のフィルタ内蔵ファイバを
得ることができ、一芯あたりのコストをさらに安価にす
ることができる。

【００３６】図１２は本発明による光学要素の第３の実
施例を示すもので、偏光子としての応用例を示してい
る。この図において符号３５は偏波面保持光ファイバ、
３６はポリイミド薄膜を基板とする偏光分離膜、３７は
溝、３８は基板である。ここで、溝３７はファイバ光軸
に対しては４５度程度傾斜し、基板面に対しては垂直に
形成する。また、偏波面保持光ファイバの主軸は基板面
に対して０度もしくは９０度となるように設定する。こ
れによって、入射側ファイバを伝搬する偏光成分のうち
基板面に平行な偏光成分のみがその偏光方向を保ちなが
ら出力側ファイバより出力される。

【００３７】図１３は本発明による光学要素の第４の実
施例を示すもので、符号３９、４０はフェルールを構成
するジルコニアセラミック製の嵌合部とステンレス製の
フランジ部、４１は光ファイバ、４２は基板部分がポリ
イミドのフィルタ、４３はフィルタ配設用の溝、４４は
接着剤である。この実施例では、ポリイミド薄膜を基板
とするフィルタ４２を、ファイバを成端するためのフェ
ルールの中に配設した構成になっている。このフェルー
ルにハウジング(図示せず)を施すことによって光コネク
タ用のプラグが得られる。この実施例による構造は、既
存の標準的な部品の中にフィルタによる機能を付加でき
る利点がある。

【００３８】図１４は本発明による光学要素の第５の実
施例を示すもので、光コネクタ内の光ファイバ端面の突
合せ部分にポリイミド薄膜フィルタを挾んだものであ
る。この図において、符号４５は光ファイバ、４６は光
ファイバ端末を収容するフェルール、４７はポリイミド
薄膜を基板とするフィルタである。フェルール中心即ち
ファイバコア中心はスリーブ４８によって所要の精度で
一致している。突合せ部のフェルール端面は光軸に対し
て垂直、斜めまたは球面状に研磨されている。この実施
例は、既存の標準的な部品の中にフィルタによる機能を
付加できる利点を有するとともに、溝形成が不要で特に
簡易な構成である。

【００３９】図１５は本発明による光学要素の第６の実
施例を示す図であって、ポリイミド薄膜を基板とする誘
電体多層膜フィルタを、光ファイバで形成した方向性結
合器(いわゆるファイバカップラ)の出力端に配設したも
のである。この図中符号４９,５０は入力側光ファイバ
端子、５１,５２は出力側光ファイバ端子、５３は光結
合部、５４,５５はポリイミド薄膜を基板とするフィル
タ薄片、５６はフィルタを配設する溝、５７は光ファイ
バとフィルタを固定するための基板である。ここでは、
波長分離素子として用いたファイバカップラの波長分離
度を向上させる目的でポリイミド薄膜フィルタを用いて
いる。また同じ構成で光の伝搬方向を逆にして使う場
合、即ち異なる２つの波長光を合波する場合にもポリイ
ミド薄膜フィルタを用いることができる。この場合のフ
ィルタは、ファイバカップラに入力する光のスペクトラ
ムの一部を削りとったり、反射によって光源方向に戻る
光のうち特定の波長成分を除去する目的で用いる。

【００４０】図１６は本発明による光学要素の第７の実
施例を示すもので、光ファイバ５８と受光器５９との間
にポリイミド薄膜フィルタ６０を配設した例である。符
号６１は受光器のガラス窓面であり、ポリイミド薄膜フ
ィルタはここに光学接着剤で固定されている。また符号
６２は半導体受光素子である。この場合、光ファイバ５
８と受光器５９が連結していないため光の結合が最大に
なるよう両者の光軸を合わせる必要がある。

【００４１】図１７は本発明による光学要素の第８の実
施例を示す図であって、ポリイミド薄膜を基板とする誘
電体多層膜フィルタをガラス光導波路中に配設した構造
を示している。この図において符号６３は光導波路のコ
ア、６４は光導波路のクラッド、６５は光導波路形成用
の基板、６６はポリイミド薄膜を基板とするフィルタ、
６７は溝である。この光導波路の場合には、光導波路の
コアとクラッド部分は元々基板と一体の構造であるため
に、光ファイバを用いた場合と比べ、光ファイバを基板
に固定する工程を省略できる。また、第２の実施例の場
合のように多数本の光導波路を並列して形成し、一括し
てフィルタ薄片を配設する構造も勿論可能である。これ
らは光導波路にファイバを接続することによりピグテー
ル型のフィルタを構成できる。

【００４２】図１８は本発明による光学要素の第９の実
施例を示す図であって、偏光子としての機能を得るため
のものである。この場合、ポリイミド薄膜を基板とする
偏光分離膜７０は、光導波路コア６８の光軸に対しては
約４５度、基板面(図示せず)に対しては垂直になるよう
な溝７１の中に配設される。通常光導波路の場合には偏
波保持性を有し、かつ偏波主軸が基板と平行方向(ＴＥ)
と垂直方向(ＴＭ)を向いているため、第３の実施例の場
合のような偏波主軸の合わせが不要な点で有利である。

【００４３】図１９は本発明による光学要素の第１０の
実施例を示す図であって、ポリイミド薄膜を基板とする
フィルタを、光導波路で形成した方向性結合器の出力端
もしくは入力端に配設するものである。この図中符号７
２，７３はフィルタ、７４，７５は光導波路のコア、７
６は光導波路のクラッド、７７は溝、７８は光結合部で
ある。これらのフィルタの役割は、上記第６の実施例と
同様である。

【００４４】図２０は本発明による光学要素の第１１の
実施例を示す図であって、ポリイミド薄膜を基板とする
フィルタの薄片を複数個配設したフィルタ入り光ファイ
バを示すものである。図中符号７９，８０はポリイミド
薄膜を基板とするフィルタ、８１，８２は光ファイバ、
８３，８４は溝、８５は基板である。この構成は、除去
したい波長成分に対する阻止域減衰量がフィルタ一個分
では不十分な場合に有効な方法である。この方法は、上
記の第１の実施例ないし第１０の実施例のすべてに適用
できる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバもしくは光導波路中に誘電体多層膜フィルタ
を含む安価な部品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体多層膜フィルタを例示する断面
図である。

【図２】本発明の誘電体多層膜フィルタの製造方法を工
程順に示す断面図である。

【図３】本発明の誘電体多層膜フィルタの別な製造方法
を工程順に示す断面図である。

【図４】実験例で作製した誘電体多層膜フィルタの分光
特性を示すグラフである。

【図５】同じく長波長域通過形のフィルタの分光特性を
示すグラフである。

【図６】同じく狭帯域形のフィルタの分光特性を示すグ
ラフである。

【図７】実験例で作製したフィルタの厚さ分布の１例を
示すグラフ。

【図８】実験例で作製したフィルタの厚さ分布の他の例
を示すグラフ。

【図９】本発明による光学要素の第１の実施例を示す図
で、(a)はフィルタ入り光ファイバの平面図、(b)はA-A'
断面図である。

【図１０】図１１に示すフィルタ入り光ファイバの分光
特性を例示するグラフである。

【図１１】本発明による光学要素の第２の実施例を示す
平面図である。

【図１２】本発明による光学要素の第３の実施例を示す
平面図である。

【図１３】本発明による光学要素の第４の実施例を示す
断面図である。

【図１４】本発明による光学要素の第５の実施例を示
し、(a)は一部断面図、(b)はD-D'断面図である。

【図１５】本発明による光学要素の第６の実施例を示す
平面図である。

【図１６】本発明による光学要素の第７の実施例を示す
側面図である。

【図１７】本発明による光学要素の第８の実施例を示
し、(a)は平面図、(b)は側面図。

【図１８】本発明による光学要素の第９の実施例を示す
平面図である。

【図１９】本発明による光学要素の第１０の実施例を示
す平面図である。

【図２０】本発明による光学要素の第１１の実施例を示
す平面図である。

【図２１】従来の誘電体多層膜フィルタを用いた光学要
素の１つの例を示す図で、(a)は平面図、(b)はA-A'断面
図である。

【図２２】従来の誘電体多層膜フィルタを用いた光学要
素の別の例を示す平面図である。

【図２３】従来の誘電体多層膜の断面図である。

【図２４】２種類の多層膜形成技術で作製されたフィル
タに生じる反りを比較するグラフである。

【図２５】図２４に示すＡ，Ｂの各フィルタの特性を示
すグラフである。

【符号の説明】

1,2,6,7,8,9,24,25,41,45,49,50,51,52,58,81,82 光
ファイバ 3,11,12 誘電体多層膜フィルタ薄片 4,13,28,33,37,43,56,67,71,77,83,84溝 5,14,29,34,38,57,85 固定用基板 10,53,78 方向性結合器の光結合部 15 誘電体多層膜フィルタのガラス基板部 16,20 誘電体多層膜 17 低屈折率誘電体層 18 高屈折率誘電体層 19 ポリイミド薄膜 21,27,32,36,42,47,54,55,60,66,70,72,73,79,80 誘
電体多層膜フィルタ 22 仮基板 23 切れ目 26 光ファイバの被覆除去部分 30 多芯光ファイバ 31 多芯光ファイバの被覆部 35 偏波保持ファイバ 39 フェルール嵌合部 40 フェルールフランジ部 44 接着剤 59 受光器 61 ガラス窓面 62 半導体受光素子 63,68,74,75 光導波路コア 64 光導波路クラッド 65,69,76 光導波路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西史郎東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者富田信夫東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者山田典義東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開昭51−93237（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−64003（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−88505（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−65239（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−116106（ＪＰ，Ａ) 特開平１−182324（ＪＰ，Ａ) 特開平１−217037（ＪＰ，Ａ) 特開平１−261422（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、イオンアシスト蒸着により形
成された屈折率の異なる誘電体が積層された多層膜部が
設けられた誘電体多層膜フィルタにおいて、前記基板がフッ素化ポリイミド薄膜であって、該フッ素
化ポリイミド薄膜は多層膜部より小さい熱膨張性を有す
ることを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
【請求項２】前記フッ素化ポリイミドのフッ素含有量
が１０〜３０％である請求項１記載の誘電体多層膜フィ
ルタ。
【請求項３】液状のフッ素化ポリイミド材料を、表面
が平滑な仮基板上に所要の厚さに塗布し、乾燥、硬化さ
せてフッ素化ポリイミド薄膜を形成する工程と、前記フ
ッ素化ポリイミド薄膜上に誘電体多層膜を形成する工程
と、前記誘電体多層膜とフッ素化ポリイミド薄膜とから
なる光フィルタを前記仮基板から剥離する工程とを具備
した誘電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項４】前記液状のフッ素化ポリイミド材料がフ
ッ素化ポリイミドの前駆体であるフッ素化ポリアミド酸
の溶液である請求項３記載の誘電体多層膜フィルタの製
造方法。
【請求項５】前記液状のフッ素化ポリイミド溶液が可
溶性フッ素化ポリイミドの溶液である請求項３記載の誘
電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項６】前記光フィルタを仮基板から剥離する工
程に、該光フィルタを切断する工程を含むことを特徴と
する請求項３記載の誘電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項７】光路中に微小な間隙が形成された光学素
子と該間隙中に配設された光フィルタとを具備した光学
要素において、前記光フィルタが請求項１の誘電体多層
膜フィルタであることを特徴とした光学要素。