專利名稱：：波長分離膜和使用該波長分離膜的光通信用濾波器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種能夠使波長在透過波段范圍內的光透過，并使波長在阻止波段范圍內的光反射的波長分離膜和使用該波長分離膜的光通信用濾波器。
背景技術：
：作為對通過光纖在雙方向上傳送的光進行接收發(fā)送的光收發(fā)模塊，已知有在光纖的頂端面的光軸上設置有光分離棱鏡的模塊，該光分離棱鏡使第一波長的光在光軸方向上通過、并且使第二波長的光在與光軸垂直的方向上反射(口本特丌2000-180671號公報等)。在光分離棱鏡內，設置有相對于光的入射方向傾斜4050度的波長分離膜。這種波長分離膜通過交替疊層由高折射率材料構成的第一薄膜和由低折射率材料構成的第二薄膜而構成。在現有技術中，一般使用Ti02作為高折射率的第一薄膜，使用Si02作為低折射率的第二薄膜，將這些薄膜交替地疊層60層左右形成波長分離膜。但是，在疊層這種Ti02和Si02薄膜而構成的波長分離膜中，一旦光相對于波長分離膜的入射角度產生偏移，透過波段和阻止波段就會發(fā)生波長偏移，存在不能夠得到所要求的光學特性的問題。進而，當光射入傾斜的波長分離膜時，其透過光和反射光分離為光學特性不同的P偏振光成分和S偏振光成分，但是在上述現有的波長分離膜中，該P偏振光成分與S偏振光成分的分離寬度為300nm，非常大，所以存在僅能夠使P偏振光成分滿足透過波段的特性的問題。在日本特開2000-162413號公報中，提出了使用交替疊層Ti02薄膜或Si02薄膜、和Si薄膜而得到的波長分離膜的光分離棱鏡。但是，在這些疊層薄膜中，當使高折射率薄膜和低折射率薄膜的總數減少時，存在阻止波段變窄、因光入射角的偏移引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度變大的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種波長分離膜和使用該波長分離膜的光通信用濾波器，該波長分離膜能夠減少疊層的膜的總數，能夠使疊層的各膜的厚度變薄，并能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而產生的P偏振光成分和s偏振光成分的光學特性的分離寬度，并且能夠減小因光的入射角的偏差而引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度，能夠使阻止波段比現有技術的更寬，并能夠使Si的總膜厚變薄，減少由Si的吸收引起的透過損失。本發(fā)明的波長分離膜具有疊層多層第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜而形成的結構，該第一薄膜由高折射率材料構成，該第二薄膜由低折射率材料構成，該第三薄膜由具有位于高折射率材料的折射率和低折射率材料的折射率之間的范圍內的中間的折射率的材料構成，該波長分離膜的特征在于高折射率材料是硅，低折射率材料是選自氧化硅、氟化鎂和氧化鋁中的至少1種，具有中間的折射率的材料是選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋯、氧化鉿和氧化鋁中的至少l種。本發(fā)明的波長分離膜，通過具有疊層多層上述第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜而形成的結構，能夠發(fā)揮以下所示的效果。(1)能夠減少疊層的膜的總數，能夠使疊層的各膜的厚度變薄。從而，作為其結果，能夠使波長分離膜整體的厚度比現有的更薄。(2)能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而產生的P偏振光成分和s偏振光成分的光學特性的分離寬度。(3)能夠減小因光的入射角的偏差而引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度。(4)使阻止波段比現有的更寬。(5)與現有技術中的使用Si膜的波長分離膜相比，能夠使Si的總膜厚更薄，能夠減少由Si的吸收引起的透過損失。根據本發(fā)明，如上所述，因為第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜的折射率的差較大，所以能夠減少疊層的膜的總數。例如，在為疊層有Si02薄膜和Ti02薄膜的現有的波長分離膜的情況下，疊層數為44層，厚度為10"m左右，根據本發(fā)明，能夠使其成為3036層左右的疊層數，能夠使整體的厚度為5um左右。另外，在為疊層有Si薄膜和、Si02薄膜或Ti02薄膜的現有的波長分離膜的情況下，Si薄膜的疊層數為14層，厚度為1400nm左右，根據本發(fā)明，能夠使Si薄膜的疊層數為IO層左右，能夠使整體的厚度為800nm左右。根據本發(fā)明，能夠使疊層的薄膜的厚度變薄，并且能夠減少疊層的膜的總數，因此能夠使制造工序比現有的更加簡單。本發(fā)明中，優(yōu)選以第二薄膜或第三薄膜與第一薄膜鄰接的方式疊層有第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜。另外，在本發(fā)明中，第三薄膜也可以通過疊層多個薄膜而構成。具體而言，第三薄膜也可以由選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋯、氧化鉿和氧化鋁中的1種的薄膜、或者疊層有選自其中的2種以上的薄膜構成。在本發(fā)明中，第二薄膜由選自氧化硅、氟化鎂和氧化鋁中的至少1種低折射率材料形成，但是在第三薄膜包含氧化鋁的情況下，第二薄膜由氧化硅或氟化鎂形成。在本發(fā)明中，第一薄膜由硅薄膜形成。硅薄膜能夠根據薄膜形成方法和條件而使其折射率變化。本發(fā)明中的硅薄膜，優(yōu)選為在波長1490nm下，折射率在2.854.20的范圍內。折射率過小時，阻止波段變窄，存在P偏振光成分和S偏振光成分的光學特性的分離寬度變大的情況。另外，當折射率較小時，一般而言其密度也較小，因此容易受到水分吸收等的影響，存在耐環(huán)境性下降的情況。通過提高硅薄膜的折射率，能夠提高耐環(huán)境性。但是，當硅薄膜的折射率過高時，存在光學特性中的波動(ripple)增大的問題。在本發(fā)明中，各薄膜的厚度根據透過波段和阻止波段的設定而被適當地選擇，不被特別限定，但一般而言，在50300nm左右的膜厚范圍內選擇，根據情況，也可以形成其以上的膜厚的薄膜。另外，疊層的膜的總數，雖然并不特別限定，但是例如能夠設定在2050層的范圍內。在本發(fā)明中，形成各薄膜的方法并不被特別限定，一般而言，能夠通過真空蒸鍍法、濺射法等薄膜形成方法形成。本發(fā)明的光通信用濾波器的特征在于相對于光入射方向傾斜地配置上述本發(fā)明的波長分離膜，使波長在波長分離膜的透過波段范圍內的光透過，使波長在阻止波段范圍內的光反射。在本發(fā)明的光通信用濾波器中，波長分離膜優(yōu)選相對于光入射方向以4050度傾斜地配置。作為本發(fā)明的光通信用濾波器，能夠列舉如后所述的波長分離棱鏡、波長分離平板等。(發(fā)明的效果)根據本發(fā)明，能夠減少疊層的膜的總數，能夠使疊層的各膜的厚度變薄，并能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而產生的P偏振光成分和S偏振光成分的光學特性的分離寬度，并且能夠減小因光的入射角的偏差而引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度，能夠使阻止波段比現有的更寬，并能夠使Si的總膜厚變薄，減少由Si的吸收引起的透過損失。圖1是表示作為本發(fā)明的光通信用濾波器的一個實施例的波長分離棱鏡的示意的截面圖。圖2是表示使用圖1所示的實施例的波長分離棱鏡的光收發(fā)模塊的示意的截面圖。圖3是表示作為本發(fā)明的光通信用濾波器的又一實施例的波長分離平板的示意的截面圖。圖4是表示使用圖3所示的實施例的波長分離平板的光收發(fā)模塊的示意的截面圖。圖5是表示本發(fā)明的實施例1的波長分離膜的光學特性的圖。圖6是表示本發(fā)明的實施例2的波長分離膜的光學特性的圖。圖7是表示本發(fā)明的實施例3的波長分離膜的光學特性的圖。圖8是表示本發(fā)明的實施例4的波長分離膜的光學特性的圖。圖9是表示本發(fā)明的實施例5的波長分離膜的光學特性的圖。圖10是表示本發(fā)明的實施例6的波長分離膜的光學特性的圖。圖11是表示本發(fā)明的實施例7的波長分離膜的光學特性的圖。圖12是表示本發(fā)明的實施例8的波長分離膜的光學特性的圖。圖13是表示本發(fā)明的實施例9的波長分離膜的光學特性的圖。圖14是表示本發(fā)明的實施例10的波長分離膜的光學特性的圖。圖15是表示本發(fā)明的實施例11的波長分離膜的光學特性的圖。圖16是表示比較例1的波長分離膜的光學特性的圖。圖17是表示比較例2的波長分離膜的光學特性的圖。圖18是表示比較例3的波長分離膜的光學特性的圖。圖19是表示本發(fā)明的實施例12的波長分離膜的光學特性的圖。圖20是表示本發(fā)明的實施例13的波長分離膜的光學特性的圖。具體實施例方式以下，通過具體實施例對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不限定于以下實施例。圖1是表示作為本發(fā)明的光通信用濾波器的一個實施例的波長分離棱鏡的示意的截面圖。如圖1所示，波長分離棱鏡1通過隔著波長分離膜4將由直角等邊三角柱狀的玻璃等構成的棱鏡片2和3以彼此的傾斜面粘貼在一起而構成。在粘貼中，例如能夠使用紫外線固化型粘合劑。通過在粘貼的棱鏡片的一方的傾斜面上，形成本發(fā)明的波長分離膜4，能夠在棱鏡片2和3的傾斜面上配置波長分離膜4。圖2是表示使用圖1所示的波長分離棱鏡的光收發(fā)模塊的示意的截面圖。波長分離棱鏡1使用紫外線固化性粘合劑被接合在環(huán)箍10的前端。在環(huán)箍10內，設置有光纖11。從作為發(fā)光元件的激光二極管(LD)13射出的波長1490nm的光，被透鏡12聚光，并射入波長分離棱鏡1。射入波長分離棱鏡1的光，因為是波長分離膜4的透過波段的光，所以透過波長分離膜4，從光纖11的端部射入，在光纖11內傳播。另一方面，從光纖ll射出的波長1310nm的光，射入波長分離棱鏡1，其因為是波長分離膜4的阻止波段的光，所以在波長分離膜4上反射，通過設置在下方的透鏡14，射入作為受光元件的光電二極管(PD)15。如上所述，通過設定波長分離棱鏡1的波長分離膜4，使得從LD13射出的光透過、從光纖11射出的光反射，能夠實現使用光纖11的雙方向的通信。在波長分離棱鏡1中，波長分離膜4例如以相對于連接光纖11和LD13的光軸傾斜45度的方式配置。從LD13射出的光被透鏡12聚光并射入光纖ll中，且其以具有擴展的狀態(tài)射入波長分離膜4。例如，作為具有以入射角45度為中心的土5度的擴展的光射入。因為光相對于波長分離膜4以入射角45度±5度的擴展射入，所以當因光的入射角的偏差而使透過波段和阻止波段發(fā)生較大的波長偏移時，存在不能獲得所要求的光學特性的問題。如上所述，本發(fā)明的波長分離膜，因為能夠減小因光入射角的偏差引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度，所以能夠降低因光的入射角的偏差引起的對光學特性的影響。另外，因為能夠使阻止波段比現有的更寬，所以能夠增大設計上和管理上的容許度，能夠容易地獲得期望的光學特性。另外，如上所述，本發(fā)明的波長分離膜，能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而引起的P偏振光成分和S偏振光成分的光學特性的分離寬度。因此，能夠使透過波段特性滿足P偏振光成分和S偏振光成分這兩方。在圖2所示的實施例中，雖然將波長分離棱鏡1接合在環(huán)箍10的前端，但是波長分離膜1也可以配置在環(huán)箍10和透鏡12之間。圖3是表示使用本發(fā)明的波長分離膜的波長分離平板的示意的截面圖。如圖3所示，波長分離平板5構成為，在由玻璃等構成的透光性基板7的一個表面上形成有波長分離膜4，在另一個表面上形成有反射防止膜(AR膜)6。作為波長分離膜4，能夠形成本發(fā)明的波長分離膜，作為反射防止膜6，例如能夠形成交替疊層有4層Ti02或Ta205、與SiCb的膜。其中，在圖2所示的波長分離棱鏡1中，也優(yōu)選在波長分離膜4的LD13—側形成反射防止膜。圖4是表示使用圖3所示的波長分離平板5的光收發(fā)模塊的示意的截面圖。在圖4所示的光收發(fā)模塊中，以波長分離膜4和AR膜6相對于連接光纖11和LD13的光軸，傾斜45度的方式設置有波長分離平板5。在圖4所示的光收發(fā)模塊中，也與圖2所示的光收發(fā)模塊相同，能夠使從LD13射出的光射向光纖11內并傳播，且能夠使從光纖11射出的光在波長分離膜4上反射，并射入PD15。在圖4所示的光收發(fā)模塊中，射入波長分離平板5的波長分離膜4的光，以具有以入射角45度為中心的例如土5度的擴展的狀態(tài)射入，通過使用本發(fā)明的波長分離膜，能夠減小因光的入射角的偏差引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度，因此能夠抑制因入射角的偏差而引起的光學特性的降低。另外，因為能夠使阻止波段比現有的更寬，所以能夠容易地獲得期望的光學特性。另外，如上所述，本發(fā)明的波長分離膜，能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而產生的P偏振光成分和S偏振光成分的光學特性的分離寬度。因此，能夠使透過波段特性滿足P偏振光成分和S偏振光成分這兩方。(實施例111和比較例13)作為第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜，使用表1所示的膜材料，按照表2和表3所示的順序和膜厚，在玻璃基板上形成各薄膜，形成波長分離膜。如表1所不，在實施例711中，作為第三薄膜，使用由Nb205膜、Zr02膜、TiOj莫、Ta205膜或Hf02膜構成的單層的薄膜、或者使用將這些膜和八1203膜疊層而得的多層的薄膜。在上述各實施例和各比較例中，各薄膜通過真空蒸鍍法形成。此外，波長分離膜整體的厚度，如表2和表3所示。表l第一薄膜第二薄膜第三薄膜光學特性圖實施例1SiSi02Ta205圖5實施例2SiSi02Ti。2圖6實施例3SiA1203Ta205圖7實施例4SiMgF2Ta2Os圖8實施例5SiSi02Zr02圖9實施例6SiSi02Nb205圖10實施例7SiSi02Nb205和域A1203圖11實施例8SiSi02Zr02禾口/或A1203圖12實施例9SiSi02Ti02禾口/或A1203圖13實施例10SiSi02Ta205和/或A1203圖14實施例11SiSi02HfQ2禾口/或A1203圖15比較例1SiSi02圖16比較例2SiTi02圖17比較例3Ti02Si02圖189<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>其中，在上述各實施例和各比較例中使用的各薄膜的波長1490nm下的折射率如下所述。Si薄膜3.59Si02薄膜1.45MgF2薄膜1.36八1203薄膜1.64丁3205薄膜2.13Nb2(V薄膜2.23Zr(V薄膜:2.04Ti(V薄膜2.29Hf02薄膜:2.03針對以上述方式制作的實施例111和比較例13的各波長分離膜，對其光學特性進行了評價。圖5圖18分別為實施例111和比較例13各自的光學特性圖。對應關系如表l所示。光學特性圖中，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示透過率(％)。細線表示的"S-45度"，表示S偏振光成分以45度射入時的波長與透過率的關系。粗線表示的"P-45度"，表示P偏振光成分以45度射入時的波長與透過率的關系。細虛線表示的"S-43度"，表示S偏振光成分以43度射入時的波長與透過率的關系。粗虛線表示的"P-43度"，表示P偏振光成分以43度射入時的波長與透過率的關系。比較例1與疊層有Si膜和Si02膜的現有的波長分離膜對應，如圖16所示，雖然光入射角的偏差而引起的透過率的波長偏移較小，但是P偏振光成分和S偏振光成分的分離寬度較大。比較例2與疊層有Si膜和Ti02膜的現有的波長分離膜對應，如圖17所示，光入射角的偏差引起的透過率的波長偏移較大。在圖17中，僅表示有P偏振光成分，因為S偏振光成分位于較1800nm更長的長波長一側，所以圖中未表示。因此，在比較例2中，P偏振光成分和S偏振光成分的分離寬度相當大。比較例3與疊層有Ti02膜和Si02膜的現有的波長分離膜對應，如圖18所示，光入射角的偏差引起的透過率的波長偏移較大，且P偏振光成分和S偏振光成分的分離寬度相當大。在本發(fā)明的實施例111中，如圖5圖15所示，光的入射角的偏差引起的透過率的波長偏移較小，且阻止波段較寬。并且，P偏振光成分和s偏振光成分的分離寬度也較小。從而，根據本發(fā)明，能夠減小光入射角引起的透過率的波長偏移，能夠減小P偏振光成分和s偏振光成分的分離寬度。另外，如表2和表3所示，本發(fā)明的實施例111的波長分離膜，與比較例13所示的現有的波長分離膜相比，能夠減少疊層的膜的總數，能夠使疊層的各膜的厚度變薄。從而，能夠使總膜厚變薄。另外，在本發(fā)明的實施例111中，能夠使Si的總膜厚變薄。因此，能夠降低Si的吸收引起的透過損失。(實施例12和實施例13)在表1和表3所示的實施例10的膜結構中，令Si薄膜的折射率為2.88，除此以外與實施例IO相同，制作實施例12的波長分離膜。另外，同樣的，在實施例10的膜結構中，令Si薄膜的折射率為4.19，除此以外與實施例IO相同，制作實施例13的波長分離膜。其中，關于Si薄膜的折射率，通過調整形成Si薄膜時的蒸鍍速率而使其變化，通過提高Si薄膜的蒸鍍速率形成具有4.19的折射率的Si薄膜，通過降低Si薄膜的蒸鍍速率形成具有2.88的折射率的Si薄膜。實施例12的波長分離膜的光學特性示于圖19，實施例13的波長分離膜的光學特性示于圖20。如圖19所示，關于實施例12的波長分離膜，因為Si薄膜的折射率較低，所以與其他實施例相比，阻止波段變窄。另外，P偏振光成分和S偏振光成分的分離寬度變大。另外，如圖20所示，關于實施例13的波長分離膜，因為Si薄膜的折射率較高，所以透過波段中的波動變大。如上所述，根據本發(fā)明，能夠減少疊層的膜的總數，能夠使疊層的各膜的厚度變薄，并能夠減小因將光射入傾斜的波長分離膜而產生的P偏振光成分和S偏振光成分的光學特性的分離寬度，并且能夠減小因光的入射角的偏差而引起的透過波段和阻止波段的波長偏移幅度，能夠使阻止波段比現有的更寬，并能夠使Si的整個膜厚(總膜厚)變薄，減少由Si的吸收引起的透過損失。權利要求1.一種波長分離膜，其具有疊層多層第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜而形成的結構，該第一薄膜由高折射率材料構成，該第二薄膜由低折射率材料構成，該第三薄膜由具有位于所述高折射率材料的折射率和所述低折射率材料的折射率之間的范圍內的中間的折射率的材料構成，該波長分離膜的特征在于所述高折射率材料是硅，所述低折射率材料是選自氧化硅、氟化鎂和氧化鋁中的至少1種，所述具有中間的折射率的材料是選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋯、氧化鉿和氧化鋁中的至少1種。2.如權利要求1所述的波長分離膜，其特征在于所述第二薄膜或所述第三薄膜以與所述第一薄膜鄰接的方式疊層在該第一薄膜上。3.如權利要求1或2所述的波長分離膜，其特征在于所述第三薄膜通過疊層多個薄膜而構成。4.如權利要求13中任一項所述的波長分離膜，其特征在于疊層的膜合計在2050層的范圍內。5.—種光通信用濾波器，其特征在于相對于光的入射方向傾斜地配置有權利要求14中任一項所述的波長分離膜，使波長在所述波長分離膜的透過波段范圍內的光透過，使波長在阻止波段范圍內的光反射。6.如權利要求5所述的光通信用濾波器，其特征在于所述波長分離膜相對于光的入射方向傾斜4050度地配置。全文摘要本發(fā)明提供一種波長分離膜和使用該波長分離膜的光通信用濾波器，波長分離膜具有疊層多層第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜而形成的結構，該第一薄膜由高折射率材料構成，該第二薄膜由低折射率材料構成，該第三薄膜由具有位于高折射率材料的折射率和低折射率材料的折射率之間的范圍內的中間的折射率的材料構成，該波長分離膜的特征在于高折射率材料是硅，低折射率材料是選自氧化硅、氟化鎂和氧化鋁中的至少1種，具有中間的折射率的材料是選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋯、氧化鉿和氧化鋁中的至少1種。文檔編號G02B1/10GK101482626SQ20081018668公開日2009年7月15日申請日期2008年12月16日優(yōu)先權日2007年12月25日發(fā)明者山口義正,角見昌昭申請人:日本電氣硝子株式會社