光部品及び波長分散補償器
【課題】平行平面の一方に形成された完全反射層と他方に形成された部分反射層との間で光が多重反射しつつ徐々に部分反射層から出射する光部品であって、部分反射層の層厚が多段階で薄くなる構造の光部品について、反射層間の光学的距離をほぼ均一とする。
【解決手段】光部品としてのＶＩＰＡ１０の部分反射層１３は、第１の反射層１３ａと、第１の反射層１３ａよりも層厚の薄い第２の反射層１３ｂと、を含む。そして、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を調整する補正層１５が、部分反射層１３の下に形成されている。
【解決手段】光部品としてのＶＩＰＡ１０の部分反射層１３は、第１の反射層１３ａと、第１の反射層１３ａよりも層厚の薄い第２の反射層１３ｂと、を含む。そして、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を調整する補正層１５が、部分反射層１３の下に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光を波長に応じて分波する機能を備えた光部品、及び該光部品を利用して波長分散を補償する波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用される波長分散補償器等において、最近では、入力光を波長に応じて空間的に区別可能な複数の光束に分波する光部品の一つとして、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）が使用されている。ＶＩＰＡは、相対する平行な２つの反射面を有する素子として、例えばガラス製のエタロン（etalon）板の相対する平行平面に反射層を形成したものを用い、そのエタロン板内において、入射光を多重反射させることにより分波を行う。より詳しくは、エタロン板は、相対する平行平面のうちの一方の平面に形成される反射層が、エタロン板内に入射した光に対してほぼ１００％の反射率を有する完全反射層であり、他方の平面に形成される反射層が、エタロン板内に入射した光に対して１００％より低い反射率、例えば９５％〜９８％の反射率を有する部分反射層である。エタロン板への入射光は、完全反射層の側に形成された照射窓を通してエタロン板内に入射する。
【０００３】
エタロン板内に入射した光は、２つの反射層の間で多重反射しつつ徐々に部分反射層を透過して、波長に応じた複数の光束となって出射する。この部分反射層から出射する光は、特許文献１の図１１に記載されているように、エタロン板内での反射回数に応じた強度分布（プロファイル）をもつことが知られている。すなわち、出射光の強度は、多重反射方向において、反射回数が増えるに従って弱くなっていく。
【０００４】
上記ＶＩＰＡを波長分散補償器に使用した場合、多重反射しつつエタロン板から出射する出射光は、収束レンズを経て集光された後に三次元ミラーにあたって反射し、再び収束レンズを経てエタロン板に入射する。このとき、ミラーによって反射し、エタロン板に再入射する反射光の強度分布は、上記出射光の強度分布をほぼ反転させた分布をもつことになる。エタロン板に再入射した光は、２つの反射層間で多重反射した後に照射窓から出力されるが、この照射窓から出力される光の強度は、上記エタロン板の部分反射層から出射する光の強度分布と上記ミラーにより反射してエタロン板に再入射する光の強度分布とが重なる部分の面積（重なり面積）に相当するとして概念的に表すことができる（特許文献１の段落０００８及び図１１参照）。
【０００５】
ＶＩＰＡの挿入損失を考慮する場合、上記強度分布の重なり面積を大きくすると、挿入損失を低減することができる。そこで、例えば非特許文献１のFigure 3(c)に記載されているように、部分反射層を、２段階に反射率が変化する構造とし、強度分布の重なり面積を増やすことが提案されている。図７に、その２段階反射率変化構造の部分反射層を備えたＶＩＰＡの側面図を示す。
【０００６】
図７のＶＩＰＡ１において、エタロン板２の相対する平行平面の一方に、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層３が形成されている。この完全反射層３を形成した平面には照射窓４が形成される。また、エタロン板２の相対する平行平面の他方には１００％より低い反射率の部分反射層５が形成されるが、当該部分反射層は、例えば９８％程度の反射率の第１の反射層５ａと、第１の反射層５ａよりも反射率の低い例えば９５％程度の第２の反射層５ｂと、が多重反射方向に並べて形成された２段階反射率変化構造を有する。第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとは、エタロン板２の平面をほぼ２等分して形成されており、高反射率の第１の反射層５ａが照射窓４の側に形成される。
【０００７】
図示しないコリメートレンズ及びライン焦点レンズ（シリンドリカルレンズ）を含む入射光学系を通して１つの線分上に集光され、照射窓４を通してエタロン板２内に入射する光は、完全反射層３と部分反射層５との間を多重反射しつつ徐々に部分反射層５を透過して出射する。このときに、出射光の強度は多重反射方向において反射回数が増えるに従って弱くなるが、第２の反射層５ｂの反射率が第１の反射層５ａよりも低いので、図７中に示す出射光の強度分布Ｉ１においては、最初の反射位置のピークＰ１と、第１の反射層５ａから第２の反射層５ｂに変わる位置のピークＰ２と、の２箇所のピークが現れる。
【０００８】
部分反射層５から出射した光は、レンズ６及びミラー７を含む反射光学系によって反射してエタロン板２に再入射する。当該反射光の強度分布Ｉ２は、上述のように、出射光の強度分布Ｉ１をほぼ反転させた分布をもつので、同じく２つのピークＰ１’，Ｐ２’を有する。したがって、図７中に斜線で示す強度分布Ｉ１，Ｉ２の重なり面積は、第２のピークＰ２，Ｐ２’の無い場合に比べて増加し、挿入損失が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２４３５００号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】"Analysis of coating design in a virtually imaged phased array (VIPA) chromatic dispersion compensator", Christopher Lin and Masataka Shirasaki, WDM and Photonic Switching Device for Network Applications II, Proceeding of SPIE Vol. 4289 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７に示すエタロン板２において、強度分布Ｉ１，Ｉ２の重なり面積、すなわち結合効率をさらに向上させようとすると、部分反射層５を２段階以上の反射率変化構造として、より細かく反射率を制御することが考えられる。このような多段階の反射率変化構造を実現するには、部分反射層５の層厚による反射率調整が不可避である。部分反射層５は多数の薄膜の積層構造を有するので、その積層数を変化させることによって、容易に層厚の違う反射層を形成することができる。
【００１２】
図７を参照すると、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとは互いに層厚が異なり、第１の反射層５ａに比べて第２の反射層５ｂが薄いことにより、第２の反射層５ｂの方が反射率が低くなっている（つまり透過率が高い）。このように反射率調整のために層厚を変化させる場合、図７に示すように、層厚の厚い第１の反射層５ａで反射した光が完全反射層３で反射するまでの光学的距離Ｄ１と、層厚の薄い第２の反射層５ｂで反射した光が完全反射層３で反射するまでの光学的距離Ｄ２と、に差異が生じる。すなわち、第１の反射層５ａと完全反射層３との間の光学的距離Ｄ１に対して、第２の反射層５ｂと完全反射層３との間の光学的距離Ｄ２が短くなり、当該光学的距離の差に起因して、第１の反射層５ａの部分から出射する光と第２の反射層５ｂの部分から出射する光とで位相差が生じ、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで、出射光の波長（周波数）に対する周期的特性を表すＦＳＲ（Free Spectral Range）に違いが出る。
【００１３】
反射層５ａ，５ｂに対応したＦＳＲに差が生じている場合、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで出射光の干渉条件が異なることになるので、ＶＩＰＡ１における虚像光源（特許文献１の図１０参照）の位置間隔が第１の反射層５ａの部分と第２の反射層５ｂの部分とで違っているということになる。
【００１４】
エタロン板２の部分反射層５から出射した光を反射させて再入射させるレンズ６及びミラー７を含む反射光学系は、部分反射層５から出射した光が反射して虚像光源の位置へ戻るように光路設計される。しかし、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで虚像光源の位置間隔が違っているとなると、第１の反射層５ａ又は第２の反射層５ｂのいずれかにおいてミラー７による反射光が虚像光源の位置からずれてしまうことになり、上記の結合効率に影響し、挿入損失の増加につながる。
【００１５】
以上の背景に鑑みると、平行平面の一方に形成された完全反射層と他方に形成された部分反射層との間で光が多重反射しつつ徐々に部分反射層から出射する上記のような光部品であって、その部分反射層に多段階反射率変化構造を有する光部品について、上記反射層間の光学的距離をほぼ均一とすることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題に対して提案する光部品は、
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
上記提案に係る光部品は、補正層を設けることにより、第１の反射層と完全反射層との間の光学的距離に対して第２の反射層と完全反射層との間の光学的距離が一致するように調整することができる。したがって、第１の反射層と第２の反射層とにおける出射光位相差の発生を抑制し、挿入損失の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光部品としてのＶＩＰＡを含んで構成される波長分散補償器の図。
【図２】ＶＩＰＡの第１実施形態を示した図。
【図３】位相差の有無による挿入損失の違いを説明するためのグラフ。
【図４】第１実施形態のＶＩＰＡの製造工程図。
【図５】ＶＩＰＡの第２実施形態を示した図。
【図６】第２実施形態のＶＩＰＡの製造工程図。
【図７】関連技術のＶＩＰＡを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、光部品としてのＶＩＰＡを含んで構成された波長分散補償器を示している。
図１に示す波長分散補償器は、補償前の入力光をＶＩＰＡ１０に照射し、補償後の出力光をＶＩＰＡ１０から出力する入射光学系２０として、光サーキュレータ２１、光ファイバ２２、コリメートレンズ２３、ライン焦点レンズ２４を備えている。すなわち、波長分散補償器の入力光は、光サーキュレータ２１を通って光ファイバ２２から出力された後、コリメートレンズ２３及びライン焦点レンズ２４を通り、１つの線分上に集光される。
【００２０】
ＶＩＰＡ１０は、ガラス製等のエタロン板１１の相対する平行平面に反射層１２，１３を形成した構造を有する。エタロン板１１の一方の平面に形成される完全反射層１２は、エタロン板１１内に入射した光に対してほぼ１００％の反射率をもつ。そして、エタロン板１１の他方の平面に形成される部分反射層１３は、エタロン板１１内に入射した光に対して１００％より低い反射率をもつ。また、完全反射層１２の下端部分には、ライン焦点レンズ２４からエタロン板１１内に光を照射するための照射窓１４が形成されている。上記ＶＩＰＡ１０は、入射光学系２０からの光が垂直入射から所要の角度ずれた状態で入射するように傾けて配置される。
【００２１】
ライン焦点レンズ２４により１線分上に集光される光は、照射窓１４を通して部分反射層１３に照射され、完全反射層１２へ向かって反射する。該反射光は、完全反射層１２で全反射して部分反射層１３に戻る。このようにエタロン板１１内に入射した光は、完全反射層１２と部分反射層１３との間で多重反射しつつ徐々に部分反射層１３を透過して、複数の光束となって出射する。
【００２２】
部分反射層１３からの出射光は、反射光学系３０に含まれた収束レンズ３１及び三次元ミラー３２によって反射し、部分反射層１３からエタロン板１１内へ再入射する。すなわち、出射光は、収束レンズ３１により波長に応じて三次元ミラー３２上の異なる位置に集光されて反射し、この反射光が再び収束レンズ３１を経て部分反射層１３を透過し、エタロン板１１内に再入射する。エタロン板１１内に再入射した反射光は、完全反射層１２と部分反射層１３との間で反射した後に照射窓１４を通って入射光学系２０に戻され、ライン焦点レンズ２４、コリメートレンズ２３、及び光ファイバ２２を順に通過し、光サーキュレータ２１を経て入力光とは違うポートへ出力される。
【００２３】
第１実施形態に係るＶＩＰＡ１０は、前述の挿入損失の観点から、図２に示すように部分反射層１３が２段階に反射率の変化する構造とされている。すなわち、部分反射層１３は、例えば９８％程度の反射率の第１の反射層１３ａと、第１の反射層１３ａよりも反射率の低い例えば９５％程度の第２の反射層１３ｂと、が多重反射方向に並べて形成された２段階反射率変化構造を有する。第１の反射層１３ａと第２の反射層１３ｂとは、エタロン板１１の平面を所定の割合に分割して形成されており、高反射率の第１の反射層１３ａが照射窓１４の側に形成される。
この２段階反射率変化構造の部分反射層１３により、前述のように、出射光と反射光との強度分布の重なり面積が増加し、ＶＩＰＡ１０の挿入損失が低減される。
【００２４】
図２の部分反射層１３においては、第２の反射層１３ｂの層厚が第１の反射層１３ａよりも薄く形成されることにより、反射率が制御されている。そして、部分反射層１３の一部である第２の反射層１３ｂとエタロン板１１の平面との間に、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を調整する補正層１５が形成されている。本実施形態の補正層１５は、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を、第１の反射層１３ａで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ１と一致させるために設けられる。
【００２５】
補正層１５によって、第１の反射層１３ａと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄ１に対して第２の反射層１３ｂと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄ２が一致するように調整されると、第１の反射層１３ａの部分から出射する光と第２の反射層１３ｂの部分から出射する光とで位相が一致する。位相差が発生しなければ、第１の反射層１３ａと第２の反射層５ｂとでＦＳＲの違いは発生しないので、前述の虚像光源の位置間隔は正常に保たれる。したがって、反射光が虚像光源の位置へ戻るように光路設計された反射光学系３０を経てＶＩＰＡ１０に再入射する光は、正常に虚像光源の位置へ戻り、２段階反射率変化構造の部分反射層１３による結合効率の向上が図られて、挿入損失が低減される。
【００２６】
なお、本実施形態では、部分反射層１３において、層厚の薄い第２の反射層１３ｂとエタロン板１１の平面との間に補正層１５を介在させる例を示すが、場合によっては、完全反射層１２とエタロン板１１との間に補正層１５を介在させて光学的距離を調整する構造とすることも可能である。
【００２７】
図３に、挿入損失の低減をシミュレーションしたグラフを示す。
図３のグラフは、完全反射層１２の反射率が９９．８９％、部分反射層１３における高反射率の方である第１の反射層１３ａの反射率が９８．４９％、低反射率の方である第２の反射層１３ｂの反射率が９４．４％、エタロン板１１の長さが６．５ｍｍ（長辺）、これに対する第１の反射層１３ａの長さが２．５ｍｍ及び第２の反射層１３ｂの長さが４ｍｍと仮定した場合の透過特性の計算結果である。図３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、波長分散の補償量の設定が（Ａ）−７００ｐｓ／ｎｍ、（Ｂ）０ｐｓ／ｎｍ、（Ｃ）７００ｐｓ／ｎｍとした場合を示す。
いずれの場合を見ても、第１及び第２の反射層１３ａ，１３ｂにおける位相差無しの計算結果は、位相差有りの計算結果に比べ、透過特性のピークロスについて、０．５ｄＢ以上の挿入損失低減が図られている。
【００２８】
図４は、図２の部分反射層１３の製造工程を、工程順に示した図である。以下、順を追って説明する。なお、完全反射層１２の製造工程については周知技術を使用可能につき、ここでは説明を省略する。
【００２９】
図４（Ａ）の工程において、エタロン板１１（ガラス基板等）の平行平面のうち、部分反射層１３を形成する平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第２の反射層１３ｂを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第２の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１を形成する。
【００３０】
図４（Ｂ）の工程において、レジストパターンＲＰ１を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に補正層１５を形成する。次いで、図４（Ｃ）の工程において、補正層１５上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第２の反射層１３ｂを形成する。
【００３１】
図４（Ｄ）の工程において、補正層１５及び第２の反射層１３ｂを形成したエタロン板１１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１上の補正層１５及び第２の反射層１３ｂを同時に除去する。これによって、補正層１５を介在させた第２の反射層１３ｂがパターニングされて、エタロン板１１上に形成される。
【００３２】
図４（Ｅ）の工程において、レジストパターンＲＰ１の除去により補正層１５及び第２の反射層１３ｂをパターニングした後のエタロン板１１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第１の反射層１３ａを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第１の反射層形成用のレジストパターンＲＰ２を形成する。
【００３３】
図４（Ｆ）の工程において、レジストパターンＲＰ２を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の反射層１３ａを形成する。第１の反射層１３ａは、第２の反射層１３ｂよりも厚く形成する。例えば、第１及び第２の反射層１３ａ，１３ｂは、多数の薄膜を積層することにより形成され、その積層数によって層厚を制御することができる。
【００３４】
図４（Ｇ）の工程において、第１の反射層１３ａを形成したエタロン板１１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ２を除去することにより、該レジストパターンＲＰ２上の第１の反射層１３ａを同時に除去する。これによって、第１の反射層１３ａがパターニングされてエタロン板１１上に形成され、第１の反射層１３ａ及び第２の反射層１３ｂを含み、第２の反射層１３ｂの下に補正層１５を介在させた部分反射層１３が形成される。
【００３５】
補正層１５の材質に関して、補正層１５の屈折率がエタロン板１１の屈折率±０．２以内となる材質にすると、エタロン板１１と補正層１５の界面部分にて反射による損失が実質的に生じないので好ましい。また、ＶＩＰＡ１０を高温下で使用することや温度を意図的に変化させて使用することが想定される場合には、補正層１５の屈折率の温度係数、あるいは熱膨張も考慮すると好ましい。補正層１５の屈折率が温度変化により大きく変化してしまうと、部分反射層１３での光の反射に影響するので、補正層１５の屈折率の温度係数はなるべく小さい方がよい。あるいは、補正層１５の熱膨張率は、エタロン板１１の熱膨張率にほぼ等しいのが好ましい（一致もしくは近い値）。両者の熱膨張率が大きく異なると補正層１５のクラック発生につながるので、耐久性の面から、両者の熱膨張率はほぼ等しくするのがよい。
【００３６】
図５に、部分反射層を２段階以上の多段階、図示の例では４段階反射率変化構造とした第２実施形態に係るＶＩＰＡ４０を示す。このＶＩＰＡ４０も、図１に示す波長分散補償器のＶＩＰＡ１０として使用可能で、入射光学系２０及び反射光学系３０を備えることができる。また、ＶＩＰＡ４０のエタロン板４１及び完全反射層４２と照射窓４４は、図２に示す第１実施形態と同じである。
【００３７】
図５のＶＩＰＡ４０における部分反射層４３は、エタロン板４１内に入射した光に対して１００％より低い反射率を全体的にもち、且つそれぞれ反射率の異なる第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄを含んでいる。第２実施形態に係るＶＩＰＡ４０は、部分反射層４３が４段階に反射率の変化する構造とされているので、第１実施形態以上に、出射光と反射光の強度分布における重なり面積の増加が図られる。
【００３８】
最も層厚が厚く高反射率であり、第１実施形態における第１の反射層１３ａに相当するのが第１の反射層４３ａで、最も照射窓４４寄りに形成される。当該第１の反射層４３ａの反射率は、例えば９８％程度である。この第１の反射層４３ａより層厚が薄くて反射率が低く、第１実施形態における第２の反射層１３ｂに相当するのが、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄで、層厚が３段階で薄くなっている。第１の反射層４３ａの次に形成されているのが第２の反射層４３ｂで、当該第２の反射層４３ｂは、反射率が例えば９６％程度となる層厚で形成されている。この第２の反射層４３ｂより層厚が薄くさらに反射率の低い第３の反射層４３ｃが次に形成されており、当該第３の反射層４３ｃの反射率は、例えば９４％程度である。最後に、最も層厚が薄く低反射率の第４の反射層４３ｄが形成されており、当該第４の反射層４３ｄの反射率は、例えば９２％程度である。
【００３９】
図５の部分反射層４３でも、反射層厚により反射率を制御しており、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄの層厚が第１の反射層４３ａから徐々に薄くなるように形成される。したがって、第１の実施形態同様に光学的距離Ｄを調整する補正層４５が、部分反射層４３とエタロン板４１の平面との間に形成されている。補正層４５は、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄに対応する第１〜第３の補正層４５ａ〜４５ｃを含み、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄと完全反射層４２との間の各光学的距離Ｄを調整して、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させるべく設けられている。
【００４０】
すなわち、第１の補正層４５ａは、第２の反射層４３ｂで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。また、第２の補正層４５ｂは、第３の反射層４３ｃで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。さらに、第３の補正層４５ｃは、第４の反射層４３ｄで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。
【００４１】
補正層４５によって、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄがすべて一致するように調整されると、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄにおいて出射する光の位相は一致する。位相差が発生しなければ、各反射層４３ａ〜４３ｄでＦＳＲの違いは発生しないので、前述の虚像光源の位置間隔が正常に保たれて、４段階変化率変化構造の部分反射層４３による結合効率の向上が図られ、挿入損失が低減される。
【００４２】
図６は、図５の部分反射層４３の製造工程を、工程順に示した図である。以下、順を追って説明する。なお、完全反射層４２の製造工程については周知技術を使用可能につき、ここでは説明を省略する。
【００４３】
図６（Ａ）の工程において、エタロン板４１（ガラス基板等）の平行平面のうち、部分反射層４３を形成する平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第４の反射層４３ｄを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第４の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１０を形成する。
【００４４】
図６（Ｂ）の工程において、レジストパターンＲＰ１０を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第３の補正層４５ｃを形成する。この第３の補正層４５ｃが最も厚い補正層となる。次いで、図６（Ｃ）の工程において、第３の補正層４５ｃ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第４の反射層４３ｄを形成する。
【００４５】
図６（Ｄ）の工程において、第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１０を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１０上の第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄを同時に除去する。これによって、第３の補正層４５ｃを介在させた第４の反射層４３ｄがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００４６】
図６（Ｅ）の工程において、レジストパターンＲＰ１０の除去により第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第３の反射層４３ｃを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第３の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１１を形成する。
【００４７】
図６（Ｆ）の工程において、レジストパターンＲＰ１１を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第２の補正層４５ｂを形成する。第２の補正層４５ｂは、第３の補正層４５ｃよりも薄く形成する。次いで、図６（Ｇ）の工程において、第２の補正層４５ｂ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第３の反射層４３ｃを形成する。第３の反射層４３ｃは、第４の反射層４３ｄよりも厚く形成する。例えば、補正層及び反射層は、多数の薄膜を積層することにより形成され、その積層数によって層厚を制御することができる。
【００４８】
図６（Ｈ）の工程において、第３の反射層４３ｃを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１１を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１１上の第２の補正層４５ｂ及び第３の反射層４３ｃを同時に除去する。これによって、第２の補正層４５ｂを介在させた第３の反射層４３ｃがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００４９】
図６（Ｉ）の工程において、レジストパターンＲＰ１１の除去により第２の補正層４５ｂ及び第３の反射層４３ｃをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第２の反射層４３ｂを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第２の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１２を形成する。
【００５０】
図６（Ｊ）の工程において、レジストパターンＲＰ１２を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の補正層４５ａを形成する。第１の補正層４５ａは、第２の補正層４５ｂよりも薄く形成する。次いで、図６（Ｋ）の工程において、第１の補正層４５ａ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第２の反射層４３ｂを形成する。第２の反射層４３ｂは、第３の反射層４３ｃよりも厚く形成する。
【００５１】
図６（Ｌ）の工程において、第２の反射層４３ｂを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１２を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１２上の第１の補正層４５ａ及び第２の反射層４３ｂを同時に除去する。これによって、第１の補正層４５ａを介在させた第２の反射層４３ｂがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００５２】
図６（Ｍ）の工程において、レジストパターンＲＰ１２の除去により第１の補正層４５ａ及び第２の反射層４３ｂをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第１の反射層４３ａを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第１の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１３を形成する。
【００５３】
図６（Ｎ）の工程において、レジストパターンＲＰ１３を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の反射層４３ａを形成する。第１の反射層４３ａは、第２の反射層４３ｂよりも厚く形成する。
【００５４】
図６（Ｏ）の工程において、第１の反射層４３ａを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１３を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１３上の第１の反射層４３ａを同時に除去する。これによって、第１の反射層４３ａがパターニングされてエタロン板４１上に形成され、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄを含み、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄの下にそれぞれ第１〜第３の補正層４５ａ〜４５ｃを介在させた部分反射層４３が形成される。
【００５５】
以上の実施形態に関する付記を以下に開示する。
【００５６】
（付記１）
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている、光部品。
【００５７】
（付記２）
付記１記載の光部品であって、
前記補正層は、前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を、前記第１の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離と一致させる構成である、光部品。
【００５８】
（付記３）
付記１又は付記２記載の光部品であって、
前記補正層の屈折率が、前記素子の屈折率±０．２以内である、光部品。
【００５９】
（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の光部品であって、
前記補正層の熱膨張率と前記素子の熱膨張率とがほぼ等しい、光部品。
【００６０】
（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の光部品であって、前記素子の一方の平面に、前記完全反射層と前記部分反射層との間に光を入射させる照射窓が形成された光部品と、
１線分上に光を集光して前記照射窓に照射する入射光学系と、
前記光部品の部分反射層から出射した光を前記部分反射層へ反射させる反射光学系と、
を含んで構成される波長分散補償器。
【００６１】
（付記６）
付記１〜４のいずれかに記載の光部品の製造方法であって、
前記部分反射層を形成する前記素子の平面上にフォトレジストを塗布し、前記第２の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第２の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記補正層を形成し、該補正層上に前記第２の反射層を形成する工程と、
前記補正層及び前記第２の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
該レジストパターンを除去した後の前記平面上にフォトレジストを塗布し、前記第１の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第１の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記第１の反射層を形成する工程と、
該第１の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
を含む製造方法。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ＶＩＰＡ（光部品）
１１ エタロン板
１２ 完全反射層
１３ 部分反射層
１３ａ 第１の反射層
１３ｂ 第２の反射層
１４ 照射窓
１５ 補正層
２０ 入射光学系
３０ 反射光学系
４０ ＶＩＰＡ（光部品）
４１ エタロン板
４２ 完全反射層
４３ 部分反射層
４３ａ 第１の反射層
４３ｂ 第２の反射層
４３ｃ 第３の反射層
４３ｄ 第４の反射層
４４ 照射窓
４５ 補正層
４５ａ 第１の補正層
４５ｂ 第２の補正層
４５ｃ 第３の補正層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光を波長に応じて分波する機能を備えた光部品、及び該光部品を利用して波長分散を補償する波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用される波長分散補償器等において、最近では、入力光を波長に応じて空間的に区別可能な複数の光束に分波する光部品の一つとして、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）が使用されている。ＶＩＰＡは、相対する平行な２つの反射面を有する素子として、例えばガラス製のエタロン（etalon）板の相対する平行平面に反射層を形成したものを用い、そのエタロン板内において、入射光を多重反射させることにより分波を行う。より詳しくは、エタロン板は、相対する平行平面のうちの一方の平面に形成される反射層が、エタロン板内に入射した光に対してほぼ１００％の反射率を有する完全反射層であり、他方の平面に形成される反射層が、エタロン板内に入射した光に対して１００％より低い反射率、例えば９５％〜９８％の反射率を有する部分反射層である。エタロン板への入射光は、完全反射層の側に形成された照射窓を通してエタロン板内に入射する。
【０００３】
エタロン板内に入射した光は、２つの反射層の間で多重反射しつつ徐々に部分反射層を透過して、波長に応じた複数の光束となって出射する。この部分反射層から出射する光は、特許文献１の図１１に記載されているように、エタロン板内での反射回数に応じた強度分布（プロファイル）をもつことが知られている。すなわち、出射光の強度は、多重反射方向において、反射回数が増えるに従って弱くなっていく。
【０００４】
上記ＶＩＰＡを波長分散補償器に使用した場合、多重反射しつつエタロン板から出射する出射光は、収束レンズを経て集光された後に三次元ミラーにあたって反射し、再び収束レンズを経てエタロン板に入射する。このとき、ミラーによって反射し、エタロン板に再入射する反射光の強度分布は、上記出射光の強度分布をほぼ反転させた分布をもつことになる。エタロン板に再入射した光は、２つの反射層間で多重反射した後に照射窓から出力されるが、この照射窓から出力される光の強度は、上記エタロン板の部分反射層から出射する光の強度分布と上記ミラーにより反射してエタロン板に再入射する光の強度分布とが重なる部分の面積（重なり面積）に相当するとして概念的に表すことができる（特許文献１の段落０００８及び図１１参照）。
【０００５】
ＶＩＰＡの挿入損失を考慮する場合、上記強度分布の重なり面積を大きくすると、挿入損失を低減することができる。そこで、例えば非特許文献１のFigure 3(c)に記載されているように、部分反射層を、２段階に反射率が変化する構造とし、強度分布の重なり面積を増やすことが提案されている。図７に、その２段階反射率変化構造の部分反射層を備えたＶＩＰＡの側面図を示す。
【０００６】
図７のＶＩＰＡ１において、エタロン板２の相対する平行平面の一方に、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層３が形成されている。この完全反射層３を形成した平面には照射窓４が形成される。また、エタロン板２の相対する平行平面の他方には１００％より低い反射率の部分反射層５が形成されるが、当該部分反射層は、例えば９８％程度の反射率の第１の反射層５ａと、第１の反射層５ａよりも反射率の低い例えば９５％程度の第２の反射層５ｂと、が多重反射方向に並べて形成された２段階反射率変化構造を有する。第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとは、エタロン板２の平面をほぼ２等分して形成されており、高反射率の第１の反射層５ａが照射窓４の側に形成される。
【０００７】
図示しないコリメートレンズ及びライン焦点レンズ（シリンドリカルレンズ）を含む入射光学系を通して１つの線分上に集光され、照射窓４を通してエタロン板２内に入射する光は、完全反射層３と部分反射層５との間を多重反射しつつ徐々に部分反射層５を透過して出射する。このときに、出射光の強度は多重反射方向において反射回数が増えるに従って弱くなるが、第２の反射層５ｂの反射率が第１の反射層５ａよりも低いので、図７中に示す出射光の強度分布Ｉ１においては、最初の反射位置のピークＰ１と、第１の反射層５ａから第２の反射層５ｂに変わる位置のピークＰ２と、の２箇所のピークが現れる。
【０００８】
部分反射層５から出射した光は、レンズ６及びミラー７を含む反射光学系によって反射してエタロン板２に再入射する。当該反射光の強度分布Ｉ２は、上述のように、出射光の強度分布Ｉ１をほぼ反転させた分布をもつので、同じく２つのピークＰ１’，Ｐ２’を有する。したがって、図７中に斜線で示す強度分布Ｉ１，Ｉ２の重なり面積は、第２のピークＰ２，Ｐ２’の無い場合に比べて増加し、挿入損失が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２４３５００号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】"Analysis of coating design in a virtually imaged phased array (VIPA) chromatic dispersion compensator", Christopher Lin and Masataka Shirasaki, WDM and Photonic Switching Device for Network Applications II, Proceeding of SPIE Vol. 4289 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７に示すエタロン板２において、強度分布Ｉ１，Ｉ２の重なり面積、すなわち結合効率をさらに向上させようとすると、部分反射層５を２段階以上の反射率変化構造として、より細かく反射率を制御することが考えられる。このような多段階の反射率変化構造を実現するには、部分反射層５の層厚による反射率調整が不可避である。部分反射層５は多数の薄膜の積層構造を有するので、その積層数を変化させることによって、容易に層厚の違う反射層を形成することができる。
【００１２】
図７を参照すると、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとは互いに層厚が異なり、第１の反射層５ａに比べて第２の反射層５ｂが薄いことにより、第２の反射層５ｂの方が反射率が低くなっている（つまり透過率が高い）。このように反射率調整のために層厚を変化させる場合、図７に示すように、層厚の厚い第１の反射層５ａで反射した光が完全反射層３で反射するまでの光学的距離Ｄ１と、層厚の薄い第２の反射層５ｂで反射した光が完全反射層３で反射するまでの光学的距離Ｄ２と、に差異が生じる。すなわち、第１の反射層５ａと完全反射層３との間の光学的距離Ｄ１に対して、第２の反射層５ｂと完全反射層３との間の光学的距離Ｄ２が短くなり、当該光学的距離の差に起因して、第１の反射層５ａの部分から出射する光と第２の反射層５ｂの部分から出射する光とで位相差が生じ、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで、出射光の波長（周波数）に対する周期的特性を表すＦＳＲ（Free Spectral Range）に違いが出る。
【００１３】
反射層５ａ，５ｂに対応したＦＳＲに差が生じている場合、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで出射光の干渉条件が異なることになるので、ＶＩＰＡ１における虚像光源（特許文献１の図１０参照）の位置間隔が第１の反射層５ａの部分と第２の反射層５ｂの部分とで違っているということになる。
【００１４】
エタロン板２の部分反射層５から出射した光を反射させて再入射させるレンズ６及びミラー７を含む反射光学系は、部分反射層５から出射した光が反射して虚像光源の位置へ戻るように光路設計される。しかし、第１の反射層５ａと第２の反射層５ｂとで虚像光源の位置間隔が違っているとなると、第１の反射層５ａ又は第２の反射層５ｂのいずれかにおいてミラー７による反射光が虚像光源の位置からずれてしまうことになり、上記の結合効率に影響し、挿入損失の増加につながる。
【００１５】
以上の背景に鑑みると、平行平面の一方に形成された完全反射層と他方に形成された部分反射層との間で光が多重反射しつつ徐々に部分反射層から出射する上記のような光部品であって、その部分反射層に多段階反射率変化構造を有する光部品について、上記反射層間の光学的距離をほぼ均一とすることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題に対して提案する光部品は、
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
上記提案に係る光部品は、補正層を設けることにより、第１の反射層と完全反射層との間の光学的距離に対して第２の反射層と完全反射層との間の光学的距離が一致するように調整することができる。したがって、第１の反射層と第２の反射層とにおける出射光位相差の発生を抑制し、挿入損失の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光部品としてのＶＩＰＡを含んで構成される波長分散補償器の図。
【図２】ＶＩＰＡの第１実施形態を示した図。
【図３】位相差の有無による挿入損失の違いを説明するためのグラフ。
【図４】第１実施形態のＶＩＰＡの製造工程図。
【図５】ＶＩＰＡの第２実施形態を示した図。
【図６】第２実施形態のＶＩＰＡの製造工程図。
【図７】関連技術のＶＩＰＡを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、光部品としてのＶＩＰＡを含んで構成された波長分散補償器を示している。
図１に示す波長分散補償器は、補償前の入力光をＶＩＰＡ１０に照射し、補償後の出力光をＶＩＰＡ１０から出力する入射光学系２０として、光サーキュレータ２１、光ファイバ２２、コリメートレンズ２３、ライン焦点レンズ２４を備えている。すなわち、波長分散補償器の入力光は、光サーキュレータ２１を通って光ファイバ２２から出力された後、コリメートレンズ２３及びライン焦点レンズ２４を通り、１つの線分上に集光される。
【００２０】
ＶＩＰＡ１０は、ガラス製等のエタロン板１１の相対する平行平面に反射層１２，１３を形成した構造を有する。エタロン板１１の一方の平面に形成される完全反射層１２は、エタロン板１１内に入射した光に対してほぼ１００％の反射率をもつ。そして、エタロン板１１の他方の平面に形成される部分反射層１３は、エタロン板１１内に入射した光に対して１００％より低い反射率をもつ。また、完全反射層１２の下端部分には、ライン焦点レンズ２４からエタロン板１１内に光を照射するための照射窓１４が形成されている。上記ＶＩＰＡ１０は、入射光学系２０からの光が垂直入射から所要の角度ずれた状態で入射するように傾けて配置される。
【００２１】
ライン焦点レンズ２４により１線分上に集光される光は、照射窓１４を通して部分反射層１３に照射され、完全反射層１２へ向かって反射する。該反射光は、完全反射層１２で全反射して部分反射層１３に戻る。このようにエタロン板１１内に入射した光は、完全反射層１２と部分反射層１３との間で多重反射しつつ徐々に部分反射層１３を透過して、複数の光束となって出射する。
【００２２】
部分反射層１３からの出射光は、反射光学系３０に含まれた収束レンズ３１及び三次元ミラー３２によって反射し、部分反射層１３からエタロン板１１内へ再入射する。すなわち、出射光は、収束レンズ３１により波長に応じて三次元ミラー３２上の異なる位置に集光されて反射し、この反射光が再び収束レンズ３１を経て部分反射層１３を透過し、エタロン板１１内に再入射する。エタロン板１１内に再入射した反射光は、完全反射層１２と部分反射層１３との間で反射した後に照射窓１４を通って入射光学系２０に戻され、ライン焦点レンズ２４、コリメートレンズ２３、及び光ファイバ２２を順に通過し、光サーキュレータ２１を経て入力光とは違うポートへ出力される。
【００２３】
第１実施形態に係るＶＩＰＡ１０は、前述の挿入損失の観点から、図２に示すように部分反射層１３が２段階に反射率の変化する構造とされている。すなわち、部分反射層１３は、例えば９８％程度の反射率の第１の反射層１３ａと、第１の反射層１３ａよりも反射率の低い例えば９５％程度の第２の反射層１３ｂと、が多重反射方向に並べて形成された２段階反射率変化構造を有する。第１の反射層１３ａと第２の反射層１３ｂとは、エタロン板１１の平面を所定の割合に分割して形成されており、高反射率の第１の反射層１３ａが照射窓１４の側に形成される。
この２段階反射率変化構造の部分反射層１３により、前述のように、出射光と反射光との強度分布の重なり面積が増加し、ＶＩＰＡ１０の挿入損失が低減される。
【００２４】
図２の部分反射層１３においては、第２の反射層１３ｂの層厚が第１の反射層１３ａよりも薄く形成されることにより、反射率が制御されている。そして、部分反射層１３の一部である第２の反射層１３ｂとエタロン板１１の平面との間に、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を調整する補正層１５が形成されている。本実施形態の補正層１５は、第２の反射層１３ｂで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ２を、第１の反射層１３ａで反射した光が完全反射層１２で反射するまでの光学的距離Ｄ１と一致させるために設けられる。
【００２５】
補正層１５によって、第１の反射層１３ａと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄ１に対して第２の反射層１３ｂと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄ２が一致するように調整されると、第１の反射層１３ａの部分から出射する光と第２の反射層１３ｂの部分から出射する光とで位相が一致する。位相差が発生しなければ、第１の反射層１３ａと第２の反射層５ｂとでＦＳＲの違いは発生しないので、前述の虚像光源の位置間隔は正常に保たれる。したがって、反射光が虚像光源の位置へ戻るように光路設計された反射光学系３０を経てＶＩＰＡ１０に再入射する光は、正常に虚像光源の位置へ戻り、２段階反射率変化構造の部分反射層１３による結合効率の向上が図られて、挿入損失が低減される。
【００２６】
なお、本実施形態では、部分反射層１３において、層厚の薄い第２の反射層１３ｂとエタロン板１１の平面との間に補正層１５を介在させる例を示すが、場合によっては、完全反射層１２とエタロン板１１との間に補正層１５を介在させて光学的距離を調整する構造とすることも可能である。
【００２７】
図３に、挿入損失の低減をシミュレーションしたグラフを示す。
図３のグラフは、完全反射層１２の反射率が９９．８９％、部分反射層１３における高反射率の方である第１の反射層１３ａの反射率が９８．４９％、低反射率の方である第２の反射層１３ｂの反射率が９４．４％、エタロン板１１の長さが６．５ｍｍ（長辺）、これに対する第１の反射層１３ａの長さが２．５ｍｍ及び第２の反射層１３ｂの長さが４ｍｍと仮定した場合の透過特性の計算結果である。図３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、波長分散の補償量の設定が（Ａ）−７００ｐｓ／ｎｍ、（Ｂ）０ｐｓ／ｎｍ、（Ｃ）７００ｐｓ／ｎｍとした場合を示す。
いずれの場合を見ても、第１及び第２の反射層１３ａ，１３ｂにおける位相差無しの計算結果は、位相差有りの計算結果に比べ、透過特性のピークロスについて、０．５ｄＢ以上の挿入損失低減が図られている。
【００２８】
図４は、図２の部分反射層１３の製造工程を、工程順に示した図である。以下、順を追って説明する。なお、完全反射層１２の製造工程については周知技術を使用可能につき、ここでは説明を省略する。
【００２９】
図４（Ａ）の工程において、エタロン板１１（ガラス基板等）の平行平面のうち、部分反射層１３を形成する平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第２の反射層１３ｂを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第２の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１を形成する。
【００３０】
図４（Ｂ）の工程において、レジストパターンＲＰ１を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に補正層１５を形成する。次いで、図４（Ｃ）の工程において、補正層１５上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第２の反射層１３ｂを形成する。
【００３１】
図４（Ｄ）の工程において、補正層１５及び第２の反射層１３ｂを形成したエタロン板１１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１上の補正層１５及び第２の反射層１３ｂを同時に除去する。これによって、補正層１５を介在させた第２の反射層１３ｂがパターニングされて、エタロン板１１上に形成される。
【００３２】
図４（Ｅ）の工程において、レジストパターンＲＰ１の除去により補正層１５及び第２の反射層１３ｂをパターニングした後のエタロン板１１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第１の反射層１３ａを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第１の反射層形成用のレジストパターンＲＰ２を形成する。
【００３３】
図４（Ｆ）の工程において、レジストパターンＲＰ２を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の反射層１３ａを形成する。第１の反射層１３ａは、第２の反射層１３ｂよりも厚く形成する。例えば、第１及び第２の反射層１３ａ，１３ｂは、多数の薄膜を積層することにより形成され、その積層数によって層厚を制御することができる。
【００３４】
図４（Ｇ）の工程において、第１の反射層１３ａを形成したエタロン板１１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ２を除去することにより、該レジストパターンＲＰ２上の第１の反射層１３ａを同時に除去する。これによって、第１の反射層１３ａがパターニングされてエタロン板１１上に形成され、第１の反射層１３ａ及び第２の反射層１３ｂを含み、第２の反射層１３ｂの下に補正層１５を介在させた部分反射層１３が形成される。
【００３５】
補正層１５の材質に関して、補正層１５の屈折率がエタロン板１１の屈折率±０．２以内となる材質にすると、エタロン板１１と補正層１５の界面部分にて反射による損失が実質的に生じないので好ましい。また、ＶＩＰＡ１０を高温下で使用することや温度を意図的に変化させて使用することが想定される場合には、補正層１５の屈折率の温度係数、あるいは熱膨張も考慮すると好ましい。補正層１５の屈折率が温度変化により大きく変化してしまうと、部分反射層１３での光の反射に影響するので、補正層１５の屈折率の温度係数はなるべく小さい方がよい。あるいは、補正層１５の熱膨張率は、エタロン板１１の熱膨張率にほぼ等しいのが好ましい（一致もしくは近い値）。両者の熱膨張率が大きく異なると補正層１５のクラック発生につながるので、耐久性の面から、両者の熱膨張率はほぼ等しくするのがよい。
【００３６】
図５に、部分反射層を２段階以上の多段階、図示の例では４段階反射率変化構造とした第２実施形態に係るＶＩＰＡ４０を示す。このＶＩＰＡ４０も、図１に示す波長分散補償器のＶＩＰＡ１０として使用可能で、入射光学系２０及び反射光学系３０を備えることができる。また、ＶＩＰＡ４０のエタロン板４１及び完全反射層４２と照射窓４４は、図２に示す第１実施形態と同じである。
【００３７】
図５のＶＩＰＡ４０における部分反射層４３は、エタロン板４１内に入射した光に対して１００％より低い反射率を全体的にもち、且つそれぞれ反射率の異なる第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄを含んでいる。第２実施形態に係るＶＩＰＡ４０は、部分反射層４３が４段階に反射率の変化する構造とされているので、第１実施形態以上に、出射光と反射光の強度分布における重なり面積の増加が図られる。
【００３８】
最も層厚が厚く高反射率であり、第１実施形態における第１の反射層１３ａに相当するのが第１の反射層４３ａで、最も照射窓４４寄りに形成される。当該第１の反射層４３ａの反射率は、例えば９８％程度である。この第１の反射層４３ａより層厚が薄くて反射率が低く、第１実施形態における第２の反射層１３ｂに相当するのが、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄで、層厚が３段階で薄くなっている。第１の反射層４３ａの次に形成されているのが第２の反射層４３ｂで、当該第２の反射層４３ｂは、反射率が例えば９６％程度となる層厚で形成されている。この第２の反射層４３ｂより層厚が薄くさらに反射率の低い第３の反射層４３ｃが次に形成されており、当該第３の反射層４３ｃの反射率は、例えば９４％程度である。最後に、最も層厚が薄く低反射率の第４の反射層４３ｄが形成されており、当該第４の反射層４３ｄの反射率は、例えば９２％程度である。
【００３９】
図５の部分反射層４３でも、反射層厚により反射率を制御しており、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄの層厚が第１の反射層４３ａから徐々に薄くなるように形成される。したがって、第１の実施形態同様に光学的距離Ｄを調整する補正層４５が、部分反射層４３とエタロン板４１の平面との間に形成されている。補正層４５は、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄに対応する第１〜第３の補正層４５ａ〜４５ｃを含み、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄと完全反射層４２との間の各光学的距離Ｄを調整して、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させるべく設けられている。
【００４０】
すなわち、第１の補正層４５ａは、第２の反射層４３ｂで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。また、第２の補正層４５ｂは、第３の反射層４３ｃで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。さらに、第３の補正層４５ｃは、第４の反射層４３ｄで反射した光が完全反射層４２で反射するまでの光学的距離Ｄを、第１の反射層４３ａと完全反射層４２との間の光学的距離Ｄに一致させる層厚を有する。
【００４１】
補正層４５によって、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄと完全反射層１２との間の光学的距離Ｄがすべて一致するように調整されると、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄにおいて出射する光の位相は一致する。位相差が発生しなければ、各反射層４３ａ〜４３ｄでＦＳＲの違いは発生しないので、前述の虚像光源の位置間隔が正常に保たれて、４段階変化率変化構造の部分反射層４３による結合効率の向上が図られ、挿入損失が低減される。
【００４２】
図６は、図５の部分反射層４３の製造工程を、工程順に示した図である。以下、順を追って説明する。なお、完全反射層４２の製造工程については周知技術を使用可能につき、ここでは説明を省略する。
【００４３】
図６（Ａ）の工程において、エタロン板４１（ガラス基板等）の平行平面のうち、部分反射層４３を形成する平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第４の反射層４３ｄを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第４の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１０を形成する。
【００４４】
図６（Ｂ）の工程において、レジストパターンＲＰ１０を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第３の補正層４５ｃを形成する。この第３の補正層４５ｃが最も厚い補正層となる。次いで、図６（Ｃ）の工程において、第３の補正層４５ｃ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第４の反射層４３ｄを形成する。
【００４５】
図６（Ｄ）の工程において、第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１０を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１０上の第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄを同時に除去する。これによって、第３の補正層４５ｃを介在させた第４の反射層４３ｄがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００４６】
図６（Ｅ）の工程において、レジストパターンＲＰ１０の除去により第３の補正層４５ｃ及び第４の反射層４３ｄをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第３の反射層４３ｃを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第３の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１１を形成する。
【００４７】
図６（Ｆ）の工程において、レジストパターンＲＰ１１を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第２の補正層４５ｂを形成する。第２の補正層４５ｂは、第３の補正層４５ｃよりも薄く形成する。次いで、図６（Ｇ）の工程において、第２の補正層４５ｂ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第３の反射層４３ｃを形成する。第３の反射層４３ｃは、第４の反射層４３ｄよりも厚く形成する。例えば、補正層及び反射層は、多数の薄膜を積層することにより形成され、その積層数によって層厚を制御することができる。
【００４８】
図６（Ｈ）の工程において、第３の反射層４３ｃを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１１を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１１上の第２の補正層４５ｂ及び第３の反射層４３ｃを同時に除去する。これによって、第２の補正層４５ｂを介在させた第３の反射層４３ｃがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００４９】
図６（Ｉ）の工程において、レジストパターンＲＰ１１の除去により第２の補正層４５ｂ及び第３の反射層４３ｃをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第２の反射層４３ｂを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第２の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１２を形成する。
【００５０】
図６（Ｊ）の工程において、レジストパターンＲＰ１２を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の補正層４５ａを形成する。第１の補正層４５ａは、第２の補正層４５ｂよりも薄く形成する。次いで、図６（Ｋ）の工程において、第１の補正層４５ａ上に、スパッタ装置等を使用して、全面的に第２の反射層４３ｂを形成する。第２の反射層４３ｂは、第３の反射層４３ｃよりも厚く形成する。
【００５１】
図６（Ｌ）の工程において、第２の反射層４３ｂを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１２を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１２上の第１の補正層４５ａ及び第２の反射層４３ｂを同時に除去する。これによって、第１の補正層４５ａを介在させた第２の反射層４３ｂがパターニングされて、エタロン板４１上に形成される。
【００５２】
図６（Ｍ）の工程において、レジストパターンＲＰ１２の除去により第１の補正層４５ａ及び第２の反射層４３ｂをパターニングした後のエタロン板４１の平面上に、全面的にフォトレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィを実施して、第１の反射層４３ａを形成する領域のフォトレジストを除去することにより、第１の反射層形成用のレジストパターンＲＰ１３を形成する。
【００５３】
図６（Ｎ）の工程において、レジストパターンＲＰ１３を形成した平面上に、スパッタ装置等を使用した成膜工程により、全面的に第１の反射層４３ａを形成する。第１の反射層４３ａは、第２の反射層４３ｂよりも厚く形成する。
【００５４】
図６（Ｏ）の工程において、第１の反射層４３ａを形成したエタロン板４１に対し、湿式エッチを実施して、平面上からレジストパターンＲＰ１３を除去することにより、該レジストパターンＲＰ１３上の第１の反射層４３ａを同時に除去する。これによって、第１の反射層４３ａがパターニングされてエタロン板４１上に形成され、第１〜第４の反射層４３ａ〜４３ｄを含み、第２〜第４の反射層４３ｂ〜４３ｄの下にそれぞれ第１〜第３の補正層４５ａ〜４５ｃを介在させた部分反射層４３が形成される。
【００５５】
以上の実施形態に関する付記を以下に開示する。
【００５６】
（付記１）
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている、光部品。
【００５７】
（付記２）
付記１記載の光部品であって、
前記補正層は、前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を、前記第１の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離と一致させる構成である、光部品。
【００５８】
（付記３）
付記１又は付記２記載の光部品であって、
前記補正層の屈折率が、前記素子の屈折率±０．２以内である、光部品。
【００５９】
（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の光部品であって、
前記補正層の熱膨張率と前記素子の熱膨張率とがほぼ等しい、光部品。
【００６０】
（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の光部品であって、前記素子の一方の平面に、前記完全反射層と前記部分反射層との間に光を入射させる照射窓が形成された光部品と、
１線分上に光を集光して前記照射窓に照射する入射光学系と、
前記光部品の部分反射層から出射した光を前記部分反射層へ反射させる反射光学系と、
を含んで構成される波長分散補償器。
【００６１】
（付記６）
付記１〜４のいずれかに記載の光部品の製造方法であって、
前記部分反射層を形成する前記素子の平面上にフォトレジストを塗布し、前記第２の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第２の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記補正層を形成し、該補正層上に前記第２の反射層を形成する工程と、
前記補正層及び前記第２の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
該レジストパターンを除去した後の前記平面上にフォトレジストを塗布し、前記第１の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第１の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記第１の反射層を形成する工程と、
該第１の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
を含む製造方法。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ＶＩＰＡ（光部品）
１１ エタロン板
１２ 完全反射層
１３ 部分反射層
１３ａ 第１の反射層
１３ｂ 第２の反射層
１４ 照射窓
１５ 補正層
２０ 入射光学系
３０ 反射光学系
４０ ＶＩＰＡ（光部品）
４１ エタロン板
４２ 完全反射層
４３ 部分反射層
４３ａ 第１の反射層
４３ｂ 第２の反射層
４３ｃ 第３の反射層
４３ｄ 第４の反射層
４４ 照射窓
４５ 補正層
４５ａ 第１の補正層
４５ｂ 第２の補正層
４５ｃ 第３の補正層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている、光部品。
【請求項２】
請求項１記載の光部品であって、
前記補正層の屈折率が、前記素子の屈折率±０．２以内である、光部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の光部品であって、
前記補正層の熱膨張率と前記素子の熱膨張率とがほぼ等しい、光部品。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品であって、前記素子の一方の平面に、前記完全反射層と前記部分反射層との間に光を入射させる照射窓が形成された光部品と、
１線分上に光を集光して前記照射窓に照射する入射光学系と、
前記光部品の部分反射層から出射した光を前記部分反射層へ反射させる反射光学系と、
を含んで構成される波長分散補償器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品の製造方法であって、
前記部分反射層を形成する前記素子の平面上にフォトレジストを塗布し、前記第２の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第２の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記補正層を形成し、該補正層上に前記第２の反射層を形成する工程と、
前記補正層及び前記第２の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
該レジストパターンを除去した後の前記平面上にフォトレジストを塗布し、前記第１の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第１の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記第１の反射層を形成する工程と、
該第１の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
を含む製造方法。
【請求項１】
相対する平行な２つの平面を有する素子と、前記平面の一方に形成され、ほぼ１００％の反射率を有する完全反射層と、前記平面の他方に形成され、１００％より低い反射率を有する部分反射層と、を含んで構成され、
１線分上に集光された光が前記完全反射層と前記部分反射層との間に入射して該２つの反射層間で多重反射しながらその一部が前記部分反射層を透過して出射する、分波機能を備えた光部品であって、
前記部分反射層が、第１の反射層と、該第１の反射層よりも層厚の薄い第２の反射層と、を含むと共に、
前記第２の反射層で反射した光が前記完全反射層で反射するまでの光学的距離を調整する補正層が、前記部分反射層と前記他方の平面との間に形成されている、光部品。
【請求項２】
請求項１記載の光部品であって、
前記補正層の屈折率が、前記素子の屈折率±０．２以内である、光部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の光部品であって、
前記補正層の熱膨張率と前記素子の熱膨張率とがほぼ等しい、光部品。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品であって、前記素子の一方の平面に、前記完全反射層と前記部分反射層との間に光を入射させる照射窓が形成された光部品と、
１線分上に光を集光して前記照射窓に照射する入射光学系と、
前記光部品の部分反射層から出射した光を前記部分反射層へ反射させる反射光学系と、
を含んで構成される波長分散補償器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品の製造方法であって、
前記部分反射層を形成する前記素子の平面上にフォトレジストを塗布し、前記第２の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第２の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記補正層を形成し、該補正層上に前記第２の反射層を形成する工程と、
前記補正層及び前記第２の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
該レジストパターンを除去した後の前記平面上にフォトレジストを塗布し、前記第１の反射層を形成する領域の当該フォトレジストを除去することにより、前記第１の反射層形成用のレジストパターンを形成する工程と、
該レジストパターンを形成した前記平面上に前記第１の反射層を形成する工程と、
該第１の反射層を形成した後の前記平面上から前記レジストパターンを除去する工程と、
を含む製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−５３４０５（Ｐ２０１１−５３４０５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１５３６（Ｐ２００９−２０１５３６）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
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