特許 5936910 エタロンフィルタ及びエタロンの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5936910

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】エタロンフィルタ及びエタロンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20160609BHJP

   G01J 3/26 20060101ALI20160609BHJP

   G02B 26/00 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/28

   G01J3/26

   G02B26/00

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-111865(P2012-111865)

(22)【出願日】2012年5月15日

(65)【公開番号】特開2013-238743(P2013-238743A)

(43)【公開日】2013年11月28日

【審査請求日】2015年2月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000104722

【氏名又は名称】京セラクリスタルデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094053

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 隆久

(74)【代理人】

【識別番号】100135828

【弁理士】

【氏名又は名称】飯島 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100157989

【弁理士】

【氏名又は名称】葛谷 稔

(72)【発明者】

【氏名】古堅 由紀子

(72)【発明者】

【氏名】若林 小太郎

【審査官】 岩井 好子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０００１２５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５０３７１８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０１３３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２８１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３７２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２３６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７５０２１１７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００３−２７０５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１０７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４５２７２５（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２８

Ｇ０１Ｊ ３／２６

Ｇ０２Ｂ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射面及び出射面の一方を構成する第１外側面、及び、その背面の第１内側面を有する第１透光体と、
入射面及び出射面の他方を構成する第２外側面、及び、その背面の第２内側面を有し、前記第２内側面が前記第１内側面に対向し、前記第２外側面が前記第１外側面と平行である第２透光体と、
前記第１外側面を覆う第１反射膜と、
前記第２外側面を覆う第２反射膜と、
前記第１内側面を覆う第１反射防止膜と、
前記第２内側面を覆う第２反射防止膜と、
を有し、
前記第１反射防止膜と前記第２反射防止膜とが、その間に、真空とされている、又は気体が存在しているギャップを規定しつつ対向しており、
前記第１内側面及び前記第２内側面の少なくとも一方は、前記第１外側面及び前記第２外側面に対して傾斜する面を含んで構成されている
エタロンフィルタ。

【請求項2】

前記第１透光体は、温度変化による光路長の変化が正であり、
前記第２透光体は、温度変化による光路長の変化が負である
請求項１に記載のエタロンフィルタ。

【請求項3】

前記１内側面及び前記第２内側面の前記一方の、前記第１外側面及び前記第２外側面に対する傾斜角は０．５度以下である
請求項１又は２に記載のエタロンフィルタ

【請求項4】

第１外側主面及びその背面の第１内側主面を有する透光性の第１母基板と、第２外側主面及びその背面の第２内側主面を有し、前記第１母基板の材料と同一の材料から形成されている第２母基板と、前記第１内側主面に貼り合わされた第１中間主面及び前記第２内側主面に貼り合わされた第２中間主面を有する透光性の第３母基板とを有し、前記第１外側主面及び前記第２外側主面が互いに平行であり、前記第１内側主面、前記第１中間主面、前記第２中間主面及び前記第２内側主面が互いに平行である積層基板を形成するステップと、
前記積層基板を平面視において縦横に分割するステップと、
を有し、
前記積層基板を形成する工程では、前記第１内側主面、前記第１中間主面、前記第２中間主面及び前記第２内側主面が前記第１外側主面及び前記第２外側主面に対する傾斜面により構成された前記積層基板を形成し、
前記分割するステップでは、前記傾斜面が分割される
エタロンの製造方法。

【請求項5】

前記第１母基板及び前記第２母基板は、温度変化による光路長の変化が正及び負の一方であり、
前記第３母基板は、温度変化による光路長の変化が正及び負の他方である
請求項４に記載のエタロンの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザシステムや光通信システムに用いられるエタロン及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２以上の透光体を貼り合せて構成された透光部を有する複合型エタロンが知られている（例えば特許文献１）。この複合型エタロンでは、透光部の一方の面は入射面とされ、他方の面は出射面とされ、入射面及び出射面には反射膜が成膜される。特許文献１では、貼り合わされる２つの透光体間に反射防止膜が設けられ、透光体間における反射が抑制されることにより、エタロンを透過した光の強度のスペクトルの波形（透過波形）が周期的になり、また、極大値及び極小値が揃うとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−１０７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

反射防止膜は、多層膜により構成され、各膜の材料（屈折率）及び厚み、並びに、多層膜の層数が適切に設定されることにより、設計上は、反射率が０に限りなく近くなる。しかし、実際には、製造時の膜厚や屈折率のばらつき等のため、反射率は０とはならない。例えば、０．２％程度の反射が生じる。その結果、エタロンの透過波形が乱されるおそれがある。

【0005】

本発明の目的は、１対の反射膜間に位置する境界面における反射が光学特性に及ぼす影響を抑制できるエタロン及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るエタロンは、入射面及び出射面の一方を構成する第１外側面、及び、その背面の第１内側面を有する第１透光体と、入射面及び出射面の他方を構成する第２外側面、及び、その背面の第２内側面を有し、前記第２内側面が前記第１内側面に対向し、前記第２外側面が前記第１外側面と平行である第２透光体と、前記第１外側面を覆う第１反射膜と、前記第２外側面を覆う第２反射膜と、を有し、前記第１内側面及び前記第２内側面の少なくとも一方は、前記第１外側面及び前記第２外側面に対して傾斜する面を含んで構成されている。

【0007】

好適には、前記第１内側面と前記第２内側面とは貼り合わされている。

【0008】

好適には、前記第１透光体は、温度変化による光路長の変化が正であり、前記第２透光体は、温度変化による光路長の変化が負である。

【0009】

好適には、第１中間面及びその背面の第２中間面を有し、前記第１中間面及び前記第２中間面が互いに平行であり、前記第１中間面が前記第１内側面に対向し、前記第２中間面が前記第２内側面に対向する第３透光体を更に有し、前記第１内側面及び前記第２内側面は互いに平行であり、前記第１透光体及び前記第２透光体は、同一の材料から形成されている。

【0010】

好適には、前記第１中間面と前記第１内側面とは貼り合わされており、前記第２中間面と前記第２内側面とは貼り合わされている。

【0011】

好適には、前記第１透光体及び前記第２透光体は、温度変化による光路長の変化が正及び負の一方であり、前記第３透光体は、温度変化による光路長の変化が正及び負の他方である。

【0012】

好適には、前記第１内側面と前記第２内側面とはギャップを介して対向している。

【0013】

本発明の一態様に係るエタロンの製造方法は、第１外側主面及びその背面の第１内側主面を有する第１母基板と、第２外側主面及びその背面の第２内側主面を有する第２母基板と、前記第１内側主面に貼り合わされた第１中間主面及び前記第２内側主面に貼り合わされた第２中間主面を有する第３母基板とを有し、前記第１外側主面及び前記第２外側主面が互いに平行であり、前記第１内側主面、前記第１中間主面、前記第２中間主面及び前記第２内側主面が互いに平行である積層基板を形成するステップと、前記積層基板を平面視において分割するステップと、を有し、前記積層基板を形成する工程では、前記第１内側主面、前記第１中間主面、前記第２中間主面及び前記第２内側主面が前記第１外側主面及び前記第２外側主面に対する傾斜面により構成された前記積層基板を形成し、前記分割するステップでは、前記傾斜面が分割される。

【発明の効果】

【0014】

上記の構成又は手順によれば、１対の反射膜間に位置する境界面における反射が光学特性に及ぼす影響を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るエタロンの模式的な側面図。

【図2】エタロンの透過特性を模式的に示す図。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るエタロンの模式的な側面図。

【図4】図４（ａ）〜図４（ｃ）は図３のエタロンの製造方法の手順を示す図。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｃ）は図４（ｃ）の続きを示す図。

【図6】本発明の第３の実施形態に係るエタロンの模式的な側面図。

【図7】図１のエタロンの応用例を示すブロック図。

【図8】エタロンの内側面の変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１の実施形態＞
（エタロンの構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエタロン１を模式的に示す側面図である。

【0017】

エタロンは、互いに平行な第１外側面５１Ａ及び第２外側面５１Ｂを有する透光部３と、第１外側面５１Ａに設けられた第１反射膜５Ａと、第２外側面５１Ｂに設けられた第２反射膜５Ｂとを有している。

【0018】

なお、以下では、「第１」及び「Ａ」等が付された構成について、「第１」及び「Ａ」等を省略することがあるものとする。例えば、第１外側面５１Ａ及び第２外側面５１Ｂについて、単に「外側面５１」といい、両者を区別しないことがあるものとする。

【0019】

１対の外側面５１の一方（図１の例では第１外側面５１Ａ）は、光Ｌｔの入射面を構成し、他方（図１の例では第２外側面５１Ｂ）は、光Ｌｔの出射面を構成する。透光部３に入射した光Ｌｔは、１対の反射膜５の間において繰り返し反射され、透光部３の光路長によって規定される所定の周波数の光のみが出射される。なお、光路長は、屈折率ｎの媒質中を距離ｄだけ光が通過するときにｎｄで表わされる。図１では、光Ｌｔが入射面に垂直に入射した場合を例示しているが、光Ｌｔは、入射面に対して斜めに入射してもよい。

【0020】

透光部３は、第１透光体７Ａと、当該第１透光体７Ａと貼り合わされた第２透光体７Ｂとを有している。

【0021】

第１透光体７Ａは、既述の第１外側面５１Ａと、その背面となる第１内側面５５Ａとを有している。第２透光体７Ｂは、既述の第２外側面５１Ｂと、その背面となる第２内側面５５Ｂとを有している。そして、第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとが互いに対向して接合されている。

【0022】

各透光体７は、例えば、側面形状が台形であり、各透光体７において、内側面５５は、外側面５１に対して傾斜角θで傾斜している。外側面５１同士が互いに平行であり、内側面５５同士が接合されていることから明らかなように、傾斜角θは、第１透光体７Ａと第２透光体７Ｂとで同一である。なお、各透光体７を光Ｌｔの透過方向に見た形状（外側面５１及び内側面５５の平面形状）は、矩形や円形等の適宜な形状とされてよい。

【0023】

内側面５５が外側面５１に対して傾斜していることから、内側面５５において反射された反射光Ｌｔ′は、外側面５１の垂線に対して傾斜する方向に進む。従って、反射光Ｌｔ′は、１対の反射膜５の間で共振されずに発散する。例えば、図１の例では、反射光Ｌｔ′は、エタロン１の紙面上方側の面からエタロン１の外部へ放出される。その結果、反射光Ｌｔ′がエタロン１の特性に及ぼす影響が抑制される。

【0024】

なお、例えば、光Ｌｔが第１外側面５１Ａに対して垂直に入射する場合において、内側面５５を透過する光は、内側面５５において屈折するから、エタロン１から出射される光は、第２外側面５１Ｂの垂線に対して角度αで傾斜する方向へ出射される。従って、エタロン１及びその前後の光学要素は、この角度α（内側面５５における屈折）を考慮して配置される。

【0025】

傾斜角θは、０°よりも多少なりとも大きければよい。多少なりとも大きければ、従来に比較して、反射光Ｌｔ′の影響は抑制される。なお、エタロンの入出射面の平行度の加工精度は、通常、秒単位（例えば１０秒〜３０秒）であるから、傾斜角θが１分以上であれば、意図的に内側面５５を外側面５１に対して傾斜させている（本願発明を利用している）と推定することができる。

【0026】

また、傾斜角θは、好ましくは、０．１°以上、０．５°以下である。０．１°以上であれば、上記の光Ｌｔ′を発散させる効果が十分に得られる。また、０．５°以下であれば、後述する、光路長ｎｄがエタロン１の位置に応じて変化することによる特性の劣化は十分に小さいものとなる。

【0027】

透光体７の厚み等は、所望の光学特性に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、１００μｍ〜２ｍｍである。各面の面粗さ及び平行度も、所望の光学特性やその精度に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、面粗さは１ｎｍ未満であり、平行度は１分未満である。このような微小な面粗さや高精度な平行度は、例えば、各面の光学研磨により得られる。

【0028】

１対の透光体７の一方（本実施形態では第１透光体７Ａとする）は、温度変化に対する光路長の変化が正（特性指数が正）の材料により形成されており、他方（本実施形態では第２透光体７Ｂとする）は、温度変化に対する光路長の変化が負（特性指数が負）の材料により形成されている。なお、図１では、特性指数が正の材料が入射側、特性指数が負の材料が出射側に位置しているが、入出射と特性指数の正負との関係は、図１と逆であってもよい。特性指数が正の材料としては、例えば、水晶（ＳｉＯ_２）を挙げることができる。また、特性指数が負の材料としては、例えば、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）を挙げることがでる。

【0029】

第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとの接合は、オプティカルコンタクトや原子拡散接合等の有機接着剤を用いない方法によりなされることが好ましい。有機接着剤の数ミクロンの厚みのばらつきは、ＦＳＲ、消光比、波長温度特性等のエタロンの特定の低下やばらつきの原因となることからである。

【0030】

なお、第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとの間には、不図示の反射防止膜が介在していてもよい。反射防止膜は、公知の構成と同様でよい。すなわち、反射防止膜は、光路長がエタロン１を透過させる光の１／４波長に近く若しくは一致するように形成され、より好ましくは、当該反射防止膜の屈折率が、反射防止膜の両側に位置する媒質（本実施形態では第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂ）の屈折率の幾何平均に近く若しくは一致するように形成されている。また、反射防止膜は、例えば、後に詳述する反射膜５を構成する材料と同様の材料からなる多層膜により構成されてよい。なお、各媒質の光路長や屈折率は、想定されるエタロン１の使用温度の範囲内において適宜に設定された温度のものが用いられてよい。

【0031】

反射膜５は、例えば、屈折率が互いに異なる複数の薄膜６が積層されることにより構成されている。複数の薄膜６は、例えば、誘電体により構成されている。誘電体は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）である。複数の薄膜６は、所望の光学特性（例えば反射率）が得られるように、その材料、積層数及び厚みが設計されている。各薄膜６の厚みは、例えば、サブミクロン程度であり、複数の薄膜６の積層数は例えば１０以下である。複数の薄膜６は、互いに密着して固定され、また、反射膜５は、透光体７に密着して固定されている。

【0032】

図２は、エタロン１の透過特性を模式的に示す図である。図２において横軸は波長λを示し、縦軸は透過係数Ｔを示している。なお、透過係数Ｔは、光Ｌｔの、エタロンへの入射前における強度Ｉ_inと、エタロンからの出射後の強度Ｉ_outとの比Ｉ_out／Ｉ_inである。

【0033】

既に述べたように、エタロン１に入射した光Ｌｔは、１対の反射膜５の間において繰り返し反射されてエタロン１から出射される。従って、エタロン１においては、ｍ次のピーク波長λ_ｍ（ピーク振動数ν_ｍ）において透過係数Ｔが周期的に上昇する。なお、通常、ＦＳＲは、ピーク振動数ν_ｍの間隔（ν_ｍ−ν_ｍ＋１）で表現されるが、図２では、理解の一助のためにＦＳＲをピーク波長間において示している。

【0034】

ＦＳＲは、概略的には、１対の反射膜に挟まれた媒質の光路長ｎｄを用いて、以下の（１）式により表わされる。
ＦＳＲ＝ｃ／（２ｎｄcosθ） （１）
ただし、ｃは光速、ｎは媒質の屈折率、ｄは媒質の厚み、θは媒質内の光の屈折角度である。

【0035】

１対の反射膜に挟まれた媒質が複数の媒質ｉからなる場合においては、光路長ｎｄは、以下の（２）式により表わされる。
ｎｄ＝Σｎ_ｉｄ_ｉ （２）
ただし、ｎ_ｉ及びｄ_ｉは媒質ｉの屈折率及び厚みである。

【0036】

エタロン１においては、１対の反射膜５に挟まれた媒質は、第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂであるから、各透光体７の光路長をｎ_１ｄ_１、ｎ_２ｄ_２とすると、光路長ｎｄは、以下の（３）式により表わされる。
ｎｄ＝ｎ_１ｄ_１＋ｎ_２ｄ_２ （３）
なお、１対の透光体７間に反射防止膜が介在する場合においては、反射防止膜の光路長を考慮に入れてもよい。

【0037】

ここで、第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂの一方は温度変化に対する光路長の変化が正であり、他方は温度変化に対する光路長の変化が負であるから、温度変化による光路長の変化は、１対の透光体７間において、少なくとも一部について相殺され、透光部３全体としては、光路長ｎｄの変化が抑制される。その結果、温度変化に起因するＦＳＲの温度変化が抑制される。

【0038】

好適には、１対の透光体７は、温度変化に起因する光路長の変化が概ね相殺されるように（変化の絶対値が概ね同等となるように）、材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。すなわち、温度変化に起因する光路長の長さが一次関数で表わされると仮定したときに、概略、以下の（４）式が満たされるように、１対の透光体７は、材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。
Σγ_ｉｎ_ｉｄ_ｉ＝０ （４）
ただし、ｎ_ｉ及びｄ_ｉは１対の反射膜間に位置する媒質ｉ（透光体７）の所定の基準温度における屈折率及び厚み、γ_ｉｎ_ｉｄ_ｉは温度が１℃変化したときの光路長ｎ_ｉｄ_ｉの変化量、γ_ｉは光路長ｎ_ｉｄ_ｉの温度係数である。

【0039】

具体的には、エタロン１においては、１対の反射膜５に挟まれた媒質は、第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂであるから、（４）式は、次式（５）式となる。
γ_１ｎ_１ｄ_１＋γ_２ｎ_２ｄ_２＝０ （５）
そして、γ_１及びγ_２は、一方が正であり、他方が負である。

【0040】

以上のとおり、各透光体７は、所望のＦＳＲに対して（１）式が満たされ、且つ、（４）式が満たされるように、材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。

【0041】

エタロン１においては、内側面５５が外側面５１に対して傾斜していることから、透光体７の厚みｄ_１及びｄ_２は、外側面５１に沿う方向（図１の紙面上下方向）の位置により異なる。設計においては、例えば、光路の中央位置のｄ_１及びｄ_２を用いるなど、適宜な代表値を用いてよい。

【0042】

なお、傾斜角θを大きくし過ぎると、位置よるｄ_１及びｄ_２の変化が大きくなり、ひいては、エタロン１の特性は劣化する。しかし、上述のように、傾斜角θが０．５°以下であれば、エタロン１の特性の劣化は十分に小さい。

【0043】

エタロン１の製造方法は、公知の複合型エタロンの製造方法と概ね同様とされてよい。なお、内側面５５の外側面５１に対する傾斜は、例えば、各透光体７を形成するときに、内側面５５が外側面５１に対して傾斜するように内側面５５（若しくは外側面５１）を研磨することにより実現されてもよいし、貼り合わせ後の透光部３において、内側面５５が外側面５１に対して傾斜するように外側面５１を研磨することにより実現されてもよい。

【0044】

（実施例）
以下の条件で実施例に係るエタロンを作製し、その反射光の影響を調査した。
第１透光体７Ａ：
材料：水晶Ｚ板（屈折率１．５２）
厚み：１．５ｍｍ
第２透光体７Ｂ
材料：チタン酸ストロンチウム（屈折率２．２８）
厚み：０．３ｍｍ
傾斜角θ：０．１°
反射膜５の反射率：５０％
内側面５５の接合方法：オプティカルコンタクト（接合前においては、接合強度を向上させるために、エキシマ光を内側面５５に照射した。）
入射光：入射面に垂直に入射
ＦＳＲ：５０ＧＨｚ

【0045】

内側面５５における反射率は、第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂの屈折率差により、約４％である。従って、傾斜角θが０°のときには、約４％の反射光がエタロンの特性に影響を及ぼし、その結果、透過波形は乱れる。しかし、傾斜角θが０．１°であることにより、エタロンの特性に及ぼす反射光は、０．０４％まで低減された。すなわち、反射率が０．０４％になったのと等価の効果が得られた。そして、図２に示した例と同様に、周期的な透過波形が得られた。なお、出射光の角度αは、０．０８°であった。

【0046】

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係るエタロン２０１を模式的に示す側面図である。

【0047】

エタロン２０１は、透光部２０３の構成が第１の実施形態のエタロン１の透光部３と相違する。エタロン２０１のその他の構成は、第１の実施形態のエタロン１の構成と同様である。ただし、反射膜５の具体的な材料や膜厚等は、透光部２０３の構成の相違に応じて適宜に設定されてよい。

【0048】

第１の実施形態の透光部３では、第１透光体７Ａと第２透光体７Ｂとが接合されていたのに対して、本実施形態の透光部２０３では、第１透光体２０７Ａと第２透光体２０７Ｂとの間に、第３透光体２０７Ｃが介在している。

【0049】

第１透光体２０７Ａ及び第２透光体２０７Ｂの側面視における形状（寸法除く）は、第１の実施形態の第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂと同様である。すなわち、第１透光体２０７Ａ及び第２透光体２０７Ｂは、それぞれ、台形に形成されており、外側面５１と、当該外側面５１に対して傾斜する内側面５５とを有している。

【0050】

第３透光体２０７Ｃは、側面視における形状が、例えば、平行四辺形であり、互いに平行な第１中間面５７Ａ及び第２中間面５７Ｂを有している。第１中間面５７Ａは、第１内側面５５Ａと接合されており、第２中間面５７Ｂは、第２内側面５５Ｂと接合されている。なお、接合がオプティカルコンタクト等の有機接着剤を用いない方法によりなされることが好ましいことや、透過率を向上させるために接合面間に反射防止膜を介在させてもよいことは、第１の実施形態と同様である。

【0051】

１対の中間面５７が互いに平行であることから明らかなように、１対の内側面５５も互いに平行である。また、第１の実施形態と同様に、１対の外側面５１は互いに平行であり、傾斜角θは第１透光体２０７Ａと第２透光体２０７Ｂとで同一である。

【0052】

本実施形態においては、第１透光体２０７Ａ及び第２透光体２０７Ｂは互いに同一の材料により形成されている。そして、第１透光体２０７Ａ及び第２透光体２０７Ｂは、温度変化による光路長の変化が正及び負の一方（本実施形態では正とする）である材料により形成され、第３透光体２０７Ｃは、温度変化による光路長の変化が正及び負の他方（本実施形態では負とする）である材料により形成されている。

【0053】

そして、３つの透光体２０７は、第１の実施形態と同様に、（１）式及び（４）式が満たされるように、その材料（屈折率）の選択及び厚みの設定がなされる。

【0054】

ただし、第１透光体２０７Ａ及び第２透光体２０７Ｂは、同一の材料により形成されているから、第１透光体２０７Ａ、第２透光体２０７Ｂ及び第３透光体２０７Ｃに対応する添え字をそれぞれ１、２及び３とすると、透光部２０３全体の光路長ｎｄ（（２）式）は以下の（６）式のようになる。
ｎｄ＝ｎ_１（ｄ_１＋ｄ_２）＋ｎ_３ｄ_３ （６）
また、（４）式は、以下の（７）式のようになる。
γ_１ｎ_１（ｄ_１＋ｄ_２）＋γ_３ｎ_３ｄ_３＝０ （７）

【0055】

以上の第２の実施形態によれば、まず、内側面５５（中間面５７）が外側面５１に対して傾斜していることから、第１の実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、反射光Ｌｔ′は、外側面５１の垂線に対して傾斜する方向に進むから、１対の反射膜５間で共振されずに発散し、反射光Ｌｔ′がエタロン２０１の特性に及ぼす影響が低減される。なお、図３では、第１透光体２０７Ａを透過した光が第１透光体２０７Ａと第３透光体２０７Ｃとの界面において反射して生成された反射光Ｌｔ′と、第３透光体２０７Ｃを透過した光が第３透光体２０７Ｃと第２透光体２０７Ｂとの界面において反射して生成された反射光Ｌｔ′との２つの反射光Ｌｔ′を図示している。

【0056】

さらに、第１透光体２０７Ａと第２透光体２０７Ｂとの間に、平行な中間面５７を有する第３透光体２０７Ｃが介在する構成であることから、第１の実施形態とは異なり、外側面５１に沿う方向（図３の紙面上下方向）の位置によりｄ_１及びｄ_２が変化することに起因する特性劣化が生じない。すなわち、ｄ_１＋ｄ_２及びｄ_３は、それぞれ、位置に関わらず一定であるから、（６）式のｎｄは一定であり、ひいては、（１）式のＦＳＲも一定である。また、（７）式も位置に関わらず満たされる。

【0057】

また、上記の理由から、傾斜角θの好適な範囲の上限も第１の実施形態よりも大きくなる。傾斜角θは、光学特性上では上限値に制限はないが、傾斜研磨プロセス、および光のずれ量ｔが大きくなることによる実装上の不具合の点から、現実的には３°以下であることが好ましい。

【0058】

また、ｄ_１＋ｄ_２が一定であれば、ｄ_１とｄ_２との比率は、（１）式及び（７）式に影響を及ぼさないことから、例えば、図４等を参照して後述するように、母基板（ウェハ）からエタロン２０１を切り出す効率的なエタロン２０１の製造方法の採用が可能である。

【0059】

なお、エタロン２０１に入射した光Ｌｔは、第１内側面５５Ａと第２内側面５５Ｂとにおいて互いに逆向きに屈折するから、第２外側面５１Ｂから出射される光（光線）は、第１外側面５１Ａに入射した光に対して、平行で、且つ、所定のずれ量ｔでずれて出射されることになる。例えば、第３透光体２０７Ｃの厚みが０．３ｍｍ、第３透光体２０７Ｃの屈折率が２．２８、その両側の透光体２０７の屈折率が１．５２、傾斜角θが０．１°と仮定すると、ずれ量ｔは０．０００３ｍｍである。このずれ量は、エタロン２０１を使用する上で、特に問題とならないほど小さい。

【0060】

図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）はエタロン２０１の製造方法の一例を示す図である。

【0061】

まず、図４（ａ）に示すように、第１母基板２７１Ａ、第２母基板２７１Ｂ及び第３母基板２７１Ｃを準備する。第１母基板２７１Ａは、分割されることにより第１透光体２０７Ａとなるものであり、第２母基板２７１Ｂは、分割されることにより第２透光体２０７Ｂとなるものであり、第３母基板２７１Ｃは、分割されることにより第３透光体２０７Ｃとなるものである。

【0062】

第１母基板２７１Ａの第１外側主面２７３Ａ及び第１内側主面２７５Ａは、第１外側面５１Ａ及び第１内側面５５Ａとなる面であり、第１内側主面２７５Ａは、第１外側主面２７３Ａに対して傾斜角θ（図３）で傾斜している。同様に、第２母基板２７１Ｂの第２外側主面２７３Ｂ及び第２内側主面２７５Ｂは、第２外側面５１Ｂ及び第２内側面５５Ｂとなる面であり、第２内側主面２７５Ｂは、第２外側主面２７３Ｂに対して傾斜角θで傾斜している。一方、第３母基板２７１Ｃの第１中間主面２７７Ａ及び第２中間主面２７７Ｂは、第１中間面５７Ａ及び第２中間面５７Ｂとなる面であり、これらは互いに平行である。内側主面２７５の外側主面２７３に対する傾斜は、研磨によって実現されてもよいし、スライスによって実現されてもよい。

【0063】

なお、図４（ａ）では、母基板２７１の平面形状が矩形の場合を例示しているが、母基板２７１の平面形状は、円形等の他の形状とされてもよい。また、母基板２７１の側面も、外側主面２７３に垂直でなくてもよい。

【0064】

各内側主面２７５は、光学研磨されている。また、各中間主面２７７は、第３母基板２７１Ｃの厚みが第３透光体２０７Ｃの設計上の厚みとなるように（例えば設計値±０．１μｍ以内となるように）、光学研磨されている。なお、エタロン２０１において、内側面５５と中間面５７との間に反射防止膜が介在する場合においては、内側主面２７５又は中間主面２７７には、反射防止膜となる薄膜が形成されている。

【0065】

次に、図４（ｂ）に示すように、内側主面２７５と中間主面２７７とを接合して、積層体２７９を形成する。既に述べたように、接合は、有機接着剤を用いずに行われることが好ましい。一例として、オプティカルコンタクトの場合は、内側主面２７５及び中間主面２７７の汚れをエキシマ光の照射等により清浄化し、接合後、２００〜３００℃でアニール処理を行う。

【0066】

次に、図４（ｃ）に示すように、積層体２７９の厚みがエタロン２０１の透光部２０３の設計上の厚みになるように、外側主面２７３の光学研磨を行う。光学研磨は、１対の外側主面２７３の平行度を高くする観点から、両面研磨であることが好ましい。

【0067】

次に、図５（ａ）に示すように、外側主面２７３上に反射膜５となる反射膜２８１を形成する（第１外側主面２７３Ａ側の反射膜２８１のみ図示する。）。反射膜の形成方法は、公知の方法と同様でよい。

【0068】

そして、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、反射膜２８１が形成された積層体２７９を縦横に切断し、複数のエタロン２０１を得る。切断は、公知のダイサーやスライサーによりなされてよい。

【0069】

このような製造方法により作製された複数のエタロン２０１は、第１透光体２０７Ａの厚みｄ_１と第２透光体２０７Ｂの厚みｄ_２とが第３透光体２０７Ｃが傾斜する方向において互いに異なっている。しかし、ｄ_１＋ｄ_２及びｄ_３は、それぞれ、一定であるから、（１）式により表わされるＦＳＲは、複数のエタロン２０１間において互いに同一であり、また、複数のエタロン２０１のいずれにおいても、（７）式は満たされる。従って、均一な特性を有するエタロン２０１が一括で製造されることになる。

【0070】

母基板２７１を構成する２種の材料のうち、屈折率の高い材料により、先に平行平板とされる第３母基板２７１Ｃを形成し、屈折率の低い材料により、第１母基板２７１Ａ及び第２母基板２７１Ｂを形成することが好ましい。このようにすることにより、透光部２０３全体の厚みばらつきが小さくなり、ひいては、ＦＳＲや温度特性のばらつきも小さくなる。

【0071】

なお、上記の製造方法では、母基板２７１を積層する前に、第１母基板２７１Ａ及び第２母基板２７１Ｂにおいて、外側主面２７３と内側主面２７５とを互いに傾斜させる加工を行った。ただし、平行平板の状態の第１母基板２７１Ａ〜第３母基板２７１Ｃを積層して積層体を構成し、その積層体の両面（外側主面２７３）を研磨するときに、外側主面２７３と内側主面２７５とを互いに傾斜するようにしてもよい。ただし、この場合、積層体の両面研磨ができないから、上記した製造方法に比較して、外側主面２７３の平行度を保つことが困難になる。

【0072】

＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係るエタロン３０１を模式的に示す側面図である。

【0073】

エタロン３０１は、透光部３０３の構成が第１の実施形態のエタロン１の透光部３と相違する。エタロン３０１のその他の構成は、第１の実施形態のエタロン１の構成と同様である。ただし、反射膜５の具体的な材料や膜厚等は、透光部２０３の構成の相違に応じて適宜に設定されてよい。

【0074】

第１の実施形態の透光部３では、第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂの内側面５５が互いに接合されていたのに対して、本実施形態の透光部３０３では、内側面５５間に、ギャップ５３が介在している。また、第１内側面５５Ａは、第１反射防止膜９Ａにより覆われ、第２内側面５５Ｂは、第２反射防止膜９Ｂにより覆われている。第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂは、スペーサ１１により互いに固定されている。

【0075】

第１透光体７Ａ及び第２透光体７Ｂの形状及び材料は、第１の実施形態と同様である。ただし、（１）式等においては、ギャップ５３等を媒質として考慮することから、具体的な寸法は、第１の実施形態とは相違する。

【0076】

ギャップ５３は、密閉されていてもよいし、密閉されていなくてもよい。密閉されている場合において、ギャップ５３内は、空気若しくは特定のガスが充填されていてもよいし、真空若しくは真空に近い状態とされていてもよい。また、空気等の気体が充填されている場合において、ギャップ５３内の圧力は、大気圧よりも高くてもよいし、低くてもよい。

【0077】

スペーサ１１は、例えば、第１内側面５５Ａに形成された第１金属層１３Ａと、第２内側面５５Ｂに形成された第２金属層１３Ｂとにより構成されている。各金属層１３は、例えば、特に図示しないが、内側面５５（反射防止膜９）から順に、Ｃｒ若しくはＴａと、Ａｕとが積層されて構成されている。そして、１対の金属層１３は、Ａｕ同士が金属拡散により接合されることにより互いに接合されている。

【0078】

このようなエタロン３０１においても、内側面５５が傾斜していることにより、第１の実施形態と同様に、反射光Ｌｔ′を発散させて、反射光Ｌｔ′がエタロン３０１に及ぼす影響を低減することができる。なお、図３では、第１透光体７Ａを透過した光が第１透光体７Ａとギャップ５３との界面において反射して生成された反射光Ｌｔ′と、ギャップ５３を透過した光がギャップ５３と第２透光体７Ｂとの界面において反射して生成された反射光Ｌｔ′との２つの反射光Ｌｔ′を図示している。また、傾斜角θの好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。

【0079】

（エタロンフィルタの応用例）
図７は、エタロン１（エタロン２０１、３０１でもよい。）の応用例を示すブロック図である。

【0080】

エタロン１は、レーザシステム１０１の光の波長を一定に保つための波長ロッカ１０３に組み込まれている。波長ロッカ１０３は、例えば、レーザシステム１０１からドロップされた光が入射するビームスプリッタ１０５と、ビームスプリッタ１０５を透過した光が入射するエタロン１と、エタロン１を透過した光が入射する第１光検出器１０７Ａと、ビームスプリッタ１０５により反射された光が入射する第２光検出器１０７Ｂとを有している。そして、制御装置１０９は、第１光検出器１０７Ａの検出した光の強度と、第２光検出器１０７Ｂの検出した光の強度とを比較して光の波長を検出し、その検出波長が一定に保たれるようにレーザシステム１０１の制御を実行する。

【0081】

反射光の影響が低減されることにより、ＦＳＲが高精度に設定されたエタロン１が、このような波長ロッカ１０３に用いられることによって、光の波長を高精度にモニタすることが可能となる。

【0082】

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

【0083】

本願発明は、平行な反射膜間に界面が存在する場合に、その界面を傾斜させることを趣旨とする。従って、その趣旨の範囲内において、適宜に変更がなされてよい。例えば、反射膜間に位置する透光体（及びギャップ）は、２又は３に限定されず、４以上であってもよい。また、第１内側面と第２内側面とは、その間に他の透光体及び／又はギャップが介在する場合、互いに平行でなくてもよい。

【0084】

ただし、透光体が４以上となると、界面が多くなり、特性が低下することから、実施形態に例示した３態様のいずれかであることが好ましい。

【0085】

第２の実施形態（図３）においては、第１内側面５５Ａと第１中間面５７Ａとを貼り合せ、また、第２内側面５５Ｂと第２中間面５７Ｂとを貼り合せた。しかし、第１内側面５５Ａ及び第１中間面５７Ａ、並びに、第２内側面５５Ｂ及び第２中間面５７Ｂの少なくとも一方において、内側面５５と中間面５７Ｂとの間にギャップが介在してもよい。なお、双方にギャップが介在する場合において、内側面５５と中間面５７（平行平板である第３透光体）とは平行でなくてもよい。１対の外側面５１が互いに平行であり、１対の内側面５５が互いに平行であり、且つ、１対の中間面５７が互いに平行であれば、位置によらず光路長が一定に保たれる効果が奏される。また、ギャップは、真空であってもよいし、空気若しくは特定のガスが充填されていてもよい。

【0086】

互いに対向する第１透光体及び第２透光体の内側面は、外側面に対して傾斜する１平面により構成されるものに限定されない。例えば、図８に示すように、内側面４５５は、側面視において弧状の曲面（若しくは球面）によって構成されていてもよい。この場合、内側面４５５は、一部の領域４５６において、外側面５１に対して傾斜する曲面状の傾斜面を含んでいると捉えることができる。換言すれば、内側面４５５は、複数の傾斜面を組み合わせて構成されている。

【0087】

複数の透光体は、温度変化による光路長の変化を抑制することを目的として互いに異なる材料とされるものに限定されない。種々の目的に応じて複数の透光体が組み合わされてよい。

【0088】

透光体、反射膜、反射防止膜の材料は、適宜に変更されてよい。例えば、透光体は、水晶に代えて石英ガラスにより構成されてもよいし、チタン酸ストロンチウムに代えてルチルが用いられてもよい。

【0089】

なお、本願において、貼り合わされたという場合、互いに対向する面同士が直接に接合されるものと、反射防止膜乃至は有機接着剤等の薄膜を介して間接に接合されるものとの双方を含むものとし（第１の実施形態及び図８参照）、また、面間に他の透光体（薄膜除く）乃至はギャップが介在するもの（第２及び第３の実施形態参照）を含まないものとする。

【符号の説明】

【0090】

１…エタロン、７Ａ…第１透光体、７Ｂ…第２透光体、５Ａ…第１反射膜、５Ｂ…第２反射膜、５１Ａ…第１外側面、５１Ｂ…第２外側面、５５Ａ…第１内側面、５５Ｂ…第２内側面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】