專利名稱：多帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在多個波長區(qū)中具有通帶的多帶通濾波器。
背景技術(shù)：
眾所周知，在用于光通信的光纖傳輸系統(tǒng)中所必要的光信號是通過波分多路復(fù)用系統(tǒng)(WDM)來有效地傳輸?shù)?。在該系統(tǒng)中多種具有不同波長區(qū)的光，通過光的波長多路復(fù)用器經(jīng)一根光纖光纜被同時傳送，該多路復(fù)用器是一種采用有效地利用光的干涉濾波器的濾波型帶通濾波器，然后又通過具有與光的復(fù)用器相同結(jié)構(gòu)的信號解調(diào)制器把這些光分成各個波長區(qū)的光。但是，為了保證極好的傳輸，該多路調(diào)制和解調(diào)制有必要在準(zhǔn)備好對應(yīng)于多個波長區(qū)的帶通濾波器的情況下才能進(jìn)行。
例如，如圖43所示，把從包括四種波長λ1、λ2、λ3和λ4的光中分離出兩種波長λ2和λ3的光波長信號解調(diào)制器101具有的結(jié)構(gòu)是，把四根光纖102分別經(jīng)過墊套104和透鏡105裝在玻璃塊103的兩個相對的側(cè)面上，而把對應(yīng)于待分離的波長λ2和λ3的第一帶通濾波器106和第二帶通濾波器107分別裝在墊套104和玻璃塊103之間的預(yù)定位置上。在該圖中，在光軸由短劃線指出和光的傳輸方向由箭頭指出的情況下，在光的波長信號解調(diào)制器101中，從經(jīng)過一根光纖102傳送，包括四種波長λ1、λ2、λ3和λ4的光中，由第一帶通濾波器部分106分離出波長λ2的光，并由第二帶通濾波器部分107分離出波長λ3的光。該光的波長多路復(fù)用器(MUX)具有與光的波長解調(diào)制器(DeMUX)同樣的結(jié)構(gòu)，但是它的光傳輸方向與解調(diào)制器的光傳輸方向相反。
所以，在通過一根光纖光纜同時傳輸具有多個不同波長區(qū)的光的情況下，就要求準(zhǔn)備對應(yīng)于各個波長區(qū)的帶通濾波器，并又能進(jìn)行光信號極好的傳輸。對于在上面提到的要求，已經(jīng)提出一種傳輸多種具有不同波長區(qū)的光濾波器，例如，一種具有兩個傳輸帶和三個阻通帶的濾波器，它能傳輸兩個不同波長區(qū)的光(例如，參考專利文件1)。對于能多路調(diào)制或解調(diào)制多種具有不同波長區(qū)的光的濾波器來說，有必要使有關(guān)的不同波長區(qū)之間的截止深度充分地大和高度可靠，這是因為如果截止深度不夠充分，則得產(chǎn)生相互干擾而使通信質(zhì)量變壞。
另一方面，對用于彩色電視機等的彩色圖像的圖像拾取，目標(biāo)圖像被解調(diào)制為藍(lán)、綠和紅色的光。然后，藍(lán)、綠和紅色的圖像信號通過所裝對應(yīng)于各種彩色的裝置來獲得。利用一種用于各種彩色的彩色解調(diào)制棱鏡和補償濾波器，把目標(biāo)圖像解調(diào)制成藍(lán)、綠和紅色。因為在彩色解調(diào)制棱鏡上形成的兩色性薄膜，不能靠它本身來充分地完成彩色解調(diào)制，所以，采用補償濾波器以供完美的彩色解調(diào)制之用。對于這樣的補償濾波器，已經(jīng)發(fā)展了一種具有能傳輸例如藍(lán)、綠和紅色的波長區(qū)，但截止其余波長區(qū)的多個傳輸區(qū)的濾波器(例如，專利文件2和專利文件3)。
即使一濾波器傳輸藍(lán)、綠和紅色的波長區(qū)，但是有關(guān)的傳輸帶之間的截止深度應(yīng)為足夠大，這仍然是必要的。此外，即使一濾波器能進(jìn)行彩色解調(diào)制，仍然要求能完成使其彩色解調(diào)制和具有高保真度的彩色重現(xiàn)。
專利文件1日本專利公告平成5-26162專利文件2日本專利公告昭和60-38682專利文件3日本專利公告昭和60-3868
發(fā)明內(nèi)容由本發(fā)明待解決的問題根據(jù)上面所提到的情況來實施本發(fā)明，并意欲提供一種高度可靠的，在多個傳輸帶之間具有充分截止深度的多帶通濾波器，這多帶通濾波器能通過一個濾波器確實地解調(diào)制多種具有不同波長區(qū)的光，并在例如光通信的WDM系統(tǒng)中進(jìn)行多路調(diào)制和解調(diào)制，還要提供在圖像和彩色領(lǐng)域中的有關(guān)三原色的濾波器。
解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的多帶通濾波器包括對目標(biāo)光是透明的基底，以及電鏡面層，間隔層和如需要還有匹配層形成的疊合層部段的薄膜，包括兩種彼此不同的電介質(zhì)，作為一個單元疊合在基底上，其光學(xué)薄膜的厚度為1/4參考波長，以形成多個法布里-珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)，其中，疊合層部段的薄膜具有由疊合的基本公式[M0C1M1…CiMi(T)]k或[M0C1M1…CiMi]k所表示的結(jié)構(gòu)，此處i和k是不小于2的整數(shù)，而電介質(zhì)薄膜由X和Y表示，鏡面層由M表示；間隔層由C表示；以及匹配層由T表示，此處M是單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為參考波長的奇數(shù)倍，或者由不同電介質(zhì)X和Y的[2p+1]X，(2q+1)Y，…]所表示的一種交替的薄層(此處p，q，…分別是零或正整數(shù))；
C是單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長的偶數(shù)倍，或者由不同電介質(zhì)X和Y的[(2r)Y，(2s)X，…]所表示的一種交替的薄層(此處，r，s…分別是零或正整數(shù))；T是一單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長的奇數(shù)倍。
這多帶通濾波器的特點還在于，具有1/4參考波長偶數(shù)倍厚度的電介質(zhì)X和Y中的至少一種被單獨或多于一個地插入由基本公式所表示的結(jié)構(gòu)的任意位置中。
這多帶通濾波器的特點還在于，疊合層部段的薄膜包括不是在基底側(cè)，就是在表面?zhèn)然騼蓚€側(cè)面上設(shè)置數(shù)層的匹配層，或是在兩側(cè)上設(shè)置數(shù)層匹配層去增加帶通的透射、減少帶通的反射和波紋。通常，該薄膜的外側(cè)是空氣或光纖。
這多帶通濾波器的特點還有于，用于使與疊合層部段的薄膜的外側(cè)匹配的匹配層包括與基本塊[M0C1M1…CiMi(T)]的數(shù)目相等或更多的電介質(zhì)薄膜。
這多帶通濾波器的特點還在于，這參考波長為1450nm，i和k不小于2。
這多帶通濾波器的特點還在于，構(gòu)成鏡面層M和間隔層C的電介質(zhì)的一部分或者全體由與電介質(zhì)X和Y不同的第三電介質(zhì)來替代，或者在鏡面層M或中空層C中的電介質(zhì)的一部分或全體由與不同于用于構(gòu)成疊合層部段薄膜的電介質(zhì)X和Y的第三電介質(zhì)和第四電介質(zhì)來替代構(gòu)成多元電介質(zhì)構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的多帶通濾波器包括對目標(biāo)光是透明的基底，以及由鏡面面層，間隔層和匹配層形成的疊合層部段的薄膜，包括兩種彼此不同的電介質(zhì)，作為一個單元疊合在基底上，其光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長，以形成多個法布里-珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)，其中這參考波長對應(yīng)于可見光，且當(dāng)電介質(zhì)薄膜由X和Y來表示，和鏡面層由M來表示時，則疊合層部段的薄膜由[M0(2eY)M1(2fY)M2(2gY)M3(Y)]k，或[M4(2eY)(2fX)(2gY)M5(Y)]k，或[M6(2eY)M7(2fX)M8(2gY)M9(X)]k，來表示，此處M0到M5是X，XYX，XYXYX，XYXYXYX中的一個；M6，M8是YX，YXYX，YXYXYX中的一個，而M7，M9則是XY，XYXY，XYXYXY中的一個；e，f和g是不小于1的整數(shù)；k是不小于2的整數(shù)；而所形成的透射特性曲線中三個透射峰值的中央波長分別等于三原色，即藍(lán)，綠和紅色的波長。
根據(jù)本發(fā)明的多帶通濾波器還包括對目標(biāo)光是透明的基底和疊合層部段的薄膜，這薄膜包括具有光學(xué)薄膜厚度為(532/4)nm的較高折射率的電介質(zhì)薄膜，和具有光學(xué)薄膜厚度為(432/4)nm的較低折射率的電介質(zhì)薄膜，這兩種薄膜交替地疊合，當(dāng)較高折射率薄膜和較低折射率薄膜中的一種由X表示，而另一種由Y表示時，疊合層部段的薄膜由[X(2Y)X(2Y)X(2Y)X(Y)]k來表示，此處k是不小于2的整數(shù)。
這多帶通濾波器的特點還在于，較高折射率薄膜是X，較低折射率的薄膜是Y，而k是6。
這多帶通濾波器的特征還在于較高折射率的薄膜是由TiO2，Ta2O5，ZrO2，Nb2O5，Al2O3中的一個所形成，而較低折射率的薄膜是由SiO2形成的。
本發(fā)明的效果正如上述說明的那樣，本發(fā)明可保證在多個帶通之間的截止深度是充分大的，并可通過單個多帶通濾波器進(jìn)行分波和合波。因此，本發(fā)明可為WDM系統(tǒng)提供高可靠性的濾光片。而且，因為本發(fā)明可提供同時傳輸藍(lán)、綠和紅色的三原色的多帶通濾波器，所以本發(fā)明對諸如顯示器和數(shù)字相機的成像，和諸如攝影術(shù)和照相機的著色有關(guān)的光學(xué)是有效的。


圖1是本發(fā)明第一示例的橫截面示意圖；圖2是解釋有關(guān)本發(fā)明的應(yīng)用形式的圖解，其中圖2(a)上示出用多帶通濾波器進(jìn)行合波的圖解，而圖2(b)是示出用多帶通濾波器進(jìn)行分波的圖解；圖3是示出有關(guān)本發(fā)明第一示例的基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖4是示出對于本發(fā)明第一示例的基本結(jié)構(gòu)的透射特性圖；圖5是示出對于本發(fā)明第一示例的第一實施例的橫截面視圖；圖6是示出對于本發(fā)明第第一示例的第一實施例的透射特性圖；圖7是示出對于本發(fā)明第一示例的第二實施例的橫截面視圖；圖8是示出對于本發(fā)明第一示例的第二實施例的透射特性圖；圖9是示出對于本發(fā)明第一示例的第三實施例的透射特性圖；圖10是示出對于本發(fā)明第一示例的第三實施例的透射特性圖；圖11是示出對于本發(fā)明第一示例的第四實施例的透射特性圖；圖12是示出對于本發(fā)明第一示例的第一變化形式的透射特性圖；圖13是示出對于本發(fā)明第一示例的第二變化形式的透射特性圖；圖14是示出對于本發(fā)明第一示例的第三變化形式的透射特性圖；圖15是示出有關(guān)本發(fā)明第二示例的基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
圖16是示出對于本發(fā)明第二示例的基本結(jié)構(gòu)的透射特性圖；圖17是示出對于本發(fā)明第二示例的第一實施例的橫截面視圖；圖18是示出對于本發(fā)明第二示例的第一實施例的透射特性圖；圖19是示出對于本發(fā)明第二示例的第二實施例的透射特性圖；圖20是示出對于本發(fā)明第二示例的第三實施例的透射特性圖；圖21是示出對于本發(fā)明第二示例的第四實施例的透射特性圖；圖22是示出有關(guān)本發(fā)明第三示例的基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖23是示出本發(fā)明第三示例的橫截面視圖；圖24是示出本發(fā)明第三示例的透射特性圖；圖25是示出本發(fā)明第四示例的橫截面視圖；圖26是示出本發(fā)明第四示例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖27是示出本發(fā)明第四示例的透射特性圖；圖28是示出有關(guān)本發(fā)明第五示例的基本結(jié)構(gòu)圖解，其中圖28(a)是示出薄膜結(jié)構(gòu)的圖解，而圖28(b)是其橫截面視圖；圖29是示出本發(fā)明第五示例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖30是示出本發(fā)明第五示例的橫截面視圖；圖31是示出本發(fā)明第五示例的透射特性圖；圖32是示出有關(guān)本發(fā)明第六示例的基本結(jié)構(gòu)圖，其中圖32(a)是示出薄膜結(jié)構(gòu)的圖，而圖32(b)是其橫截面視圖；圖33是示出本發(fā)明第六示例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖34是示出本發(fā)明第六示例的橫截面視圖；圖35是示出本發(fā)明第六示例的透射特性圖；圖36是示出有關(guān)本發(fā)明第七示例的基本結(jié)構(gòu)的圖，其中圖36(a)是示出薄膜的結(jié)構(gòu)圖，而圖36(b)是其橫截面視圖；圖37是示出本發(fā)明第七示例的薄膜的結(jié)構(gòu)圖；圖38是示出本發(fā)明第七示例的橫截面視圖；圖39是示出本發(fā)明第七示例的透射特性圖；圖40是示出本發(fā)明第八示例的透射特性圖；圖41是示出本發(fā)明第九示例的透射特性圖；圖42是示出本發(fā)明第十示例和第十一示例的透射特性圖；以及圖43是示出常規(guī)技術(shù)的橫截面視圖。
標(biāo)記說明2，2a，2b基底3，3a，5a，8a，12，15a，18a，21a疊合層部分的薄膜4a，6，9，16，19，22基本塊13空氣側(cè)匹配層14基底側(cè)匹配層C間隔層L較低折射率的薄膜H較高折射率的薄膜M鏡面層T匹配層具體實施方式
將在下文，參考附圖解釋本發(fā)明的幾個實施例。例如，正如在示出示意的橫截面視圖的圖1中所示，本發(fā)明的多帶通濾波器1是一種由電介質(zhì)粗成的多層濾波器，它包括對從紅外到紫外范圍的目標(biāo)光是透明的基底2，以及疊合在基底3上的成層狀結(jié)構(gòu)部分的薄膜3，該部分形成法布里-珀羅(FP)干涉儀，它具有鏡面部分，間隔部分，且如果需要，還有匹配部分。這些部分包括兩種或更多的具有不同折射率和不同材料的電介質(zhì)，以其光學(xué)薄膜厚度等于1/4參考波長的作為一個單元被疊合。基底2要根據(jù)其用途，從堿性較小的玻璃即硼硅玻璃的白色檔板玻璃，主要由二氧化硅組成的熔融石英即石英晶體，或者BK7(商品名稱)，WHS-13(商品名稱)，WMS-15(商品名稱)的光學(xué)玻璃，藍(lán)寶石，LiNbO3，CaF2，硅，半導(dǎo)體基底，合成樹脂，以及玻璃光纖邊緣表面中來挑選。
對于在基底2上形成的成層狀結(jié)構(gòu)部分的薄膜3的較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L來說，在TiO2，Y2O3，Ta2O5，ZrO，ZrO3，Si，ZnS，HfO2，Ge，Nd2O6，Nb2O5，CeO2，ZnO，F(xiàn)e2O3，SiO2，MgF2，AlF3，CaF2，LiF，Na3AlF6，Na5Al3F14，Al2O3，CeF3，MgO，LaF3，PbF2，NdF3，或其任意的混合物中至少挑選兩種材料。然后把在這里被選定的材料，通過真空沉積，濺射，或離子鍍的PVD方法(物理氣相外延)，例如，電阻加熱沉積，電子束(EB)加熱沉積，射頻(RF)加熱沉積，激光束加熱沉積，離子化濺射，離子束濺射，等離子體濺射，離子輔助方法，或酸根輔助濺射中的任何一種方法捋所定的膜厚度交替地鍍到基底上。
層狀結(jié)構(gòu)部分的薄膜3的結(jié)構(gòu)如下。
就是說，在電介質(zhì)薄膜中，當(dāng)目標(biāo)光的波長為λ時，則各光學(xué)薄膜的厚度為λ/4。當(dāng)各電介質(zhì)薄膜是X或Y；鏡面層是M；間隔層是C；和匹配層是T時，在這些疊合層之間的關(guān)系的基本公式是[M0C1M1…CiMi(T)]k或[M0C1M1…CiMi]k此處i和k是不小于2的整數(shù)，而M和C和T則具有下面的結(jié)構(gòu)M是單獨層，它具有其光學(xué)薄膜厚度等于1/4參考波長的奇數(shù)倍的薄膜，或者由[(2p+1)X，(2q+1)Y，…]的奇數(shù)倍(此處p，q，…是零或整數(shù))所表示的不同電介質(zhì)X和Y的交替層，(例如，X，Y，XYX，YX，3XYX5Y，…等)。
C是單獨層，它具有其光學(xué)薄膜厚度等于1/4參考波長的偶數(shù)倍的薄膜，或者由[(2r)Y，(2s)X，…]的偶數(shù)倍(此處r，s，是零或正整數(shù))所表示的不同電介質(zhì)X和Y的交替層(例如，2X，2Y，2X4Y，2Y2X2Y，…等)。
T是單獨層，它具有其光學(xué)薄膜厚度等于1/4參考波長的奇數(shù)倍的薄膜(這薄層是調(diào)節(jié)在相鄰的基本塊(單一的基本程式結(jié)構(gòu))之間的相位，且如果M0的起始層和Mi的終止層是相同電介質(zhì)材料時，T作為調(diào)節(jié)層是必需的)。
從上面的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，可把單個或多個具有1/4參考波長的偶數(shù)倍厚度的電介質(zhì)X和Y中的至少一個或數(shù)個插入到基本程序結(jié)構(gòu)中的任意位置。
在上面提到的鏡面層M，間隔層C，和匹配層T之間的疊合關(guān)系的基本程式[M0C1M1C2M2…M(i-1)CiMi(T)]k中，包括了多個FP干涉儀結(jié)構(gòu)的重復(fù)。如果i≥2，鏡面層M是3或更多；間隔層C是2或更多?；緣K(在基本公式的括號[]內(nèi)的部分)具有兩個或更多的FP干涉儀結(jié)構(gòu)，此處鏡面層M1由M0C1M1和M1C2M2的這兩個FP干涉儀所共有。
在由上面提到的基本公式所表示的電介質(zhì)薄膜的交替地疊合層之結(jié)構(gòu)中，這鏡面層M和間隔層C都可由數(shù)層電介質(zhì)薄膜構(gòu)成。當(dāng)它們被彼此相鄰地放置時，在鏡面層M中最外層的電介質(zhì)應(yīng)與在間隔層C中最外層的電介質(zhì)不同，反之亦然。對于鏡面M0和Mi來說，一個是放在基本塊的起始處，另一個則放在終端處，如果在最外側(cè)，它們具有相同的電介質(zhì)層，則重復(fù)之后，鄰接的相同薄層它們本身就會成為具有X或Y偶數(shù)倍厚度的薄層。為避免上面不必要的間隔層的形成，在這種場合下就必須引入具有X或Y的奇數(shù)倍厚度的單一匹配層T。
在基本塊中間隔層C的數(shù)目恰好等于在透射特性曲線中的峰數(shù)。因為參考波長是多帶通濾波器的中央波長，所以，如果間隔層C的數(shù)目是奇數(shù)，那么在透射特性曲線中的中央波長λ處產(chǎn)生一個波峰，而如果這數(shù)目是偶數(shù)，則產(chǎn)生一個波谷。
另外，當(dāng)橫軸為頻率或者波數(shù)時，多帶濾波器的頻譜形狀成為是對稱的(實際上，嚴(yán)格地講，由于電介質(zhì)材料的色散性，至使它有點不對稱)，所以，當(dāng)橫軸代表波長時，在長波長側(cè)的波峰是較寬的，而在較短波長帶側(cè)的波峰是較狹的。如果把間隔層C的厚度增加一倍，則透射峰的半寬(FWHM)變狹，且兩波峰之間的距離也變得較狹。鏡面層M的層數(shù)越多，則透射峰的FWHM變得越狹。另外，基本塊的重復(fù)數(shù)越多，在峰的中央處的透射區(qū)和阻止區(qū)之間的截止深度越大。與此相適應(yīng)，在把上面的諸因素適當(dāng)?shù)卦O(shè)定之后，就可獲得適用于這目的的多帶通濾波器。
如果在基本塊中，除匹配層T之外，鏡面層M和間隔層C的各層膜的厚度作為一行數(shù)字來整理，則當(dāng)這一行數(shù)字成為對稱時，基本塊的峰透射率成為最高。
例如，對[M0C1M1C2M2(T)]來說，如果M0＝(XYX)，M1＝(XYXYX)，M2＝(XYX)，C1＝C2＝(2Y)，和T＝Y(jié)，則這一行數(shù)字是[1112111112111]，于是，峰透射率成為最高。
例如，對[M0C1M1C2M2]來說，如果M0＝M2＝(XY)，M1＝(YXYX)，C1＝(4X)，以及C2＝(4Y)，于是這一行數(shù)字是[1141111411]，此時峰透射率成為最高。
待插入的電介質(zhì)X和Y的厚度被限制于為λ/4的偶數(shù)倍。如果它被引入到鏡面層M中，間隔層C的數(shù)目不改變，則峰的數(shù)目亦不改變，但是，峰的位值和FWHM稍有變化。當(dāng)它被引入到間隔層C里面時，峰的數(shù)目可能會增加。
例如，如果把(2Y)引入到(XYX)，它變?yōu)?X3YX)，峰的數(shù)目不改變。
例如，把(2X)或(2Y)中的任何一個引入到(X2Y2XY)的中央，它變成(X2Y4XY)或(X4Y2XY)，中空層C的數(shù)目不改變。但是把(2X)和(2Y)同時引入，它變成(X2Y2X2Y2XY)。當(dāng)在所有的間隔層C中進(jìn)行引入時，峰的數(shù)目捋會增加。
在基本塊的間隔層C，鏡面層M和匹配層T中的一部分用不同于電介質(zhì)X和Y的第三電介質(zhì)和第四電介質(zhì)互換的場合下，峰的數(shù)目不改變，但峰的位置和FWHM會被改變。
如果如此構(gòu)成的多帶通濾波器1，從基本公式出發(fā)，例如i＝2的疊合層薄膜3，使兩種不同波長區(qū)的光(波長為λ2和λ4的光)透射，具有兩個透射帶的雙峰特性，可進(jìn)行如圖2所示的分波和合波。例如，波長為λ2和λ4之光，以0到30°的預(yù)定入射角入射到多帶濾波器1的表面上，波長為λ1，λ3和λ5的光，從如圖2(b)所示的背側(cè)以預(yù)定的入射角入射在其上，由此可獲得波長為λ1，λ2，λ3，λ4和λ5的合波。當(dāng)波長為λ1，λ2，λ3，λ4和λ5的光，以如圖2(b)所示的預(yù)定入射角到多帶通濾波器的表面上時，波長為λ2和λ4的光，經(jīng)過與上面相同的方向通過，而波長為λ1，λ3和λ5的光，則在其另外的方向上被反射，從而完成信號的分波。
將在下文，參考附圖來解釋幾個包括具有上面所提到結(jié)構(gòu)的多帶通濾波器之幾種實施例。
首先，將利用圖3到圖14來解釋第一示例實施例。圖3是示出該基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖4是示出這種基本結(jié)構(gòu)的透射特性圖；圖5是示出這第一實施例的橫截面視圖；圖6是示出第一實施例的透射特性圖；圖7是示出第二實施例的橫截面視圖；圖8是示出這第二實施例的透射特性圖；圖9是示出第三實施例的透射特性圖；圖10是示出第四實施例的橫截面視圖；圖11是示出這第四實施例的透射特性圖；圖12是示出對于第一變化形式的透射特性圖；圖13是示出對于第二變化形式的透射特性圖；圖14是示出對于第三變化形式的透射特性圖。
因為本實施例，其所有的M和C分別是相同的(M0＝M1＝Mi，C1＝…＝Ci)，所以在上面提到的基本程式(M0C1M1…CiMi(T))k由[M(CM)iT]k來表示。本實施例這個示例是以具有如圖3和圖4分別所示的基本結(jié)構(gòu)和透射特性的一種濾波器，當(dāng)i＝2時，具有兩個透射帶。這基本結(jié)構(gòu)由如下的方式形成。
在圖3和圖4中，2a是由具有折射率n＝1.52的玻璃形成的基底，在其上表面設(shè)置薄膜疊合層部分3a。薄膜疊合層部分3a包括具有折射率n為2.22，和光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，以及具有折射率n為1.44和光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料SiO2的較高折射率薄膜L。較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L被交替的疊合而形成薄膜結(jié)構(gòu)，這結(jié)構(gòu)分別將在基本公式中的X和Y換成H和L，如在圖3中所示。
薄膜疊合層部分3a具有的結(jié)構(gòu)是這樣來配置的，即設(shè)置具有較高折射率的薄膜H和較低折射率的薄膜L，按H，L，H交替地疊合的鏡面層M，和具有光學(xué)薄膜厚度為(2×λ/4)，用2L表示的較低折射率薄膜L的間隔層C，插入鏡面層M之間。而且，間隔層C和鏡面層M的組合被重復(fù)兩次之后，在這個結(jié)構(gòu)和在基底2a的中間，設(shè)有較低折射率薄膜L的單一層的匹配層T，從而構(gòu)成一基本塊4a。這基本塊4a由[M(CM)2T]1來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性成為雙峰特性，其中在參考波長λ＝1450nm處的透射率是低的，并在如圖4所示的其兩側(cè)處都具有較高透射率的透射區(qū)。
在下面提到的這個示例的各示例中，都具有在基底2a上重復(fù)設(shè)置的基本塊4a。
圖5和圖6是用來解釋第一示例發(fā)明的第一實施例。多帶通濾波器1a1是在基底2a上，用在上面提到的基本塊4a重復(fù)設(shè)置兩次的薄膜疊合層部分3a1的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)2T]2來表示，(此處M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其在參考波長λ處的透射特性是低的，并在如圖6所示的其兩側(cè)處，都具有較高透射率的透射區(qū)。較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)是充分分離的，使在透射帶和阻通帶之間的截止深度是足夠大的。多帶通濾波器1a1，在約為1380nm和1540nm的兩個波長區(qū)中，具有良好的透射帶。
參考圖7和圖8，將解釋本示例的第二實施例。多帶通濾波器1a2具有在基底2a上，用在上面提到的基本塊4a重復(fù)設(shè)置三次的薄膜疊合層部分3a2的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)2T]3來表示，(此處M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其在參考波長λ處的透射特性是很低的，即幾個百分?jǐn)?shù)，并在如圖8所示的其兩側(cè)處，都具有如第一實施例一樣的較高透射率的透射區(qū)。較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)的截止深度，比在第一實施例中的截止深度更為充分，使在透射帶和阻止帶之間的截止深度變得更大。因此，多帶通濾波器1a2，在約為1380nm和1540nm的兩個波長區(qū)中，具有良好的透射帶。
參考圖9用來解釋這個示例的第三實施例。多帶通濾波器1a3(未示出)是在基底2a上，用在上面提到的基本塊4a重復(fù)設(shè)置四次的薄膜疊合層部分3a3(未示出)的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)2]4來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其在參考波長λ處的透射率約為零，并在其兩側(cè)都具有象第一實施例一樣的較高透射率的兩個透射區(qū)，如圖9中用實線所示。圖9中用虛線所示的是在高透射區(qū)和低透射區(qū)之間的截止深度具有26dB之高。比在第二實施例中的截止深度更深。因此，多帶能濾波器1a3，在約為1380nm和1540nm處的兩個波長區(qū)中，具有良好的透射帶。
參考圖10和圖11用來解釋這個示例的第四實施例。多帶通濾波器1a4是在基底2a上，用在上面提到的基本塊4a重復(fù)設(shè)置五次的薄膜疊合層部分3a4的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其在參考波長λ處的透射特性是很低的，約為，并在其兩側(cè)都具有如第一實施例一樣的較高透射率的兩個透射區(qū)，如圖11中用實線所示。圖11中用虛線所示的是在高透射區(qū)和在峰中間的低透射區(qū)之間的截止深度有34dB之高。當(dāng)基本塊4a的重復(fù)次數(shù)，象上面那樣的增加時，較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)的截止深度會繼續(xù)得到改善。因此，多帶通濾波器1a4，在約1380nm和1540nm處的兩個波長區(qū)中，具有良好的透射帶。
接下來將解釋這個示例的第一變化形式。圖12是示出這個變化形式的透射特性圖。這個變化形式的多帶通濾波器1b(未示出)具有是在在基底2a上，用接下來描述的基本塊4b重復(fù)設(shè)置五次的薄膜疊合層部分3b(未示出)的結(jié)構(gòu)。即，基本塊4b包括鏡面層M，它只包括一層具有光學(xué)薄膜厚度為λ/4的、其折射率n＝2.22的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率的薄膜H的薄層，但不包括較低折射率的薄膜L；間隔層C，它包括具有光學(xué)薄膜厚度為由2L表示的(2×λ/4)的、其折射率n＝1.44的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率的薄膜L；以及在基底2a側(cè)上還有具有光學(xué)薄膜厚度為λ/4的單一成層狀結(jié)構(gòu)的匹配層T，它由與間隔層C用相同的較低折射率薄膜L構(gòu)成，薄膜疊合層部分3b的結(jié)構(gòu)由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，C＝2L，T＝L)。其在參考波長λ處的透射率是很低的，在其兩側(cè)處，可提供如圖12中用實線所示的具有比第四實施例更寬的透射區(qū)的雙峰特性。圖12中的虛線是上個實施例的透射特性。
接下來將解釋這個示例的第二變化形式。圖13是示出這個變化形式的透射特性圖。這個變化形式的多帶通濾波器1c(未示出)是在基底2a上，用在上面提到的基本塊4c重復(fù)設(shè)置五次的薄膜疊合層部分3c(未示出)的結(jié)構(gòu)。即，基本塊4c具有包括鏡面層M，在其中，如在上面提到的示例一樣，光學(xué)薄膜厚度為λ/4的較高折射率的薄膜H和較低折射率的薄膜L，象H，L，H，L，H那樣被交替地疊合起來，和光學(xué)薄膜厚度為(2×λ/4)的較低折射率薄膜L，放在鏡面層M之間、由2L所表示的間隔層C的結(jié)構(gòu)。這結(jié)構(gòu)在中空層C和鏡面層M的組合被重復(fù)配置兩次之后，在基底2a的側(cè)面上還具有單一成層狀結(jié)構(gòu)的較低折射率薄膜L的匹配層T，并由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，L，H，C＝2L，T＝L)。在參考波長λ處的透射特性是很低的約百分之零，于是，在其兩側(cè)處，如圖中實線所示可提供比虛線所示的第四實施例更狹的透射帶位于1400nm和1500nm。
下面解釋這個示例的第三變化形式。圖14是示出這個變化形式的透射特性圖。這個變化形式的多通道濾波器1d(未示出)是在基底2a上，象第四實施例那樣，用在上面提到的基本塊4d重復(fù)設(shè)置五次的疊合層部分段的薄膜3d(未示出)的結(jié)構(gòu)。即，基本塊4d具有包括鏡面層M，相當(dāng)于在上面提到的各示例的光學(xué)薄膜厚度為λ/4的較高折射率的薄膜H和較低折射率的薄膜L，象H，L，H那樣被交替地疊合起來，和光學(xué)薄膜厚度為第四實施例兩倍是(4×λ/4)的較低折射率膜L，放在鏡面層M之間、由4L來表示的間隔層C。這結(jié)構(gòu)在間隔層C和鏡面層M的組合被重復(fù)配置兩次之后，在基底2a的側(cè)面上還具有單一成層狀結(jié)構(gòu)的較低折射率薄膜L的匹配層T，并由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，L，H，C＝4L，T＝L)。在參考波長λ處的透射率約為百分之零，于是，在其兩側(cè)處，如圖中實線所示，可提供比虛線所示的第四實施例的透射帶略狹的透射帶、位于1400nm和1500nm。
參考圖15到圖21，用來解釋第二示例。圖15是示出該基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖16是示出這基本結(jié)構(gòu)的透射特性圖；圖17是示出第一實施例的橫截面視圖；圖18是示出這第一實施例的透射特性圖；圖19是示出這第二實施例的橫截面視圖；圖20是示出這第三實施例的透射特性圖；以及圖21是示出這第四實施例的透射特性圖。
因為如上所述的第一實施例一樣，這個示例其所有的M和C都分別相同的，即(M0＝M1…Mi，C1＝…＝Ci)，所以本實施例的基本程式[M0C1M1…CiMi(T)]k由[M(CM)iT]k來表示。這個示例是以分別具有如圖15和圖16所示的基本結(jié)構(gòu)和透射特性的一種濾波器為基礎(chǔ)，在i＝3的場合下，具有三個透射帶，這基本結(jié)構(gòu)由如下的方式形成。
在圖15和圖16中，2a是由具有折射率n＝1.52的玻璃形成的基底，在其上表面裝有疊合部分段的薄膜5a。疊合部分的薄膜5a包括電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，它具有折射率n＝2.22，和1/4參考波長λ＝1450nm的光學(xué)薄膜厚度，以及電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L，它具有折射率n＝1.44和1/4參考波長λ＝1450nm的光學(xué)薄膜厚度。較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L被交替地疊合，并在一起形成薄膜結(jié)構(gòu)，在基本程式中，這結(jié)合分別具有用于X和Y的H和L，如圖15所示。
薄膜疊合層部分5a具有的結(jié)構(gòu)是這樣來配置的，即設(shè)置具有較高折射率的薄膜H和較低折射率的薄膜L，按H，L，H交替地疊合的鏡面層M，和具有光學(xué)薄膜厚度為(2×λ/4)，插入鏡面層M之間，用2L來表示的較低折射率薄膜的間隔層C。而且，在間隔層C和鏡面層M的組合被重復(fù)三次之后，這結(jié)構(gòu)在基底2a的側(cè)面上，具有較低折射率薄膜L的單一成層狀結(jié)構(gòu)的匹配層T，以便構(gòu)成一基本塊6?；緣K6由[M(CM)3T]1來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性是三峰特性，此處，在如圖16所示的參考波長λ＝1450nm和兩側(cè)處都提供較高透射率的透射區(qū)。還形成四個截止區(qū)，有兩個在峰的中間，有兩個在外側(cè)。
在下面提到的這個示例的各實施例中，都是在基底2a上重復(fù)設(shè)置的基本塊6。
參考圖17和圖18，用來解釋這個示例的第一實施例。多帶通濾波器7a1是在基底2a上，用在上面提到的基本塊6重復(fù)設(shè)置兩次的層薄膜疊合層部分5a1的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)3T]2來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性是三峰特性，在參考波長λ和兩側(cè)提供較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個低透射區(qū)介入，這三個較高的透射區(qū)如圖18所示被大致相等的距離相隔開。這三個較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)被充分地隔開，使透射帶和阻通帶之間的截止深度足夠大。這個實施例的多帶通濾波器7a，在約為1340nm，1450nm和1580nm的三個波長區(qū)處具有透射帶。
參考圖19用來解釋這個示例的第二實施例。多帶通濾波器7a2(未示出)是在基底2a上，用在上面提到的基本塊6重復(fù)設(shè)置三次的薄膜疊合層部分5a2(未示出)的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)3T]3來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性是三峰特性，如圖19所示、在參考波長λ和兩側(cè)提供這較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個具有百分之幾的透射率的低透射區(qū)介入，而這三個高透射率的透射區(qū)一起被象第一實施例那樣大致相等的距離相隔開、這三個較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)，比第一實施例的截止深度更大，這個實施例的多帶通濾波器7a1，在約為1340nm，1450nm和1580nm的三個波長區(qū)具有透射帶。
參考圖20用來解釋這個示例的第三實施例。多帶通濾波器7a3(未示出)是在基底2a上，用在上面提到的基本塊6重復(fù)四次的薄膜疊合層部分5a3(未示出)的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)3T]4來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性是三峰特性，在參考波長λ和兩側(cè)提供這較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個低透射區(qū)介入，而這三個較高的透射區(qū)一起被象第一實施例那樣大致相等的距離相隔開，如圖20所示。這三個較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)之間的截止深度是很大的。這個示例的多帶通濾波器，在約為1340nm，1450nm和1580nm的三個波長區(qū)具有透射帶。
參考圖21，用來解釋這個示例的第四實施例。多通道濾波器7a4(未示出)是在基底2a上，用在上面提到的基本塊6重復(fù)設(shè)置五次的薄膜疊合層部分5a4(未示出)的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。其透射特性是三峰特性，在參考波長λ及其兩側(cè)提供這較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個透射率約為零的低透射區(qū)介入，而這三個較高透射率的透射帶一起被象第一實施例那樣大致相等的距離相隔開，如圖21所示。在基本塊6的重復(fù)次數(shù)得到增加時，會改善截止深度這個實施例的多帶通濾波器，在約為1340nm，1450nm和1580nm的三個波長區(qū)具有透射帶。
圖22到圖24用來解釋透射藍(lán)、綠和紅色波長區(qū)的多帶通濾波器的第三示例。圖22是示出該基本結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖23是實施例的橫截面視圖；以及圖24是示出實施例的透射特性圖。
這個示例是以如圖22所示的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具有三個透射帶。該結(jié)構(gòu)按如下方式來構(gòu)成。
在圖22中，標(biāo)記2a指出具有折射率n＝1.52的玻璃基底，并在其上設(shè)置薄膜疊合層部分8。薄膜疊合層部分包括電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，它具有折射率n＝2.22，其光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm。把較高折射率薄膜H和較高低折射率薄膜L交替地疊合起來而形成如圖22所示的薄膜結(jié)構(gòu)，此處在基本程式中的X和Y分別由H和L來表示。
薄膜疊合層部分8由鏡面層M，間隔層C和匹配層T組成。鏡面層M沒有較低折射率薄膜L，只有一層光學(xué)薄膜厚度為λ/4的較高折射率薄膜H；由2L來表示的間隔層C具有光學(xué)薄膜厚度為(2×λ/4)的較低折射率薄膜L；以及匹配層T具有光學(xué)薄膜厚度為λ/4的較低折射率薄膜L的單一層。薄膜疊合層部分8構(gòu)成一個基本塊9。這基本塊由[M(CM)3T]1來表示，(此處，M＝H，C＝2L，T＝L)，而其透射特性是三峰特性，它在參考波長λ＝532nm及其兩側(cè)處具有較高透射率的透射帶，并由較低透射帶把它們分開。并且，因為鏡面層M僅是一層較高折射率薄膜H，所以透射帶的寬度是很寬的。
以這種基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，多帶通濾波器10具有是在在基底2a上，把在上面提到的基本塊9重復(fù)設(shè)置六次用于薄膜疊合層部分8a的結(jié)構(gòu)，并由[M(CM)3T]6來表示，(此處，M＝H，C＝2L，T＝L)。其透射特性具有分別由較低透射帶分開的三個具有較高透射率的透射帶，在參考波長λ＝532nm處的透射帶透射綠色，在其兩側(cè)的透射帶透射藍(lán)色和紅色(473nm和633nm)。各透射帶彼此被充分地分隔開，使得同時透射的藍(lán)、綠和紅色的光彼此具有高度的截止深度。
參考圖25到圖27用來解釋第四實施例。圖25是實施例的橫截面視圖；圖26是示出這個示例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；以及圖27是示出這個示例的透射特性圖。因為這個示例具有象第一實施例一樣的基本結(jié)構(gòu)，所以，在同時參考第一實施例的各圖來進(jìn)行解釋。
在圖25和圖26中，多帶通濾波器11裝有薄膜疊合層部分12，它包括具有折射率n＝2.22的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，和具有折射率n＝1.44的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L，這兩者在具有折射率n＝1.52的玻璃基底2a上被交替地疊合達(dá)60層。對薄膜疊合層部分12的較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L的安排順序大致與第一實施例的第四實施例相同，具有由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)，即，基本塊4a被重復(fù)五次。
但是，在這個示例中，構(gòu)成薄膜疊合層部分12主要部分的第13層到第48層的基本結(jié)構(gòu)，與第一實施例的基本結(jié)構(gòu)是相同的。就是說，其光學(xué)薄膜厚度都是1/4參考波長λ＝1450nm的較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L被按照基本塊4a重復(fù)三次的順序來設(shè)置。該主要部分由[M(CM)2T]5來表示，(此處，M＝H，L，H，C＝2L，T＝L)。
設(shè)置在主要疊合部分之外側(cè)部分上的薄膜疊合層部分即空氣側(cè)的第1層到第12層，和在基底2a上的第49層到第60層分別是空氣側(cè)匹配層13和基底側(cè)匹配層14。匹配層13和14之間的薄膜H和L的膜厚度是這樣來形成的，變化他的係數(shù)使透射帶的波紋最小，透射最大。
匹配層13和14中的H和L的膜厚度使其最佳化之后，如圖27所示從1350nm到1400nm和在從1510nm到1560nm的兩波長區(qū)處的透射特性，比在圖11中所示第一示例的第四實施例之透射特性更平坦。雖然在這個示例中，在基本結(jié)構(gòu)部分的空氣側(cè)和基底側(cè)，盡管只有12層的薄膜厚度被最佳化處理，但是如果有必要，可以進(jìn)行更多層的最佳化處理。
圖28到圖31用來解釋第五示例。圖28是示出該基本結(jié)構(gòu)的圖；圖28a是示出該薄膜結(jié)構(gòu)的圖；圖28b是橫截面視圖；圖29是示出這個發(fā)明實施例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖30是這個示例的橫截面圖；以及圖31是示出這個示例的透射特性圖。
這個示例對應(yīng)于在上面提到的基本程式[M0(C1M1)…(CiMi)T]k中的(CiMi)的數(shù)目為5的情況，并由[M1(C1M2)(C2M3)(C3M3)(C2M2)(C1M1)T]k來表示，此處M1，M2，M3，C1，C2和C3彼此都是不同的。這個示例以具有相對于C3對稱配置的鏡面層M和間隔層C由圖28所示的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并具有五個透射帶。其基本結(jié)構(gòu)按如下的方式來構(gòu)成。
在圖28中，在具有折射率n＝1.52的玻璃基底2a上形成的薄膜疊合層部分15具有折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L。較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L被交替地疊合，而薄膜結(jié)構(gòu)是，基本程式中的X和Y分別由H和L來形成。
構(gòu)成薄膜疊合層部分15的基本塊16具有象H，L，H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M1，由4L表示的間隔層C1，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M2，由6L表示的間隔層C2，只有H的鏡面層M3，由6L表示的間隔層C3，只有H的鏡面層M3，由2L表示的中空間隔層C2，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M2，由4L表示的間隔層C1，象H，L，H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M1，以及L的匹配層T，所有這些薄層按上面提到的順序形成。
當(dāng)多帶通濾波器17被形成時，通過，例如，基本塊16重復(fù)三次形成的薄膜疊合層部分15a被設(shè)置在基底2a上，如圖29和圖30所示。
如上面那樣構(gòu)成的多帶通濾波器17的透射特性是五峰特性，在參考波長λ，其兩側(cè)及其再外部的兩側(cè)處提供較高透射率的透射區(qū)，它們被四個透射率約為零的透射區(qū)介入，而這五個較高透射率的透射帶一起被不均勻的距離相隔開，如圖31所示。這個示例的多帶通濾波器，在約1310nm，1390nm，1450nm，1520nm和1630nm的五個波長區(qū)具有透射帶。
參考圖32到圖35，接下來將解釋第六實施例。圖32是示出該基本結(jié)構(gòu)的圖；圖32(a)是示出該薄膜結(jié)構(gòu)的圖；圖32b是橫截面視圖；圖33是示出這個示例的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖34是這個示例的橫截面視圖；以及圖35是示出本實施例的透射特性圖。
這個示例對應(yīng)于在上面提到的基本程式[M0(C1M1)…(CiMi)T]k中(C1M1)到(CiMi)的數(shù)目為5的情況，并由[M(C1M)(C2M)(C3M)(C2M)(C1M)T]k來表示，此處所有M是相同的，但C1，C2，C3彼此都不相同。這個示例以具有相對于C3對稱配置的鏡面層M和間隔層C，由圖32所示的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并具有五個透射帶。其基本結(jié)構(gòu)按下的方式來構(gòu)成。
在圖32中，在具有折射率n＝1.52的玻璃基底2a上形成的薄膜疊合層部分18具有折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)薄膜H和較低折射率薄膜L被交替地疊合，而其薄膜結(jié)構(gòu)是基本程式中的X和Y分別由H和L來形成。
包括一塊基本塊19的薄膜疊合層部分18具有象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M，由4L表示的間隔層C1，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M，由2L表示的間隔層C2，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M，由6L表示的間隔層C3，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M，由2L表示的間隔層C2，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M，由4L表示的間隔層C1，象H，L，H那樣交替地疊合的來形成鏡面層M，以及L的匹配層T，所有這些薄層按上面提到的順序來形成。
當(dāng)多帶通濾波器20形成時，通過，例如，基本塊19重復(fù)三次形成的薄膜疊合層部分18a被設(shè)置在基底2a上，如圖33和圖34所示。
象上面那樣構(gòu)成的多帶通濾波器20的透射特性是五峰特性，在參考波長λ，其兩側(cè)及其再外部的兩側(cè)處提供較高透射率的透射區(qū)，它們被四個透射率約為零的透射區(qū)介入，而這五個較高透射的透射帶一起被不均勻的距離相隔開，如圖35所示。本實施例的多帶通濾波器，在約1350nm，1390nm，1450nm，1520nm和1570nm的五個波長區(qū)具有透射帶。
圖36到圖39用來解釋第七示例。圖36是示出該基本結(jié)構(gòu)的圖；圖36(a)是示出該薄膜結(jié)構(gòu)的圖；圖36(b)是橫截面視圖；圖37是示出這個示例的薄膜結(jié)構(gòu)，圖38是的橫截面視圖；以及圖39是透射特性圖。
這個示例對應(yīng)于在上面提到的基本程式[M0(C1M1)…(CiMi)T]k中的所有M和C彼此都是不同的情況(M0≠M1≠……≠Mi，C1≠……Ci)，并由[M1c(C1cM2c)…(CicMic+1)T]k來表示。這個示例以由圖36所示的ic＝3的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具有三個透射帶。其基本結(jié)構(gòu)按如下的方式來構(gòu)成。
在圖36中，在光學(xué)玻璃(例如BK7(商品名稱))基底2b上形成的薄膜疊合層部分21具有折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H，如折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L。較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L被交替地疊合，而其薄膜結(jié)構(gòu)是基本程式中的X和Y分別由H和L來形成。
包括一塊基本塊22的薄膜疊合層部分21具有象H，L，H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M1C，由2L表示的間隔層C1C，象H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M2C，由4L表示的間隔層C2C，只有H的鏡面層M3C，由6L表示的間隔層C3C，象H，L，H，L，H，L，H那樣交替地疊合的鏡面層M4C，以及L的匹配層，所有這些薄層按上面提到的順序從表面?zhèn)?空氣側(cè))疊合。其透射特性(未示出)是三峰特性，在參考波長λ＝1450nm及其兩側(cè)提供這較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個低透射區(qū)介入。
這個示例的多帶通濾波器23具有把上面提到的基本塊22重復(fù)三次，用于設(shè)置在基底2a上的薄膜疊合層部分21a，如圖37和圖38所示，并由[M1c(C1cM2c)(C2cM3c)(C3cM4c)T]3來表示，(此處，(M1c＝H，L，H，L，H，M2c＝H，L，H，M3c＝H，M4c＝H，L，H，L，H，L，H，C1c＝2L，C2c＝4L，C3c＝6L，T＝L)。
其透射特性是三峰特性，在參考波長λ，其兩側(cè)處提供較高透射率的透射區(qū)，它們被兩個較低透射區(qū)介入，而這三個較高透射率的透射帶一起被不均勻的距離分隔開，如圖39所示。這三個較高透射率的波長區(qū)與較低透射率的波長區(qū)充分地發(fā)開。本實施例的多帶通濾波器23，在約1360nm，1450nm和1560nm的三個波長區(qū)具有透射帶。
圖40用來解釋第八例。圖40是示出這個示例的透射特性圖。
這個示例對應(yīng)于鏡面層M由薄層的偶數(shù)個H和L構(gòu)成、間隔層C由2X和2Y粗成，不需要在上面提到的匹配層T、因此基本公式[M0(C1M1)…(CiMi)T]k變成由[M0C1M1C2M2]k來表示，此處M0＝M2＝XY，M1＝Y(jié)X，C1＝2X，C2＝2Y，以及K＝5。所以，薄膜疊合層部分(未示出)具有[(XY)(2X)(YX)(2Y)(XY)]5的結(jié)構(gòu)，它是由重復(fù)五次的[(XY)(2X)(YX)(2Y)(XY)]的基本結(jié)構(gòu)提供的，具有兩個透射帶。
在基底上形成的薄膜疊合層部分(未示出)由折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H作為X，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝1450nm的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L作為Y來組成的。
具有象上面那樣結(jié)構(gòu)的這個示例的多帶通濾波器具有如圖40所示的透射特性，在約1300nm到1400nm和1520nm到1460nm的兩個波長區(qū)中有透射帶。
圖41用來解釋第九示例。圖41是示出這個示例的透射特性。
這個示例對應(yīng)于間隔層C由X和Y的偶數(shù)倍，即C1＝C3＝2X，C2＝2Y組成，匹配層T是T＝X，而鏡面層M是M0＝M3＝Y(jié)XY，略去M1和M2，以上面提到的基本程式[M0C1M1…CiMi(T)]k為基礎(chǔ)的情況。這個示例由[M0C1C2C3M3(T)]k來表示，其基本結(jié)構(gòu)是[(YXY)(2X)(2Y)(2X)(YXY)(X)]。這個示例的薄膜疊合層部分(未示出)具有[(YXY)(2X)(2Y)(2X)(YXY)(X)]6的結(jié)構(gòu)，它是用基本結(jié)構(gòu)重復(fù)六次來設(shè)置的，具有三個透射帶。
在基底上形成的薄膜疊合層部分(未示出)由折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考濾長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H作為X，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L作為Y組成。
具有綠色(532nm)的參考波長的這個示例的多帶通濾波器有三個具有較高透射率的透射帶的透射特性，它們能透射參考波長λ＝532nm的綠色光和他兩側(cè)的藍(lán)色波長區(qū)和紅色波長區(qū)，這三個透射帶被兩個較低透射帶介入，如圖41所示。
圖42用來解釋第10示例。圖42是示出這個示例的透射特性圖。
在第九示例中，從薄膜疊合層部分的結(jié)構(gòu)[(YXY)(2X)(2Y)(2X)(YXY)(X)]6中，在鏡面層M中的一個Y，用不同于X和Y的第三電介質(zhì)V來替代，而在這個示例中，和間隔C的一個2X用2V來替代。所以，這個示例的薄膜疊合層部分具有[(YXV)(2X)(2Y)(2V)(YXV)(X)]6的結(jié)構(gòu)，具有象第九示例那樣的三個透射帶。
在基底上形成的薄膜疊合層部分(未示出)由折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H作為X，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L作為Y組成。這V包括具有折射率n＝1.63，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料Al2O3的中間折射率薄膜B。
具有綠色(532nm)的參考波長λ的這個示例的多帶通濾波器有三個具有較高透射率的透射帶，它們能透射參考波長λ＝532nm(綠色)，和在兩側(cè)的藍(lán)色波長區(qū)和紅色波長區(qū)，它們被兩個較低透射帶介入，如圖42中的實線所示。
圖42用來解釋第11示例。
在第10示例中，從薄膜疊合層部分的結(jié)構(gòu)[(YXY)(2X)(2Y)(2X)(YXY)(X)]6中，一鏡面層M的Y和X，用不同于X和Y的第三和第四電介質(zhì)Z和W來替代，而在這個示例中，間隔層C的一2X用2Z來替代。所以，這個示例的薄膜疊合層部分具有[(ZWY)(2X)(2Y)(2Z)(YXY)(X)]6的結(jié)構(gòu)，具有第10示例那樣的三個透射帶。
在基底上形成的薄膜疊合層部分(未示出)由折射率n＝2.22，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料TiO2的較高折射率薄膜H作為X，和折射率n＝1.44，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料SiO2的較低折射率薄膜L作為Y組成。這Z包括具有折射率n＝2.07，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料ZrO2的第三折射率薄膜D，以及W包括折射率n＝1.38，光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長λ＝532nm(綠色)的電介質(zhì)材料MgF2的第四折射率薄膜E。
具有綠色(532nm)的參考波長的這個示例的多帶通濾波器有三個具有較高透射率的透射帶的透射特性，它們能透射參考波長λ＝532nm(綠色)，在兩側(cè)的藍(lán)色波長區(qū)和紅色波長區(qū)，這三個透射帶被兩個較低透射帶介入，如圖42中虛線所示。替代X，Y的V，Z，W原來的X，Y之間的折射率之差越大，則FWHM的變化和峰位置的變化亦變得越大。
本發(fā)明不僅僅局限到在上面提到的諸實施例，而且也包括到任意其它的以適當(dāng)參考波長，間隔層C的數(shù)目，各鏡面層M和間隔層C的較高折射率薄膜H和較低折射率薄膜L的數(shù)目，基本塊的重復(fù)數(shù)，基底材料，電介質(zhì)薄膜材料為基礎(chǔ)來獲得所需光學(xué)性能的所有多帶通濾波器。而且，如果有必要，還可把匹配層不是設(shè)置在表面上，就是設(shè)置在基底上，或者在具有象第四實施例那樣重復(fù)疊合基本塊的疊合結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上。雖然在上面提到的各實施例中，X是較高折射率薄膜H和Y是較低折射率薄膜L，但是，X也可以是較低折射率薄膜L和Y也可以是較高折射率薄膜H。況且，位于基本塊的任何位置的薄層中的一部分可用一種不同的第三或第四材料來替代。
權(quán)利要求
1.一種多帶通濾波器，包括基底，其對目標(biāo)光是透明的；以及薄膜疊合層部分，由至少鏡面層和在鏡面層以外的間隔層，間隔層和匹配層形成，它包括具有不同折射率的兩種電介質(zhì)，作為一個單元疊合在基底上，其光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長，以形成多個法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)電介質(zhì)薄膜由X和Y表示；鏡面層由M表示；間隔層由C表示；以及匹配層由T表示時，該薄膜疊合層部分具有由疊合的基本公式表示的結(jié)構(gòu)[M0C1M1…CiMi(T)]k或[M0C1M1…CiMi]k(此處i和k是不小于2的整數(shù))；此外M是單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長的奇數(shù)倍，或者由不同電介質(zhì)X和Y的[2p+1]X，(2q+1)Y，…]所表示的一交替的層(此處p，q，…分別是零或正整數(shù))；C是單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長的偶數(shù)倍，或由不同電介質(zhì)X和Y的[(2r)Y，(2s)X，…]所表示的一種交替層(此處，r，s…分別是零或正整數(shù))；T是一單獨層，其薄膜的光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長的奇數(shù)倍。
2.如權(quán)利要求1所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述具有厚度為1/4參考波長偶數(shù)倍的電介質(zhì)X和Y中的至少一個被單獨或多于一個地插入到由基本程式表示的結(jié)構(gòu)的任意位置中。
3.如權(quán)利要求1所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述疊層薄層部分段的薄膜或是在基底側(cè)上，或是在表面?zhèn)壬?，或是在兩?cè)上設(shè)置數(shù)層匹配層去增加帶通的透射、減少帶通的反射和波紋。
4.如權(quán)利要求3所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述用于使與該薄膜疊合層部分外側(cè)匹配的匹配層的數(shù)目與基本塊[M0C1M1…CiMi(T)]的數(shù)目相等或更多。
5.如權(quán)利要求1或2所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述參考波長為1450nm，i和k不小于2。
6.如權(quán)利要求1所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述由X、Y構(gòu)成的鏡面層M和間隔層C的電介質(zhì)的一部分或者全部，被具有折射率與用于構(gòu)成該薄膜疊合層部分的電介質(zhì)折射率不同的至少一種或者多種電介質(zhì)替代的多元混合電介質(zhì)構(gòu)造。
7.一種多帶通濾波器，包括基底，其對目標(biāo)光是透明的；以及薄膜疊合層部分，由鏡面層，間隔層，和匹配層形成，包括兩種電介質(zhì)，這兩種彼此都是不同的，作為一個單元疊合在基底上，其光學(xué)薄膜厚度為1/4參考波長，以形成多個法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)，其中該參考波長對應(yīng)于可見光，而當(dāng)電介質(zhì)薄膜由X和Y表示，和鏡面層由M表示時，該薄膜疊合層部分由[M0(2eY)M1(2fY)M2(2gY)M3(Y)]k，或[M4(2eY)(2fX)(2gY)M5(Y)]k，或[M6(2eY)M7(2fX)M8(2gY)M9(X)]k，來表示，此處M0到M5是X，XYX，XYXYX，XYXYXYX中的一個；M6，M8是YX，YXYX，YXYXYX中的一個，而M7，M9則是XY，XYXY，XYXYXY中的一個；e，f和g是不小于1的整數(shù)；k是不小于2的整數(shù)；以及所形成的傳輸特性曲線中三個峰的中央波長分別等于三原色波長，即藍(lán)，綠和紅色。
8.一種多帶通濾波器，包括對目標(biāo)光透明的基底和包括具有光學(xué)薄膜厚度(532/4)nm的電介質(zhì)的較高折射率薄膜和具有光學(xué)薄膜厚度(532/4)nm的電介質(zhì)的較低折射率薄膜的薄膜疊合層部分，這兩種薄膜被交替地疊合，其中，當(dāng)較高折射率薄膜和較低折射率中的一個由X表示，而另一個由Y表示時，該薄膜疊合層部分由[X(2Y)X(2Y)X(2Y)X(Y)]k來表示，此處k是不小于2的整數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述較高折射率薄膜是X；較低折射率薄膜是Y；以及k是6。
10.如權(quán)利要求9所述的多帶通濾波器，其特征在于，所述較高折射率薄膜是TiO2，Ta2O5，ZrO2，Nb2O5，Al2O3中的任意一個形成，而較低折射率薄膜是由SiO2形成。
全文摘要
提供一種傳輸多個不同波長區(qū)的多帶通濾波器，為供遠(yuǎn)程通信和光學(xué)之用，它們在帶通和截止帶之間的截止深度應(yīng)該足夠大。一種多帶通濾波器包括通過鏡面層，間隔層等設(shè)置在基底2上的薄膜疊合層部分3，具有不同折射率的兩種電介質(zhì)，其光學(xué)薄膜厚度作為一個單元是1/4參考波長，以便形成多個法布里－珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)，其中該薄膜疊合層部分有一種具有用于疊合關(guān)系的結(jié)構(gòu)，即[M
文檔編號G02B6/132GK1719283SQ20051008445
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者上川尚 申請人:光伸光學(xué)工業(yè)株式會社, 山一電機株式會社