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JP4352373B2 - Fabry-Perot filter - Google Patents
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JP4352373B2 - Fabry-Perot filter - Google Patents

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JP4352373B2 JP2003018592A JP2003018592A JP4352373B2 JP 4352373 B2 JP4352373 B2 JP 4352373B2 JP 2003018592 A JP2003018592 A JP 2003018592A JP 2003018592 A JP2003018592 A JP 2003018592A JP 4352373 B2 JP4352373 B2 JP 4352373B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ファブリペローフィルタは、反射率の高い固定鏡と可動鏡との間にギャップを形成させ、互いに向かい合わせた光学フィルタであり、可動鏡を固定鏡の方向に変位させてギャップの大きさを変化させ、ギャップの大きさに応じた波長を選択して透過させるものである。
【0003】
そして、特定の中心波長λで動作するように設計されたファブリペローフィルタにおいては、固定鏡と可動鏡を構成する多層光学膜の各膜の厚さdは、λ/4=nd(n:屈折率)の条件を満たすように製造される。
そして、ファブリペローフィルタは、2nD=Nλ’(n:屈折率,N:整数,D:ギャップの大きさ)の条件を満たす光の波長λ’を選択して透過させる。
【0004】
図2(a),(b)は従来のファブリペローフィルタの縦断面図である。
図2(a),(b)において、20はSi基板、21は固定鏡であり、Si基板20上に形成されるSiO2/TiO2等からなる多層光学薄膜により構成される。
22は固定電極に対向配置される可動鏡であり、例えばSiO2/TiO2等からなる多層光学薄膜により構成される。
【0005】
23は固定鏡21の中心部が光学的活性領域24として露出するように固定鏡21上に形成される固定電極であり、例えばAu膜で構成されている。
25は可動鏡22を支持する支持膜であり、固定鏡21と可動鏡22の間にギャップを形成するための例えばポリイミドからなるスペーサ26a,26bを介して固定電極23に接続されている。
そして、支持膜25は、Al膜からなる可動電極25aとSiN膜25bの多層膜から構成されている。
【0006】
そして、固定電極23と可動電極25aの間に任意所望の波長選択電圧(駆動電圧)を印加して静電力を発生させることにより可動鏡22を駆動させて固定鏡21と可動鏡22の間に形成されるギャップの大きさを変化させることにより、ファブリペローフィルタはそのギャップの大きさに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させる。
【0007】
尚、ファブリペローフィルタの製造にあたっては、Si基板20上に固定鏡21を構成する多層光学薄膜を堆積させた後、固定電極23となるAu膜を蒸着し、その後Au膜の中央部をエッチング除去して光学的活性領域24を形成する。そしてスペーサ26a,26bとなるポリイミドを前面塗布した後、支持膜25となるAl膜25a及びSiN膜25bを堆積させて中央部をエッチング除去し、除去された中央部に可動鏡22となる多層光学薄膜を堆積させて支持膜25により支持させる。
そして、スペーサ26a,26bを残してポリイミドをエッチング除去し、エアギャップ構造を作製する。
【0008】
そして、ファブリペローフィルタを例えば光通信用に使用する場合、図2(b)に示すように、光ファイバー27a、27bをファブリペローフィルタの上下に配置し、光ファイバー27aから入射した光はファブリペローフィルタで波長を選択されて光ファイバー27bへ出射される。
【0009】
【特許文献1】
特開平7−243963号公報
【特許文献2】
特開2000−162516号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなファブリペローフィルタにおいては、次のような問題点があった。
(1) 支持膜により可動鏡を支持しているため、Si基板の応力、可動鏡の応力などにより可動鏡に反りが生じ、光学的な性能(半値幅等)を制御するために可動鏡を構成する多層光学薄膜の層数を増やすことが困難である。
(2) 可動鏡を構成するTiO2は化学的に安定なためパターニングが困難であり、可動鏡の形成に際してリフトオフの使用、蒸着時におけるハードマスクの使用等が必要となり、製造プロセスが制約を受ける。
(3)基板に垂直方向に配置されるためにその位置合わせが困難である。
【0011】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、多層光学薄膜の層数を少なくすると共に、製造が容易で、光ファイバーとの位置合わせが容易なファブリペローフィルタを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1においては、
固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタにおいて、
前記固定鏡は、単結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層が形成されたSOI基板上に前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより形成され、
前記可動鏡は、前記SOI基板上に前記絶縁膜及び前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記単結晶シリコン基板から浮いた中空梁状に形成されると共に、前記SOI基板の面方向で前記固定鏡に対向配置され、
前記単結晶シリコン層にはフォトエッチングにより鏡形成部と固定部とが互いに分離されて形成されるとともに、前記鏡形成部には前記固定鏡とこの固定鏡とエアギャップを介して対向配置されるように前記可動鏡が形成され、
前記固定部と鏡形成部の所定の距離で離間して対向する各端面には複数のくし型部が前記可動鏡を挟むようにして前記固定鏡及び可動鏡の配置方向と平行の方向にそれぞれ交差した状態で対向配置され、
前記鏡形成部と固定部3間に駆動電圧を加えることにより離間された両者の対向する部分の間に加わる静電力により前記可動鏡を前記SOI基板の面方向に駆動して前記ギャップを可変としたことを特徴とする。
【0013】
本発明の請求項2においては、請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、前記固定鏡及び前記可動鏡は、前記単結晶シリコン基板の面方向に交互に配置されるシリコン部と空隙部とを有することを特徴とするファブリペローフィルタである。
【0014】
本発明の請求項3においては、請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、少なくとも一つの光ファイバーをその端面が前記SOI基板の面方向で前記固定鏡または前記可動鏡に対向配置されるように設けたことを特徴とするファブリペローフィルタである。
【0015】
本発明の請求項4においては、
請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、前記光ファイバーのいずれか一方を端面発光レーザーに置き換えることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図1(a)は、本発明によるファブリペローフィルタの構成を示す上面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。
【0017】
図1(a)、(b)において、ファブリペローフィルタは、単結晶シリコン基板1a上に絶縁膜1bを介して単結晶シリコン層1cが形成されたSOI基板1を半導体製造技術を用いてマイクロマシン加工することにより形成されている。この場合、単結晶シリコン層1cは不純物が高濃度にドープされ、導電性を有している。
【0018】
単結晶シリコン層1cには、フォトエッチングにより鏡形成部2と固定部3とが互いに分離されて形成され、鏡形成部2には、固定鏡4とエアギャップgを介して対向配置される可動鏡5とくし型部6a,6bが形成されている。
【0019】
固定鏡4は、シリコン部4a、空隙部4b、シリコン部4c、空隙部4d、シリコン部4eとからなり、シリコン部4a、空隙部4b、シリコン部4c、空隙部4d、シリコン部4eは、SOI基板1上の単結晶シリコン層1cをフォトエッチングすることにより形成され、単結晶シリコン基板1aの面方向に交互に配置されている。
【0020】
可動鏡5は、シリコン部5a、空隙部5b、シリコン部5c、空隙部5d、シリコン部5e、接続部5f,5gを有し、シリコン部5a、空隙部5b、シリコン部5c、空隙部5d、シリコン部5e、接続部5f,5gは、絶縁膜1b及び単結晶シリコン層1cをフォトエッチングすることにより単結晶シリコン基板1aから浮いた中空梁状に形成され、単結晶シリコン基板1aの面方向に交互に配置されている。
【0021】
この場合、シリコン部5a,5c,5eは接続部5f,5gによって互いに接続され、シリコン部5aは端部7a,7bの両端で固定され、くし型部6a,6bは接続部5f,5gと端部7a,7bの間に単結晶シリコン基板1aから浮いた状態でそれぞれ形成されている。
そして、固定鏡4のシリコン部4eと可動鏡5のシリコン部5aとの間には、エッチングによりエアギャップgが形成されている。
【0022】
また、固定部3にはくし型部8a,8bが形成され、このくし型部8a,8bは鏡形成部2のくし型部6a,6bとそれぞれ交差した状態で対向配置されており、固定部と鏡形成部は所定の距離で離間されて配置されている。
【0023】
そして、光ファイバー9aは、鏡形成部2に設けられた溝に埋め込まれ、その一方の端面がSOI基板1の面方向で固定鏡4に対向した状態で固定鏡4のシリコン部4aに固定されており、光ファイバー9bは、その一方の端面がSOI基板1の面方向で可動鏡5に対向した状態で固定部3に設けられた溝に埋め込まれて固定されている。
この場合、光ファイバー9a,9bの中心軸を結ぶ線上に固定鏡4及び可動鏡5が配置される。
【0024】
ところで、特定の中心波長λで動作するように設計されたファブリペローフィルタにおいては、固定鏡4と可動鏡5を構成するシリコン部4a,4c,4e,5a,5c,5e及び空隙部4b,4d,5b,5dの厚さdは、λ/4=nd(n:屈折率)の条件を満たすように製造される。
そして、ファブリペローフィルタは、2nD=Nλ’(n:屈折率,N:整数,D:ギャップの大きさ)の条件を満たす光の波長λ’を選択して透過させる。
【0025】
シリコンの屈折率は約3.4、空気の屈折率は1であるので、光通信用波長の約1.5μmの光を使用する場合、シリコン部(高屈折率)の厚さは約108nm、空隙部(低屈折率)の厚さは約374nmとなる。
【0026】
しかし、光ファイバーのコア径は約10μmであるので、シリコン部4a,4c,4e,5a,5c,5eの厚さを約108nm、空隙部4b,4d,5b,5dの厚さを約374nmに製作することは製造技術上困難である。
従って、ラインアンドスペースが約1umとなるように、シリコン部4a,4c,4e,5a,5c,5eの厚さを約972nm(108nmの9倍)、空隙部4b,4d,5b,5dの厚さを約1122nm(374nmの3倍)に設計する。
【0027】
尚、ドライエッチングを使用することにより上述のような構造を作成することができるが、単結晶シリコン層1cの面方位が(110)方向であるSOI基板を使用して異方性エッチング(ウエットエッチング)を行うことにより同様の構造を作成することができる。
【0028】
次に、図1に示したファブリペローフィルタの動作について説明する。
鏡形成部2と固定部3の間に駆動電圧Vを加えると、離間された両者の対向する部分の間に静電力が加わり、可動鏡5は光ファイバー9bの方向に変移し、エアギャップgの大きさが変化する(大きくなる)。
【0029】
この場合、静電力の大きさは鏡形成部2と固定部3とが対向する面積の大きさに比例し、固定部3のくし型部8a,8bは鏡形成部2のくし型部6a,6bとそれぞれ交差するように対向配置されているので両者の対向する面積が大きくなっており、可動鏡5の駆動力を大きく取ることができる。
【0030】
そして、光ファイバー9aから入力された光は、エアギャップgの大きさに応じた波長が選択されてファブリペローフィルタを透過し、光ファイバー9bに出力される。
【0031】
そして、鏡形成部2と固定部3の間に加える駆動電圧Vを制御してエアギャップgの大きさを任意所望の大きさに制御することにより、エアギャップgの大きさに対応した任意所望の波長の光をファブリペローフィルタにより選択して出力させることができる。
【0032】
このようなファブリペローフィルタは、光学薄膜としての固定鏡4及び可動鏡5を屈折率差が大きいシリコンと空気が交互に配置される構造で形成したので、TiO2膜とSiO2膜とを組み合わせた従来の構造に比べて、層数を多くすることなく反射率の高い光学薄膜を得ることができる。
【0033】
また、光ファイバーとファブリペローフィルタとの位置合わせは従来のような垂直方向ではなく、横方向(SIO基板1の面方向)で行われるため、その位置合わせ精度を容易に高くすることができる。
【0034】
また、上述のようなファブリペローフィルタは、パターニングが困難なTiO2を使用していないため、シリコンの製造プロセスとの整合性に優れ、容易に製造することができる。
【0035】
尚、光ファイバー9aと光ファイバー9bとの間に、例えば2キャビティー、3キャビティー等の互いに干渉する複数の上述のようなファブリペローフィルタを形成することにより、全体として半値幅を広くする等の光学特性を高めたファブリペローフィルタを得ることが可能である。
【0036】
また、光ファイバー9a,9bのいずれか一方を端面発光レーザーに置き換えることにより、ファブリペローフィルタを波長可変レーザとして使用することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学薄膜(固定鏡及び可動鏡)を屈折率差が大きいシリコンと空気が交互に配置される構造で形成したので、TiO2膜とSiO2膜とを組み合わせた従来の構造に比べて、層数を多くすることなく反射率の高い光学薄膜を得ることができる。
【0038】
また、本発明によれば、光ファイバーとファブリペローフィルタとの位置合わせを水平方向(SIO基板1の面方向)で行うため、その位置合わせ精度を高くすることができる。
【0039】
また、本発明によれば、パターニングが困難なTiO2を使用せず、シリコンのみを加工対象とするため、シリコンの製造プロセスとの整合性に優れ、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるファブリペローフィルタの構成を示す図である。
【図2】従来のファブリペローフィルタの縦断面図である。
【符号の説明】
1 SOI基板
1a 単結晶シリコン基板
1b 絶縁膜
1c 単結晶シリコン層
2 鏡形成部
3 固定部
4 固定鏡
4a,4c,4e シリコン部
4b,4d 空隙部
5 可動鏡
5a,5c,5e シリコン部
5b,5d 空隙部
6a,6b くし型部
7a,7b 端部
8a,8b くし型部
9a,9b 光ファイバー
g エアギャップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Fabry-Perot filter that selectively transmits light of any desired wavelength.
[0002]
[Prior art]
A Fabry-Perot filter is an optical filter in which a gap is formed between a fixed mirror and a movable mirror with high reflectivity and face each other. The movable mirror is displaced in the direction of the fixed mirror to change the size of the gap. The wavelength corresponding to the size of the gap is selected and transmitted.
[0003]
In a Fabry-Perot filter designed to operate at a specific center wavelength λ, the thickness d of each of the multilayer optical films constituting the fixed mirror and the movable mirror is λ / 4 = nd (n: refraction Rate).
The Fabry-Perot filter selects and transmits the light wavelength λ ′ that satisfies the condition 2nD = Nλ ′ (n: refractive index, N: integer, D: gap size).
[0004]
2A and 2B are longitudinal sectional views of a conventional Fabry-Perot filter.
2A and 2B, 20 is a Si substrate, 21 is a fixed mirror, and is formed of a multilayer optical thin film made of SiO 2 / TiO 2 or the like formed on the Si substrate 20.
Reference numeral 22 denotes a movable mirror disposed to face the fixed electrode, and is composed of a multilayer optical thin film made of, for example, SiO2 / TiO2.
[0005]
Reference numeral 23 denotes a fixed electrode formed on the fixed mirror 21 so that the central portion of the fixed mirror 21 is exposed as the optically active region 24, and is made of, for example, an Au film.
A support film 25 supports the movable mirror 22 and is connected to the fixed electrode 23 via spacers 26 a and 26 b made of polyimide for forming a gap between the fixed mirror 21 and the movable mirror 22.
The support film 25 is composed of a multilayer film of a movable electrode 25a made of an Al film and a SiN film 25b.
[0006]
Then, an arbitrary desired wavelength selection voltage (drive voltage) is applied between the fixed electrode 23 and the movable electrode 25a to generate an electrostatic force, thereby driving the movable mirror 22 so that the fixed mirror 21 and the movable mirror 22 can be driven. By changing the size of the gap to be formed, the Fabry-Perot filter selectively transmits light having an arbitrary desired wavelength corresponding to the size of the gap.
[0007]
In manufacturing the Fabry-Perot filter, a multilayer optical thin film constituting the fixed mirror 21 is deposited on the Si substrate 20, and then an Au film serving as the fixed electrode 23 is vapor-deposited, and then the central portion of the Au film is removed by etching. Thus, the optically active region 24 is formed. Then, after applying polyimide on the front surface as the spacers 26a and 26b, the Al film 25a and the SiN film 25b as the support film 25 are deposited, the central portion is removed by etching, and the multilayer optical that becomes the movable mirror 22 at the removed central portion. A thin film is deposited and supported by the support film 25.
Then, the polyimide is etched away leaving the spacers 26a and 26b, and an air gap structure is produced.
[0008]
When the Fabry-Perot filter is used for optical communication, for example, as shown in FIG. 2B, the optical fibers 27a and 27b are arranged above and below the Fabry-Perot filter, and the light incident from the optical fiber 27a is transmitted by the Fabry-Perot filter. The wavelength is selected and emitted to the optical fiber 27b.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-7-243963 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-162516
[Problems to be solved by the invention]
However, such a Fabry-Perot filter has the following problems.
(1) Since the movable mirror is supported by the support film, the movable mirror is warped due to the stress of the Si substrate, the stress of the movable mirror, etc., and the movable mirror is used to control the optical performance (half width, etc.). It is difficult to increase the number of layers of the multilayer optical thin film to be configured.
(2) Since TiO2 constituting the movable mirror is chemically stable, patterning is difficult, and when the movable mirror is formed, it is necessary to use a lift-off, use a hard mask at the time of vapor deposition, and the manufacturing process is restricted.
(3) Since it is arranged in a direction perpendicular to the substrate, its alignment is difficult.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a Fabry-Perot filter that can be easily manufactured and easily aligned with an optical fiber while reducing the number of layers of the multilayer optical thin film. Objective.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In claim 1 of the present invention,
In a Fabry-Perot filter that has a fixed mirror and a movable mirror that is opposed to the fixed mirror with a variable size gap, and selectively transmits light of any desired wavelength corresponding to the gap,
The fixed mirror is formed by photo-etching the single crystal silicon layer on an SOI substrate in which the single crystal silicon layer is formed on the single crystal silicon substrate via an insulating film,
The movable mirror is formed in a hollow beam shape floating on the SOI substrate by photo-etching the insulating film and the single crystal silicon layer on the SOI substrate, and in the surface direction of the SOI substrate. Placed opposite the fixed mirror,
In the single crystal silicon layer, a mirror forming portion and a fixed portion are formed separately from each other by photoetching, and the fixed mirror and the fixed mirror are opposed to each other through an air gap. The movable mirror is formed as
A plurality of comb-shaped portions intersect each other in a direction parallel to the arrangement direction of the fixed mirror and the movable mirror so that the movable mirror is sandwiched between the end faces facing each other at a predetermined distance between the fixed portion and the mirror forming portion. Are placed opposite to each other,
The movable mirror is driven in the direction of the surface of the SOI substrate by the electrostatic force applied between the opposing portions separated by applying a driving voltage between the mirror forming portion and the fixed portion 3, and the gap is made variable. It is characterized by that.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the Fabry-Perot filter according to the first aspect, the fixed mirror and the movable mirror have silicon portions and gap portions that are alternately arranged in a plane direction of the single crystal silicon substrate. This is a Fabry-Perot filter.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the Fabry-Perot filter according to the first aspect, at least one optical fiber is provided such that an end surface thereof is disposed opposite to the fixed mirror or the movable mirror in the surface direction of the SOI substrate. This is a Fabry-Perot filter.
[0015]
In claim 4 of the present invention,
2. The Fabry-Perot filter according to claim 1, wherein any one of the optical fibers is replaced with an edge emitting laser.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a top view illustrating a configuration of a Fabry-Perot filter according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
[0017]
1A and 1B, a Fabry-Perot filter uses a semiconductor manufacturing technique to micromachine a SOI substrate 1 in which a single crystal silicon layer 1c is formed on a single crystal silicon substrate 1a via an insulating film 1b. It is formed by doing. In this case, the single crystal silicon layer 1c is highly doped with impurities and has conductivity.
[0018]
In the single crystal silicon layer 1c, the mirror forming part 2 and the fixed part 3 are formed separately from each other by photoetching, and the mirror forming part 2 is movable so as to be opposed to the fixed mirror 4 via the air gap g. A mirror 5 and comb-shaped portions 6a and 6b are formed.
[0019]
The fixed mirror 4 includes a silicon part 4a, a gap part 4b, a silicon part 4c, a gap part 4d, and a silicon part 4e. The silicon part 4a, the gap part 4b, the silicon part 4c, the gap part 4d, and the silicon part 4e are made of SOI. The single crystal silicon layers 1c on the substrate 1 are formed by photoetching, and are alternately arranged in the plane direction of the single crystal silicon substrate 1a.
[0020]
The movable mirror 5 includes a silicon part 5a, a gap part 5b, a silicon part 5c, a gap part 5d, a silicon part 5e, and connection parts 5f and 5g. The silicon part 5a, the gap part 5b, the silicon part 5c, the gap part 5d, The silicon portion 5e and the connection portions 5f and 5g are formed in a hollow beam shape floating from the single crystal silicon substrate 1a by photoetching the insulating film 1b and the single crystal silicon layer 1c, and are formed in the plane direction of the single crystal silicon substrate 1a. Alternatingly arranged.
[0021]
In this case, the silicon parts 5a, 5c, 5e are connected to each other by the connection parts 5f, 5g, the silicon part 5a is fixed at both ends of the end parts 7a, 7b, and the comb parts 6a, 6b are connected to the connection parts 5f, 5g. They are formed between the portions 7a and 7b in a state of floating from the single crystal silicon substrate 1a.
An air gap g is formed between the silicon portion 4e of the fixed mirror 4 and the silicon portion 5a of the movable mirror 5 by etching.
[0022]
Further, comb mold parts 8a and 8b are formed in the fixing part 3, and the comb mold parts 8a and 8b are arranged to face each other in a state of intersecting with the comb mold parts 6a and 6b of the mirror forming part 2, respectively. The mirror forming parts are spaced apart by a predetermined distance.
[0023]
The optical fiber 9a is embedded in a groove provided in the mirror forming portion 2, and is fixed to the silicon portion 4a of the fixed mirror 4 with one end face thereof facing the fixed mirror 4 in the surface direction of the SOI substrate 1. The optical fiber 9b is embedded and fixed in a groove provided in the fixed portion 3 with one end face of the optical fiber 9b facing the movable mirror 5 in the surface direction of the SOI substrate 1.
In this case, the fixed mirror 4 and the movable mirror 5 are arranged on a line connecting the central axes of the optical fibers 9a and 9b.
[0024]
By the way, in the Fabry-Perot filter designed to operate at a specific center wavelength λ, the silicon portions 4a, 4c, 4e, 5a, 5c, 5e and the gap portions 4b, 4d constituting the fixed mirror 4 and the movable mirror 5 are used. , 5b, 5d are manufactured so as to satisfy the condition of λ / 4 = nd (n: refractive index).
The Fabry-Perot filter selects and transmits the light wavelength λ ′ that satisfies the condition 2nD = Nλ ′ (n: refractive index, N: integer, D: gap size).
[0025]
Since the refractive index of silicon is about 3.4 and the refractive index of air is 1, when using light with an optical communication wavelength of about 1.5 μm, the thickness of the silicon portion (high refractive index) is about 108 nm, The thickness of the gap (low refractive index) is about 374 nm.
[0026]
However, since the core diameter of the optical fiber is about 10 μm, the thickness of the silicon portions 4a, 4c, 4e, 5a, 5c, and 5e is about 108 nm, and the thickness of the gap portions 4b, 4d, 5b, and 5d is about 374 nm. Manufacturing is difficult in terms of manufacturing technology.
Therefore, the thickness of the silicon portions 4a, 4c, 4e, 5a, 5c, and 5e is about 972 nm (9 times 108 nm), and the thickness of the gap portions 4b, 4d, 5b, and 5d so that the line and space is about 1 um. The thickness is designed to be about 1122 nm (3 times 374 nm).
[0027]
Although the structure as described above can be formed by using dry etching, anisotropic etching (wet etching) is performed using an SOI substrate in which the plane orientation of the single crystal silicon layer 1c is the (110) direction. ), A similar structure can be created.
[0028]
Next, the operation of the Fabry-Perot filter shown in FIG. 1 will be described.
When a driving voltage V is applied between the mirror forming part 2 and the fixed part 3, an electrostatic force is applied between the two opposing parts, and the movable mirror 5 is shifted in the direction of the optical fiber 9b, and the air gap g The size changes (becomes larger).
[0029]
In this case, the magnitude of the electrostatic force is proportional to the size of the area where the mirror forming portion 2 and the fixing portion 3 face each other, and the comb-shaped portions 8a and 8b of the fixing portion 3 are comb-shaped portions 6a and 6a of the mirror forming portion 2, respectively. Since the two are opposed to each other so as to cross 6b, the area where the two are opposed to each other is large, and the driving force of the movable mirror 5 can be increased.
[0030]
The light input from the optical fiber 9a has a wavelength selected according to the size of the air gap g, passes through the Fabry-Perot filter, and is output to the optical fiber 9b.
[0031]
Then, the desired voltage corresponding to the size of the air gap g is controlled by controlling the drive voltage V applied between the mirror forming portion 2 and the fixed portion 3 to control the size of the air gap g to an arbitrarily desired size. Can be selected and output by a Fabry-Perot filter.
[0032]
In such a Fabry-Perot filter, the fixed mirror 4 and the movable mirror 5 as optical thin films are formed with a structure in which silicon and air having a large refractive index difference are alternately arranged, so that a conventional TiO2 film and SiO2 film are combined. Compared with this structure, an optical thin film having a high reflectance can be obtained without increasing the number of layers.
[0033]
Further, since the alignment between the optical fiber and the Fabry-Perot filter is performed in the lateral direction (the surface direction of the SIO substrate 1) instead of the conventional vertical direction, the alignment accuracy can be easily increased.
[0034]
Moreover, since the Fabry-Perot filter as described above does not use TiO 2 that is difficult to pattern, it is excellent in consistency with the silicon manufacturing process and can be easily manufactured.
[0035]
In addition, by forming a plurality of Fabry-Perot filters as described above, such as two cavities and three cavities, between the optical fiber 9a and the optical fiber 9b, the entire half-value width is increased. A Fabry-Perot filter with improved characteristics can be obtained.
[0036]
Further, by replacing one of the optical fibers 9a and 9b with an edge emitting laser, the Fabry-Perot filter can be used as a wavelength tunable laser.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the optical thin film (fixed mirror and movable mirror) is formed with a structure in which silicon and air having a large refractive index difference are alternately arranged, the TiO2 film and the SiO2 film are combined. Compared to the conventional structure, an optical thin film having a high reflectance can be obtained without increasing the number of layers.
[0038]
Further, according to the present invention, since the alignment between the optical fiber and the Fabry-Perot filter is performed in the horizontal direction (the surface direction of the SIO substrate 1), the alignment accuracy can be increased.
[0039]
Further, according to the present invention, since TiO 2 that is difficult to pattern is not used and only silicon is processed, it is excellent in consistency with the silicon manufacturing process and can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a Fabry-Perot filter according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional Fabry-Perot filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SOI substrate 1a Single crystal silicon substrate 1b Insulating film 1c Single crystal silicon layer 2 Mirror formation part 3 Fixed part 4 Fixed mirror 4a, 4c, 4e Silicon part 4b, 4d Gap part 5 Movable mirrors 5a, 5c, 5e Silicon part 5b, 5d Gap part 6a, 6b Comb type part 7a, 7b End part 8a, 8b Comb type part 9a, 9b Optical fiber g Air gap

Claims (4)

固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタにおいて、
前記固定鏡は、単結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層が形成されたSOI基板上に前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより形成され、
前記可動鏡は、前記SOI基板上に前記絶縁膜及び前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記単結晶シリコン基板から浮いた中空梁状に形成されると共に、前記SOI基板の面方向で前記固定鏡に対向配置され、
前記単結晶シリコン層にはフォトエッチングにより鏡形成部と固定部とが互いに分離されて形成されるとともに、前記鏡形成部には前記固定鏡とこの固定鏡とエアギャップを介して対向配置されるように前記可動鏡が形成され、
前記固定部と鏡形成部の所定の距離で離間して対向する各端面には複数のくし型部が前記可動鏡を挟むようにして前記固定鏡及び可動鏡の配置方向と平行の方向にそれぞれ交差した状態で対向配置され、
前記鏡形成部と固定部3間に駆動電圧を加えることにより離間された両者の対向する部分の間に加わる静電力により前記可動鏡を前記SOI基板の面方向に駆動して前記ギャップを可変としたことを特徴とするファブリペローフィルタ。
In a Fabry-Perot filter that has a fixed mirror and a movable mirror that is opposed to the fixed mirror with a variable size gap, and selectively transmits light of any desired wavelength corresponding to the gap,
The fixed mirror is formed by photo-etching the single crystal silicon layer on an SOI substrate in which the single crystal silicon layer is formed on the single crystal silicon substrate via an insulating film,
The movable mirror is formed in a hollow beam shape floating on the SOI substrate by photo-etching the insulating film and the single crystal silicon layer on the SOI substrate, and in the surface direction of the SOI substrate. Placed opposite the fixed mirror,
In the single crystal silicon layer, a mirror forming portion and a fixed portion are formed separately from each other by photoetching, and the fixed mirror and the fixed mirror are opposed to each other through an air gap. The movable mirror is formed as
A plurality of comb-shaped portions intersect each other in a direction parallel to the arrangement direction of the fixed mirror and the movable mirror so that the movable mirror is sandwiched between the end faces facing each other at a predetermined distance between the fixed portion and the mirror forming portion. Are placed opposite to each other,
The movable mirror is driven in the direction of the surface of the SOI substrate by the electrostatic force applied between the opposing portions separated by applying a driving voltage between the mirror forming portion and the fixed portion 3, and the gap is made variable. Fabry-Perot filter characterized by that.
請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、
前記固定鏡及び前記可動鏡は、前記単結晶シリコン基板の面方向に交互に配置されるシリコン部と空隙部とを有することを特徴とするファブリペローフィルタ。
The Fabry-Perot filter according to claim 1,
The Fabry-Perot filter, wherein the fixed mirror and the movable mirror have silicon portions and gap portions that are alternately arranged in the plane direction of the single crystal silicon substrate.
請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、
少なくとも一つの光ファイバーをその端面が前記SOI基板の面方向で前記固定鏡または前記可動鏡に対向配置されるように設けたことを特徴とするファブリペローフィルタ。
The Fabry-Perot filter according to claim 1,
A Fabry-Perot filter characterized in that at least one optical fiber is provided so that an end surface thereof is disposed to face the fixed mirror or the movable mirror in the surface direction of the SOI substrate.
請求項1記載のファブリペローフィルタにおいて、
前記光ファイバーのいずれか一方を端面発光レーザーに置き換えることを特徴とするファブリペローフィルタ。
The Fabry-Perot filter according to claim 1,
A Fabry-Perot filter, wherein one of the optical fibers is replaced with an edge emitting laser .
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