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JPH11242115A - Optical element without temperature dependence - Google Patents

Optical element without temperature dependence

Info

Publication number
JPH11242115A
JPH11242115A JP10045870A JP4587098A JPH11242115A JP H11242115 A JPH11242115 A JP H11242115A JP 10045870 A JP10045870 A JP 10045870A JP 4587098 A JP4587098 A JP 4587098A JP H11242115 A JPH11242115 A JP H11242115A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin plate
plate
thickness
temperature
transparent thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10045870A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Mitamura
宣明 三田村
Nobuhiro Fukushima
暢洋 福島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10045870A priority Critical patent/JPH11242115A/en
Publication of JPH11242115A publication Critical patent/JPH11242115A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】特性の温度依存性が限りなく零に近い光素子を
実際の製造に即して検討し、最適な光素子の構成を提供
する。 【解決手段】透明体薄板の両面の反射膜の上から、透明
体薄板よりも熱膨張係数の大きい、透明体薄板とは異な
った材質の板状体を接着することにより、温度変化によ
る透明体薄板の光学的距離の変化が板状体の膨張のため
近似的に不変になる。しかし、実際には透明体薄板のソ
リッドエタロンとしての作用状態を示す出力光の波長は
温度の変化によって僅かに変化し波長シフトを起こす。
この波長シフトは光素子の物性値が温度に対して僅かに
変化することによって起こる。そこで、波長シフト量の
最小値が光素子を使用する温度範囲の中間点辺りに持っ
てくるようにすれば、該温度範囲全体にわたっての波長
シフト量を最小限に抑えることが出来、高い精度で温度
に依存しない光素子を作る事が出来る。
(57) [Problem] To provide an optimum optical element configuration by examining an optical element whose characteristic temperature dependence is almost zero in accordance with actual manufacturing. Kind Code: A1 A transparent body due to a temperature change is formed by bonding a plate-like body having a larger thermal expansion coefficient than that of a transparent body thin sheet and made of a material different from that of the transparent body thin sheet from above reflective films on both surfaces of the transparent body thin sheet. The change in the optical distance of the sheet is approximately invariant due to the expansion of the plate. However, in practice, the wavelength of the output light, which indicates the operating state of the transparent thin plate as a solid etalon, slightly changes due to a change in temperature, causing a wavelength shift.
This wavelength shift is caused by a slight change in the physical property value of the optical element with respect to the temperature. Therefore, if the minimum value of the amount of wavelength shift is brought near the middle point of the temperature range where the optical element is used, the amount of wavelength shift over the entire temperature range can be minimized, and with high accuracy An optical element that does not depend on temperature can be manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特性が温度に依存
しない光素子の構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an optical element whose characteristics do not depend on temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の高速通信網の整備に伴って、光通
信の実用化のための研究開発が盛んに行われている。こ
のような光通信においては、高速で大量の信号を伝送す
る必要があり、その一つの方法として波長分割多重方式
が有力視されている。波長分割多重においては、搬送波
の波長の異なる信号を狭い帯域に出来るだけ多く収納す
ることによって、一度に送信する情報量を多くしようと
する試みが行われている。
2. Description of the Related Art With the recent development of high-speed communication networks, research and development for practical use of optical communication have been actively conducted. In such optical communication, it is necessary to transmit a large amount of signals at high speed, and as one of the methods, a wavelength division multiplexing method is considered to be promising. In wavelength division multiplexing, attempts have been made to increase the amount of information transmitted at a time by storing as many signals having different carrier wavelengths as possible in a narrow band.

【0003】従って、異なる搬送波の波長を有する異な
るチャネルの波長は、互いに非常に接近しており、これ
ら互いに接近した波長を有するチャネルの信号を正しく
送受信するためには、光通信網に使用される光学フィル
タの波長に対する特性が安定していることが必要であ
り、わずかな特性の変化により光信号の送受信の質が劣
化してしまう。
Therefore, the wavelengths of different channels having different carrier wavelengths are very close to each other, and are used in optical communication networks to correctly transmit and receive signals of these channels having wavelengths that are close to each other. It is necessary that the characteristics of the optical filter with respect to the wavelength be stable, and a slight change in the characteristics deteriorates the quality of transmission and reception of the optical signal.

【0004】図11は、従来の光学フィルタとこれらが
有する問題点を説明する図である。同図に示されるの
は、ソリッドエタロンの構成図である。ソリッドエタロ
ンは、透明体で構成されたスペーサの両面に反射膜を形
成したものである。反射膜の反射率は例えば、それぞれ
90%である。
FIG. 11 is a view for explaining conventional optical filters and the problems they have. FIG. 1 shows the configuration of the solid etalon. The solid etalon is obtained by forming reflective films on both surfaces of a spacer formed of a transparent body. The reflectance of the reflective film is, for example, 90%.

【0005】このようなソリッドエタロンに入射光が入
射すると反射膜の間で多重反射を起こし、反射されない
一部の光が出射光として出力される。出射光側では多重
反射の度に出射される出射光が互いに干渉しあい、強め
合う条件を満たした波長の光のみが出射光側に光束を作
って出射され、その他の波長の光は弱め合って光束を形
成しない。この光束を検出することによって、複数の波
長が重ね合わされた入射光から特定の波長の光を取り出
すことができる。エタロンから出射する透過光の強度I
tは、入射光の強度をI、反射膜の反射率をR、光の入
射角をθ、スペーサの屈折率をn、スペーサの厚さ(反
射膜の間隔)をt、波長をλとすると以下の式(1)で
表される。
When incident light is incident on such a solid etalon, multiple reflections occur between the reflection films, and a part of the light that is not reflected is output as output light. On the outgoing light side, the outgoing light emitted at each multiple reflection interferes with each other, and only light having a wavelength that satisfies the conditions for strengthening is emitted as a light beam on the outgoing light side, and light of other wavelengths is weakened. Does not form luminous flux. By detecting this light beam, light of a specific wavelength can be extracted from the incident light in which a plurality of wavelengths are superimposed. Intensity I of transmitted light emitted from etalon
When t is the intensity of incident light, I is the reflectivity of the reflective film, R is the incident angle of light, θ is the refractive index of the spacer, t is the thickness of the spacer (the interval between the reflective films), and λ is the wavelength. It is represented by the following equation (1).

【0006】 It=I/(1+(4R/(1−R)2 )×sin(2πnt×cosθ/λ )・・・(1) 図12は、ソリッドエタロンの透過光の強度を波長に対
して記載したものである(透過率100%を損失0dB
とした)。
It = I / (1+ (4R / (1-R) 2 ) × sin (2πnt × cos θ / λ) (1) FIG. 12 shows the intensity of transmitted light of a solid etalon with respect to wavelength. (100% transmittance is 0 dB loss)
And).

【0007】同図に示されているように、ソリッドエタ
ロンは、特定の条件を満たす波長の光を透過する性質を
有している。ところが、ソリッドエタロンの周囲の温度
が上昇すると素子自体の特性も変化し、透過する光の波
長が同図の太線から細線にずれてしまう。従って、受光
側でソリッドエタロンを介して受信する光の波長が変わ
ってしまうので、光システムが正常に働かなくなる可能
性を有している。
As shown in FIG. 1, the solid etalon has a property of transmitting light having a wavelength satisfying a specific condition. However, when the temperature around the solid etalon rises, the characteristics of the element itself also change, and the wavelength of transmitted light shifts from a thick line to a thin line in FIG. Therefore, since the wavelength of the light received via the solid etalon on the light receiving side changes, the optical system may not work properly.

【0008】このようにソリッドエタロンの特性が温度
の上昇によって変わるのは、ソリッドエタロンに使用さ
れている透明体のスペーサが温度によって膨張すること
による。スペーサが膨張するとソリッドエタロンの反射
膜間が広がると共に、屈折率も変化し、光が多重反射す
る間に通過する光学的距離が変化するので、素子自体の
特性も変化してしまう。例えば、ソリッドエタロンのス
ペーサとしてSiO2を用いた場合、温度が1度上がる
毎に厚さの変化はほとんど無いが、屈折率の変化が10
-5程度あるので、10度温度が上がった時の屈折率と厚
さの積(光学的距離)の変化は0.15nmに達し、無
視できない大きさとなる。
[0008] The characteristics of the solid etalon change as the temperature rises because the transparent spacer used in the solid etalon expands with temperature. When the spacer expands, the space between the reflective films of the solid etalon expands, the refractive index changes, and the optical distance that light passes during multiple reflection changes, so that the characteristics of the element itself also change. For example, when SiO 2 is used as a spacer for a solid etalon, there is almost no change in thickness every time the temperature rises, but the change in refractive index is 10%.
Since the temperature is about -5, the change in the product (optical distance) of the refractive index and the thickness when the temperature rises by 10 degrees reaches 0.15 nm, which is not negligible.

【0009】上記のような問題点に対して、特開平9−
257567号公報では、両面に光を反射する反射膜を
有する透明体薄板と、該透明体薄板と異なる材質で構成
され、該透明体薄板の少なくとも片面に密着された、透
明体薄板よりも熱膨張係数の大きい板状体とを有し、温
度変化によって生じる前記透明体薄板の厚さと屈折率と
の積の変化が、板状体の温度変化に伴って生じる体積の
変化により前記透明体薄板が変形されることによって相
殺され、透明体の厚さと屈折率の積が近似的に不変に保
たれる光素子が開示されている。この光素子は、透明体
薄板が温度の上昇に伴って膨張を起こし、厚さが厚くな
るとともに、屈折率も変化しようとしたとき、同時に透
明体薄板に密着された板状体も膨張する。板状体の熱膨
張係数は透明体薄板よりも大きいので、膨張する大きさ
も大きく、板状体は透明体薄板を引っ張って膨張するこ
とになる。透明体薄板は板状体によって引っ張られるの
で、機械的に透明体薄板が引き延ばされるようになる。
この機械的に引き延ばされる効果により、温度上昇によ
り変化した透明体薄板の厚さと屈折率との積の値の変化
が相殺され、近似的に不変に保たれる。透明体薄板の両
面にある反射膜で反射する光が伝搬する光学的距離は透
明体薄板の厚さと屈折率との積によるので、これが温度
によって不変に保たれることにより、透明体薄板を利用
した光素子の特性も不変に保たれることになる。逆に、
温度が下がる場合には透明体薄板が収縮を起こすが、こ
れに伴い、厚さが薄くなる。しかし、透明体薄板に密着
された板状体は透明体薄板よりもさらに収縮し、透明体
薄板を更に収縮させる。これにより、透明体薄板の厚さ
は厚くなり、結果として、温度の上昇の場合と同じよう
に、透明体薄板の厚さと屈折率の積が近似的に、温度変
化に対し不変に保たれる。
To solve the above problems, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 257567 discloses a transparent thin plate having a reflective film that reflects light on both surfaces, and a material that is different from the transparent thin plate, and is more thermally expanded than the transparent thin plate that is adhered to at least one surface of the transparent thin plate. Having a plate-like body having a large coefficient, wherein a change in the product of the thickness and the refractive index of the transparent body thin plate caused by a temperature change is caused by a change in volume caused by a temperature change of the plate-shaped body. An optical element is disclosed which is offset by deformation and in which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is kept approximately unchanged. In this optical element, when the transparent thin plate expands with an increase in temperature, the thickness of the transparent thin plate increases, and the refractive index changes. At the same time, the plate-shaped member closely attached to the transparent thin plate also expands. Since the thermal expansion coefficient of the plate-like body is larger than that of the transparent body thin plate, the expansion size is large, and the plate-like body expands by pulling the transparent body thin plate. Since the transparent body sheet is pulled by the plate-like body, the transparent body sheet is mechanically stretched.
Due to this mechanical stretching effect, the change in the value of the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index, which has changed due to the temperature rise, is canceled out and is kept approximately unchanged. The optical distance over which the light reflected by the reflective films on both surfaces of the transparent thin plate propagates depends on the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index. The characteristics of the obtained optical element are also kept unchanged. vice versa,
When the temperature decreases, the transparent thin plate shrinks, but the thickness decreases accordingly. However, the plate-like body closely contacted with the transparent thin plate contracts further than the transparent thin plate, and further contracts the transparent thin plate. This increases the thickness of the transparent sheet, and consequently, as in the case of a rise in temperature, the product of the transparent sheet thickness and the refractive index is kept approximately invariant to temperature changes. .

【0010】更に特開平9−257567号公報では、
透明体薄板の厚さと屈折率の積が近似的に温度変化に対
し不変に保たれる定量的な原理が説明されており、透明
体薄板の熱膨張係数をα1、屈折率の温度係数をn1、
ポアソン比をσ(σ0=2σ/(1−σ))、屈折率の
歪み係数の平行成分をP1、垂直成分をP2、板状体の
熱膨張係数をα2(α1<α2)としたとき、温度の変
化による透明体薄板の光学的距離ntの変化の割合Δ
(nt)/ntは、以下のような式で表せるとしてい
る。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-257567,
A quantitative principle is described in which the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index is kept approximately invariant to a temperature change. The thermal expansion coefficient of the transparent thin plate is α1, and the temperature coefficient of the refractive index is n1. ,
When the Poisson's ratio is σ (σ0 = 2σ / (1−σ)), the parallel component of the refractive index distortion coefficient is P1, the vertical component is P2, and the thermal expansion coefficient of the plate is α2 (α1 <α2). The rate of change of the optical distance nt of the transparent thin plate due to the change in temperature Δ
It is assumed that (nt) / nt can be expressed by the following equation.

【0011】 Δ(nt)/nt=α1+n1−(α2−α1)×(σ0+P1+P2×(1 −σ0))・・・(2) ここで、式(2)が零になるならば、温度変化に対し透
明体薄板の光学的距離は変化しないことになるので、式
(2)が近似的に零となるように光素子を構成する材質
を選ぶことによって、温度上昇による特性の変化のない
光素子を形成できるとしている。
Δ (nt) / nt = α1 + n1− (α2−α1) × (σ0 + P1 + P2 × (1−σ0)) (2) Here, if the equation (2) becomes zero, the temperature change On the other hand, since the optical distance of the transparent thin plate does not change, by selecting a material constituting the optical element so that the equation (2) becomes approximately zero, an optical element having no characteristic change due to a temperature rise is obtained. Can be formed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術、特開平9−257567号公報記載の式(2)で
用いられている熱膨張係数α1、α2、屈折率の温度係
数n1等は、光学ガラスの場合、温度に対して一定では
なく、温度上昇によって僅かに増大することが多いた
め、透明体薄板の光学的距離ntの変化の割合Δ(n
t)/ntは完全には一定とならず、温度上昇によって
僅かに増加することが多い。このため、透明体薄板の光
学的距離の変化の割合を完全に零にすることは困難であ
る。
However, the thermal expansion coefficients α1 and α2, the temperature coefficient n1 of the refractive index, etc. used in the above-mentioned prior art, equation (2) described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-257567, are optical glass. Is not constant with temperature, and often increases slightly due to a rise in temperature. Therefore, the rate of change Δ (n
t) / nt is not completely constant and often slightly increases with an increase in temperature. For this reason, it is difficult to make the rate of change of the optical distance of the transparent thin plate completely zero.

【0013】更に、透明体薄板が熱膨張係数の大きい板
状体によって引っ張られ、機械的に引き延ばされると
き、板状体の厚さに比べて透明体薄板の厚さが厚くなる
と、引き延ばされる効果が実際には減少する。上記従来
技術、特開平9−257567号公報では透明体薄板の
厚さは板状体の厚さの5分の1以下が必要で、特に10
分の1〜20分の1が好ましいとされているが、実際に
はこの範囲であっても、板状体の厚さや透明体薄板の厚
さの影響は無視できない可能性がある。すなわち、式
(2)では板状体の厚さや透明体薄板の厚さの影響を考
慮していないのでこれだけでは不十分である。
Further, when the transparent thin plate is pulled by a plate having a large coefficient of thermal expansion and is mechanically stretched, if the thickness of the transparent thin plate becomes thicker than the thickness of the plate, the stretching is performed. Effect is actually reduced. In the above prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-257567, the thickness of the transparent body thin plate is required to be 1/5 or less of the thickness of the plate-like body, especially 10
Although it is considered that a ratio of 1/20 to 1/20 is preferable, even in this range, the influence of the thickness of the plate-like body and the thickness of the transparent thin plate may not be negligible. In other words, equation (2) does not take into account the influence of the thickness of the plate-shaped body or the thickness of the transparent body thin plate, so that this alone is insufficient.

【0014】このように単に上記従来技術、特開平9−
257567号公報を実施したとしても、ソリッドエタ
ロンなどの光素子の温度依存性を限りなく零に近づける
ことは困難である。
[0014] As described above, the above-mentioned prior art is simply disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No.
Even if JP-A-257567 is implemented, it is difficult to make the temperature dependence of an optical element such as a solid etalon as close to zero as possible.

【0015】本発明の課題は、特性の温度依存性が限り
なく零に近い最適な光素子の構成を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide an optimum optical element configuration in which the temperature dependence of characteristics is as close to zero as possible.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の光素子は、内部
で光を反射させる透明体薄板と、前記透明体薄板両面の
うちの少なくとも一面に接着され、前記透明体薄板の熱
膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する板状体とを備
え、温度の変化による該透明体薄板の屈折率と厚さの積
が、使用温度範囲のほぼ中間の温度で最小になることを
特徴とする。
According to the present invention, there is provided an optical element which is adhered to at least one of both surfaces of a transparent thin plate for reflecting light therein and both sides of the transparent thin plate. And a plate having a large thermal expansion coefficient, wherein the product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate due to a change in temperature is minimized at a temperature approximately in the middle of the operating temperature range.

【0017】本発明の他の側面における光素子は、両面
に光を反射する反射膜を有する透明体薄板と、該透明体
薄板と異なる材質で構成され、該透明体薄板の両面に接
着された、前記透明体薄板よりも熱膨張係数の大きい板
状体とを有し、温度変化によって生じる前記透明体薄板
の厚さと屈折率との積の変化が、前記板状体の温度変化
に伴って生じる体積の変化により前記透明体薄板が変形
されることによって相殺され、前記透明体の厚さと屈折
率の積が近似的に不変に保たれる光素子において、前記
透明体の厚さと屈折率の積の温度による変化が2次的で
あり、所望の温度範囲で前記透明体の厚さと屈折率の積
が最小となる温度が、所望の温度範囲のほぼ中心にある
ことを特徴とする。
An optical element according to another aspect of the present invention is composed of a transparent thin plate having a reflection film for reflecting light on both surfaces, and a material different from the transparent thin plate, and is bonded to both surfaces of the transparent thin plate. Having a plate-like body having a larger thermal expansion coefficient than the transparent body thin plate, and a change in the product of the thickness and the refractive index of the transparent body thin plate caused by a temperature change is accompanied by a temperature change of the plate-like body. In the optical element in which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is kept almost unchanged, the thickness of the transparent body and the refractive index are offset. The temperature of the product is quadratic, and the temperature at which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is minimized in the desired temperature range is substantially at the center of the desired temperature range.

【0018】なお、本発明においては、必ずしも反射膜
を有する必要はない。すなわち、透明体薄板の表面にお
ける反射率は、透明体薄板とこの表面に接する物質の屈
折率との比に関係するので、この屈折率の比が十分大き
ければ反射膜を有しなくても、反射膜を設けた場合と同
様の効果を得ることが出来る。
In the present invention, it is not always necessary to have a reflective film. That is, since the reflectance on the surface of the transparent thin plate is related to the ratio between the refractive index of the transparent thin plate and the refractive index of a substance in contact with the surface, even if the refractive index ratio is sufficiently large, the reflective thin film does not have a reflective film. The same effect as in the case where the reflective film is provided can be obtained.

【0019】また、板状体も必ずしも透明体薄板の両面
に設ける必要はない。これは、特開平9−257567
号にも記載されているように、片面だけであっても板状
体が膨張することによる引っ張り力が透明体薄板に十分
伝わり、機械的に透明体薄板を引っ張る作用が得られる
からである。
Further, it is not always necessary to provide the plate-like body on both sides of the transparent thin plate. This is disclosed in JP-A-9-257567.
This is because, as described in the document, even if only one side is used, the tensile force due to the expansion of the plate-like body is sufficiently transmitted to the transparent thin plate, and the action of mechanically pulling the transparent thin plate is obtained.

【0020】本発明によれば、透明体薄板や板状体の熱
膨張係数や屈折率の温度係数の温度依存性に起因する、
透明体薄板の屈折率と厚さの積の温度変化に対する2次
以上の効果を考慮しているので、実際の光素子の透明体
薄板の屈折率と厚さの積が完全に一定にならなくても、
その変化を所望の温度範囲内で最小に抑えることができ
る。従って、本発明の条件を満たす最適な物性値を有す
る材質を選択することで、実際に最適な光素子を実現す
ることができる。
According to the present invention, the thermal expansion coefficient and the temperature coefficient of the refractive index of the transparent thin plate or plate-like body depend on the temperature dependence.
Considering the second-order or higher effect on the temperature change of the product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate, the product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate of the actual optical element may not be completely constant. Even
The change can be minimized within the desired temperature range. Therefore, by selecting a material having an optimum physical property value that satisfies the conditions of the present invention, an actually optimum optical element can be realized.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明のソリッドエタロンでは、
両面に光を反射する反射膜を有する透明体薄板と、透明
体薄板と異なる材質で構成され、透明体薄板の両面に接
着された、透明体薄板よりも熱膨張係数の大きい板状体
とを有し、温度変化によって生じる透明体薄板の厚さと
屈折率との積の変化が、板状体の温度変化に伴って生じ
る体積の変化により透明体薄板が変形されることによっ
て相殺され、透明体の厚さと屈折率の積が近似的に不変
に保たれるソリッドエタロンにおいて、透明体の厚さと
屈折率の積の温度による変化が2次的であり、所望の温
度範囲で透明体の厚さと屈折率の積が最小となる温度
が、所望の温度範囲のほぼ中心にあることを特徴とす
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the solid etalon of the present invention,
A transparent thin plate having a reflection film that reflects light on both sides, and a plate-like body that is made of a material different from the transparent thin plate and that is bonded to both surfaces of the transparent thin plate and has a larger thermal expansion coefficient than the transparent thin plate. The change in the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index caused by the temperature change is offset by the deformation of the transparent thin plate due to the change in volume caused by the temperature change of the plate-like body, and the transparent body In a solid etalon in which the product of the thickness and the refractive index is kept approximately invariable, the change in the product of the thickness of the transparent body and the refractive index with temperature is quadratic, and the thickness of the transparent body in the desired temperature range is The temperature at which the product of the refractive indices is minimized is substantially at the center of the desired temperature range.

【0022】前述したように、光学ガラスの場合、熱膨
張係数α1、α2、屈折率の温度係数n1等は、温度に
対して一定ではなく、温度上昇によって僅かに増大する
ことが多いため、透明体薄板の光学的距離ntの変化の
割合(温度勾配の傾き)Δ(nt)/ntは温度上昇に
よって僅かに増大する。このため、Δ(nt)/ntを
所望の温度範囲で最も零に近づけるためには、所望の温
度範囲の中心でΔ(nt)/ntが零となるように調整
する必要がある。これはちょうど、透明体薄板の光学的
距離、即ち、透明体薄板の厚さと屈折率の積の温度によ
る変化が2次的であり、所望の温度範囲で透明体薄板の
厚さと屈折率の積が最小となる温度が、所望の温度範囲
のほぼ中心にあることである。
As described above, in the case of optical glass, the thermal expansion coefficients α1 and α2, the temperature coefficient n1 of the refractive index, and the like are not constant with respect to the temperature and often slightly increase with the rise in temperature. The rate of change of the optical distance nt of the body thin plate (the gradient of the temperature gradient) Δ (nt) / nt slightly increases with an increase in temperature. Therefore, in order to make Δ (nt) / nt closest to zero in the desired temperature range, it is necessary to adjust Δ (nt) / nt to become zero at the center of the desired temperature range. This is because the optical distance of the transparent thin plate, that is, the change of the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index with temperature is quadratic, and the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index in a desired temperature range. Is at about the center of the desired temperature range.

【0023】ここで、透明体薄板の厚さと屈折率の積の
温度による変化が2次的というのは、上記積の温度変化
の関数を温度でテイラー展開した場合に、2次の項まで
考慮しているということである。そして、本発明では、
この2次の項までの変化の最小となる点の位置が所望の
温度範囲のほぼ中心にあるということである。一般に、
透明体薄板の厚さと屈折率の積の温度変化は温度に対す
る2次より高次の項まで含んでいるが、高次の項になる
ほど実際の素子の上記積の変化に及ぼす影響が小さいの
で、実際の素子を製造するにあたっては2次の項まで考
慮すれば十分であるという知見に基づいて、実際の素子
を製造する。
The reason that the temperature-dependent change in the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index is quadratic means that when the function of the temperature change of the product is Taylor-expanded with temperature, the second-order term is considered. That is. And in the present invention,
This means that the position of the point at which the change up to the second-order term becomes minimum is substantially at the center of the desired temperature range. In general,
The temperature change of the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index includes the second-order or higher-order term with respect to the temperature, but the higher-order term has a smaller effect on the change of the product of the actual element, An actual element is manufactured based on the knowledge that it is sufficient to consider the second-order terms in manufacturing an actual element.

【0024】本発明では、0〜85℃程度の温度範囲で
上記の状態を実現するためには、0〜85℃の温度範囲
で透明体薄板の熱膨張係数が5〜7(10-6/℃)程
度、屈折率の温度係数が3〜5(10-6/℃)程度であ
り、板状体の熱膨張係数が14〜15(10-6/℃)程
度であれば良いことが分かった。
In the present invention, in order to realize the above-mentioned state in the temperature range of about 0 to 85 ° C., the thermal expansion coefficient of the transparent thin plate is 5 to 7 (10 −6 / 10) in the temperature range of 0 to 85 ° C. ° C), the temperature coefficient of the refractive index is about 3 to 5 (10 -6 / ° C), and the coefficient of thermal expansion of the plate is about 14 to 15 (10 -6 / ° C). Was.

【0025】実際に、透明体薄板の材質がLaC14
(HOYA社製;ランタンクラウンガラス)であり、板
状体の材質がS−FPL53(オハラ社製;フッ素クラ
ウンガラス)であれば、この状態を実現できる。
Actually, the material of the transparent thin plate is LaC14.
(HOYA; lanthanum crown glass), and if the material of the plate is S-FPL53 (OHARA, fluorine crown glass), this state can be realized.

【0026】さらに、前述したように、透明体薄板の光
学的距離ntの変化の割合は板状体の厚さや透明体薄板
の厚さに影響を受けるので、前記透明体薄板の厚さに対
する前記板状体の厚さを調整することにより、所望の温
度範囲で前記透明体の厚さと屈折率の積が最小となる温
度を、所望の温度範囲のほぼ中心にすることが出来る。
Further, as described above, the rate of change of the optical distance nt of the transparent thin plate is affected by the thickness of the plate-like body and the thickness of the transparent thin plate. By adjusting the thickness of the plate-like body, the temperature at which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is minimized in a desired temperature range can be set substantially at the center of the desired temperature range.

【0027】更に、上記各パラメータを上述のように取
った場合、透明体薄板の厚さが板状体の厚さの7分の1
以下であれば所望の特性が得られる。図1は本発明の実
施形態を説明する図である。
Further, when the above parameters are taken as described above, the thickness of the transparent thin plate is 1/7 of the thickness of the plate.
If it is below, desired characteristics can be obtained. FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【0028】同図に示されているのは、ソリッドエタロ
ンのスペーサとして用いられる透明体薄板10とその両
面に成膜された反射膜12である。本発明の実施形態に
おいては、この透明体薄板10に熱膨張係数が透明体薄
板10よりも大きな別の材料で構成された板状体11を
接着する。これにより、スペーサである透明体薄板10
が熱によって膨張し、薄板の厚さが変わって光の通る光
学的距離が変化しようとしたとしても、熱膨張係数の大
きな板状体の膨張により、透明体薄板の光学的距離の変
化を相殺するように構成する。
FIG. 1 shows a transparent thin plate 10 used as a spacer of a solid etalon and reflection films 12 formed on both surfaces thereof. In the embodiment of the present invention, a plate 11 made of another material having a larger thermal expansion coefficient than the transparent thin plate 10 is bonded to the transparent thin plate 10. Thus, the transparent thin plate 10 serving as a spacer is formed.
Expansion due to heat, the thickness of the thin plate changes and the optical distance through which light passes changes, but the expansion of the plate with a large thermal expansion coefficient offsets the change in the optical distance of the transparent thin plate. It is constituted so that.

【0029】ここで、透明体薄板10の物性値(熱膨張
係数、ポアソン比、屈折率の温度係数など)と厚さ、板
状体11の物性値(熱膨張係数など)と厚さ等を適当に
選択すれば透明体薄板10の光学的距離の変化を近似的
に零にすることが出来る。従来は、前述の式(2)で透
明体薄板10の光学的距離の変化が近似的に零となるよ
うな透明体薄板10と板状体11の組合せを選択してい
たが、前述したように式(2)では板状体11の厚さや
透明体薄板10の厚さの影響を考慮していないので不十
分である。このため本実施形態では、有限要素法を用い
てソリッドエタロンの形状を考慮して各温度における透
明体薄板の厚さの計算を行った。なお、有限要素法の計
算はソリッドエタロンの構造の対称性を利用して実際の
形状の1/8の3次元モデルを作り、20×20×10
=4000要素に分割して計算した。なお、各温度にお
ける屈折率nの計算は、前述の従来技術(特開平9−2
57567号公報)と同様の考え方により以下の式
(3)を用いて計算した。
Here, the physical property value (thermal expansion coefficient, Poisson's ratio, temperature coefficient of refractive index, etc.) and thickness of the transparent thin plate 10 and the physical property value (thermal expansion coefficient, etc.) and thickness of the plate-like body 11 are shown. If properly selected, the change in the optical distance of the transparent thin plate 10 can be made approximately zero. Conventionally, a combination of the transparent body thin plate 10 and the plate-shaped body 11 was selected such that the change in the optical distance of the transparent body thin plate 10 was approximately zero in the above-described equation (2). Equation (2) is insufficient because the effect of the thickness of the plate-like body 11 and the thickness of the transparent body thin plate 10 is not taken into account. For this reason, in the present embodiment, the thickness of the transparent thin plate at each temperature was calculated using the finite element method in consideration of the shape of the solid etalon. The calculation by the finite element method uses a symmetry of the structure of the solid etalon to create a three-dimensional model of 1/8 of the actual shape, and calculates 20 × 20 × 10
= 4000 elements were calculated. The calculation of the refractive index n at each temperature is performed according to the above-described prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 9-2).
No. 57567) and calculated using the following equation (3).

【0030】 n=n0+n1×T−P1(α2−α1)×T−P2(α2−α1)×(1− σ0)×T・・・(3) ここで、室温(25℃)に対する温度変化をT、室温に
おける透明体薄板10の屈折率をn0、屈折率の温度係
数をn1、透明体薄板10の熱膨張係数をα1、ポアソ
ン比をσ(σ0=2σ/(1−σ))、屈折率の歪み係
数の平行成分をP1、垂直成分をP2、板状体11の熱
膨張係数をα2(α1<α2)とした。
N = n0 + n1 × T-P1 (α2-α1) × T-P2 (α2-α1) × (1-σ0) × T (3) Here, the temperature change with respect to room temperature (25 ° C.) T, the refractive index of the transparent thin plate 10 at room temperature is n0, the temperature coefficient of the refractive index is n1, the thermal expansion coefficient of the transparent thin plate 10 is α1, the Poisson's ratio is σ (σ0 = 2σ / (1−σ)), and refraction is performed. The parallel component of the rate distortion coefficient was P1, the vertical component was P2, and the thermal expansion coefficient of the plate 11 was α2 (α1 <α2).

【0031】本実施形態では、有限要素法による計算か
ら、特に透明体薄板の材質として光学ガラスであるLa
C14(HOYA社製)を、板状体の材質として光学ガ
ラスであるS−FPL53(オハラ製)を選択した。L
aC14、S−FPL53の物性値は表1に示す通りで
あり、
In the present embodiment, from the calculation by the finite element method, in particular, the material of the transparent thin plate is La which is an optical glass.
C14 (manufactured by HOYA) and S-FPL53 (manufactured by OHARA), which is an optical glass, were selected as the material of the plate. L
The physical property values of aC14 and S-FPL53 are as shown in Table 1,

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】これらの物性値を計算に用いた。本実施形
態では、透明体薄板10の厚さを65μm、板状体11
の厚さを500μmとした。その他の形状寸法は図1に
記載の通りである。すなわち、透明体薄板10と板状体
11の形状は2mm四方の正方形としている。また透明
体薄板10と板状体11を接着する接着剤としては、接
着強度の高い熱硬化性の2液混合型エポキシ系接着剤E
PO−TEK353ND(Epoxy Technol
ogy Inc.,製)を用いた。また、反射膜12は
Ta25とSiO2 とを交互に積層した誘電体多層膜か
らなっており、波長1530nm〜1570nmの範囲
で反射率は90%程度である。なお、接着剤や反射膜1
2は、透明体薄板10や板状体11に比べて十分に薄
く、温度による透明体薄板10の光学的距離の変化に影
響がないことが有限要素法で確認されており、本実施形
態の計算では無視している。
These physical properties were used for calculation. In the present embodiment, the thickness of the transparent thin plate 10 is 65 μm,
Was 500 μm in thickness. Other shapes and dimensions are as described in FIG. That is, the shapes of the transparent thin plate 10 and the plate-shaped body 11 are 2 mm square. The adhesive for bonding the transparent thin plate 10 and the plate-like body 11 is a thermosetting two-component mixed epoxy adhesive E having a high adhesive strength.
PO-TEK353ND (Epoxy Technology)
ogy Inc. , Co., Ltd.). The reflection film 12 is a dielectric multilayer film in which Ta 2 O 5 and SiO 2 are alternately stacked, and has a reflectance of about 90% in a wavelength range of 1530 nm to 1570 nm. In addition, the adhesive or the reflective film 1
2 is sufficiently thinner than the transparent thin plate 10 and the plate-like body 11, and it is confirmed by the finite element method that the optical distance of the transparent thin plate 10 is not affected by the temperature. Ignored in the calculations.

【0034】図2に有限要素法を用いて求めたソリッド
エタロンの透明体薄板(LaC14)の厚さと式(3)
から計算した屈折率の温度変化の結果を示す。また、比
較として、同図に熱膨張係数の大きい板状体を接着して
いない場合の透明体薄板の計算結果を示す。同図から分
かる様に、板状体無しでは温度上昇による熱膨張で厚さ
が増大すると共に、屈折率も上昇している。このため、
透明体薄板の厚さと屈折率の積である光学的距離は図3
に示すように温度上昇によってかなり大きくなってい
る。それに対して、板状体を接着した本実施形態では、
図2に示されるように、温度上昇により透明体薄板が板
状体によって機械的に引き延ばされるため、厚さは逆に
薄くなっている。また、式(3)から明らかなように屈
折率も温度歪みによる減少分があるため、温度勾配が低
くなる。このため、本実施形態では、透明体薄板の厚さ
の変化と屈折率の変化がちょうど相殺され、透明体薄板
の厚さと屈折率の積である光学的距離は図3に示すよう
に温度上昇による変化が非常に小さくなる。次に透明体
薄板の光学的距離からソリッドエタロンの透過光の波長
特性を式(1)により計算し、温度による透過光ピーク
の波長シフト量を表したものを図4に示す。ここで波長
シフト量が正であるのは透過光の波長が長くなることを
意味する。透過波長は光学的距離に比例するので、板状
体無しに比べて、板状体を接着した本実施形態では、温
度上昇による波長シフト量が非常に小さい。
FIG. 2 shows the thickness of the transparent thin plate (LaC14) of the solid etalon obtained by using the finite element method and the formula (3).
5 shows the result of temperature change of the refractive index calculated from FIG. For comparison, FIG. 10 shows the calculation results of a transparent thin plate in the case where a plate having a large thermal expansion coefficient is not bonded. As can be seen from the figure, without the plate-like body, the thickness increases due to the thermal expansion due to the temperature rise, and the refractive index also increases. For this reason,
The optical distance which is the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index is shown in FIG.
As shown in FIG. On the other hand, in the present embodiment in which the plate-like bodies are bonded,
As shown in FIG. 2, since the transparent thin plate is mechanically stretched by the plate-like body due to the temperature rise, the thickness is conversely reduced. Further, as is apparent from the equation (3), the refractive index also has a decrease due to the temperature distortion, so that the temperature gradient is reduced. For this reason, in the present embodiment, the change in the thickness of the transparent thin plate and the change in the refractive index are exactly offset, and the optical distance, which is the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index, increases as shown in FIG. Change is very small. Next, the wavelength characteristic of the transmitted light of the solid etalon is calculated from the optical distance of the transparent thin plate by the equation (1), and the wavelength shift amount of the transmitted light peak depending on the temperature is shown in FIG. Here, a positive wavelength shift amount means that the wavelength of the transmitted light becomes longer. Since the transmission wavelength is proportional to the optical distance, the amount of wavelength shift due to a rise in temperature is very small in the present embodiment in which the plate is adhered, as compared with the case without the plate.

【0035】更に、図5に本実施形態の温度による波長
シフトの計算値を波長レンジを拡大して示すが、波長の
温度変化は2次的に(近似的に2次関数のように)変化
している。これは、図6、及び図7に示されるようにL
aC14とS−FPL53の熱膨張係数や屈折率の温度
係数が温度上昇によって少しづつ増加することによるも
のである。
Further, FIG. 5 shows the calculated value of the wavelength shift due to temperature in the present embodiment with the wavelength range expanded, and the temperature change of the wavelength changes quadratically (approximately as a quadratic function). doing. This is because L, as shown in FIGS.
This is because the thermal expansion coefficient and the temperature coefficient of the refractive index of aC14 and S-FPL53 gradually increase with the temperature rise.

【0036】次に、同様にして透明体薄板の厚さに対す
る板状体の厚さを変えて波長シフト量を計算した結果を
図8に示す。ここでは、板状体の厚さは変えずに、透明
体薄板の厚さを変えて計算を行った。図8から分かるよ
うに板状体に対する透明体薄板の厚さが厚くなるに従っ
て、波長シフトの温度勾配が正方向になっている。これ
は、板状体の厚さに比べて透明体薄板の厚さが厚くなる
に従って、透明体薄板が熱膨張係数の大きい板状体によ
って機械的に引き延ばされにくくなっているためであ
る。このように波長特性の温度依存性を零に近づけるた
めには、単に材料の物性値を選択するだけではなく、透
明体薄板の厚さに対する板状体の厚さを最適に調整する
必要がある。実際には透明体薄板の厚さを変えるとソリ
ッドエタロンの透過特性の半値幅やピークからピークま
での幅(フリースペクトルレンジ)が変化してしまうの
で、板状体の厚さを調整した方がより好ましい。
Next, FIG. 8 shows the result of calculating the wavelength shift amount by changing the thickness of the plate-like body with respect to the thickness of the transparent thin plate in the same manner. Here, the calculation was performed by changing the thickness of the transparent body thin plate without changing the thickness of the plate-shaped body. As can be seen from FIG. 8, the temperature gradient of the wavelength shift becomes positive as the thickness of the transparent thin plate with respect to the plate-like body increases. This is because, as the thickness of the transparent thin plate becomes thicker than the thickness of the plate-like body, the transparent thin plate becomes difficult to be mechanically stretched by the plate-like body having a large thermal expansion coefficient. . In order to make the temperature dependence of the wavelength characteristic close to zero as described above, it is necessary to not only select the physical properties of the material but also to optimally adjust the thickness of the plate to the thickness of the transparent thin plate. . Actually, changing the thickness of the transparent thin plate changes the half width of the transmission characteristics of the solid etalon and the width from peak to peak (free spectral range), so it is better to adjust the thickness of the plate More preferred.

【0037】本実施形態で、板状体(S−FPL53)
の厚さを500μm、透明体薄板(LaC14)の厚さ
を65μm(板状体の厚さの7分の1から8分の1程
度)とした時、0〜85℃の温度範囲で、透過波長、す
なわち光学的距離(透明体の厚さと屈折率の積)が最小
となる温度が、温度範囲のほぼ中心にあり、波長特性の
温度依存性が最も小さくなっている。このように、透明
体の厚さと屈折率の積の温度による変化が2次的(2次
関数のように振る舞う)であることを考慮して、所望の
温度範囲で透明体の厚さと屈折率の積が最小となる温度
が、所望の温度範囲のほぼ中心にすることにより、波長
特性の温度依存性を限りなく零に近くすることができ
る。
In this embodiment, the plate-like body (S-FPL53)
Is 500 μm and the thickness of the transparent thin plate (LaC14) is 65 μm (about 1/7 to 1/8 of the thickness of the plate-like body). The wavelength, that is, the temperature at which the optical distance (the product of the thickness of the transparent body and the refractive index) is minimized is substantially at the center of the temperature range, and the temperature dependence of the wavelength characteristic is the smallest. In this way, considering that the change in the product of the thickness of the transparent body and the refractive index with temperature is quadratic (behaves like a quadratic function), the thickness and the refractive index of the transparent body in a desired temperature range are considered. By setting the temperature at which the product of the minimum is substantially at the center of the desired temperature range, the temperature dependence of the wavelength characteristic can be made as close as possible to zero.

【0038】次に、本実施形態の構成のソリッドエタロ
ンを実際に10個作製し、透過光ピークの波長シフト量
を測定した結果を図9に示す。同図から分かるようにほ
ぼ計算値と同様の結果が得られ、0〜85℃の温度範囲
で0.015nm程度と非常に小さい波長シフトであっ
た。
Next, FIG. 9 shows the result of actually manufacturing ten solid etalons having the structure of the present embodiment and measuring the wavelength shift amount of the transmitted light peak. As can be seen from the figure, substantially the same result as the calculated value was obtained, and the wavelength shift was as small as about 0.015 nm in the temperature range of 0 to 85 ° C.

【0039】本実施形態では、透明体基板としてLaC
14(HOYA製)、板状体としてS−FPL53(オ
ハラ製)を用いたが、このガラス以外でもほぼ同様の物
性値を有するガラスならば、代わりに用いることができ
る。例えば、LaC14(HOYA製)の代わりにS−
LAL14(オハラ製)、N14(SCHOTT製)等
を、またS−FPL53(オハラ製)の代わりにFCD
100(HOYA製)などを用いることができる。
In this embodiment, LaC is used as the transparent substrate.
14 (manufactured by HOYA) and S-FPL53 (manufactured by OHARA) as the plate-like body, but other than this glass, any other glass having substantially the same physical properties can be used. For example, instead of LaC14 (made by HOYA), S-
LAL14 (manufactured by OHARA), N14 (manufactured by SCHOTT), etc. and FCD instead of S-FPL53 (manufactured by OHARA)
100 (made by HOYA) or the like can be used.

【0040】また、物性値が多少異なるガラスを組み合
わせたとしても、透明体薄板の厚さに対する板状体の厚
さを最適に調整することにより、波長特性の温度依存性
を零に近くすることが可能である。
Further, even if glasses having slightly different physical properties are combined, the temperature dependence of the wavelength characteristic can be made close to zero by optimally adjusting the thickness of the plate to the thickness of the transparent thin plate. Is possible.

【0041】このように本発明では、透明体の厚さと屈
折率の積の温度による変化が2次的であることを考慮し
て、所望の温度範囲で透明体の厚さと屈折率の積が最小
となる温度を、所望の温度範囲のほぼ中心にすることに
より、波長特性の温度依存性を限りなく零に近くするこ
とであり、板状体や透明体薄板の材料や厚さが必ずしも
本実施形態のものに限定されるわけではない。
As described above, in the present invention, the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is determined within a desired temperature range in consideration of the secondary change in the product of the thickness of the transparent body and the refractive index with temperature. By setting the minimum temperature to approximately the center of the desired temperature range, the temperature dependence of the wavelength characteristic is made as close to zero as possible. The invention is not limited to the embodiment.

【0042】図10は、本実施形態における有限要素法
において得られた透明体薄板の形状に関する結果であ
る。温度が上昇すると、透明体薄板10は膨張し、屈折
率変化を生じる。このとき、透明体薄板10の熱膨張係
数よりも大きな熱膨張係数を持つ板状体11は透明体薄
板10よりも多く膨張して、透明体薄板10を引っ張
る。これにより、透明体薄板10は機械的に厚さが薄く
されて、透明体薄板10の厚さと屈折率の積が一定に保
たれる。
FIG. 10 shows the results regarding the shape of the transparent thin plate obtained by the finite element method in this embodiment. When the temperature rises, the transparent thin plate 10 expands, causing a change in the refractive index. At this time, the plate-shaped body 11 having a larger thermal expansion coefficient than the transparent body thin plate 10 expands more than the transparent body thin plate 10 and pulls the transparent body thin plate 10. Thereby, the thickness of the transparent thin plate 10 is mechanically reduced, and the product of the thickness of the transparent thin plate 10 and the refractive index is kept constant.

【0043】しかし、実際には、同図の矢印で示される
ような引っ張り力が透明体薄板10に働くので、光素子
あるいはソリッドエタロンの周辺部では、引っ張り力が
透明体薄板10を横方向に引っ張る方向からそれてしま
う。従って、周辺部では、透明体薄板10を引っ張る力
が十分に得られず、透明体薄板10が他の部分よりも厚
くなってしまう。このように、透明体薄板10が厚いま
ま残ってしまう周辺部では、光学的距離(厚さと屈折率
の積)が一定には保たれないので、光素子として使用す
ることができない。
However, in practice, the pulling force shown by the arrow in the drawing acts on the transparent thin plate 10, so that the pulling force is applied to the transparent thin plate 10 in the lateral direction around the optical element or the solid etalon. Deviates from the pulling direction. Therefore, in the peripheral portion, a sufficient force to pull the transparent body thin plate 10 cannot be obtained, and the transparent body thin plate 10 becomes thicker than other portions. As described above, since the optical distance (the product of the thickness and the refractive index) is not kept constant in the peripheral portion where the transparent thin plate 10 remains thick, it cannot be used as an optical element.

【0044】本実施形態の有限要素法による計算による
と、透明体薄板10の厚さが60μm、板状体11の厚
さがそれぞれ500μmで2mm四方のソリッドエタロ
ンを形成したところ、素子の中心部の1mm四方程度の
範囲では、光学的距離を一定に保つ効果が十分に得られ
ることが分かった。
According to the calculation by the finite element method of the present embodiment, when a transparent etalon having a thickness of 60 μm and a thickness of 500 μm, respectively, of the transparent body thin plate 10 and a 2 mm square solid etalon was formed, It was found that in the range of about 1 mm square, the effect of keeping the optical distance constant was sufficiently obtained.

【0045】従って、本実施形態のような光素子を使用
する場合には、素子の中心部を使用するようにすればよ
い。なお、上記説明では、波長シフト量が2次関数的に
振る舞うと述べたが、実際には、より高次の影響も反映
されている。しかし、これら高次の影響が非常に小さい
ので実用上波長シフト量あるいは透明体薄板の屈折率と
厚さの積が2次関数的に振る舞うとしても問題はない。
実際、波長シフト量の2次関数的な振る舞いは現時点の
実験における測定限界に近い変化であり、これより高次
の影響はほとんどないと考えてもよいということにな
る。
Therefore, when an optical element as in the present embodiment is used, the central portion of the element may be used. In the above description, it has been described that the wavelength shift behaves as a quadratic function. However, actually, higher-order effects are also reflected. However, since these higher-order effects are very small, there is no problem even if the wavelength shift amount or the product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate behaves as a quadratic function in practical use.
In fact, the quadratic behavior of the wavelength shift amount is a change close to the measurement limit in the current experiment, and it can be considered that there is almost no higher-order effect.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
両面に光を反射する反射膜を有する透明体薄板と、透明
体薄板と異なる材質で構成され、透明体薄板の両面に接
着された、透明体薄板よりも熱膨張係数の大きい板状体
とを有し、温度変化によって生じる透明体薄板の厚さと
屈折率との積による変化が、板状体の温度変化に伴って
生じる体積の変化により透明体薄板が変形されることに
よって相殺され、透明体の厚さと屈折率の積が近似的に
不変に保たれるソリッドエタロンにおいて、透明体の厚
さと屈折率の積の温度による変化が2次的であり、所望
の温度範囲で透明体の厚さと屈折率の積が最小となる温
度が、所望の温度範囲のほぼ中心にあるので、波長特性
の温度依存性が限りなく零に近いソリッドエタロンを提
供することができる。
As described above, according to the present invention,
A transparent thin plate having a reflection film that reflects light on both sides, and a plate-like body that is made of a material different from the transparent thin plate and that is bonded to both surfaces of the transparent thin plate and has a larger thermal expansion coefficient than the transparent thin plate. The change due to the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index caused by the temperature change is offset by the deformation of the transparent thin plate due to the change in volume caused by the temperature change of the plate-like body, and the transparent body In a solid etalon in which the product of the thickness and the refractive index is kept approximately invariable, the change in the product of the thickness of the transparent body and the refractive index with temperature is quadratic, and the thickness of the transparent body in the desired temperature range is Since the temperature at which the product of the refractive indices is minimized is substantially at the center of the desired temperature range, it is possible to provide a solid etalon in which the temperature dependence of the wavelength characteristic is almost zero.

【0047】あるいは、本発明によれば、内部で光を反
射させる透明体薄板と、前記透明体薄板両面のうちの少
なくとも一面に接着され、前記透明体薄板の熱膨張係数
よりも大きな熱膨張係数を有する板状体とを備え、温度
の変化による該透明体薄板の屈折率と厚さの積が、使用
温度範囲のほぼ中間の温度で最小になるような光素子を
提供することができる。
Alternatively, according to the present invention, a transparent thin plate that reflects light internally and a thermal expansion coefficient that is bonded to at least one of both surfaces of the transparent thin plate and that is larger than the thermal expansion coefficient of the transparent thin plate And a plate-shaped body having the following formula: wherein the product of the refractive index and the thickness of the transparent body thin plate due to a change in temperature is minimized at a temperature approximately in the middle of the operating temperature range.

【0048】このようなソリッドエタロンあるいは光素
子によれば、温度の変化による素子の特性の変化をほと
んど零にすることができ、温度変化に対して安定した光
素子を提供することができる。
According to such a solid etalon or an optical element, a change in characteristics of the element due to a change in temperature can be made almost zero, and an optical element stable against a change in temperature can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】ソリッドエタロンの透明体薄板の厚さと屈折率
の温度変化の計算結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a calculation result of a temperature change of a thickness and a refractive index of a transparent thin plate of a solid etalon.

【図3】ソリッドエタロンの光学的距離の温度変化の計
算結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a calculation result of a temperature change of an optical distance of a solid etalon.

【図4】ソリッドエタロンの温度変化による波長シフト
量の計算結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation result of a wavelength shift amount due to a temperature change of a solid etalon.

【図5】図4の計算結果において、波長シフト量の軸を
拡大して示した図である。
5 is an enlarged view of an axis of a wavelength shift amount in the calculation result of FIG. 4;

【図6】透明体薄板の屈折率の温度係数の温度の変化に
対する変化の様子を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing how the temperature coefficient of the refractive index of a transparent thin plate changes with a change in temperature.

【図7】透明体薄板と板状体の熱膨張係数の温度変化の
様子を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state of a temperature change of a thermal expansion coefficient of a transparent body thin plate and a plate-like body.

【図8】板状体の厚さの変化に対するソリッドエタロン
の波長シフト量を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a wavelength shift amount of a solid etalon with respect to a change in a thickness of a plate-like body.

【図9】実際に作製されたソリッドエタロンの温度変化
に対する波長シフト量の変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in a wavelength shift amount with respect to a temperature change of an actually manufactured solid etalon.

【図10】本実施形態のソリッドエタロンにおいて、温
度が上昇したときの透明体薄板に働く引っ張り力と透明
体薄板の形状を説明する図である。
FIG. 10 is a view for explaining the tensile force acting on the transparent thin plate and the shape of the transparent thin plate when the temperature rises in the solid etalon of the present embodiment.

【図11】従来の光学フィルタとこれらが有する問題点
を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional optical filter and a problem that these have.

【図12】ソリッドエタロンの透過光の強度を波長に対
して記載したものである
FIG. 12 shows the intensity of transmitted light of a solid etalon with respect to wavelength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 透明体薄板 11 板状体 12 反射膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transparent thin plate 11 Plate-shaped body 12 Reflective film

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内部で光を反射させる透明体薄板と、 前記透明体薄板両面のうちの少なくとも一面に接着さ
れ、前記透明体薄板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係
数を有する板状体とを備え、 温度の変化による該透明体薄板の屈折率と厚さの積が、
使用温度範囲のほぼ中間の温度で最小になることを特徴
とする光素子。
1. A transparent thin plate that reflects light internally, and a plate-like body adhered to at least one of both surfaces of the transparent thin plate and having a thermal expansion coefficient larger than a thermal expansion coefficient of the transparent thin plate. The product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate due to the temperature change,
An optical element characterized in that it is minimized at a temperature approximately in the middle of the operating temperature range.
【請求項2】前記板状体は、前記透明体薄板の両面に接
着されていることを特徴とする請求項1に記載の光素
子。
2. The optical element according to claim 1, wherein said plate-like body is bonded to both sides of said transparent thin plate.
【請求項3】前記透明体薄板の厚さは略60μmで、前
記板状体の厚さは略500μmであることを特徴とする
請求項2に記載の光素子。
3. The optical element according to claim 2, wherein said transparent thin plate has a thickness of about 60 μm, and said plate-like body has a thickness of about 500 μm.
【請求項4】前記光素子に入射する光は、前記透明体薄
板の一方の面の側のほぼ中央に入射されることを特徴と
する請求項1に記載の光素子。
4. The optical element according to claim 1, wherein the light incident on the optical element is incident substantially at the center on one side of the transparent thin plate.
【請求項5】前記透明体薄板の屈折率と厚さの積を温度
の2次までの関数で近似し、この関数の温度の変化に関
する極小点が、予想される該光素子の使用温度範囲のほ
ぼ中間温度になるように、前記透明体薄板と前記板状体
の物性値を設定することを特徴とする請求項1に記載の
光素子。
5. The method according to claim 1, wherein the product of the refractive index and the thickness of the transparent thin plate is approximated by a function up to the second order of the temperature, and the minimum point of the change in the temperature of the function is determined by the expected operating temperature range of the optical element. The optical element according to claim 1, wherein the physical property values of the transparent thin plate and the plate-like body are set so as to be approximately the intermediate temperature of the optical element.
【請求項6】0〜85℃の温度範囲で、前記透明体薄板
の熱膨張係数が5〜7(10-6/℃)、屈折率の温度係
数が3〜5(10-6/℃)であり、前記板状体の熱膨張
係数が14〜15(10-6/℃)であることを特徴とす
る請求項1に記載の光素子。
6. A transparent thin plate having a thermal expansion coefficient of 5 to 7 (10 −6 / ° C.) and a refractive index of 3 to 5 (10 −6 / ° C.) in a temperature range of 0 to 85 ° C. The optical element according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the plate-like body is 14 to 15 (10 −6 / ° C.).
【請求項7】前記透明体薄板の材質がランタンクラウン
ガラスであり、前記板状体の材質がフッ素クラウンガラ
スであることを特徴とする請求項1に記載の光素子。
7. The optical element according to claim 1, wherein a material of said transparent thin plate is lanthanum crown glass, and a material of said plate-like body is fluorine crown glass.
【請求項8】前記透明体基板として、LaC14(HO
YA製)、S−LAL14(オハラ製)、N14(SC
HOTT製)のいずれかを使用し、板状体として、S−
FPL53(オハラ製)、FCD100(HOYA製)
のいずれかを用いることを特徴とする請求項1に記載の
光素子。
8. The method according to claim 8, wherein the transparent substrate is LaC14 (HO).
YA), S-LAL14 (Ohara), N14 (SC
HOTT), and S-
FPL53 (made by OHARA), FCD100 (made by HOYA)
The optical device according to claim 1, wherein any one of the following is used.
【請求項9】前記透明体薄板の厚さに対する前記板状体
の厚さを調整することにより、所望の温度範囲で前記透
明体の厚さと屈折率の積が最小となる温度を、所望の温
度範囲のほぼ中心にしたことを特徴とする請求項1に記
載の光素子。
9. A temperature at which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is minimized in a desired temperature range by adjusting the thickness of the plate-like body with respect to the thickness of the transparent body thin plate. 2. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is located substantially at the center of the temperature range.
【請求項10】両面に光を反射する反射膜を有する透明
体薄板と、該透明体薄板と異なる材質で構成され、該透
明体薄板の両面に接着された、前記透明体薄板よりも熱
膨張係数の大きい板状体とを有し、温度変化によって生
じる前記透明体薄板の厚さと屈折率との積の変化が、前
記板状体の温度変化に伴って生じる体積の変化により前
記透明体薄板が変形されることによって相殺され、前記
透明体の厚さと屈折率の積が近似的に不変に保たれる光
素子において、 前記透明体の厚さと屈折率の積の温度による変化が2次
的であり、所望の温度範囲で前記透明体の厚さと屈折率
の積が最小となる温度が、所望の温度範囲のほぼ中心に
あることを特徴とする光素子。
10. A transparent thin plate having a reflective film for reflecting light on both sides, and a material which is made of a material different from that of the transparent thin plate, and is thermally expanded more than the transparent thin plate bonded to both surfaces of the transparent thin plate. A change in the product of the thickness of the transparent thin plate and the refractive index caused by a temperature change, and a change in the volume caused by the temperature change of the plate, the transparent thin plate having a large coefficient. Are offset by the deformation of the optical element, and the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is kept substantially unchanged. Wherein the temperature at which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is minimized in a desired temperature range is substantially at the center of the desired temperature range.
【請求項11】0〜85℃の温度範囲で、前記透明体薄
板の熱膨張係数が5〜7(10-6/℃)、屈折率の温度
係数が3〜5(10-6/℃)であり、前記板状体の熱膨
張係数が14〜15(10-6/℃)であることを特徴と
する請求項10に記載の光素子。
11. The transparent thin plate has a coefficient of thermal expansion of 5 to 7 (10 −6 / ° C.) and a temperature coefficient of refractive index of 3 to 5 (10 −6 / ° C.) in a temperature range of 0 to 85 ° C. The optical element according to claim 10, wherein a thermal expansion coefficient of the plate-like body is 14 to 15 (10 −6 / ° C.).
【請求項12】前記透明体薄板の材質がランタンクラウ
ンガラスであり、前記板状体の材質がフッ素クラウンガ
ラスであることを特徴とする請求項10に記載の光素
子。
12. The optical element according to claim 10, wherein the material of the transparent thin plate is lanthanum crown glass, and the material of the plate is fluorine crown glass.
【請求項13】前記透明体基板として、LaC14(H
OYA製)、S−LAL14(オハラ製)、N14(S
CHOTT製)のいずれかを使用し、板状体として、S
−FPL53(オハラ製)、FCD100(HOYA
製)のいずれかを用いることを特徴とする請求項10に
記載の光素子。
13. The method according to claim 13, wherein the transparent substrate is LaC14 (H
OYA), S-LAL14 (Ohara), N14 (S
CHOTT) and S
-FPL53 (made by OHARA), FCD100 (HOYA
11. The optical device according to claim 10, wherein any one of the following is used.
【請求項14】前記透明体薄板の厚さに対する前記板状
体の厚さを調整することにより、所望の温度範囲で前記
透明体の厚さと屈折率の積が最小となる温度を、所望の
温度範囲のほぼ中心にしたことを特徴とする請求項10
に記載の光素子。
14. A temperature at which the product of the thickness of the transparent body and the refractive index is minimized within a desired temperature range by adjusting the thickness of the plate-like body with respect to the thickness of the transparent body thin plate. 11. The temperature range is set substantially at the center.
An optical element according to item 1.
【請求項15】前記透明体薄板の厚さが前記板状体の厚
さの7分の1以下であることを特徴とする請求項10に
記載の光素子。
15. The optical element according to claim 10, wherein a thickness of said transparent thin plate is not more than one seventh of a thickness of said plate-like body.
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