DE10110468A1

DE10110468A1 - Filterelement

Info

Publication number: DE10110468A1
Application number: DE2001110468
Authority: DE
Inventors: Manfred Engelhardt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: DE10110468B4

Abstract

Ein Filterelement zum Filtern mindestens eines Wellenlängenbereichs von auf das Filterelement auftreffender Strahlung weist eine Vielzahl von Nanoröhren auf, wobei mittels der gewählten Länge der Nanoröhren die Filtercharakteristik des Filterelements einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement.

Ein solches Filterelement ist bekannt.

Bei dem bekannten Filterelement ist auf ein Substrat eine Reflex-Beschichtung aufgebracht zum Verspiegeln für eine mittels des Filterelements aus einem optischen Bereich des Spektrums auszufilternde Wellenlänge.

Bei diesem Filterelement weist das Substrat selbst für die der auszufilternden Wellenlänge benachbarten Wellenlängen einer Strahlung eine möglichst hohe Transmission auf.

Weiterhin ist es bekannt, ein Filterelement zu realisieren, indem Kristalle mit definierten Verunreinigungen, das heißt Dotieratomen, verwendet werden, die in dem Kristall Adsorptionslinien besitzen, deren Wellenlänge genau der Wellenlänge der Strahlung entspricht, die aus der auftreffenden Strahlung herausgefiltert werden soll.

Weiterhin sind aus [1] Grundlagen über Kohlenstoff-Nanoröhren und deren grundlegende Eigenschaften bekannt.

In [2] sind Herstellungsverfahren beschrieben, die ein selbst justiertes Wachstum von Kohlenstoff-Nanoröhren ermöglichen.

In [3] ist ein Verfahren zum Herstellen von einer Folie aus Kohlenstoff-Nanoröhren bekannt, welche auch als Bucky-Paper bezeichnet wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein weiteres Filterelement anzugeben, welches sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine geringere Größe aufweist als die bekannten Filterelemente.

Das Problem wird durch das Filterelement mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.

Anschaulich kann die Erfindung darin gesehen werden, dass ein wellenlängenselektives Filter mit Nanoröhren, vorzugsweise mit Kohlenstoff-Nanoröhren, verwendet wird.

Ein solches Filterelement ist sehr einfach und kostengünstig herstellbar und weist aufgrund der geringen Größe der Kohlenstoff-Nanoröhren, die üblicherweise einen Durchmesser von einem bis einigen 10 nm und eine Länge von bis zu einigen Mikrometern auf.

Anschaulich wird somit mittels des Filterelements ein einstellbar vorgegebenes Teilspektrum des Gesamtspektrums der auf das Filterelement auftreffenden Strahlung herausgefiltert.

Die Nanoröhren können zu einer Nanoröhren-Schicht angeordnet sein, beispielsweise kann sogenanntes Bucky-Paper verwendet werden, in dem Kohlenstoff-Nanoröhren zu einer dünnen Schicht bzw. dünnen Folie zusammen angeordnet sind.

Ein Filtersystem zum Übertragen und Filtern von Strahlung, vorzugsweise von optischer Strahlung, weist einen ersten Lichtwellenleiter auf, über den Strahlung mit einem vorgegebenen Spektrum übertragen werden kann. Ausgangsseitig ist der erste Lichtwellenleiter mit einem Filterelement zum Filtern mindestens eines Wellenlängenbereichs aus dem Spektrum der auf das Filterelement auftreffenden Strahlung gekoppelt, wobei das Filterelement eine Vielzahl von Nanoröhren aufweist. Die Filtercharakteristik des Filterelements ist über die jeweils variabel wählbare Länge der Nanoröhren in dem Filterelement einstellbar. An den Ausgang des Filterelements kann ein zweiter Lichtwellenfilter gekoppelt sein, über den die aus dem Filterelement austretende Strahlung übertragen werden kann.

Das Filterelement kann sowohl als Transmissionsfilter, als Reflexionsfilter oder auch als Absorptionsfilter eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Filtersystem mit einem Filterelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Filterelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3a und 3b ein Beispiel einer spektralen Intensitätsverteilung der auf das Filterelement auftreffenden Strahlung (Fig. 3a), der aus dem Filterelement austretenden, das heißt transmittierten Strahlung (Fig. 3b) sowie der zugehörigen Längenverteilung der Kohlenstoff-Nanoröhren in dem Filterelement (Fig. 3c).

Fig. 1 zeigt ein Filtersystem 100 zum Übertragen und Filtern von elektromagnetischer, vorzugsweise optischer Strahlung.

Die optische Strahlung weist eine Vielzahl von Wellenlängen auf, das heißt eine Vielzahl von unterschiedlichen Teilspektren aus dem gesamten Spektrum, die mittels eines ersten Lichtwellenleiters 101 übertragen werden können.

Die Strahlung mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge ist in Fig. 1 mit jeweils einem Pfeil 102 symbolisiert. Aus dem gesamten Spektrum 103 der Strahlung, im Weiteren als Gesamtspektrum bezeichnet, soll mittels eines Filterelements 104 ein vorgegebenes Teilspektrum bei einer Mittenwellenlänge λ₀ mit einer Breite Δλ aus dem Gesamtspektrum 103 herausgefiltert werden.

Das Filterelement 104 weist eine Vielzahl von Kohlenstoff- Nanoröhren 105 mit einer vorgegebenen Länge auf, deren Längenverteilung N in Fig. 3c beispielhaft dargestellt ist.

Symbolisch ist die Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren 105 in dem Filterelement 104 mittels eines Doppelpfeils 106 dargestellt.

Das Filterelement 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine dünne Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhren 105, vorzugsweise wird ein sogenanntes Bucky-Paper, das heißt eine Folie mit Kohlenstoff-Nanoröhren 105 eingesetzt werden.

Die geordnete Struktur der Kohlenstoff-Nanoröhren 105 in Fig. 1 ist lediglich symbolisch zu verstehen, in einem Bucky- Paper ist selbstverständlich die Anordnung der Kohlenstoff- Nanoröhren 105 wesentlich ungeordneter.

Durch die Schicht von Kohlenstoff-Nanoröhren 105, das heißt mittels des Filterelements 104 wird die auf das Filterelement 104 auftreffende Strahlung 103 (vgl. auch Fig. 2) in einem vorgegebenen Wellenbereich abhängig von der Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren 105 in dem Filterelement 108 geschwächt, das heißt gefiltert.

Die spektrale Lage, das heißt die Mittenwellenlänge λ₀ der herauszufilternden Strahlung 109 und die Breite des Teilspektrums der herauszufilternden Teilspektrums Δλ ist abhängig von der Länge 1 der Kohlenstoff-Nanoröhren und deren Längenverteilung N.

Fig. 3a zeigt eine spektrale Intensitätsverteilung 301 der auf das Filterelement 108 auftreffenden Strahlung 103.

Fig. 3b zeigt die spektrale Intensitätsverteilung 302 der transmittierten Strahlung.

Fig. 1 zeigt einen an einem Ausgang des Filterelements 104 angekoppelten zweiten Lichtwellenleiter 107 und die transmittierte Strahlung 108.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist aufgrund des Filterelements 104 die herauszufilternde Strahlung 109 in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich herausgefiltert und wird mittels des zweiten Lichtwellenleiters 107 nicht weiter übertragen.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass die oben beschriebenen Zusammenhänge ebenfalls für die Reflexion von Strahlung gelten.

Kohlenstoff-Nanoröhren der Länge λ₀/2 oder eines ganzzahligen Vielfachen davon führen zu einer Absorption von Strahlung der Wellenlänge λ₀ und werden dadurch zur Abstrahlung von Dipolstrahlung mit der dafür bekannten Abstrahlcharakteristik angeregt.

Diese Strahlung der Wellenlänge λ₀ ist daher in dem transmittierten Strahl geschwächt, das heißt es wird ein optisches Notch-Filter gebildet.

Die spektrale Breite Δλ des Absorptionsbereichs korreliert direkt mit der Längenverteilung der Kohlenstoff-Nanoröhren 105 in der Folie, das heißt in dem Filterelement 104.

Somit sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 105 in dem Filterelement 104 sowohl als Transmissionsfilter als auch als Reflexionsfilter oder als Absorptionsfilter geeignet und einsetzbar.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] P. M. Ajayan, Nanotubes from Carbon, Chemical Review, S. 1787-1799, 1999
[2] J. Sang Suh und J. Seung Lee, Highly ordered two dimensional carbon nanotube arrays, Applied Physics Letter, Volume 75, No. 14, S. 2047-2049, Oktober 1999
[3] M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus und P. C. Eklund, Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes, Academic, San Diego, 1996

Bezugszeichenliste

100

Filtersystem

101

Erster Lichtwellenleiter

102

Pfeil

103

Gesamtspektrum

104

Filterelement

105

Kohlenstoff-Nanoröhre

106

Doppelpfeil

107

Zweiter Lichtwellenleiter

108

Transmittierte Strahlung

109

Herauszufilternde Strahlung

301

Spektrale Eingangs-Intensitätsverteilung

302

Spektrale Ausgangs-Intensitätsverteilung

303

Längenverteilung der Kohlenstoff-Nanoröhren

Claims

1. Filterelement zum Filtern mindestens eines Wellenlängenbereichs von auf das Filterelement auftreffender Strahlung, mit einer Vielzahl von Nanoröhren, wobei mittels der gewählten Länge der Nanoröhren die Filtercharakteristik des Filterelements einstellbar ist.

2. Filterelement nach Anspruch 1, bei dem die Nanoröhren zu einer Nanoröhren-Schicht angeordnet sind.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Nanoröhren Kohlenstoff-Nanoröhren sind.

4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eingesetzt als Transmissionsfilter.

5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eingesetzt als Reflexionsfilter.

6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eingesetzt als Absorptionsfilter.

7. Filtersystem zum Übertragen und Filtern von Strahlung,
mit einem ersten Lichtwellenleiter, über den Strahlung mit einem vorgegebenen Spektrum übertragen werden kann,
mit einem mit dem ersten Lichtwellenleiter gekoppelten Filterelement zum Filtern mindestens eines Wellenlängenbereichs aus dem Spektrum der auf das Filterelement auftreffenden Strahlung, wobei das Filterelement eine Vielzahl von Nanoröhren aufweist, wobei mittels der gewählten Länge der Nanoröhren die Filtercharakteristik des Filterelements einstellbar ist.

8. Filtersystem nach Anspruch 7, mit einem mit dem Filterelement gekoppelten zweiten Lichtwellenleiter, über den die aus dem Filterelement austretende Strahlung übertragen werden kann.