DE112008003994T5

DE112008003994T5 - Abstimmbarer Nanodraht-Hohlraumresonator zur optischen Modulation

Info

Publication number: DE112008003994T5
Application number: DE112008003994T
Authority: DE
Inventors: Sagi Varghese Calif. Mathai; Alexandre M. Calif. Bratkovski; Wenhua Calif. Zhang; Shih-Yuan Calif. Wang
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2011-07-21
Also published as: US8446661B2; WO2010024803A1; CN102132190A; US20110141546A1; CN102132190B; JP2012500418A; KR20110044799A; KR101508618B1; JP5325299B2

Abstract

Hohlraumresonator mit einem abstimmbaren Nanodraht, Folgendes umfassend: ein Substrat (114, 116, 230, 330, 430, 530, 630, 640), wobei das Substrat mit einer optischen Resonatorstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610, 611) verbunden werden kann; und mehrere Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), die auf dem Substrat ausgebildet sind, wobei die mehreren Nanodrähte in Reaktion auf eine Anwendung von Energie bewegt (122, 222, 322, 422, 522, 623) werden.

Description

HINTERGRUND
Ein optischer Resonator, der auch als optischer Hohlraumresonator bezeichnet wird, ist eine Anordnung optischer Komponenten, die in einem bestimmten Pfad, mit oder ohne aktives Medium, die Zirkulation von Licht ermöglicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die beigefügte Zeichnung, die eingebunden ist und einen Teil dieser Beschreibung bildet, veranschaulicht Ausführungsformen der Erfindung und sie dient, zusammen mit der Beschreibung, der Verdeutlichung der Prinzipien der Erfindung:
1A ist ein Schemabild eines Teils der Komponenten eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren Nanodrähten in einer durchlässigen Lage, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B ist ein Schemabild des optischen Hohlraumresonators aus 1A, das den einen oder die mehreren Nanodrähte in einer nicht-durchlässigen Lage darstellt.
2A ist ein Schemabild eines Teils der Komponenten eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren Nanodrähten, entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B ist ein Schemabild des optischen Hohlraumresonators aus 2A, das den einen oder die mehreren Nanodrähte in einer strahlteilenden Lage darstellt.
3A ist ein Schemabild eines Teils der Komponenten eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren abstimmbaren Nanodrähten, entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3B ist ein Schemabild des einen oder der mehreren Nanodrähte aus 3A, die in einer durchlässigen Lage dargestellt sind.
3C ist ein Schemabild des einen oder der mehreren Nanodrähte aus 3A, die in einer nicht-durchlässigen Lage dargestellt sind.
4A ist ein Schemabild eines Teils der Komponenten eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren abstimmbaren Nanodrähten, die für einen abstimmbaren Filter oder eine Farbfilterung eingerichtet und die in einer reflektierenden Lage dargestellt sind, zu der ein bestimmter effektiver Brechungsindex gehört, entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4B ist ein Schemabild des einen oder der mehreren abstimmbaren Nanodrähte aus 4A, die für einen abstimmbaren Filter oder eine Farbfilterung eingerichtet und die in einer Lage mit einem erhöhten effektiven Brechungsindex dargestellt sind.
5A ist ein Schemabild eines Teils der Komponenten eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren beweglichen Nanodrähten, die in einer durchlässigen Lage dargestellt sind, entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B ist ein Schemabild eines der beweglichen Nanodrähte aus 5A, der in einer ablenkenden Lage dargestellt ist.
6A ist ein Schemabild eines optischen Hohlraumresonators zur Farbfilterung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der einen oder mehrere bewegliche Nanodrähte aufweist.
6B ist ein Schemabild der Nanodrähte des optischen Hohlraumresonators zur Farbfilterung aus 6A in einer aus der optischen Achse verschobenen Lage, entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Herstellung eines optischen Hohlraumresonators mit einem oder mehreren abstimmbaren Nanodrähten entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden im Folgenden eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert behandelt. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die eine oder die mehreren Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass dies die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen einschränken soll. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung Alternativen, Modifikationen und gleichwertige Ausführungsformen beinhaltet, die im Geist und dem Anwendungsbereich der Erfindung, so wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sind.
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind außerdem zahlreiche spezielle Details enthalten, um ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu geben. Für den durchschnittlichen Fachmann ist jedoch deutlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Verfahren, Vorgehensweisen und Komponenten nicht im Detail beschrieben, um Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu verbergen.
1A ist ein Schemabild einer beispielhaften Vorrichtung 110, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem oder mehreren Nanodrähten ausgestattet ist. Die abgebildete Vorrichtung 110 umfasst einen oder mehrere einzelne Nanodrähte 120 (von denen jeder durch eine gerade Linie dargestellt ist), die in ihrem Inneren angeordnet sind. Die Vorrichtung 110 umfasst wie abgebildet ein erstes Substrat, beispielsweise eine Elektrode 114, und ein zweites Substrat, beispielsweise eine Elektrode 116. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedes Substrat als eine Elektrode ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform können die Nanodrähte 120 auf der Elektrode 114 oder der Elektrode 116 aufgewachsen werden. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können, wie in den 2A–2B, 3A–3C und 4A–4B dargestellt, die Nanodrähte 120 auf einem Substrat aufgewachsen und anschließend mit einer Elektrode verbunden werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Elektroden 114 und 116 wie in 1A dargestellt vorbelegt sein, oder sie können wie in 1B dargestellt vorbelegt sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reagieren die Nanodrähte 120 auf eine, beispielsweise mittels der Elektroden 114 und 116, angewendete Energie, wie dies ebenfalls in 1B dargestellt ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120 auf einer Elektrode aufgewachsen werden, beispielsweise der Elektrode 114 oder 116. Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und wie in den folgenden Figuren dargestellt, ist jeder der einzelnen Nanodrähte 120, 220, 320, 420, 520 auf einer Oberfläche aufgewachsen, beispielsweise dem Elektrodensubstrat 116 und den Substraten 230, 330, 430 und 530 in den 2A, 3A, 4A bzw. 5A. In der vorliegenden Ausführungsform wurden die Nanodrähte 120 auf der Elektrode 116 aufgewachsen. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120 auf der Elektrode 114 aufgewachsen sein.
Weiterhin mit Bezug auf 1A können in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Elektrode 114 und/oder 116 beispielsweise aus Folgendem bestehen: Silizium, GaAs, InP oder anderen monokristallinen Materialien, oder aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, polykristallinem Diamant und/oder anderen Kohlenstoffmaterialien, und/oder mikrokristallinem Silizium unter Verwendung einer Gussform oder aufgewachsen, derart, dass alle Nanodrähte 120 in derselben Richtung ausgerichtet sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jeder einzelne Nanodraht 120 auf der Elektrode 116 aufgewachsen. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Germanium, Indiumphosphid oder ein anderes geeignetes Material oder eine Kombination von Materialien bei der Herstellung der Elektroden 114 und 116 und der Nanodrähte 120 verwendet werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120 äußerlich ummantelt sein, beispielsweise können sie in Gold oder ein anderes leitendes und/oder optisch reflektierendes Material eingehüllt sein. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist jeder einzelne Nanodraht 120 mit einer Länge von wenigstens einer Wellenlänge ausgeführt. Der Abstand der Nanodrähte zu benachbarten Nanodrähten ist kleiner als eine Wellenlänge und er kann zufällig oder auf periodische oder nicht periodische Weise verteilt sein. Die Nanodrähte 120 können senkrecht oder in einem Winkel relativ zur Oberfläche des Substrats 116 ausgerichtet sein.
Nach der Herstellung können die Nanodrähte 120 der Vorrichtung 110 dafür eingerichtet werden, verschiedene Funktionen bereitzustellen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120 als ein optischer Modulator verwendet werden, wobei durch eine Auslenkung der Nanodrähte im Resonator der optische Q-Wert verschlechtert werden kann. Alternativ können aus der optischen Achse verschobene Nanodrähte, wenn Licht durch den Modulator oder optischen Hohlraumresonator tritt, die optischen Verluste erhöhen, indem Licht weg von der optischen Achse und in die Wand des optischen Hohlraumresonators abgelenkt wird und das Licht somit verloren geht, wie dies in den 1A–1B und den 3A–3C dargestellt ist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120 als Strahlteiler mit reflektierenden Nanodrähten verwendet werden, wie dies in den 2A und 2B dargestellt ist. In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Nanodraht 120 für die optische Modulation eingerichtet werden, wobei mehrere Nanodrähte 120 auf einem Substrat gebildet werden, das räumlichen Änderungen derart unterworfen ist, dass die Dichte der Nanodrähte 120, wie in den 4A und 4B dargestellt, veränderlich ist. Wie in den 4A und 4B dargestellt, ermöglichen Nanodrähte 120 mit einer veränderlichen Dichte einen einstellbaren effektiven Brechungsindex, wenn die Abstände zwischen den Nanodrähten kleiner als eine Lichtwellenlänge sind. In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Nanodraht 120 für die optische Modulation eingerichtet werden, wobei ein Nanodraht durch die Implementierung einer mechanischen Vorrichtung in eine modulierende Lage entlang der vertikalen Achse ausgerichtet wird, wie in den 5A und 5B dargestellt ist. In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Nanodraht 120 als eine Farbfilterungsvorrichtung implementiert werden, wie dies in den 4A–4B und 6A–6B dargestellt ist.
Weiterhin mit Bezug auf 1A ist zu sehen, dass auf die Elektrode 114 eine Energie angewendet wird, beispielsweise eine Spannung, derart, dass die Elektrode 114 ein höheres Potential als die Elektrode 116 hat, wodurch Erstere effektiv zu einer positiven Elektrode und Letztere effektiv zu einer Masseelektrode wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Elektrode 114 die positive Elektrode ist, werden die Nanodrähte 120, in Reaktion auf die angewendete Energie, von der positiveren Elektrode 114 angezogen, derart, dass eine hohe Durchlässigkeit für den Strahl 191 erreicht wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Nanodrähte 120, relativ zur horizontalen Achse der Elektrode 116, in einer vertikalen Lage 121 ausgerichtet, um die hohe Durchlässigkeit für den Strahl 191 zu erreichen. Es ist zu bemerken, dass im Einzeldurchgangsbetrieb die Auslenkung des Nanodrahts wie ein Verschluss wirkt, wohingegen im Mehrfachdurchgangsbetrieb, beispielsweise in einem Resonator, die Auslenkung des Nanodrahts als Q-Spoiler des Hohlraumresonators wirkt und das Signal somit auch moduliert.
Die Strahlen 191, 291, 391, 491 und 591 in den 1A–1B, 2A–2B, 3A–3C, 4A–4B bzw. 5A–5B können mit einem aktiven Medium, das in Verbindung mit der Vorrichtung 110 installiert ist, Wechselwirken oder auch nicht. Typen von aktiven Medien, die in der Vorrichtung 110 installierbar sind, können Halbleiter einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, wobei bei diesem Festkörpertyp die Bewegung von Elektronen aus Materialien unterschiedlicher Dotierungsstufen eine Laserwirkung veranlassen kann. Es ist zu bemerken, dass ein Nanodraht 120, wenn er aus III–V Halbleitermaterialien hergestellt ist, ebenfalls eine aktive Wirkung haben kann, derart, dass durch eine Auslenkung des Nanodrahts der Strahl über mehrfache Reflektionen und ein Einfangen des Lichts innerhalb des Nanodrahts mehr mit der aktiven Wirkung des Nanodrahts wechselwirkt. Eine Auslenkung der Nanodrähte aus der optischen Achse verändert daher die vom Lichtstrahl wahrgenommene aktive Wirkung und resultiert ebenfalls in einer Modulation. In diesem Beispiel werden die Nanodrähte optisch gepumpt, um eine aktive Wirkung zu erreichen, oder es werden beide Enden der Nanodrähte elektrisch abgeschlossen, um einen elektrischen Strom durch die Nanodrähte zu pumpen. Die Nanodrähte können für eine effiziente Verstärkung mit pn-Übergängen dotiert und in einer Heteroübergangsgeometrie hergestellt sein.
1B ist ein Schemabild der Vorrichtung 110 aus 1A, in dem in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Nanodrähte 120 in einem neutralen Zustand sind, derart, dass ein gleicher Energiebetrag, oder keine Spannung, auf die Elektrode 114 und die Elektrode 116 angewendet wird. Da zwischen der Elektrode 114 und der Elektrode 116 keine Potentialdifferenz vorhanden ist, kehren die Nanodrähte 120 in einen entspannten Zustand zurück. Im entspannten Zustand, der mit der Lage 122 bezeichnet ist, befinden sich die Nanodrähte in einer aus der optischen Achse ausgelenkten Orientierung, derart, dass die Nanodrähte 120 nicht parallel zum Lichtstrahl 191 ausgerichtet und/oder nicht senkrecht relativ zur horizontalen Achse der Elektrode 114 ausgerichtet sind.
Die in einer diagonalen Lage 122 orientierten Nanodrähte 120 bewirken eine Verringerung der Durchlässigkeit für den Strahl 191, was als Strahl 192 dargestellt ist.
2A ist ein Querschnitts-Schemabild einer Vorrichtung 210, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Strahlteiler ausgeführt ist. Es ist zu sehen, dass die Vorrichtung 210 eine mit ihr verbundene optionale Fokussierungslinse 212 umfasst. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Fokussierungslinse 212 dafür eingerichtet, einen Lichtstrahl, beispielsweise Strahl 291, zu fokussieren. Es ist zu bemerken, dass obwohl eine Fokussierungslinse 212 in den 2A und 2B dargestellt ist, gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den Vorrichtungen 110, 310, 410, 510, 610 und 611 in den 1A–1B, 3A–3C, 4A–4B, 5A–5B bzw. 6A–6B ebenfalls entsprechend eine Fokussierungslinse 212 vorhanden sein kann oder auch nicht. Die Vorrichtung 210 umfasst außerdem ein Substrat 230 auf dem eine Elektrode 214 und eine Elektrode 216 ausgebildet sind. Es sind ebenfalls mehrere einzelne Nanodrähte 220 abgebildet, von denen jeder als eine gerade Linie dargestellt ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 230 aus Silizium, beispielsweise polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, polykristallinem Diamant und/oder anderen Kohlenstoffmaterialien und/oder mikrokristallinem Silizium, in einem nicht monokristallinem Material, bestehen. Alle Nanodrähte 220 sind in derselben Richtung ausgerichtet. Die Nanodrähte 220 sind unter Verwendung verschiedener Mikro-Herstellungstechniken auf dem Substrat aufgewachsen oder geätzt. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Germanium, Indiumphosphid oder ein anderes geeignetes III–V Material oder eine Kombination von Materialien bei der Herstellung des Substrats 230 verwendet werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 220 auf dem Substrat 230 aus ähnlichem Material aufgewachsen werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Nanodrähte 220 aus einem unterschiedlichen Material oder Materialkombinationen bestehen.
Die Nanodrähte 220 der Vorrichtung 210 sind in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem neutralen Zustand dargestellt, in dem die Elektrode 214 und die Elektrode 216 nicht energetisch aufgeladen sind, also beispielsweise keine Spannung auf die Elektrode 214 oder die Elektrode 216 gegeben wurde. Da keine Energie angewendet wurde, beispielsweise ist kein Potentialunterschied vorhanden, sind die Nanodrähte 220 in einem Strich durch die Lage 221 ausgerichtet, beispielsweise parallel zur optischen Achse des Strahls 291 oder senkrecht zur vertikalen Achse des Substrats 230, derart, dass der Strahl 291 die Vorrichtung 210 mit einem minimalen Eingangsverlust durchläuft.
2B ist ein Querschnitts-Schemabild der Vorrichtung 210 aus 2A in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachdem auf die Elektrode 216 Energie angewendet wurde. Wenn zwischen der Elektrode 216 und den Nanodrähten 220 eine Spannung auftritt, werden die Nanodrähte 220 von der feststehenden Elektrode 216 angezogen. Wenn zwischen der Elektrode 214 und den Nanodrähten 220 eine Spannung auftritt, werden die Nanodrähte 220 von der Elektrode 214 angezogen (nicht dargestellt).
Für die vorliegende Ausführungsform ist in der Darstellung zu sehen, dass zwischen dem Substrat 230 und der Elektrode 214 keine Potentialdifferenz anliegt, wobei in diesem Beispiel das Substrat 230 als Masse dargestellt ist und für die Elektrode 214 zu sehen ist, dass eine Spannung von Null Volt auf sie angewendet wird. Ihrer Natur nach sind elektrostatische Kräfte anziehende Kräfte, unabhängig von der zwischen Objekten angewendeten Polarität, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrode 214 und das Substrat 230 so eingerichtet sind, dass sie keine Potentialdifferenz aufweisen. Falls die Elektrode 214 ein vom Substrat 230 verschiedenes Potential hätte, würden die näher an der Elektrode 214 gelegenen Nanodrähte 220 die elektromagnetische Kraft spüren und von der Elektrode 214 angezogen werden, wohingegen die näher an der Elektrode 216 gelegenen Nanodrähte 220 von der Elektrode 216 angezogen würden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde auf die Elektrode 216 eine Energiemenge angewendet, beispielsweise eine Spannung, derart, dass die Nanodrähte 220 zur Elektrode 216 gezogen werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Nanodrähte 220 von der Elektrode 216 angezogen, auf die eine Spannung angewendet ist, derart, dass die Nanodrähte 220, die mit einer reflektierenden Beschichtung ausgeführt sein können oder auch nicht, beispielsweise einem Dielektrikum und/oder einem Metall, sich in einer Strahlteilerlage 222 befinden. Alternativ können die Nanodrähte 220 zur Elektrode 214 hingezogen werden, wenn eine Spannung auf die Elektrode 214 angewendet wird und zwischen dem Substrat 230 und der Elektrode 216 keine Potentialdifferenz vorhanden ist. Wenn der Strahl 291 die Vorrichtung 210 durchläuft, teilen die Nanodrähte 220 in der Strahlteilerlage 222 den Strahl 291, wobei dargestellt ist, dass dieser die Vorrichtung 210 als Strahl 293 verlässt. In der vorliegenden Ausführungsform gilt, dass wenn die auf die Elektrode 216 angewendete Spannung entfernt wird, die Nanodrähte 220 in ihre neutrale Position zurückkehren, wie dies in 2A dargestellt ist.
3A ist ein Schemabild einer Vorrichtung 310, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die optische Modulation eingerichtet ist. Es ist zu sehen, dass die Vorrichtung 310 ein Substrat 330 umfasst. Das Substrat 330 kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat vom Silicon-on-Insulator (Silizium auf Isolator) Typ sein, der allgemein als SOI bezeichnet wird. Die Silicon-on-Insulator-Technologie (SOI) bezieht sich auf ein geschichtetes Silizium-Isolator-Silizium-Substrat anstelle herkömmlicher Siliziumsubstrate. SOI-basierte Vorrichtungen unterscheiden sich von herkömmlichen, aus Silizium aufgebauten Vorrichtungen darin, dass der Siliziumübergang sich über einem elektrischen Isolator, typischerweise Siliziumdioxid, befindet. Alternativ können andere Materialien, die Fähigkeiten und Eigenschaften ähnlich denjenigen des SOI-Substrats 330 aufweisen, innerhalb des oder als Substrat 330 eingesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist zu sehen, dass das Substrat 330 eine Elektrode 314 und eine Elektrode 316 umfasst, wobei jede Elektrode Finger hat, die von ihr hervorstehen. Zufällig und gleichförmig zwischen den Fingern der Elektrode 314 und den Fingern der Elektrode 316 sind mehrere einzelne Nanodrähte 320 angeordnet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Nanodrähte 320 vom Substrat 330 aufgewachsen. Es ist insbesondere zu bemerken, dass, obwohl 3A Nanodrähte 320 zeigt, die mehr oder weniger zwischen allen Elektrodenfingern angeordnet sind, zu sehen ist, dass in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Nanodrähte 320 ineinander verwoben um jeden Finger der Elektrode 314 und jeden Finger der Elektrode 316 herum aufgewachsen sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 320 sowie die Nanodrähte 120 und 220 aus den 1A–1B bzw. 2A–2B in einer zufälligen Anordnung aufgewachsen werden, so wie dies insbesondere in 3A zu sehen ist. Es ist zu bemerken, dass auch die Nanodrähte 120 aus 1A, die Nanodrähte 220 aus 2A, die Nanodrähte 420 aus 4A, die Nanodrähte 520 aus 5A und die Nanodrähte 620 aus 6 in einer zufälligen Anordnung aufgewachsen werden können. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 120, 220, 320, 420, 520 und 620 in einem geordneten Muster aufgewachsen werden.
Weiterhin mit Bezug auf 3A ist zu sehen, dass in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Zone 319 eingeschlossen ist, die eine zufällige Anordnung von Nanodrähten 320 enthält und die im Folgenden mit Bezug auf die 3B und 3C beschrieben wird. Es ist zu bemerken, dass die Lagen und Mengen der hier abgebildeten Nanodrähte 120 in ihrer Art beispielhaft sind und daher nicht als Einschränkung zu verstehen sind. 3A umfasst außerdem einen Querschnitt AA, der im Folgenden mit Bezug auf die 3B und 3C für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
3B ist eine vergrößerte Ansicht des Querschnittschemabilds entlang der Linie AA der Zone 319 für die Vorrichtung 310 aus 3A in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu sehen, dass in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Substrat 330 der Vorrichtung 310 eine Abstandsschicht 335 umfasst, die zwischen der Isolatorschicht 340 und dem Substrat 330 angeordnet ist. Zwischen der Isolatorschicht 340 und dem Substrat 330 angeordnet, ist eine leitende Schicht 336 dargestellt. Die vom Substrat 330 aufgewachsenen Nanodrähte 320 können entweder mit der Elektrode 314 oder mit der Elektrode 316 verbunden werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Nanodrähte 320 mit der Elektrode 316 verbunden. Auf die Elektroden 314 und 316 wurde eine gleichwertige Energiemenge, beispielsweise eine Spannung, angewendet, oder auch keine Energie, so dass sich ein neutraler Zustand ergibt. Nanodrähte 320, die sich auf gleichmäßig angewendete oder keine Energie einstellen, sind in einer durchlässigen Lage 321 ausgerichtet dargestellt, so dass ein Strahl 391 im Wesentlichen unbeeinträchtigt gebrochen wird.
3C ist eine vergrößerte Ansicht des Querschnittschemabilds entlang der Linie AA der Zone 319 für die Vorrichtung 310 aus 3A, in der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Nanodrähte 320 in einer Lage mit verringerter Durchlässigkeit 322 ausgerichtet sind, so dass der Strahl 391 im Durchlassbetrieb erhöhte optische Verluste erfährt, wie durch den Strahl 392 angezeigt wird. Auf die Elektrode 316 wurde dabei eine Energiemenge, beispielsweise eine Spannung, angewendet, die eine größere Energiemenge ist, als die Energiemenge, die in gleicher Art auf die Elektrode 314 und das Substrat 330 angewendet wurde, wobei dies auch keine Energie sein kann. In der vorliegenden Ausführungsform und in Reaktion auf die angewendete Energie werden die Nanodrähte 320 von der Elektrode angezogen, auf die ein geringerer Energiebetrag angewendet wurde. Alternativ können die Nanodrähte 320 so eingerichtet werden, dass sie von der Elektrode angezogen werden, auf die der größere Energiebetrag angewendet wurde.
4A ist ein Schemabild einer Vorrichtung 410, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen veränderlichen effektiven Brechungsindex eingerichtet ist. Es ist zu sehen, dass die Vorrichtung 410 ein Substrat 429, ein Substrat 430, mehrere einzelne Nanodrähte 420 und einen Träger 451 umfasst. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 429 ein in den Abmessungen stabiles Substrat, wie in diesem Dokument mit Bezug auf die Substrate 114, 116, 230, 330, 530 und 630 beschrieben ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gilt, dass auf dem Substrat 430 mehrere einzelne Nanodrähte 420 aufgewachsen wurden, wie in diesem Dokument mit Bezug auf die 1A–1B, 2A–2B und 3A–3C beschrieben wurde. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 430 dafür eingerichtet in seinen Abmessungen flexibel zu sein, derart, dass das Substrat 430 in Reaktion auf eine angewendete Energie, beispielsweise eine Spannung, sich ausdehnen oder zusammenziehen kann, wenn es sich bei dem Substrat 430 um ein PZT-Substrat handelt, wobei es nicht hierauf eingeschränkt ist. Beispielsweise kann das Substrat 430 sich in Reaktion auf eine bestimmte angewendete Spannung ausdehnen, wie durch den Pfeil 431 angezeigt wird, oder es kann sich in Reaktion auf eine andere bestimmte Spannung zusammenziehen, wie durch den Pfeil 432 angezeigt wird. Die Ausdehnung und das Zusammenziehen eines PZT-Substrats verändern effektiv die Dichte der Nanodrähte (pro Einheitsfläche) und sie verändern damit den effektiven Brechungsindex, der von einem Lichtstrahl wahrgenommen wird. Dies kann die Farbe des Elements derart verändern, dass, falls es sich bei der Lichtquelle um weißes Licht handelt, die Reflexion (von einem Hohlraumresonator) oder die Durchlasskomponente verschiedenfarbig sein können. Die Nanodrähte sind Teil eines abstimmbaren optischen Filters, der aus einem optisch transparenten Hohlraumresonator und einem Medium mit veränderlichem Brechungsindex innerhalb des Hohlraumresonators besteht.
Dabei gilt, dass wenn eine Veränderung der Abmessungen des Substrats 430 auftritt, die Dichte der Nanodrähte (pro Einheitsfläche) sich verändert und entsprechend der effektive Brechungsindex. Dadurch, dass die Nanodrähte 420 auf dem Substrat 430 aufgewachsen sind, kann sich die Dichte der Nanodrähte 420 aufgrund der Ausdehnung oder des Zusammenziehens des Substrats 430 verändern. 4A zeigt Nanodrähte 420 in einem durchlässigen Zustand 421.
4B ist ein Schemabild einer Vorrichtung 410, das eine Größenänderung des Substrats 430 in Reaktion auf eine auf dieses angewendete Energie, beispielsweise eine Spannung, veranschaulicht, wodurch das Substrat 430 sich zusammenzieht, wie durch den Pfeil 431 angezeigt wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat, als Reaktion auf das Zusammenziehen des Substrats 430, die Dichte der Nanodrähte 420 zugenommen, das heißt der Abstand zwischen den Nanodrähten hat abgenommen. 4B stellt die Nanodrähte 420 in einer Lage erhöhter Dichte 423 dar, was zu einer Veränderung des Brechungsindex führt. Die Veränderung der Dichte der Nanodrähte verändert den effektiven Brechungsindex und stimmt den Filter/Resonator auf eine andere Farbe/Wellenlänge ab. Da die Abstände zwischen den Nanodrähten kleiner als die Wellenlänge sind, erfolgt eine Farbfilterung, derart, dass der Strahl 491 gefiltert wird, was durch den Strahl 494 angezeigt ist.
Der effektive Brechungsindex, wie er in 4B dargestellt ist, ist größer als der in 4A dargestellte Brechungsindex. Der Abstand der Nanodrähte zu benachbarten Nanodrähten ist geringer als eine Wellenlänge. Ein optischer Hohlraumresonator mit einem abstimmbaren Index innerhalb des Hohlraumresonators kann als abstimmbarer optischer Filter ausgeführt werden.
Es ist zu bemerken, dass in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Funktionen und Eigenschaften der Vorrichtungen 110 und/oder 210 und/oder 310 mit der Vorrichtung 410 kombiniert werden können, so dass die Dichte und die Stärke der Brechung der Nanodrähte veränderlich ist.
5A ist ein Schemabild einer Vorrichtung 510, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Wellenleiter-Modulator ausgeführt und dafür eingerichtet ist, die Nanodrähte durch sich bewegende Platten mechanisch zu verschieben, beispielsweise unter Verwendung eines PZT-Substrats. Die Vorrichtung 510 umfasst mehrere Nanodrähte 520. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte 520 ähnlich den Nanodrähten 120, 220, 320 und 420 sein, wie sie in diesem Dokument mit Bezug auf die 1A–1B, 2A–2B, 3A–3C und 4A–4B beschrieben wurden. Die Vorrichtung 510 umfasst außerdem ein Substrat 530. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 530 ähnlich den Substraten 110, 210 oder 310 sein, wie sie in diesem Dokument mit Bezug auf die 1A–1B, 2A–2B bzw. 3A–3C beschrieben wurden. Es ist zu sehen, dass das Substrat 530 ein auf diesem ausgebildetes Aufnahmeelement 535 hat. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Aufnahmeelement 535 aus einem Polymer/Silizium bestehen. Für das Aufnahmeelement 535 ist zu sehen, dass in ihm für jeden Nanodraht 520 eine Öffnung 536 angebracht ist, wobei in dieser ein Nanodraht 520 eingesetzt oder aufgewachsen ist und durch sie gestützt wird.
Für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auf dem Aufnahmeelement 535 angeordnet zwei biegsame Abstandselemente 540 dargestellt. Die Abstandselemente 540 verbiegen sich in Reaktion auf Bewegungen eines Gelenkelements 545. Die biegsamen Abstandselemente 540 sind zwischen dem Aufnahmeelement 535 und dem Gelenkelement 545 liegend dargestellt. Für das Gelenkelement 545 ist zu sehen, dass in ihm eine Öffnung 546 für jeden Nanodraht 520 angebracht ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gelenkelement 545 aus einem Polymer bestehen. Das Gelenkelement 545 ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Bewegungen fähig, wie durch die Pfeile 551 und 552 angezeigt wird, derart, dass die Lageausrichtung der Nanodrähte 520 hierdurch beeinflusst wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Gelenkelements 545 durch eine MEM (mikro-elektromechanische) Vorrichtung 580 angetrieben, die mit dem Gelenkelement 545 verbunden ist. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könne auch andere Vorrichtungen zur Ansteuerung der Bewegung des Gelenkelements 545 vorgesehen werden, beispielsweise ein PZT-Substrat. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Nanodrähte 520 in einer passiven Lage 521 dargestellt, so dass der Strahl 591 im Wesentlichen unbeeinträchtigt durch die Vorrichtung 510 läuft. 5A umfasst auch eine Zone 511, die im Folgenden mit bezug auf 5B beschrieben wird.
5B ist ein vergrößertes Schemabild der Zone 511 der Vorrichtung 510 aus 5A. In Reaktion auf ein Signal von der MEM-Vorrichtung 580 hat sich das Gelenkelement 545 seitlich bewegt, wie durch den Pfeil 551 angezeigt wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verursacht die Bewegung 551 des Gelenkelements 545 eine auf den bei der Öffnung 546 gelegenen Nanodraht 520 einwirkende Bewegung, wodurch der Nanodraht 520 veranlasst wird, sich relativ zum Pfad des Strahls 591 in einer nicht-parallelen Lage auszurichten, beispielsweise in der Modulationslage 522. Eine nicht-parallele Lage, die auch als aus dem optischen Pfad verschoben bezeichnet wird, ermöglicht eine Ablenkung, also eine Modulation, des Strahls 591, was durch den Strahl 592 dargestellt ist. Es ist zu bemerken, dass in der dargestellten Ausführungsform das Gelenkelement 545 nahe dem Aufnahmeelement 535 angeordnet ist. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Gelenkelement 545 an einer beliebigen Stelle entlang der langen Achse des Nanodrahts 520 angeordnet sein, wobei es sich näher am oder weiter entfernt vom Aufnahmeelement 535 befindet.
6A ist ein Schemabild eines optischen Resonators 610, der gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere Nanodrähte hat und der für eine Farbfilterung und/oder als abstimmbarer optischer Filter eingerichtet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Resonator 610 ein Fabry-Perot-Resonator. 6A umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat 630 und ein Substrat 640, auf denen ein oder mehrere Nanodrähte 620 aufgewachsen sind. In einer Ausführungsform kann das Substrat 630 in einer Weise ähnlich zu den Substraten 114, 116, 230, 330 und 530 hergestellt werden, jedoch ist es nicht darauf eingeschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 640 in einer Weise ähnlich zum Substrat 545 aus den 5A und 5B hergestellt werden, jedoch ist es nicht darauf eingeschränkt, derart, dass das Substrat 640 ein zu Bewegungen fähiges Substrat ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 640 ein PZT-Substrat sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Bewegung des Substrats 640 durch eine mit ihm verbundene MEM-Vorrichtung angetrieben werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 640 in einer Weise ähnlich zum Substrat 430 hergestellt werden, wie in diesem Dokument mit Bezug auf die 4A und 4B beschrieben wurde, derart, dass die Dichte der Nanodrähte 620 veränderlich ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Substrat 630 ein feststehendes Substrat und das Substrat 640 ist ein bewegliches Substrat, das für eine seitliche Bewegung eingerichtet ist, wie sie durch die Pfeile 651 und 652 angezeigt wird. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 640 ein feststehendes Substrat und das Substrat 630 ein bewegliches Substrat sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überträgt der Resonator 610 wohldefinierte diskrete optische Frequenzen, beispielsweise Rot, Grün oder Blau (RGB). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der veränderliche effektive Brechungsindex durch eine Veränderung des optischen Pfads durch die Nanodrähte erreicht. Durch eine Veränderung der Ausrichtung der Nanodrähte wird auch der optische Pfad durch die Nanodrähte geändert, wodurch sich eine Veränderung des effektiven Reflexionsindex ergibt. Wie in 6A dargestellt, sieht das Licht, in der mit 621 gekennzeichneten Lage, die volle Länge der Nanodrähte, wohingegen in 6B das Licht einen anderen Pfad durch die Nanodrähte sieht, woraus sich ein veränderter Brechungsindex ergibt. Die Abstände der Nanodrähte zu benachbarten Nanodrähten sind wesentlich kleiner als eine Wellenlänge. Somit können RGB-Frequenzen abgestimmt und/oder gefiltert werden, wenn der Resonator ein abstimmbarer optischer Filter ist. Die Nanodrähte 620 können dazu verwendet werden die Resonanzfrequenz abzustimmen, indem ihre Materialzusammensetzung, ihre Dichte, wobei eine höhere Dichte die Resonanzfrequenz zum Roten verschiebt, und/oder die Länge der Nanodrähte 620, dargestellt durch den Pfeil 670, gesteuert wird.
Weiterhin mit Bezug auf 6A können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch die Umsetzung eines veränderlichen Brechungsindex die Ausbildung von RGB-Filterarrays auf demselben Substrat ermöglichen. Dies ermöglicht es einem optischen Hohlraumresonator 610 kontinuierlich von Rot zu Grün zu Blau abgestimmt zu werden, so dass ein einzelnes Bildsensorpixel rotes, grünes und blaues Licht unterscheiden kann, im Gegensatz zu heutigen Farbfiltern, bei denen jeder Farbfilter, beispielsweise RGB, zu einem entsprechenden Sensorpixel gehört. Die Nanodrähte in 6A können entweder an beiden Enden, also am Substrat 630 und dem Substrat 640, befestigt sein, oder sie können an einem einzigen Ende, entweder am Substrat 630 oder dem Substrat 640, befestigt sein. In der abgebildeten Ausführungsform sind die Nanodrähte 620 sowohl am Substrat 630 wie auch am Substrat 640 befestigt. Die Ausbildung von RGB-Filterarrays auf demselben Substrat realisiert eine RGB-Farbfilterung durch die Einstellung der Dichte, wie in diesem Dokument mit Bezug auf die 4A–4B dargestellt und beschrieben ist. Durch die mechanische Bewegung der Nanodrähte 620 im optischen Hohlraumresonator 610, beispielsweise mit einer Verlängerung, einem Verbiegen, Kippen oder einem Erhöhen der Dichte von Nanodrähten 620, mittels des beweglichen Substrats 640, kann die Resonanzfrequenz dynamisch von Rot zu Grün zu Blau verschoben werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Nanodrähte als Aktoren ausgeführt sein, die am Substrat 630 verankert sind, wobei in diesem Fall die Nanodrähte betätigt werden, um eine an den Nanodrähten befestigte Masse, beispielsweise das Substrat 640, zu bewegen.
6B ist ein Schemabild des optischen Resonators 610 aus 6A, in dem die Nanodrähte 620 in einer relativ zum optischen Pfad nicht-parallelen Lage 623 ausgerichtet sind. Die Nicht-Parallelität eines Nanodrahts 620 relativ zum optischen Pfad bedingt eine Veränderung in den optischen Pfaden durch den mit Nanodrähten gefüllten optischen Hohlraumresonator, wodurch sich eine Änderung des effektiven Brechungsindex ergibt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist durch die Anwendung einer Spannung oder das Verrutschen des Substrats 640 in einer seitlichen Richtung, angezeigt durch den Pfeil 652, eine Ausrichtung der Nanodrähte 620 in eine aus der optischen Achse verschobene (nicht parallele) Lage 623 verursacht. Die aus der optischen Achse verschobene Ausrichtung der Nanodrähte 620 führt zu einer Farbfilterung, derart, dass Veränderungen im Grad der Verschiebung der Ausrichtung aus der optischen Achse die Filterung der RGB-Resonanzfrequenzen ermöglichen.
7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 700 zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die einen oder mehrere Nanodrähte umfasst. 7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 700 in dem bestimmte Vorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Vorrichtungen ausgeführt werden. Obwohl im Prozess 700 spezielle Vorgänge offenbart sind, sind diese Vorgänge nur beispielhaft. Dies bedeutet, dass die Erfindung geeignet ist, verschiedene andere Vorgänge oder Variationen der in 7 genannten Vorgänge auszuführen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zu erkennen, dass die Vorgänge des Prozesses 700 durch Software, Hardware, einen Fertigungsmechanismus, durch menschliches Einwirken oder durch eine beliebige Kombination von Software, Hardware, einem Fertigungsmechanismus und menschlichem Einwirken ausgeführt werden können.
Der Prozess 700 zur Herstellung von Vorrichtungen wird mit Bezug auf Komponenten und Vorrichtungen beschrieben, die in den 1A–1B, 2A–2B, 3A–3C, 4A–4B, 5A–5B und 6A–6B und gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
Im Vorgang 710 des Prozesses 700 werden in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Nanodrähte 120, 220, 320, 420, 520 und 620 auf einem Substrat gebildet, beispielsweise auf den Substraten 114 und 116 sowie den Substraten 230, 330, 430, 530 und 630 und 640. Die Nanodrähte können in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einem Substrat in einer zufälligen Anordnung aufgewachsen werden, wie dies in 3A dargestellt ist. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanodrähte in einem geordneten Muster aufgewachsen werden. Die Vorrichtungen 110, 210, 310, 410, 510 und 610 können so hergestellt werden, dass sie einen oder mehrere Nanodrähte gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen. Der Vorgang 710 kann in beliebiger Weise ähnlich der hier beschriebenen ausgeführt werden, er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Im Vorgang 720 des Prozesses 700 kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein isolierendes Material, beispielsweise der Isolator 340, auf dem Substrat angebracht werden, wie in 3 dargestellt ist. Der Vorgang 720 kann in beliebiger Weise ähnlich der hier beschriebenen ausgeführt werden, er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
In Vorgang 730 des Prozesses 700 kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Abstandsschicht, beispielsweise die Abstandsschicht 335, zwischen dem Substrat und dem Isolator ausgebildet werden. Der Vorgang 730 kann in beliebiger Weise ähnlich der hier beschriebenen ausgeführt werden, er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
In Vorgang 740 des Prozesses 700 kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Elektrode, beispielsweise die Elektrode 214, 216, 314, 316, 414 oder 416, auf einem Isolator, beispielsweise dem Isolator 340 in den 3B–3C, ausgebildet werden. Der Vorgang 740 kann in beliebiger Weise ähnlich der hier beschriebenen ausgeführt werden, er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
In Vorgang 750 des Prozesses 700 werden in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die einen oder mehreren Nanodrähte mit einer der Elektroden, beispielsweise dem Elektrodensubstrat 116 und den Elektroden 216, 316 und 416, wie sie in den 1A–1B, 2A–2B bzw. 3A–3B dargestellt sind, verbunden. Der Vorgang 750 kann in beliebiger Weise ähnlich der hier beschriebenen ausgeführt werden, er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Es ist zu bemerken, dass nach Abschluss des Vorgangs 750 der Prozess 700 beendet werden kann oder es kann der Prozess 700 von neuem gestartet werden, wobei er beispielsweise zu Vorgang 710 zurückkehrt und wiederholt wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in den verschiedenen dargestellten Ausführungsformen, stellen eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen optischen Hohlraumresonator bereit, der einen oder mehrere Nanodrähte umfasst.
Die vorangehenden Beschreibungen von speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden nur zur Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt. Diese sind nicht als erschöpfend aufzufassen oder so, dass sie die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen einschränken und es sind im Geist der obenstehenden Lehre viele Modifikationen und Variationen möglich. Die hier dargestellten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestmöglich die Prinzipien der Erfindung in ihrer praktischen Anwendung zu erläutern und hierdurch andere Fachleute zu befähigen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, wie sie für die spezielle angedachte Nutzung geeignet erscheinen. Es ist beabsichtigt, dass der Anwendungsbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen definiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft einen Hohlraumresonator mit abstimmbaren Nanodrähten. Der Hohlraumresonator umfasst ein Substrat (114, 116, 230, 330, 430, 530, 630). Das Substrat kann mit einer optischen Resonatorstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) verbunden werden. Der Hohlraumresonator umfasst auch mehrere Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), die auf dem Substrat ausgebildet sind. Die mehreren Nanodrähte werden in Reaktion auf eine Anwendung von Energie bewegt (122, 222, 322, 422, 522, 623).

Claims

Hohlraumresonator mit einem abstimmbaren Nanodraht, Folgendes umfassend: ein Substrat (114, 116, 230, 330, 430, 530, 630, 640), wobei das Substrat mit einer optischen Resonatorstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610, 611) verbunden werden kann; und mehrere Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), die auf dem Substrat ausgebildet sind, wobei die mehreren Nanodrähte in Reaktion auf eine Anwendung von Energie bewegt (122, 222, 322, 422, 522, 623) werden.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei die mehreren Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), wenn sie relativ zu einer optischen Achse parallel ausgerichtet (121, 221, 321, 421, 521, 621) sind, einen hoch durchlässigen Zustand (191, 291, 391, 491, 591) ermöglichen.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei die mehreren Nanodrähte (120, 320, 420, 520, 620), wenn sie relativ zu einer optischen Achse nicht parallel ausgerichtet (122, 322, 422, 522, 623) sind, einen wenig durchlässigen Zustand (192, 392, 494, 593) ermöglichen.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei die mehreren Nanodrähte (220), wenn sie relativ zu einer optischen Achse nicht parallel ausgerichtet (222) sind, eine Strahlteilung (293) ermöglichen.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei jeder der Nanodrähte von den mehreren Nanodrähten eine Längeneinstellbarkeit (670) aufweist, wobei die Länge des Nanodrahts wenigstens eine Wellenlänge beträgt.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei das Substrat außerdem Folgendes umfasst: eine Auslenkungsveränderlichkeit (431, 432), um eine Veränderung der Dichte (422) der mehreren Nanodrähte zu bewirken.
Hohlraumresonator nach Anspruch 1, wobei das Substrat außerdem Folgendes umfasst: eine Positionsveränderlichkeit (545, 640), um eine Veränderung in der Ausrichtung (522, 623) der mehreren Nanodrähte zu bewirken.
Verfahren zur Brechung in einem optischen Resonator, Folgendes umfassend: Anwendung von Energie auf mehrere Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), wobei die mehreren Nanodrähte auf einem Substrat (114, 116, 230, 330, 430, 530, 630, 640) ausgebildet sind und wobei das Substrat mit der Struktur eines optischen Resonators (110, 210, 310, 410, 510, 610) verbunden werden kann; Bewirken, dass die mehreren Nanodrähte sich in Reaktion auf die auf sie angewendete Energie biegen (122, 222, 322, 422, 522, 623); und Lichtbrechung (192, 293, 392, 494, 593) relativ zu einem Ablenkungswinkel der Biegung der mehreren Nanodrähte infolge der Energieanwendung.
Verfahren nach Anspruch 8, außerdem Folgendes umfassend: Ausbilden der mehreren Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620), derart, dass eine Länge jedes der Nanodrähte von den mehreren Nanodrähten größer als eine Wellenlänge ist, wobei die Länge jedes der Nanodrähte variabel ist (670).
Verfahren nach Anspruch 8, außerdem Folgendes umfassend: Verändern der Dichte (422) der mehreren Nanodrähte in Reaktion auf die Anwendung von Energie.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Lichtbrechung außerdem Folgendes umfasst: Verändern der Position des Substrats (545, 640) in Reaktion auf die Anwendung von Energie.
Verfahren zur Herstellung optischer Hohlraumresonatoren, Folgendes umfassend: Ausbilden eines Substrats (114, 116, 230, 330, 430, 440, 530, 630, 640); Ausbilden eines oder mehrerer Nanodrähte (120, 220, 320, 420, 520, 620) auf dem Substrat; und Verbinden des einen oder der mehreren Nanodrähte mit einer Elektrode (116, 214, 216, 314, 316), wobei die Elektrode mit dem Substrat verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem Folgendes umfassend: Anbringen eines Isolators (340) zwischen dem Substrat (330) und der Elektrode (314, 316).
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem Folgendes umfassend: Ausrichten des einen oder der mehreren Nanodrähte (220, 320, 420, 520, 620) zwischen der Elektrode (214, 314, 414) und einer weiteren Elektrode (216, 316, 416), wobei die weitere Elektrode mit dem Substrat verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem Folgendes umfassend: Verbinden eines beweglichen Abschnitts (545, 640) mit dem Substrat (530, 630), wobei der bewegliche Abschnitt die Lage (522, 623) des einen oder der mehreren Nanodrähte (520, 620) beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem Folgendes umfassend: Verbinden eines beweglichen Abschnitts (640) mit dem Substrat (630), wobei der bewegliche Abschnitt die Länge (670) des einen oder der mehreren Nanodrähte (620) beeinflusst.