DE60130363T2

DE60130363T2 - Abstimmbarer optischer filter

Info

Publication number: DE60130363T2
Application number: DE60130363T
Authority: DE
Inventors: Martin Lomas; Peter James Beeston LIVERMORE
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: CA2430384A1; AU2002220911A1; EP1342122B1; DE60130363D1; CN1489715A; ATE372529T1; CN1318877C; WO2002046823A2; GB2369896A; JP2004515805A; EP1342122A2; US20040066570A1; US6788479B2; JP4452442B2; WO2002046823A3; GB0029663D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen abstimmbaren optischen Filter, zum Beispiel zur Verwendung in einem optischen Kommunikationssystem mit Wellenlängen-Multiplexing (Wavelength Division Multiplex, WDM).
Herkömmliche optische Kommunikationssysteme umfassen mehrere räumlich verteilte Knoten, die über Lichtwellenleiter aus optischen Fasern miteinander verbunden sind. Informationen tragende optische Strahlung wird von den Lichtwellenleitern geleitet, um Informationen zwischen den Knoten zu übertragen. Optische Strahlung ist im Kontext der vorliegenden Erfindung als elektromagnetische Strahlung mit einer Freiraumwellenlänge, die im Wesentlichen in einem Bereich von 150 nm bis 5 μm liegt, definiert.
Die Informationen werden oft der optischen Strahlung gemäß einem Verfahren des Wellenlängen-Multiplexing (Wavelength Division Multiplex, WDM) aufmoduliert; das heißt, die Informationen werden in eine Anzahl von Kanälen unterteilt, wobei jeder Kanal einem entsprechenden Wellenlängenbereich der optischen Strahlung aufmoduliert wird. Zum Beispiel können in Fällen, in denen optische Strahlung mit einer Freiraumwellenlänge von 1,5 μm verwendet wird, die mit den Kanälen verknüpften Wellenlängenbereiche aufeinander folgend in Abständen von 0,8 nm angeordnet sein. Um die mit speziellen Kanälen verbundene Strahlung zu isolieren, werden in den Systemen üblicherweise optische Strahlungsfilter angewendet.
Wenn die Systeme nicht rekonfigurierbar sind, werden optische Filter darin bei der Herstellung auf Strahlungswellenlängen spezieller Kanäle eingestellt. Es wird jedoch in zunehmendem Maße gefordert, dass Kommunikationssysteme rekonfigurierbar sein sollen, was es erforderlich macht, dass solche Systeme optische Filter enthalten, die über einen Bereich von mindestens mehreren Kanälen abstimmbar sind.
Obwohl mechanisch abstimmbare optische Strahlungsfilter bekannt sind, zum Beispiel in Labor- oder astronomischen Spektrometern, werden solche Filter gewöhnlich als zu teuer, unzuverlässig, sperrig und langsam für eine Verwendung in modernen optischen Kommunikationssystemen angesehen, wo eine häufige Anpassung der Abstimmung erforderlich ist, um zwischen Kanälen zu wählen, zum Beispiel wenn Knoten rekonfiguriert werden. Außerdem ist bekannt, dass bei Präzisionsmechanismen Verschleißprobleme auftreten, wenn sie häufig eingestellt werden, wobei ein solcher Verschleiß ein mechanisches Spiel verursachen kann, welches die Genauigkeit der Einstellung begrenzen kann; ferner kann sich ein solches Spiel bei längerer Verwendung des Mechanismus vergrößern. Infolgedessen werden in modernen optischen Kommunikationssystemen gewöhnlich thermisch abgestimmte optische Strahlungsfilter und elektronisch schaltbare optische Filter verwendet.
In US 5 459 799 wird ein abstimmbarer optischer Filter zur Verwendung in WDM Kommunikationssystemen beschrieben. Der Filter umfasst eine Reihenanordnung von Reflexionsgittern; jedes Gitter ist in der Lage, Strahlung über einem Wellenlängenbereich eines entsprechenden Kanals, der mit dem Gitter verknüpft ist, zu blockieren. Außerdem sind die Gitter so hergestellt, dass sie voneinander verschiedene Kanäle blockieren, so dass der Filter normalerweise bewirkt, dass alle Kanäle blockiert werden, welche WDM Strahlung umfassen, die in die Anordnung eingespeist wird. Für jedes Reflexionsgitter ist eine Elektrode oder ein Heizelement vorgesehen, um es zu verstimmen; Steuersignale, die an die Elektroden bzw. Elemente angelegt werden, können die Wellenlängenbereiche von deren zugehörigen Gittern so verschieben, dass sie nicht mit einem oder mehreren gewünschten Kanälen übereinstimmen, die selektiv durch die Reihenanordnung durchgelassen werden sollen. Die Anordnung weist den Nachteil auf, dass sie nicht kontinuierlich abstimmbar ist; ihre Abstimmung kann nur in diskreten Wellenlängenschritten umgeschaltet werden, welche den Strahlungsblockierungs-Bandbreiten ihrer Gitter entsprechen. Solche diskreten Schritte sind eine Einschränkung, wenn Kommunikationssysteme, die solche Filter enthalten, in der Zukunft aufgerüstet werden sollen, wobei feinere Wellenlängenschritte erforderlich sind, zum Beispiel wobei die Abstände der Kanalwellenlängen von 0,8 nm auf 0,4 nm verringert werden sollen. Außerdem muss die Reihenanordnung, um eine feine Abstimmauflösung zu erzielen, viele Reflexionsgitter enthalten, wodurch die Anordnung komplex und ihre Herstellung teuer wird.
Andere abstimmbare optische Filter werden in EP 887964 und US 5 684 632 beschrieben.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es wünschenswert ist, dass optische Kommunikationssysteme Filter enthalten, welche kontinuierlich abstimmbar oder wenigstens in ausreichend feinen Wellenlängenschritten abstimmbar sind, um zukünftigen Aufrüstungen der Systeme Rechnung zu tragen. Außerdem haben die Erfinder, im Gegensatz zur herkömmlichen Praxis bei der Konstruktion optischer Kommunikationssysteme, festgestellt, dass mechanisch einstellbare optische Filter so angepasst werden können, dass sie eine akzeptable Leistungsfähigkeit in zukünftigen optischen Kommunikationssystemen gewährleisten.
Herkömmliche Mechanismen für eine Präzisionsbewegung einer oder mehrerer Filterkomponenten relativ zu einem optischen Strahl, der durch die Komponenten zu filtern ist, sind jedoch meist sperrig und in der Herstellung teuer; zum Beispiel werden bei herkömmlichen mechanisch einstellbaren optischen Filtern Schrittmotoren und Schneckengetriebe verwendet, um eine oder mehrere optische Filterkomponenten wie etwa optische Gitter relativ zu einem zu filternden optischen Strahl zu bewegen. Außerdem können derartige Mechanismen eine begrenzte Betriebslebensdauer aufweisen, wenn sie einer häufigen Einstellung unterzogen werden, wobei eine solche häufige Einstellung in Form eines mechanischen Spiels sichtbar wird. Daher sind für einen Fachmann auf dem Gebiet der Entwicklung optischer Kommunikationssysteme elektronisch abstimmbare optische Filter gegenüber mechanisch abstimmbaren optischen Filtern in solchen Systemen technisch zu bevorzugen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es möglich ist, eine alternative Form eines mechanisch abstimmbaren optischen Filters zu entwickeln, bei der ein Betätigungsmechanismus angewendet wird, welcher auf einer schrittweisen "stiktionalen" Bewegung (das heißt statischen Reibbewegung) einer oder mehrerer Filterkomponenten relativ zu einem Strahl von optischer Strahlung, der durch die eine oder mehreren Komponenten zu filtern ist, beruht.
Daher wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein abstimmbarer optischer Filter bereitgestellt, wie in Anspruch 1 definiert.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sie in der Lage ist, eines oder mehrere der folgenden Merkmale zu gewährleisten: verbesserte Einstellauflösung, einfachere und kostengünstigere Konstruktion und verringertes Spiel im Vergleich zu in der Technik bekannten abstimmbaren optischen Filtern.
Um eine einfache Konfiguration für den Filter vorzusehen, umfasst das Filtermittel eine Filterstruktur, welche die räumlich variierenden Filtrationseigenschaften aufweist, und ein bewegliches Stützelement, mit welchem die Filterstruktur verbunden ist, wobei das eine oder die mehreren Betätigungselemente in der Lage sind, wiederholt mit dem beweglichen Stützelement in Kontakt zu kommen. Ein solches Filtermittel bietet den Vorteil, dass die Filterstruktur für das Filtern der Eingangsstrahlung optimiert werden kann, während das Stützelement optimiert werden kann, um wiederholt mit dem einen oder den mehreren Betätigungselementen in Kontakt zu kommen. Die Filterstruktur kann auf einer Fläche des Stützelements ausgebildet sein oder getragen werden oder stattdessen mechanisch mit dem Stützelement verbunden sein.
Wenn die Filterstruktur auf einer Fläche des Stützelements ausgebildet ist oder getragen wird, ist es wünschenswert, dass das Stützelement einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gewählt ist, dass er Änderungen der optischen Abstimmungseigenschaften der Filterstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur kompensiert. Eine solche Kompensation hilft sicherzustellen, dass der Filter eine stabilere Abstimmcharakteristik in Reaktion auf Änderungen seiner Umgebungstemperatur aufweist.
Bei einer Ausführungsform ist die Filterstruktur in einem teilweisen oder vollständigen Ring konfiguriert, wobei sich die Filtereigenschaften in einer Richtung im Wesentlichen entlang des Umfangs ändern und das eine oder die mehreren Betätigungselemente in der Lage sind, die Filterstruktur zwecks Abstimmung so zu betätigen, dass sie relativ zur Eingangsstrahlung gedreht wird. Eine Drehbetätigung der Filterstruktur ermöglicht es, den Filter kompakter auszuführen.
Zweckmäßigerweise umfasst die Filterstruktur eine Anordnung von diskreten Filterbereichen, um für die räumlich variierenden Filtrationseigenschaften zu sorgen. Eine solche Anordnung bietet den Vorteil, dass jeder Bereich zum Beispiel Filtrationseigenschaften aufweisen kann, die einem Wellenlängen-Multiplexing- (Wavelength Division Multiplex, WDM) Kanal eines Kommunikationssystems entsprechen, in welchem der Filter angeordnet ist, so dass der Filter kanalweise abgestimmt werden kann.
Vorzugsweise ist die Anordnung eine eindimensionale Anordnung, welche den Vorteil bietet, dass das Betätigungsmittel nur in der Lage sein muss, das Filtermittel in einer Dimension zu betätigen, um den Filter abzustimmen, was eine relativ einfache Konfiguration für den Filter zur Folge hat.
Stattdessen kann die Anordnung auch eine zweidimensionale Anordnung sein. Die zweidimensionale Anordnung bietet den potentiellen Vorteil, dass der Filter kompakter hergestellt werden kann als bei Verwendung einer eindimensionalen Anordnung.
Es ist vorteilhaft, dass die am häufigsten gewählten Bereiche in dem Filtermittel relativ nahe beieinander angeordnet sind, so dass die Entfernung, über die das Filtermittel für Zwecke der Abstimmung relativ zur Eingangsstrahlung bewegt werden muss, im Mittel verringert wird, wodurch die Umstimmungs-Reaktionszeit des Filters verkürzt wird. Daher enthält die Anordnung vorzugsweise die am häufigsten gewählten Bereiche in der Struktur zusammen gruppiert.
Wenn die Bereiche, zum Beispiel die Filtrationseigenschaften, WDM-Kanälen in einem optischen Kommunikationssystem entsprechen, ist es günstig, wenn der Filter einen feinen Grad der Abstimmung vorsieht, um einer geringfügigen Wellenlängendrift in dem System Rechnung zu tragen. Daher ist es vorteilhaft, dass jeder Bereich räumlich variierende Filtrationseigenschaften zur Verwendung bei einer Feinabstimmung des Filters aufweist.
Vorzugsweise weisen die Bereiche ein oder mehrere optische Gitter und mehrschichtige optische Etalons auf. Günstigerweise sind die Bereiche in der Lage, die Eingangsstrahlung zu reflektieren und/oder durchzulassen, um die gefilterte Ausgangsstrahlung zu liefern; diese Reflexion und Transmis sion gewährleistet Flexibilität bei der mechanischen Konstruktion des Filters.
Um eine relativ kostengünstige und kompakte Baugruppe bereitzustellen, ist das bewegliche Stützelement vorzugsweise ein ebenes Element, das zwischen äußeren Elementen angebracht ist, und die Betätigungselemente sind zwischen den äußeren Elementen und dem beweglichen ebenen Element angeordnet. Bei einer ersten solchen Anordnung sind die Betätigungselemente vorzugsweise mit den äußeren Elementen verklebt und in der Lage, wiederholt mit dem beweglichen ebenen Stützelement in Kontakt zu kommen und dadurch eine sich wiederholende seitliche Kraft auf dieses auszuüben, um das Stützelement relativ zu den äußeren Elementen zu bewegen und dadurch die Filterstruktur zum Abstimmen des Filters relativ zur Eingangsstrahlung zu bewegen. Diese erste Ausführungsform umgeht die Notwendigkeit flexibler elektrischer Verbindungen zu dem einen oder den mehreren Betätigungselementen, welche notwendig wären, wenn das eine oder die mehreren Betätigungselemente auf das Stützelement geklebt wären. Stattdessen sind die Betätigungselemente vorzugsweise mit dem beweglichen Stützelement verklebt und in der Lage, wiederholt mit den äußeren Elementen in Kontakt zu kommen und dadurch eine sich wiederholende seitliche Kraft auf diese auszuüben, um das Stützelement relativ zu den äußeren Elementen zu bewegen.
Um einen wiederholten Kontakt der Betätigungselemente zu erzielen, wenden die Elemente vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Effekte an: piezoelektrischer, magnetostatischer, elektromagnetischer, elektrostatischer und, Wärmeausdehnungseffekt. Vorzugsweise umfassen die Betätigungselemente, um die Kosten zu senken und eine Kompaktheit zu erzielen, eine oder mehrere mikrobearbeitete Komponenten, zum Beispiel mikrobearbeitete Siliziumkomponenten. Ein Beispiel piezoelektrischer Aktoren ist in US 5 559 387 beschrieben.
Um Anforderungen zu erfüllen, die geringe Kosten, Kompaktheit und einen Antrieb mit relativ niedriger Spannung beinhalten, umfasst jedes Betätigungselement vorzugsweise eine mehrschichtige piezoelektrische Struktur. Um eine zufrieden stellende schrittweise Bewegung der Filtermittel relativ zur Eingangsstrahlung zu erzielen, ist es außerdem wünschenswert, dass das eine oder die mehreren Betätigungselemente wiederholt mit einer Fläche des Stützelements oder äußeren Elements mit sowohl seitlichen als auch normalen Kraftkomponenten in Kontakt kommen. Um einen solchen Kontakt zu erreichen, ist es wünschenswert, dass jede Schicht der piezoelektrischen Struktur in einer Richtung polarisiert ist, die nicht orthogonal zu Hauptflächen der Schicht ist. Alternativ dazu weist jede Schicht der piezoelektrischen Struktur günstigerweise eine anisotrope kristalline Orientierung auf und ist in einer im Wesentlichen orthogonalen Richtung zu Hauptflächen der Schicht polarisiert und ist in der Lage, in einer nicht orthogonalen Richtung zu den Hauptflächen zu betätigen, wenn sie erregt wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Stützelement eine Stange mit polygonalem Querschnitt, auf welche das eine oder die mehreren Betätigungselemente ihre zugehörige Kraft auszuüben in der Lage sind. In der Praxis ist es, wie die Erfinder festgestellt haben, besonders günstig, wenn die Stange wenigstens eine von Folgenden ist: eine Stange mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt und eine Stange mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Filterstruktur zur Verwendung in einem Filter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei die Filterstruktur eine Anordnung von diskreten Filterbereichen zum Filtern der Eingangsstrahlung umfasst.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abstimmen eines optischen Filters bereitgestellt, wie in Anspruch 30 definiert.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich Beispiele darstellen, unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Draufsicht eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten abstimmbaren Filters ist;
3 eine schematische Darstellung ist, die eine schrittweise Bewegung einer ein optisches Gitter tragenden Filterplatte des abstimmbaren Filters zeigt, das in den 1 und 2 dargestellt ist;
4 eine Darstellung von elektrischen Verbindungen in einem mehrschichtigen piezoelektrischen Element ist, das verwendbar ist, um die in den 1 bis 3 dargestellte Filterplatte zu betätigen;
5 eine schematische Darstellung eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Filter eine optische Filterkomponente enthält, die in der Lage ist, eine zweidimensionale Bewegung relativ zu einem zu filternden optischen Strahl auszuführen, wobei die Komponente eine zweidimensionale Anordnung von Filterbereichen aufweist;
6 eine Darstellung eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Filter eine optische Filterkomponente enthält, die in der Lage ist, eine zweidimensionale Bewegung relativ zu einem zu filternden optischen Strahl auszufüh ren, wobei die Komponente eine Reihe von parallelen langgestreckten Gitterfiltern aufweist;
7 eine schematische Darstellung eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Filter ein dreieckiges Element, das betätigt werden kann, zum Bewegen einer optischen Filterkomponente relativ zu einem zu filternden optischen Strahl aufweist;
8 eine schematische Darstellung eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Filter ein ebenes Element aufweist, das orthogonal mit einem optischen Filterbereich verbunden ist, wobei das ebene Element so betätigt wird, dass es den optischen Filterbereich relativ zu einem zu filternden optischen Strahl bewegt;
9 eine schematische Darstellung der Draufsicht eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Filter eine Filterstruktur aufweist, die so beschaffen ist, dass sie relativ zu einem zu filternden optischen Strahl drehend betätigt wird; und
10 eine schematische Darstellung der Seitenansicht des in 9 dargestellten abstimmbaren Filters ist.
In den 1 und 2 ist eine Draufsicht eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei der Filter allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Filter 10 umfasst eine Filterplatte 20, auf welcher ein optischer Bereich 30 zum Filtern eines Eingangsstrahls von optischer Strahlung 40a ausgebildet ist, um einen entsprechenden gefilterten Ausgangsstrahl 40b zu liefern.
Der Bereich 30 ist eine Gitterstruktur mit einer räumlich variierenden Gitterperiode, welche sich wie dargestellt in einer Richtung von links nach rechts ändert. Stattdessen kann der Bereich auch eine mehrschichtige Beugungsstruktur sein, die räumlich variierende Schichtdicken aufweist. Die Filterplatte 20 ist gleitend zwischen einer oberen und einer unteren äußeren Platte 50a und 50b angebracht, welche durch Distanzelemente 60a, 60b auf Abstand gehalten werden. Die äußeren Platten 50a, 50b sind mit den Distanzelementen 60a, 60b verbunden, so dass eine einzige Baugruppe gebildet wird. Piezoelektrische Elemente 70a, 70b, 70c, 70d sind mit nach innen gerichteten Hauptflächen der äußeren Platten 50a, 50b verbunden, wobei die Elemente 70 an die Filterplatte 20 stoßen. Damit die Strahlen 40a, 40b wirksamer die Filterplatte 20 erreichen können, sind zueinander ausgerichtete Öffnungen 80a, 80b in den äußeren Platten 50a bzw. 50b ausgebildet.
Die Filterplatte 12 ist aus Quarzglasmaterial hergestellt, welches hochglanzpoliert wurde, wobei ihre Hauptflächen parallel sind mit einer Genauigkeit, die besser als 10 μm ist. Anstelle der Verwendung von Quarzglas kann die Platte 20 stattdessen auch aus einem Material hergestellt sein, welches einen relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, zum Beispiel einen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 5 ppm/°C. Tatsächlich ist es besonders günstig, wenn das zur Herstellung der Platte 20 verwendete Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher im Wesentlichen Änderungen der optischen Eigenschaft mit der Temperatur des optischen Bereiches 30 kompensiert. Zu geeigneten Materialien mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten gehören Kovar, Invar und Super Invar, welche von Eagle Allogs Corp., USA, bezogen werden können. Kovar, Invar und Super Invar sind eingetragene Warenzeichen von CRS Holding.
Die äußeren Platten 50a, 50b und die Distanzelemente 60a, 60b sind aus Siliziumoxid oder Silizium hergestellt; die Platten 50a, 50b und ihre zugehörigen Distanzelemente 60a, 60b können stattdessen auch aus einem Hartmetall hergestellt sein, zum Beispiel aus poliertem nichtrostendem Stahl. Vorzugsweise sollten die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Filterplatte 20 im Wesentlichen, zum Beispiel mit einer Genauigkeit von 1 ppm/°C, mit den entsprechenden Ausdehnungen der äußeren Platten 50a, 50b und der Distanzelemente 60a, 60b in Übereinstimmung gebracht werden.
In Betrieb verläuft der eintretende Strahl 40a durch die Öffnung 80a und fällt auf einen Teil des optischen Bereiches 30. Der Bereich 30 lässt einen gefilterten Teil des Strahls 40a als den gefilterten Strahl 40b durch, welcher durch die Filterplatte 20 und danach durch die Öffnung 80b hindurch vom Filter 10 weg verläuft. Um den Filter 10 abzustimmen, werden die Filterplatte 20 und der optische Bereich 30 mit Hilfe der Elemente 70 in einer Richtung von links nach rechts (wie dargestellt) verschoben. Um den Filter 10 in einer nach links (L) verlaufenden Richtung abzustimmen, wie durch den Pfeil 90 angegeben, werden die Elemente 70a, 70c durch mindestens ein elektrisches Signal angesteuert, welches den Bereich 30 bezüglich der Öffnungen 80a, 80b nach links bewegt. Umgekehrt werden, um den Filter 10 in einer nach rechts (R) verlaufenden Richtung abzustimmen, wie durch den Pfeil 90 angegeben, die Elemente 70b, 70d durch mindestens ein elektrisches Signal angesteuert, welches den Bereich 30 nach rechts bewegt, wie durch den Pfeil 90 angegeben. Das eine oder die mehreren Signale, die verwendet werden, um die Elemente 70a, 70b, 70c, 70d anzusteuern, werden in elektronischen Steuerschaltungen (nicht dargestellt) erzeugt. Während des Betriebs wird eine relativ geringe äußere Kraft senkrecht zu den nach außen gerichteten Hauptflächen der äußeren Platten 50a, 50b in einer Richtung zur Filterplatte 20 hin angelegt, um einen Kontakt der Elemente 70a, 70b, 70c, 70d mit der Filterplatte 20 sicherzustellen.
Das eine oder die mehreren Signale, die an die Elemente 70a, 70b, 70c, 70d angelegt werden, bewirken eine schrittweise Bewegung der Filterplatte 20 bezüglich der Elemente. Bei einer solchen Bewegung weisen die Ansteuersignale zwei verschiedene Phasen auf:

(a) In einer ersten Phase biegen sich eines oder mehrere der Elemente relativ langsam in einer ersten Ansteuerungsrichtung, während sie einen vollen Reibungskontakt mit der Filterplatte 20 aufrechterhalten und dadurch der Platte 20 einen Impuls verleihen; und
(b) in einer zweiten Phase biegen sich das eine oder die mehreren der Elemente relativ schnell in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei währenddessen der Kontakt des einen oder der mehreren Elemente mit der Platte 20 vorübergehend verloren geht, während die Elemente zu ihrer früheren Position vor Beginn der ersten Phase zurückkehren; der Kontakt geht verloren, weil die Filterplatte 20 und die äußeren Platten 50a, 50b eine erheblich größere Trägheit haben als die Elemente 70a, 70b, 70c, 70d.

Folglich werden die Elemente 70a, 70c während der ersten Phase relativ langsam in der linken Richtung gebogen, um die Filterplatte 20 in der linken Richtung zu betätigen, und werden während der zweiten Phase relativ schnell in der rechten Richtung gebogen. In ähnlicher Weise werden die Elemente 70b, 70d während der ersten Phase relativ langsam in der rechten Richtung gebogen, um die Filterplatte 20 in der rechten Richtung zu betätigen, und werden während der zweiten Phase relativ schnell in der linken Richtung gebogen. Die Elemente 70a, 70b, 70c, 70d sind jeweils so polarisiert, dass sie eine spezifische Betätigungsrichtung aufweisen. Daher sind die Elemente 70a, 70c mit einer solchen Ausrichtung polarisiert und mit den äußeren Platten 50a, 50b verbunden, dass sie die Filterplatte 20 in eine linke Richtung lenken, wie in den 1 und 2 dargestellt. Außerdem sind die Elemente 70b, 70d mit einer solchen Ausrichtung polarisiert und mit den äußeren Platten 50a, 50b verbunden, dass sie die Filterplatte 20 in eine rechte Richtung lenken, wie dargestellt.
Die Elemente 70a, 70b, 70c, 70d umfassen jeweils eine oder mehrere Schichten eines piezoelektrischen Materials wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), die in einem Stapel miteinander verbunden sind. Die Schichten können unter Verwendung eines harten Epoxidharzes mit niedriger Kriechgeschwindigkeit geklebt werden, wies es zum Beispiel von Ciba Geigy bezogen werden kann, oder sie können unter Verwendung eines eutektischen Lötmittels mit relativ niedrigem Schmelzpunkt gelötet werden.
Die Schritte des Betätigungsvorgangs des Elements 70a sind in 3 mit 200 bezeichnet. Das Element 70a umfasst eine erste Schicht B und eine zweite Schicht A, welche wiederum mit der äußeren Platte 50a verbunden ist. Eine Stirnfläche der ersten Schicht B, die von der äußeren Platte 50a entfernt ist, ist in der Lage, dass sie in stiktionalem Kontakt (statischem Reibungskontakt) an eine Hauptfläche der Filterplatte 20 stößt. Während der Herstellung des Elements 70a werden Metallelektroden (nicht dargestellt) auf Hauptflächen der Schichten A, B aufgebracht, um Ansteuersignale von den Steuerschaltungen zu empfangen, wobei die Ansteuersignale die Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem Element 70a zur Folge haben, das in einer Richtung orthogonal zu den Hauptflächen der äußeren Platte 50a ausgerichtet ist. Metallische Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf einer Hauptfläche der äußeren Platte 50a stellen eine Verbindung von dem Element 70a zu den Steuerschaltungen her, wobei die Leiterbahnen im Vakuum aufgedampfte metallische Leiterbah nen sind, zum Beispiel Aluminiumleiterbahnen mit einer Dicke von 2 μm.
Das Element 70a ist in einer Richtung polarisiert, welche durch Pfeile 210 angegeben ist und welche, wenn das Element 70a mit der äußeren Platte 50a verbunden ist, nicht orthogonal zu Hauptflächen der äußeren Platte 50a ist. Wenn das elektrische Feld an das Element 70a angelegt wird, verbiegt sich dieses auf eine Weise, wie in SCHRITT 2 in 3 dargestellt, nämlich indem es sowohl auf Schub (Scherung) beansprucht wird als auch seine Dicke vergrößert.
Stattdessen kann das Element 70a ein piezoelektrisches polykristallines Material umfassen, das eine anisotrope Kristallorientierung in der Richtung der Pfeile aufweist, jedoch in einer Richtung polarisiert ist, die orthogonal zu Ebenen ist, welche zu Hauptflächen der Schichten A, B parallel sind.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 die Funktionsweise des die Filterplatte 20 betätigenden Elements 70a beschrieben.
In SCHRITT 1 wird zu einem Zeitpunkt t₀ an das Element 70a eine Vorspannung angelegt, die im Wesentlichen gleich null ist, wie in einem mit 250 bezeichneten Diagramm dargestellt ist. Das Element 70a befindet sich wie dargestellt in einem nicht abgelenkten Zustand, derart, dass Punkte P₁ und P₂ an der äußeren Platte 50a bzw. der Filterplatte 20 zueinander ausgerichtet sind.
In SCHRITT 2 wird innerhalb eines Zeitabschnitts von t₀ bis t₁ die an dem Element 70a abfallende Vorspannung allmählich erhöht, was bewirkt, dass das Element 70a wie dargestellt in Richtung der Achsen X und Z eine Scherverformung erfährt bzw. seine Dicke vergrößert. Der Kontakt zwischen der entfernten Hauptfläche der Schicht B und der Filterplatte 20 wird während SCHRITT 2 aufrechterhalten. Während SCHRITT 2 wird die Filterplatte 20 wie dargestellt in einer linken Richtung verschoben, so dass die Punkte P₁ und P₂ nicht mehr zueinander ausgerichtet sind. Außerdem wird die äußere Platte 50a weiter von der Filterplatte 20a weg bewegt. Am Ende von SCHRITT 2, zum Zeitpunkt t₁, fällt eine Vorspannung mit dem Betrag V_B an dem Element 70a ab.
In SCHRITT 3 wird innerhalb eines Zeitabschnitts von t₁ bis t₂, welcher kürzer ist als der Zeitabschnitt von t₀ bis t₁, die an dem Element 70a abfallende Vorspannung schnell von V_B auf im Wesentlichen null verringert. Infolge der Tatsache, dass das Element 70a eine vergleichsweise geringere Trägheit hat als die Platten 50a, 20, ist das Element 70a in der Lage, sich zu seiner ursprünglichen Form von SCHRITT 1 zusammenzuziehen, bevor die Platten 50a, 20 Gelegenheit haben, ihren Impuls zu ändern. Während SCHRITT 3 löst sich das Element 70a aus dem Kontakt mit der Platte 20. Infolgedessen bleiben die Punkte P₁, P₂ während SCHRITT 3 zueinander versetzt, wie am Ende von SCHRITT 2.
In SCHRITT 4 wird innerhalb eines Zeitabschnitts von t₂ bis t₃ an dem Element 70a eine Vorspannung, die im Wesentlichen gleich null ist, beibehalten, um der Filterplatte 20 Gelegenheit zu geben, wieder in Kontakt mit dem Element 70a zu kommen. Wenn die Filterplatte 20 wieder mit dem Element 70a in Kontakt kommt, sind die Punkte P₁ und P₂ wie dargestellt zueinander versetzt, was einer seitlichen Verschiebung der Filterplatte 20 bezüglich der äußeren Platte 50a nach links entspricht.
In der Praxis können die SCHRITTE 2 und 4 sehr kurz gestaltet werden, so dass die Änderungen der an das Element 70a angelegten Vorspannung in Abhängigkeit von der Zeit einer Sägezahn-Wellenform ähneln. Für eine maximale Genauigkeit der Bewegung wird jedoch eine Wellenform bevorzugt, wie sie im Diagramm 250 dargestellt ist, nämlich mit einem Zeitab schnitt von t₁ bis t₂ mit einer Länge in einem Bereich von 1% bis 20% der Länge des Zeitabschnitts von t₀ bis t₁.
Falls erforderlich, kann eine elastische Vorspannkraft angewendet werden, um das Element 70a ständig mit der Platte 20 in Kontakt zu halten, wenn die Elemente betätigt werden. Bei einer solchen Funktionsweise befindet sich die Schicht B in wiederholt verschiebbarem Kontakt mit der Platte 20.
Obwohl die Funktionsweise des Elements 70a oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, ist klar, dass eine Anzahl von Schemata zur Ansteuerung der Elemente 70a bis 70d gewählt werden kann. Zum Beispiel können die Elemente 70a, 70c phasengleich synchron angesteuert werden, so dass sie gleichzeitig wiederholt mit der Platte 20 in Kontakt kommen, um sie in der linken Richtung zu betätigen. Stattdessen können die Elemente 70a, 70c auch synchron, jedoch zueinander phasenversetzt angesteuert werden, derart, dass einige der Elemente sich zusammenziehen, während andere ihre volle Ausdehnung erreichen. In ähnlicher Weise können die Elemente 70b, 70d phasengleich synchron angesteuert werden, so dass sie gleichzeitig wiederholt mit der Platte 20 in Kontakt kommen, um sie in der rechten Richtung zu betätigen. Stattdessen können die Elemente 70b, 70d auch synchron, jedoch zueinander phasenversetzt angesteuert werden, derart, dass einige der Elemente sich zusammenziehen, während andere ihre volle Ausdehnung erreichen.
Ferner ist leicht einzusehen, dass die Schicht B an ihrer freiliegenden Fläche mit Mikrorippen zum Einrasten an der Platte 20 versehen sein kann, wobei die Mikrorippen einen Abstand in einem Bereich von 3 nm bis 30 nm aufweisen, insbesondere in der Größenordnung von 10 nm. Ebenso kann die Platte 20 dort, wo sie mit den Elementen 70a bis 70d in Kontakt kommt, ebenfalls mit Mikrorippen mit einem Abstand in einem Bereich von 3 nm bis 30 nm, ebenfalls insbesondere in der Größenordnung von 10 nm, versehen sein, wobei die Mikrorippen der Platte 20 parallel zu denjenigen der Schicht B ausgerichtet sind und mit diesen zusammenwirken, so dass die Elemente 70a bis 70d in der Lage sind, eine Schrittweite zur Verfügung zu stellen, die durch die Rippen definiert ist. Die Rippen können zum Beispiel geformt werden, indem Interferenzstreifen von weicher Röntgenstrahlung oder Deep-UV benutzt werden, die über photoempfindlichen Lack aus organischem Polymer durch Innenstrahl-Frästechniken auf eine metallische Schicht übertragen werden. Photoempfindliche Lacke aus Polymer werden in der Halbleiterindustrie routinemäßig verwendet und werden von Firmen wie etwa Shipley Inc. hergestellt. Die Rippen sind in der Lage, eine Form von Verzahnungseingriff zwischen den Elementen 70a bis 70d und der Platte 20 zu gewährleisten und daher eine höhere Genauigkeit der Steuerung sicherzustellen.
In der Praxis erweist es sich, dass Geschwindigkeiten der Betätigung in einem Bereich von 3 mm/s bis 5 mm/s erreichbar sind, wenn geeignete sägezahnartige Ansteuersignale mit einer Frequenz von rund 500 kHz an eines oder mehrere der Elemente 70a bis 70d angelegt werden, wobei jeder Schritt der Bewegung mit statischer Reibung (Stiktion) im Wesentlichen 10 nm entspricht. Die Größe jedes Stiktions-Schrittes, die einer Biegung eines oder mehrerer der piezoelektrischen Elemente 70a bis 70d entspricht, kann verändert werden, indem die Amplitude des Ansteuersignals moduliert wird, das von den Steuerschaltungen angelegt wird. Daher können durch Steuerung sowohl der Amplitude als auch der Frequenz von Ansteuersignalen Geschwindigkeiten der Betätigung in der Größenordnung von 5 mm/s und eine Einstellung der Schrittweite bis auf ein paar nm genau erreicht werden. Eine solche Leistungsfähigkeit ist eine beträchtliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen mechanischen Bewegungen für abstimmbare optische Filter und bietet:

• einen höheren Grad an Stabilität als viele elektronisch abstimmbare Filter, zum Beispiel thermisch abstimmbare Filter; und
• eine schnellere Reaktion als viele herkömmliche mechanisch abstimmbare optische Filter.

Es wird nun auf 4 Bezug genommen; mit 300 ist das Element 70a in Seitenansicht bezeichnet, das als ein 5-schichtiger Stapel aus piezoelektrischen Schichten 310a, 310b, 310c, 310d und einer Schutzschicht 320 implementiert ist. Die piezoelektrischen Schichten 310a, 310b, 310c, 310d sind zu zwei im Vakuum aufgedampften metallischen Leiterbahnen 330, 340 elektrisch parallelgeschaltet, wobei die Schichten wie dargestellt auf eine verschachtelte Weise miteinander verbunden sind. Um zu verhindern, dass eine am weitesten außen befindliche Elektrode 350 des Stapels durch Bewegung der Filterplatte 20 abgerieben wird, weist der Stapel eine Schutzschicht 320 auf, welche mit der Filterplatte 20 in Kontakt kommt. Eine Parallelschaltung der piezoelektrischen Platten 310a, 310b, 310c, 310d ermöglicht, dass für eine gegebene angelegte Ansteuerspannung ein stärkeres elektrisches Feld erzeugt wird, als bei einer Implementierung des Elements 70a als eine einzige Schicht aus piezoelektrischem Material. Eine solche Parallelschaltung, wie in 4 dargestellt, hat jedoch eine erhöhte kapazitive Belastung von Ausgangstreibern zur Folge, die in den zuvor erwähnten Steuerschaltungen enthalten sind, obwohl sie schwache Signale mit einer Amplitude von wenigen Volt, zum Beispiel von Logikgattern und Treibern, zum Ansteuern des Elements 70a ermöglicht. Falls erforderlich, kann die Schutzschicht 320 an ihrer Außenseite mit den Mikrorippen versehen werden, um eine genauer definierte Schrittweite zu gewährleisten.
Der in den 1 und 2 dargestellte optische Filter 10 ist in der Lage, die Filterplatte 20 relativ zu den äußeren Platten 50a, 50b entlang einer eindimensionalen linearen Trajektorie zu betätigen. Die vorliegende Erfindung ist außerdem anwendbar, um eine optische Platte in zwei Dimensionen zu betätigen. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 5 dargestellt, welche ein allgemein mit 400 bezeichnetes alternatives abstimmbares optisches Filter in der Draufsicht zeigt. Das abstimmbare Filter 400 ist auch in einer Endansicht dargestellt, die mit 405 bezeichnet ist. Orthogonale Referenzachsen X-Y sind mit 410 bezeichnet und sind mit dem Filter 400 in der Draufsicht zu verknüpfen.
Der abstimmbare Filter 400 umfasst eine Filterplatte 420, welche gleitend zwischen zwei äußeren Platten 440a, 440b angebracht ist, welche durch ein Distanzelement 450 wie dargestellt in einer Konfiguration gehalten werden, in der sie einen Abstand voneinander aufweisen. Die äußeren Platten 440a, 440b und das Distanzelement 450 bilden eine einzige Baugruppe. Die Filterplatte 420 weist eine Anordnung von 35 Filterbereichen auf, zum Beispiel einen Filterbereich 430. Mit Hauptflächen der äußeren Platten 440a, 440b, die der Filterplatte 420 zugewandt sind, sind piezoelektrische Elemente 480a bis 480h verbunden; diese Elemente 480a bis 480h sind hinsichtlich der Konstruktion mit den Elementen 70a, 70b, 70c, 70d des abstimmbaren Filters 10 identisch und sind zwischen der Filterplatte 420 und den äußeren Platten 440a, 440b angeordnet. Die äußeren Platten 440a, 440b weisen Zugangsöffnungen 460a, 460b auf, durch welche ein Strahl 470 auf die Filterplatte 420 fällt und aus dieser austritt.
Die Elemente 480a bis 480h funktionieren auf eine Art und Weise, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, nämlich durch eine gestufte "stiktionale" Betätigung zum Bewegen der Filterplatte 420 relativ zu den Öffnungen 460a, 460b und folglich zu dem Strahl 470. Im Kontext der vorliegenden Patentanmeldung ist "stiktionale Bewegung" so zu verstehen, dass damit eine Bewegung bezeichnet wird, welche die Anwendung von statischer Reibung (Stiktion) zwischen zwei Flächen beinhaltet, um eine seitliche Kraft zwischen den Flächen auszuüben. Die Elemente 480a, 480b, 480e, 480f sind in der Lage, wenn sie angesteuert werden, die Filterplatte 420 in einer Richtung parallel zur y-Achse zu bewegen. Ebenso sind die Elemente 480c, 480d, 480g, 480h in der Lage, wenn sie angesteuert werden, die Platte 420 in einer Richtung parallel zur x-Achse zu bewegen.
Bei den Elementen 480g, 480h verläuft die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in x-Richtung NACH LINKS, um die Filterplatte 420 nach links zu bewegen, wenn sie mit Signalen von den Steuerschaltungen angesteuert werden. Umgekehrt verläuft bei den Elementen 480c, 480d die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in x-Richtung NACH RECHTS, um die Platte 420 nach rechts zu betätigen, wenn sie angesteuert werden.
In ähnlicher Weise verläuft bei den Elementen 480a, 480b die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in y-Richtung NACH OBEN, um die Platte 420 in einer y-Richtung nach oben zu bewegen, wenn sie mit Signalen von den Steuerschaltungen angesteuert werden. Umgekehrt verläuft bei den Elementen 480e, 480f die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in y-Richtung NACH UNTEN, um die Platte 420 in einer y-Richtung nach unten zu betätigen, wenn sie angesteuert werden.
Die Bereiche in der Anordnung auf der Filterplatte 420 sind Beugungsgitter, wobei die einzelnen Bereiche voneinander verschiedene Filtrationseigenschaften aufweisen, welche über dem Bereich im Wesentlichen konstant sind. Die Bereiche können stattdessen auch mehrschichtige optische Strukturen umfassen, deren Schichtdicken und Anzahlen von Schichten sich von Bereich zu Bereich unterscheiden, um eine Auswahl von unterschiedlichen Filtrationseigenschaften zur Verfügung zu stellen. Außerdem können innerhalb jedes Bereichs die vorgesehenen optischen Filtrationseigenschaf ten räumlich konstant sein; stattdessen kann jeder Bereich auch räumlich abgestuft sein, um ein Element von optischer Abstimmbarkeit für jeden Bereich zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann jeder der Bereiche einem Wellenlängen-Multiplexing-Kanal entsprechen, wenn der Filter 400 in ein optisches Kommunikationssystem integriert ist, um darin eine optische Filtration durchzuführen; wenn jeder Bereich einem speziellen WDM-Kanal eines optischen Kommunikationssystems entspricht, kann jeder Bereich eine optische Filtrationseigenschaft aufweisen, welche innerhalb des Bereiches relativ geringfügig räumlich variiert und dadurch eine schnelle Abstimmung zwischen WDM-Kanälen und eine relativ geringe Spanne der Feinabstimmung innerhalb jedes Kanals gewährleistet. Zusätzlich bietet der Filter 400 den Vorteil, dass, wenn er in ein optisches Kommunikationssystem mit WDM integriert ist und wenn das System nachgerüstet wird, so dass es mehr Kanäle enthält oder die Kanalabstände geändert werden, zum Beispiel von Abständen von 0,8 nm zu einer neuen Betriebsweise mit Abständen von 0,4 nm, der Filter 400 aufgerüstet werden kann, indem lediglich seine Filterplatte 420 durch eine entsprechende Austauschplatte ersetzt wird, die eine Anordnung enthält, deren Bereiche auf die neue Betriebsweise abgestimmt sind.
Der Filter 400 bietet gegenüber dem Filter 10 den Vorteil, dass er physisch kompakter ausgeführt werden kann. Außerdem kann, vom betriebstechnischen Standpunkt aus betrachtet, der Filter 400 schneller von Kanal zu Kanal umgestellt werden, als es der Fall wäre, wenn die Bereiche, zum Beispiel der Bereich 430, in einer linearen Aufeinanderfolge angeordnet wären, auf eine Weise wie im Filter 10. Die Bereiche können räumlich in einer steigenden oder fallenden Reihenfolge angeordnet sein, entsprechend der Strahlungswellenlänge, welche sie zu filtern bestimmt sind. Stattdessen können auch häufig gewählte Bereiche zusammen auf der Filterplatte 420 gruppiert werden, um zu ermöglichen, dass ein schnelleres Umschalten zwischen den Kanälen erfolgt.
In Betrieb können relativ geringe Kräfte an nach außen gerichtete Hauptflächen der äußeren Platten 440a, 440b angelegt und zu der Filterplatte 420 hin gerichtet werden, um sicherzustellen, dass die Elemente 480a bis 480h in Kontakt mit der Filterplatte 420 gehalten werden, außer dann, wenn die vorübergehende Aufhebung des Kontakts erfolgt, während sie angesteuert werden, wie weiter oben beschrieben wurde.
Die äußeren Platten 440a, 440b und die Filterplatte 420 werden vorzugsweise aus Quarzglas oder Quarz hergestellt, wobei ihre Oberflächen hochglanzpoliert werden und bis auf einen Fehler von weniger als 10 μm parallel sind, bevor die Anordnung von Bereichen darauf hergestellt wird.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6 dargestellt, welche ein allgemein mit 500 bezeichnetes weiteres alternatives abstimmbares optisches Filter in der Draufsicht zeigt. Das abstimmbare Filter 500 ist auch in einer Endansicht dargestellt, die mit 505 bezeichnet ist. Orthogonale Referenzachsen X-Y sind mit 510 bezeichnet und sind mit dem Filter 500 in der Draufsicht zu verknüpfen.
Der abstimmbare Filter 500 umfasst eine Filterplatte 530, welche gleitend zwischen zwei äußeren Platten 520a, 520b angebracht ist, welche durch ein Distanzelement 540 wie dargestellt in einer Konfiguration gehalten werden, in der sie einen Abstand voneinander aufweisen, wobei die äußeren Platten 520a, 520b und das Distanzelement 540 eine einzige Baugruppe bilden. Die Filterplatte 530 weist eine lineare Anordnung von 5 langgestreckten Filterbereichen auf, zum Beispiel einen langgestreckten Filterbereich 560. Mit Hauptflächen der äußeren Platten 520a, 520b, die der Filterplatte 530 zugewandt sind, sind piezoelektrische Elemente 550a bis 550h verbunden; diese Elemente 550a bis 550h sind hinsichtlich der Konstruktion mit den Elementen 70a, 70b, 70c, 70d des abstimmbaren Filters 10 identisch und sind zwischen der Filterplatte 530 und den äußeren Platten 520a, 520b angeordnet. Die äußeren Platten 520a, 520b weisen Zugangsöffnungen 580a, 580b auf, durch welche ein Strahl 570 auf die Filterplatte 530 fällt und aus dieser austritt.
Die Elemente 550a bis 550h funktionieren auf eine Art und Weise, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, nämlich durch eine gestufte "stiktionale" Betätigung zum Bewegen der Filterplatte 530 relativ zu den Öffnungen 580a, 580b und folglich zu dem Strahl 570. Die Elemente 550a, 550d, 550e, 550h sind in der Lage, wenn sie angesteuert werden, die Filterplatte 530 in einer Richtung parallel zur x-Achse zu bewegen. Ebenso sind die Elemente 550b, 550c, 550f, 550g in der Lage, wenn sie angesteuert werden, die Platte 530 in einer Richtung parallel zur y-Achse zu bewegen.
Bei den Elementen 550a, 550h verläuft die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in x-Richtung NACH LINKS, um die Filterplatte 530 nach links zu bewegen, wenn sie mit Signalen von den Steuerschaltungen angesteuert werden. Umgekehrt verläuft bei den Elementen 550dc, 550e die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in x-Richtung NACH RECHTS, um die Platte 530 nach rechts zu betätigen, wenn sie angesteuert werden.
In ähnlicher Weise verläuft bei den Elementen 550b, 550c die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in y-Richtung NACH OBEN, um die Filterplatte 530 in einer y-Richtung nach oben zu bewegen, wenn sie mit Signalen von den Steuerschaltungen angesteuert werden. Umgekehrt verläuft bei den Elementen 550f, 550g die nicht orthogonale Polarisationsrichtung in y-Richtung NACH UNTEN, um die Platte 530 in einer y-Richtung nach unten zu betätigen, wenn sie angesteuert werden.
Die langgestreckten Bereiche in der linearen Anordnung auf der Filterplatte 530 sind Beugungsgitter, wobei die einzelnen Bereiche voneinander verschiedene Filtrationseigenschaften aufweisen. Die Bereiche können stattdessen auch mehrschichtige optische Strukturen umfassen, deren Schichtdicken und Anzahlen von Schichten sich von Bereich zu Bereich unterscheiden, um eine Auswahl von unterschiedlichen Filtrationseigenschaften zur Verfügung zu stellen. Außerdem können innerhalb jedes Bereichs die optischen Filtrationseigenschaften in einer x-Richtung räumlich abgestuft sein, um einen Grad von optischer Abstimmbarkeit für jeden Bereich zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann jeder der Bereiche einer Reihe von Wellenlängen-Multiplexing-Kanälen entsprechen, wenn der Filter 500 in ein optisches Kommunikationssystem integriert ist, um darin eine optische Filtration durchzuführen.
Der Filter 500 bietet gegenüber dem Filter 10 den Vorteil, dass er physisch kompakter ausgeführt werden kann. Außerdem ist der Filter 500 auch potentiell über einen größeren Bereich von Wellenlängen kontinuierlich abstimmbar. Außerdem kann, vom betriebstechnischen Standpunkt aus betrachtet, der Filter 500 schneller von Kanal zu Kanal umgestellt werden, als es der Fall wäre, wenn die Bereiche, zum Beispiel der Bereich 560, in einer linearen Aufeinanderfolge angeordnet wären, auf eine Weise wie im Filter 10. Zum Beispiel kann der Filter 500 so abgestimmt werden, dass der Bereich 560 so manövriert wird, dass ein erstes Ende desselben zu dem Strahl 570 ausgerichtet ist; falls dann die Notwendigkeit eintritt, den Filter auf eine andere Wellenlänge an einem zweiten Ende des Bereiches 560 abzustimmen, kann die Steuerschaltung einen dem Bereich 560 benachbarten Bereich manövrieren, der eine Filtration bei der anderen Wellenlänge gewährleistet, anstatt die Filterplatte 530 über die volle Länge des Bereiches 560 zu bewegen.
In Betrieb können, in einer ähnlichen Weise wie beim Filter 400, relativ geringe Kräfte an nach außen gerichtete Hauptflächen der äußeren Platten 520a, 520b angelegt und zu der Filterplatte 530 hin gerichtet werden, um sicherzustellen, dass die Elemente 550a bis 550h in Kontakt mit der Filterplatte 530 gehalten werden, außer dann, wenn die vorübergehende Aufhebung des Kontakts erfolgt, während sie angesteuert werden, wie weiter oben beschrieben wurde, insbesondere unter Bezugnahme auf 3.
Die äußeren Platten 520a, 520b und die Filterplatte 530 werden vorzugsweise aus Quarzglas oder Quarz hergestellt, wobei ihre Oberflächen hochglanzpoliert werden und bis auf einen Fehler von weniger als 10 μm parallel sind, bevor die Anordnung von Bereichen darauf hergestellt wird.
Im Vorangehenden wurden auf Platten beruhende einstellbare optische Filter 10, 400, 500 beschrieben. Eine Betätigung in einem "stiktionalen" Betrieb gemäß der Erfindung kann auch unter Verwendung anderer Typen von Elementen erreicht werden. 7 ist eine Darstellung eines alternativen abstimmbaren optischen Filters, das mit 600 bezeichnet ist. Eine Seitenansicht des Filters 600 ist mit 610 bezeichnet. Der Filter 600 weist ein langgestrecktes dreieckiges Element 620 auf, das in gleitendem Kontakt mit sechs piezoelektrischen Elementen 630a bis 630f gehalten wird. Die Elemente 630a bis 630d sind mit einem winkelförmigen Stützelement 635 verbunden, und die Elemente 630e, 630f sind mit einer Stützplatte 645 verbunden. Die Stützplatte 645 und das Stützelement 635 werden durch geeignete Mittel (nicht dargestellt) an einer Bewegung relativ zueinander in einer Richtung 680 gehindert. An das Stützelement 635 und die Stützplatte 645 werden relativ geringe Kräfte F₁ und F₂ angelegt, um sicherzustellen, dass die Elemente 630a bis 630f in Kontakt mit dem Element 620 gehalten werden, außer während der kurzen Zeitabschnitte, wenn Ansteuersignale an eines oder mehrere der Elemente 630a bis 630f angelegt werden. Bei den Elementen 630a, 630c, 630e sind die piezoelektrischen Polarisationsachsen so ausgerichtet, dass sie das langgestreckte Element 620 in einer linken Richtung betätigen, wie durch einen Pfeil 680 angegeben ist, wenn sie durch Signale von Steuerschaltungen (nicht dargestellt), die mit dem Filter 600 verknüpft sind, angesteuert werden. Ebenso sind bei den Elementen 630b, 630d, 630f die piezoelektrischen Polarisationsachsen so ausgerichtet, dass sie das Element 620 in einer rechten Richtung betätigen, wie durch einen Pfeil 680 angegeben ist, wenn sie durch Signale von den Steuerschaltungen angesteuert werden. Optische Komponenten (nicht dargestellt) wie etwa Linsen sind so angeordnet, dass sie einen optischen Strahl 670 bilden, welcher in Betrieb auf den Bereich 660 einfällt und gefiltert wird, wenn er durch ihn hindurch transmittiert wird.
Das langgestreckte Element 620 ist an einem seiner Enden an einer Filterplatte 650 befestigt, die einen langgestreckten Filterbereich 660 trägt. Der Filterbereich 660 umfasst ein Beugungsgitter, dessen Periode sich räumlich entlang des Bereichs 660 ändert, um dem Bereich räumlich variierende optische Filtrationseigenschaften zu verleihen.
Der Filter 600 bietet den Vorteil, dass die Aktoranordnung des langgestreckten Elements 620 verwendet werden kann, um existierende Konstruktionen einer optischen Filterplatte zu betätigen, die durch die Platte 650 repräsentiert wird. Daher kann der Filter 600 als eine Verbesserung gegenwärtiger optischer Filter verwendet werden, bei denen eine lineare Betätigung und optische Filterplatten angewendet werden.
Obwohl die Verwendung des langgestreckten dreieckigen Elements 620 beschrieben wird, kann der Filter 600 so angepasst werden, dass andere Typen beweglicher Elemente verwendet werden, zum Beispiel ein langgestrecktes Element mit quadratischem Querschnitt oder ein langgestrecktes Element mit sechseckigem Querschnitt, vorausgesetzt, dass geeignete Stützkonstruktionen für piezoelektrische Elemente vorgesehen sind, damit diese an diese Typen von Elementen stoßen und sie dadurch betätigen.
Von den Erfindern wurden weitere Typen abstimmbarer optischer Filter entworfen. Zum Beispiel ist 8 eine Darstellung eines abstimmbaren optischen Filters gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, wobei der Filter mit 700 bezeichnet ist. Der Filter 700 ist außerdem in einer Endansicht dargestellt, die mit 710 bezeichnet ist. Der Filter 700 enthält eine ebene Plattform 720, die ein orthogonales Flügelelement 730 aufweist, das mit der Plattform 720 aus einem Stück hergestellt ist und der Plattform, wie dargestellt, einen T-förmigen Querschnitt verleiht. Die ebene Plattform 720 umfasst abgeschrägte gestreckte Kanten, welche in V-förmige gestreckte Nuten in komplementären Stützelementen 525a, 525b eingreifen. Die Stützelemente 525a, 525b sind, zum Beispiel unter Verwendung von Blattfedern, durch angelegte Kräfte G₁, G₂ zu der ebenen Plattform 720 hin elastisch vorgespannt, um das Spiel zu verringern. Auf einer oberen freiliegenden Fläche der Plattform 720, entfernt von der Stelle, wo der Flügel 730 mit der Plattform 720 verbunden ist, ist ein optischer Filterbereich 740 hergestellt, der eine Gitterperiode aufweist, welche entlang des Bereiches 740 in einer Bewegungsrichtung 780 der Plattform 720 räumlich variiert. Der Bereich 740 kann stattdessen auch eine mehrschichtige optische Struktur sein, deren optische Eigenschaften entlang des Bereiches 740 räumlich variieren; die Struktur kann zum Beispiel eine mehrschichtige reflektierende Eta lonstruktur sein, deren Schichtdicke oder Schicht-Brechungsindex entlang des Bereiches 740 räumlich variiert.
Das Flügelelement 730 wird von Stützelementen 760a, 760b an beiden Hauptflächen des Flügelelements 730 flankiert. Mit jedem Stützelement 760a, 760b sind zwei piezoelektrische Elemente 770a, 770b verbunden, die in der Lage sind, eine stiktionale Betätigung des Flügelelements 730 auf eine Art und Weise zu bewirken, wie in 3 dargestellt ist und weiter oben beschrieben wurde. Die Elemente 770a, 770b werden mit dem Flügelelement 730 durch Kräfte H₁, H₂ in Kontakt gehalten, die nach innen orthogonal zu den Hauptflächen des Flügelelements 730 hin gerichtet sind. Die Elemente 770a, 770b verlieren nur vorübergehend während der stiktionalen Bewegung den Kontakt mit dem Flügelelement 730, wenn die Elemente 770a, 770b mit Ansteuersignalen von zugehörigen elektronischen Steuerschaltungen angesteuert werden.
Die piezoelektrischen Elemente 770a sind mit den Stützelementen 760a, 760b derart verbunden, dass die Polarisationsrichtungen der Elemente 770a nach links verlaufen, wie durch den Pfeil 780 angegeben ist. Infolge dieser Ausrichtung sind die Elemente 770a in der Lage, wenn sie durch an sie angelegte Signale angesteuert werden, das Flügelelement 730 und folglich die Plattform 720 in einer relativ zu den Stützelementen 725a, 725b, 760a, 760b nach links verlaufenden Richtung zu betätigen, wobei diese Stützelemente mechanisch in einer im Wesentlichen konstanten räumlichen Relation zueinander gehalten werden.
In ähnlicher Weise sind die piezoelektrischen Elemente 770b mit den Stützelementen 760a, 760b derart verbunden, dass die Polarisationsrichtungen der Elemente 770b nach rechts verlaufen, wie durch den Pfeil 780 angegeben ist. Infolge dieser Ausrichtung sind die Elemente 770b in der Lage, wenn sie durch an sie angelegte Signale angesteuert werden, das Flügelelement 730 und folglich die Plattform 720 in einer relativ zu den Stützelementen 725a, 725b, 760a, 760b nach rechts verlaufenden Richtung zu betätigen.
Für Fachleute ist klar, dass Modifikationen an den optischen Filtern 10, 400, 500, 600, 700 vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnten, obwohl eine stiktionale Bewegung optischer Filter relativ zu Strahlenbündeln unter Verwendung piezoelektrischer Elemente beschrieben worden ist, auch andere Typen von Elementen verwendet werden, die in der Lage sind, eine Biegebewegung zu bewirken, wie in 3 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich können elektrostatische Elemente, magnetostatische Elemente, elektromagnetische Elemente und thermisch gebogene Elemente wie etwa Bimorphe verwendet werden, um die stiktionale Bewegung zu verleihen. Mikrobearbeitete Siliziumelemente, bei denen elektrostatisch, elektromagnetisch, thermisch oder piezoelektrisch betätigte Strukturen verwendet werden, sind für die Erfindung besonders geeignet.
Die piezoelektrischen Elemente, die in den Filtern 10, 400, 500, 600, 700 verwendet werden, können von zugehörigen elektronischen Steuerschaltungen in zeitlicher Abfolge angesteuert werden, wobei einige Elemente sich in Kontakt befinden und schwach halten, während eines der Elemente eine Betätigung bewirkt. Umgekehrt können die piezoelektrischen Elemente in Gruppen von zweien oder mehreren auf einmal angesteuert werden, während nicht angesteuerte Elemente sich schwach in Kontakt befinden und halten. Die für das Ansteuern der Elemente gewählte Betriebsart hängt von der Genauigkeit und der Geschwindigkeit ab, mit welcher die optischen Filterplatten oder Plattformen, die weiter oben beschrieben wurden, betätigt werden sollen.
Obwohl die piezoelektrischen Elemente, die in den Filtern 10, 400, 500, 600, 700 enthalten sind, mit stützenden Teilen der Filter verbunden sind, welche sich relativ zu den Filterbereichen 30, 430, 560, 660 bzw. 740 bewegen, ist es technisch möglich, die Elemente so zu verbinden, dass sie in einer festen relativen Position zu den Filterbereichen verbleiben und stiktional bezüglich der stützenden Teile agieren; zum Beispiel können in dem abstimmbaren Filter 10 die Elemente 70a, 70d mit der Filterplatte 20 verbunden sein und in gleitendem Eingriff mit nach innen gerichteten Hauptflächen der äußeren Platten 50a, 50b agieren; für eine solche Konfiguration sind flexible Leiter von der Filterplatte 20 erforderlich, die an die zugehörigen Steuerschaltungen angeschlossen sind.
Weiterhin ist klar, dass die Filter 10, 400, 500, 600, 700 so modifiziert werden können, dass betätigte Bauteile, zum Beispiel die Platte 20 im Filter 10, drehbar angebracht sind, so dass ihre zugehörigen piezoelektrischen Elemente in der Lage sind, die Bauteile zu drehen, um eine Abstimmung der Filter durch Bewegen optischer Bereiche auf den Bauteilen relativ zu optischen Strahlen, die auf die Bauteile gerichtet sind, zu bewirken. Zum Beispiel sind in den 9 und 10 Schemata eines abstimmbaren optischen Filters gemäß der Erfindung dargestellt, wobei das Filter mit 800 bezeichnet ist und eine kreisförmige Filterplatte 810 aufweist, die drehbar zwischen zwei Stützplatten 820, 830 angebracht ist, wobei piezoelektrische Elemente 840a, 840b, 840c, 840d zwischen der Filterplatte 810 auf beiden Hauptflächen derselben und den Stützplatten 820, 830 enthalten sind. Die Stützplatten 820, 830 sind durch Distanzelemente 850, 860 miteinander verbunden, welche in der Lage sind, an zwei Stellen an die kreisförmige Platte 810 zu stoßen. Ein Vorspannelement 870, nämlich eine nachgiebige Feder aus Phosphorbronze, die bezüglich der Stützplatten 820, 830 und der Distanzelemente 850, 860 elastisch gelagert ist, ist so angeordnet, dass sie an einer dritten Stelle an die kreisförmige Platte 810 stößt. Das Vorspannelement 870 ist in der Lage zu verhindern, dass sich die kreisförmige Platte 810 in ihrer Ebene seitlich relativ zu den Distanzelementen 850, 860 und den Stützplatten 820, 830 bewegt. Die kreisförmige Platte 810 wird durch die piezoelektrischen Elemente 840a, 840b, 840c, 840d im Wesentlichen daran gehindert, sich in einer aus der Ebene heraus weisenden Richtung zu bewegen. Falls erforderlich, können Vorspannkräfte an die Stützplatten 820, 830 in einer Richtung zu der kreisförmigen Platte 810 hin angelegt werden, um zur Verhinderung eines Spiels beizutragen und sicherzustellen, dass die Elemente 840a, 840b, 840c, 840d während des Betriebs in einem wiederholten gleitenden Kontakt mit der kreisförmigen Platte 810 gehalten werden, um die kreisförmige Platte 810 durch Bewirken einer Rotation relativ zu einem zu filternden optischen Eingangsstrahl 880 zu betätigen. Das kreisförmige Element 810 weist einen ringförmigen Filterbereich 885 auf, der durch Öffnungen 890 in den Stützplatten 820, 830 hindurch zugänglich ist. Der Bereich 885 weist eine räumlich variierende optische Filtereigenschaft auf. Ferner kann der Bereich 885 so beschaffen sein, dass er ein vollständiger Ring ist. Stattdessen kann der Filterbereich 885 auch optional in diskrete Bereiche unterteilt sein, zum Beispiel als eine bogenförmige Anordnung von diskreten Filterbereichen, wobei die einzelnen Bereiche optional voneinander verschiedene optische Filtereigenschaften aufweisen.
Der Filter 800 kann so modifiziert werden, dass die kreisförmige Platte 810 eine in ihr befindliche zentrale Bohrung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie zu einem zentralen Element ausgerichtet ist, um welches die Platte 810 während des Betriebs mittels der Elemente 840a, 840b, 840c, 840d auf eine rotierende Weise betätigt wird.

1, 2

LHS: NACH LINKS
RHS: NACH RECHTS

3

LHS: NACH LINKS
STEP: SCHRITT
Bias Voltage: Vorspannung

4

FLEX: BIEGUNG

5, 6

LHS: NACH LINKS
RHS: NACH RECHTS
UP: NACH OBEN
DOWN: NACH UNTEN

7

END: ENDE

8

LHS: NACH LINKS
RHS: NACH RECHTS

Claims

Abstimmbarer optischer Filter (10, 400; 500; 600; 700; 800), welcher umfasst: bewegliche Filtermittel (30; 430; 560; 660; 740; 885) zum Empfangen und Filtern von Eingangsstrahlung (40a; 470; 570; 670; 750; 880), um entsprechende gefilterte Ausgangsstrahlung zu liefern, wobei die Filtermittel räumlich variierende Filtrationseigenschaften aufweisen; Betätigungsmittel zum Bewegen der Filtermittel in einer Antriebsrichtung relativ zur Eingangsstrahlung, um einen Abschnitt der Filtermittel zur Verwendung beim Filtern der Eingangsstrahlung auszuwählen und dadurch den Filter abzustimmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel ein oder mehrere Betätigungselemente (70a–70d; 480a–480h; 550a–550h; 630a–630f; 770a, 770b) umfasst, die in einer ersten Phase so angeordnet sind, dass sie sich mit einer ersten Geschwindigkeit in der Antriebsrichtung biegen, um mit den Filtermitteln in Kontakt zu kommen und einen vollen Reibungskontakt mit ihnen aufrechtzuerhalten, um dadurch einen Impuls zum Bewegen der Filtermittel relativ zur Eingangsstrahlung in der Antriebsrichtung zu verleihen, und die in einer zweiten Phase so angeordnet sind, dass sie sich mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, in einer Richtung biegen, die zu der ersten Antriebsrichtung entgegengesetzt ist, derart, dass der Reibungskontakt mit dem Filtermittel verloren geht und das Filtermittel in einer verschobenen Position verbleibt.
Filter nach Anspruch 1, bei welchem das Filtermittel eine Filterstruktur (30; 430; 560; 660; 740; 885), welche die räumlich variierenden Filtrationseigenschaften aufweist, und ein bewegliches Stützelement (20; 420; 530; 620; 650; 720; 810), mit welchem die Filterstruktur verbunden ist, umfasst, wobei das eine oder die mehreren Betätigungselemente in der Lage sind, wiederholt mit dem Stützelement in Kontakt zu kommen und dadurch dem Stützelement die wiederholte seitliche Kraft zu verleihen.
Filter nach Anspruch 2, bei welchem das Stützelement einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gewählt ist, dass er im Wesentlichen Änderungen der optischen Abstimmungseigenschaften der Filterstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur kompensiert.
Filter (800) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Filterstruktur (885) in einem teilweisen oder vollständigen Ring konfiguriert ist, wobei sich die Filtereigenschaften in einer Richtung im Wesentlichen entlang des Umfangs ändern und das eine oder die mehreren Betätigungselemente (840a–840d) in der Lage sind, das Stützelement so zu betätigen, dass es relativ zur Eingangsstrahlung gedreht wird.
Filter (400; 500) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Filterstruktur eine Anordnung von diskreten Filterbereichen (430; 560) umfasst,
Filter (500) nach Anspruch 5, bei welchem die Anordnung eine eindimensionale Anordnung ist.
Filter (400) nach Anspruch 5, bei welchem die Anordnung eine zweidimensionale Anordnung ist.
Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem die Anordnung die am häufigsten gewählten Bereiche enthält, die in der Struktur zusammen gruppiert sind.
Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem jeder Bereich räumlich variierende optische Eigen schaften zur Verwendung bei einer Feinabstimmung des Filters aufweist.
Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welchem die Bereiche ein oder mehrere optische Gitter und mehrschichtige optische Etalons umfassen.
Filter nach Anspruch 10, bei welchem die Bereiche in der Lage sind, die Eingangsstrahlung zu reflektieren und/oder durchzulassen, um die Ausgangsstrahlung zu liefern.
Filter (10; 400; 500; 800) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei welchem des bewegliche Stützelement (20; 420; 530; 810) ein ebenes Element ist, das zwischen äußeren Elementen (50a, 50b; 440a, 440b; 520a, 520b; 820, 830) angebracht ist, und die Betätigungselemente (70a–70d; 480a–480h; 550a–550h; 840a–840d) zwischen den äußeren Elementen und dem beweglichen ebenen Stützelement angeordnet sind.
Filter nach Anspruch 12, das elastische Vorspannmittel zum Ausüben von Kräften auf die äußeren Elemente, die zu dem ebenen Element hin gerichtet sind, umfasst, um das Spiel bei der Gleitbewegung des ebenen Elements relativ zu den äußeren Elementen zu verringern.
Filter (10; 400; 500; 800) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, bei welchem die Betätigungselemente (70a–70d; 480a–480h; 550a–550h; 840a–840d) mit den äußeren Elementen (50a, 50b; 440a, 440b; 520a, 520b; 820, 830) verklebt sind und in der Lage sind, wiederholt mit dem beweglichen ebenen Stützelement in Kontakt zu kommen und dadurch eine sich wiederholende seitliche Kraft auf dieses auszuüben, um die Filterstruktur relativ zu den äußeren Elementen zu bewegen.
Filter nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem die Betätigungselemente mit dem beweglichen ebenen Stützelement verklebt sind und in der Lage sind, wiederholt mit den äußeren Elementen in Kontakt zu kommen und eine sich wiederholende seitliche Kraft auf diese auszuüben, um die Filterstruktur relativ zu den äußeren Elementen zu bewegen.
Filter (600; 700) nach einem der Ansprüche 2 bis 6 oder einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem des bewegliche Stützelement (620; 720, 730) eine Stange mit polygonalem Querschnitt umfasst, auf welche das eine oder die mehreren Betätigungselemente (630a–630f; 770a, 770b) ihre zugehörige Kraft auszuüben in der Lage sind.
Filter nach Anspruch 16, bei welchem die Stange wenigstens eine von Folgenden ist: eine Stange mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt (620) und eine Stange mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt (720, 730).
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Betätigungselemente einen oder mehrere der folgenden Effekte anwenden: piezoelektrischer, magnetostatischer, elektrostatischer, elektromagnetischer und Wärmeausdehnungseffekt.
Filter nach Anspruch 18, bei welchem die Betätigungselemente eine oder mehrere feinbearbeitete Komponenten umfassen.
Filter nach Anspruch 19, bei welchem die feinbearbeiteten Komponenten feinbearbeitete Komponenten aus Silizium beinhalten.
Filter nach Anspruch 18, bei welchem jedes Betätigungselement eine mehrschichtige (A, B; 310a–310d) piezoelektrische Struktur umfasst.
Filter nach Anspruch 21, bei welchem jede Schicht in einer Richtung (210) polarisiert ist, die nicht orthogonal zu Hauptflächen der Schicht (A, B) ist.
Filter nach Anspruch 21, bei welchem jede Schicht eine anisotrop orientierte kristalline Struktur aufweist, die in einer zu Hauptflächen der Schicht nicht orthogonalen Richtung angeordnet ist, und die Struktur so beschaffen ist, dass sie von einem elektrischen Feld erregt wird, das im Wesentlichen orthogonal zu den Hauptflächen aufgebaut ist.
Filter nach einem der Ansprüche 18 bis 23, bei welchem mindestens eines der Betätigungselemente eine Schutzschicht (320) an seiner Außenfläche umfasst, um eine Elektrode (350) des mindestens einen der Elemente vor Verschleiß infolge wiederholter "stiktionaler" Bewegung (statischer Reibbewegung) zu schützen.
Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 24, bei welchem mindestens eines der Betätigungselemente an seiner Außenfläche ausgebildete Rippen zum Einrasten in entsprechende Rippen an einer Fläche des Stützelements umfasst.
Filter nach Anspruch 25, bei welchem die Rippen Mikrorippen sind.
Filter nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, bei welchem die Rippen durch Verwendung von Röntgenstrahlen- oder Ultraviolett-Interferenzbildern hergestellt werden, die durch lithographische und Ätzprozesse übertragen werden.
Filter nach Anspruch 27, bei welchem die Rippen mit einem Periodenabstand in einem Bereich von 3 bis 30 nm ausgebildet sind.
Filterstruktur zur Verwendung in einem Filter nach Anspruch 1, wobei die Filterstruktur eine Anordnung von diskreten Filterbereichen zum Filtern der Eingangsstrahlung umfasst.
Verfahren zum Abstimmen eines optischen Filters, wobei der Filter umfasst: Filtermittel zum Filtern von Eingangsstrahlung, um entsprechende gefilterte Ausgangsstrahlung zu liefern, wobei die Filtermittel räumlich variierende Filtrationseigenschaften aufweisen; und Betätigungsmittel zum Bewegen der Filtermittel in einer Antriebsrichtung relativ zur Eingangsstrahlung, um einen Abschnitt der Filtermittel zur Verwendung beim Filtern der Strahlung auszuwählen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Vorsehen eines oder mehrerer Betätigungselemente in den Betätigungsmitteln; und Ansteuern des einen oder der mehreren Elemente mit einem oder mehreren elektrischen Treibersignalen in einer ersten Phase, um sie mit einer ersten Geschwindigkeit in der Antriebsrichtung zu biegen, um mit den Filtermitteln in Kontakt zu kommen und einen vollen Reibungskontakt mit ihnen aufrechtzuerhalten, um dadurch einen Impuls zum Bewegen der Filtermittel relativ zur Eingangsstrahlung in der Antriebsrichtung zu verleihen, und Ansteuern des einen oder der mehreren Elemente in einer zweiten Phase, um sie mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, in einer Richtung biegen, die zu der ersten Antriebsrichtung entgegengesetzt ist, derart, dass der Reibungskontakt mit dem Filtermittel verloren geht und das Filtermittel in einer verschobenen Position verbleibt.