JP2012500418A - 光変調のための調整可能なナノワイヤ共振空胴 - Google Patents

Abstract

調整可能なナノワイヤを有する共振空洞が開示される。該共振空洞は基板(114/116/230/330/430/530/630)を備える。該基板は光共振器構造(110/210/310/410/510/610)に結合可能である。該共振空洞はまた、該基板上に形成された複数のナノワイヤ(120/220/320/420/520/620)を備える。該複数のナノワイヤは、エネルギーの印加に応答して作動する(122/222/322/422/522/623)。

Description

共振光キャビティとも言われる光共振器は、利得媒質を用いるか用いないかにかかわらず特定の経路内を光が循環的に伝搬できるようにする光学部品の１つの構成である。

本明細書に添付されて本願の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示するものであって、発明の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の１実施形態にしたがう、伝送位置（透過位置ともいう。以下同じ）をなす１以上のナノワイヤを有する光キャビティ（光共振器）のコンポーネントの一部のブロック図である。 非伝送位置をなす１つ以上のナノワイヤが描かれている図１Ａの光キャビティのブロック図である。 本発明の別の実施形態にしたがう、１以上のナノワイヤを有する光キャビティのコンポーネントの一部のブロック図である。 分割位置をなす１以上のナノワイヤが描かれている図２Ａの光キャビティのブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態にしたがう、１以上の調整可能なナノワイヤを有する光キャビティのコンポーネントの一部のブロック図である。 伝送位置をなした状態で示されている図３Ａの１以上のナノワイヤのブロック図である。 非伝送位置をなした状態で示されている図３Ａの１以上のナノワイヤのブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態にしたがう、調整可能なフィルターまたは色濾過用に構成された１以上の調整可能なナノワイヤを有する光キャビティのコンポーネントの一部のブロック図であって、特定の有効屈折率を有する反射位置をなした状態で図示されている。 有効屈折率が高くされた位置をなした状態で示されている、調整可能なフィルターまたは色濾過用に構成された図４Ａの１以上の調整可能なナノワイヤのブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態にしたがう、伝送位置をなした状態で示されている１以上の可動のナノワイヤを有する光キャビティのコンポーネントの一部のブロック図である。 偏向位置をなした状態で示されている、図５Ａの可動のナノワイヤの１つのブロック図である。 本発明の１実施形態における、色濾過用の光キャビティであって、１以上の可動のナノワイヤを有する光キャビティのブロック図である。 本発明の別の実施形態における、光軸外の位置をなしている、図６Ａの色濾過用の光キャビティのナノワイヤのブロック図である。 本発明のいくつかの実施形態にしたがう、１以上の調整可能なナノワイヤを有する光キャビティを作製するためのプロセスのフローチャートである。

以下、本発明の１または複数の実施形態を詳しく参照して説明する。本発明を１または複数の実施形態に関連して説明するが、本発明をそれらの実施形態に限定することは意図していないことが理解されよう。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲によって画定される本発明の思想及び範囲内に含めることができる代替物、変更物、及び等価物をカバーすることが意図されている。

さらに、本発明の実施形態の以下の説明では、本発明を完全に理解できるようにするために多くの特定の細部が説明される。しかしながら、それらの特定の細部なくして本発明を実施できることは当業者には理解されよう。他の例では、本発明のいくつかの側面を必要以上にあいまいにしないようにするために、周知の方法、手順、及び、コンポーネントについては詳細に記述されていない。

図１Ａは、本発明の１実施形態にしたがう、１以上のナノワイヤを用いて構成された例示的な装置（以下、装置はデバイスを含む）１１０のブロック図である。図示の装置１１０は、該装置内に配置された（各々が直線によって示されている）１以上の単一のナノワイヤ１２０を含んでいる。図示の装置１１０は、第１の基板、たとえば電極１１４、及び、第２の基板、たとえば電極１１６を有している。この実施形態では、各基板は電極として構成されている。この実施形態では、ナノワイヤ１２０を電極１１４または電極１１６上に成長させることができる。本発明の代替的な実施形態では、図２Ａ〜図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃ、及び図４Ａ〜図４Ｂに示すように、ナノワイヤ１２０を、基板上に成長させて、その後、電極に結合することができる。本発明の１実施形態では、図１Ａや図１Ｂに示すように、電極１１４及び１１６にバイアスをかけることができる。本発明の１実施形態によれば、ナノワイヤ１２０は、たとえば、図１Ｂに示すような電極１１４及び１１６による印加エネルギーに応答する。

本発明の１実施形態では、ナノワイヤ１２０を、電極（たとえば電極１１４または１１６）上に成長させることができる。後続の図面に示されている本発明の種々の実施形態によれば、単一のナノワイヤ１２０、２２０、３２０、４２０、及び５２０の各々は、１つの表面上、たとえば、電極基板１１６（図２Ａ）、基板２３０（図２Ａ）、基板３３０（図３Ａ）、基板４３０（図４Ａ）、及び基板５３０（図５Ａ）上にそれぞれ成長させられる。この実施形態では、ナノワイヤ１２０は電極１１６上に成長させられている。本発明の代替の実施形態では、ナノワイヤ１２０を電極１１４上に成長させることができる。

図１Ａをさらに参照すると、本発明の１実施形態において、電極１１４及び／または１１６を、（GaAs、InPなどの）シリコン（ケイ素）や、単一の結晶材料または多結晶シリコン、アモルファスシリコン、多結晶ダイヤモンド及び／または他の炭素材料、及び／または、全てのナノワイヤ１２０が同じ方向を向くように型（モールド）を用いたもしくはそのように成長させられた微結晶シリコンから構成することができる。本発明の１実施形態では、単一のナノワイヤ１２０の各々は電極１１６から成長させられる。本発明の代替的な実施形態では、ゲルマニウム、リン化インジウムもしくは他の適切な材料、または、材料の組み合わせを、電極１１４及び１１６並びにナノワイヤ１２０の作製に用いることができる。本発明の１実施形態では、（たとえば、ナノワイヤ１２０を金または他の導電材料及び／または光反射性材料で包むことによって）ナノワイヤ１２０の外面（または外側）を被覆することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、単一のナノワイヤ１２０の各々は、少なくとも１波長の長さを有するように構成される。隣接するナノワイヤ間の間隔は、１波長よりも短く、かつ、該間隔を、ランダムに分布（分散）させ、または、周期的にまたは非周期的（不規則）に分布させることができる。ナノワイヤ１２０を、垂直を向くようにすることができ、または、基板１１６の表面に対してある角度をなすように向けることができる。

一旦作製されると、装置１１０のナノワイヤ１２０を、種々の機能を提供するように構成することができる。本発明の１実施形態では、ナノワイヤ１２０を光変調器として利用し、これによって、共振器中のナノワイヤを偏向させて（本明細書において、偏向とは、所定の軸からずれること、及び／または、曲がること、及び／または、たわむこと、及び／または、反れたりすることを意味する）、光学的Q値（opticalQ）を小さくすることができる。代替的には、光が該変調器または光キャビティを通過するときに、図１Ａ〜図１Ｂ及び図３Ａ〜図３Ｃに示すように、光軸からそれたナノワイヤが、該光軸から離れて該光キャビティの壁に入るように光をそらすことによって光損失を高め、これによって、光が失われるようにする。本発明の別の実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ナノワイヤ１２０を、反射性のナノワイヤを有するビームスプリッタとして利用することができる。本発明のさらに別の実施形態では、ナノワイヤ１２０を光変調用に構成することができ、この場合、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、複数のナノワイヤ１２０をある空間的変化を被る基板上に形成して、ナノワイヤ１２０の密度が変化するようにすることができる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、密度が可変のナノワイヤ１２０は、ナノワイヤの間隔が光の１波長よりも短いときに、調整可能な有効屈折率をもたらす。本発明のさらに別の実施形態では、ナノワイヤ１２０を光変調用に構成することができ、この場合、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ナノワイヤは、機械的な装置の実装によって垂直軸に沿って変調位置をなすように向けられる。本発明のさらに他の実施形態では、図４Ａ〜図４Ｂ及び図６Ａ〜図６Ｂに示すように、ナノワイヤ１２０を色濾過装置として実施することができる。

図１Ａをさらに参照して、図示の電極１１４にはあるエネルギー（たとえば電圧）が加えられており、これによって、電極１１４は、電極１１６よりも高いある電圧を有し、実効的に正電極になり、一方、電極１１６は実効的にグランド（アース）電極になる。本発明の１実施形態では、電極１１４が正電極のときに、ナノワイヤ１２０は加えられたエネルギーに応答してより電位の高い正電極１１４へと引き寄せられ、これによって、ビーム１９１の高い透過性（または伝達性）が得られる。この実施形態では、ナノワイヤ１２０は、電極１１６の水平軸に対して垂直な位置（または垂直な姿勢）１２１をなすように向けられて、ビーム１９１の高い透過性を実現する。単一の通過動作では、ナノワイヤの偏向はシャッターのように作用するが、（たとえば共振器などにおける）通過動作が複数回行われる場合には、ナノワイヤの偏向は、共振空胴（共振キャビティともいう。以下同じ）のＱスポイラーとして作用し、したがって、信号の変調も行うことに留意されたい。

ビーム１９１（図１Ａ〜図１Ｂ）、ビーム２９１（図２Ａ〜図２Ｂ）、ビーム３９１（図３Ａ〜図３Ｃ）、ビーム４９１（図４Ａ〜図４Ｂ）、ビーム５９１（図５Ａ〜図５Ｂ）は、それぞれ、装置１１０と共に実施される利得媒質と相互作用する場合もあればしない場合もある。装置１１０に実装可能な利得媒質のタイプには、半導体、異なるドーパントレベルの材料の電子の移動がレーザー作用を引き起こすことが可能なあるタイプの固体（もしくは半導体）を含めることができるが、これらには限定されない。ナノワイヤ１２０がIII-V属の半導体材料から作製されている場合には、該ナノワイヤは利得を有することもできるので、該ナノワイヤが偏向することによって、ビームが、該ナノワイヤ内の光の複数回のはねかえり及びトラップを通じて該ナノワイヤの利得とより多く相互作用することに留意されたい。したがって、光軸からのナノワイヤの偏向は、光ビームから見た利得を変化させ、結果として、この場合も変調が生じる。この例では、ナノワイヤは、利得を得るために光学的にポンピングされ、または、ナノワイヤの両端部が電気的に終端されて該ナノワイヤに電流を送り出す。ナノワイヤを、ｐｎ接合でドープし、及び、効率的な利得のためにヘテロ接合構造をなすように作製することができる。

図１Ｂは、本発明の１実施形態における図１Ａの装置１１０のブロック図であり、ナノワイヤ１２０が中性状態にあり、このために、電極１１４と電極１１６には同じエネルギー量が加えられるかまたは電圧が印加されていない。電極１１４と電極１１６の間に電圧差が存在しないので、ナノワイヤ１２０は弛緩した状態に戻る。この弛緩した状態では、位置１２２として示すように、ナノワイヤは、光軸から外れた向きをなしており、このため、ナノワイヤ１２０は、光ビーム１９１とは平行に整列せず、及び／または、電極１１４の水平軸に対して垂直に整列しない。斜めの位置１２２をなすように向けられたナノワイヤ１２０は、ビーム１９２として示されているように、ビーム１９１の透過性（または透過率）を減じる。

図２Ａは、本発明の１実施形態にしたがう、ビームスプリッタとして実施された装置２１０の断面ブロック図である。図示の装置２１０は、該装置に結合されたオプションの集束レンズ２１２を有する。本発明の１実施形態では、集束レンズ２１２は、光ビーム（たとえばビーム２９１）を集束するように構成される。集束レンズ２１２は図２Ａ及び図２Ｂに示されているが、本発明の種々の実施形態にしたがって、集束レンズ２１２を、装置１１０（図１Ａ〜図１Ｂ）、装置３１０（図３Ａ〜図３Ｃ）、装置４１０（図４Ａ〜図４Ｂ）、装置５１０（図５Ａ〜図５Ｂ）、装置６１０（図６Ａ）、及び装置６１１（図６Ｂ）において同様に実施してもしなくてもよいことに留意されたい。装置２１０はさらに基板２３０を備え、該基板上に電極２１４と電極２１６が形成されている。複数の個々のナノワイヤ２２０も図示されており、該ナノワイヤの各々は直線として示されている。本発明の１実施形態では、基板２３０を、非単一の結晶材料をなす、シリコン（たとえば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン）、多結晶ダイヤモンド及び／または他の炭素材料、及び／または微結晶シリコンから構成することができる。全てのナノワイヤ２２０は同じ方向を向いて整列している。ナノワイヤ２２０を基板上に成長させることができ、または、種々の微細加工技術を用いてエッチングすることができる。本発明の代替の実施形態では、基板２３０の作製に、ゲルマニウム、リン化インジウムもしくは他の適切なIII−V族の材料、または、材料の組み合わせを用いることができる。本発明の１実施形態では、ナノワイヤ２２０を類似の材料からなる基板２３０上に成長させることができる。代替の実施形態では、ナノワイヤ２２０を、異なる材料または材料の組み合わせから構成することができる。

装置２１０のナノワイヤ２２０は中性状態で図示されており、この状態では、電極２１４と電極２１６にはエネルギーは与えられない（たとえば、本発明の１実施形態では、電極２１４にも電極２１６にも電圧が印加されていない）。エネルギーが与えられていない（たとえば、電圧差が存在しない）ので、ナノワイヤ２２０は通過位置２２１をなして整列し、これによって、ビーム２９１が、最小の挿入損失で装置２１０を通過する。該通過位置は、たとえば、ビーム２９１の光軸に平行であり、または、基板２３０の垂直軸に垂直である。

図２Ｂは、本発明の１実施形態における、電極２１６にエネルギーが加えられた後の図２Ａの装置２１０の断面ブロック図である。電圧が、電極２１６とナノワイヤ２２０の間に印加されると、ナノワイヤ２２０は、固定された電極２１６に引き寄せられる。電圧が、電極２１４とナノワイヤ２２０の間に印加されると、ナノワイヤ２２０は電極２１４に引き寄せられる（この場合は図示されていない）。

この実施形態では、図示の基板２３０と電極２１４との間には電圧差はなく、たとえば、基板２３０はグランド（アース）として図示されており、図示の電極２１４にはゼロボルトが印加されている。静電力（静電気力）は、物体間に印加されている電圧の極性に関係なく引力を及ぼすので、本実施形態では、電極２１４と基板２３０は、電圧差を生じないように構成される。電極２１４が基板２３０とは異なる電圧を有する場合には、電極２１４により近いナノワイヤ２２０は、電磁力を感知して電極２１４に引き寄せられるが、電極２１６により近いナノワイヤ２２０は電極２１６に引き寄せられることになる。本実施形態では、電極２１６にはある量のエネルギー（たとえば電圧）が与えられているので、ナノワイヤ２２０は電極２１６に引き寄せられる。本実施形態では、ナノワイヤ２２０（該ナノワイヤを、たとえば誘電性及び／または金属の反射コーティングを有するように構成してもしなくもよい）は、電圧が印加されている電極２１６に引き寄せられ、これによって、ナノワイヤ２２０はビーム分割位置２２２をなす状態をとる。代替的には、電圧が電極２１４に印加され、かつ、基板２３０と電極２１６の間に電圧差が存在しないときに、ナノワイヤ２２２を電極２１４に引き寄せることができる。ビーム２９１が装置２１０を通過する際に、ビーム分割位置２２２をなすナノワイヤ２２０が、図示の如くビーム２９３として装置２１０を出るようにビーム２９１を分割する。本実施形態では、電極２１６に印加されている電圧が除去されると、図２Ａに示すように、ナノワイヤ２２０は中性位置に戻る。

図３Ａは、本発明の１実施形態における光変調用に構成された装置３１０のブロック図である。図示の装置３１０は基板３３０を備える。本発明の１実施形態において、基板３３０を、一般にSOIと呼ばれる、シリコン・オン・インシュレータタイプの基板とすることができる。シリコン・オン・インシュレーター技術（SOI）は、従来のシリコン基板の代わりに、層状に積み重ねられたシリコン−絶縁体−シリコン基板を指す。SOIベースの装置は、シリコン接合が電気絶縁体（典型的には二酸化ケイ素）の上にある点において従来のシリコンから作製された装置とは異なる。代替的には、SOI基板３３０と類似の特性及び特徴を提供する他の材料を、基板３３０内にまたは基板３３０として実施することができる。本実施形態では、図示の基板３３０は電極３１４及び電極３１６を有し、各電極はそれらから延びる指を有している。複数の個々のナノワイヤ３２０が、電極３１４の指と電極３１６の指の間にランダムかつ一様に介在している。本発明の１実施形態では、ナノワイヤ３２０は基板３３０から成長させられる。図３Ａは、電極の各々の指の間に介在しているナノワイヤ３２０を多少なりとも示しているが、本発明の１実施形態では、ナノワイヤ３２０は、電極３１４の各々の指と電極３１６の各々の指の周りに織り合わされて成長させられることに特に留意されたい。

本発明の１実施形態では、ナノワイヤ３２０、並びに、ナノワイヤ１２０（図１Ａ〜図１Ｂ）、及びナノワイヤ２２０（図２Ａ〜図２Ｂ）を、それぞれ、図３Ａに具体的に示すように、ランダムな配列状態（または任意配列状態）をなすように成長させることができる。図１Ａのナノワイヤ１２０、図２Ａのナノワイヤ２２０、図４Ａのナノワイヤ４２０、図５Ａのナノワイヤ５２０、及び、図６のナノワイヤ６２０を、ランダムな配列状態をなすように成長させることもできることに留意されたい。本発明の代替の実施形態では、ナノワイヤ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０及び６２０を、ある順序付けられたパターン（または規則的なパターン）をなすように成長させることができる。

図３Ａをさらに参照すると、本発明の１実施形態におけるナノワイヤ３２０のランダムな配列を含む領域３１９が含まれているが、これについては、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して以下で説明する。図示されているナノワイヤ１２０の位置及び量は、実際には例示であって、これに限定されるものと解釈されるべきではないことに留意されたい。本発明の１実施形態において、図３Ａはさらに、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して以下で説明する断面ＡＡを含んでいる。

図３Ｂは、本発明の１実施形態における図３Ａの装置３１０の領域３１９の線ＡＡに沿った拡大断面ブロック図である。本発明の１実施形態において、図示の装置３１０の基板３３０は、絶縁体層３４０と基板３３０の間に配置されたスペーサ層３３５を備える。図示の導電層３３６は、絶縁体層３４０と基板３３０の間に配置されている。基板３３０から成長させられたナノワイヤ３２０を、電極３１４または電極３１６に結合することができる。本実施形態では、ナノワイヤ３２０は電極３１６に結合される。電極３１４と３１６には、中性状態が達成されるように、同程度の（または同じ）大きさ（または量）のエネルギー（たとえば電圧）が印加されているか、あるいは、エネルギーは印加されていない。同程度の（または同じ）エネルギーが印加されている場合、もしくは、エネルギーが印加されていない場合に、かかる状態に応答して、ナノワイヤ３２０は、透過位置３２１をなすように、図示の如く（幾何学的に）方向付けられ、これによって、ビーム３９１は実質的に影響を受けずに屈折する。

図３Ｃは、本発明の１実施形態にしたがう、図３Ａの装置３１０の領域３１９の線ＡＡに沿った拡大断面ブロック図であり、この図では、ナノワイヤ３２０は、透過性（または透過率）が低減した位置３２２をなすように（幾何学的に）方向付けられており、これによって、ビーム３９２によって示すように、伝達する際のビーム３９１の光学的損失（光損失）が大きくなる。電極３１６に与えられているエネルギー（たとえば電圧）の大きさは、電極３１４と基板３３０とに同程度の（または等しい）大きさで印加されているエネルギーの大きさよりも大きい（尚、上記のように電極３１４と基板３３０にはエネルギーが印加されていない場合もある）。この実施形態では、印加されているエネルギーに応答して、ナノワイヤ３２０は、印加されているエネルギーがより小さい電極に引き寄せられる。代替的には、ナノワイヤ３２０を、印加されているエネルギーがより大きい電極に引き寄せられるように構成することができる。

図４Ａは、本発明の１実施形態における、可変有効屈折率を達成するように構成された装置４１０のブロック図である。図示の装置４１０は、基板４２９、基板４３０、複数の個別のナノワイヤ４２０、及び支持部４５１を備える。本発明の１実施形態では、基板４２９は、基板１１４、１１６、２３０、３３０、５３０、６３０を参照して説明されているように、寸法的に安定な基板である。本発明の１実施形態では、図１Ａ〜図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｂ、及び図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明されているように、図示の基板４３０の上には、複数の個別のナノワイヤ４２０が成長させられている。本発明の１実施形態では、基板４３０は、基板４３０がPZT基板（但し、これには限定されない）である場合に、基板４３０が、印加されているエネルギー（たとえば電圧）に応答して膨張及び収縮できるように、寸法的にフレキシブルである（すなわち柔軟性を有する）ように構成される。たとえば、基板４３０は、矢印４３１で示すように、印加されている特定の電圧に応答して膨張することができ、または、矢印４３２で示すように、別の特定の電圧に応答して収縮することができる。PZT基板の膨張及び収縮は、（単位面積あたりの）ナノワイヤの密度を効果的に変化させ、したがって、光ビームから見た有効屈折率を変化させる。これによって、色成分（または構成要素の色）を変えることができ、たとえば、光源が白色光である場合には、（キャビティからの）反射光または透過光が異なる色を有するようにすることができる。ナノワイヤは、光学的に透明なキャビティ及び該キャビティ内部の屈折率が可変の媒体からなる調整可能な光フィルターの一部を形成する。

このように、基板４３０の寸法が変化すると、ナノワイヤの（単位面積当たりの）密度が変化し、したがって、有効屈折率が変化する。基板４３０上にナノワイヤ４２０が成長させられるために、ナノワイヤ４２０の密度を、基板４３０の膨張または収縮に関連させて変化させることができる。図４Ａは、透過状態４２１にあるナノワイヤ４２０を示している。

図４Ｂは、印加されているエネルギー（たとえば電圧）に応答して基板４３０の寸法が変化することを示している装置４１０のブロック図であり、該印加エネルギーによって、矢印４３２に示すように基板４３０が収縮している。本発明の１実施形態によれば、基板４３０の収縮に応答して、ナノワイヤ４２０の密度が大きくなっている（たとえば、ナノワイヤ間の間隔が小さくなっている）。図４Ｂは、密度が大きくなった位置４２３をなし、その結果、屈折率が変化した状態にあるナノワイヤ４２０を示している。ナノワイヤの密度の変化は、有効屈折率を変化させ、及び、フィルター／共振器を異なる色／波長（に合うよう）に調整する。ナノワイヤの間隔は１波長より短い（すなわち、サブ波長のオーダーである）ので、色濾過が起こり、これによって、ビーム４９４で示すように、ビーム４９１がフィルタリングされる（たとえば、ビーム４９１の一部の通過が阻止される）。

図４Ｂに示されている有効屈折率は、図４Ａに示されている屈折率よりも大きい。隣接するナノワイヤ間の間隔は１波長よりも短い。キャビティ内に調整可能な屈折率を有する光キャビティを、調整可能な光フィルターとして実施することができる。

本発明の代替の実施形態では、装置１１０及び／または２１０及び／または３１０の機能及び特徴を装置４１０と組み合わせて、ナノワイヤの密度及び屈折の大きさを可変とすることができることに留意されたい。

図５Ａは、本発明の１実施形態における、導波路変調器として実施され、かつ、たとえばPZT基板を用いて、可動プレートによりナノワイヤを機械的に移動させるように構成された装置５１０のブロック図である。装置５１０は複数のナノワイヤ５２０を有する。本発明の１実施形態では、ナノワイヤ５２０を、図１Ａ〜図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｂをそれぞれ参照して説明されている、ナノワイヤ１２０、２２０、３２０、４２０と類似のものとすることができる。装置５１０はさらに基板５３０を有する。本発明の１実施形態では、基板５３０を、図１Ａ〜図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃをそれぞれ参照して説明されている、基板１１０、２１０、または３１０に類似のものとすることができる。図示の基板５３０上にはベース部材５３５が形成されている。本発明の１実施形態では、ベース部材５３５を、ポリマー／シリコン（ケイ素）から構成することができる。図示のベース部材５３５の内部には、各ナノワイヤ５２０毎に開口５３６が配置されており、ナノワイヤ５２０は、該開口を通じて成長させられまたは該開口に挿入されて、支持されている。

本発明の１実施形態における２つのフレキシブルな（すなわち柔軟な）スペーサ５４０がベース部材５３５の上に配置された状態で図示されている。フレキシブルなスペーサ５４０は、ヒンジ部材５４５の動きに応答して（または応じて）曲がる（またはたわむ）。図示のフレキシブルなスペーサ５４０は、ベース部材５３５とヒンジ部材５４５の間に挿入されている。図示のヒンジ部材５４５の内部には、各ナノワイヤ５２０毎に開口５４６が配置されている。

本発明の１実施形態では、ヒンジ部材５４５をポリマーから構成することができる。本発明の１実施形態では、ヒンジ部材５４５は、矢印５５１及び５５２で示されているように移動可能とされており、これによって、ナノワイヤ５２０の位置合わせ（状態）が影響を受ける。本発明の１実施形態では、ヒンジ部材５４５は、ヒンジ部材５４５に結合されたMEM（micro-electro-mechanical：微小電子機械）装置５８０によって作動されて移動する。本発明の代替の実施形態では、ヒンジ部材５４５を移動させるための他の装置を、たとえば、PZT基板に実装することができる。本実施形態では、図示のナノワイヤ５２０は受動位置５２１にあり、これによって、ビーム５９１が実質的に影響を受けずにデバイス５１０を通過する。図５Ａはまた、図５Ｂを参照して説明するように、領域５１１を有する。

図５Ｂは、図５Ａの装置５１０の領域５１１の拡大ブロック図である。MEM装置５８０からの信号に応答して、ヒンジ部材５４５は、矢印５５１で示すように横方向に移動している。本発明の１実施形態によれば、ヒンジ部材５４５の移動５５１によって、開口５４６に近接したナノワイヤ５２０が動かされて、ナノワイヤ５２０が、ビーム５９１の経路に対して平行ではない位置（非平行位置。たとえば調整位置（または変調位置）５２２）をなすように（幾何学的に）方向付けられる。（光路外経路とも呼ばれる）非平行位置は、ビーム５９２で示すように、ビーム５９１の偏向（たとえば変調）を可能にする。図示の実施形態では、ヒンジ部材５４５はベース部材５３５の近くに所定の向きで配置されていることに留意されたい。本発明の代替の実施形態では、ヒンジ部材５４５を、ナノワイヤ５２０の長軸に沿った、ベース部材５３５のより近く、または、ベース部材５３５からより遠くの任意の場所に所定の向きで配置することができる。

図６Ａは、本発明のさらに別の実施形態にしたがう１つ以上のナノワイヤを有する光共振器６１０であって、色濾過用に、及び／または調整可能な光フィルターとして構成された光共振器６１０のブロック図である。この実施形態では、共振器６１０はファブリーペロー共振器である。本発明の１実施形態を示す図６Ａの構成は、基板６３０と基板６４０を有し、これらの基板（若しくは基板６４０）から１つ以上のナノワイヤ６２０が成長させられる。１実施形態では、基板６３０を、基板１１４、１１６、２３０、３３０、及び５３０と類似のやり方（但し、このやり方には限定されない）で作製することができる。本発明の１実施形態では、基板６４０を、図５Ａ及び図５Ｂの基板５４５と類似のやり方（但し、これらのやり方には限定されない）で作製することによって、基板６４０を移動可能な基板とすることができる。本発明の１実施形態では、基板６４０をPZT基板とすることができる。代替の実施形態では、基板６４０を、該基板に結合されたMEM装置によって作動させて移動させることができる。本発明の１実施形態では、基板６４０を、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されている基板４３０と同様のやり方で作製することができ、これによって、ナノワイヤ６２０の密度を可変とすることができる。この実施形態では、基板６３０は固定された基板であり、基板６４０は可動基板である。該基板６４０は、矢印６５１及び６５２で示されているように、横方向に移動可能に構成されている。本発明の代替の実施形態では、基板６４０を固定された基板とすることができ、基板６３０を可動基板とすることができる。

本発明の１実施形態によれば、共振器６１０は、明確に定義された個別の光周波数（または光学的振動数）、たとえば、赤、緑、青（RGB）を伝達する。本発明の１実施形態において、有効屈折率の可変性は、ナノワイヤを通る光路を変化させることによって達成される。ナノワイヤの向き（すなわち方向付け）を変えることによって、ナノワイヤを通る光路も変化し、このため、有効屈折率（または有効反射率）が変化する。図６Ａでは、位置６２１で示すように、光にはナノワイヤの全長が見えるが、図６Ｂでは、光に見えるナノワイヤを通る光路は図６Ａとは異なり、このため、屈折率も異なることになる。隣接するナノワイヤ間の間隔は１波長よりもはるかに短い。このため、共振器が調整可能な光フィルターである場合には、RGB周波数を調整及び／またはフィルタリングすることができる。ナノワイヤ６２０の材料組成、密度（より高い密度は共振周波数を赤の波長にシフトする）、及び／または、矢印６７０で示すようにナノワイヤ６２０の長さを制御することによって共振周波数を調整するために、ナノワイヤ６２０を利用することができる。

図６Ａをさらに参照すると、本発明のいくつかの実施形態は、可変屈折率を実現することによって、RGBフィルターのアレイ（配列）を同じ基板に形成可能である。これによって、光キャビティ６１０を、赤から緑さらに青へと連続的に調整することができ、このため、色フィルターの各々、たとえば、RGBフィルターの各々が対応するイメージセンサピクセルと位置合わせされるようにされている既存の色フィルターと比較すると、単一のイメージセンサピクセルでもって、赤色光、緑色光、及び青色光を識別することが可能になる。図６Ａのナノワイヤを、たとえば基板６３０及び基板６４０の両端に取り付けることができ、または、基板６３０と基板６４０のどちらか一方の１つの端部に取り付けることができる。図示の実施形態では、ナノワイヤ６２０は、基板６３０と基板６４０の両方に取り付けられている。同じ基板にRGBフィルターのアレイを形成した場合には、図４Ａ〜図４Ｂに図示し及びそれらの図を参照して説明されているように、密度を調整することによってRGB色濾過が提供される。光キャビティ６１０において、可動式の基板６４０によってナノワイヤ６２０を機械的に作動させる（たとえば、ナノワイヤ６２０の長さを長くしたり、ナノワイヤ６２０を曲げたり、ナノワイヤ６２０を傾けたり、ナノワイヤ６２０の密度を高くしたりする）ことによって、共振周波数を赤の波長から緑の波長さらに青の波長へと動的にシフト（移動）させることができる。代替の実施形態では、ナノワイヤを、基板６３０に固定されたアクチュエータとして構成することができ、この場合、それらのナノワイヤは、該ナノワイヤに取り付けられたある質量体（たとえば基板６４０）を移動させるように作動させられる。

図６Ｂは、図６Ａの光共振器６１０のブロック図であり、この図では、ナノワイヤ６２０は、光路に対して非平行位置６２３をなすように（幾何学的に）方向付けられている。光路に対するナノワイヤ６２０の非平行性によって、ナノワイヤで充填された光キャビティを通る光路が変化し、その結果、有効屈折率が変化する。

本発明の１実施形態では、電圧の印加、または矢印６５２で示す横方向への基板６４０の摺動（スライド）によって、ナノワイヤ６２０は光軸外（非平行）位置６２３をなすように（幾何学的に）方向付けられる。ナノワイヤ６２０の光軸外への方向付けによって色濾過が達成され、このため、光軸外の方向付けの大きさ（たとえば、光軸とのずれ量）を変化させることによって、RGB共振周波数のフィルタリング（濾過）を行うことができる。

図７は、本発明の種々の実施形態にしたがう、１以上のナノワイヤを有する装置を作製するためのプロセス７００のフローチャートである。図７に示すプロセス７００のフローチャートでは、装置の作成のための特定の処理が本発明の１実施形態にしたがって実施される。プロセス７００では特定の処理（または動作）が開示されているが、それらは例示である。すなわち、本発明は、図７に示された処理以外の種々の処理または図７に示された処理の種々の変形形態を実施するのにも好適である。この実施形態においては、プロセス７００の処理を、ソフトウェア、またはハードウェア、またはアセンブリメカニズム（または組立機構）、または人間による対話的操作によって、あるいは、ソフトウェアとハードウェアとアセンブリメカニズムと人間の対話的操作との任意の組み合わせによって実施することができることが理解されよう。

以下、図１Ａ〜図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｂ、図５Ａ〜図５Ｂ、及び、図６Ａ〜図６Ｂに示すコンポーネント及び装置を参照して、本発明のいくつかの実施形態にしたがう、装置を作製するためのプロセス７００について説明する。

プロセス７００の処理７１０において、本発明の１実施形態における、１以上のナノワイヤ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、及び６２０が、基板（たとえば、電極基板１１４及び１１６、基板２３０、３３０、４３０、５３０、６３０及び６４０）上に形成される。ナノワイヤを、本発明の１実施形態における図３Ａに示すように、ランダムな配列をなすように基板上に成長させることができる。本発明の代替の１実施形態では、ナノワイヤを、順序付けられたパターン（または規則的なパターン）をなすように成長させることができる。本発明の種々の実施形態にしたがって、装置１１０、２１０、３１０、４１０、５１０及び６１０を、１以上のナノワイヤを含むように作製することができる。処理７１０を、本明細書で説明されている処理と類似の任意のやり方で実施することができるが、そのような処理には限定されない。

プロセス７００の処理７２０において、本発明の１実施形態における図３に示すように、絶縁材料（たとえば絶縁体３４０）を基板上に配置することができる。処理７２０を、本明細書で説明されている処理と類似の任意のやり方で実施することができるが、そのような処理には限定されない。

プロセス７００の処理７３０において、本発明の１実施形態の構成をなすように、スペーサー層（たとえばスペーサー層３３５）を、基板と絶縁体の間に形成することができる。処理７３０を、本明細書で説明されている処理と類似の任意のやり方で実施することができるが、そのような処理には限定されない。

プロセス７００の処理７４０において、電極（たとえば、本発明の１実施形態における電極２１４、２１６、３１４、３１６、４１４または４１６）を、絶縁体（たとえば、本発明の１実施形態における図３Ｂ〜図３Ｃの絶縁体３４０）上に形成することができる。処理７４０を、本明細書で説明されている処理と類似の任意のやり方で実施することができるが、そのような処理には限定されない。

プロセス７００の処理７５０において、たとえば、本発明の１実施形態における図１Ａ〜図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｂにそれぞれ示すように、１以上のナノワイヤが、電極（電極基板１１６、電極２１６、３１６及び４１６）の１つに結合される。処理７５０を、本明細書で説明されている処理と類似の任意のやり方で実施することができるが、そのような処理には限定されない。

処理７５０が完了するとプロセス７００を終了することができ、または、処理７００を再開する（たとえば処理７１０に戻って繰り返す）ことができる。

本発明は、提示された種々の実施形態において、１以上のナノワイヤを有する光共振空胴のための装置及び方法を提供する。

本発明の特定の実施形態に関する上記説明は、例示と説明のために提示されたものである。それらは、本発明の実施形態を網羅することも、本発明の実施形態を開示した形態そのものに限定することも意図しておらず、上記の教示に照らして多くの修正及び変形が可能である。本明細書で説明された実施形態は、本発明の原理及びそれの実用上の適用を最良に説明し、これによって、当業者が、意図する特定の用途に適するように本発明及び種々の実施形態を様々に改変して最良に利用できるようにするために、選択され説明されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれの等価物によって画定されることが意図されている。

Claims (16)

1. 調整可能なナノワイヤを有する共振空胴であって、
   光共振器構造（１１０／２１０／３１０／４１０／５１０／６１０／６１１）に結合可能な基板（１１４／１１６／２３０／３３０／４３０／５３０／６３０／６４０）と、
   前記基板に形成された複数のナノワイヤ（１２０／２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）
   を備え、
   前記複数のナノワイヤが、エネルギーの印加に応答して作動する（１２２／２２２／３２２／４２２／５２２／６２３）、共振空胴。
2. 前記複数のナノワイヤ（１２０／２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）は、光軸に対して平行に向けられると（１２１／２２１／３２１／４２１／５２１／６２１）、伝達性の高い状態（１９１／２９１／３９１／４９１／５９１）を生じることが可能である、請求項１の共振空胴。
3. 前記複数のナノワイヤ（１２０／３２０／４２０／５２０／６２０）は、光軸に対して非平行に向けられると（１２２／３２２／４２２／５２２／６２３）、伝達性の低い状態（１９２／３９２／４９４／５９３）を生じることが可能である、請求項１の共振空胴。
4. 前記複数のナノワイヤ（２２０）は、光軸に対して非平行に向けられると（２２２）、ビームを分割する（２９３）ことが可能である、請求項１の空胴共振器。
5. 前記複数のナノワイヤ中の各ナノワイヤは長さ調整機能（６７０）を有し、該ナノワイヤの長さは少なくとも１波長である、請求項１の共振空胴。
6. 前記基板がさらに、前記複数のナノワイヤの密度（４２２）を変化させるための変位量可変機能（４３１／４３２）を有する、請求項１の共振空胴。
7. 前記基板がさらに、前記複数のナノワイヤの向き（５２２／６２３）を変化させるための位置可変機能（５４５／６４０）を有する、請求項１の共振空胴。
8. 光共振器において屈折を行う方法であって、
   基板（１１４／１１６／２３０／３３０／４３０／５３０／６３０／６４０）上に形成された複数のナノワイヤ（１２０／２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）にエネルギーを印加するステップであって、該基板は、光共振器（１１０／２１０／３１０／４１０／５１０／６１０）の構造に結合可能である、ステップと、
   前記複数のナノワイヤに印加された前記エネルギーに応答して、該複数のナノワイヤを曲げる（１２２／２２２／３２２／４２２／５２２／６２３）ステップと、
   前記エネルギーの印加の後に前記複数のナノワイヤの前記曲がりによる偏向角に関連して光を屈折させる（１９２／２９３／３９２／４９４／５９３）ステップ
   を含む方法。
9. 前記複数のナノワイヤ（１２０／２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）の各ナノワイヤの長さが１波長よりも長くなるように、前記複数のナノワイヤを形成するステップをさらに含み、前記各ナノワイヤの長さが可変（６７０）である、請求項８の方法。
10. 前記印加されているエネルギーに応答して前記複数のナノワイヤの密度（４２２）を変えるステップをさらに含む、請求項８の方法。
11. 光を屈折させる前記ステップがさらに、前記印加されているエネルギーに応答して前記基板（５４５／６４０）の位置を変化させるステップを含む、請求項８の方法。
12. 光共振器を作製するための方法であって、
    基板（１１４／１１６／２３０／３３０／４３０／４４０／５３０／６３０／６４０）を形成するステップと、
    前記基板上に１以上のナノワイヤ（１２０／２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）を形成するステップと、
    前記１以上のナノワイヤを、前記基板に結合された電極（１１６／２１４／２１６／３１４／３１６）に結合するステップ
    を含む方法。
13. 前記基板（３３０）と前記電極（３１４／３１６）の間に絶縁体（３４０）を配置するステップをさらに含む、請求項１２の方法。
14. 前記電極（２１４／３１４／４１４）と、前記基板に結合された別の電極（２１６／３１６／４１６）との間に前記１以上のナノワイヤ（２２０／３２０／４２０／５２０／６２０）を所定の向きで配置するステップをさらに含む、請求項１２の方法。
15. 前記基板（５３０／６３０）に可動部（５４５／６４０）を結合するステップをさらに含み、前記可動部は、前記１以上のナノワイヤ（５２０／６２０）の位置に影響を与える（５２２／６２３）、請求項１２の方法。
16. 前記基板（６３０）に可動部（６４０）を結合するステップをさらに含み、前記可動部は、前記１以上のナノワイヤ（６２０）の長さに影響を与える（６７０）、請求項１２の方法。
    

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