專利名稱：可調(diào)的濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可調(diào)諧的濾光器，例如，用于濾長分隔多路復(fù)用(WDM)的光通訊系統(tǒng)。
常規(guī)光通訊系統(tǒng)包括許多空間分布通過光纖波導(dǎo)互相連接的節(jié)點(diǎn)。由波導(dǎo)引導(dǎo)承載信息的光輻射用于在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息通訊。在本發(fā)明的上下文中光輻射定義為有真空波長基本上在150nm(納米)到5μm(微米)范圍內(nèi)的電磁輻射。
信息常常以波長分隔多路復(fù)用(WDM)的方式調(diào)制到光輻射上，即將信息再分成許多信道，將每個(gè)信道調(diào)制到光輻射波長相應(yīng)的范圍上。例如，在采用1.5μm真空波長光輻射時(shí)，與各信道相關(guān)聯(lián)的各個(gè)波長范圍可以順序地相距0.8nm的間隔。在系統(tǒng)中常規(guī)地采用光輻射濾光器用于隔離與特定信道相關(guān)的輻射。
當(dāng)系統(tǒng)是不可重新配置時(shí)，其中的濾光器在制造時(shí)設(shè)定在特定信道的輻射波長。但是，對通訊系統(tǒng)應(yīng)是可重新配置的要求不斷增加，這樣的系統(tǒng)必需包括至少在幾個(gè)信道范圍內(nèi)可調(diào)的濾光器。
雖然已知機(jī)械的可調(diào)光輻射濾光器，例如在實(shí)驗(yàn)室或天文光譜儀中，但用于現(xiàn)代的光通訊系統(tǒng)中(這種系統(tǒng)需要經(jīng)常調(diào)諧調(diào)整來選擇信道，例如在重新配置節(jié)點(diǎn)時(shí))，這樣機(jī)械式濾光器習(xí)慣地被看成太貴、不可靠、笨重和使用緩慢。還有，已知精密的機(jī)械受到磨損的困擾，當(dāng)經(jīng)常調(diào)整時(shí)，這樣的磨損使機(jī)械后沖上升，這可能限制調(diào)節(jié)的精度；再有，這樣的后沖隨著機(jī)械長時(shí)間的使用可能變得更加嚴(yán)重。因此，在現(xiàn)代的光通訊系統(tǒng)中常規(guī)地采用熱調(diào)諧光輻射濾光器和電子可開關(guān)的濾光器。
在美國專利US 5,459,799號中描述了用于WDM通訊系統(tǒng)的可調(diào)的濾光器。該濾光器包括反射光柵的串聯(lián)裝置；可操作每個(gè)光柵屏蔽與該光柵相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)信道的波長范圍的輻射。還有，制造光柵可屏蔽互相不同的信道，從而使該濾光器正常操作來屏蔽包含輸入到該裝置的WDM輻射輸入的所有信道。對每個(gè)反射光柵裝設(shè)一電極或加熱元件用于解調(diào)；加在電極或元件上的控制信號可以偏移它們相連的光柵的波長范圍，使其與選擇通過該串聯(lián)裝置傳遞的一個(gè)或幾個(gè)所需的信道不一致。該裝置有不能連續(xù)可調(diào)的缺點(diǎn)；它的調(diào)諧僅可在對應(yīng)它的光柵輻射屏蔽帶寬的離散波長步長上進(jìn)行變換。這樣的離散步長受到限制，如果包括這樣濾光器的通訊系統(tǒng)在將來需要更新，使用更細(xì)的波長步長，例如信道波長間隔需要從0.8nm減小到0.4nm的話。還有，為了得到微調(diào)的高分辨率，串聯(lián)裝置需要裝入許多反射光柵，這使該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜和制造成本高昂。
發(fā)明者已經(jīng)意識到對光通訊系統(tǒng)來說希望裝入能連續(xù)可調(diào)的濾光器，或者至少在足夠細(xì)的波長步長上是可調(diào)的，以便應(yīng)付系統(tǒng)將來的更新是理想的。還有，與光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常規(guī)實(shí)踐相反，發(fā)明者已經(jīng)體會到可以改造機(jī)械可調(diào)濾光器來在將來的光通訊系統(tǒng)中提供可接受的性能。
但是，用于相對于要濾光的光束精確移動一個(gè)或幾個(gè)濾光器組件的常規(guī)機(jī)械裝置，看來是太笨重和制造成本高；例如，常規(guī)的機(jī)械可調(diào)濾光器采用步進(jìn)電機(jī)和螺紋驅(qū)動以便相對于待濾光的光束驅(qū)動一個(gè)或幾個(gè)濾光器的元件，例如光柵。還有，這樣的機(jī)械裝置會有有限的操作壽命，當(dāng)其經(jīng)受頻繁的調(diào)整時(shí)，這樣頻繁的調(diào)整是以機(jī)械后沖的形式顯示的。所以，對光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在這樣的系統(tǒng)中電子可調(diào)濾光器技術(shù)上是優(yōu)選于機(jī)械可調(diào)濾光器。
發(fā)明者已經(jīng)意識到有可能創(chuàng)造出另一形式的機(jī)械可調(diào)濾光器，它采用驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其依靠一個(gè)或幾個(gè)濾光元件相對于要濾過一個(gè)或幾個(gè)元件的光輻射束的步進(jìn)式靜摩擦(即靜態(tài)摩擦)。
因此，按照本發(fā)明的第一方面，提供一種可調(diào)的濾光器，它包括用于濾光輸入輻射的可移動的濾光機(jī)構(gòu)以便提供相應(yīng)的濾光后輸出輻射，濾光機(jī)構(gòu)具有空間變化的濾光特性；用于使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以便選擇濾光機(jī)構(gòu)的一部分用于濾光輸入輻射從而調(diào)諧濾光器，其特征在于驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件可操作在重復(fù)嚙合或者重復(fù)可滑動接觸，因此給予側(cè)向力使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動。
本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)是，與先有技術(shù)中已知的可調(diào)濾光器比較它能提供一個(gè)或多個(gè)提高的調(diào)整分辨率，更簡單和成本更低的結(jié)構(gòu)和減小了后沖。
為了給濾光器提供簡化的構(gòu)形，濾光機(jī)構(gòu)優(yōu)選地包括具有空間變化濾光特性的濾光結(jié)構(gòu)和可移動的支持部件，濾光結(jié)構(gòu)連接到可移動的支持部件，和其中可操作一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件重復(fù)嚙合和傳送重復(fù)的側(cè)向力給可移動的支持部件。這樣的濾光機(jī)構(gòu)提供的好處是，對濾光輸入輻射可以最優(yōu)化濾光結(jié)構(gòu)，鑒于可以最優(yōu)化支持部件使之重復(fù)嚙合一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件。濾光結(jié)構(gòu)可以形成在或支持在支持部件的表面上或另一種是機(jī)械連接到該支持部件。
當(dāng)濾光結(jié)構(gòu)形成或支持在支持部件表面上時(shí)，優(yōu)選的是使支持部件有選擇的熱膨脹系數(shù)，用來補(bǔ)償濾光結(jié)構(gòu)光學(xué)調(diào)諧特征作為溫度函數(shù)的變化。這樣的補(bǔ)償有助于保證，響應(yīng)它的周圍大氣溫度的變化使濾光器表現(xiàn)出更加穩(wěn)定的調(diào)諧特征。
在一個(gè)實(shí)施例中濾光結(jié)構(gòu)的構(gòu)形是部分或整個(gè)的環(huán)形，其濾光特征基本上是在圓周方向變化和可操作一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件以便轉(zhuǎn)動地驅(qū)動濾光結(jié)構(gòu)相對輸入輻射進(jìn)行調(diào)諧。濾光結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動驅(qū)動能使濾光器制造更加緊湊。
方便地，濾光結(jié)構(gòu)包括離散的濾光器區(qū)的陳列以便提供空間變化的濾光特性。這樣的陣列提供的好處是，例如，每個(gè)區(qū)可以有對應(yīng)通訊系統(tǒng)一個(gè)波長分隔多路復(fù)用(WDM)信道的濾光特性，濾光器是裝設(shè)在該通訊系統(tǒng)中，從而可以在信道到信道的基礎(chǔ)上調(diào)諧濾光器。
優(yōu)選地，該陳列是一維的陣列，其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動機(jī)構(gòu)只需能夠驅(qū)動一維的濾光機(jī)構(gòu)用來調(diào)諧濾光器，從而得到相對簡單的濾光器構(gòu)形。
另一種是該陣列可以是二維的陣列。二維陣列提供的潛在優(yōu)點(diǎn)是，可以將濾光器制造得比使用一維陣列更加緊湊。
在濾光機(jī)構(gòu)中布置最經(jīng)常選擇的區(qū)域互相相對貼近是有利的，從而使濾光機(jī)構(gòu)為了調(diào)諧相對輸入輻射需要移動的距離平均起來就會減小，因此改進(jìn)濾光器回復(fù)的響應(yīng)時(shí)間。因此，優(yōu)選地，該陣列包括在結(jié)構(gòu)中最經(jīng)常選擇的區(qū)域集結(jié)在一起。
例如，在這些區(qū)域中其濾光特性對應(yīng)于光通訊系統(tǒng)中各WDM信道，濾光器提供精細(xì)程度的調(diào)諧控制對付系統(tǒng)內(nèi)輕微的波長漂移是有利的。因此，每個(gè)區(qū)域有空間變化濾光特性用于細(xì)調(diào)濾光器是有利的。
優(yōu)選地各區(qū)域包括一個(gè)或幾個(gè)光柵和多層光學(xué)基準(zhǔn)。有利地，可操作各區(qū)域在反射和透射輸入輻射的至少一種以便提供濾光后的輸出輻射；這樣的反射和透射提供了在濾光器機(jī)械設(shè)計(jì)中的靈活性。
為了提供成本相對低和結(jié)構(gòu)緊湊的裝置，可移動的支持部件優(yōu)選地是安裝在外部部件之間的平面部件和驅(qū)動元件設(shè)置在外部部件和可移動的平面部件中間。在第一個(gè)這樣的裝置中，驅(qū)動元件優(yōu)選地是連接到外部部件和可操作與可移動的平面支持部件重復(fù)嚙合或重復(fù)地可滑動接觸，從而將重復(fù)的側(cè)向力傳遞到那里使支持部件相對外部部件移動，因此使濾光結(jié)構(gòu)相對輸入輻射移動用來調(diào)諧濾光器。這種第一裝置不再需要對一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件的柔性電氣連接，如果將一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件連接到支持部件這種電氣連接將是需要的。另一種是，驅(qū)動元件優(yōu)選地是連接到可移動的支持部件和可操作與外部部件重復(fù)嚙合或重復(fù)地可滑動接觸，從而將重復(fù)的側(cè)向力傳遞到那里使支持部件相對外部部件移動。
為了達(dá)到驅(qū)動元件重復(fù)的嚙合，各元件優(yōu)選地可操作彎曲，從而通過采用一種或幾種壓電、靜磁、電磁、靜電和熱膨脹效應(yīng)產(chǎn)生重復(fù)的側(cè)向力。優(yōu)選地，為了減小成本和達(dá)到緊湊，驅(qū)動元件包括一個(gè)或幾個(gè)微機(jī)械加工組件，例如硅微機(jī)械加工組件。
為了低成本、緊湊和相對低電壓驅(qū)動的需要，每個(gè)驅(qū)動元件優(yōu)選地包括多層壓電結(jié)構(gòu)。還有，為了獲得濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射令人滿意的步進(jìn)或移動，希望一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件應(yīng)重復(fù)地嚙合在支持部件或外部部件的表面上，有側(cè)向和垂直的兩個(gè)力分量。為了獲得這樣的裝置，使壓電結(jié)構(gòu)的每一層在該層主表面的非垂直方向極化是優(yōu)選的。另一種是，壓電結(jié)構(gòu)的每一層有利地有各向異性的結(jié)晶取向和在該層主表面的基本垂直方向極化和當(dāng)激勵時(shí)可操作在主表面的非垂直方向起動。
在一個(gè)實(shí)施例中支持部件包括多邊形截面的棒，在它上面可操作一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件以便傳遞它們相關(guān)的力。實(shí)際上，發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使棒為基本上三角形截面和基本上矩形截面中至少一種是特別有利的。
按照本發(fā)明的第二方面，為按照本發(fā)明第一方面的濾光器提供用于濾光器的濾光器結(jié)構(gòu)，該濾光器結(jié)構(gòu)包括用于濾光輸入輻射的離散濾光器區(qū)的陣列。
按照本發(fā)明的第三方面，提供調(diào)諧濾光器的方法，該濾光器包括用于濾光輸入輻射的濾光機(jī)構(gòu)以便提供對應(yīng)的濾光后輸出輻射，該濾光機(jī)構(gòu)有空間變化的濾光特性，和使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，選擇濾光機(jī)構(gòu)的一部分用于濾光輸入輻射，其特征在于該方法包括在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中裝設(shè)一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件；用一個(gè)或幾個(gè)電驅(qū)動信號驅(qū)動所述的一個(gè)或幾個(gè)元件，使所述一個(gè)或幾個(gè)元件重復(fù)嚙合或重復(fù)可滑動接觸濾光器的表面以便將側(cè)向力傳給濾光機(jī)構(gòu)，從而使它相對輸入輻射移動。
現(xiàn)在僅通過實(shí)例的方式，參考附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施例，附圖有

圖1是按照本發(fā)明第一實(shí)施例可調(diào)濾光器的平面圖說明；圖2是圖1中說明的可調(diào)濾光器的側(cè)視圖說明；圖3是表示攜帶圖1和2中所示的可調(diào)濾光器光柵的濾光器板步進(jìn)式移動的示意圖；圖4是說明用于驅(qū)動在圖1到3中所示濾光器板的多層壓電元件中的電氣連接；圖5是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的可調(diào)濾光器的示意圖，該濾光器包括相對要濾光的光束能二維移動的濾光器組件，該組件裝入濾光器區(qū)的二維陣列；圖6是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的可調(diào)濾光器的說明，該濾光器包括相對要濾光的光束能二維移動的濾光器組件，該組件裝入一串平行細(xì)長光柵濾光器；圖7是按照本發(fā)明第四實(shí)施例的可調(diào)濾光器的示意圖，該濾光器包括可驅(qū)動的三角形部件使濾光器組件相對要濾光的光束移動；圖8是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的可調(diào)濾光器的示意圖，該濾光器包括與濾光器區(qū)正交連接的平面部件，驅(qū)動該平面部件使濾光器區(qū)相對要濾光的光束移動；圖9是按照本發(fā)明第六實(shí)施例的可調(diào)濾光器的平面示意圖，該濾光器包括布置成相對要濾光的光束轉(zhuǎn)動驅(qū)動的濾光器結(jié)構(gòu)；和圖10是圖9中所示可調(diào)濾光器的側(cè)視圖。
在圖1和2中，表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例可調(diào)濾光器的平面圖說明，濾光器一般用10表示。濾光器10包括濾光器板20，在板上形成光區(qū)30用于光輻射輸入束40a的濾光，以便提供對應(yīng)的輻射濾光后的輸出束40b。
區(qū)30是光柵結(jié)構(gòu)，具有空間變化的光柵周期，如說明那樣它從左到右方向變化。另一種是，該區(qū)可以是多層衍射結(jié)構(gòu)，具有空間變化的層厚度。濾光器板20是可滑動地安裝在上、下外部板50a、50b之間，上下板被間隔部件60a、60b分隔開。將外部板50a、50b連接到間隔部件60a、60b構(gòu)成單一的裝置。將壓電元件70a、70b、70c、70d連接到外部板50a、50b的向內(nèi)主表面上，各元件70緊貼在濾光器板20。在外部板50a、50b中分別形成互相對齊的孔80a、80b，從而使光束40a、40b可以更加有效地進(jìn)入濾光器板20。
濾光器板20是由熔融的硅石材料制成，并將其拋光到鏡面光潔度，它的主平面平行度小于10μm(微米)。代替使用熔融的硅石，板20另外也可由一種有相對低的熱膨脹系數(shù)的材料制造，例如，膨脹系數(shù)小于5p.p.m./℃(千分之一/℃)。確實(shí)，如果用于制造板20的材料具有熱膨脹系數(shù)，能基本補(bǔ)償光區(qū)30隨溫度光特性的變化，是特別有利的。合適的低膨脹系數(shù)的材料包括柯伐合金、殷鋼和超級殷鋼(它們從美國的Engle Alloge Corp.公司有售?？路ズ辖?、殷鋼和超級殷鋼登記的商標(biāo)為CRS Holding)。
外部板50a、50b和間隔部件60a、60b是由硅石或硅制成；另外該板50a、50b和與它們相連的間隔部件60a、60b可以由硬金屬制成，例如拋光的不銹鋼。優(yōu)選地，濾光器板20的熱膨脹系統(tǒng)應(yīng)該基本匹配于，例如在1p.p.m./℃之內(nèi)，外部板50a、50b和間隔部件60a、60b的對應(yīng)膨脹。
在操作中，輸入輻射束40a傳播通過孔80a，入射到光區(qū)30的一部分上。區(qū)30透射光束40a的濾光后的部分作為濾光后的光束40b，它通過濾光器板20傳播然后通過孔80b離開濾光器10。為了調(diào)諧濾光器10，通過元件70的作用使濾光器板20和光區(qū)30從左到右的方向上平移。為了如箭頭90所示的左手方向(LHS)上調(diào)諧濾光器10。通過至少一個(gè)電信號驅(qū)動元件70a、70c，它們在相對孔80a、80b的LHS方向上移動區(qū)30。相反，為了如箭頭90所示的右手方向(RHS)上調(diào)諧濾光器10，通過至少一個(gè)電信號驅(qū)動元件70b、70d，它們?nèi)缂^90所示的RHS方向上移動區(qū)30。在控制的電子線路(未表示)中產(chǎn)生用于驅(qū)動元件70a、70b、70c、70d的一個(gè)或多個(gè)信號。在操作期間，在向著濾光器板20的方向上將相對較弱的力垂直加到外部板50a、50b的朝外的主面上，以便保證元件70a、70b、70c、70d接觸到濾光器板20上。
加到元件70a、70b、70c、70d的一個(gè)或幾個(gè)信號提供濾光器板20相對元件的步進(jìn)式移動。在這樣的移動中，驅(qū)動信號包括兩個(gè)不同的相位(a)在第一相位，一個(gè)或幾個(gè)元件在第一驅(qū)動方向相對緩慢地彎曲而同時(shí)保持與濾光器板20完全的摩擦接觸，從而將動量傳給板20；和(b)在第二相位，一個(gè)或幾個(gè)元件在第二方向相對很快地彎曲，第二方向與第一方向互相相反，在該期間一個(gè)或幾個(gè)元件與板20的接觸瞬息間喪失同時(shí)元件回到它們在第一相位信號開始之前的位置；失去接觸因?yàn)闉V光器板20和外部板50a、50b有比元件70a、70b、70c、70d大得多的惰性。
所以，元件70a、70c在第一相位時(shí)相對緩慢地彎曲在LHS方向用于在LHS方向驅(qū)動濾光器板20和在第二相位時(shí)相對很快地彎曲在RHS方向。以類似的方式，元件70b、70d在第一相位時(shí)相對緩慢的彎曲在RHS方向用于在RHS方向驅(qū)動濾光器板20和在第二相位時(shí)相對很快地彎曲在LHS方向。元件70a、70b、70c、70d每個(gè)極化以便有特定的驅(qū)動方向。因此，元件70a、70c被極化和連接到外部板50a、50b上，其取向是在圖1和2中所示的LHS方向驅(qū)動濾光器板20。還有，元件70b、70d被極化和連接到外部板50a、50b上，其取向如說明的那樣在RHS方向驅(qū)動濾光器板20。
元件70a、70b、70c、70d每個(gè)包括一層或幾層壓電材料，如鉛鋯鈦(PZT)堆積連接。各層也可以用低蠕變硬環(huán)氧樹脂粘接，該樹脂從Ciba GEigy公司有售，或者用相對熔點(diǎn)的易熔焊料軟焊在一起。
在圖3中用200指示元件70a驅(qū)動操作中的各步。元件70a包括第一層B和第二層A，它們依次連接到外部板50a。將第一層B離外部板50a遠(yuǎn)的端面布置成緊挨著和靜摩擦接觸濾光器板20的主表面。在元件70a制造時(shí)將金屬電極(未表示)附著到層A、B的主面上用于接受從控制線路來的驅(qū)動信號，驅(qū)動信號在元件70a中產(chǎn)生電場其取向?yàn)橥獠堪?0a主表面的垂直方向。在外部板50a的主表面上的金屬連接線路(未表示)從元件70a連接到控制線路，連接線路是真空沉積的金屬線，例如2μm厚的鋁線。
在箭頭210所示的方向上極化元件70a，當(dāng)將元件70a連接到外部板50a時(shí)，極化的取向在外部板50a主表面的非垂直方向。當(dāng)電場加到元件70a時(shí)，元件以如在圖3中步驟2所示的方式彎曲，即本身剪切和變厚。
另一種是，元件70a可以包括壓電多晶材料，在箭頭方向上有各向異性的晶體取向但沿垂直于平行于層A、B主表面的平面的方向極化。
現(xiàn)在參考圖3將描述元件70a驅(qū)動濾光器板20的操作。
在步驟1中，在由250指示的曲線圖中t0時(shí)刻，一個(gè)基本上零偏壓加在元件70a上。元件70a在無偏斜的狀態(tài)，如點(diǎn)P1和P2在外部板50a和濾光器板20上分別對齊說明的那樣。
在步驟2中，在t0到t1的時(shí)間內(nèi)跨過元件70a的偏置電壓逐步增加，使元件70a如顯示的那樣分別在X和Z軸方向剪切和增厚。在步驟2中保持層B遠(yuǎn)處主面和濾光器板20之間的接觸。在步驟2中如說明那樣濾光器板20在LHS方向平移從而使P1和P2點(diǎn)不再對齊。還有，外部板50a進(jìn)一步移動離開濾光器板20a。在步驟2的終點(diǎn)t1時(shí)刻在元件70a的兩端加上幅值VB的偏置電壓。
在步驟3中t1到t2的時(shí)間間隔小于t0到t1的時(shí)間間隔，跨接在元件70a的偏置電壓迅速從VB減少到基本為零。由于元件70a有比板50a、20相對小的惰性，所以在板50a、20有機(jī)會改變它們的動量之前元件70a能夠收縮回到它在步驟1中原來的形狀。在步驟3中，元件70a與板20脫離接觸。因此，在步驟3中與在步驟2的終點(diǎn)一樣點(diǎn)P1、P2保持互相不對齊。
在步驟4中，在t2到t3的時(shí)間內(nèi)跨接在元件70a的偏置電壓保持基本為零以便為濾光器板20提供機(jī)會與元件70a重新嚙合接觸。當(dāng)濾光器板20重新接觸元件70a時(shí)，如圖中所示點(diǎn)P1和P2不再對齊對應(yīng)于濾光器板20相對外部板50a的側(cè)向LHS平移。
實(shí)際上，步驟2和4可以做得非常短，從而將加在元件70a的偏置電壓的瞬時(shí)變化仿造成鋸齒波形。但是，為了移動更加精確，在曲線圖250中所示的波形是優(yōu)選的，即t1到t2的時(shí)間段在t0到t1時(shí)間段的1％到20％的范圍內(nèi)。
如果需要，在驅(qū)動元件時(shí)可以加上彈性偏置力以便使元件70a連續(xù)嚙合在板20上。在這樣的操作模式中，層B重復(fù)地可滑動接觸板20。
雖然上面參考圖3描述了元件70a的操作，但人們將能理解可以采用許多方案驅(qū)動70a到70d元件。例如，可以同步同相驅(qū)動元件70a、70c，從而使它們同時(shí)重復(fù)地嚙合在板20上驅(qū)動該板在LHS方向。另一種是，可以同步但有相位差驅(qū)動元件70a、70c，從而使某些元件收縮同時(shí)其他元件完全伸展。類似地，可以同步同相驅(qū)動元件70b、70d，從而使它們同時(shí)重復(fù)地嚙合在板20上驅(qū)動該板在RHS方向。另一種是，可以同步但有相位差驅(qū)動元件70b、70d，從而使某些元件收縮同時(shí)其他元件完全伸展。
將能進(jìn)一步理解，層B在它暴露的表面上可以裝設(shè)微型脊用于嚙合到板20上，微型脊有間隔其范圍在3nm至30nm，即在10nm的數(shù)量級。類似地，與元件70a到70b嚙合的板20上也可以裝設(shè)微型脊其間隔在3nm至30nm的范圍內(nèi)，也即在10nm的數(shù)量級，板20的微型脊與層B的微型脊平行對齊和互相配合，從而可操作元件70a至70d產(chǎn)生由脊所定義的步長尺寸。例如，通過離子束研磨技術(shù)，采用軟×射線或深UV(紫外線)干涉條紋平移通過金屬層上的有機(jī)聚合物光敏抗蝕劑，可以形成這些脊。在半導(dǎo)體工業(yè)中經(jīng)常使用聚合物光敏抗蝕劑，該抗蝕劑由Shipley Inc.公司等制造?？刹僮骷挂员闾峁┰谠?0a到70d和板20之間齒狀配合嚙合的形式，從而提供更高的控制精度。
在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)500KHz頻率左右合適的鋸齒型驅(qū)動信號加到一個(gè)或幾個(gè)元件70a到70d上時(shí)，可以達(dá)到3mm/s至5mm/s(毫米/秒)范圍內(nèi)的驅(qū)動速率，每個(gè)靜摩擦步對應(yīng)于約10nm。通過調(diào)制從控制線路來的所加驅(qū)動信號的幅值可以改變每個(gè)靜摩擦步的大小，靜摩擦步對應(yīng)于壓電元件70a到70d中一個(gè)或幾個(gè)的一個(gè)彎曲。所以，通過控制驅(qū)動信號幅值和頻率兩者，可以獲得5mm/s數(shù)量級的驅(qū)動速率和在幾納米(nm)范圍內(nèi)步長大小的調(diào)節(jié)。這樣的性能是對用于可調(diào)濾光器的常規(guī)機(jī)械移動的顯著改進(jìn)并提供
·比許多電子可調(diào)濾光器，例如熱可調(diào)濾光器，程度更高的穩(wěn)定性；和·比許多常規(guī)機(jī)械可調(diào)濾光器更快的響應(yīng)。
現(xiàn)在參考圖4，在側(cè)視圖中用300表示元件70a是由壓電層310a、310b、310c、310d和保護(hù)層3205層堆積構(gòu)成的。壓電層310a、310b、310c、310d以平行的方式電氣連接到兩根真空沉積的金屬連接印刷線330、340，各層以圖中所示的交替的方式互相連接。為了防止該堆最外面的電極350被濾光器板20的移動而磨損，該堆包括接觸濾光器板20的保護(hù)層320。壓電板310a、310b、310c、310d的平行連接，與用單層的壓電材料實(shí)現(xiàn)元件70a比較起來，對給定的所加驅(qū)動電壓能產(chǎn)生更高的電場。但是，如圖4中所示的這樣的平行連接造成對上述控制線路內(nèi)輸出驅(qū)動器的電容負(fù)荷增加，盡管它能產(chǎn)生幾伏電壓幅值的適中信號，例如從邏輯門和驅(qū)動器，來驅(qū)動元件70a。如果需要，在它的外表面可以裝設(shè)有微型脊的保護(hù)層320，用于提供更精確定義的步長大小。
可操作在圖1和2中說明的濾光器10相對外部板50a、50b在1維線性軌道中驅(qū)動濾光器板20。也可應(yīng)用本發(fā)明2維驅(qū)動濾光器板。在圖5中說明本發(fā)明的第2實(shí)施例，其中用400整體表示平面圖中另一種可調(diào)濾光器?？烧{(diào)濾光器400也在端視圖以405表示。用410表示正交的X-Y參考軸并與平面圖中濾光器400相聯(lián)系。
可調(diào)濾光器400包括濾光器板420，該板可滑動地安裝在兩塊外部板440a、440b之間，外部板由間隔部件450保持在如圖所示的間隔分開的結(jié)構(gòu)。外部板440a、440b和間隔部件450構(gòu)成單一的裝置。濾光器板420包括35個(gè)濾光器區(qū)的陣列，例如濾光器區(qū)430。連接到外部板440a、440b朝向?yàn)V光器板420的主面上的是壓電元件480a到480h；這些元件480a到480h在結(jié)構(gòu)上與可調(diào)濾光器10的元件70a、70b、70c、70d相同和設(shè)置在濾光器板420和外部板440a、440b之間。外部板440a、440b、包括出入孔460a、460b，通過該孔輻射束470照射到濾光器板420上和通過該孔離開。
以參考圖3描述的方式操作元件480a到480h，即步進(jìn)靜摩擦驅(qū)動來相對孔460a、460b因而相對束470移動濾光器板420。在本專利申請的上下文中，靜摩擦移動應(yīng)理解為所指的移動包括使用兩個(gè)表面之間的靜摩擦以便在表面之間傳遞側(cè)向力。在驅(qū)動使濾光器板420在平行Y軸方向上移動時(shí)可操作元件480a、480b、480e、480f。類似地，在驅(qū)動使濾光器板420在平行X軸方向上移動時(shí)可操作元件480c、480d、480g、480h。
元件480g、480h有它們?nèi)∠蛟贚HS x方向的非垂直極化方向，當(dāng)用從控制線路來的信號驅(qū)動時(shí)使濾光器板420在LHS方向上移動。相反，元件480c、480d有它們?nèi)∠蛟赗HS x方向的非垂直極化方向，當(dāng)驅(qū)動時(shí)使板420驅(qū)動在RHS方向。
以類似的方式，元件480a、480b有它們?nèi)∠蛟谙蛏蟳方向的非垂直極化方向，當(dāng)用從控制線路來的信號驅(qū)動時(shí)使濾光器板420在向上y方向移動。相反，元件480e、480f有它們?nèi)∠蛟谙蛳聐方向的非垂直極化方向，當(dāng)驅(qū)動時(shí)使板420驅(qū)動在向下y方向。
在濾光器板420上陣列中各區(qū)是衍射光柵，每個(gè)區(qū)提供互相不同的濾光特征，在整個(gè)區(qū)上濾光特征基本上是恒定的。另一種是各區(qū)可以包括多層光結(jié)構(gòu)，從一個(gè)區(qū)到另一個(gè)區(qū)層厚和層的數(shù)目是變化的以便提供不同濾光特征的一個(gè)范圍。還有，在每個(gè)區(qū)內(nèi)，提供的濾光特征可以是空間恒定的；另一種是，每個(gè)區(qū)可以是空間分級的以便給每個(gè)區(qū)提供光調(diào)諧能力的單元。例如，當(dāng)濾光器400裝入到光通訊系統(tǒng)中用于在其中執(zhí)行濾光時(shí)每個(gè)區(qū)可以對應(yīng)波長分隔多路復(fù)用信道；其中每個(gè)區(qū)對應(yīng)光通訊系統(tǒng)的特定WDM信道，每個(gè)區(qū)可以有濾光特征，該特征跨過該區(qū)空間變化相對小的量從而在WDM信道之間提供迅速的調(diào)諧和在每個(gè)信道內(nèi)相對小范圍的調(diào)諧調(diào)整。另外，濾光器400提供的好處是，如果裝入到WDM光通訊系統(tǒng)中，如果該系統(tǒng)要更新包括更多的信道或信道間隔要改變，例如從0.8nm間隔到0.4nm間隔新的體制，只需用對應(yīng)的替換板代替它的濾光器板420就可更新濾光器400，替換板包括它的各區(qū)調(diào)諧到新的體制的陣列。
濾光器400與濾光器10比較提供的好處是可將它制造得更加緊湊。還有，從操作的觀點(diǎn)，濾光器400從信道到信道可以調(diào)諧得更快，比起各區(qū)，例如區(qū)430，以濾光器10中線性順序的方式布置要快。可以將各區(qū)布置成空間上升或下降的次序作為設(shè)計(jì)要濾光的輻射波長的函數(shù)。另一種是，可以將經(jīng)常選擇的區(qū)在濾光器板420上集結(jié)在一起以便能達(dá)到更迅速的信道切換。
在操作中可將相對弱的力加到外部板440a、440b的朝向外的主表面上和指向?yàn)V光器板420，用于保證使元件480a到480h保持與濾光器板420的接觸，除了在驅(qū)動時(shí)如上面描述那樣那時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)脫離接觸。
外部板440a、440b和濾光器板420優(yōu)選地是用熔融的硅石或石英制造，在其上面形成各區(qū)的陣列之前將它們的表面拋光到鏡面光潔度和平行度小于10μm誤差。
在圖6中說明本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中用500整體表示在平面圖中另一個(gè)可調(diào)濾光器。在用505表示的端視圖中也說明可調(diào)濾光器500，由510表示正交的X-Y參考軸系和在平面圖中該軸系與濾光器500相關(guān)聯(lián)。
可調(diào)濾光器500包括濾光器板530，該板可滑動地安裝在兩塊外部板520a、520b之間，外部板由間隔部件540保持在如圖所示的間隔分開的結(jié)構(gòu)，外部板520a、520b和間隔部件540構(gòu)成單一的裝置。濾光器板530包括5個(gè)細(xì)長濾光器區(qū)，例如濾光器區(qū)560的線性陣列。壓電元件550a到550h連接到外部板520a、520b的主面上朝向?yàn)V光器板530；這些元件550a到550h在結(jié)構(gòu)上與可調(diào)濾光器10的元件70a、70b、70c、70d相同和設(shè)置在濾光器板530和外部板520a、520b之間。外部板520a、520b包括出入孔580a、580b，通過該孔輻射束570照射到濾光器板530上和通過該孔離開。
以參考圖3描述的方式操作元件550a到550h，即步進(jìn)靜摩擦驅(qū)動來相對孔580a、580b因而相對束570移動濾光器板530。當(dāng)驅(qū)動使濾光器板530在平行X軸方向移動時(shí)可操作元件550a、550d、550e、550h。類似地，當(dāng)驅(qū)動使板530在平行Y軸方向移動時(shí)可操作元件550b、550c、550f、550g。
元件550a、550h有它們?nèi)∠蛟贚HSx方向的非垂直極化方向，當(dāng)用從控制線路來的信號驅(qū)動時(shí)使濾光器板530在LHS方向移動。相反，元件550d、550e有它們?nèi)∠蛟赗HS y方向的非垂直極化方向，用于在驅(qū)動時(shí)使板530驅(qū)動在RHS方向。
以類似的方式，元件550b、550c有它們?nèi)∠蛟谙蛏蟳方向的非垂直極化方向，當(dāng)用從控制線路來的信號驅(qū)動時(shí)使濾光器板530在向上y方向移動。相反，元件550f、550g有它們?nèi)∠蛟谙蛳聐方向的非垂直極化方向，當(dāng)驅(qū)動時(shí)使板530驅(qū)動在向下y方向。
在濾光器板530上線性陣列中各細(xì)長的區(qū)是衍射光柵，每個(gè)區(qū)提供互相不同的濾光特征。另一種各區(qū)可以包括多層光結(jié)構(gòu)，從一個(gè)區(qū)到另一個(gè)區(qū)層厚和層的數(shù)目是變化的以便提供不同濾光特征的一個(gè)范圍。還有，在每個(gè)區(qū)內(nèi)，在X方向上濾光特征是空間分級的以便給每個(gè)區(qū)提供光調(diào)諧能力的程度。例如，當(dāng)濾光器500裝入到光通訊系統(tǒng)中用于在其中執(zhí)行濾光時(shí)每個(gè)區(qū)可以對應(yīng)波長分隔多路復(fù)用信道的一個(gè)范圍。
濾光器500與濾光器10比較提供的好處是可將它制造得更加緊湊。還有，濾光器500在波長更大的范圍內(nèi)還是潛在連續(xù)可調(diào)的。還有，從操作的觀點(diǎn)，濾光器500從信道到信道可以調(diào)諧得更快，比起各區(qū)，例如區(qū)560，以濾光器10中線性順序的方式布置要快。例如，可以這樣調(diào)諧濾光器500，操縱區(qū)560使它的第一端與束570對齊；如果有需要將濾光器500調(diào)諧到區(qū)560第二端的另一個(gè)波長，那么控制線路可操縱區(qū)560的相鄰的區(qū)提供在另一個(gè)波長處的濾光，而不是將濾光板530在區(qū)560的整個(gè)長度上平移。
在操作中，以類似的方式對濾光器500，可將相對弱的力加到外部板520a、520b的朝向外主表面上并指向?yàn)V光器板530，用于保證使元件550a到550g保持與濾光器530接觸，除了在驅(qū)動時(shí)如上面描述那樣，特別是參考圖3描述的產(chǎn)生瞬時(shí)脫離接觸。
外部板520a、520b和濾光器板530優(yōu)選地是用熔融的硅石或石英制造，在其上面形成各區(qū)的陣列之前將它們的表面拋光到鏡面光潔度和平行度小于10μm誤差。
上述中，描述了根據(jù)各板的可調(diào)濾光器10、400、500。使用其他類型的部件也能獲得按照本發(fā)明的靜摩擦模式的驅(qū)動。圖7是說明另一種可調(diào)濾光器，指示為600。610指示濾光器600的側(cè)視圖。濾光器600包括細(xì)長的三角形部件620，它保持與6個(gè)壓電元件630a到630f可滑動接觸。元件630a到630d連接到成角度的支持部件635，和元件630e、630f連接到支持板645。通過合適的機(jī)構(gòu)(未表示)防止支持板645和支持部件635在方向680上互相相對移動。將相對弱的力F1和F2分別加到支持部件635和支持板645，以便保證使元件630a到630f保持與部件620接觸，除了當(dāng)驅(qū)動信號加到元件630a到630f中一個(gè)或幾個(gè)時(shí)瞬時(shí)脫離之外。元件630a、630c、630e它們的壓電極化軸取向便于當(dāng)從控制線路(未表示)來的信號驅(qū)動連接到濾光器600時(shí)，在箭頭680所指的LHS方向驅(qū)動細(xì)長部件620。類似地，元件630b、630d、630f它們的壓電極化軸取向便于當(dāng)從控制線路來的信號驅(qū)動時(shí)，在箭頭680所指的RHS方向驅(qū)動部件620。布置光學(xué)組件(未表示)如透鏡來生成光輻射束670，在操作中該光束入射到區(qū)660上和當(dāng)透射通過后被濾光。
細(xì)長部件620在其一端附連到裝載細(xì)長濾光器區(qū)660的濾光器板650。濾光器區(qū)660包括衍射光柵，該光柵的周期沿著區(qū)660空間改變以便將空間變化的濾光特征傳給該區(qū)。
濾光器600提供的好處是，可以使用細(xì)長部件620驅(qū)動器裝置來驅(qū)動由板650代表的現(xiàn)有設(shè)計(jì)的濾光器板。因此，可以使用濾光器600作為采用線性驅(qū)動和濾光器板的現(xiàn)有濾光器的更新。
盡管描述了使用細(xì)長的三角形部件620，但濾光器600可以改造成使用其他類型的可移動部件，例如細(xì)長的方形截面部件或細(xì)長六角形截面部件，只要為壓電元件裝設(shè)合適的支持結(jié)構(gòu)使其緊挨和驅(qū)動這些類型的部件。
發(fā)明者已經(jīng)提議另一種類型的可調(diào)濾光器。例如，圖8是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的可調(diào)濾光器的說明，由700表示濾光器。由710指示的端視圖中也表示濾光器700。濾光器700包括平臺720，它有與平臺720成整體的正交葉片部件730，使平臺有圖中所示的“T”形截面。平臺720包括斜面的細(xì)長邊緣，該邊緣與互補(bǔ)支持部件525a、525b中“V”形細(xì)長凹槽嚙合。支持部件525a、525b被彈性偏壓，例如使用葉片彈簧，通過所加的力G1、G2使其朝向平臺720以便減小后沖。在平臺720上面露出的表面上，離葉片730連接平臺720處的遠(yuǎn)端，制成濾光器區(qū)740，它有光柵周期在平臺720的行程780的方向上沿著區(qū)740的空間變化。另一種是該區(qū)740可以是多層光結(jié)構(gòu)，它的光特征沿著區(qū)740的空間變化；例如，該結(jié)構(gòu)可以是多層基準(zhǔn)反射結(jié)構(gòu)，它的層厚度或?qū)由渎恃刂鴧^(qū)740的空間變化。
葉片部件730由支持部件760a、760b對葉片部件730兩側(cè)的主面進(jìn)行側(cè)面支持。每個(gè)支持部件760a、760b已經(jīng)有兩個(gè)壓電元件770a、770b連接在那里，壓電元件能以在圖3中說明和上面描述的方式對葉片部件730提供靜摩擦驅(qū)動。通過垂直向內(nèi)朝向葉片部件730的兩個(gè)主面的力H1、H2將元件770a、770b保持與葉片部件730接觸。元件770a、770b僅在當(dāng)從相連的控制電子線路來的驅(qū)動信號驅(qū)動元件770a、770b時(shí)靜摩擦移動期間瞬時(shí)喪失與葉片部件730的接觸。
壓電元件770a這樣連接到支持部件760a、760b，使元件770a極化方向取向在朝向如箭頭780所指的LHS方向。由于這個(gè)取向的結(jié)果，當(dāng)加在那里的信號驅(qū)動葉片部件730因而在LHS方向相對支持部件725a、725b、760a、760b驅(qū)動平臺720時(shí)可以操作元件770a，這些支持部件是機(jī)械保持在基本上相互恒定的空間關(guān)系。
類似地，壓電元件770b這樣連接到支持部件760a、760b，使元件770b極化方向取向在朝向如箭頭780所指的RHS方向。由于這個(gè)取向的結(jié)果，當(dāng)加在那里的信號驅(qū)動葉片部件730因而在RHS方向相對支持部件725a、725b、760a、760b驅(qū)動平臺720時(shí)可以操作元件770b。
對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，將能理解可以對濾光器10、400、500、600、700進(jìn)行各種修改而不會背離本發(fā)明的范疇。例如，雖然描述了濾光器使用壓電元件相對輻射來作靜摩擦移動，但也可采用能夠提供如圖3中所示的彎曲運(yùn)動的其他類型元件?？梢源娴鼗蛄硗獠捎渺o電元件、靜磁元件、電磁元件和熱彎曲元件如雙壓電晶片來傳遞靜摩擦移動。采用靜電、電磁、熱或壓電驅(qū)動結(jié)構(gòu)的硅微機(jī)加工的元件是特別適合本發(fā)明。
由相連的控制電子線路可以驅(qū)動在濾光器10、400、500、600、700中使用的壓電元件，在一個(gè)元件提供驅(qū)動的同時(shí)暫時(shí)順序地與某些元件保持接觸和弱勢維持。相反，可在任何時(shí)刻以2個(gè)或多個(gè)為一組驅(qū)動壓電元件而同時(shí)沒有驅(qū)動的元件保持弱勢接觸和維持。將根據(jù)上述濾光器板或平臺被驅(qū)動的精度和速度選擇用于驅(qū)動元件的手段。
雖然在濾光器10、400、500、600、700內(nèi)包括的壓電元件是連接到濾光器的支持部分，該部分分別相對濾光器區(qū)30、430、560、660、740移動，但是也可以將元件結(jié)合以相對濾光器區(qū)保持固定的相對位置和相對于支持部件靜摩擦驅(qū)動；例如在可調(diào)濾光器10中，可將元件70a、70b連接到濾光器板20和驅(qū)動在與外部板50a、50b朝內(nèi)主表面的可滑動嚙合中；對這樣的結(jié)構(gòu)需要可彎曲的導(dǎo)體從濾光器板20連接到相連的控制線路。
將能進(jìn)一步理解可以修改濾光器10、400、500、600、700使其驅(qū)動結(jié)構(gòu)，例如濾光器10中的板20，是可轉(zhuǎn)動地安裝的，從而可操作與它們相連的壓電元件使該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，通過相對入射到該結(jié)構(gòu)的光束移動該結(jié)構(gòu)上的光區(qū)實(shí)現(xiàn)濾光器的調(diào)諧。例如，在圖9和10中表示按照本發(fā)明的可調(diào)濾光器的示意圖，由800表示的濾光器包括可轉(zhuǎn)動地支持在兩塊支持板820、830之間的圓形濾光器板810和壓電元件840a、840b、840c、840d，這些元件設(shè)置在濾光器板810的兩側(cè)主面和支持板820、830之間。支持板820、830是通過間隔部件850、860連接在一起，可操作間隔部件緊貼圓形板810上兩個(gè)位置。偏壓部件870，即跟從的磷銅彈簧，是相對支持板820、830彈性地安裝的，間隔部件850、860布置在緊貼圓形板810上的第三位置?？刹僮髌珘翰考?70以便防止圓形板810在它的平面中相對間隔部件850、860和支持板820、830的側(cè)向移動。通過壓電元件840a、840b、840c、840d基本上防止了圓形板810移動出它的平面。如果需要，可以對支持板820、830在指向圓形板810的方向上加上偏壓力，以便幫助防止后沖和保證元件840a、840b、840c、840d在操作中維持與圓形板810重復(fù)可滑動接觸，用于以相對要濾光的輸入光束880轉(zhuǎn)動的方式驅(qū)動圓形板810。如果不加偏壓力，那么元件840a、840b、840c、840d在操作中是與圓形板810重復(fù)接觸，用于以相對光束880轉(zhuǎn)動的方式驅(qū)動圓形板810。圓形板810包括環(huán)形的濾光器區(qū)885，通過支持板820、830中的孔890可以進(jìn)出入該區(qū)。該區(qū)885有空間變化的濾光特征。還有，可將該區(qū)885布置成完整的環(huán)形。另一種是，可選擇地可將濾光器區(qū)885再分成離散的區(qū)，例如作為離散濾光器區(qū)的弧形陣列，每個(gè)區(qū)可選擇地有互相不同的濾光特征。
可以修改濾光器800，使其圓形板810包括中心孔?？字胁贾脤?zhǔn)的中心部件，在操作中由元件840a、840b、840c、840d圍繞中心部件以轉(zhuǎn)動方式驅(qū)動板810。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)的濾光器(10；400；500；600；700；800)，包括用于接收和過濾輸入輻射(40a；470；570；670；750；880)以提供相應(yīng)的濾光后的輸出輻射的可移動的濾光機(jī)構(gòu)(30；430；560；660；740；885)，濾光機(jī)構(gòu)具有依空間變化的濾光特性；用于使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動，以便選擇濾光機(jī)構(gòu)的一部分用于濾光輸入輻射從而調(diào)諧濾光器的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件(70a-70d；480a-480h；550a-550h；630a-630f；770a-770b)，該驅(qū)動元件可操作以重復(fù)嚙合或者重復(fù)地可滑動接觸，從而施加側(cè)向力以使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其中濾光機(jī)構(gòu)包括具有依空間變化的濾光特性的濾光結(jié)構(gòu)(30；430；560；660；740；885)和該濾光結(jié)構(gòu)連接到其上的可移動的支持部件(20；420；530；620；650；720；810)，其中該一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件可操作以重復(fù)嚙合或重復(fù)地可滑動接觸支持部件，從而施加重復(fù)的側(cè)向力到支持部件。
3.如權(quán)利要求2所述的濾光器，其中支持部件的熱膨脹系數(shù)選擇為基本補(bǔ)償濾光結(jié)構(gòu)光調(diào)諧特征作為溫度函數(shù)的變化。
4.如權(quán)利要求2或3所述的濾光器(800)，其中濾光結(jié)構(gòu)(885)構(gòu)造為有基本上沿圓周方向變化的濾光特征的部分或完整的環(huán)形并且一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件(840a-840d)可操作以轉(zhuǎn)動地相對輸入輻射驅(qū)動支持部件。
5.如權(quán)利要求2或3所述的濾光器(400；500)，其中濾光結(jié)構(gòu)包括離散的濾光器區(qū)(430；560)的陣列。
6.如權(quán)利要求5所述的濾光器(500)，其中該陣列是1維陣列。
7.如權(quán)利要求5所述的濾光器(400)，其中該陣列是2維陣列。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中該陣列包括在該結(jié)構(gòu)中集結(jié)在一起的最頻繁選擇的區(qū)。
9.如權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中每個(gè)區(qū)有依空間變化的光學(xué)特性用于細(xì)調(diào)濾光器。
10.如權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中各區(qū)包括一個(gè)或幾個(gè)光柵和多層光校準(zhǔn)器。
11.如權(quán)利要求10所述的濾光器，其中各區(qū)對反射和透射輸入輻射的至少一種可操作以提供輸出輻射。
12.如權(quán)利要求2至11中任一項(xiàng)所述的濾光器(10；400；500；800)，其中可移動的支持部件(20；420；530；810)是安裝在外部部件(50a，50b；440a，440b；520a，520b；820，830)之間的平面部件，和驅(qū)動元件(70a-70d；480a-480h，550a-550h；840a-840d)設(shè)置在外部部件和可移動的平面支持部件之間。
13.如權(quán)利要求12所述的濾光器，包括彈性偏壓機(jī)構(gòu)用于對外部部件施加指向平面部件的力，以便減小平面部件相對外部部件滑動移動中的后沖。
14.如權(quán)利要求12或13所述的濾光器(10；400；500；800)，其中驅(qū)動元件(70a-70d；480a-480h；550a-550h；840a-840d)結(jié)合到外部部件(50a，50b；440a，440b；520a，520b；820，830)并可操作以重復(fù)嚙合或重復(fù)地可滑動接觸可移動的平面支持部件，從而施加重復(fù)的側(cè)向力到那里用于相對外部部件移動濾光結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求12或13所述的濾光器，其中驅(qū)動元件連接到可移動的平面支持部件并可操作以重復(fù)嚙合或重復(fù)地可滑動接觸外部部件和施加重復(fù)的側(cè)向力到那里用于相對外部部件移動濾光結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求2至6或8至11中任一項(xiàng)所述的濾光器(600；700)，其中可移動的支持部件(620；720，730)包括多邊形截面的棒，在其上面一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件(630a-630f；770a，770b)可操作以施加相關(guān)的力。
17.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其中該棒是基本上三角形截面的棒(620)和基本上矩形截面的棒(720，730)中至少一種。
18.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中驅(qū)動元件通過采用壓電、靜磁、靜電、電磁和熱膨脹效應(yīng)的一種或幾種可操作以彎曲從而產(chǎn)生重復(fù)的側(cè)向力。
19.如權(quán)利要求18所述的濾光器，其中驅(qū)動元件包括一個(gè)或幾個(gè)微機(jī)械加工元件。
20.如權(quán)利要求19所述的濾光器，其中微機(jī)械加工的元件包括硅微機(jī)械加工組件。
21.如權(quán)利要求18所述的濾光器，其中每個(gè)驅(qū)動元件包括多層(A，B；310a-310b)壓電結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21所述的濾光器，其中每層沿非垂直于層(A，B)的主表面的方向(210)極化。
23.如權(quán)利要求21所述的濾光器，其中每層有沿非垂直該層主表面的方向設(shè)置的各向異性取向的晶體結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)安排成由基本垂直于主表面建立的電場激勵。
24.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中至少一個(gè)驅(qū)動元件在它的外表面包括保護(hù)層(320)用于保護(hù)至少一個(gè)元件的電極(350)免受由于重復(fù)靜摩擦移動造成的磨損。
25.如權(quán)利要求2至24中任一項(xiàng)所述的濾光器，其中至少一個(gè)驅(qū)動元件包括在它的外表面上形成的脊，用于與支持部件表面上的對應(yīng)脊嚙合。
26.如權(quán)利要求25所述的濾光器，其中脊是微型脊。
27.如權(quán)利要求25或26所述的濾光器，其中通過使用由平版印刷和蝕刻方法轉(zhuǎn)移的X射線或紫外線干涉圖案形成各脊。
28.如權(quán)利要求27所述的濾光器，其中以間隔3至30nm范圍的區(qū)間形成各脊。
29.一種用于如權(quán)利要求1所述的濾光器的濾光結(jié)構(gòu)，該濾光結(jié)構(gòu)包括用于濾光輸入輻射的離散濾光器區(qū)的陣列。
30.一種調(diào)諧濾光器的方法，該濾光器包括用于濾光輸入輻射以提供對應(yīng)的濾光后輸出輻射的濾光機(jī)構(gòu)，該濾光機(jī)構(gòu)有依空間變化的濾光特性；和使濾光機(jī)構(gòu)相對輸入輻射移動以選擇濾光機(jī)構(gòu)的一部分用于濾光輻射的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，，該方法特征在于在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中裝設(shè)一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動元件；用一個(gè)或幾個(gè)電驅(qū)動信號驅(qū)動所述的一個(gè)或幾個(gè)元件來重復(fù)嚙合或重復(fù)可滑動接觸濾光器的表面以施加側(cè)向力到濾光機(jī)構(gòu)，從而使它相對輸入輻射移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及可調(diào)濾光器(10)，它包括可移動的濾光器板(20)和相連的光區(qū)(30)用于濾光輸入輻射束(40a)以便提供對應(yīng)的濾光后輸出輻射(40b)。該光區(qū)(30)有空間變化的濾光特性。裝設(shè)壓電驅(qū)動元件(70a到70d)用于相對光束(40a)移動濾光器板(20)和它相連的光區(qū)(30)，選擇光區(qū)(30)的一部分用于濾光該光束(40a)和調(diào)諧該濾光器(10)。當(dāng)有電信號驅(qū)動時(shí)可操作驅(qū)動部件(70a至70d)重復(fù)嚙合或重復(fù)可滑動地接觸從而將側(cè)向力傳給濾光器板(20)的表面使光區(qū)(30)相對光束(40)至少在一個(gè)方向上移動。驅(qū)動元件(70a至70d)重復(fù)嚙合或重復(fù)可滑動地接觸能提供給濾光器(10)，與已知的可調(diào)濾光器比較，減少的后沖和更細(xì)的調(diào)節(jié)分辨率中至少一種。濾光器(10)特別適合應(yīng)用于光通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)有需要偶然進(jìn)行系統(tǒng)的重新配置，包括重新調(diào)諧該系統(tǒng)的濾光器。
文檔編號G02B6/34GK1489715SQ01822519
公開日2004年4月14日 申請日期2001年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月6日
發(fā)明者M·洛馬斯, P·J·利弗莫爾, M 洛馬斯, 利弗莫爾 申請人:馬科尼通訊有限公司