專利名稱：磁光設(shè)備顯示器的制作方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請要求2004年2月12日提交的美國臨時申請?zhí)?0/544,591的權(quán)益，并且是下列美國專利申請的部分繼續(xù)申請10/812,294，10/811,782和10/812,295(每個都是在2004年3月29日提交的)；以及美國專利申請11/011,761，11/011,751，11/011,496，11/011,762和11/011,770(每個都是在2004年12月14日提交的)；以及美國專利申請10/906,220，10/906,221，10/906,222，10/906,223，10/906,224，10/906,226和10/906,226(每個都是在2005年2月9日提交的)；以及美國專利申請10/906,255，10/906,256，10/906,257，10/906,258，10/906,259，10/906,260，10/906,261，10/906,262和10/906,263(每個都是在2005年2月11日提交的)。它們所公開的每一項內(nèi)容在這里全面地通過參考并入。
發(fā)明的背景本發(fā)明整體涉及用于傳播輻射的傳送器，更具體的，涉及具有傳導(dǎo)通道的波導(dǎo)，所述傳導(dǎo)通道具有光學(xué)活性成分，光學(xué)活性成分提高了波導(dǎo)對外界影響的影響輻射特性的響應(yīng)性。
法拉第效應(yīng)是這樣一種現(xiàn)象其中當(dāng)光線通過放置在磁場中的透明介質(zhì)并與磁場平行地傳播時，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。偏振旋轉(zhuǎn)量的效果隨著磁場強度、介質(zhì)固有的維爾德常數(shù)以及光程長度而改變。旋轉(zhuǎn)的經(jīng)驗角度由以下給出β＝BVd， (等式1)其中V稱為維爾德常數(shù)(并且具有弧度分cm-1高斯-1的單位)。B是磁場，d是在場中的傳播距離。在量子力學(xué)描述中，認為由于磁場的加入改變了能級而發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn)。
已知的是，使用具有高維爾德常數(shù)的離散材料(例如含鐵的石榴石晶體)來測量磁場(例如作為評估電流強度的一種方法，而由電流所引發(fā)的那些磁場)，或者作為在光學(xué)隔離器中使用的法拉第旋轉(zhuǎn)器。光學(xué)隔離器包括將偏振面旋轉(zhuǎn)45o的法拉第旋轉(zhuǎn)器，用于施加磁場的磁體，偏振器和檢偏器。常規(guī)的光學(xué)隔離器是其中沒有采用波導(dǎo)(例如，光纖)的整體類型。
在常規(guī)光學(xué)裝置中，已經(jīng)由包含順磁性和鐵磁性材料的離散晶體，特別是石榴石(例如釔/鐵石榴石)生產(chǎn)出了磁光調(diào)制器。諸如此類的器件需要相當(dāng)大的磁控制場。磁光效應(yīng)還用于薄層技術(shù)，特別是用于生產(chǎn)非互易器件，例如非互易接點。諸如此類的器件是基于采用法拉第效應(yīng)或者科頓-穆頓效應(yīng)進行的方式轉(zhuǎn)換。
在磁光器件中采用順磁性和鐵磁性材料的另一個缺點在于，除了偏振角度之外，這些材料還對例如振幅、相位和/或者頻率的輻射的特性產(chǎn)生不利影響。
現(xiàn)有技術(shù)已知將離散磁光整體器件(例如晶體)用于共同定義顯示器件的應(yīng)用。這些現(xiàn)有技術(shù)的顯示器具有幾個缺點，包括每個圖像元素(像素)有著相對較高的成本，控制單個像素的高操作成本，不能對相對大的顯示器件進行很好的縮放的控制復(fù)雜度的增加。
圖1(包括圖1A、圖1B和圖1C)是用于光纖通信系統(tǒng)中的傳統(tǒng)分立元件法拉第旋轉(zhuǎn)器和衰減器設(shè)備100的圖示。圖1A是設(shè)備100的側(cè)視圖，圖1B是設(shè)備100的頂視圖，圖1C是設(shè)備100的透視圖，下面會進一步對其進行描述。設(shè)備100包括光纖105，其將輸入波束110傳輸?shù)今詈贤哥R115，然后傳輸?shù)降谝黄衿?20，以形成偏振光125。偏振波束125輸入到由具有線圈140的永磁體135環(huán)繞的光學(xué)有源分立晶體130。偏振旋轉(zhuǎn)波束145由晶體130基于通過線圈140的電流，用和波束125不同的偏振旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。波束145然后導(dǎo)入到檢偏器偏振器150，然后進入耦合透鏡155，到光纖160，以產(chǎn)生輸出波束165。輸出波束165的振幅取決于波束145和偏振器150間的相對偏振角度因為晶體130改變波束145的偏振的旋轉(zhuǎn)角度(通常通過法拉第隔離器的幾度就會將偏振旋轉(zhuǎn)改變一個等于45度的固定值)。
常規(guī)成像系統(tǒng)可以粗略地分為兩類(a)平板顯示器(FPD)和(b)投影系統(tǒng)(其包括作為發(fā)射顯示器的陰極射線管(CRT))。一般來講，兩種系統(tǒng)所采用的主要技術(shù)是不同的，盡管存在例外。對任何預(yù)期技術(shù)來說這兩類都具有明顯的困難，并且現(xiàn)有技術(shù)仍然需要圓滿地克服這些困難。
與主要的陰極射線管(CRT)技術(shù)相比(與CRT顯示器相比，“平板”意味著“平”或者“薄”，CRT顯示器的標(biāo)準(zhǔn)深度基本等于顯示區(qū)域的寬度)，現(xiàn)有FPD技術(shù)面臨的主要困難在于成本。
為了實現(xiàn)包括分辨率、亮度和對比度的給定的一組成像標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)PD技術(shù)大致比CRT技術(shù)昂貴三到四倍。然而，CRT技術(shù)的龐大體積和重量是主要缺點，特別是在顯示區(qū)域被按比例放得更大時。對薄顯示器的需求已經(jīng)驅(qū)使在FPD的舞臺上開發(fā)出了多種技術(shù)。
FPD的高成本很大程度上是由于在主流的液晶二極管(LCD)技術(shù)中，或者是在不太普及的氣體等離子技術(shù)中使用了精密的元件材料。LCD中所使用的向列型材料中的不規(guī)則性導(dǎo)致相對較高的缺陷率；其中單個單元有缺陷的LCD元件的陣列經(jīng)常導(dǎo)致整個顯示器的廢棄，或者對有缺陷的元件進行昂貴的替換。
對于LCD和氣體-等離子顯示技術(shù)，在這種顯示器的制造中對液體或者氣體進行控制的固有困難是基本技術(shù)和成本局限。
高成本的額外來源是對現(xiàn)有技術(shù)中在每個光閥/發(fā)光元件上的相對高的開關(guān)電壓的需求。不管是對LCD顯示器的向列型材料進行旋轉(zhuǎn)，進而改變通過液體單元而傳輸?shù)墓獾钠瘢€是對在氣體等離子顯示器中氣體單元的激發(fā)，都需要相對高的電壓實現(xiàn)在成像元件上的高開關(guān)速度。對于LCD，“有源矩陣”是高成本方案，在其中，將單個晶體管元件分配給每個成像位置。
當(dāng)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)增加時，對于高清晰度電視(HDTV)或者更高質(zhì)量的設(shè)備，現(xiàn)有FPD技術(shù)現(xiàn)在不能以與CRT可比擬的成本實現(xiàn)圖像質(zhì)量。在質(zhì)量范圍該端的成本差異是最明顯的。并且，不管對電視還是對計算機顯示器，盡管在技術(shù)具有可行性，實現(xiàn)35mm電影質(zhì)量的分辨率將必須承擔(dān)使其脫離消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域的成本。
對于投影系統(tǒng)，存在兩種基本子類電視(或者計算機)顯示器，和劇場電影投影系統(tǒng)。在與傳統(tǒng)的35mm電影投影設(shè)備進行比較時，相對成本是主要問題。然而，對于HDTV來說，與常規(guī)的CRT、LCDFPD或者氣體-等離子FPD相比，投影系統(tǒng)是低成本解決方案。
當(dāng)前投影系統(tǒng)技術(shù)面臨著其他困難。HDTV投影系統(tǒng)面臨著使顯示器深度最小，和在相對短的到顯示器表面的投射距離的局限下保持一致的圖像質(zhì)量的雙重困難。該平衡通常導(dǎo)致以相對較低的成本價格獲得不甚滿意的妥協(xié)。
然而，對于投影系統(tǒng)的技術(shù)需求的新領(lǐng)域是電影劇場領(lǐng)域。電影屏幕安裝是投影系統(tǒng)的新興應(yīng)用區(qū)域，在該應(yīng)用中，通常不會涉及控制臺深度與一致的圖像質(zhì)量之間對立的問題。取而代之的是，困難是在以具有競爭力的成本，實現(xiàn)相當(dāng)于(至少)傳統(tǒng)35mm電影放映機的質(zhì)量。包括基于直接驅(qū)動圖像光源放大器(“D-ILA”)，數(shù)字光處理技術(shù)(“DLP”)，和光柵光閥(“GLV”)的系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)在最近盡管質(zhì)量上相當(dāng)于傳統(tǒng)電影放映裝置，其與傳統(tǒng)電影放映機相比，具有明顯的成本差距。
直接驅(qū)動圖像光源放大器是JVC投影儀公司開發(fā)的反射式液晶光閥器件。驅(qū)動集成電路(“IC”)將圖像直接寫到基于CMOS的光閥上。液晶與信號電平成比例地改變反射率。這些垂直排列(垂直(homeoptropic))晶體實現(xiàn)了上升時間加上下降時間小于16毫秒的非?？焖俚捻憫?yīng)時間。來自氙或者超高性能(“UHP”)金屬鹵化物燈的光經(jīng)過偏振光束分離器進行傳輸，經(jīng)過D-ILA器件反射，并投影到屏幕上。
在DLPTM投影系統(tǒng)的中心是光學(xué)半導(dǎo)體，其被稱為數(shù)字微鏡器件，或者DMD芯片，其于1987年由德州儀器公司的Dr.Larry Hornbeck發(fā)明。DMD芯片是精密復(fù)雜的光開關(guān)。它包括高達一百三十萬個鉸鏈放置的顯微鏡面的矩形陣列；這些微鏡中的每一個的尺寸都小于人頭發(fā)寬度的五分之一，并且對應(yīng)所投影圖像的一個像素。當(dāng)DMD芯片與數(shù)字視頻或圖形信號、光源和投影透鏡協(xié)調(diào)工作時，它的鏡面將全數(shù)字圖像反射到屏幕或者其他平面上。DMD及其周圍的精密復(fù)雜的電子器件被稱為數(shù)字光處理TM技術(shù)稱為GLV(光柵光閥)的過程正在開發(fā)中。基于該技術(shù)的原型器件實現(xiàn)了3000∶1的對比度比率(目前典型的高端投影顯示器僅僅實現(xiàn)了1000∶1)。該器件使用了三個選定具有特定波長的激光以提供顏色。這三個激光是紅色(642nm)，綠色(532nm)和藍色(457nm)。該過程采用了MEMS技術(shù)(微機電系統(tǒng))并且包括在一條線上的1,080個像素的微帶狀陣列。每個像素包括六個帶狀物，其中三個固定，三個上/下移動。當(dāng)供電時，三個移動帶狀物形成一種衍射光柵，其“過濾”出光線。
部分成本差距是由于這些技術(shù)在較低成本下實現(xiàn)特定關(guān)鍵圖像質(zhì)量參數(shù)面臨的固有難題。對于微鏡DLP來說，對比度是難以實現(xiàn)的，特別是“黑色”的質(zhì)量。GLV盡管不面臨該難點(通過光學(xué)光柵波干涉來實現(xiàn)像素?zé)o效，或者黑色)，但是面臨采用線陣列掃描源實現(xiàn)有效的類似電影的間歇圖像的難點。
基于LCD或者MEMS的現(xiàn)有技術(shù)還受到生產(chǎn)具有至少1K×1K元件陣列(微鏡，硅基液晶(“LCoS”)等等)的器件的經(jīng)濟性的約束。當(dāng)包含這些數(shù)量的元件并在必要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下工作時，在基于芯片的系統(tǒng)中的缺陷率高。
已知將階躍型光纖協(xié)同法拉第效應(yīng)用于各種通信用途。光纖的通信應(yīng)用是公知的，然而，在將法拉第效應(yīng)應(yīng)用到光纖時存在固有沖突，這是因為與色散和其他性能規(guī)格有關(guān)的常規(guī)光纖的通信特性沒有進行優(yōu)化以對法拉第效應(yīng)達到最優(yōu)化，在一些情況下通信特性甚至由于法拉第效應(yīng)的優(yōu)化而降低了。在一些傳統(tǒng)光纖應(yīng)用中，通過在54米的路徑長度上使用100奧斯特的磁場，實現(xiàn)了90度偏振旋轉(zhuǎn)。通過將光纖放置在螺線管內(nèi)部，并通過使電流流經(jīng)該螺線管產(chǎn)生所期望的磁場，來施加所期望的場。對于通信應(yīng)用，考慮到其設(shè)計用于具有以千米計算的總路徑長度的系統(tǒng)中時，54米的路徑長度是可以接受的。
在光纖環(huán)境中的法拉第效應(yīng)的另一種常規(guī)用途是用于覆蓋在通過光纖的常規(guī)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻敳可系牡退贁?shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。法拉第效應(yīng)用于緩慢地調(diào)制高速數(shù)據(jù)以提供頻帶外的信令或控制。同樣的，該用途是將通信用途作為主要考慮事項而實現(xiàn)的。
在這些常規(guī)應(yīng)用中，光纖設(shè)計用于通信用途，并且對參與法拉第效應(yīng)的任何光纖特性的修改都不允許降低通信性能，所述通信性能通常包括用于若干公里左右長度的光纖通道的衰減和色散性能規(guī)格。
一旦對于光纖的性能規(guī)格，實現(xiàn)了可接受的級別以允許在通信中使用，光纖制造技術(shù)就發(fā)展起來并進行改善以允許光學(xué)上純凈且均勻的光纖的超常長度的有效且節(jié)省成本的制造。概觀光纖的基本制造過程包括粗加工成品玻璃圓柱體的制造、從該粗加工成品中拉制光纖、以及測試所述光纖。通常，采用改進化學(xué)氣相沉積法(MCVD)過程制成半成品，該過程使氧氣慢慢通過硅溶液，硅溶液具有產(chǎn)生最終光纖所期望屬性(例如，折射率、膨脹系數(shù)、熔點等)所必需的必不可少的化學(xué)成分。引導(dǎo)氣體蒸氣被導(dǎo)入特殊車床中的合成硅石或者石英管(包層)的內(nèi)部。該機床打開，吹管(torch)沿著該管的外部移動。來自吹管的熱量使得氣體中的化學(xué)成分與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并形成二氧化硅和二氧化鍺，并且這些二氧化物沉積在該管的內(nèi)部并熔合在一起，形成玻璃。該過程的結(jié)果是產(chǎn)生半成品。
在制成半成品，并且對其進行冷卻和測試之后，將其放置在光纖拉絲機內(nèi)，光纖拉絲機將粗加工成品放置在接近石墨熔爐的頂部。該熔爐將粗加工成品的尖端融化，形成融化的“滴”，其由于重力的原因而下落。當(dāng)它下落時，它冷卻并形成玻璃線。通過一系列工藝站使該線形成絲，以實現(xiàn)所期望的涂層并加工所述涂層，將該線附著在牽引機上，牽引機以計算機監(jiān)控的速度對該線進行拉絲，從而使該線具有期望的厚度。以大約33到66英尺/秒的速度拉出光纖，并將已經(jīng)拉出的線纏繞在線軸上。這些線軸包含有多于1.4英里的光纖的情況并不罕見。
對該已經(jīng)完成的光纖進行測試，包括對性能規(guī)格的測試。通信等級光纖的這些性能規(guī)格包括抗拉強度(每平方英寸100,000磅或者更大)，折射率分布圖(光學(xué)缺陷的數(shù)字孔徑和屏幕)、光纖幾何形狀(芯直徑、包層尺度和涂層直徑)、衰減(在距離上，各種波長的光的減弱)、帶寬、色散、工作溫度/范圍、溫度與衰減的依存關(guān)系和在水下傳導(dǎo)光的能力。
在1996年，出現(xiàn)了上述光纖的變型，該變型從此稱為光子晶體光纖(PCF)。PCF是在較高折射率的背景材料中采用低折射率材料的微結(jié)構(gòu)排列的光纖/波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。背景材料通常是不摻雜的硅石，并且通常通過沿著光纖長度的真空提供低折射率區(qū)域。PCF分為兩類(1)高折射率傳導(dǎo)光纖，和(2)低折射率傳導(dǎo)光纖。
與以上所述的常規(guī)光纖類似，高折射率傳導(dǎo)光纖采用改進的全內(nèi)反射(MTIR)規(guī)則，在固體芯中對光線進行傳導(dǎo)。全內(nèi)反射是由在微結(jié)構(gòu)空氣填充區(qū)域中的較低的有效折射率造成的。
低折射率傳導(dǎo)光纖采用光子能帶隙(PBG)效應(yīng)對光線進行傳導(dǎo)。在PBG效應(yīng)使得在微結(jié)構(gòu)包層區(qū)域中進行傳播變得不可能時，光線被限制在低折射率芯。
盡管術(shù)語“常規(guī)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)”用于包括廣大范圍的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和方法，可以如這里所述，對這些結(jié)構(gòu)的范圍進行修改，以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。對于使用不同光纖類型的不同應(yīng)用采用不同的光纖類型輔助特征。正確操作光纖系統(tǒng)依賴于知道使用了何種類型的光纖以及為什么使用該類型的光纖。
常規(guī)系統(tǒng)包括單模的、多模的和PCF型的波導(dǎo)，還包括很多亞變型(sub-variety)。例如，多模光纖包括階躍型光纖和漸變型光纖，并且單模光纖包括階躍型、匹配包層型、下陷包層型和其他異常的結(jié)構(gòu)。多模光纖最適于較短的傳輸距離，并且適合用于LAN系統(tǒng)中和視頻監(jiān)控中。單模光纖最適于較長的傳輸距離，其適合于長距離電話通訊和多通道電視廣播系統(tǒng)?！翱諝獍鼘印被蛘邼u耦合式波導(dǎo)包括光線(optical wire)和光納米線(optical nano-wire)。
階躍型通常指波導(dǎo)的折射率有著突然的改變的構(gòu)造-芯具有比包層更大的折射率。漸變型指提供在遠離芯的中心(例如，芯具有拋物線型剖面)過程中折射率分布逐漸減小的結(jié)構(gòu)。單模光纖已經(jīng)開發(fā)出為特定應(yīng)用定制(例如，長度和輻射頻率，諸如無色散偏移光纖(NDSF)，色散偏移光纖(DSF)和非零色散偏移光纖(NZDSF))的多種不同的分布。已經(jīng)開發(fā)的單模光纖的重要變型稱為偏振保持(PM)光纖。迄今為止所討論的所有其他單模光纖都能夠傳播任意偏振的光。PM光纖僅僅傳播輸入光的一個偏振。PM光纖包含其他光纖類型所不曾見到的特征。除了芯之外，存在額外的(2)稱為壓力棒的縱向區(qū)域。正如它們的名字所暗示的那樣，這些壓力棒在光纖的芯中產(chǎn)生壓力，從而使得僅僅便于光的一個偏振平面的傳輸。
如上所述，常規(guī)磁光系統(tǒng)，特別是法拉第旋轉(zhuǎn)器和隔離器，已經(jīng)采用了特殊的磁光材料，所述材料包括摻雜稀土的石榴石晶體和其他特殊材料，通常為釔鐵-石榴石(YIG)或者鉍-取代YIG。采用浮區(qū)(FZ)法使得YIG單晶體生長。在該方法中，將Y2O3和Fe2O3混合在一起以符合YIG的理想配比成分，然后將混合物燒結(jié)。將所獲得的燒結(jié)物設(shè)置為FZ熔爐中的一個軸上的母棒，而YIG種子晶體設(shè)置在剩余的軸上。指定配方的所燒結(jié)的材料放置在母棒與種子晶體之間的中心區(qū)域，以便生成促進YIG單晶體的沉積所需的流體。來自鹵素?zé)舻墓饩劢乖谠撝行膮^(qū)域，同時轉(zhuǎn)動兩個軸。該中心在含氧的大氣中被加熱時，形成熔化區(qū)域。在該條件下，以恒定速度移動母棒和種子，造成熔化區(qū)域沿著母棒移動，從而使得從YIG燒結(jié)物中生長單晶體。
由于FZ方法從懸在空中的母棒生長晶體，排除了污染并生產(chǎn)出高純度晶體。FZ方法生產(chǎn)出尺寸為012×120mm的結(jié)晶塊。
采用包括LPE熔爐的液相外延(LPE)方法使得雙重取代(bi-substituted)鐵石榴石厚膜生長。對晶體物質(zhì)和PbO-B2O3助熔劑進行加熱并使其在鉑坩堝中熔化。將諸如(GdCa)2(GaMgzr)5O12的單晶體晶片在對其進行旋轉(zhuǎn)時，浸泡在熔化的表面上，這就使得雙重取代鐵石榴石厚膜在晶片上生長。能夠生長成直徑尺寸達到3英寸的厚膜。
為了獲得45°的法拉第旋轉(zhuǎn)器，將這些膜研磨到特定厚度，附加抗反射涂層，然后切割為1-2mm的正方形以適合于隔離器。雙重取代鐵石榴石厚膜比YIG單晶體具有更大的法拉第旋轉(zhuǎn)能力，必須使其按照100μm的量級變薄，因而需要更高精度的處理。
對于鉍-取代釔-鐵-石榴石(Bi-YIG)材料、薄膜和納米粉末的生產(chǎn)和合成提供了更新的系統(tǒng)。位于5313Peachtree Industrial Boulevard，Atlanta，GA 30341(佐治亞州亞特蘭大桃樹工業(yè)大道531330341)的nGimat公司采用燃燒化學(xué)氣相沉積(CCVD)法來生成薄膜涂層。在CCVD過程中，將前驅(qū)物融解在溶液中，前驅(qū)物是用于涂覆目標(biāo)的含金屬化學(xué)物，溶液典型的是易燃的燃料。采用特殊的噴嘴將該溶液霧化，以形成微小的液滴。然后，氧氣流將這些液滴帶到火焰中，并在其中被點燃。通過簡單地將襯底(被涂覆的材料)拖到火焰前，而加上涂層。來自火焰的熱量提供了氣化液滴以及前驅(qū)物起反應(yīng)而沉積(凝結(jié))到襯底上所需的能量。
此外，已經(jīng)采用了外延揭開(epitaxial liftoff)來實現(xiàn)多個III-IV和基本半導(dǎo)體系統(tǒng)的不均勻集成。然而，采用這些過程對很多其他重要材料系統(tǒng)的器件進行集成已經(jīng)是困難的了。該問題的好的示例是在半導(dǎo)體平臺上的單晶體過渡金屬氧化物的集成，這是芯片上薄膜光學(xué)隔離器所需的系統(tǒng)。已經(jīng)報道過在磁性石榴石中外延揭開的實現(xiàn)。深度離子注入用于在釓鎵石榴石(GGG)上生長的單晶體釔鐵石榴石(YIG)和鉍-取代釔鐵石榴石(Bi-YIG)外延層中生成埋入犧牲層(buriedsacrificial layer)。注入所產(chǎn)生的破壞引起犧牲層和石榴石其他部分之間的巨大的蝕刻選擇性。通過在磷酸中進行蝕刻，已經(jīng)從原始GGG襯底上揭開了10微米厚的膜。已經(jīng)將毫米尺寸的片轉(zhuǎn)換為硅和砷化鎵襯底。
此外，研究人員已經(jīng)報告了他們稱之為磁光光子晶體的多層結(jié)構(gòu)，磁光光子晶體在748nm上顯示比相同厚度的單層鉍鐵石榴石膜大140％的法拉第旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前法拉第旋轉(zhuǎn)器通常都是單晶體的或者取向附生膜的。然而，單晶體器件相當(dāng)大，使得它們在諸如集成光學(xué)中的應(yīng)用很困難。并且即使是膜顯示器的厚度在500μm的量級上，也期望有可替換的材料系統(tǒng)。已經(jīng)研究了鐵石榴石，特別是鉍和釔鐵石榴石的堆積式膜的應(yīng)用。設(shè)計用于750nm的光，堆積的特征在于70nm厚的鉍鐵石榴石(BIG)上面的81nm厚的釔鐵石榴石(YIG)的四個異質(zhì)外延層，279nm厚的BIG中心層，以及YIG上面的四個BIG層。為了制造該堆積，采用了使用LPX305i 248nm KrF受激準(zhǔn)分子激光器進行的脈沖激光沉積。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)在大部分磁光系統(tǒng)中采用了特殊的磁光材料，但是還知道的是，通過生成必要的磁場強度來使用采用較少傳統(tǒng)磁光材料(例如非PCF光纖)的法拉第效應(yīng)一只要不危害通信規(guī)格。在一些情況中，采用制造后方法結(jié)合預(yù)先做的光纖，來提供特定的特殊涂層以用在特定磁光應(yīng)用中。對于特殊磁光晶體和其他體型實現(xiàn)方式中也是一樣，因為預(yù)先做的材料的制造后處理有時需要達到期望的結(jié)果。這種額外的處理增加了特制光纖的最終成本，并引入了另外的情況，在這些情況中，光纖可能不滿足規(guī)格。由于很多磁應(yīng)用通常包括很少數(shù)量(通常為1個或者2個)的磁光元件，因此每個單元的相對高的成本是可以容忍的。然而，隨著所期望磁光元件數(shù)量的增加，最終成本(按照金錢和時間)增多，并且在使用幾百或幾千這樣的元件的應(yīng)用中，急需降低單元成本。
所需要的是可替換的波導(dǎo)技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)的優(yōu)勢在于提高波導(dǎo)的影響輻射的特性對于外部影響的響應(yīng)性，同時降低單元成本并增加工藝性、可重現(xiàn)性、一致性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于輻射開關(guān)陣列的裝置和方法，包括第一輻射波調(diào)制器和接近該第一調(diào)制器的第二輻射波調(diào)制器，每個調(diào)制器都具有一個用于接收波分量的傳送器，該傳送器包括具有傳導(dǎo)區(qū)以及一個或多個邊界區(qū)的波導(dǎo)；以及多個設(shè)置在波導(dǎo)中用于增強波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)的成分；以及一個影響器，可操作地連接到傳送器并響應(yīng)于控制信號，用于當(dāng)波分量通過傳送器傳播時，通過感應(yīng)波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)來影響波分量的輻射振幅控制特性；以及一個控制器，連接到調(diào)制器，用于選擇性地保持每一個控制信號來獨立地控制每個調(diào)制器的振幅控制特性。一種開關(guān)方法，包括(a)在多個互相臨近的傳送器中的每一個上接收波分量，每個傳送器包括具有傳導(dǎo)區(qū)以及一個或多個邊界區(qū)的波導(dǎo)，其中波導(dǎo)具有多個設(shè)置在波導(dǎo)中用于增強波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)的成分；以及(b)當(dāng)每個波分量通過每個波導(dǎo)傳播時，獨立地影響每個波分量的輻射振幅控制特性。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例也用于一種開關(guān)矩陣制造方法，該方法包括a)制造多個傳送器，每個傳送器包括具有導(dǎo)波通道和一個或多個與該導(dǎo)波通道相關(guān)聯(lián)的邊界區(qū)域，其中該傳送器包括多個設(shè)置在波導(dǎo)中的成分，用于增強波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)；以及b)臨近的多個調(diào)制器，每個調(diào)制器包括一個或多個傳送器以及一個或多個連接到傳送器上的影響器，并響應(yīng)于一個或多個控制信號，用于當(dāng)波分量通過一個或多個傳送器傳播時，通過感應(yīng)波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)來影響波分量的輻射振幅控制特性，多個調(diào)制器形成一個集體信息表示系統(tǒng)，響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)的一個或多個控制信號，從而提供來自每個傳送器的信息。
本發(fā)明的裝置、方法、計算機程序產(chǎn)品以及傳播的信號提供了采用已修改的并且成熟的波導(dǎo)制造工藝的優(yōu)點。在優(yōu)選實施例中，波導(dǎo)是一種光學(xué)傳送器，優(yōu)選地是一種光纖或波導(dǎo)通道，適于在保持輻射的所需屬性的同時通過包含光學(xué)活性的成分來增強影響器的短程特性影響特征。在優(yōu)選實施例中，待影響的輻射的特性包括輻射的偏振狀態(tài)，影響器使用法拉第效應(yīng)，通過使用可控制的、可變的磁場來控制偏振旋轉(zhuǎn)角，其中該磁場平行于光學(xué)傳送器的傳輸軸來傳播。光學(xué)傳送器這樣被構(gòu)成，以便能夠使用在很短的光程之上的低磁場強度來快速控制偏振。最初控制輻射，以便產(chǎn)生具有一個特定偏振的波分量；該波分量的偏振受到影響，以便使第二偏振濾波器響應(yīng)于影響效應(yīng)來調(diào)制所發(fā)出的輻射的振幅。在優(yōu)選的實施例中，這種調(diào)制包括熄滅所發(fā)出的輻射。所并入的專利申請、優(yōu)先權(quán)申請和相關(guān)申請，公開了法拉第結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)、法拉第結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)調(diào)制器、顯示器以及其它的與本發(fā)明協(xié)同工作的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和方法。
成熟且高效的光纖波導(dǎo)制造工藝在這里作為本發(fā)明的一部分公開，其用于在制造低成本、一致的、高效的磁光系統(tǒng)元件中使用，該工藝提供了一種替代的波導(dǎo)技術(shù)，該技術(shù)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，用于增強波導(dǎo)的輻射影響特性對外部影響的響應(yīng)性，同時降低單位成本并提高可制造性、再現(xiàn)性、一致性以及可靠性。


圖1A是常規(guī)的法拉第旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的側(cè)視圖；圖1B是圖1A所示的設(shè)備的頂視圖；圖1C是圖1A所示的設(shè)備的透視圖；圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的基本視圖，其描述了具有3個用于產(chǎn)生單一像素結(jié)構(gòu)的子像素(例如R，G和B)的像素系統(tǒng)；圖3是一種用于與圖2所示的系統(tǒng)相似的像素系統(tǒng)的可選的優(yōu)選實施例；圖4是一種用于與圖2所示的系統(tǒng)和圖3所示的系統(tǒng)相似的像素系統(tǒng)的可選的優(yōu)選實施例；圖5是根據(jù)優(yōu)選實施例，簡化的單面板基于波導(dǎo)的顯示器的總體示意圖；圖6是圖5所示的顯示器的詳細示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的組件化顯示系統(tǒng)的總體示意圖；圖8是用于將圖7所示的組件化顯示系統(tǒng)作為一個特定實現(xiàn)而實現(xiàn)的優(yōu)選實施例的總體示意圖；圖9A是用于調(diào)制器的優(yōu)選實施例，該調(diào)制器包括光學(xué)活性的傳導(dǎo)芯以及一個或多個邊界區(qū)域，用于在輻射沿傳輸軸傳播時增強調(diào)制器中的輻射容量；圖9B是表示圖9A所示的調(diào)制器的關(guān)系的一對圖解，包括視圖和曲線圖；圖9C是水平橫斷面中的所表示的光纖/子像素實現(xiàn)的調(diào)制器的圖解；圖10是包括彎曲的光纖結(jié)構(gòu)和線圈管的波導(dǎo)的總體示意圖；圖11是圖38所示的系統(tǒng)的第一種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括導(dǎo)電涂敷的粗加工成品以及表面的螺旋切割；圖12是圖38所示的系統(tǒng)的第二種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括部分地導(dǎo)電涂敷的粗加工成品，但不包括表面的螺旋切割；圖13是圖38所示的系統(tǒng)的第三種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括嵌入/應(yīng)用到粗加工成品中/上的導(dǎo)電元件；圖14是圖38所示的系統(tǒng)的第四種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括圍繞波導(dǎo)通道來外延纏繞的薄膜；圖15是圖38所示的系統(tǒng)的第五種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括采用浸蘸筆納米石版印刷術(shù)從而在波導(dǎo)通道上設(shè)置線圈管；圖16是圖38所示的系統(tǒng)的第六種特定實現(xiàn)方式的示意圖，它包括使用纏繞過程在波導(dǎo)通道上設(shè)置導(dǎo)電元件；圖17是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的“X”帶狀物結(jié)構(gòu)化光纖系統(tǒng)的示意圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的“Y”帶狀物結(jié)構(gòu)化光纖系統(tǒng)的示意圖；圖19是可用作這里所描述并建議的以及在引用的專利申請中的顯示器、顯示元件、邏輯設(shè)備、邏輯元件或存儲器設(shè)備等等的紡織矩陣的示意性三維表示；圖20A是垂直于傳播軸的通道2000的視圖，其中該傳播軸鄰近于集成的影響器(例如，線圈管)結(jié)構(gòu)；圖20B是圖20A所示的波導(dǎo)通道的橫斷面，在最初的直徑切割之后在處理中平行于傳播軸；圖20C是圖20B所示的波導(dǎo)通道的橫斷面，在最初的直徑切割以及設(shè)置接觸層之后在處理中平行于傳播軸；圖21是本發(fā)明可選的用于調(diào)制器的優(yōu)選實施例的示意圖；圖22是調(diào)制器的示意圖，其包括用于使用光激勵的激勵系統(tǒng)的可選的優(yōu)選實施例；圖23是用于圖7所示的組件化顯示系統(tǒng)實現(xiàn)的優(yōu)選實施例的示意圖；圖24根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的尋址網(wǎng)格的示意圖；圖25是用于圖5和圖6所示的顯示器中使用的模塊化開關(guān)矩陣的優(yōu)選實施例的示意圖；圖26是用于圖5和圖6所示的顯示器中使用的模塊化開關(guān)矩陣的第一可選的優(yōu)選實施例的示意圖；
圖27是用于圖5和圖6所示的顯示器中使用的模塊化開關(guān)矩陣的第二可選的優(yōu)選實施例的示意圖；圖28是用于圖5和圖6所示的顯示器中使用的模塊化開關(guān)矩陣的第三可選的優(yōu)選實施例的示意圖；圖29是用于實現(xiàn)圖7和圖8所示的組件化顯示系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意圖；圖30是一個系統(tǒng)的可選的優(yōu)選實施例，在該系統(tǒng)中，在芯之中設(shè)置激勵系統(tǒng)的元件；圖31A是示出調(diào)制器條帶的設(shè)置的分解圖；圖31B是圖31A所示的調(diào)制器條帶的一個部分的詳細示意圖；圖32A是顯示系統(tǒng)的可選優(yōu)選實施例，用于將半導(dǎo)體波導(dǎo)顯示器/投影實現(xiàn)為為在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用垂直波導(dǎo)通道的垂直方案；圖32B示出連續(xù)交替構(gòu)成“線圈管”圖案的兩層部分圓周在第一層上定義了一個圓柱壁，以相同導(dǎo)電材料垂直地將終點連接到非常薄的第二層上，其中該第二層沉積在第一層上并用在圖32A中；圖33是顯示系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施例，用于將半導(dǎo)體波導(dǎo)顯示器/投影實現(xiàn)為在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用平面波導(dǎo)通道的平面方案；圖34A是集成到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中用于傳播輻射信號的傳送器/影響器系統(tǒng)的橫斷面，該系統(tǒng)組合了一個偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過波導(dǎo)/影響器從水平面到垂直面重定向光“閥”；圖34B示出系統(tǒng)中的波導(dǎo)通路結(jié)構(gòu)的可選實現(xiàn)的優(yōu)選實施例；圖35是圖33所示的顯示系統(tǒng)的示意圖，其進一步示出了產(chǎn)生單一像素的3個子像素通道；圖36是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的橫向集成的調(diào)制器開關(guān)/連接系統(tǒng)的總體示意圖；圖37是用于圖36所示的橫向集成的調(diào)制器開關(guān)/連接系統(tǒng)的一系列制造步驟的總體示意圖；圖38是根據(jù)本發(fā)明的各種公開的實施例，用于制造線圈管的波導(dǎo)的通用波導(dǎo)處理系統(tǒng)的示意圖；圖39是可選系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意圖，其用于構(gòu)成并傳播可控制輻射的多個通道以產(chǎn)生像素/子像素；圖40是圖39所示的系統(tǒng)的端視圖，其進一步示出了可選的中央芯圖41是用于具有多個通道的調(diào)制器的可選優(yōu)選實施例的示意圖；圖42是用于采用了襯底波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的電子護目鏡系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的前透視圖；圖43是圖42所示的電子護目鏡系統(tǒng)的側(cè)透視圖；圖44是用于宏觀元件系統(tǒng)的本發(fā)明優(yōu)選實施例的總體示意方框圖；圖45是本發(fā)明優(yōu)選實施例的總體示意平面圖；圖46是圖45所示的優(yōu)選實施例的特定實現(xiàn)方式的詳細示意平面圖；圖47是圖46所示的優(yōu)選實施例的端視圖；圖48是用于顯示器組合的優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖49是用于圖48所示的前面板的輸出端結(jié)構(gòu)的視圖；圖50是本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意性表示，其用于圖46所示的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)的一個部分；圖51是描述用于本發(fā)明的波導(dǎo)粗加工成品的一個優(yōu)選實施例的波導(dǎo)制造系統(tǒng)的示意方框圖；以及圖52是用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述光纖拉制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種作為替代的波導(dǎo)技術(shù)，該技術(shù)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，用于增強波導(dǎo)的輻射影響特性對外部影響的響應(yīng)性，同時降低單位成本并提高可制造性、再現(xiàn)性、一致性以及可靠性。下面的描述能夠使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員制造并使用本發(fā)明，并且這些描述在專利申請及其需求的上下文中提供。這里所描述的優(yōu)選實施例、一般性原則和特征的各種改變對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。這樣，本發(fā)明不限于所示出的實施例，而是與這里所描述的原則和特征所一致的最寬的范圍是相符合。
在下面的描述中，本發(fā)明的上下文中有3個術(shù)語具有特定的含義(1)光學(xué)傳送器，(2)特性影響器以及(3)熄滅。對于本發(fā)明，光學(xué)傳送器是一種波導(dǎo)，其特別適于在保持輻射的所需屬性時增強影響器的特性影響特征。在一個優(yōu)選實施例中，待影響的輻射特性包括其偏振旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，影響器使用法拉第效應(yīng)，通過使用可控制的、可變的磁場來控制偏振角，其中該磁場平行于光學(xué)傳送器的傳輸軸傳播。該光學(xué)傳送器這樣被構(gòu)成，以便能夠使用通過很短的光程之上的低磁場強度來快速控制偏振。在某些特定的實現(xiàn)方式中，光學(xué)傳送器包括光纖，在保持該光纖的導(dǎo)波屬性的同時，對所傳輸?shù)妮椛涞牟ㄩL表現(xiàn)出高維爾德常數(shù)，并通過特性影響器，另外為輻射特性提供其高效構(gòu)件以及協(xié)同效應(yīng)。
特性影響器是一種實現(xiàn)由光學(xué)傳送器所傳輸?shù)妮椛涞奶匦钥刂频慕Y(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施例中，特性影響器可操作地連接到光學(xué)傳送器，在一種光纖形成的光學(xué)傳送器的實現(xiàn)中，該光學(xué)傳送器具有一個芯及一個或多個包層，優(yōu)選地該影響器集成在/到一個或多個包層上，而不會顯著地負面改變光學(xué)傳送器的導(dǎo)波特性。在使用所傳輸?shù)妮椛涞钠裉匦缘膬?yōu)選實施例中，特性影響器的優(yōu)選實現(xiàn)方式是一種偏振影響結(jié)構(gòu)，例如線圈、線圈管，或其它能夠集成的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過使用一個或多個磁場(其中的一個或多個是可控制的)，支持/產(chǎn)生在光學(xué)傳送器中的法拉第效應(yīng)顯示場(并因此影響所傳輸?shù)妮椛?。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)在某些實施例中用作調(diào)制器中的傳送器，其控制所傳播的輻射的振幅。調(diào)制器發(fā)出的輻射具有最大輻射振幅和最小輻射振幅，這由光學(xué)傳送器中的特性影響器的交互所控制。熄滅簡單地是指最小輻射振幅處于足夠低的等級(適于特定的實施例)，所以可被描述為“關(guān)閉”或“黑色”或者其它表示缺少輻射的類型。換句話說，在某些應(yīng)用中，當(dāng)該級別達到實現(xiàn)或?qū)嵤┑膮?shù)要求時，級別足夠低但仍可檢測/辨認的輻射振幅可適當(dāng)?shù)卮_定為“已熄滅”。本發(fā)明通過在波導(dǎo)制造工藝中使用設(shè)置在傳導(dǎo)區(qū)中的光學(xué)活性成分，提高了波導(dǎo)對影響器的響應(yīng)。
本發(fā)明包括用于各種顯示設(shè)備的優(yōu)選實施例，這些顯示設(shè)備使用調(diào)制器陣列(有時基于優(yōu)選的影響方法而稱其為法拉第衰減器)，以便產(chǎn)生像素/子像素，這些像素/子像素通過有效和精確的導(dǎo)波處理和結(jié)構(gòu)來形成圖像。
本發(fā)明的這些實施例的主要的子類提出“法拉第衰減器”陣列的組合和結(jié)構(gòu)，以下對其進行更全面地描述。該“法拉第衰減器”陣列采用光纖、半導(dǎo)體波導(dǎo)、波導(dǎo)孔或其它的光學(xué)通道等等的形式，用作光通道陣列上的可變強度的光閥，例如用作終止于顯示器或投影表面的陣列。
為了重復(fù)前面的定義，導(dǎo)波包括將光限制于可控制的通道，通常是通過光經(jīng)過的“芯”與有效地在芯的邊界將散射的光反射回芯的“包層”之間的衍射系數(shù)的不同來實現(xiàn)的；但是其它的結(jié)構(gòu)，包括光子帶間隙耦合，也可作為“導(dǎo)波結(jié)構(gòu)或方法”。這樣，導(dǎo)波是控制光的過程，其中光學(xué)通道(包括光纖，例如標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)芯和光子晶體)、半導(dǎo)體波導(dǎo)以及其它光通道或光限制結(jié)構(gòu)或區(qū)域用于實現(xiàn)元件、方法和結(jié)構(gòu)。
對許多人而言，通過導(dǎo)波工藝和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)磁光顯示器的重要性不是顯而易見的。但是這種重要性是基礎(chǔ)的，怎么強調(diào)都不為過。這是因為這和光學(xué)通信所經(jīng)歷的發(fā)展過程密切相關(guān)的，在該過程中，從脈沖激光的基本概念發(fā)展到在系統(tǒng)中實現(xiàn)。在基本概念中，脈沖激光點對點地，通過自由空間，并且由以物理順序?qū)崿F(xiàn)光學(xué)地傳輸數(shù)據(jù)的基本概念的各種光電元件來控制，也就是，未經(jīng)導(dǎo)波的、不通過光學(xué)結(jié)構(gòu)來控制并傳導(dǎo)光。所實現(xiàn)的系統(tǒng)基于并構(gòu)成實際的導(dǎo)波工藝和元件，例如光纖和半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)。
基于并構(gòu)成導(dǎo)波過程和元件的系統(tǒng)能夠長距離傳輸而沒有衰減，并且能夠通過導(dǎo)波和控制經(jīng)過固態(tài)集成結(jié)構(gòu)的光程的基本原則來精確控制并操控。總體而言，導(dǎo)波的實現(xiàn)是獲得這樣一個概念的實用、低成本、且有效的實現(xiàn)的起點，即從一點發(fā)出相干激光脈沖，接收并將這些脈沖轉(zhuǎn)換為電信號。提高導(dǎo)波是發(fā)展中的過程，它定義了光子學(xué)和電光子學(xué)的實質(zhì)以及在該領(lǐng)域中的進步，這包括光計算的最終實現(xiàn)。沒有導(dǎo)波的第一步以及實用的、創(chuàng)新的將導(dǎo)波實現(xiàn)為脈沖光光學(xué)通信的原理方法的方案，我們不會擁有現(xiàn)在的光學(xué)通信系統(tǒng)。
基本概念的導(dǎo)波形式的系統(tǒng)實現(xiàn)包括在光學(xué)通信中將脈沖光作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?，或者基于法拉第效?yīng)作為光閥的可視顯示設(shè)備。通過這里所公開的創(chuàng)造性的方案而系統(tǒng)實現(xiàn)的導(dǎo)波，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的許多問題。
這就是這里所公開的本發(fā)明的多個實施例的情況，也就是，用來通過集成的導(dǎo)波過程和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)法拉第效應(yīng)光閥概念的創(chuàng)造性方案的系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的基本視圖，其描述了具有3個用于產(chǎn)生單一像素結(jié)構(gòu)210的子像素(例如R，G和B)205的像素系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括一個或多個光源215，一個或多個波導(dǎo)通道220，初始偏振器225，集成的影響器元件230以及檢偏偏振器235。
圖3是用于與圖2所示的系統(tǒng)200相似的像素系統(tǒng)300的可選的優(yōu)選實施例。系統(tǒng)300使用了白平衡光源305，使用顏色濾波器310將其分解為所需的顏色頻率。顏色濾波器310可以是分立的濾波系統(tǒng)，或者也可以將其集成在波導(dǎo)通道220中。
圖4是用于與圖2所示的系統(tǒng)200和圖3所示的系統(tǒng)300相似的像素系統(tǒng)400的作為替代的優(yōu)選實施例。系統(tǒng)400采用半導(dǎo)體“塊”或者在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)405(垂直或平面)中制造的襯底的波導(dǎo)通道，下文對此進行詳細描述。
許多優(yōu)選實施例，不考慮細節(jié)上的大范圍差別，都具有結(jié)合圖2、圖3或圖4的上述一個系統(tǒng)的下列元件以及一般性原理。
標(biāo)準(zhǔn)元件以及標(biāo)準(zhǔn)選項包括I.光源單一的白平衡光源或者是分離的RGB/CMY調(diào)諧光源。遠離光通道的輸入端、臨近輸入端或者與光通道構(gòu)成整體。
II.光通道。優(yōu)選實施例包括例如光纖的波導(dǎo)形式的光通道。但通過本發(fā)明的實施例公開了半導(dǎo)體波導(dǎo)、導(dǎo)波孔或其它的光學(xué)導(dǎo)波通道，包括通過材料“在深度上”形成的通道或區(qū)域。這些波導(dǎo)元件是顯示器的基本成像結(jié)構(gòu)，并且整體上結(jié)合強度調(diào)制方法以及色彩選擇系統(tǒng)。
III.進入光通道的光的初始偏振。還可以采用各種偏振的實現(xiàn)方式，以便允許單一偏振角的光進入到光通道中；最典型地是在光通道的“輸入”端外延地設(shè)置的薄膜。為了有效的輸入所有來自光源的光，照明源可以包括一個空腔，以便允許“錯誤”初始偏振的光能夠重復(fù)地反射；從而所有的光最終分解為被承認的或“正確”的偏振?？蛇x地，特別是根據(jù)從照明源到法拉第衰減器的距離，可以采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、保持偏振的波導(dǎo)(光纖、半導(dǎo)體)的部分。
IV.可選地將光分解為單獨的偏振分量以及用于每個偏振的雙光通道。優(yōu)選地這種分解是通過磁通光纖偏振分離器來執(zhí)行的，但是其它方法也是公知的。根據(jù)這種選擇，兩個通道傳送著用于每個子象素或象素的相反偏振的光。這可提供更多的能量以及所有來自光源的光偏振的熱有效利用。
V.集成的顏色選擇。在波導(dǎo)元件中集成顏色的優(yōu)選實現(xiàn)方式是波導(dǎo)芯的RGB(或CYM)染料摻雜，但其它的常規(guī)方法也是公知的。
VI.法拉第效應(yīng)衰減器，集成在波導(dǎo)中，從完全的“關(guān)閉(OFF)”到完全的“打開(ON)”來改變光的強度。當(dāng)采用了單獨的染料摻雜光纖時，每個光纖使用一個法拉第衰減器就是足夠的?；蛘?，也可以采用多個螺旋表面的或其它的多色通道，每個都是染料摻雜的，來制造單一光纖結(jié)構(gòu)。在所有的實施例中，驅(qū)動電路可以采用電容。
VII.開關(guān)矩陣的結(jié)構(gòu)和組合。有若干構(gòu)成和組合開關(guān)“矩陣”的有益系統(tǒng)，這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化地組合并保持波導(dǎo)元件，并且電子尋址每個子象素或象素。在光纖的情況下，光纖元件的固有本質(zhì)是用于一種全光纖、織物結(jié)構(gòu)以及光纖元件的尋址的潛能。采用組合方法，可變網(wǎng)孔或固態(tài)矩陣是可選的結(jié)構(gòu)。
VIII.光通道的輸出端的修改。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，特別是光纖的輸出端可以經(jīng)過熱處理，并且進行拉伸以形成錐形終端，或磨光、彎曲或成形，以增強輸出段的光散射，從而提高顯示屏面的視角。
IX.“檢偏器”或偏移偏振分量。這是一種“偏振濾波”元件，它相對于第一偏振“濾波”元件的方向具有90度的偏移量。它優(yōu)選地是外延設(shè)置在光學(xué)玻璃或波導(dǎo)陣列的輸出/顯示端的薄膜。
X.不同偏振的光通道的可選再組合。RGB光通道以及任選的白光光通道的組合，優(yōu)選地每個顏色成分具有2個通道(以便傳遞由偏振分裂元件所分解的不同偏振的光)，可在終止在顯示器或投影表面之前進行再組合，這依賴于為顯示器的表面積或投影表面改變實施例的需要。通過光纖熔融、插入、波導(dǎo)合并以及其它方法來連接通道。
XI.顯示器或投影表面。光然后從輸出端通過偏振系統(tǒng)到達顯示器或投影表面。該最后的表面元件可以是面向偏振元件的光學(xué)玻璃或其它的透明光學(xué)材料。
XII.顯示器或投影表面的幾何形狀。顯示器或投影表面的光學(xué)幾何形狀可以改變，這在纖維光學(xué)面板的現(xiàn)有技術(shù)中進行了說明，其中光纖終端終止于彎曲表面上，依次允許額外的調(diào)焦能力以及額外的光學(xué)元件和透鏡，這尤其與投影系統(tǒng)實施例相關(guān)。
優(yōu)選的法拉第衰減器通過將可變的驅(qū)動電路(優(yōu)選地為脈沖或數(shù)字形式)施加到場產(chǎn)生元件一圍繞著適當(dāng)材料(例如，摻雜的光纖包層或圍繞著通道的薄膜鋼石榴石)、在脈沖間具有足夠高剩余通量的線圈或“線圈管”或帶或環(huán)元件一來工作。這種可變的場在90度的范圍內(nèi)，從黑色或“關(guān)閉”位置到完全強度或“打開”位置，旋轉(zhuǎn)偏振光的入射光束的偏振角?；蛘?，可以反轉(zhuǎn)默認條件，缺省的“打開”一個象素，需要信號可變化地將其降低到零；這種實現(xiàn)方式尤其關(guān)聯(lián)于某些其它的相同基本開關(guān)陣列的應(yīng)用。
在光纖或半導(dǎo)體波導(dǎo)方法的情況下，整個光纖或波導(dǎo)材料可以用YIG、Tb、TGG或其它成分進行摻雜，以獲得較高的維爾德常數(shù)。給出圓形偏振光的兩條光線，一個具有左旋偏振而另一個具有右旋偏振，兩個偏振中與磁化電流的電方向相同的一個以較高的速度傳播。也就是，當(dāng)根據(jù)上述等式1將磁場平行地施加到到傳播方向上時，旋轉(zhuǎn)線性偏振光的平面。
還示出了雙缺陷摻雜的光纖以改善性能。其本質(zhì)是要獲得跟隨脈沖的高剩余通量，以便降低功耗并獲得高的開關(guān)速率。(最近具有熔化氧化物的連續(xù)流采用惰性氣體已經(jīng)達到用于從摻雜氧的硅石中拉制光纖所需的粘性水平)。永久磁鐵元件也可以在與可變的法拉第旋轉(zhuǎn)元件所產(chǎn)生的場矢量垂直的方向上用于磁化法拉第元件，以便使元件完全飽和，從而降低光損耗。這種永久磁鐵元件，優(yōu)選地是包層中的摻雜物，被優(yōu)選地設(shè)計為對直接偏振角無影響，因此不會損害顯示器的對比率。
與材料的特定使用以及“法拉第效應(yīng)衰減器”的結(jié)構(gòu)有關(guān)的“衰減曲線”是一個公知的量，用于給定衰減水平的電源電平能夠以相應(yīng)(不規(guī)律地或規(guī)律地)的增量進行數(shù)字驅(qū)動，以便獲得整體上用于該設(shè)備的平滑的衰減曲線。另外，當(dāng)原始光被分解為單獨的偏振時，導(dǎo)致了每個顏色具有2個光通道，通過對具有單獨偏振的不同曲線的不同材料所做的選擇提供了平滑衰減曲線的另一方法。通道的數(shù)量可根據(jù)需要以用不同材料來增加，以便當(dāng)必要或需要時獲得額外的平滑。
顏色選擇通過兩種主要類型的方法被集成到強度調(diào)制系統(tǒng)中(下面所描述的方法不是窮盡覆蓋本發(fā)明可能的方法)首先，在利用光纖的一類方法中，單獨的染料摻雜光纖(RGB或YCM)將某顏色的光傳輸?shù)斤@示器或投影面上，光纖段法拉第衰減器元件所中斷，這改變經(jīng)過染料摻雜光纖的有色光的強度，從“關(guān)閉”位置通過90度的法拉第旋轉(zhuǎn)到完全的“打開”位置。而且，傳播白平衡光的光纖可以同樣地配置有法拉第衰減器元件。光纖的末端在顯示器面或投影表面形成像素元件。
該方法還應(yīng)用于以氣泡摻雜的光纖的實現(xiàn)，如標(biāo)準(zhǔn)的光纖被摻雜并隨后通過熟知的方法進行熱處理以形成孔，從而得到具有節(jié)約成本制造的PCF(光子晶體光纖)。適當(dāng)摻雜的凈化蒸氣可在合成孔中找到，這些孔在實現(xiàn)純法拉第旋轉(zhuǎn)時可用可選的電極來激勵，或者，可以被光學(xué)激勵以實現(xiàn)其他非線性法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)?？蛇x地，氣泡可由壓力注入以及用制造玻璃中已知并確立的方法被引入到光纖中。
在將光纖或半導(dǎo)體波導(dǎo)與照明源集成的實施例中，在這種孔中的氣體也可以由RF傳輸器在變化的頻率下，以RF激勵的激勵設(shè)備的修改形式來激勵。多個RF傳輸器，至少每一個用于R，G，B或C，M，Y，導(dǎo)致氣體發(fā)出與包含在氣泡或空腔中的氣體的變化的化學(xué)成分相應(yīng)的有色光(在不摻雜染料的光纖中)。具有足夠強度的氣泡或空腔長度的足夠長的光纖將集成的源激勵方案在光纖自身中實現(xiàn)，而且進一步降低光纖法拉第衰減器元件的長度，如上所述的調(diào)整發(fā)射光的強度。
第二，另一類方法是在一個合成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中組合多個波導(dǎo)光通道，以便使3個RGB通道在一個結(jié)構(gòu)中組合。例如，見下面的圖30，其用于實現(xiàn)具有在一個結(jié)構(gòu)中組合3個RGB通道的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的一個目的是要具有固有的靈活性，以便包含并產(chǎn)生各種實現(xiàn)方式，包括I.源照明裝置可以遠離“法拉第衰減器”序列，這種源照明可由光纖連接，自己遠離顯示器或投影表面。
II.光通道包含獨立的顏色，這些顏色是由法拉第效應(yīng)衰減器進行強度調(diào)制的。
III.光通道可以由光纖、半導(dǎo)體波導(dǎo)或通過迭層材料所形成的波導(dǎo)孔來構(gòu)成，其每一個都具有不同的性能特征。
IV.可以組合光通道的不同形式，以形成不同實施例的單獨級或組成部分。光纖(包括PCF)可以將光從照明源傳播到用于法拉第衰減的半導(dǎo)體波導(dǎo)帶的陣列或薄膜層中的光通道的光子晶體陣列，然后通過另一光纖束陣列傳播到顯示器或投影表面。
每一個普遍類型的實施例的要求都趨于引起裝置中稍微不同的配置以及可選元件的選擇隨著其它類型的系統(tǒng)的發(fā)展或需要，可以實現(xiàn)額外的配置以及元件、方法和計算機程序的選擇。
圖5是根據(jù)優(yōu)選實施例，簡化的單面板基于波導(dǎo)的顯示器500的總體示意圖。顯示器500包括嵌入了照明源510、開關(guān)矩陣515以及顯示表面520的外殼505。源510提供白平衡光或多通道的不同顏色/頻率的多色模型(例如RGB源)。優(yōu)選的實施例為集成在一起的源510、矩陣515和表面520采用可變的波導(dǎo)通道，如下所進一步描述的。源510鄰近矩陣515或朝向矩陣515。當(dāng)為相鄰時，光纖束將輻射傳播給矩陣515的輸入側(cè)。源510可包括并入的專利申請中闡明的任意的輻射產(chǎn)生和特征/屬性控制特征，包含偏振控制。
矩陣515包括多個波導(dǎo)通道，用于控制經(jīng)過鄰近其輸入的源510和鄰近輸出的顯示表面520的輻射的振幅。這里以及引用的專利申請中詳細地公開了矩陣515的構(gòu)成和功能的選擇。矩陣515可包括可選的可調(diào)諧的濾波器以及影響器元件，它們中的一些直列或堆迭地集成。這些波導(dǎo)通道可以包括光纖、波導(dǎo)或其它通道化的材料，其中這些材料是由常規(guī)的材料或光子晶體制成的。采用任意必須的通道隔離特征，包括橫向偏移(例如在3維空間上交錯通道以便有效地分隔單獨的通道，或使用隔離的結(jié)構(gòu))。矩陣515可包括在引用專利申請中闡明的任意輻射產(chǎn)生和特征/屬性控制特征，包含在輸出端的偏振檢偏器。在某些實現(xiàn)方式中，使用了將薄片涂敷在周期偏振檢偏器的結(jié)構(gòu)。
顯示表面520可簡單地作為矩陣515的波導(dǎo)通道的延續(xù)或單獨的結(jié)構(gòu)。表面520具有在引用專利申請中闡明的一系列實現(xiàn)方式，例如，包括面板信息和使用以及通道終端調(diào)制。在表面520的輸入端和/或輸出端的結(jié)構(gòu)可包括在引用專利申請中闡明的任意的輻射產(chǎn)生和特征/屬性控制特征，包括薄膜、光學(xué)玻璃或其它光學(xué)材料或結(jié)構(gòu)。
圖6是圖5所示的顯示器500的詳細示意圖。激勵源510包括光源605和偏振系統(tǒng)610。矩陣515包括衰減器/調(diào)制器結(jié)構(gòu)615，其具有帶有輸入端620和輸出625的集成的線圈管。顯示表面520包括檢偏器630、可選的改進的通道輸出端635和可選的顯示表面/保護涂層640。
用于平板顯示器的法拉第衰減器開關(guān)矩陣的優(yōu)選實施例是集成的光纖衰減器設(shè)備的組合陣列(例如，紡織組合的)，光纖衰減器設(shè)備事實上為大規(guī)模集成光學(xué)設(shè)備的形式，例如參見圖5和圖6。
以適當(dāng)?shù)脑負诫s的光纖，結(jié)合導(dǎo)電材料的薄膜外延沿或圍繞光纖，或者在外部光纖包層中采用導(dǎo)電聚合體，以及其它在本發(fā)明所公開的實施例中所概述的集成光纖制造方法，意味著光纖/元件實施例的尺寸和功耗已降低并期望會進一步降低。
為了降低在光纖或波導(dǎo)周圍所增加的直徑的影響(由光纖或波導(dǎo)的E-M產(chǎn)生元素所產(chǎn)生)，以及為了降低鄰近的法拉第衰減器元件之間所需的隔離材料的數(shù)量，鄰近的光纖或波導(dǎo)可以沿z軸交錯地設(shè)置，以便不會使E-M/法拉第衰減器元件直接互相靠近。
本發(fā)明的一類實施例可被稱為“集成的法拉第衰減器陣列”。波導(dǎo)可以在表面上(“表面的”)或深度上(“單片的”)形成在半導(dǎo)體材料中。本發(fā)明的優(yōu)選實施例沿波導(dǎo)在非常短的距離內(nèi)獲得法拉第旋轉(zhuǎn)，該距離可隨著材料性能的提高而降低。因此，法拉第衰減器陣列自身在深度上可以只有幾毫米。
采用表面的波導(dǎo)的集成光學(xué)方法可以通過在每個像素點上形成固定45度反射元件(或光子晶體彎頭)來完成。這樣，極薄的波導(dǎo)的一部分就在半導(dǎo)體夾層的表面上形成，該夾層包含法拉第衰減器部分，其由驅(qū)動電路尋址，遵循偏移偏振方法，并終止于偏轉(zhuǎn)波導(dǎo)所傳播的任意光的反射或彎曲裝置，平行于半導(dǎo)體的x-y表面?zhèn)鬏數(shù)絲軸。因此，制成了一個半導(dǎo)體表面，其朝向(平行于)顯示或投影表面。半導(dǎo)體是由多個設(shè)置在表面上用于最佳強度的波導(dǎo)所制造的，尋址45度反射器或彎頭的網(wǎng)格或陣列，形成一個圖像，其中這些反射器或彎頭從表面向外反射光。
一種簡單的單塊集成電路波導(dǎo)的實施例包括在“深度”上在半導(dǎo)體材料的不同區(qū)域所形成的波導(dǎo)，其具有由半導(dǎo)體制造技術(shù)在“深度”上沿波導(dǎo)所形成的法拉第衰減器元件。
單一芯片的實施例也可用于實現(xiàn)投影系統(tǒng)。在所有的這些半導(dǎo)體波導(dǎo)的實施例中，光纖可用于將光從照射源傳播到波導(dǎo)，并且光纖可用于將法拉第衰減器開關(guān)矩陣(半導(dǎo)體波導(dǎo))連接到顯示器或投影表面。
圖7根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的組件化顯示系統(tǒng)700的總體示意圖。這就是用于特定傳送器、調(diào)制器、開關(guān)矩陣以及上文和在引用專利申請中所描述的其它元件的本發(fā)明優(yōu)選實施例優(yōu)點，即顯示系統(tǒng)可以用模塊化和/或元件方式設(shè)計和實現(xiàn)。如這里所使用的，模塊化和/或組件化指的是該優(yōu)選實施例的兩個截然不同的方面。第一個是這樣的特征，即該系統(tǒng)的元件可以被組合并包裝成互相連接的分立單元，以用于產(chǎn)生最終的系統(tǒng)。這使得在設(shè)計并實現(xiàn)用于大范圍的可能應(yīng)用上獲得更多靈活性。第二方面的特征指的是系統(tǒng)的元件如此被設(shè)計，使得它們可由近似相同的子元件來構(gòu)成，并且在子元件之間進行元件內(nèi)部通信。當(dāng)然，有些系統(tǒng)可同時實現(xiàn)這兩個方面而不背離本發(fā)明。
系統(tǒng)700第一方面的實例，具有照明模塊705，該激勵模塊705由第一通信系統(tǒng)710耦合到調(diào)制器系統(tǒng)715，調(diào)制器系統(tǒng)715進而由第二通信系統(tǒng)720耦合到輸出系統(tǒng)725。在本實例中，顯示系統(tǒng)700是投影系統(tǒng)，盡管本發(fā)明不限于此。照明模塊包括輻射產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生具有所需特征的輸入波分量。照明模塊705可包括一個或多個輻射產(chǎn)生元件，用于產(chǎn)生一致的或多頻率的波分量。例如，照明模塊705可以產(chǎn)生“白”平衡光或者它可以產(chǎn)生一組或多組原色。
第一通信系統(tǒng)710傳播輸入的波分量，并且優(yōu)選地系統(tǒng)710是簡單的導(dǎo)線管，它保持了從照明模塊705到調(diào)制器系統(tǒng)715的輸入波分量的所需特征。在某些實現(xiàn)方式中，通信系統(tǒng)710參與在調(diào)制器系統(tǒng)715的輸入產(chǎn)生輸入波分量的所需特征(例如，可以處理振幅、頻率、偏振類型和偏振方向)。在優(yōu)選實施例中，通信系統(tǒng)710包括多個波導(dǎo)通道，例如光纖，這些多個波導(dǎo)通道使得調(diào)制器系統(tǒng)715和照明模塊705隔離并/或分離。在某些實施例中，單個的波分量所特有的輻射特征不需要在傳輸期間保持，這意味著與調(diào)制器模塊715的調(diào)制通道的圖片元素(像素)或子像素的分辨率相比，通信系統(tǒng)710具有更多或更少的通道數(shù)量。
調(diào)制器系統(tǒng)715接收輸入波分量并如前文以及在引用的專利申請中所描述的那樣對它們進行調(diào)制。在優(yōu)選的實施例中，調(diào)制器系統(tǒng)715從單獨控制的多個像素和子像素中的每一個中，產(chǎn)生連續(xù)的一系列圖像單元(例如，圖像幀)。輸入波分量映射到適當(dāng)?shù)亩鄠€調(diào)制器通道上，以便處理輸入波分量的振幅，來產(chǎn)生用于多個輸出波分量的變化的振幅。
第二通信系統(tǒng)720傳播輸出波分量，優(yōu)選地系統(tǒng)720是簡單的導(dǎo)線管，它保持了從調(diào)制器系統(tǒng)715到顯示系統(tǒng)725的輸出波分量的所需特征。在某些實現(xiàn)方式中，通信系統(tǒng)720參與在顯示系統(tǒng)725的輸入產(chǎn)生輸出波分量的所需特征(例如，可以處理振幅和頻率)。在優(yōu)選實施例中，通信系統(tǒng)720包括多個如光纖的波導(dǎo)通道，這些波導(dǎo)通道使得調(diào)制器系統(tǒng)715和顯示系統(tǒng)725隔離并/或分離。單個輸出波分量所特有的輻射特征需要在傳輸期間保持。另外，每個輸出波分量通道被映射到最終顯示位置的特定位置，通信系統(tǒng)720沒有干擾這種映射。
顯示系統(tǒng)725適于直接觀看實現(xiàn)方式或用于間接觀看的投影實現(xiàn)方式，例如相對于屏幕的反射/傳輸?shù)膱D像。顯示系統(tǒng)725通過將輸出波分量組合為所需的輸出模式，從而將輸出波分量處理(例如，轉(zhuǎn)換并組合)為所需的輸出排列。這種輸出模式通常是一個矩陣，其具有多個行和列，如圖49所示。顯示系統(tǒng)725可包括光學(xué)和其它元件，用于額外地成形、調(diào)焦并濾波傳播的輻射。
通信系統(tǒng)的組件化和使用可使其它元件分離并隔離。除了將元件包裝并組合為更大范圍的波形因數(shù)所增加的優(yōu)點之外，隔離的優(yōu)點在某些實現(xiàn)方式中是重要的。在這些實施例中，照明模塊705、調(diào)制器系統(tǒng)715(例如法拉第衰減器開關(guān)矩陣)以及顯示系統(tǒng)(例如投影表面)可在互相間隔某個距離，從嵌入在各模塊或單元中獲益。
考慮照明模塊705，在某些實施例中，將其從調(diào)制器系統(tǒng)715中分離出來是有益的，這是由于高強度光所產(chǎn)生的熱量，這種光通常用于照明大的劇院屏幕或在白天或其它亮的位置產(chǎn)生圖像。即使是使用了多個輻射源，例如，分散熱輸出卻集中于一個疝氣燈，熱輸出仍舊是很大的，所以將開關(guān)與顯示元件分離是需要的。輻射源因此嵌入在絕緣的外殼中，具有散熱片和其它的制冷元件。通信系統(tǒng)710然后傳遞來自端點的或同一源的光。
開關(guān)組件與投射/顯示表面的分離可以具有其自身的優(yōu)點。將照明和開關(guān)組件放置在投影系統(tǒng)底座中(對于FPD也是一樣)能夠減小投影TV箱體的深度?；蛘?，可以將投影表面包含在薄燈形桿頂部的緊湊球形物中，或者從天花板依靠電纜懸掛著，在前面的投影系統(tǒng)采用反射織物屏幕。
對于劇院投影來說，除了其他潛在優(yōu)點和配置之外，依靠來自地板上單元的光纜，將法拉第開關(guān)矩陣模塊形成的圖像上行傳輸?shù)酵队按翱趨^(qū)域上的小型終端光學(xué)單元的可能性，意味著可采用空間利用策略，在同一個投影空間內(nèi)容納傳統(tǒng)電影放映機和新的投影儀。投影系統(tǒng)中的法拉第衰減器開關(guān)矩陣可以使用任何這里所描述的實施例。
波導(dǎo)帶的整體結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高分辨率成像，其中每個波導(dǎo)帶都在帶上具有并排排列或者粘附的幾千個波導(dǎo)。然而，“整體”光纖組件結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)必要的小投影表面區(qū)域。單模光纖(尤其是沒有對外部通信電纜的耐久性性能需求)具有足夠小的直徑，以使得光纖法拉第陣列的截面面積非常小。此外，期望集成光學(xué)制造技術(shù)能夠改進，因此，可以在在單個單半導(dǎo)體襯底或者芯片(大塊單片的或者表面的)的制造中完成法拉第衰減器陣列。
在熔融光纖投影表面，熔融光纖表面可以被研磨，以實現(xiàn)用于將圖像聚焦在光學(xué)陣列上的曲率；或者，采用粘合劑連接或以其它方式結(jié)合的光纖末端可以具有成形的頂端，并且如果必要，則可以在其終端布局稱成形矩陣的形式，以實現(xiàn)彎曲的表面。
對于投影電視或者其他非劇場投影應(yīng)用，將激勵與開關(guān)模塊與投影機表面分離的選項提供了實現(xiàn)更小體型投影電視箱體結(jié)構(gòu)的新穎方法。
圖8是一個優(yōu)選實施例的總體示意圖，用于實現(xiàn)如圖7所示的系統(tǒng)700的特定實現(xiàn)的組件化顯示系統(tǒng)800。系統(tǒng)800包括3個分照明源(例如RGB源)，由源805R，源805G和源805B表示，并作為模塊705。系統(tǒng)800的第一通信系統(tǒng)包括輸入裝置810(例如，適用于通信介質(zhì)/通道的光纖面板等等)以及用于每一顏色的一束單獨的光通道815。系統(tǒng)800包括用于每一顏色的調(diào)制組合820，其每一個都與調(diào)制器系統(tǒng)715相應(yīng)。第二通信系統(tǒng)825包括第二多個單獨的光通道，用于傳播最終成像信息，一束這種光元件用于每種顏色。系統(tǒng)800包括最終投影/顯示光學(xué)組合830，它對來自3束第二通信系統(tǒng)825的總體成像信息進行合并。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括一種新的磁光顯示器，其通過集成的法拉第衰減器像素元件形式的光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例還包括一種創(chuàng)造性元件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以單獨地制造，并通過大量的新的制造工藝來組裝為一種新的顯示器結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)自身組合成新的顯示器操作方法。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器、衰減器、隔離器、循環(huán)器以及其它各種采用法拉第效應(yīng)以用于包括光纖的光學(xué)通信的元件的現(xiàn)有技術(shù)中，設(shè)備通常是分立的非波導(dǎo)元件的系統(tǒng)，這些非波導(dǎo)元件系統(tǒng)被置于連接光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)的伸展的光纖連接點之間(例如，見圖1C)。它們通常包括作為光活性材料的晶體，晶體制造為固態(tài)生長晶體片或者薄膜晶體或薄膜晶體堆。采用各種解決方案來更有效地將元件結(jié)合到伸展的光纖或通常的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，包括采用微透鏡以及較好地粘合和組合方法。
相比而言，本發(fā)明的優(yōu)選實施例通過集成的導(dǎo)波工藝及元件來實現(xiàn)一種磁光顯示器，并包括法拉第衰減器的實施例，和法拉第衰減器過程和其它波操作過程結(jié)合的實施例，其實現(xiàn)為集成的復(fù)雜光纖元件。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器、衰減器、隔離器、循環(huán)器以及其它各種通過半導(dǎo)體制造工藝實現(xiàn)的用于光學(xué)通信和光學(xué)開關(guān)的采用法拉第效應(yīng)的元件的現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體波導(dǎo)是光學(xué)開關(guān)的起點，但這些結(jié)構(gòu)不適合磁光顯示器的需要。因此，優(yōu)選實施例以新的方式實現(xiàn)了半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)制造技術(shù)，該新的結(jié)構(gòu)有效地實現(xiàn)實際的半導(dǎo)體光學(xué)的基于波導(dǎo)的磁光顯示器。同樣，在這些新的半導(dǎo)體光學(xué)的基于波導(dǎo)的法拉第設(shè)備中獲得集成的程度，包括以半導(dǎo)體波導(dǎo)為形式來實現(xiàn)法拉第衰減器設(shè)備，是優(yōu)選實施例的一些方面。
磁光顯示器的現(xiàn)有技術(shù)中的一些解決方案試圖將法拉第旋轉(zhuǎn)器實現(xiàn)為電子半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。相比于以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為開始并實現(xiàn)集成方法的范例變換的實現(xiàn)方式，該實現(xiàn)方法包括半導(dǎo)體摻雜、涉及結(jié)構(gòu)化制造的光子晶體方法以及例如量子勢阱混合(QWI)的最大外延法，以便通過強大的導(dǎo)波方法來控制并調(diào)制光。
本發(fā)明的某些實施例，通過在集成光纖和半導(dǎo)體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)基于法拉第效應(yīng)的設(shè)備的原則，在單一實施例中包括兩種方法的新組合。
“單一”的平板基于光纖的顯示器系統(tǒng)是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。磁光顯示器，作為“透射”顯示器，結(jié)合“照明源單元”、“開關(guān)結(jié)構(gòu)”和“顯示表面”，其中該顯示器形成或投影顯示圖像。
這種簡單的示意圖濃縮了一個許多元件所組成的復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于構(gòu)成任意一個實施例的制造和/或組合工藝。參考圖5并在構(gòu)成順序上考慮整個系統(tǒng)的元件，即從照明源至顯示表面，那么I.對于“照明源”，該優(yōu)選實施例采用了標(biāo)準(zhǔn)平板顯示白平衡光照明系統(tǒng)(通常是熒光管)，其在顯示器的相對“背面”平行于顯示表面放置。但是也可以采用氙、RGB激光和任一種其它的單一或組合的白平衡光源。
II.通過薄膜偏振器外延的偏振結(jié)構(gòu)。在光纖的“輸入端”和照明系統(tǒng)之間是偏振結(jié)構(gòu)，例如薄膜偏振器外延地設(shè)置在照明源和開關(guān)矩陣之間的一片光學(xué)玻璃上，或者設(shè)置在開關(guān)矩陣的表面上，其制造和結(jié)構(gòu)將在下面描述?；蛘?，可將膜涂層應(yīng)用到光纖元件的“輸入端”上，其將在下文公開。
III.光纖元件集成了顏色選擇和法拉第衰減器可變強度子像素開關(guān)，其作為設(shè)備的子像素波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光纖元件的“輸入端”朝向照明系統(tǒng)。因此，光纖是豎著設(shè)置的，并在相對后面垂直于光源以及在設(shè)備的相對前面垂直于顯示表面。這樣，從光纖元件的“輸出”端形成顯示表面。
IV.用于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的集成光纖。在這一優(yōu)選實施例中，每個單獨的光纖元件優(yōu)選地包括集成結(jié)構(gòu)或與圖9A所示相當(dāng)?shù)墓δ堋?br> 圖9(包括圖9A、圖9B和圖9C)是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的調(diào)制器900的總體示意圖。圖9A是調(diào)制器900的優(yōu)選實施例，其包括光學(xué)活性傳導(dǎo)芯905和一個或多個邊界區(qū)，用于當(dāng)輻射沿傳輸軸傳播時增強將輻射限制在調(diào)制器900中的性能。邊界區(qū)包括第一包層910和第二包層915，用于按引用的專利申請的描述操作。調(diào)制器900還包括由控制信號/電流(如從925至930經(jīng)過線圈管920的信號所示)所激發(fā)的線圈管920。激發(fā)的線圈管產(chǎn)生一個影響磁場，用于控制通過調(diào)制器900傳播的輻射的偏振旋轉(zhuǎn)角。
調(diào)制器900位于導(dǎo)波區(qū)905的一部分并且通常在一個或多個邊界區(qū)中包括集成的照明源935。源935響應(yīng)于如引用專利申請所描述的熒光氣體微氣泡的射頻激勵，產(chǎn)生白平衡光的。源935產(chǎn)生輻射940，其經(jīng)過導(dǎo)波區(qū)905傳播。偏振系統(tǒng)945也集成在導(dǎo)波區(qū)905以及一個或多個邊界區(qū)中，該系統(tǒng)將輻射940轉(zhuǎn)換/濾波為具有預(yù)定初始偏振角的預(yù)定偏振類型。隨著來自偏振器945的偏振的輻射經(jīng)過線圈管920的影響(例如，磁場)所影響的部分950時，偏振角在操作過程中可控制地設(shè)置為所需角度。這種具有這些所需角度的輻射產(chǎn)生了輸出輻射，該輸出輻射具有一個振幅，可隨著相對于靠近調(diào)制器900的輸出部分的第二偏振器的傳輸軸的改變來調(diào)制。圖9B是表示圖9A所示的調(diào)制器900的關(guān)系的一對圖解，包括視圖960和曲線圖965。視圖960示出了場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(例如線圈管)的特寫，其產(chǎn)生平行于波導(dǎo)傳播軸的場分量(也平行于輻射信號(例如光)的傳播方向)。曲線圖965示出了響應(yīng)于產(chǎn)生可變磁場的線圈管信號來90度旋轉(zhuǎn)偏振角。圖9C是光纖/子像素970的水平橫斷面的圖解。第一層975和第二層980是通過光纖970的任意區(qū)域。像素970包括一個芯，一個或多個邊界區(qū)(例如包層)，其具有結(jié)合于此的至少一個影響器部件(例如線圈管)。路徑985示出了流經(jīng)影響器的控制信號，用于產(chǎn)生具有所需特征所必須的場。
因此調(diào)制器900的元件包括I.光纖芯，包括通過真空沉積方法的標(biāo)準(zhǔn)光纖變型所添加的摻雜劑i.顏色染料摻雜劑，使光纖元件實際上為照明源系統(tǒng)的濾色器，ii.光學(xué)活性的摻雜劑，如YIG或Tb或TGG或其它最佳性能的摻雜劑，其能增加芯的維爾德常數(shù)，以便在激勵的磁場中獲得有效的法拉第旋轉(zhuǎn)。芯結(jié)構(gòu)中的孔或不規(guī)則形狀通過在光纖的制造中進行加熱或加壓來添加，用于進一步增加維爾德常數(shù)并增加非線性效應(yīng)。
由于硅石光纖用相對于硅石百分比自身而言具有高等級的摻雜劑制造，摻雜劑可達50％，而且由于所需的摻雜劑濃度已經(jīng)在其它種類的硅石結(jié)構(gòu)中證實了，以用于以數(shù)十微米或更小的長度獲得90度旋轉(zhuǎn)；并且考慮到提高摻雜劑濃度的改進(例如可從JDS Uniphase購買的光纖)和控制摻雜劑分布的改進(例如，可從Corning公司購買的光纖)，目前在獲得足夠高且可控制光學(xué)活性濃度的摻雜劑，以在微米級距離上以低功率實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)是沒有問題的。
II.可選的光纖包層1，用標(biāo)準(zhǔn)方法摻雜的鐵磁單分子磁體，當(dāng)其暴露在強磁場中就被永久磁化。這種包層的磁化可發(fā)生在將包層添加到芯或粗加工成品之前，或者在光纖拉制之后，其中該光纖已完成芯、包層和涂層。因此，光纖的粗加工或拉制經(jīng)過與光纖芯軸偏移90度的強永久磁場，這是由作為光纖拉制裝置的一個元件來設(shè)置的電磁設(shè)備來實現(xiàn)的。這種具有永久磁性特性包層的作用是用于飽和光學(xué)活性芯的磁疇，但是不改變經(jīng)過光纖的入射光的旋轉(zhuǎn)角，這是因為場方向與傳播方向成直角。見下面通過粉碎水晶結(jié)構(gòu)中非最優(yōu)核所進行的對摻雜鐵磁包層方向的優(yōu)化。
由于發(fā)現(xiàn)了可在相對高溫下進行磁化的單分子磁體(SMM)，其作為摻雜劑來說也是優(yōu)選的，可實現(xiàn)優(yōu)良的摻雜濃度和摻雜劑分布控制。商業(yè)上用的單分子磁體和方法可從ZettaCore獲得。
III.光纖包層2，使用標(biāo)準(zhǔn)方法以最優(yōu)的亞鐵磁或鐵磁材料摻雜，其特征是適當(dāng)?shù)拇艤€?！岸獭鼻€，其也是“寬”且“平”的，對于場產(chǎn)生元件來說是優(yōu)選的。當(dāng)這種包層由相鄰的場產(chǎn)生元件所產(chǎn)生的磁場飽和時，其自身由開關(guān)矩陣驅(qū)動電路的脈沖驅(qū)動，會快速達到用于該圖像幀的子像素或像素元素所需的旋轉(zhuǎn)角度的磁化程度，并保持該級別的磁化直至隨后的脈沖增加(同方向的電流)、更新(沒有電流或加/減維持電流)或者降低(反方向的電流)。摻雜的包層的剩余磁通通過視頻幀保持旋轉(zhuǎn)角度，而不需用場產(chǎn)生元件連續(xù)施加場。
摻雜的亞鐵/鐵磁材料的最優(yōu)化可進一步受到適當(dāng)?shù)墓に嚥襟E中包層的離子轟擊的影響。參考Alcatel的美國專利6,103,010，在其中，在波導(dǎo)上以汽相方法所沉積的鐵磁薄膜以入射角由離子束進行轟擊，以粉碎未在優(yōu)選晶體結(jié)構(gòu)上排列的核。晶體結(jié)構(gòu)改變的方法是現(xiàn)有技術(shù)所公知的，并在制造的光纖或摻雜的粗加工材料的摻雜硅石包層上使用。由于發(fā)現(xiàn)單分子磁體(SMM)可在相對高溫下進行磁化，這些作為摻雜劑來說也是優(yōu)選的，可實現(xiàn)優(yōu)良的摻雜濃度。
IV.集成制造在用于產(chǎn)生初始的磁場的光纖元件之上/之中的線圈或“線圈管”結(jié)構(gòu)，它旋轉(zhuǎn)光纖芯中的光的偏振角，并磁化包層2中的亞鐵/鐵磁摻雜劑，以保持經(jīng)過視頻幀的旋轉(zhuǎn)角。“線圈管”可定義為與線圈相似的結(jié)構(gòu)，其中多個導(dǎo)體段互相平行放置并且與光纖軸成直角。隨著材料性能的提高-也就是隨著由于具有較高維爾德常數(shù)的摻雜劑的功效而提高的摻雜芯的有效維爾德常數(shù)(或者隨著增加的結(jié)構(gòu)改變，包括那些引入的非線性效應(yīng))-對圍繞光纖元件的線圈或“線圈管”的需求降低或消除，更簡單的單波段或高斯柱面結(jié)構(gòu)變得更加實用。圖10是包括彎曲的線圈管的波導(dǎo)1000的總體示意圖。
指定法拉第效應(yīng)的等式的變量(見上面的等式1)是場強、場所作用的距離，以及旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的維爾德常數(shù)，更深的平板顯示器可以補償線圈或線圈管，其中例如導(dǎo)體材料是導(dǎo)電聚合體，比金屬線更低效，或者其中線圈或線圈管更寬但具有較少的繞組，或者通常，線圈或線圈管由效率較低操作的簡便方式制造。
給出了對設(shè)計參數(shù)-顯示深度/光纖長度、芯的維爾德常數(shù)以及場產(chǎn)生元件的最高場輸出和效率-的權(quán)衡的理解，就有4種集成形成線圈管的優(yōu)選的實施例，公開如下扭絞的光纖用于實現(xiàn)線圈管(例如，見圖10)這種制造圍繞光學(xué)活性的芯的“線圈管”的新方法的本質(zhì)是要扭絞光纖并涂敷，或者涂敷后再扭絞；切割或劃分粗加工成品以易于扭絞的實現(xiàn)，或者在粗加工成品中嵌入金屬線并扭絞等等，通過實際上圍繞芯扭絞光纖，實現(xiàn)“繞組”或圍繞著導(dǎo)體材料的螺旋線。可以修改所熟知的商業(yè)上可用的扭絞光纖的工藝以便實現(xiàn)這些新的方法。
參考下列具有代表性的美國專利1.US3,976,356；2.US4,572,840；3.US5,581,647；4.US6,431,935；以及5.US6,550,282中關(guān)于光纖制造的相關(guān)信息。在常規(guī)的操作中，通常采用光纖的扭絞來降低光纖中的衰減或色散，因此和這里所公開的結(jié)構(gòu)和方法不同。
理論上來講，只要溫度適當(dāng)，可以在拉制光纖的某個階段進行扭絞。目標(biāo)是要獲得每單位長度的高頻率扭絞，并優(yōu)選地永久保持扭絞，而不需要“固定”的外部保護罩。在該實例中扭絞的目的不在于增加光纖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。在任一種彎曲的方法中，包層的可變粘性傾向于在不受干擾的芯周圍提高有效扭絞。
在正確溫度下的扭絞以及選擇導(dǎo)電材料，以將外部包層相對于內(nèi)部包層和芯而扭絞的結(jié)果，是不會將應(yīng)力引入到冷卻的晶體結(jié)構(gòu)中的特殊扭絞，并因此不會引入任意額外的破碎或破裂的風(fēng)險。
通過扭絞光纖實現(xiàn)圍繞著光纖芯的連續(xù)導(dǎo)電材料的“線圈管”的優(yōu)選方法I.以導(dǎo)電材料涂敷粗加工成品，粗加工成品的表面螺旋切割，在拉制中對粗加工成品或熱光纖的扭絞-圖38是根據(jù)本發(fā)明各個公開的實施例用于產(chǎn)生線圈管波導(dǎo)的通用波導(dǎo)處理系統(tǒng)3800的示意圖。系統(tǒng)3800處理從中產(chǎn)生最終的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一個或多個元件，包括例如粗加工成品3805，處理的粗加工成品3810以及產(chǎn)生的包含所期望的線圈管結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)3815。系統(tǒng)3800包括一個或多個處理階段(例如階段3820，階段3825和階段3830)以分別實現(xiàn)粗加工成品3805，粗加工成品3810和波導(dǎo)3815的必要處理。在某些線圈管制造系統(tǒng)3800中，根據(jù)要安裝的線圈管的類型，可以省略一個或多個階段。
處理階段3820到階段3830以不同的方式實現(xiàn)對波導(dǎo)3815生產(chǎn)的構(gòu)造和應(yīng)用工藝。這些工藝包括(1)光纖扭絞；(2)導(dǎo)電材料應(yīng)用；以及(3)PCF具體實現(xiàn)。
光纖扭絞有不同的變型及可能的實現(xiàn)方式。在這些變化和實現(xiàn)方式中，適于響應(yīng)于控制信號對傳播的輻射產(chǎn)生所需影響的導(dǎo)電元件(例如金屬結(jié)構(gòu)或?qū)щ娋酆象w)在一個或多個階段上應(yīng)用。導(dǎo)電元件可在扭絞之前或之后采用，并且導(dǎo)電元件可以應(yīng)用在表面上或?qū)Рɑ蜻吔缃Y(jié)構(gòu)的一個中。在某些情況下，光纖被扭絞并套上保護罩，以便抑制解扭絞，在其它情況下，光纖套上保護罩然后再扭絞。在另一些情況下，不采用保護罩，在設(shè)置導(dǎo)波結(jié)構(gòu)并防止解扭絞的時候進行扭絞。例如，在從粗加工成品中拉制光纖來制造導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)在光纖高于其玻璃狀溫度的那一點進行扭絞時，不需要保護罩。在某些實例中，導(dǎo)波結(jié)構(gòu)或粗加工成品階段可以刪去或省略以利于扭絞。扭絞的目標(biāo)是為了產(chǎn)生包括每單位長度對必要影響具有足夠高扭絞量的線圈結(jié)構(gòu)，并為了使扭絞不需要保持罩而得以保持。這就是與常規(guī)的通過扭絞向波導(dǎo)引入應(yīng)力從而獲得改善的光學(xué)特性的用于光纖的扭絞系統(tǒng)的不同。優(yōu)選實施例的一種實現(xiàn)方式是產(chǎn)生導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的各種層，這些層具有不同的粘性材料，以提高相對不受干擾的芯周圍的有效扭絞。還有一個目標(biāo)是降低應(yīng)力以降低破碎或破損的風(fēng)險。
導(dǎo)體元件可以在不同的時間以不同的模式應(yīng)用，以便獲得變化的線圈圖案。導(dǎo)體元件可以線性方式沿粗加工成品或?qū)РńY(jié)構(gòu)的長度應(yīng)用。或者，導(dǎo)體元件可以以螺旋的方式應(yīng)用，其具有特定的間距，斜率、淺度，或者是變化的。同樣地，粗加工成品或?qū)РńY(jié)構(gòu)，或者它們兩者都可以扭絞，并且所得配置的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)具有用于圍繞芯的導(dǎo)體元件的不同扭絞圖案。用于扭絞的優(yōu)選實施例是，扭絞操作優(yōu)選地使支撐導(dǎo)體元件的層(無論該層是表面層或者是一個邊界區(qū)，或其他層)，繞該芯或者傳導(dǎo)通道扭絞并旋轉(zhuǎn)，而不是扭絞該芯。
導(dǎo)體元件可作為分立結(jié)構(gòu)施加，或者作為導(dǎo)體涂層，然后涂層的某些區(qū)域例如通過蝕刻、車加工或其它處理來去除，以便在粗加工成品或?qū)РńY(jié)構(gòu)之上或之內(nèi)留下特定的線性、螺旋或其它的圖案。在其它方面，這種結(jié)構(gòu)也可如上所述被扭絞。下面是用于實現(xiàn)普通種類的扭絞的優(yōu)選實施例的特定實例。
此外，如在制造光子晶體光纖的制造工藝中所公知的那樣，固體或毛細玻璃可以圍繞著內(nèi)部包層以及芯或只圍繞芯來組合。這些多個細桿或毛細玻璃(對PCF而言，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的當(dāng)前制造方法的改變，進一步參見其它部分以及引用申請中的公開)之前已如導(dǎo)電帶那樣被金屬化處理，因此在溫度適當(dāng)時對粗加工成品的扭絞或在拉制中，多個圍繞的細光纖一起扭絞，作為圍繞著芯的線圈管。
圖11是圖38所示的包含導(dǎo)電涂層粗加工成品和表面螺旋切割的系統(tǒng)的第一特定實現(xiàn)方式的示意圖。該第一實例包括給粗加工成品1105涂覆導(dǎo)電材料，并在拉制期間為表面螺旋切割提供對所述粗加工成品或熱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行的扭絞。粗加工成品1105通過標(biāo)準(zhǔn)的真空沉積或其他光纖制造技術(shù)中公共的方法涂覆金屬粉末或其他導(dǎo)電涂層(金屬煙灰等)。然后對粗加工成品1105的部分1115進行螺旋切割1110，優(yōu)選地通過旋轉(zhuǎn)該粗加工成品并旋進車床加工工具或相對于固定車床加工工具旋進所述粗加工成品(在Y軸旋進)。然后拉制所述粗加工成品以產(chǎn)生導(dǎo)波結(jié)構(gòu)1120，并在所述材料在其玻璃溫度以上時使用第一軛鐵1125和第二軛鐵1130進行扭絞，從而在冷卻之后扭絞得以保持，而無需限制性的外套材料。在優(yōu)選實施例中，所述軛鐵是反扭絞結(jié)構(gòu)以提高每單位長度的扭絞數(shù)量。其結(jié)果是設(shè)置在波導(dǎo)1130表面上的導(dǎo)電材料線圈管，類似于外部包層。螺旋或螺線脊通過利用由扭絞增加厚度的導(dǎo)電層，利用通過相對粗加工成品中的螺旋切割扭絞消減而分離的扭絞過程形成。
參考美國專利3,976,356，其公開了一種在玻璃纖維的表面上制造螺旋帶波導(dǎo)的方法。在粗加工成品中進行螺旋切割，以不同材料組成的另一粗加工成品插入在插槽中，然后組合的粗加工成品被拉制并扭絞，成為光纖。
替代以螺旋帶切割的涂敷的粗加工成品的一種選擇，是沒有輔助的螺旋切割的扭絞的部分涂敷的粗加工成品；也就是，以平行于光纖軸的導(dǎo)體材料帶所進行的涂敷(由硅石的熱量退火的金屬粉)，其在扭絞粗加工成品并趁熱扭絞拉制的光纖之后，形成圍繞芯的導(dǎo)體材料的單獨螺旋。
圖12是附圖38所示的包含沒有表面螺旋切割的部分導(dǎo)電涂層粗加工成品的系統(tǒng)的第二特定實現(xiàn)方式的示意圖。該第二實例是附圖11所示的利用螺旋帶帶切割的涂層粗加工成品的替代是帶。該第二實施例包括部分涂敷的粗加工成品1200，其在Y軸方向上被扭絞(由箭頭1205表示)和旋進，而不需要輔助的螺旋切割。一種工具去除了某些涂層以留下環(huán)繞在導(dǎo)波結(jié)構(gòu)周圍的螺旋導(dǎo)電帶。然后拉制粗加工成品1200以產(chǎn)生導(dǎo)波結(jié)構(gòu)1210，并在該材料在其玻璃溫度之上時使用第一軛鐵1215和第二軛鐵1220進行扭絞，從而在冷卻之后扭絞得以保持，而無需限制性的外套材料。在優(yōu)選實施例中，軛鐵是反扭絞結(jié)構(gòu)以提高每單位長度扭絞的數(shù)量。其結(jié)果是放置在波導(dǎo)1210表面上的導(dǎo)電材料線圈管，如外部包層。波導(dǎo)1210的扭絞和螺旋帶的縱向壓縮形成了所期望的導(dǎo)電線圈管結(jié)構(gòu)。
對該替代方式的變型是對粗加工成品精確地涂覆金屬粉末，其通過“涂抹”粉末螺旋帶來實現(xiàn)，該螺旋帶然后對通過加熱的粗加工成品的溫度來退火；或者，已在其表面均勻涂覆的粗加工成品可以當(dāng)其開始退火時，在粉末上“切割”一條細線，通過去除材料來形成螺旋。通過繞其軸旋轉(zhuǎn)同時相對于精確的粉末注射器噴嘴平移該粗加工成品來實現(xiàn)自螺旋。在從中拉制光纖時，兩種情況下都保持圍繞粗加工成品的薄退火粉末螺旋。每光纖長度“轉(zhuǎn)動”的數(shù)量平均來看將不會與當(dāng)所述粗加工成品本身被扭絞時一樣大。
此外，如在制造光子晶體光纖中已知的制造工藝一樣，固態(tài)或毛細玻璃可以組合在內(nèi)包層及芯或僅是芯的周圍。這些多個細棒或毛細玻璃(在本發(fā)明優(yōu)選實施例的當(dāng)前特征的當(dāng)前制造方法的PCF變型的情況下，進一步參見這里的公開)和就導(dǎo)電帶版所描述的那樣被事先金屬化，從而在當(dāng)溫度合適時扭絞粗加工成品或在拉絲時，多個細圍繞光纖被扭絞在一起成為圍繞芯的線圈管。
圖13是圖38所示系統(tǒng)的第三特定實現(xiàn)方式的示意圖，其包含嵌入/應(yīng)用到粗加工成品1305中/上的導(dǎo)電元件1300。該第三實施例提供了當(dāng)所述粗加工成品沿著Y軸(如在圖52中描述的其在拉絲機中下降)旋轉(zhuǎn)和旋進以產(chǎn)生縱向延伸的預(yù)線圈管結(jié)構(gòu)1310時，將要嵌入在或放置在粗加工成品1305中的導(dǎo)電元件(例如導(dǎo)線、導(dǎo)電聚合物等)1300。導(dǎo)電元件1300被注入或?qū)牖蚺c粗加工成品1305結(jié)合配置。旋轉(zhuǎn)包含導(dǎo)電元件1310的粗加工成品1305(以及沿著Y軸的任何必要的旋進)在拉制之前在粗加工成品1305內(nèi)部產(chǎn)生初始的螺旋結(jié)構(gòu)。然后拉制粗加工成品1305以產(chǎn)生波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1315，并在所述材料在其玻璃溫度之上時使用第一軛鐵1320和第二軛鐵1325進行扭絞，從而在冷卻之后保持扭絞，而無需限制外套材料。在所述優(yōu)選實施例中，軛鐵是反扭絞結(jié)構(gòu)以提高每單位長度扭絞的數(shù)量。其結(jié)果是放置在波導(dǎo)1315中或波導(dǎo)1315表面上的導(dǎo)電材料線圈管。波導(dǎo)1315的扭絞以及螺旋導(dǎo)電元件的縱向壓縮形成所期望的導(dǎo)電線圈管結(jié)構(gòu)。
具有適當(dāng)厚度的導(dǎo)線在內(nèi)包層和外包層之間嵌入在粗加工成品中。包含隨后可被化學(xué)溶解的玻璃不是優(yōu)選的。參考美國專利6,431,935；所公開的方法具有一個缺陷，即必須在制造之后在光纖中使用浸溶解的處理方法，以便將導(dǎo)體材料(在這種情況下，是直導(dǎo)線)接觸暴露。處理成本更高并且更難于控制，并且在溶解了可溶解的玻璃層之后，會使將導(dǎo)線與光纖粘合的強度產(chǎn)生問題。
將導(dǎo)線嵌入在光纖中的其它實施方式是公知的，包括在可調(diào)諧的光柵應(yīng)用中作為電極的嵌入導(dǎo)線，包括由Fujiwara等在名為“UVExcited Poling and Electrically Tunable Bragg Gratings inGermanosilicate Fiber”(在Germanosilicate光纖中以UV激勵的還原和電調(diào)諧的布拉格光柵)的文章中所公開的。在該方式中，孔留在了粗加工成品中并在拉制之后保留下來，以便可將導(dǎo)線插入到光纖中。
然后當(dāng)拉制光纖時旋轉(zhuǎn)粗加工成品，這造成了圍繞著芯的扭絞；這樣由扭絞保持的導(dǎo)線形成了螺旋。依賴于扭絞的緊密程度，實際的繞線是可實現(xiàn)的。但是實現(xiàn)了帶與光纖軸呈直角的放置在重復(fù)帶上的導(dǎo)電材料的必要連續(xù)帶。
在“嵌入導(dǎo)線”方法的當(dāng)前的變型中，外部玻璃包層不需要是可溶解的玻璃與繞組的電接觸可提供在光纖衰減器段的末端。
接觸“內(nèi)部”(包層/涂層)層與外部層，以實現(xiàn)所需的電路元件然而，優(yōu)選地，在這種情況以及所有線圈管最終成為多包層/涂層的光纖的內(nèi)部元件的其它情況下，都進行接觸，用于形成光纖結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)空氣孔的商用方法是已知的，這種情況下，垂直于光纖軸形成微結(jié)構(gòu)空氣孔，并且其在加熱具有薄的外部包層的光纖中形成，該光纖的形成使得其以薄導(dǎo)線束的形式分離，使下一(內(nèi)部)包層暴露在空氣中。參考美國專利US6,654,522，其討論了商業(yè)上公開的方法(Lucent Technologies)。
新的元件是毛細空氣孔，已經(jīng)在粗加工成品階段存在于包層中，隨后由于包層的薄度，會由于短時間但劇烈地加熱以及短時間但有力地拉伸而損壞，這種損壞使下一包層暴露在卵形孔中。必須選擇該包層的溫度、加熱時間以及成分，以便使內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上不受影響。
在這種處理中，下一層，在當(dāng)前情況下包括線圈管，通過包層在大部分區(qū)域進行了保護，但在一些點通過微結(jié)構(gòu)的卵形孔暴露在空氣中。施加基本上覆蓋但有孔的層的方法，不管是通過涂敷還是包層，都是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。這些方法可在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中有益地實現(xiàn)。
當(dāng)將這種處理過的材料隨后作為柱面通過導(dǎo)電液聚合體溶膠涂敷在帶、點，或者光纖的部分上，并且凝固時，在導(dǎo)電聚合體穿透線圈管層的位置形成接觸。
圖14是圖38所述的系統(tǒng)的第四特定實現(xiàn)方式的示意圖，其包含外延地包裹在波導(dǎo)通道周圍的薄膜1400。在該實現(xiàn)圍繞波導(dǎo)或粗加工成品的線圈管的優(yōu)選方法中(在圖14的其他討論，波導(dǎo)將既指波導(dǎo)又指粗加工成品，除非上下文中清楚地指示)，產(chǎn)生線圈的導(dǎo)電圖案形成在薄膜上(所述導(dǎo)電元件不是比例顯示的，并在應(yīng)用后適于產(chǎn)生所期望的線圈管結(jié)構(gòu))。薄膜1400以印刷條或帶的形式被纏繞并粘合，外延地圍繞在波導(dǎo)周圍，并且在所述優(yōu)選實施例中，導(dǎo)電“線”接觸該波導(dǎo)。連續(xù)的縱向包裹之間的間隙被放大以描繪薄膜包裹。
II.以具有導(dǎo)電圖案印刷的薄膜進行外延纏繞的光纖，用于獲得多層繞組—在這種實現(xiàn)圍繞著光纖的線圈管的優(yōu)選方法中，以印刷條或帶的形式外延地圍繞光纖纏繞并粘合薄膜。
聚合物薄膜可以通過納米顆粒(例如可以從Blacksburg，VA的Nanosonic公司買到)的靜電自組裝(ESA)或者通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的標(biāo)準(zhǔn)的聚合物制造方法來形成，然后按如下所述來印制，接著通過從成形床外延揭開去除，或通過其他簡便的標(biāo)準(zhǔn)方法來形成，或者形成并吸附在主軸上，然后在張力下重新配置，然后印刷或沉積元件，或者如下所述進行制造。
所述薄膜首先利用一系列導(dǎo)電連接的平行線相對于薄膜的邊緣成直角放置的印制或靜電地形成(參考Nanosonic)，最后該平行線，相對于薄膜隨后繞其纏繞的光纖的軸垂直放置地印制或靜電地形成。為了實現(xiàn)纏繞，導(dǎo)電聚合物，或者納米墨水印制材料最適合沉積結(jié)構(gòu)。在通過成熟的半導(dǎo)體布圖方法，或通過諸如浸蘸筆納米平板印刷術(shù)之類的較新方法對薄膜印制或沉積導(dǎo)電圖案之后，將居間的第二層外延地添加或沉積在薄膜的印刷面上，這種第二層，正像薄膜本身那樣，具有適合的電絕緣值，同時具有適合的磁導(dǎo)率。兩層薄膜或一層薄膜與涂層形成雙層結(jié)構(gòu)。
這種薄膜可以大批量制造，并在印制之后纏繞到卷軸上。然后，當(dāng)它們要被纏繞到光纖上時，該光纖遞增的從卷軸上去纏繞，同時薄膜帶在與光纖鄰近的電樞中的線軸上。通過普通方法應(yīng)用外延繞組的粘合劑、氣溶膠或液體或活性干燥材料，而且薄膜的前沿利用底座閉合接觸，通過電樞的運動粘結(jié)到光纖中。
為了提供選擇的從薄膜外部向內(nèi)部的導(dǎo)電點，在印制或沉積導(dǎo)電圖之前，可以有選擇地對薄膜打上微穿孔，這通過掩?？涛g、激光器、氣壓穿孔，或其他現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法實現(xiàn)。因此，當(dāng)沉積導(dǎo)電材料時，在那些具有適當(dāng)尺寸的穿孔的區(qū)域中，導(dǎo)電材料可以有選擇地通過所述穿孔進入或接觸。穿孔可以是圓形的或是其他幾何形狀，包括直線、方形以及更多復(fù)雜的形狀和形狀大小的組合。
可選的，在薄膜帶的前沿，薄膜帶在一段較小的距離上稍寬，從而在纏繞在光纖周圍之后，額外的寬度用作接頭并且可以“折疊”以提供對由纏繞薄膜形成的纏繞結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層的良好接觸。
然后，旋轉(zhuǎn)光纖，有效地從線軸上拉去薄膜帶，或者更優(yōu)選的，線軸本身安裝在凸輪驅(qū)動主軸上，該主軸繞光纖旋轉(zhuǎn)，有效地將薄膜帶纏繞在光纖周圍。
通過該方法，電子纏繞圖案的多個薄膜層可以纏繞在光纖周圍，而不會極大地增加所得到的集成設(shè)備的直徑。其結(jié)果是具有非常薄且緊湊間隔的導(dǎo)電帶的結(jié)構(gòu)，對于給定的光纖的長度“d”(參考上面的公式1)，不止纏繞一次，而是反復(fù)的纏繞所述光纖x次，等效于在“d”光纖周圍纏繞相同的x個金屬線圈。
對于線圈管良好的電接觸點可以通過選擇的穿孔區(qū)實現(xiàn)，以便纏繞部分的“最底層”具有通過穿孔到達外部層的“清楚的”(不與多個包裹層覆蓋重疊)導(dǎo)管。然后，當(dāng)導(dǎo)電液聚合物溶液通過穿孔區(qū)域應(yīng)用到底部時，該導(dǎo)電溶液滲入并接觸最內(nèi)層。在紫外線(UV)固化時，該接觸結(jié)構(gòu)被凝固。
可選的，一邊折起的薄膜“接頭”，為開始纏繞的薄膜條的最內(nèi)部分，(在圖14中示出在光纖元件的輸入端)然后在纏繞薄膜的終止沿，以及在薄膜上的最后導(dǎo)電帶印制和在光纖元件的輸出端提供接觸點。
對于通過任何替代方法形成的電路，在接頭處或通過穿孔深度接觸進入薄膜線圈管的電流，被分配給底層的平行導(dǎo)線，并且這些平行導(dǎo)線在纏繞在光纖周圍的薄膜條的整個長度密集印制。電流圍繞光纖旋轉(zhuǎn)與薄膜條被纏繞一樣多的次數(shù)，最終在薄膜條的最外沿的接觸點，如所示接近光纖部件的“頂端”或輸出端，流出薄膜線圈管結(jié)構(gòu)。
該方法的變型是將帶自身圍繞光纖繞成螺旋狀，這通過旋進凸輪驅(qū)動的繞組主軸或旋進用來自線軸的張力保持光纖的電樞實現(xiàn)。雖然其中包裹的多層中沒有呈現(xiàn)較大的磁場強度，所述條的多層的厚度被減少。
顯而易見的是，在本發(fā)明的實施例之外給予本新方法其他的應(yīng)用，甚至本發(fā)明領(lǐng)域之外的更廣的應(yīng)用，該新方法也可以通過薄膜層形成其他電子設(shè)備。
III.在光纖上采用浸蘸筆納米平板印刷術(shù)印刷，以制造線圈管-圖15是圖38所示的系統(tǒng)的第五特定實現(xiàn)方式的示意圖，其包含使用浸蘸筆納米平板印刷術(shù)在波導(dǎo)通道上沉積線圈管1500。該優(yōu)選方法是建立浸蘸筆納米平板印刷術(shù)(Nanolithography)工藝的新穎的應(yīng)用，該過程在市面上可以從美國公司(NanoInk，Inc)獲得。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，采用納米管(nanotube)納米印刷設(shè)備，以在光纖上整體鉛版平板印刷纏繞結(jié)構(gòu)。納平板印刷設(shè)備安裝在一個穩(wěn)定的平臺上，同時光纖(如果需要的話，以及線軸)安裝在主軸裝置上，該主軸旋轉(zhuǎn)并旋進通過浸蘸筆納諾平板印刷設(shè)備的光纖。通過可以在市場買到的機器系統(tǒng)控制精確旋進和旋轉(zhuǎn)，確保了準(zhǔn)確形成類似導(dǎo)線的線圈結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^市場從NanoInk買到的設(shè)備使得可以制造極端精細的結(jié)構(gòu)。顯而易見的是，該可以從市場上獲得的浸蘸筆納米平板印刷術(shù)的新穎的應(yīng)用對本發(fā)明的實施例有另外的實用性。周期間隙(gap)1505允許將連續(xù)的波導(dǎo)切開成為波導(dǎo)段，每個具有完全功能的線圈管結(jié)構(gòu)。間隙1505不一定按比例，并且如文以及在所引入的專利申請中所公開的那樣，附加的內(nèi)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以集成到所述空間中以形成大量一致的和完全獨立的波導(dǎo)部件。此外，線圈管1500由線圈數(shù)、密度、材料等具體參數(shù)表示，其他構(gòu)成有具體實施決定。如在地處所述，在某些實現(xiàn)方式中，離散線圈管結(jié)構(gòu)可能不是必須的，因為高斯圓柱體(例如完全導(dǎo)電涂覆/金屬化的波導(dǎo)部分)可以用作線圈管。
IV.以涂敷/摻雜的玻璃光纖纏繞，(或者導(dǎo)電聚合體，金屬涂敷或不涂敷，或者金屬線)-圖16是圖38所示的系統(tǒng)的第六特定實現(xiàn)方式的示意圖，包含使用包裹過程在波導(dǎo)通道上沉積導(dǎo)電元件。在該優(yōu)選方法中，還實現(xiàn)了全波導(dǎo)線圈結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)該波導(dǎo)是光纖時-制造如在這里所指定的主波導(dǎo)通道的主光纖拉絲機(圖52所示)，在制造過程中與第二玻璃拉絲機組合(也是圖52中所示的類型)，其拉制纏繞光纖。
在該優(yōu)選的方法中，還實現(xiàn)了全光纖纏繞結(jié)構(gòu)。一個主光纖拉制機，如這里所定義的制造主波導(dǎo)光通道光纖，在制造過程中和第二玻璃光纖拉制機相結(jié)合，其中該第二玻璃光纖拉制機拉制纏繞的光纖。從第二拉絲機中拉出的涂層(或涂層且摻雜)的玻璃光纖的熱細絲，其直徑基本上比包含芯和包層的主光學(xué)波導(dǎo)光纖的直徑小，纏繞在從主拉絲機拉出的主熱光纖周圍。用于輔助纏繞光纖的粗加工成品使用標(biāo)準(zhǔn)的光纖制造方法涂覆金屬粉末或煙灰(或涂覆或摻雜導(dǎo)電摻雜物)，然后進行拉制。
之后輔助光纖的熱端通過熱粘合硅石粘合到主光纖。然后旋轉(zhuǎn)該主光纖制造裝置，從而輔助光纖緊密纏繞所述主光纖。在兩個光纖的溫度都足夠高的時進行纏繞使得可以獲得新的全光纖單一結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)光學(xué)波導(dǎo)周圍的導(dǎo)電纏繞。批量生成得到為后面裝配成最后的開關(guān)矩陣準(zhǔn)備的大量的纏繞光纖。
或者，導(dǎo)電聚合物細絲，其可以另外通過涂覆金屬粉末或煙灰來實現(xiàn)金屬化，并在加熱粗加工成品時退火和拉絲，可以纏繞光學(xué)波導(dǎo)光纖并使用在光學(xué)波導(dǎo)上涂覆的粘合劑來粘合。聚合物細絲可以極小的直徑制造，并且具有有利的Young’s模數(shù)。類似的，金屬線可以纏繞在光纖周圍。雖然傳導(dǎo)率較大，在導(dǎo)線直徑和靈活性方面存在較大的限制。
V.I至IV的組合-顯而易見的，將線圈管或線圈組合成一個集成的光纖元件的一系列方法不是互相排斥的，而是可以組合使用以獲得所需的性能水平的。通常在本發(fā)明全文所公開和引用的光纖制造中的摻雜劑組合以及工藝中，互相摻雜優(yōu)選地將多種摻雜劑引入到單一的工藝中，盡管例如MCVD(改進的化學(xué)氣相沉積法)比例如SOD(溶解摻雜)更不適用于某些需要，因此可通過不同的連續(xù)工藝來實現(xiàn)摻雜。
VI.周期的扭絞、纏繞、印刷等等-為了允許在批量制造光纖時在線圈管結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生間隙，以便在切開的光纖段中，留有沒有線圈管單具有“頭”和“尾”的光纖，線圈管的扭絞、纏繞、印刷等等可以是周期性的。例如，在根據(jù)這里所公開的變型拉制并扭絞光纖時，對精確長度的光纖來執(zhí)行扭絞然后停止，但在拉制機中繼續(xù)拉制光纖，直到達到所需長度的間隙，然后再次開始拉制。未扭絞的導(dǎo)體材料然后提供了輸入和輸出接觸點(見其它處公開的互相及內(nèi)部的包層接觸方法)。這樣，可集成地制造在光纖中的額外結(jié)構(gòu)，包括晶體管結(jié)構(gòu)(也在其它處公開了)，就可以在光纖的“純凈”的輸入部分中制造，其中該光纖沒有也集成制造的線圈管結(jié)構(gòu)。
根據(jù)在他處所公開的這些方法的細節(jié)，纏繞或卷繞光纖也可以是斷續(xù)的；在實現(xiàn)了纏繞的精確長度之后，光纖的旋轉(zhuǎn)停止(或幾乎停止)了，以便使導(dǎo)體絲附著在主光纖上但卻是平行的(或幾乎平行的，執(zhí)行間隙更大長度上的纏繞部分)。在印刷膜纏繞光纖的情況下，膜纏繞可以繼續(xù)，但印刷線圈管自身是斷續(xù)的。
VII.線圈管上的可選涂層和/或包層-在所公開的方法的任一種或它們的組合完成之后，例如可對薄膜纏繞的光纖應(yīng)用保護涂層，以包含薄膜。
另外，具有集成線圈管及其它所公開的功能、結(jié)構(gòu)和特征，通過摻雜、氣泡的添加、扭絞、卷繞、纏繞、加熱引入孔、不規(guī)則化、氣泡等等的光纖，暴露在橫向激光中，用于改變光反應(yīng)摻雜劑，可在制造、涂敷或未涂敷之后，再次與包層材料一起引入，并拉制成新的粗加工成品的一部分。這種包層自身可以如在各種公開中定義的那樣摻雜并處理。所制造的基于硅石的光纖也可以與其它光纖和粗加工成品材料在新的粗加工產(chǎn)品階段進行組合，并被混合或組合為較大的復(fù)雜光纖、電纜或織物結(jié)構(gòu)。(參考美國專利6,647,852，ContinuousIntersected Braided Composite Structure and Method of Making Same(持續(xù)相交的混合的復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制造方法))和第一次將晶體管實現(xiàn)為集成半導(dǎo)體設(shè)備一樣，集成的電光子光纖設(shè)備是改變了常規(guī)法拉第衰減器的范例。參見美國專利號6,333,806。
光纖可被看作是自襯底，在該自襯底中可實現(xiàn)固態(tài)電子和光子元件。本發(fā)明的實施例的新光纖元件所公開的新方法和結(jié)構(gòu)代表一種將光纖作為計算元件和設(shè)備的概念實現(xiàn)實現(xiàn)的示例性轉(zhuǎn)變。許多例子之一是在光纖包層中實現(xiàn)亞鐵/鐵磁摻雜劑的實現(xiàn)方式的重要性，其有效地實現(xiàn)了基于光纖的保持邏輯狀態(tài)的存儲設(shè)備。
以高容量和低缺陷制造一種結(jié)構(gòu)的能力，其中該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了半導(dǎo)體摻雜方法和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并包括不同折射內(nèi)反射和光子能帶隙限制，代表了用于光學(xué)開關(guān)系統(tǒng)以及最終的光電子集成計算的光電子或光子的替代范例。最后包含量子孔、大規(guī)?？滓约叭毕?、采用硅、鍺、金屬價替代物的摻雜劑操作的電子能帶隙和光子能帶隙結(jié)構(gòu)，通過低成本、高容量、密集系統(tǒng)的組合，意味著對基于晶片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的更大范圍的替代選擇。這樣，就可廣泛地應(yīng)用這里所公開的新的元件。
對這里所公開的普通開關(guān)范例的潛在的進一步描述包含在優(yōu)選用于制造本發(fā)明實施例的開關(guān)矩陣的三維織物格子組合方法的公開中，并包含在將晶體管集成在光纖結(jié)構(gòu)自身中的“有源矩陣”開關(guān)范例的方法的公開中。
開關(guān)矩陣作為編織織物結(jié)構(gòu)-在該優(yōu)選實施例中，光纖元件被保持并組合為織物結(jié)構(gòu)的元件，該織物結(jié)構(gòu)形成了“開關(guān)結(jié)構(gòu)”或矩陣。保持并尋址光纖元件的開關(guān)結(jié)構(gòu)，因此作為平面表面，平行于位于設(shè)備的相對后部的照明系統(tǒng)，并且平行于位于設(shè)備相對前部的顯示表而放置。
提花織機型織物制造工藝的細節(jié)-光纖元件的紡織物類型的組合是通過現(xiàn)代的、精確的提花織機織物制造系統(tǒng)(參考商業(yè)上的例子，Albany International Techniweave)來完成的。這些步驟將在下面描述。(開關(guān)矩陣有“x”尋址元件和“y”尋址元件，如下。)圖17是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的“X”帶狀物結(jié)構(gòu)光纖系統(tǒng)1700的示意圖。光纖系統(tǒng)1700包括多個調(diào)制器段1705，每個段具有一個集成的影響器元件1710，用于如本文及引用專利申請中所描述的那樣控制單個通道的振幅。另外，系統(tǒng)1700包括多個結(jié)構(gòu)元件1715，以及/或者間隔器元件1720，其在下文進一步描述。系統(tǒng)1700還包括導(dǎo)電“X”尋址細絲1725和導(dǎo)電“Y”尋址細絲1730，以用于X/Y矩陣尋址系統(tǒng)。導(dǎo)體元件可以是金屬的或?qū)щ娋酆象w等等。
I.“X”帶狀物平行于顯示表面的結(jié)構(gòu)光纖，編織用以保持光纖段和平行的間隔器細絲；其輸出端指向/形成顯示表面的光纖元件；還結(jié)合實現(xiàn)“X”尋址的導(dǎo)電聚合體細絲。
使用精細的三維提花織機裝置準(zhǔn)備好光纖和細絲后，如這里所述的對帶狀物進行編織?！按怪薄惫饫w，其是顏色束的形式，并根據(jù)上述方法批量生產(chǎn)，(連同可選的“間隔”細絲，也是垂直的)，設(shè)置為和結(jié)構(gòu)光纖編織，在a和b處示出-依賴于結(jié)構(gòu)長度要求，最少約4個微纖維，兩個位于頂部兩個位于底部，底部中的一個為導(dǎo)電聚合體微纖維，其實現(xiàn)每個光纖的“X”尋址。其它的導(dǎo)電細絲或?qū)Ь€也是可以的，盡管不是最佳的?？蛇x地，導(dǎo)電細絲或纖維還可以是兩個完全的結(jié)構(gòu)纖維。
對可選的“間隔”細絲的需要是通過與子像素的直徑相比的光纖段的相對直徑來確定的，子像素的直徑則由顯示器的大小及其分辨率決定。顯著小于子像素直徑的光纖直徑將需要至少一個或多個間隔細絲，除非，如下所描述的，對每個子像素采用多個纖維，或采用其它的方法，這也在下文描述。
織物制造范例的優(yōu)點是，相鄰的法拉第衰減器/子像素/像素元件可以“垂直地”互相偏移，或者由間隔元件隔開，在需要隔離的情況下，這作為將元件彼此電性和磁性隔離的額外方式。
在“x”和“y”尋址光纖的情況下，在光纖的相對“頂部”和“底部”(接近輸出和輸入端)具有良好的接觸，如所示。線圈管或線圈或其它場產(chǎn)生元件具有在光纖上所提供的表面接觸。
由于每個光纖都是一個子像素，并且每個帶狀物都與只有一種顏色的染料摻雜的光纖編織，垂直的光纖的數(shù)量就將由其用于的顯示器的分辨率需求來確定，可在幾百到幾千的范圍內(nèi)波動。
在編織結(jié)構(gòu)纖維和尋址纖維的之后，在帶狀物的上部和下部固定點上留下間隔，可在切割之前對帶狀物應(yīng)用固定粘合劑。結(jié)構(gòu)化和尋址的纖維被鉤在幀中的可移動的薄片上的任一側(cè)。帶狀物然后被適當(dāng)?shù)乩o。在帶狀物行之間留下間隔，然后重復(fù)該過程，產(chǎn)生長的編織纖維串，該纖維串隨后以優(yōu)化的長度上從織機上分離，這是由織物制造標(biāo)準(zhǔn)所決定的。所得的纖維以標(biāo)準(zhǔn)織物制造方式卷在軸上。卷在軸上或保持幀上后，機制的纖維然后就移動到另一織物處理裝置中，在該裝置里帶狀物從長纖維卷上切下。垂直的光纖和間隔纖維在上面和下面被切開。切開裝置也可以先對將成為光纖元件輸出端的部分加熱，在對織物加熱和軟化的同時，結(jié)合通過織機裝置在纖維上施加的張力這會獲得對光纖端有效的伸長和形狀的調(diào)制。這樣，當(dāng)切開裝置具有以滾筒構(gòu)成的作為接觸點的預(yù)先加熱條時，錐形或壓縮以與光纖軸呈直角的角度旋轉(zhuǎn)，然后切開裝置可以平行于光纖軸移動，因此還獲得光纖端的扭絞或磨損。其它相似的機械壓力、加熱和形成方法可顯而易見地用來在切開之前改變光纖端的形狀和結(jié)構(gòu)，以獲得改進的散射和色散特性。一經(jīng)分離，作為結(jié)果的帶狀物被卷在卷軸上。
圖18是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的“Y”帶狀物結(jié)構(gòu)化光纖系統(tǒng)1800的示意圖。光纖系統(tǒng)1800包括多個調(diào)制器1805，其具有一個或多個插入的第一結(jié)構(gòu)細絲1810和一個或多個插入的結(jié)構(gòu)細絲/間隔器1815。一個或多個“X”尋址帶狀物1820，如圖17所示在調(diào)制器1805和細絲/間隔器1815之間被編織，以便為調(diào)制器1805提供“X”尋址輸入。導(dǎo)電的“Y”細絲1825完成X/Y矩陣尋址。光纖系統(tǒng)1700和光纖系統(tǒng)1800的組合產(chǎn)生了一個織物開關(guān)矩陣。
II.“Y”纖維/細絲形成另一“帶狀物”，但與“X”帶狀物呈直角并且經(jīng)過該“X”帶狀物，包括實現(xiàn)“Y”尋址的結(jié)構(gòu)細絲和導(dǎo)電聚合體細絲，形成所得的織物層。
“x”帶狀物，由“縱長的”結(jié)構(gòu)細絲和“x”尋址細絲以及成百上千的“垂直”單色染料摻雜并制造的光纖法拉第衰減器元件構(gòu)成，接下來被設(shè)置在另一精確的提花織機機器中，其具有最終編織到其中的成百上千的帶狀物，該帶狀物形成為織物編織開關(guān)矩陣。
現(xiàn)在和平行的帶狀物進行編織的是“Y”結(jié)構(gòu)細絲和“Y”尋址細絲，如所示，其隨著編織入“x”帶狀物，形成等價的“y”帶狀物。帶狀物的光纖軸(它們的寬度)垂直于“y”細絲的平面來設(shè)置。精確的提花織機允許透過“X”帶狀物的增強結(jié)構(gòu)化細絲的上部和下部之間的間隙，以便使薄“x”帶狀物形成織物“層”的深度，其表面包括光纖法拉第衰減器元件的投影“輸出”端。平行于該“表面”是“X”帶狀物的結(jié)構(gòu)和“底部”尋址細絲，以及“Y”網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)和“頂部”尋址細絲。
來自提花織機的可移除“顯示幀”，其變?yōu)槠桨屣@示器的結(jié)構(gòu)幀，并將尋址細絲固定在驅(qū)動電路上，其保持了開關(guān)矩陣的整個編織結(jié)構(gòu)。通過在側(cè)邊編織的自固定也可在織物層的每個“x”和“y”行的末端實現(xiàn)單獨的鉤住或扣緊裝置。一旦編織并被拉緊，用于織物層的可移除幀就從織機上移走。該幀將用于將織物開關(guān)矩陣層固定在最后的顯示器外殼上。幀可以是剛性或撓性的，其由每個和“x”和“y”行和列相接觸的尋址邏輯(例如，晶體管)或?qū)щ娫碇圃?。另外，在層邊緣的編織通過織物制造的標(biāo)準(zhǔn)方式來自固定該層，由此采用固定在每個“X”帶狀物和“Y”帶狀物的側(cè)邊上的鉤子或扣緊元件，使層可選地從織機未改變地移走。然后用這些鉤子或扣緊裝置將該層鉤住或扣緊在顯示器外殼結(jié)構(gòu)上，用于“x”和“y”尋址細絲的鉤住或接觸點與用于顯示設(shè)備的驅(qū)動電路相接觸。一經(jīng)移走，或者象織物制造中許多選項中方便的那樣仍在織機內(nèi)，所得的織物層可以用溶膠來飽和，這種溶膠被染黑，以便實現(xiàn)一個黑色的矩陣，并且UV固化。然后溶膠密封織物格子?？梢赃x擇溶膠來實現(xiàn)柔性但密封的織物層，或者剛性或半剛性結(jié)構(gòu)，并具有適當(dāng)?shù)母綦x和/或屏蔽性質(zhì)。一經(jīng)固化，額外的溶膠或液體聚合體可以覆蓋在固化的、密封的織物層/開關(guān)矩陣表面上，如果必要的話按依次覆蓋上部和下部。因為輸出和輸入端的光纖元件將在延伸到固定和尋址水平細絲之上，可能需要額外的柔性或剛性或半剛性材料，用于填滿光纖的投影端之間的間隔。平坦、齊平的輸出和輸入表面的形成可在法拉第衰減器元件的光纖的輸入端之前，輸出端之后沉積偏振薄膜，盡管這種膜或薄片可以粘著或固定在輸入端和照明源之間的位置上，以及在外部顯示光學(xué)玻璃上，或者輸出端和任意最終的光學(xué)元件，包括光學(xué)玻璃之間的位置上，等等。
實現(xiàn)開關(guān)網(wǎng)格的方法不進行尋址細絲、以溶膠飽和和固化，對頂層進行額外的液體聚合體平滑、以及通過標(biāo)準(zhǔn)FPD尋址網(wǎng)格印制的薄膜的外延來沉積、或其它標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體平版印刷方法來制造織物層結(jié)構(gòu)。
開關(guān)矩陣作為編織織物結(jié)構(gòu)的范例，適用于任何規(guī)模的織物制造機械，從示例性的商用的Albandy International Techniweave的設(shè)備和工藝，到微米和納米級的織物類型制造上，該類型的制造使用Zyvex的商用的微組合(micro-assembly)工藝裝置和方法，特別用于以納米操作系統(tǒng)進行微米和納米光纖和細絲的織物類型的制造，以及Arryx光學(xué)鑷子鉗的方法。這種方法將織物范例，單獨地或有利地組合，變?yōu)樽钚】赡芤?guī)模的組合及元件，以實現(xiàn)“納米編織”系統(tǒng)的各種形式。
圖19是織物矩陣1900的示意性三維表示，其可用作這里以及在引用的專利申請中所描述及建議的顯示器、顯示元件、邏輯設(shè)備、邏輯元件或存儲器設(shè)備等等。矩陣1900包括多個波導(dǎo)通道細絲1905和可選的結(jié)構(gòu)/間隔器元件1910，其與“X”結(jié)構(gòu)細絲1915、“X”尋址機構(gòu)細絲或帶狀物1920和“Y”尋址/結(jié)構(gòu)細絲1925互相交織。
下面的討論涉及矩陣中的法拉第旋轉(zhuǎn)器元件的邏輯尋址。
“無源矩陣”，沿矩陣兩側(cè)(X和Y)的邏輯和晶體管-織物層形式的開關(guān)矩陣，其可組合到顯示器外殼/結(jié)構(gòu)上，通過織機的可去除幀(剛性或柔性的)的放置和固定，或者通過為每個顏色子像素行提供的鉤子或扣緊設(shè)備來放置并固定到位。
在可去除幀的情況下，在這種“無源矩陣”選項中，優(yōu)選地該幀自身合并按順序?qū)ぶ氛麄€矩陣的每個“x”和“y”行所需的邏輯，或者順序?qū)ぶ贩指舻母鱾€部分。其中以變化的電流適當(dāng)調(diào)制的脈沖用于尋址，調(diào)制的脈沖通過振幅有效地傳播了子像素信息，并改變給定視頻顯示“幀”的每個子像素法拉第衰減器元件的旋轉(zhuǎn)所必需的電流。這種邏輯的制造是通過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體或電路板的平版印刷或印刷系統(tǒng)，或者通過在這里引用的其它方法，包括浸蘸筆納米平板印刷。
或者，可去除幀可簡單地用印刷的導(dǎo)體帶來制造，該導(dǎo)體帶進而接觸在顯示器外殼/結(jié)構(gòu)中的“內(nèi)部”幀上制造的邏輯。
“有源矩陣”，集成在光纖元件或其它織物元件中的邏輯和晶體管-實現(xiàn)晶體管以控制顯示器的每個子像素所增加的復(fù)雜度，與上述的每個子像素通過x-y軸向晶體管由開關(guān)x-y行列尋址的“無源”矩陣的實現(xiàn)相比，在給定了用于光纖摻雜劑材料的當(dāng)前的維爾德常數(shù)的情況下，對于獲得法拉第衰減器元件的最佳性能仍是有益的。
在“有源矩陣”方式的情況下，下面描述光纖或織物矩陣所必需的選項晶體管集合到光纖中，通過摻雜在光纖內(nèi)形成-圖20(包含了圖20A、圖20B和圖20C)是波導(dǎo)通道2000的橫斷圖。圖20A是垂直于鄰近集成影響器(例如線圈管)結(jié)構(gòu)的傳播軸的通道2000的視圖。從中央開始向外，通道2000包括芯2005、可選的第一邊界區(qū)2010、第二邊界區(qū)2015、緩沖/影響器區(qū)2020、“N”區(qū)域2025、柵區(qū)域2030、“P”區(qū)域2035以及導(dǎo)電接觸區(qū)2040。芯2005是光學(xué)活性的芯，其在優(yōu)選實施例中是染料摻雜的，目的是獲得所需的光譜特征，其它的包括提高通道2000對來自影響器區(qū)2020的振幅效應(yīng)控制影響的“影響性”的傳送器特性。如上文和引用的專利申請中所述，可選區(qū)域2010可以用永久的磁性成分來摻雜，區(qū)域2015可包括亞鐵/鐵磁成分來改善操作。
圖20B是圖20A所示的波導(dǎo)通道2000的橫斷面2040，在最初的直徑切割2050之后在傳播中平行于傳播軸。晶體管可在光纖制造工藝中“在包層間”制造，優(yōu)選地作為相對于內(nèi)部包層1和2(內(nèi)部包層1是可選的)的“外部”結(jié)構(gòu)。被摻雜以獲得適當(dāng)?shù)碾娊^緣和磁屏蔽的薄緩沖層玻璃煙灰，沉積在粗加工成品上，以便在包層頂部形成另一個包層，該層位于已經(jīng)按光纖規(guī)范建立的包層和摻雜的芯之上，并且該包層和芯已經(jīng)以金屬煙灰或金屬粉末涂敷了，以實現(xiàn)場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，(該相同的緩沖層可以是粗加工成品的同一層，在線圈管作為場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)是必需的情況下，其間歇地被涂敷并扭絞或“螺旋噴涂”或“螺旋切割”，并根據(jù)在引用的專利申請中公開的制造線圈管的相應(yīng)選項)。摻雜的半導(dǎo)體“P”和“N”包層被沉積，中間沉積有“柵”層，它們?nèi)孔鳛榇旨庸こ善返某练e煙灰的包層元件?？梢园催@種普遍方法制造各種晶體管類型。
如此沉積在粗加工成品的包層的長度被分段，通過在旋轉(zhuǎn)的粗加工成品上切開直徑切割口2050界定線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，以便該粗加工成品在線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的輸出端，切穿到緩沖/影響器層2020。切割口2050定義了光纖軸的環(huán)形槽。
圖20C是圖20B所示的波導(dǎo)粗加工成品2040的橫斷面2055，在最初的直徑切割2050以及在波導(dǎo)2040上沉積接觸層2040之后在傳輸中平行于傳播軸。粗加工成品2055包括X/Y尋址矩陣的“X”尋址輸入2060和“Y”尋址輸出2065。輸入2060是用于與行段接觸的縱向?qū)щ娫涿總€都具有定義晶體管開關(guān)元件的分層接觸結(jié)構(gòu)2070。通過直接將控制信號引向“A”處的輸入2060，然后經(jīng)過晶體管元件2070輸入到影響器區(qū)2020(如“B”所示)然后至如“C”所示的Y輸出2065，以激勵影響器2020，為影響器區(qū)2020的激勵定義電路。在某些實例中，形成額外的軸向槽2075來隔開各區(qū)，例如晶體管元件2070。
將晶體管制造成光纖結(jié)構(gòu)的集成元件的可能，是由下面的事實引出的，即光纖可作為“自襯底”，在其上可制造其它電子和光電子結(jié)構(gòu)，包括晶體管，“在包層間”制造。實際上是半導(dǎo)體和電光結(jié)構(gòu)的包層或?qū)涌赏ㄟ^光纖粗加工成品以及拉制工藝，以及/或者在光纖上外延地生長來制造，這如半導(dǎo)體晶片一樣。另外，制造薄膜的方法，通過外延揭開從標(biāo)準(zhǔn)的襯底上移走，并如這里就印刷在薄膜上的線圈管所公開的那樣，粘著在光纖上而不需要從襯底上外延揭開，這種方法事實上是半導(dǎo)體制造范例的變型。
晶體管可在光纖制造工藝中“在包層間”制造，優(yōu)選地作為相對于內(nèi)部包層1和2(內(nèi)部包層1是可選的)的“外部”結(jié)構(gòu)。薄緩沖層玻璃煙灰被摻雜以獲得適當(dāng)?shù)碾姼綦x和磁屏蔽，并被沉積在粗加工成品上，以形成已按這里所公開的光纖規(guī)范制造的包層的和摻雜芯之上的另一包層，該包層和芯已經(jīng)被金屬煙灰或金屬粉末所覆蓋，以實現(xiàn)場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，(該相同的緩沖層可以是粗加工成品的同一層，在線圈管作為場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)是必需的情況下，其間歇地被涂敷并扭絞或“螺旋噴涂”或“螺旋切割”，并根據(jù)在引用的專利申請中公開的制造線圈管的相應(yīng)選項)。
摻雜的半導(dǎo)體“P”和“N”包層被沉積，中間沉積有“柵”層，它們?nèi)孔鳛榇旨庸こ善返某练e煙灰的包層元件?？梢园催@種普遍方法制造各種晶體管類型。
如此沉積在粗加工成品的包層的長度被分段，通過在旋轉(zhuǎn)的粗加工成品上切開直徑切割口來界定線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，以便該粗加工成品在線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的輸出端，切穿到緩沖層。切割口繞光纖軸是環(huán)形的。然后在粗加工成品上沉積金屬煙灰，其填充在線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的輸出端上的切割口。
然后在增加了導(dǎo)電層之后制造第二組切割口，其中一個臨近在線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的輸出端上的切割口，兩個在該結(jié)構(gòu)的相對輸入端，通過導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層至內(nèi)部緩沖/線圈管層，以便使晶體管結(jié)構(gòu)和線圈管段導(dǎo)電絕緣。在完成直徑切割之后，只有在線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的輸出端上的第一次切割口，以連接到外在導(dǎo)電層的導(dǎo)電材料來填充。
在線圈管的相對“底部”填充切割口的導(dǎo)電金屬煙灰提供了直接與晶體管結(jié)構(gòu)相接觸的觸點，而在線圈管的相對“頂部”填充了“最高處”的切割口的半導(dǎo)體金屬煙灰形成了與線圈管自身的直接接觸。然后，與“較低”的大“圓柱”，也就是包層結(jié)構(gòu)的晶體管結(jié)構(gòu)的最外側(cè)導(dǎo)電層(在粗加工成品階段鋪設(shè)金屬煙灰)的接觸，提供了與光纖集成的開關(guān)，而與“上部”薄圓柱部分的接觸完成了電路。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，電流以適當(dāng)?shù)拇笮∽鳛槊}沖流到線圈管，磁化亞鐵/鐵磁摻雜劑分子，以保持穿過芯的光的偏振角的旋轉(zhuǎn)量。脈沖電流在線圈管的相對頂部流出，流經(jīng)相對于臨近的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料。
其他隔開包層結(jié)構(gòu)晶體管的方法是實用的并被是本發(fā)明實施例的新方法所包括。在以晶體管和線圈管形成電路的情況下，該方法將內(nèi)部包層以及芯作為一組外部包層圓柱包圍，該包圍從也是由這些層構(gòu)成的光纖的整個長度開始，因此在不同層的元件間形成電路。這些方法包括先前參考的在商業(yè)上用的Nanosonic的靜電自組合處理。
與上面的方法相類似的方法可在以涂層形成的拉制階段中實現(xiàn)，因此不是通過在粗加工成品上沉積煙灰形成包層，而是在光纖長度上增加涂層，在由晶體管作為包層所表示的圖案之后，在拉制光纖并通過相關(guān)的方法實現(xiàn)線圈管之后，大批制造晶體管結(jié)構(gòu)。
關(guān)于形成接觸點以實現(xiàn)串聯(lián)的晶體管和線圈管，特別是在如果晶體管層是通過涂敷形成的或以印在膜上的線圈管或場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)纏繞光纖時，另一個可用的選項是相關(guān)的。也就是，緩沖層可以非常薄，以便在拉制之后，光纖可選擇性地部分伸長，以便形成孔并彎曲，因此導(dǎo)電“基底”包層和線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的一些點接觸。相對于拉制軸通過優(yōu)先彎曲所產(chǎn)生的不等伸長，可在線圈管的“底部”先拉伸緩沖層，影響“內(nèi)部”半導(dǎo)體層(或基底)之間的接觸。依賴于拉伸和彎曲的量以及孔深度或由此產(chǎn)生的斷裂，可以沉積導(dǎo)電聚合體或金屬粉末涂層，以形成和在粗加工成品階段所定義的采用煙灰“切割和填充”方法所形成的其它的不同深度的接觸。為了替代在粗加工成品階段定義的采用煙灰“切割和填充”方法所形成的其它的接觸結(jié)構(gòu)中的材料，在接觸點上的覆蓋的加熱和消融是一種進一步的選項。
也可以通過改變包層或覆蓋的各層中的接觸點的材料性質(zhì)來實現(xiàn)接觸點。這可通過以適當(dāng)?shù)娜肷浣沁M行離子束轟擊，在線圈管或場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的“底部”和“頂部”接觸點上打孔并將緩沖層和“內(nèi)部”半導(dǎo)體包層(或基底)固定在一起來實現(xiàn)。
或者，可采用所改變的層的點蝕刻和外延沉積-在線圈管的相對“底部”以及線圈管的“頂部”的相對精確“點”用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料代替緩沖層的精確“點”。用半導(dǎo)體或“基底”材料替代的緩沖材料，兩個半導(dǎo)體和柵材料也在組合的光纖結(jié)構(gòu)的相同點上再次沉積(也通過適當(dāng)?shù)撵o電自組合方式進行浸蘸)。
形成有效的“層間”接觸點的這些和其它方法，以及包括晶體管和線圈管的電路，晶體管和線圈管本身都被作為批量制造工藝的一部分制造，并都是集成的“包層間”和/或“涂層間”結(jié)構(gòu)化元件，上述的這些和其它方法包括在本發(fā)明的方法和器件的范圍內(nèi)并能實現(xiàn)。
代替在粗加工成品和拉制過程中制造圍繞芯的包層的形式的晶體管結(jié)構(gòu)，晶體管結(jié)構(gòu)可以采用在事先制造作為自襯底的光纖上，用已知的半導(dǎo)體基于蒸氣的和其它方法來制造。量子勢阱混合(QWI)尤其有益。
光纖可能已經(jīng)有合成的p-n/和柵包層，其然后被掩膜并蝕刻以形成合適的晶體管結(jié)構(gòu)，或者整個晶體管半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括其預(yù)先存在的光學(xué)活性芯，可選的永久磁化的包層1、亞鐵的鐵磁包層2和線圈管/場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，可在光纖上生長/掩膜/蝕刻。
用于在光纖結(jié)構(gòu)中形成集成的晶體管的方法和元件的優(yōu)選實施例在如此制造的元件的數(shù)量方面沒有限制。通過粗加工成品的構(gòu)成和摻雜，以及隨后的光纖拉制，或者與拉制的包層的頂部上的附加層的外延生長和再構(gòu)成進行組合，以及/或者以另外制造并由外延揭開所移走的薄膜，以及這里所公開的變型和作為對方法及元件的邏輯延伸，可以制造多于一種晶體管“包層環(huán)形”結(jié)構(gòu)。
元件或特征的種類的可能，如上所述，從通過包層間結(jié)構(gòu)制造的單個晶體管，到通過光纖的三維結(jié)構(gòu)并在其上制造整個微處理器。元件的數(shù)量依賴于光纖的大小。這里所公開的相對“裸露”的光纖結(jié)構(gòu)，不必以在通信范圍內(nèi)用于環(huán)境保護的堅固的材料來覆蓋，具有相對小的直徑，其將“支持”每單位長度相對小的元件數(shù)量。然而，光纖的長度在這種情況下也可以提高，從而加倍了元件的數(shù)量。
作為示例，300mm2的壓模區(qū)和0.30微米的特征大小可以通過250微米直徑和190mm長的光纖來實現(xiàn)。較小直徑的單模光纖，其直徑為20微米并具有大約126微米的圓周，將在15mm的光纖段長度上產(chǎn)生1.89平方mm的表面積。采用該表面積(以多層結(jié)構(gòu))來制造集成電路提供了現(xiàn)代電子微處理器的壓模區(qū)的并非微小的部分。
然而，三維圓柱表面幾何形狀所提供的設(shè)計機會與標(biāo)準(zhǔn)壓模的二維平面幾何形狀相比，提供其自身的優(yōu)點。
而且，由于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在包層內(nèi)部和包層間并通過涂敷制造，并因此可以向下利用光纖結(jié)構(gòu)至包括芯，固態(tài)光纖結(jié)構(gòu)可以另外地微結(jié)構(gòu)化，以便通過各種方法(包括形成導(dǎo)電的微細絲的射線摻雜分布)，允許在通過光纖體的外表面點之間形成額外的電路結(jié)構(gòu)和策略。
光纖的這種固態(tài)IC微構(gòu)成顯而易見地不限制于晶體管、電容、電阻、線圈管或其它的電子半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而是實際上提供了光電子集成的實質(zhì)范例，如其它部分所公開的方法、設(shè)備和元件所證明的。這樣，這里所公開的新的集成的(微)法拉第衰減器光纖設(shè)備可替代地作為新的通?？刹捎玫慕Y(jié)構(gòu)化光電子IC設(shè)備的一個實例來公開。
不僅電子半導(dǎo)體特征可在包層內(nèi)部和包層間制造，而且任意電光子或光電子設(shè)備都可以作為如此制造的這種集成IC的一個元件，其集成在光纖內(nèi)部用于改變光纖芯中的光通道，通過模式或?qū)Π鼘拥钠渌x擇來限制，或額外地在表面螺旋的通道中通過，該通道在拉制粗加工成品的處理中制造，或與作為主光纖的包層/覆蓋結(jié)構(gòu)中的輔助的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)而制造的半導(dǎo)體波導(dǎo)通道一樣制造。光子帶間隙可通過所參考的和其它部分所公開的以及現(xiàn)有技術(shù)公知的方法在包層內(nèi)部或包層間制造，結(jié)果產(chǎn)生了合成的光纖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括標(biāo)準(zhǔn)光纖芯和包層或在其上進一步形成包層和覆蓋的光子晶體基底。
通過連續(xù)地以適當(dāng)?shù)姆绞秸航募{米粒子的靜電自組合，和有效且大容量地制造基于光纖的結(jié)構(gòu)特別相關(guān)。
制造方法的額外優(yōu)點，尤其是有效地制造光纖的彎曲表面幾何形狀可商業(yè)上從Molecular Imprints公司獲得。這種制造的范例以“步進和快速(step and flash)”印記平版印刷術(shù)為商標(biāo)，其可承受“納米印記”(nano-imprint)模型的子微米對齊和室溫制造，“納米印記”模型復(fù)制了液體印記流動性的納米結(jié)構(gòu)模型(在這種情況下，有效的粘度用于通過表面張力粘著到固化的光纖幾何形狀)，其快速UV固化。步進過程很適于在相對平坦的部分形成彎曲幾何形狀的圖案，并提供了潛在的低成本制造的可能。
在芯中傳導(dǎo)并限制在包層中的光，或者在輔助且小的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中傳導(dǎo)的光，可以由法拉第旋轉(zhuǎn)來控制。光纖的光折射摻雜以允許感應(yīng)的Bragg光柵和由光子激勵產(chǎn)生的其它結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，以及對光纖結(jié)構(gòu)(芯和包層)的電光改變來實現(xiàn)光柵和其它結(jié)構(gòu)，和其它的光子開關(guān)和調(diào)制方法可以有益地作為組合的復(fù)雜的基于光纖的IC結(jié)構(gòu)的元件來實現(xiàn)。
實現(xiàn)粗加工成品拉制和其它現(xiàn)有技術(shù)所公知的一批光纖的制造工藝以及半導(dǎo)體制造方法的組合，包括經(jīng)過螺旋生長的一批光纖或例子轟擊批處理方法或靜電子組合，這種范例的功能是通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例和實現(xiàn)方式以及在織物結(jié)構(gòu)的情況下進一步公開來示出的，其中該織物結(jié)構(gòu)組合了多個這種IC光纖電光子設(shè)備。
對半導(dǎo)體平版印刷的光幾何形狀以及現(xiàn)有技術(shù)公知的可選形成圖案的方法(粒子束方向)的調(diào)整，以適于作為IC制造的自襯底的光纖的幾何形狀，可通過對現(xiàn)有技術(shù)公知的光學(xué)元件和調(diào)焦元件的標(biāo)準(zhǔn)修改而有效地進行。
集成到光纖的晶體管，在光纖上纏繞的薄膜-如這里所公開的新方法，也就是以印刷在薄膜上的導(dǎo)電圖案來進行螺旋纏繞以實現(xiàn)線圈管，用于將晶體管集成到光學(xué)元件的制造中的新方法遵從相同的類型。
通過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體或納米平板印刷方法，在薄膜帶上印刷晶體管可以在相同的薄膜帶的頂部或底部進行，該薄膜帶可選地纏繞在光纖周圍以影響產(chǎn)生場的線圈管，該場旋轉(zhuǎn)光纖所傳導(dǎo)的光的偏振角?；蛘咴趪@光纖的頂部或底部的帶上形成，這里線圈管或線圈是由這里所公開的其它方法中的一種制造的。
印刷在薄膜帶上的晶體管，在與開關(guān)矩陣的光纖相鄰的結(jié)構(gòu)化細絲上纏繞-上面情況的變型是在與法拉第衰減器光纖元件相鄰的細絲上纏繞薄膜，其纏繞在紡織物層“x”帶狀物上的一個細絲上，或者是編織在“y”軸上的一個細絲，或者是平行于法拉第衰減器的“間隔”細絲。如上所公開的來實現(xiàn)纏繞，并且如此制造的晶體管將被設(shè)置在臨近它們尋址的光纖法拉第衰減器元件。
當(dāng)選擇的細絲是“x”或“y”帶狀物結(jié)構(gòu)的一部分時，尋址光纖是不導(dǎo)電的聚合體，該聚合體整個用薄膜來纏繞，該薄膜包括導(dǎo)電條帶，由晶體管周期地中斷，以尋址每個法拉第衰減器光纖元件。
當(dāng)細絲是臨近并平行于每個法拉第衰減器光纖元件的“間隔器”細絲時，尋址“x”和“y”細絲的一個實際上接觸這些間隔器光纖，其隨后必須以薄膜來纏繞，以導(dǎo)電條帶以及印刷的晶體管來印刷，最后導(dǎo)電元件被印刷，以便能圍繞細絲彎曲并接觸光纖的相對頂部或底部的實際法拉第光纖元件。尋址“x”和“y”細絲的另一個然后接觸在光纖的相對末端的法拉第衰減器光纖。
通過浸蘸筆納米平版印刷在光纖或臨近的結(jié)構(gòu)細絲上印刷晶體管-根據(jù)這里所公開的相同制造工藝，其中浸蘸筆納米平版印刷直接在光纖上印刷螺旋的線圈管纏繞結(jié)構(gòu)，晶體管可以在光纖法拉第衰減器自身上以浸蘸筆納米平版印刷相似地制造，這些晶體管位于以相似方式或這里所公開的其它模式制造的線圈管段之上或之下。
上述用于利用“x”或“y”細絲或“間隔器”細絲的相同方案也適用于浸蘸筆納米平版印刷方法。導(dǎo)電帶也通過浸蘸筆納米平版印刷來印刷。
在這里所公開的所有在相鄰的三維織物層/矩陣結(jié)構(gòu)元件上制造光電子設(shè)備的新方法中，所獲得的優(yōu)點是屏蔽的可能和小型化象素元件結(jié)構(gòu)，擴展對相鄰元件的工藝步驟，減少織物層/矩陣中的每元件的工藝步驟的數(shù)量，以及概括而言，采用三維拓撲來獲得光電子或光子開關(guān)設(shè)計的更大特殊效率。
在批量光纖制造過程中拉制光纖并進行各種摻雜，并如這里所公開的進行處理以實現(xiàn)可選的有源芯染料摻雜芯；可選地摻雜的永久磁化內(nèi)部包層具有與光纖軸呈90度的磁化；包層用最佳的亞鐵/鐵磁材料進行摻雜，該材料可被磁化和退磁，其磁滯曲線適于在視頻幀周期內(nèi)保持旋轉(zhuǎn)振幅；線圈管或線圈或場產(chǎn)生元件，通過扭絞或向包層增加導(dǎo)電圖案或結(jié)構(gòu)化地以導(dǎo)電結(jié)構(gòu)-膜，涂敷的硅石光纖，導(dǎo)電聚合體等等-進行纏繞在光纖結(jié)構(gòu)中制造，能夠接收有效數(shù)量的脈沖電流以產(chǎn)生磁化摻雜的外部包層的場；以及可選的晶體管，其也通過相同種類的方法作為結(jié)構(gòu)元件制造，并和其它結(jié)構(gòu)元件來組合以實現(xiàn)用于顯示器的有源矩陣。組合的光纖結(jié)構(gòu)的摻雜和構(gòu)成可以是周期的或持續(xù)的(至少相對某種摻雜劑或結(jié)構(gòu)化特征而言)，以便可以實現(xiàn)光纖制造的典型長期低成本運轉(zhuǎn)。如果線圈管實際上是連續(xù)的(連續(xù)的扭絞或插入導(dǎo)線，等等)，那么線圈管的功能性隨后通過接觸點精確地選擇線圈管的一部分來精確地訪問，使得就設(shè)備的工作而言這些點外的連續(xù)結(jié)構(gòu)不工作并不活動。
光纖制造工藝繼續(xù)發(fā)展，特別是提高摻雜劑濃度和對摻雜劑分布的操作、在生產(chǎn)過程中周期地摻雜光纖等等。美國專利6,532,774，Method of Providing a High level of Rare Earth Concentrations in GlassFiber Preforms(在玻璃紡織物粗加工成品中提供高水平稀土濃度的方法)公開了對多摻雜劑系統(tǒng)共同摻雜的改善工藝。成功提高摻雜劑濃度直接改善了摻雜的芯的線性維爾德常數(shù)，以及摻雜的芯的性能以利于非線性效應(yīng)。
最后，光纖的大規(guī)模制造模式支持這樣的元件檢測方式，即其允許對結(jié)構(gòu)化光纖大量進行缺陷檢測，允許在光纖元件的切開和機織過程中，很長的光纖的缺陷部分被標(biāo)記和拋棄。因此避免基于LCD和PDP的大規(guī)模半導(dǎo)體過程的嚴重缺陷率以及隨之而來的廢品率。
雖然就性能參數(shù)和基礎(chǔ)設(shè)備配置而言，重點放在線性法拉第效應(yīng)上，但采用在偏振器/檢偏器光閥結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的用于改變偏振角的靜磁場的本質(zhì)，也允許采用所謂“非線性”極化旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其需要在法拉第衰減器光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)增加某些功能。“非線性”指的是一種旋轉(zhuǎn)響應(yīng)，其可數(shù)學(xué)描述為具有大于標(biāo)準(zhǔn)法拉第效應(yīng)等式中的線性維爾德常數(shù)參數(shù)的斜率的響應(yīng)曲線。
材料對施加的磁場的非線性響應(yīng)的使用，通?；谕ㄟ^典型電子或光子激勵的傳播介質(zhì)的激勵。光學(xué)活性介質(zhì)是通過使用使電流流經(jīng)介質(zhì)，改變其狀態(tài)的電極來激勵的，或通過光學(xué)激勵介質(zhì)以獲得介質(zhì)的諧振或近諧振的相干光束來激勵的。
考慮兩個基本的方案，及其對集成的法拉第衰減器光學(xué)波導(dǎo)設(shè)備進行的修改法拉第-斯達克效應(yīng)和光學(xué)泵激。
圖21是用于調(diào)制器2100的本發(fā)明可選的優(yōu)選實施例的示意圖。調(diào)制器2100是對圖9所示的更通用的調(diào)制器900的特定修改。調(diào)制器2100包括傳送器2105，定義了一個具有導(dǎo)波通道2110和多個邊界區(qū)的波導(dǎo)，這些邊界區(qū)包括相關(guān)的第一邊界區(qū)2115。設(shè)置在傳送器2105輸入端之中或之上的是一個輸入波特性處理器，設(shè)置在傳送器2105輸出端之中或之上的是一個輸出波特性處理器。嵌入在一個邊界區(qū)中的是影響器元件2120用于實現(xiàn)波特性修改結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，例如用于在通道2110中產(chǎn)生縱向的磁場的線圈管結(jié)構(gòu)。傳送器2105接收來自輻射源的用于WAVE_IN的輻射，并輸出調(diào)制的波分量。用于調(diào)制器2100的控制器(未示出)通過一對耦合器2125(例如下面圖24所示的“X”尋址細絲和“Y”尋址細絲)耦合到每個元件2120上，控制器提供了對通過每個傳送器2105傳播的輻射的獨立控制。在某些實現(xiàn)方式中，控制器可以具有用于控制每個傳送器2105的分立元件。調(diào)制器2100包括多個沉積在波導(dǎo)中的成分，它們增強經(jīng)由此處傳播的輻射的影響器響應(yīng)。當(dāng)調(diào)制器2100被配置為使用法拉第效應(yīng)時，影響器產(chǎn)生平行于波導(dǎo)傳輸軸的磁場。磁場的幅度、磁場在其上對所傳播的輻射進行操作的長度、以及維爾德常數(shù)都影響影響器響應(yīng)。成分提高了有效的維爾德常數(shù)，來增強影響器響應(yīng)。如上面的等式1所示，法拉第響應(yīng)通常為線性響應(yīng)。
基于諧振法拉第旋轉(zhuǎn)和量子限制的斯達克(Stark)偏移的光電子效應(yīng)在美國專利5,640,021中開發(fā)并描述(在此明確通過參考引入)。通過利用激發(fā)子法拉第旋轉(zhuǎn)的諧振本質(zhì)與由受限于斯達克效應(yīng)的量子提供的激子能量的可調(diào)諧性的結(jié)合，可以采用電場來控制量子勢阱結(jié)構(gòu)中的法拉第旋轉(zhuǎn)。電場可以高速調(diào)制，允許使用DC磁場構(gòu)成高速調(diào)制器，正如由永久磁體所提供的那樣。021專利的發(fā)明人在具有GaAs單量子勢阱的結(jié)構(gòu)中的Kerr反射幾何形狀觀察到這個效應(yīng)，其中該量子勢阱具有350埃的有效寬度(Z.K.Lee，D.Heiman，M.Sundaram和A.C.Gossard，Proceedings 22ndInt.Sym.on CompoundSemiconductors，Korea，1995)，其在此明確通過參考全部引入。11度的電場可調(diào)旋轉(zhuǎn)改變使用只有1T的磁場即可獲得。檢查其它材料系統(tǒng)以估計法拉第斯達克效應(yīng)的幅度和操作條件。在高帶間隙材料中可獲得的最大法拉第旋轉(zhuǎn)較大，盡管獲得它們需要較高的磁場。而且，已發(fā)現(xiàn)甚至在用于室溫設(shè)備的某些情況下向II-VI半導(dǎo)體增加錳能夠降低所需的磁場。
對材料對所施加的磁場的非線性響應(yīng)的利用通常基于通過典型電子或光子結(jié)構(gòu)的傳播介質(zhì)的激勵。也就是說，光學(xué)活性介質(zhì)是通過使用使電流流經(jīng)介質(zhì)，改變其狀態(tài)的電極來激勵的，或通過光學(xué)激勵介質(zhì)以獲得介質(zhì)的諧振或近諧振的相干光束來激勵的。圖21是使用前面的原則的激勵系統(tǒng)的實例，而圖22和圖30、圖39和圖40的某些實現(xiàn)方法是后一種類型的激勵系統(tǒng)的實例。
考慮兩個基本的方案，及其對集成的法拉第衰減器光學(xué)波導(dǎo)設(shè)備的修改(a)如美國專利號5,640,021“Faraday-Starkmagneto-optoelectronic device”所描述的“法拉第斯達克”旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激勵光的能量(波長)對應(yīng)于量子勢阱的一對傳導(dǎo)和Zeeman分離子帶的原子價的能量差時，半導(dǎo)體量子勢阱中就出現(xiàn)“諧振的”法拉第效應(yīng)。“在20世紀后25年所已知的量子限制的斯達克效應(yīng)，是對通過半導(dǎo)體材料的量子勢阱所施加的激勵光的傳輸(吸收)光譜，隨通過調(diào)諧電極施加于此的電勢而改變的方式的命名”。非線性法拉第斯達克的利用，通過提供具有調(diào)諧電極的激勵系統(tǒng)，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中實現(xiàn)，該電極例如在薄膜上制造，或平版印刷的沉積/印刷，其包裹波導(dǎo)/光纖(可以通過編織圖案和晶體管與一個印刷電路薄膜相組合)，或通過在光纖上用浸蘸筆平板印刷(在沉積其他元件時可選的進行)，在光纖軸互相相對放置。首先在線圈管層上增加涂層或包層；與線圈管的“底部”和“頂部”的接觸是通過穿孔方法來實現(xiàn)的，這種方法是在引用的專利申請中所公開的。這些接觸點之間，并且在涂層或包層的表面90度偏移處，通過所提出的工藝來形成電極，或?qū)σ苑钦承詶l帶分離的導(dǎo)電涂層進行退火來形成。
這樣調(diào)制器2100包括用于使用法拉第斯達克效應(yīng)來增強影響器響應(yīng)的激勵系統(tǒng)的元件，該響應(yīng)與單獨的法拉第效應(yīng)相比是增強的非線性響應(yīng)。結(jié)果，增強使得法拉第效應(yīng)的線性響應(yīng)等式的一個或多個變量可以降低但仍產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)控制。激勵系統(tǒng)包括在調(diào)制器2100的邊界層中沿軸向相對設(shè)置的一對調(diào)諧電極(例如，陽極2125和陰極2130)。為每個電極提供導(dǎo)磁/非導(dǎo)電接觸(例如第一接觸2135和第二接觸2140)，該接觸依次與相應(yīng)的控制耦合器(例如第一激勵耦合器2145和第二激勵耦合器2150)連接。這些電極產(chǎn)生激勵電流以在調(diào)制器2100中產(chǎn)生斯達克效應(yīng)。
為了簡化調(diào)制器2100操作的下列討論，圖21示出不使用特定的顏色模型來產(chǎn)生獨立于控制器單獨控制的單圖像元素(象素)的操作。此外，雖然上面的討論闡述了用于影響系統(tǒng)的不同方法，其中這些方法用于可控制地及可重復(fù)地改變傳播輻射的振幅，但是下面的討論闡述了使用法拉第斯達克效應(yīng)的操作，用于可控制地旋轉(zhuǎn)傳播旋轉(zhuǎn)的偏振角，并將改變的輻射應(yīng)用到傳輸軸角和傳播輻射的未旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系已知的偏振器檢偏器上。
在操作中，調(diào)制器2100接收從源提供到傳送器2105的顏色分量，例如紅色WAVE_IN，綠色WAVE_IN和藍色WAVE_IN中的一個。輸入波特性處理器產(chǎn)生了波分量，其具有用于受影響器系統(tǒng)影響的所需特性。在當(dāng)前實例中，處理器產(chǎn)生具有特定初始角方向的特定偏振(例如“零”度的左旋偏置輻射)。單個顏色的特定偏振和方向的波分量通過傳送器1005傳播，在這里控制器對波分量幅度進行獨立的控制，該控制通過影響器元件2120產(chǎn)生的磁場和激勵系統(tǒng)增加的影響。如上所解釋，磁場的大小和激勵系統(tǒng)增強影響通過通道2110傳播的輻射的偏振旋轉(zhuǎn)改變。然后輻射的最終偏振角被應(yīng)用到輸出處理器(例如其傳輸軸相對于輸入處理器傳輸軸有90度偏移方向的偏振器檢偏器)，以便響應(yīng)于控制器和激勵系統(tǒng)從完全強度到“關(guān)閉”中的任何位置來調(diào)制顏色。將多個象素排列為矩陣產(chǎn)生顯示器。
與調(diào)制器900相似，調(diào)制器2100可以在宏象素級別(通道的組合)或?qū)γ總€子象素通道使用衰減平滑。依賴于顯示系統(tǒng)的相對幾何形狀和單獨通道的大小，在某些情況下單象素包括多個調(diào)制器2100，特別是隨著顯示系統(tǒng)大小的增加，顯示象素的實際物理大小也增加的情況。
圖22是調(diào)制器2200的示意圖，其包括使用光學(xué)泵激的用于激勵系統(tǒng)的替代優(yōu)選實施例。光泵激從技術(shù)上可能不是像法拉第斯達克效應(yīng)那樣的增強的非線性效應(yīng)，但是光泵激產(chǎn)生對基礎(chǔ)法拉第調(diào)制方案的增強，為此在優(yōu)選實施例中屬于“非線性效應(yīng)”。調(diào)制器2200包括偏振器2205、集成的用于產(chǎn)生泵激波導(dǎo)區(qū)的相干光2215的激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)2210，調(diào)制器區(qū)2220(功能等價于調(diào)制器900)和檢偏器2225。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中利用非線性法拉第斯達克因此如下實現(xiàn)(i)在薄膜上制造調(diào)諧電極，纏繞光纖(在印刷電路薄膜中可以與繞線模式和晶體管相組合)，或通浸蘸筆平板印刷在光纖上制造，兩個電極沿光纖的軸相對放置；(ii)首先在線圈管層增加涂層或包層；通過穿孔方法實現(xiàn)與線圈管的“底部”和“頂部”的接觸的，這種穿孔方法是它處公開的；以及(iii)在這些接觸點之間，并且在涂層或包層的表面偏移90度，用所提出的工藝，或?qū)σ苑钦持鴹l帶分離的導(dǎo)電涂層進行退火來形成電極。
通過旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的光學(xué)泵激實現(xiàn)的非線性法拉第旋轉(zhuǎn)-從光學(xué)泵激的諧振或近似諧振的介質(zhì)獲得非線性響應(yīng)的許多配置都是現(xiàn)有技術(shù)公知的。
題為“An apparatus and method wherein polarization rotation inalkali vapors or other mediums is used for all-potical switching...wherethe rate of operation is proportional to the amplitude of the pump fild.High rates of speed are accomplished by Rabi flopping of the atomicstates using a continuously operating monochromatic atomic beam as thepump”美國專利申請6,314,215描述了雖然不是非線性但是被描述成快速“增加”的法拉第衰減方法。
本發(fā)明優(yōu)選實施例中的任意光學(xué)泵激的非線性(或者是線性的，如專利6,314,215中的)系統(tǒng)的任意實現(xiàn)方式通?？捎蓛煞N方法中的一種來獲得，盡管其它的方法也落在本發(fā)明的范圍和邏輯中。
a.實現(xiàn)任一個半導(dǎo)體激光的“外部”陣列，其沿每個“x”和“y”軸配置，橫向?qū)⑾喔?優(yōu)選地是看不見的)光束導(dǎo)引通過開關(guān)矩陣的法拉第衰減器光纖元件的軸。用矩陣組合工藝的變型來實現(xiàn)該方法可能是不實際的，因為其中結(jié)構(gòu)化的元件不是充分透明的。任意這種陣列可以采用光學(xué)序列，以便采用更寬直徑的波導(dǎo)，然后光束在該波導(dǎo)里進一步地擴散并重聚，以照亮法拉第衰減器的多個行，其法拉第衰減器的軸與泵激光束呈直角。泵激必須有足夠的強度來把所有的全部行激勵到諧振或近似諧振。
b.實現(xiàn)通過光纖元件的軸的泵激光束。這可以通過以下方式來實現(xiàn)i.通過FPD或開關(guān)模塊的相對后方，或者在“垂直的”半導(dǎo)體實例的熔化的光纖襯底之下，或者在與“平面的”半導(dǎo)體實例的相同軸上的照明腔中的激光泵(半導(dǎo)體激光陣列等等)。(見在本申請中隨后所公開的實施例)；或者ii.集成在光纖結(jié)構(gòu)中。這些是嵌入光纖的激光，關(guān)于這些在光學(xué)通信的現(xiàn)有技術(shù)中已知多個變型。這些結(jié)構(gòu)必須在集成的法拉第衰減器光纖光學(xué)元件的制造過程中實現(xiàn)。光纖的一部分是周期構(gòu)成的(當(dāng)暴露于橫向的高強度激光中時，以光反應(yīng)材料摻雜形成光纖中的柵結(jié)構(gòu))以便實現(xiàn)光纖激光。這種元件可以位于結(jié)合用于旋轉(zhuǎn)的線圈管的光纖范圍之外的集成的光纖元件中的任何位置。
任何這種通過光纖軸的泵激，無論其來自照明單元的光纖的外部，或者集成在光纖結(jié)構(gòu)中，都應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)不可見的泵激光束，以便通過放置在光纖元件的輸出端和最終顯示表面光學(xué)元件之間的薄膜濾波器進行濾波。完整的固態(tài)光學(xué)泵激介質(zhì)不需要對光纖的微結(jié)構(gòu)進行進一步的改變。但是實現(xiàn)用于泵激的蒸汽和諧振腔需要引入微氣泡或腔。這可以通過這里引用的熱處理工藝實現(xiàn)，其與增加的堿性摻雜劑相結(jié)合，可以濾去足夠多的堿性分子，以在微氣泡中產(chǎn)生純凈的堿性蒸汽。或者，可以如這里所公開的那樣在粗加工成品階段引入微氣泡并不進行壓縮。
另外的元件實施例，包括將另外的顯示元件集成到光纖中及其制造方法一雖然已經(jīng)在之前的優(yōu)選實施例中說明了標(biāo)準(zhǔn)的光纖范例，其它的光纖結(jié)構(gòu)提供了自己的獨定優(yōu)點。特別地，光子晶體光纖，其基本上通過光子帶間隙結(jié)構(gòu)實現(xiàn)波導(dǎo)，具有潛在的比標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)芯和包層光纖更大的光學(xué)效率，并且在獲得制造成本效率時潛在地具有更小的整體直徑。
另外，存在著并可以預(yù)期其它的光纖結(jié)構(gòu)范例。其中，之前已經(jīng)參考關(guān)于“扭絞的光纖，用于制造圍繞包層和芯的外部線圈導(dǎo)電包層”的示例提供了在單個光纖中結(jié)構(gòu)化地集成R，G，B顏色的可能。
光子晶體和螺旋的表面通道光纖范例需要對已描述的結(jié)構(gòu)和制造方法進行修改光子晶體光纖(PCF)-通過熔融硅石細絲和空心通道的形成來制造PCF。
I.實現(xiàn)對主光通道的控制來提高維爾德常數(shù)空心連續(xù)通道PCF中的維爾德常數(shù)如果不經(jīng)提高將等于空氣的維爾德常數(shù)，為了提高該維爾德常數(shù)，中心通道必須以液體聚合體或其它液體溶液來填充，然后由UV光或其它現(xiàn)有技術(shù)公知的化學(xué)固化方法來固化。這種液體聚合體或可固化的化學(xué)溶液可被化學(xué)地構(gòu)成，并且/或者包括溶解的固體或YIG，Tb或其它最佳性能的光學(xué)活性材料的雜質(zhì)。
II.實現(xiàn)集成在光纖元件中的子象素顏色。類似地，染料摻雜液體聚合體或可固化的化學(xué)溶液，以便實現(xiàn)RGB顏色選擇或集成在光纖中的濾波。
III.在光纖結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)亞鐵-鐵磁(可選地為永久磁體)材料在這種類型的PCF制造中，硅石細絲預(yù)先以亞鐵/鐵磁摻雜劑來摻雜，而其它的或某些相同的或所有的細絲也用永久磁體摻雜劑來摻雜。優(yōu)選地，只有少數(shù)細絲以永久磁化的摻雜劑來摻雜，并在和其它的硅石細絲組合之前以強磁場來永久地磁化，這些硅石細絲一起熔化并拉制以形成PCF。
IV.其它結(jié)構(gòu)，包括線圈管，優(yōu)選地通過增加到PCF的粗加工成品的包層來制造，該包層包括多個摻雜桿(亞鐵-鐵磁并且永久磁化)。之后，所用方法是如針對標(biāo)準(zhǔn)光纖所公開的方法，或者是其邏輯變型和修改。
由對標(biāo)準(zhǔn)芯和包層光纖的熱處理所制造的PCF和孔結(jié)構(gòu)的形成，從而形成光子帶間隙結(jié)構(gòu)-根據(jù)這個方法，如其它部分所參考的，采用標(biāo)準(zhǔn)的光纖并在初始的拉制和制造之后進行處理。因此，如針對標(biāo)準(zhǔn)光纖一樣，這里所公開的用于在光纖元件的結(jié)構(gòu)中制造法拉第衰減器功能性的結(jié)構(gòu)和制造方法，實質(zhì)上相等地應(yīng)用到這種PCF的形式中。
有芯或無芯的光纖表面的的螺旋3通道(RGB)切割，參考美國專利3,976,356“Field-generation structure parallel to Fiber Axis”(平行于光纖軸的場產(chǎn)生結(jié)構(gòu))-圖39是可選系統(tǒng)3900的優(yōu)選實施例的示意圖，其用于構(gòu)成并傳播可控制輻射的多個通道以產(chǎn)生像素/子像素。系統(tǒng)3900包括中心支撐3905和多個橫截支撐3905的長度的螺旋面凹槽3910。系統(tǒng)3900可以實現(xiàn)使用兩個或多個凹槽3910的調(diào)制器4100的實施例(下面參考圖41進行討論)。為了簡化討論，系統(tǒng)3900示出了實現(xiàn)3個元件的模型，在該模型中每個凹槽支持實用的顏色模型(例如RGB)中的一個原色。系統(tǒng)3900允許單一物理結(jié)構(gòu)來支持如象素的所有子象素的多個子結(jié)構(gòu)。圖40是圖39所示的系統(tǒng)3900的端視圖，其進一步示出了存在作為替代的中央芯400。這些實施例的額外的細節(jié)將在這里描述。圖30是系統(tǒng)3000的可選的優(yōu)選實施例，在該系統(tǒng)中，在芯3900之中設(shè)置一個激勵系統(tǒng)的元件來產(chǎn)生系統(tǒng)3000。
在參考文獻中公開了可在光纖粗加工成品中切割多個螺旋帶帶，并以可選的來自“帶帶粗加工成品”的不同“帶帶材料”來填充，然后通常扭絞并拉制。特別地引用三個實現(xiàn)的帶帶。在這種形式的光纖結(jié)構(gòu)及其制造方法最初建立之后，光纖制造的現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)極大地提高，現(xiàn)在存在用于進一步改善根據(jù)該范例構(gòu)造并制造的光纖的性能的方法。
在實踐和邏輯上，具有3個或更多的螺旋表面的波導(dǎo)帶的光纖的制造，平均導(dǎo)致光纖直徑大于單芯標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑。1970年代的現(xiàn)有技術(shù)專利參考文獻中引用的大小是500微米的直徑，下限為100微米。
然而，如果考慮到實現(xiàn)由3個單獨的、染料摻雜或涂敷的子象素光纖產(chǎn)生的合成的橫截面，其中包括這里結(jié)合的包層的大小和法拉第衰減器的功能性，那么多帶螺旋表面“單片電路”的凈大小就可能顯著地小于3個單獨的RGB子象素光纖的組合大小。而且，存在通過將3個顏色合并到一個光纖中來提高的制造成本效率的可能。
對實現(xiàn)3帶螺旋表面的光纖所需的功能性的調(diào)整中優(yōu)選地為I.顏色子象素實現(xiàn)每個單獨的RGB帶材料根據(jù)這里所公開圖案來染料摻雜。
II.可選的永久磁化的元件除了螺旋表面的帶之外還可以提供芯。該芯可以如之前所述如標(biāo)準(zhǔn)光纖那樣進行摻雜。增加的芯也提供了實現(xiàn)其它功能性和集成元件的帶位置，包括用于激勵帶材料的光纖激光功能性帶和關(guān)于非線性法拉第效應(yīng)的實現(xiàn)。
III.YIG，Tb，TGG或最佳性能的光學(xué)活性摻雜劑如染料一樣，光學(xué)活性的摻雜劑被添加到帶粗加工成品材料中。
IV.亞鐵/鐵磁摻雜劑摻雜劑添加到圍繞光纖的薄包層或涂層及其3個螺旋表面的波導(dǎo)帶中帶。
V.線圈管由于3個表面螺旋的波導(dǎo)自身是圍繞光纖軸的螺旋形式，通過扭絞方法實現(xiàn)的線圈管整體上對光纖來說是不適用的。
VI.通道粗加工成品的扭絞然而，可以對帶粗加工成品材料本身采用扭絞方法。在該情況下，向該粗加工成品應(yīng)用兩個涂層，第一(內(nèi)部)亞鐵/鐵磁涂層和產(chǎn)生脈沖場的第二(外部)導(dǎo)電涂層，脈沖場是由內(nèi)部涂層剩余的通量來保持的。
VII.采用外延的纏繞在薄膜帶上的印刷的線圈。如針對標(biāo)準(zhǔn)光纖所公開的那樣，線圈模式(3個線圈模式，對應(yīng)于3個螺旋帶)印刷在纏繞在光纖周圍的條帶上。線圈設(shè)置為與每個帶呈直角，必須提供根據(jù)之前針對標(biāo)準(zhǔn)光纖所公開的模式單獨地接觸每個帶的線圈管的多個接觸片。
VIII.類似地，浸蘸筆納米平板印刷直接轉(zhuǎn)換為3個通道的螺旋表面波導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)。單獨的用于每個印刷的線圈管的“底部”和“頂部”接觸點被印刷在光纖包層/涂層上。
IX.有源矩陣晶體管如由薄膜條帶方法或浸蘸筆納米平板印刷方法所指定，在包括在內(nèi)，或者如其它部分所公開那樣，以及由所公開的各種方法的實質(zhì)邏輯暗示的那樣包括其變型。
X.用于光纖上的每個RGB通道的3個“x”和“y”尋址點的精確接觸點。該3通道光纖結(jié)構(gòu)的較大的直徑有助于精確的接觸點及其對準(zhǔn)，但是無論如何，其由全光纖織物組合方法的變型，通過采用多級別結(jié)構(gòu)和尋址“x”和“y”細絲，以沿光纖元件段在不同的位置實現(xiàn)良好的接觸，或者通過其它部分所公開的其它方法的標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)。
對螺旋表面的3通道光纖結(jié)構(gòu)的替代是傳統(tǒng)的芯和包層光纖的變型，其允許在相同的光纖結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)R，G，B通道。在該變型中，存在著芯和兩個光學(xué)活性的包層結(jié)構(gòu)，每個都具有它們自己的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)，每個都以染料摻雜；例如，芯染料摻雜為紅色，具有足夠不同的折射系數(shù)的包層染色摻雜為綠色，而第二包層染料摻雜為藍色。這種組合的光纖結(jié)構(gòu)需要順次的3個法拉第衰減器結(jié)構(gòu)，其用這里所公開的線圈管或場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)來制造，但是也可以用光纖的連續(xù)層來制造，其具有在包層/涂層之間的導(dǎo)磁性的緩沖區(qū)。
圖41是具有多個通道的調(diào)制器4100的替代優(yōu)選實施例的示意圖。調(diào)制器4100是以通用配置表示的，而沒有說明通過單獨的以及共同的通道傳播的輻射的性質(zhì)。為了簡化以下論述，調(diào)制器4100被示意為包括兩個通道，然而在其他實施例以及實現(xiàn)方式中，調(diào)制器4100根據(jù)需要或合乎實施例的需求可以包括兩個以上的通道。
調(diào)制器4100包括一對傳送器4105N(每個支持獨立的波導(dǎo)通道)，一對特性影響器4110N可操作地耦合至傳送器4105，控制器4115N耦合至相應(yīng)的影響器4110N、第一特性元件4120，以及第二特性元件4125。當(dāng)然，調(diào)制器4100的其他實現(xiàn)方式可以包括傳送器、影響器和/或控制器的不同組合。例如，調(diào)制器4100可以包括耦合至所有影響器4110的單個控制器4115，或者其可以包括耦合至一個或多個傳送器4105和/或一個或多個控制器4115的單個影響器。此外，某些傳送器4100可以包括單個物理結(jié)構(gòu)，但是支持多個獨立的波導(dǎo)通道。
和這里所公開的其它傳送器一樣，傳送器4105可以基于很多現(xiàn)有技術(shù)已知的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。例如，傳送器4105可以是具有傳導(dǎo)通道經(jīng)過特殊調(diào)整的光纖(常規(guī)的或者PCF)，其中傳導(dǎo)通道包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域(例如芯和芯的一個或多個包層)，或者傳送器4105可以是整體器件或者具有一個或多個這種傳導(dǎo)通道的襯底?；诖绊懙妮椛涮匦缘念愋秃陀绊懫?110的性質(zhì)對常規(guī)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行修改。
影響器4110是用于在通過傳送器4105和/或在傳送器4105上傳輸?shù)妮椛渖媳憩F(xiàn)特性影響(直接或者非直接地，例如通過所公開的效應(yīng))的結(jié)構(gòu)。很多不同類型的輻射特性可能受到影響，并且在很多情況下，用于影響任何給定特性的特定結(jié)構(gòu)可以隨實現(xiàn)方式的不同而改變。在優(yōu)選實施例中，可以用于進而控制輻射輸出振幅的特性是所期望的受影響的特性。例如，輻射偏振角度是可能受到影響的一個特性，并且是能夠用于控制所傳輸輻射的振幅的特性。使用另一種元件的，例如固定偏振器/檢偏器，會基于與偏振器/檢偏器的傳輸軸相比的輻射偏振角度來控制輻射振幅。在該示例中，對偏振角度的控制改變了所傳輸?shù)妮椛洹?br> 調(diào)制器4100示意性地說明了在傳送器4105X之間共享的第一特性元件4120和第二特性元件4125。在某些實施例中，每個傳送器4105可以包括獨立的第一元件4120和第二元件4125。圖41示出了作為共享元件的第一特性元件4120和第二特性元件4125，以示意性的說明調(diào)制器4100的第二屬性。也就是說，調(diào)制器4100將WAVE_IN分成多個適于調(diào)制器4100實現(xiàn)和構(gòu)造的波分量(即波導(dǎo)通道、影響器、控制機構(gòu)的數(shù)量和性質(zhì)，以及所需的各個通道和調(diào)制器的性能特征)，并引導(dǎo)每個波分量到適合的通道/傳送器。例如，在某些情況下，WAVE_IN包括單個波長但是有多個正交偏振分量(例如左旋偏振分量和右旋偏振分量)的輻射。在其他情況下，WAVE_IN包括多個具有單個偏振方向分量的頻率。在另外的情況下，WAVE_IN具有單個偏振方向類型和單個頻率，從而元件4120分配WAVE_IN到各個具有相同或不同振幅的波分量中。某些替代情況將包括這些情況的組合或其他WAVE_IN的劃分方式。在所有這些情況下，第一特性元件預(yù)處理WAVE_IN以將其分成適當(dāng)?shù)莫毩⒌牟ǚ至?例如正交偏振分量或離散頻率分量)并將每個獨立的波分量引入到適當(dāng)?shù)耐ǖ馈?br> 類似的，第二特性元件4125具有對應(yīng)于對上述針對第一特性元件4120描述的第二屬性的第二屬性。該第二特性元件4125的第二屬性組合/合并來自各個波導(dǎo)通道(其可能在通過傳送器傳播期間已受影響和操作)的輸出輻射波分量以把所述波分量集成(并且在所述優(yōu)選實施例中還為每個波分量傳遞適當(dāng)?shù)恼穹?到WAVE_OUT中。
正如在此所描述的，本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用光纖作為傳送器4105x，并且主要通過使用“線性”法拉第效應(yīng)實現(xiàn)振幅控制。雖然法拉第效應(yīng)是線性效應(yīng)，其中傳播輻射的偏振旋轉(zhuǎn)角度變化基于對其施加磁場的長度，直接與在傳播方向上施加的磁場大小和通過其傳播輻射的材料的維爾德常數(shù)相關(guān)。然而，傳送器中使用的材料，在建立所期望的磁場強度時，可以不必對例如來自影響器的感生磁場具有線性響應(yīng)。在這方面，傳播輻射的實際輸出振幅響應(yīng)來自控制器和/或影響器磁場和/或偏振的應(yīng)用信號和/或其他調(diào)制器4100或WAVE_IN的屬性或特征可以是非線性的。為了當(dāng)前論述的目的，根據(jù)一個或多個系統(tǒng)變量調(diào)制器4100(或其元件)的特征被稱作調(diào)制器4100(或其元件)的衰減分布。
任何給定的衰減分布都可以，例如通過控制調(diào)制器4100或其元件的組成、方向和/或排序來適合特定的實施例。例如，改變構(gòu)成傳送器的材料可以改變傳送器的“可影響能力”或改變影響器“影響”任何特定的傳播波分量的程度。這僅僅是合成衰減分布的一個例子。優(yōu)選實施例的調(diào)制器4100使得衰減平滑，其中不同的波導(dǎo)通道具有不同的衰減分布。例如，在一些具有取決于偏振旋向性的衰減分布的實現(xiàn)方式中，調(diào)制器4100可以為用于左旋偏振波分量的傳送器4105提供與用于右旋偏振波分量的第二傳送器4105的補充波導(dǎo)通道的衰減分布相比不同的衰減分布。
除了上述提供用于傳送器的不同材料的構(gòu)成之外存在其他用于調(diào)節(jié)衰減分布的機構(gòu)。在一些實施例中波分量的生成/修改響應(yīng)將輻射從WAVE_IN傳播到WAVE_OUT經(jīng)過的調(diào)制器4100元件的順序，可以不是嚴格“可逆的”。在這些情況下，可以通過提供不同順序的不可逆元件來改變衰減分布。這僅僅是配置衰減分布的一個例子。在其他實施例中，為每一個波導(dǎo)通道建立不同的“旋轉(zhuǎn)偏置”產(chǎn)生不同的衰減分布。如上所述，某些傳送器在輸入偏振器與輸出偏振器/檢偏器之間配置有預(yù)定義的方向。例如，該角度可以是0度(通常定義“常開”通道)，或者其可以是90度(通常定義“常斷”通道)。任何給定的通道在各個角位移區(qū)域中都可以具有不同的響應(yīng)(即從0到30度，從30到60度，以及從60到90度)。不同的通道可以利用影響有關(guān)該偏置旋轉(zhuǎn)的傳播波分量的影響器偏置到(例如缺省“DC”影響信號)不同位移區(qū)域中。這僅僅是操作衰減分布的一個例子。具有多個波導(dǎo)通道以及為通道定制/匹配/補充衰減分布的原因包括在WAVE_OUT中的節(jié)能、有效以及一致性。
將偏振濾波集成到光纖結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)光纖內(nèi)的偏振或?qū)崿F(xiàn)不對稱的偏振(特殊偏振)光纖結(jié)構(gòu)。在光纖中集成偏振濾波是現(xiàn)有技術(shù)公知的，包括美國專利4,606,605所公開的較早的技術(shù)。通過這種方法，進行等于雙折射拍頻長度的周期的光纖的周期性干擾，以便累積地將一個偏振軸的偏振轉(zhuǎn)為另一個。
優(yōu)選的現(xiàn)有技術(shù)的方法是扭絞光纖以影響干擾。但這種實現(xiàn)這種扭絞的目的是以影響光纖的應(yīng)力，這將削弱光纖并將復(fù)雜因素引入到本發(fā)明實施例的集成的法拉第衰減器光纖設(shè)備的其它元件的制造中。但由于影響干擾的目的是要在拍頻長度上改變雙折射，其它現(xiàn)有技術(shù)公知的方法可普遍地實現(xiàn)。
根據(jù)普遍公知的方法，包括離子轟擊和以會受到暴露在UV光下來改變雙折射的影響光折射材料對光纖進行摻雜，而且根據(jù)例如在美國專利6,467,313(Mthod of controlling dopant profiles“控制摻雜劑分布的方法”)和美國專利6,542,665(Grin fiber lenses“露出光纖透鏡”)中所公開的那些方法，其中對摻雜劑區(qū)域的精確控制和濃度的幾何形狀受到影響，根據(jù)這些，允許通過有效和精確的方法在整個集成的法拉第衰減器光纖元件的輸入部分中制造同軸偏振濾光器。
當(dāng)在相同的集成的法拉第衰減器光纖元件的輸出部分中實現(xiàn)相同的方法，但形成對應(yīng)于與輸入偏振器相關(guān)的檢偏器的偏振轉(zhuǎn)換拍頻結(jié)構(gòu)時，然后完成光纖內(nèi)偏振濾波的集成。
對將2個正交偏振的入射光轉(zhuǎn)換為1個選擇的偏振的替代是實現(xiàn)偏振不對稱的波導(dǎo)。在最近Lucent Technologies的專利中公開的方法實現(xiàn)了偏振不對稱的有源光學(xué)波導(dǎo)，其抑制了某些偏振的傳播。參考美國專利6,151,429。這種方法的使用對于進一步將功能性集成到組合的光纖結(jié)構(gòu)和光纖制造過程應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。
該方法的修改的應(yīng)用，以及實現(xiàn)集成的法拉第衰減器光纖元件的新方法公開如下對根據(jù)Lucent方法及其之前公開的變型的組合光纖結(jié)構(gòu)，在其輸入端沿光纖的最小初始部分進行周期性改變。這樣，在批量生產(chǎn)中，根據(jù)Lucent工藝對光纖周期性的摻雜并處理，以便當(dāng)光進入輸入端時，支持一個偏振模式并抑制另一個模式。該偏振抑制過程在組合的法拉第衰減器光纖結(jié)構(gòu)之前，實現(xiàn)光纖結(jié)構(gòu)中的偏振濾波。
這樣，只有一個偏振模式進入法拉第衰減器光纖結(jié)構(gòu)中，在獲得任何所需的旋轉(zhuǎn)大小時，所得的偏振光就繼續(xù)到光纖的第二偏振不對稱段，其相反地抑制光纖的第一偏振不對稱段。
這種將偏振濾波器集成到光纖結(jié)構(gòu)自身中是一種更加緊湊的方法，其實現(xiàn)用于每個R，G，B子像素的多個不同偏振信道。根據(jù)本發(fā)明其它實施例，對于每個R，G和B條帶或帶狀物結(jié)構(gòu)，偏振薄膜或涂層可以應(yīng)用到單獨的光纖或半導(dǎo)體波導(dǎo)的輸入端，因此存在著兩個R，G和B條帶，每個向法拉第衰減器結(jié)構(gòu)傳遞相反的偏振光。給定光纖大小和子像素大小的比率，每個子像素兩個光纖是可實現(xiàn)的。
Nano-Opto公司在商業(yè)上用的新方法，采用了子波長衍射網(wǎng)格，以獲得偏振濾波或分離。相比于半導(dǎo)體晶片應(yīng)用，如在光纖結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的那樣，子波長納米級的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將由Nano-Opto的方法在光纖芯的輸入部分和輸出部分制造。
在當(dāng)前的情況下，在法拉第衰減器結(jié)構(gòu)之前或之后，將偏振濾波作為“偏振器”和“檢偏器”集成地實現(xiàn)在光纖中，有效地支持每個子像素多個偏振通道。
RF激勵的氣泡在光纖中用做集成的照明-本發(fā)明某些實施例中可以有益地集成到波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(光纖或半導(dǎo)體或其它)中的最終元件是照明系統(tǒng)。
將照明源集成到光纖結(jié)構(gòu)中是通過在現(xiàn)有技術(shù)公知的一種照明設(shè)備的新實現(xiàn)方法來完成的，其中照明是通過將RF傳輸器調(diào)諧到適當(dāng)?shù)牟ㄩL來激勵受限制氣體而獲得的。美國專利6,476,565，RemotePowered Electrodeless Light Bulb(遠程驅(qū)動的無電極電燈泡)，公開了一種傳輸器和獨立的燈泡照明系統(tǒng)，其中燈泡不具有電連接，并且是簡單地是含有氬或其它惰性氣體和熒光材料的密封容器。將燈泡接近RF波(范圍可以在距離RF系統(tǒng)1至25英寸的距離上任意設(shè)置)放置，產(chǎn)生了UV范圍內(nèi)對惰性氣體的激勵，其進而序激勵熒光材料。
其它的遠程無電極的照明系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)所公知的，其可追溯到Tesla1891年6月的美國專利454,622和455,069，但是美國專利6,476,565指出更多有益的配置，盡管在應(yīng)用上與下面所公開的遠程無電極照明系統(tǒng)有不同如在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中所公開的那樣作為光學(xué)開關(guān)范例的一個元件而實現(xiàn)，該配置可與任意的波導(dǎo)實施例兼容，無論其是光纖或者是半導(dǎo)體波導(dǎo)或其它。這里對光纖的情況進行詳細描述。
一個或多個RF傳輸器在顯示器或開關(guān)外殼中實現(xiàn)。周期性地在粗加工成品芯和/或包層中，和通常的將氣泡消除不同，允許有某種密度的微氣泡，這些微氣泡通過在熔化的硅石中注入氬或其它惰性氣體來形成。這些是以有限制突發(fā)時刻注入的?？紤]到惰性氣體是實現(xiàn)在光纖中摻雜實際的稀土和它摻雜的普通元素，接受某個密度的微氣泡是可行的設(shè)計參數(shù)的修改，其中該微氣泡否則就被系統(tǒng)地加以抑制。在光纖拉制中，除了與周期法拉第衰減器結(jié)構(gòu)的輸入端相應(yīng)的周期頻帶之外，按慣例抑制氣泡。含有微氣泡的光纖的長度由顯示亮度需求和RF傳輸器的輸出邊界條件來確定。另外在允許形成含有一定密度的氬或其它惰性氣體的光纖的長度中，添加作為摻雜劑的熒光材料。這可以是除染料摻雜之外或代替它其他優(yōu)選摻雜染料。為每個RGB顏色子像素元件選擇熒光材料和氣體，以便使微氣泡中激勵的惰性氣體發(fā)出適當(dāng)頻率的UV頻率，然后激勵固態(tài)芯中的熒光材料以適當(dāng)?shù)念l率發(fā)出R，G或B光。整個光纖的染料摻雜保證了顏色的適當(dāng)平衡。集成的照明方案可以在輸入端光纖的相同部分或者前面的部分中實現(xiàn)，在該輸入端中實現(xiàn)不對稱的偏振?；蛘?，作為法拉第衰減器光纖元件具有恰好匹配的大小熔融光纖的熔融光纖面板，必要時或需要時包括硅石光纖間隔器以匹配法拉第衰減器光纖元件之間的距離，該光纖面板用集成的照明方案實現(xiàn)。然后如這里所定義的將偏振薄膜粘著到面板上或者互相粘著到面板和開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)上(如果是柔性的，光纖的集成激勵陣列可以用柔性聚合體矩陣來編織或粘合，因此實質(zhì)上不是面板而是對開關(guān)矩陣的全結(jié)構(gòu)大小匹配)。
針對用來實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的光纖結(jié)構(gòu)方案而公開的和在這里引用的各種系統(tǒng)、元件、方法和實踐不是互相排斥的，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯然的。具體而言，復(fù)雜的組合光纖結(jié)構(gòu)是可以的，這種標(biāo)準(zhǔn)芯與包層、具有孔和通道的光子晶體以及螺旋表面通道的光纖的組合，可以在實現(xiàn)本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)和方法的變型上特別是光纖實施例上提供各種優(yōu)點。這種組合結(jié)構(gòu)(其中可通過熔融硅石細絲或加熱后拉制來形成周期性的孔或通道)和這樣形成的芯可以進一步通過包層來圍繞，因此其自身是以螺旋表面波導(dǎo)材料為通道的，這種結(jié)構(gòu)和芯提供了將光電子或電光子設(shè)備或工藝功能性集成到組合的光纖結(jié)構(gòu)自身中的可能。作為組合的光纖結(jié)構(gòu)自身的一部分的光纖或細絲可以繞它們自己的芯來扭絞，或扭絞到螺旋通道或圍繞著無通道的光纖包層。
當(dāng)然，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，如此制造的每單位長度的組合光纖的成本可能就越大(盡管不是必需的，共同摻雜和凝固工藝可使額外的“元件”或功能性相對無成本)。但是任何成本的增加都可以通過降低單獨的光纖元件數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)來抵消，否則其中該復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可以更昂貴的獨立制造，或者只能無效率地實現(xiàn)或根本不可能另外實現(xiàn)。
由于這些結(jié)構(gòu)是為密集包裝的三維開關(guān)矩陣制造的，而不是為必須在洋底延伸的光纖極大批地制造，因此光纖制造范例有效地減輕了這種通過使用相同或修改版的相同機械和材料獲得的大容量的更簡單的光纖產(chǎn)品的成本效益。通過批量制造這些特定的光纖結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)該光纖結(jié)構(gòu)被切割或分開成獨立的元件時需要相對較小的量，那么這種光纖集成的元件的成本有效地獲益于量的制造，這明顯與用于相同通用領(lǐng)域的設(shè)備的半導(dǎo)體或分立元件的制造工藝不同。
在法拉第衰減器光纖和顯示表面之間插入的“檢偏器”偏振結(jié)構(gòu)-薄膜偏振器，相對于光纖輸入端和激勵源之間的“輸入”偏振器偏移90度，它被設(shè)置在開關(guān)矩陣或織物層的溶膠填充的輸出端，或者設(shè)置在構(gòu)成外部顯示器的光學(xué)玻璃或光學(xué)玻璃夾層上。
或者，薄膜或涂層可單獨應(yīng)用于光纖的輸出端，如上所述，作為對編織進“x”帶狀物的輸出端切割或調(diào)制的一部分，或在編織帶狀物(所有的帶狀物包括尋址相同顏色子像素的光纖)之后。可選地，如上所述，偏振濾波或不對稱可以集成在光纖結(jié)構(gòu)本身中。
顯示器的外部光學(xué)表面，從光纖到象素的輸出的優(yōu)化-依賴于顯示的尺寸，其分辨率和形成在顯示表面的象素的最終大小，相對于集成了法拉第衰減器系統(tǒng)和彩色顯示結(jié)構(gòu)的光纖的直徑，可采用關(guān)于顯示器的最后的光學(xué)器件的幾個選項下面的討論涉及相對于光纖直徑而言的大顯示器和相應(yīng)的大象素尺寸-均勻平面切開的光纖終端的超好視角特征是進一步提高顯示性能的起點。大顯示器自身必然需要成比例的大照明源?？刂坪蛡鬏攣碜哉彰髟吹墓庖约罢{(diào)制通過集成的法拉第衰減器和顏色選擇系統(tǒng)的光的光學(xué)通道，不限制于它們能傳遞的光的強度。
這樣，即便在每個顏色子象素一個光纖的直徑比大HDTV顯示器上的象素區(qū)域的大小小得多情況下，與光纖終端發(fā)出的光的色散角相結(jié)合的輸出強度，有效地越過子象素和象素的半徑而在相對于顯示表面的平面的小色散角上傳輸光。
對輸出光纖終端的其他形成和操作包括改變輸出端的形狀，將任意微表面磨損引入到輸出端表面上，通過伸長來縮短芯大小以使光色散可以通過包層本身，以及可以進一步改善來自光纖終端的光色散的其它結(jié)構(gòu)化修改。這些修改指定為可選項，其可包含將單獨的“x”帶狀物從光纖的編織纖維中分離等等切割工藝中。
另外的用于改變光纖的光學(xué)特征的選項在原始的光纖制造工藝本身中實現(xiàn)?？稍诠饫w拉制工藝中采用可變的沖模，以便使控制光纖達到其標(biāo)準(zhǔn)直徑的沖?？梢耘R時加寬，以便影響光纖的周期性凸出部分。這些凸出部分然后成為用于光纖的輸出端的切割點。當(dāng)光纖以最大直徑切割時，結(jié)果是光纖的芯直徑特別地快速增長到切割點。如果這個選項被實現(xiàn)，那么就進行單獨的切割以便從光纖的輸入部分消除凸出部分。
或者，代替可變的沖模，可以提供第二個沖模而同時簡單地開啟原始固定大小的沖模。第二沖模(或者原則上是可變沖模，盡管會引入太大量的機械復(fù)雜度)然后不僅臨時地在輸出切割點上增大光纖的直徑，而且也臨時地在該點上將非圓形狀引入光纖?？梢砸胝降摹⒂型箺l的或其它幾何形狀，以便結(jié)合直徑上的增加，可以使光纖的切割的輸出端在編織進帶狀物時，在輸出端靠近互相接觸，并且通過它們外部包層的幾何形狀，也可以形成自鎖定的表面。
增加的直徑不僅通過加寬的芯提高了表面上的色散特性，而且也可以降低光纖直徑和大顯示器的子象素大小之間的差別。
在具有相對大象素的大顯示器的情況下使用較寬直徑的光纖-這是在具有相對大的有效象素區(qū)域的大顯示器的情況下提高視角的簡單策略。
除了這些工藝之外，可以采用最終的光纖玻璃，并可將涂層添加到該玻璃的表面上，以便進一步增強視角，這種方法已經(jīng)十分成熟并在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。
實現(xiàn)每個子象素上的多個光纖-在有效的象素大小與光纖直徑相比較大的情況下，也可以實現(xiàn)每個子象素采用多個光纖，也就是多個紅、綠和藍顏色通道，以提高顯示性能。
在某些實現(xiàn)方式中，立體平畫或“多維”顯示系統(tǒng)(例如三維顯示器)可以通過在每個子象素/象素上提供多個光纖而支持-例如在每個象素上提供2個通道“左”通道和“右”通道，每個通道例如采用與顯示器兼容的立體平畫的突出系統(tǒng)，來單獨分解/渲染/查看。交錯排列所述每個顏色的多個光纖的輸出端，這樣每個終端相對于顯示表面延伸些微不同的距離，也可以進一步隨機化整個顯示表面的幾何形狀。在交錯設(shè)置的輸出端的反射涂層可進一步改善來自輸出點的散射。間隔器光纖也可以伸展到和光通道光纖一樣遠，并通過以反射材料涂敷這些光纖，進一步改善顯示表面的光的散射。
在前公開的這些本發(fā)明優(yōu)選的實施例，根據(jù)系統(tǒng)、其元件、制造和組合方法，以及操作模式的優(yōu)點，無論在結(jié)構(gòu)上是剛性的或柔性的，都是非常薄及緊湊的，并且具有非常低的制造成本，并擁有較好的視角、分辨率、亮度、對比度和通常較好的性能特征。對精紡制造技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的是，所公開的結(jié)構(gòu)和方法沒有窮盡本發(fā)明實施例的范圍，而是包括織物的形式，基于所要求的在光纖元件中包括集成法拉第衰減元件和顏色選擇的基于磁光顯示器的元件的組合的三維編織開關(guān)矩陣織物制造的各種變型。
超越本申請技術(shù)領(lǐng)域的三維織物開關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用-為了對之前關(guān)于本發(fā)明所公開的集成光纖光電子元件設(shè)備的創(chuàng)造性意義所做的陳述進行擴展，很重要的一點是這種集成的元件部分的三維織物組合提出一個替代的范例，用于集成的光電子或電光子計算。它作為一個開關(guān)矩陣直接用于波分多路復(fù)用(WDM)系統(tǒng)，更廣泛地說，作為替代的LSI和VLSI縮小的IC范例，最佳地和光電子及半導(dǎo)體電子元件組合。
同樣地，優(yōu)選實施例公開的設(shè)備及其制造方法具有內(nèi)在廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，該優(yōu)選實施例可采用另一種方式重新敘述，其具有有力的結(jié)論FLAT發(fā)明的當(dāng)前光纖織物的實施例的替代定義-織物光纖矩陣還定義為“三維光纖織物結(jié)構(gòu)化集成的電路設(shè)備”，其用于形成顯示輸出表面陣列。本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一個應(yīng)用的實例在顯示器的嚴格技術(shù)領(lǐng)域之外，即用于場可編程的門陣列等等的織物光纖矩陣。用于集成元件的三維織物幾何形狀的組合優(yōu)點；每個根據(jù)其強度實現(xiàn)的光子和電子的最佳組合；作為用于半導(dǎo)體元件和光子元件兩者的高張力強度自襯底的光纖IC潛能，該光纖具有多層包層和涂層在深度上實現(xiàn)“單片電路”結(jié)構(gòu)，圍繞光子芯進行纏繞并形成連續(xù)的表面結(jié)構(gòu)；所有的這些效率和形成電光子紡織物塊織物編織的制造成本，以及光纖的大批量制造的成本優(yōu)點，提出了對平面半導(dǎo)體晶片范例的重要替代。
通過本發(fā)明的優(yōu)選光纖實施例引入的新范例，允許在三維微織物矩陣中組合光纖和其它導(dǎo)電的IC結(jié)構(gòu)光纖和細絲。如這里所公開的，較大直徑的光纖可以具有集成地制造的包層內(nèi)和包層間的完整微處理器設(shè)備；較小的光纖可以具有較小的IC設(shè)備；作為光子晶體光纖和其它光纖結(jié)構(gòu)，特別地是單模光纖，接近納米級的直徑，單獨的光纖沿它們的圓柱長度只能集成少量IC特征/元件。
這樣，復(fù)雜的微織物矩陣可以用各種直徑的光纖來編織，與其它包括導(dǎo)電或結(jié)構(gòu)化的納米光纖細絲組合，它們也可以用周期的IC元件在包層內(nèi)或包層間來制造。光纖可以是較大光子循環(huán)器結(jié)構(gòu)的元件，可以被熔融或結(jié)合回到微光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中。
這種微織物矩陣的纖維也可以用具有相同折射系數(shù)的芯和包層來制造，包括透明的IC結(jié)構(gòu)，包括線圈管/場產(chǎn)生元件、電極、晶體管、電容器等等，因此編織的織物結(jié)構(gòu)可以用溶膠來注入，當(dāng)其凝固時具有所要求的差別折射系數(shù)，因此當(dāng)其固化時，光纖內(nèi)/細絲內(nèi)溶膠代替單獨的包層。
這個過程可通過對微紡織物結(jié)構(gòu)用靜電子自組合的納米粒進行連續(xù)浸泡而進一步發(fā)展。分離細絲線的織機動作可以在編織時促進光纖和細絲圖案的形成，盡管在編織前或當(dāng)光纖或細絲處于半平行組合時形成圖案更靈活。
通過這些和其它材料處理領(lǐng)域公知的方法，控制光纖內(nèi)溶膠的結(jié)構(gòu)以便非常利于光纖接點中間的光抽頭和光子帶間隙開關(guān)(見美國專利6,278,105)的潛在應(yīng)用是顯而易見的。集成的法拉第衰減器光纖也作為在這種IC結(jié)構(gòu)中的存儲器元件，意味著其可用作LSI和VLSI規(guī)模結(jié)構(gòu)中的緩沖器的可能。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是實現(xiàn)這種IC體系結(jié)構(gòu)范例的廣闊領(lǐng)域。
具有光纖和其它微細絲的編織微織物結(jié)構(gòu)的“可用”復(fù)雜度將隨著不破壞光纖的導(dǎo)波的最大彎曲的角的增加而改善；近來所報道的對由深海生物體生長的薄毛細狀光纖屬性的研究揭示了一類光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以被纏繞和扭絞到對折點。因此，這里所公開的微織物IC系統(tǒng)類型的三維編織將包括非直線的編織-例如現(xiàn)有技術(shù)公知的復(fù)雜編織渦輪結(jié)構(gòu)所公開的組合曲線三維編織-并且通常微織物設(shè)備類和這里所公開的制造方法包含已知的和待開發(fā)的精確的三維編織幾何形狀的全部范圍。
具有小直徑光纖和細絲的微織物范例的進一步發(fā)展，將被認為是通過使用商業(yè)上用的納米集合方法來發(fā)展，特別是來自Zyvex公司的方法，其納米操作技術(shù)可以作為“納米織機”系統(tǒng)來實現(xiàn)，還有來自Arryx公司的方法，其納米級的光學(xué)鑷子也非常適于微編織的制造處理，任選地在有效的機械/光學(xué)織機范例中與Zyvex納米操作結(jié)合，其操作將在微或納米級上，在Albany International Techniweave所例證的方法和設(shè)備上形成圖案。
在光學(xué)透明介質(zhì)中傳遞的光與在導(dǎo)電介質(zhì)中傳遞的電子之間公知的1000∶1的速度差，意味著構(gòu)成電子和光子元件的自由度，其降低了唯一集中于降低半導(dǎo)體特征大小的某些約束(通過這種微織物IC體系結(jié)構(gòu)使其成為可能)-最終允許電子和光子開關(guān)和電路通道元件的最適宜的混合。這樣，某些光纖可以較大直徑地制造，以便支撐較大數(shù)量的只組合很少的電子元件的包層內(nèi)和包層間半導(dǎo)體元件，而其它光纖可以具有非常小的直徑，而且某些光纖只具有“全光學(xué)”元件。最大化光子形式的“通路元件”的數(shù)量，從而允許在通過光子路徑連接的最佳規(guī)模的光纖中制造較小的微處理器結(jié)構(gòu)，這是可能的最優(yōu)化的邏輯結(jié)果。
這樣，所包含的微織物IC“立方體”(或其它三維微織物結(jié)構(gòu))可以包含較大和較小的光纖以及其它導(dǎo)電、微毛細狀并以循環(huán)液體填充的細絲的任意數(shù)量的組合，以用于對結(jié)構(gòu)提供冷卻，以及純粹的結(jié)構(gòu)化(或通過半導(dǎo)體元件微構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化)和導(dǎo)電(或具有微結(jié)構(gòu)化內(nèi)部包層的導(dǎo)電涂層，電子和光子)。
橫向的法拉第衰減器設(shè)備-在這種微織物體系結(jié)構(gòu)中開關(guān)內(nèi)部光纖可以由集成的微法拉第衰減器光纖元件的“橫向”變型，以下列方式來實現(xiàn)。
圖36是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的橫向集成調(diào)制器開關(guān)/連接系統(tǒng)3600的總體示意性平面圖。系統(tǒng)3600提供了一種機制，用于在以下將要進一步描述的波導(dǎo)中使用一對側(cè)面端口(通道3605中的端口3615和通道3610中的端口3620)將一個波導(dǎo)通道3605中的輻射傳播重新定向到另一個側(cè)向波導(dǎo)通道3610。第一通道3605配置為具有如上所述的在所引入專利申請中的影響器部分3625(例如集成線圈管)以及可選擇的第一可選擇的邊界區(qū)域3630和第二可選擇的邊界區(qū)域3635。此外，第一通道3605包括偏振器3640和對應(yīng)的檢偏器3645(并且可以包括可選擇的第二影響器(為了簡明的原因未示出))。第一通道3605包括在部分第一邊界區(qū)域3630中的橫向偏振檢偏器端口3650，其鄰接第二邊界區(qū)域3630中的端口3615。在連接處提供有圍繞著通道3605和通道3610的光學(xué)材料3655，以改善通過該連接處的任何損耗。材料3655可以是凝固溶膠、納米自組裝特殊材料或類似的具有期望折射率的材料，以降低信號損失同時有助于確保端口3615和端口3620的所期望排列。影響器3625根據(jù)與檢偏器端口3650的傳輸軸比較的相對偏振角度，控制經(jīng)過第一通道3605傳播的輻射偏振和穿過端口3615的輻射量。系統(tǒng)3600進一步的結(jié)構(gòu)和操作如下所述。
端口3615和端口3620是通過在后面描述的熔融光纖起動器方法等等實現(xiàn)的邊界區(qū)域中實現(xiàn)的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并可包括GRIN透鏡結(jié)構(gòu)。這些端口可以設(shè)置在邊界區(qū)域中精確的位置，或者所述端口可以沿著通道的長度(或長度的一部分)周期性地布置。在某些實施例中，在連接位置處，邊界區(qū)域之一的完整部分可以具有期望的屬性(偏振或端口)結(jié)構(gòu)，并且在其他邊界區(qū)域中具有一個或更多個相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
偏振器3640和檢偏器3645是控制沿著通道3605進一步向下傳播的輻射的振幅的可選結(jié)構(gòu)。偏振器3640和檢偏器，包括用于該部分的任何可選影響器元件，協(xié)同影響器3625控制通道3605和3610之間的輻射。
圖37是圖36所示橫向集成調(diào)制器開關(guān)/連接3600的一系列制作步驟的全面的示意圖。制作系統(tǒng)3700包括具有許多波導(dǎo)通道的一塊材料3705的結(jié)構(gòu)(例如，如引用的臨時專利申請等等中所描述的熔融光纖面板)，以及移除了塊3705的薄截面3710。將截面3710軟化以準(zhǔn)備形成初始壁薄板3715。輾軋薄板3715以形成初始硅石管3720，用于生產(chǎn)期望用于拉制的粗加工成品。
在紡織矩陣中正交設(shè)置的光纖之間的連接點/接觸點是光纖之間新型的“光抽頭”的所在位置。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的光纖微法拉第衰減器的包層1中，該包層(在光纖的多個法拉第衰減器部分的外部光纖軸)是具有周期型折射率變化的微結(jié)構(gòu)，以便成為偏振濾波(見之前所公開的光纖集成偏振濾波以及Nano-Opto公司的子波長納米網(wǎng)格)或偏振非對稱的(之前參考和公開的)。在相同的部分中，折射率已經(jīng)(通過離子注入、電子地、加熱、光反應(yīng)性地，或者通過本領(lǐng)域公知的其它實現(xiàn)方法)改變?yōu)榈扔谛镜恼凵渎省?或者，整個包層1是這樣微構(gòu)成的并具有相等的折射率)。
這里所公開的集成法拉第衰減器的這個變型的實質(zhì)是和所有其它的現(xiàn)有技術(shù)中的“光抽頭”區(qū)分開的，包括Gemfire Corporation的那些技術(shù)，其中波導(dǎo)自身被塌陷以便結(jié)合半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的塌陷意味著破壞任意光子或電光子開關(guān)范例或網(wǎng)絡(luò)的有效元件，其保證了通道之間光學(xué)信號的有效傳輸?！肮獬轭^”像所有其它類型的“光抽頭”那樣，不需要額外并復(fù)雜的補償，來控制芯區(qū)域之間的非傳導(dǎo)信號，通過定義使得所述“光抽頭”更加簡單且更有效率。
這樣，通過與現(xiàn)有技術(shù)的其它“光抽頭”相比，開關(guān)結(jié)構(gòu)不通過激活極點區(qū)域或者激活電極陣列來影響柵格結(jié)構(gòu)。而是，軸向的法拉第衰減開關(guān)旋轉(zhuǎn)通過芯傳播的光的偏振角度，并且借助于用包層部分聯(lián)合該開關(guān)，來實現(xiàn)經(jīng)過輸出和輸入光纖(或波導(dǎo))的包層中的橫向傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的信號的精密控制部分的轉(zhuǎn)向，所述包層是有效的偏振過濾器。開關(guān)的速度是法拉第衰減器的速度，該速度與改變被陰極和陽極覆蓋的相對廣大區(qū)域的化學(xué)特性的速度相對比。
包層2具有與所述芯(并且可選地還有包層1)足夠不同的折射率以實現(xiàn)所述芯(并且可選地包層1)中全內(nèi)反射(在集成法拉第衰減器部分外部的光纖的軸線上)，制造兩個結(jié)構(gòu)中的任意一個。a)漸變折射率(GRIN)透鏡結(jié)構(gòu)在包層中并且其光軸與光纖的軸線成直角或接近于直角，而且按照他處所參考的方法制造。焦點路徑在方向上或者與光纖軸呈直角，或有些微偏移，以便使來自光纖1的通過GRIN透鏡的光在接觸點上與光纖2相組合，并還以直角插入光纖2的軸，或者在優(yōu)先方向上以預(yù)定角度插入光纖2。
b)通過離子注入法，通過在制造過程中在電極之間施加電壓，通過光致反應(yīng)地加熱或現(xiàn)有技術(shù)中公知的其它方式，制造與所述芯(以及可選擇地包層1)具有相同折射率的更簡單的光信道。這種簡單的波導(dǎo)通道的軸可以呈直角或有些微偏移，如上面選項a)。
當(dāng)通過經(jīng)過激活的集成微法拉第衰減器部分對偏振角進行旋轉(zhuǎn)時，完成該基于微法拉第衰減器的″光抽頭″的操作，或更精確而言，是完成″橫向光纖到光纖(或波導(dǎo)到波導(dǎo))法拉第衰減器開關(guān)″，并且其″滲漏″(根據(jù)已知的光纖″光抽頭″的操作)，或者更精確而言，其被傳導(dǎo)通過包層1并進入包層2中的GRIN透鏡結(jié)構(gòu)或更簡單的光通道，并從任一輸出通道耦合到光纖2。
制造光纖2以最佳地將光纖1所接收的光通過平行結(jié)構(gòu)(包層2中的GRIN透鏡或包層波導(dǎo)通道)耦合到偏振濾波或不對稱的包層1中，并從這里進入光纖2的芯中。
如之前所指出的，圍繞光纖到光纖矩陣的是固化的溶膠，該溶膠浸泡織物結(jié)構(gòu)并具有不同的折射率，其限制了光纖(或波導(dǎo))之間傳導(dǎo)的光并保證耦合的效率。
微結(jié)構(gòu)包層的有益的替代的新方法可以通過MCVD/PMCVD/PCVD/OVD粗加工制造方法的新的改變的規(guī)范來完成。
在粗加工成品中制造橫向的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方法-依據(jù)這種新穎的方法，在石英管上沉積煙灰以生長圓筒形式的粗加工成品，該加工成品是從一塊轉(zhuǎn)動的并且熔融-光纖截面的薄板中制造的。即，由于在包層和芯中適當(dāng)?shù)膿诫s特征而可選擇性地具有不同特征的光纖改變這種不同地進行最優(yōu)化的光纖以實現(xiàn)具有不同的折射率和不同的電光學(xué)特性的薄光纖截面的柵格，熔融所述光纖，并且將熔融的光纖矩陣的截面切割成薄片。這些薄片然后均勻加熱并軟化并圍繞著加熱成形的針來彎曲，以完成薄壁的圓柱，適于作為根據(jù)公知的粗加工成品制造工藝制造的薄粗加工成品的起點。
選擇在熔融光纖薄板中使用的光纖的大小，以得到用于從其中進行光纖拉制的包層中所得到的橫向結(jié)構(gòu)的最佳大小。但是通常，用于上述目的光纖具有最小的可能制造大小(芯和包層)，因為在從由此制造的粗加工成品拉制期間，結(jié)構(gòu)直徑將顯著地增加。事實上即使對于用作單根光纖的單模式，這種光纖規(guī)格可能在橫截面方面太小。但是與熔融光纖截面或薄片的適當(dāng)?shù)暮穸冗x擇相結(jié)合，在所得到的拉制光纖包層中可以控制連續(xù)圖案橫向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸，從而使得該橫向結(jié)構(gòu)具有所期望的(單模式、多模式)“芯”和“包層”尺寸。
為了進一步保證適合該微結(jié)構(gòu)的大小，可以熔融和軟化并拉制更小的光纖組合，然后在最后的光纖陣列在長度上熔融之前，再次將其與其他光纖熔融，然后分割成薄板以形成圓柱。
為了促進在實現(xiàn)本發(fā)明的集成法拉第衰減器器件的上述光纖到光纖變型的柔性，在第一通道的芯和第一包層中位于相對的“輸入”端和相對的“輸出”端(其在此是可逆的)的偏振截面，可以根據(jù)在引用的專利申請中涉及和公開的方法，通過在包層之上或包層之間/包層內(nèi)部制造的電極結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)換地導(dǎo)出，或根據(jù)已知方法，通過UV激勵而可轉(zhuǎn)換地導(dǎo)出，所述UV信號可以根據(jù)在引用的專利申請中在他處公開和涉及的形式和方法，通過在包層之間或包層內(nèi)部制造的器件而生成。當(dāng)通過電極結(jié)構(gòu)導(dǎo)出時，該偏振濾波的或不均勻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可以描述為電光的，或如果通過UV信號導(dǎo)出，其可被描述為“全光學(xué)的”。
這里所公開的UV激勵的變型是具有在特定實現(xiàn)方式中優(yōu)選的其它實施例的開關(guān)所使用的最優(yōu)選的實施例。這種芯和包層偏振濾波的或不對稱部分可以被稱作“暫態(tài)的”，見美國專利5,126,874(“Method and apparatus for creating transient optical elements andcircuits”(用于創(chuàng)建暫態(tài)現(xiàn)象光學(xué)元件和電路的方法和裝置))，因此使光纖或不對稱元件與作為集成的法拉第衰減器的可變強度開關(guān)元件而進行的操作一起，可以被激活或被無效，開關(guān)“打開”或“關(guān)閉”。
包層1可以具有如芯一樣的折射率，如所指出的，以及包層2具有不同的折射率，因此使得單獨通過該包層的偏振濾波或不對稱結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對“錯誤的”偏振的芯的限制。因此，包層1的默認設(shè)置可以是“打開”，其通過偏振濾波器/不對稱性將光限制到芯，或者可以是“關(guān)”，其允許將光傳導(dǎo)芯和包層1內(nèi)，并且僅僅由包層2限制，于是其可以位于構(gòu)造電極或UV激活元件的截面中，可轉(zhuǎn)換到該默認設(shè)置的相反設(shè)置。
特征化該微紡織織物的三維IC操作的一個方法是，用包層內(nèi)部和包層之間的微傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行橫向構(gòu)成的，集成在這些通道的包層內(nèi)部和包層之間的IC元件和晶體管，以及作為該結(jié)構(gòu)的周期性元件集成的軸向以及橫向集成的法拉第衰減器器件，橫向地構(gòu)造光纖，該光纖可以在作為總線的芯中傳送WDM型的多模式的脈沖信號，將該脈沖信號經(jīng)過該包層中的橫向?qū)бY(jié)構(gòu)，傳送到該包層中的半導(dǎo)體和光學(xué)結(jié)構(gòu)，并且還在光纖之間傳送該脈沖信號，光纖的作用是充當(dāng)總線或其他電光學(xué)組件，該脈沖信號是通過集成法拉第衰減器設(shè)備轉(zhuǎn)換的某些或所有任意信號脈沖。
某些光纖可能是納米級的和單模的，并且具有在包層內(nèi)部或包層之間制造的單個元件，或者可能是大直徑的而且是多?；騿文５模⒅圃鞛榘鼘又g、包層之中或包層之上明顯地具有很大數(shù)量(接近微處理器)的半導(dǎo)體(電子和光子的)元件。光纖可以任意的尺寸和任意數(shù)量的與光纖自身中的微結(jié)構(gòu)IC元件組合，用作總線或單個開關(guān)或存儲器元件，并組合在整體紡織體系結(jié)構(gòu)中。因而開關(guān)等等可以發(fā)生在纖維芯中、在芯和包層之間、在包層中的元件之間、在光纖之間。
哈佛大學(xué)的Eric Mazur，Limin Tong等制造的50nm“光學(xué)納米導(dǎo)線”非常適于在微織物結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，其是通過在藍寶石錐形周圍纏繞和加熱玻璃纖維，然后以相對高的速度拉制的簡單工藝制造的，具有原子級的表面光潔度和二到五倍于蜘蛛絲的張力。在上述光纖波導(dǎo)類型的子波長直徑變體中已經(jīng)可以傳導(dǎo)可見的近紅外光的波長，但是并不限與芯中，而是大約一半的傳導(dǎo)光在內(nèi)部傳送，而一半沿著表面漸漸消失。很明顯，可以通過光纖之間漸近于零的電耦合來低損耗地將光耦合。
如引用的專利申請中所公開的方法或者通過任何其他方法，通過所注入的溶膠或包層以及偏振邊界/濾波其的涂層，在所述光學(xué)納米線路之間進行插入，然后通過所述集成調(diào)制器(例如，法拉第衰減器器件)的橫向變型進行操作，從而在路徑之間提供更加簡化的開關(guān)/連接裝置。
由于導(dǎo)線的柔性，通過光學(xué)納米線路的特性促進該微紡織IC結(jié)構(gòu)，線路的柔性允許線路彎成直角，并且實際上扭絞或打結(jié)成結(jié)點。
加州理工學(xué)院的Keny Vahala補的充工作，包括直徑為數(shù)十微米的“光學(xué)導(dǎo)線”的制造，以及在Vahala領(lǐng)導(dǎo)下的相關(guān)工作，示出了由硅石微-顆粒和微米-量級的光學(xué)線路所組成的極小的、極低閾值的Raman激光器對于該微織物結(jié)構(gòu)而言也是非常有用的。通過微織物結(jié)構(gòu)元件可以將點綴在該微織物結(jié)構(gòu)中的微顆粒保持在其位置處，并將其耦合到光學(xué)導(dǎo)線，在該三維IC體系結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)對信號生成和操作的進一步選擇。
最后，與光開關(guān)元件和電子開關(guān)元件、光纖內(nèi)的、包層間等等相結(jié)合的軸向以及橫向的法拉第衰減器開關(guān)/連接的性質(zhì)，產(chǎn)生了實現(xiàn)二進制邏輯的新方法，該方法是借助于恒定的光信號、但是相對于光脈沖方式僅僅改變其偏振狀態(tài)。該二進制邏輯系統(tǒng)從而結(jié)合“永遠打開”的光程，通過使用該信號的偏振角來操作和檢測其邏輯狀態(tài)(有時專門基于偏振角)，該狀態(tài)可以以非常高的速度進行變化。
混合電子-光子微織物IC體系結(jié)構(gòu)中所采用的集成法拉第衰減器器件所公開的變型，其可以實現(xiàn)所述的二進制邏輯方案，為增加微處理器和光通信操作的速度和效率引入眾多可能性。
這些示例性描述是為了實現(xiàn)本顯示器發(fā)明的新的紡織結(jié)構(gòu)和開關(guān)結(jié)構(gòu)的廣泛適用，包括波分多路復(fù)用開關(guān)矩陣和LSI和VLSI IC設(shè)計，其對光和半導(dǎo)體電子元件進行最優(yōu)化，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到所述新穎方法、部件、系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)不是僅限于詳細地公開的例子的。
一種作為替代的優(yōu)選實施例以下公開一種基于“元件”光纖的-具有與開關(guān)模塊分離但由光纖束連接的顯示模塊的顯示器，其具有與半導(dǎo)體尋址晶片集成在一起的開關(guān)模塊組合光纖束。
圖23是圖7所示的組件化的顯示系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意圖。組件化系統(tǒng)2300包括照明模塊2305，其具有耦合到調(diào)制系統(tǒng)2315的第一通信系統(tǒng)2310(在這個實施例中示為透明的硅石晶片)。調(diào)制系統(tǒng)2315向按順序耦合到顯示/投影表面2325的第二通信系統(tǒng)2320提供成像信息。
該優(yōu)選實施例利用基于光導(dǎo)波的磁光顯示器的內(nèi)在潛力，具體地，采用光纖來空間地將顯示或投影表面與開關(guān)級分開。采用光纖來引導(dǎo)經(jīng)過長距離只有可忽略的損耗的光，實際上可以遠程地從顯示表面(或投影表面)分離開關(guān)矩陣或開關(guān)單元。(該實施例實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)中精確校正的改進，以Utah大學(xué)和Sarcos的Steve Jacobsen所作出的改進作為例證)。
以結(jié)構(gòu)化的順序考慮整個系統(tǒng)的元件(在這種情況下是從顯示表面到照明源)，那么織機顯示表面結(jié)構(gòu)；以逐漸減小的間隔編織的光纖行；直到光纖能夠組合到單束或少量的較小的束，保持顯示元件的相對位置。
1.顯示表面和光纖輸出端。顯示表面如在之前的優(yōu)選實施例中所說明的那樣構(gòu)成。
2.結(jié)構(gòu)矩陣中的光纖的織物組合，不需要“X”和“Y”尋址光纖。沒有織物層結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件，這是這個實施例與之前實施例的不同點。
3.此外，在“x”帶狀物的編織中，代替在兩端切割來實現(xiàn)非常薄的單一顯示器的光纖，如在之前實施例中那樣，只有輸出端被切割并被成型。
4.因此帶狀物依然作為廣泛預(yù)切割的編織薄片，在“z”方向，交叉編織“x”和“y”細絲來固定光纖輸出端的位置。此后，間歇編織的部分在相同的相對位置把光纖綁縛在一起，如在顯示表面那樣。
在顯示表面光纖束保留光纖輸出端的相對位置-如這里所示和描述的，雖然用“x”和“Y”結(jié)構(gòu)化元件編織并以UV固化的溶膠填充的光纖，可由適當(dāng)數(shù)量的平行間隔細絲來分離，間隔由光纖末端和子象素的相對直徑確定(并考慮到已經(jīng)描述的用于改善輸出端/象素性能的選項)，光學(xué)通道之間的間隔從到顯示表面所需的大小快速降低。隨著行被編織到一起以形成作為已經(jīng)間歇編織在一起的大規(guī)模薄片的顯示表面，只將“y”細絲增加到越來越小的將大量的光纖綁縛在一起的編織面積。
這樣，在薄FPD外殼的深度內(nèi)，光纖之間足夠近以靠粘著劑綁縛，保持在顯示表面上設(shè)置的相對位置。因此，以帶材料綁縛并間歇采用粘著劑的光纖束，可以插入到保護線纜的套管內(nèi)，從FPD外殼中顯露出來然后通過簡便裝置連接到遠程開關(guān)單元。
在以相似的方式分離立體音響系統(tǒng)的音頻元件時，開關(guān)矩陣可以與其它音頻/視頻裝置一起包含在遠程單元中。線纜進入開關(guān)單元，其以開關(guān)裝置在該單元內(nèi)連接，如下所詳細描述連接到熔融光纖襯底上的硅石晶片尋址網(wǎng)格的光纖束-光纖束端對焊并粘合透明硅石晶片上；以熔融光纖襯底上的尋址網(wǎng)格來印刷的晶片，捆束光纖精確定方并通過半導(dǎo)體制造的“插槽”結(jié)構(gòu)鏡像外部光纖捆束拓撲“鎖定”到位，例如見圖23的系統(tǒng)2300。
在開關(guān)模塊外殼內(nèi)的捆束的光纖，被對焊并粘合到硅石晶片結(jié)構(gòu)上。為了精確地將光纖束對齊到在晶片表面上制造的尋址網(wǎng)格上，圍繞著尋址網(wǎng)格，采用半導(dǎo)體掩模工藝來制造精確插槽形式，以便接收該光纖束。也就是，圍繞著尋址網(wǎng)格的是升高的覆蓋層(superstrate)，因此尋址網(wǎng)格位于接收并對齊光纖束的切斷的底部。插槽形式是逐漸對齊結(jié)構(gòu)，因此插槽開始的時候比光纖束的直徑大，然后逐步變窄，直到最后的插槽深度具有微對齊的容差。為了增加對光纖束的支持，精確切割的平板粘合到晶片表面上，并且其它的對齊平板可以柱狀設(shè)置在光纖束中，而且防止光纖束和晶片結(jié)構(gòu)之間粘合劑上的應(yīng)力。光纖束可進一步通過環(huán)氧或其它粘著劑與圓柱狀支撐模切平板連接。
晶片的襯底是捆束幾何形狀的熔融光纖結(jié)構(gòu)，其具有與來自顯示面的光纖束完全相同的大小和光纖直徑，并且如果需要的話具有間隔元件。在透明的硅石層上制造的尋址網(wǎng)格在襯底的熔融光纖結(jié)構(gòu)之上精確定位。
光纖束的一一對應(yīng)，將來自顯示或投影表面的子像素光纖的相對位置保持到尋址網(wǎng)格中，該一一對應(yīng)關(guān)系可由某些光纖的基點脫模(cardinal-point striping)來保證。在機械的精確對齊裝置中，典型的激光掃描設(shè)備掃描光纖上的標(biāo)記，基于反射響應(yīng)來調(diào)整位置。
另外，可以使用激光定位系統(tǒng)，其在顯示表面的基點并直接在單獨的光纖輸出端上放置激光二極管設(shè)備，并且特別地將激光脈沖向下對準(zhǔn)光纖。放置在硅石晶片的透明熔融光纖襯底之后的相應(yīng)傳感器陣列，檢測激光脈沖。對入射光定位的檢測結(jié)果允許保持該光纖束的CMM定位電樞旋轉(zhuǎn)該光纖束，以將該光纖輸入端適當(dāng)?shù)嘏c尋址網(wǎng)格對齊。
圖24是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的尋址網(wǎng)格2400的示意圖。如這里以及引用的專利申請中討論的，優(yōu)選實施例的顯示系統(tǒng)的元件包括用在調(diào)制模塊中的影響器系統(tǒng)。優(yōu)選實施例提供法拉第效應(yīng)作為影響系統(tǒng)的至少一部分，并且為此，顯示器采用線圈管來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌觥Ｒ驗榭梢杂袔装?、幾千或更多的具有線圈管結(jié)構(gòu)的元件，有效的尋址系統(tǒng)改善了制造和操作需求。尋址網(wǎng)格2400是用于有效的尋址系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的一種實現(xiàn)方式。
尋址網(wǎng)格2400，其可由無源或有源矩陣構(gòu)成，圖24示出了這兩種形式。網(wǎng)格2400包括輸入接觸2405和輸出接觸2410，用于通過線圈管/影響器元件產(chǎn)生波導(dǎo)內(nèi)電路通道2415。在有源配置中包括可選的透明晶體管2420元件(在無源模式中沒有)。四象限圖解只是該方法一種可能的實施例?？紤]與輸入光纖的直徑相比的芯片電路大小的相對縮放比例。電路大小的大小應(yīng)當(dāng)足夠小，以便容納足夠的導(dǎo)電線來尋址每個光纖輸入端?？梢栽谡麄€光纖束中保留間隔光纖，以在必要時增加光纖的間隔，或者也可以采用較大直徑的光纖。優(yōu)選的選擇也依賴于顯示或投影表面的大小。
在所示的無源矩陣的方案中，“x”尋址線在光纖輸入端上接觸一個內(nèi)部導(dǎo)電環(huán)或點，而“y”尋址線在相同的光纖輸入端接觸一個外部導(dǎo)電環(huán)或點。線圈管或線圈的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地根據(jù)如圖24所示的常規(guī)原理，以便內(nèi)部環(huán)或點上的接觸可接觸線圈管。然后電流通過圍繞著芯的繞組或螺旋圖案來循環(huán)，然后以具有充分絕緣和足夠厚度以及纏繞著線圈管的材料制造的外部薄膜帶用導(dǎo)電材料涂敷，作為線圈管頂邊的內(nèi)部接觸部分上的薄邊緣余量，這種涂敷繼續(xù)圍繞著薄膜帶的邊緣進行到外部表面，以條帶狀順著表面并終止于光纖輸入端。所得的外部環(huán)接觸點與內(nèi)部環(huán)接觸點被絕緣并可在空間上顯著區(qū)分。
在這里所公開的大量制造工藝中，薄膜帶纏繞著光纖。為了提供從薄膜外部到內(nèi)部所選的導(dǎo)電點，薄膜優(yōu)選地以微穿孔有選擇地打孔，通過在導(dǎo)電圖案上印刷或沉積之前，掩模蝕刻、激光、氣壓打孔或其它現(xiàn)有技術(shù)公知的方法來實現(xiàn)。這樣，當(dāng)沉積導(dǎo)電材料時，在那些具有適當(dāng)大小的孔的區(qū)域中，導(dǎo)電材料可有選擇地通過穿孔來訪問或接觸。穿孔可以是圓形的或其它幾何形狀，包括直線、正方形和更多形狀和形狀大小的復(fù)雜組合。
提供從光纖結(jié)構(gòu)的外部層到內(nèi)部的所選導(dǎo)電點的替代是，在印刷或沉積導(dǎo)電圖案之前，包層或涂層優(yōu)選地以微穿孔有選擇地打孔，通過這里所公開的蝕刻或包含加熱和伸長薄包層并毀壞腔而導(dǎo)致橢圓形孔的其它方法，或者其它本領(lǐng)域公知的方法來實現(xiàn)。這樣，當(dāng)沉積導(dǎo)電材料時，在那些具有適當(dāng)大小的孔的區(qū)域中，導(dǎo)電材料可以通過采用液體或粉末狀的導(dǎo)體來穿孔，從而有選擇地進行訪問或接觸，該導(dǎo)電材料然后被固化或退火。
采用印刷的薄膜的另一種替代是，絕緣涂層在大批量制造過程中被應(yīng)用到光纖上，但這種涂層被掩模，或著該光纖只在光纖的輸入端“向上”地被浸在液體聚合體類型的材料中，以便線圈管的薄終止邊緣不涂敷。然后施加導(dǎo)電的第二涂層，在這種情況下它一直延伸到線圈管裸露的導(dǎo)電終端。
這樣，連接到光纖束的網(wǎng)格區(qū)域的外部邏輯在尋址特定的子像素的特定“x”線和特定“y”線上開關(guān)電流。在“x”坐標(biāo)上開關(guān)的電流，向光纖子像素元件發(fā)送適當(dāng)電流強度的脈沖；該脈沖“向上”流經(jīng)線圈管或線圈，并“向下”返回到外部導(dǎo)電條帶，通過電路繼續(xù)向下到“y”導(dǎo)電線并完成電路。
光纖束處理的變形-代替間歇地編織以逐漸變窄光纖之間的間隔并保持它們設(shè)置在顯示表面上的相對的位置任意地從顯示表面收集并捆束光纖，緊緊地捆束以保證精確的拓撲；光纖束被粘合到硅石晶片尋址矩陣上，采用在光學(xué)玻璃襯底上的透明硅石晶片上的尋址點的對應(yīng)的校準(zhǔn)/編程。
這種上述方法的變型實施例免除了保持來自顯示表面的光纖的相對位置的需要。作為替代，如上所述，具有或不具有間隔細絲的光纖束插入在線纜套管內(nèi)并發(fā)送到開關(guān)模塊。然后，如上述，在對之前所述的定位校準(zhǔn)方法的擴展中，任意收集的光纖束以光學(xué)純凈的純粘著劑對焊和結(jié)合到熔融光纖襯底的硅石晶片上，而不需要預(yù)對齊過程。一經(jīng)結(jié)合，采用顯示或投影表面的激光發(fā)生器設(shè)備和在具有熔融光纖的襯底的純凈晶片之后的檢測器陣列，實施識別每個光纖的顯示表面坐標(biāo)的全面過程。然后所獲得的定位數(shù)據(jù)允許對控制尋址網(wǎng)格的控制視頻芯片單獨編程。消除當(dāng)光纖在顯示或投影表面編織或固定時物理地確保它們的一致的物理定位的限制，并且以單獨校準(zhǔn)的理解哪一個子像素光纖輸入端與顯示表面上的哪一個子像素光纖輸出點相應(yīng)的芯片代替這種物理對齊，這提供了在某些實施例和應(yīng)用上的改進。
校準(zhǔn)之后設(shè)置在熔融光纖襯底的底部上的偏振膜-在校準(zhǔn)之后，偏振薄膜被增加到熔融光纖襯底的底部。
具有足夠光度的白平衡光照明源放置在硅石晶片“之下”。
之前對本實施例的描述不是窮盡從以光纖束的方式連接的開關(guān)模塊中分離顯示或投影表面的可能性的范圍，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。
替代方式中包括光纖束結(jié)，實現(xiàn)在微機械對齊過程和光學(xué)通信中相同的微對齊插槽或其它簡便對齊系統(tǒng)，其中來自顯示器或投影儀表面的一個或多個光纖束在結(jié)處連接到發(fā)送到開關(guān)模塊上的其它束上。這種一個或多個光纖束結(jié)可以分別制造在顯示表面或投影儀陣列中編織或其它組合的光纖，以及以緊湊形式組合并連接到硅石晶片以實現(xiàn)尋址系統(tǒng)的光纖。
另外，代替結(jié)合到晶片上的束，相應(yīng)于顯示器的區(qū)域或?qū)@示的顏色分為那些子像素的3束的多個較小的束，可以結(jié)合到任意數(shù)量的較小晶片上。較小的多個束和較小的多個晶片就制造成本而言可擁有最佳規(guī)模。而且，如果較大直徑的光纖有利于確保容易地在晶片表面上通過簡便的比例電路來尋址內(nèi)部和外部光纖元件，可進一步使用多個束和晶片出。
支持顯示或投影形式-根據(jù)本實施例的平板顯示器形式可以用于從大的平板到用作虛擬實現(xiàn)頭戴的雙目鏡組件的小的顯示表面的任意大小的顯示表面。另外，本實施例同樣可用于投影儀。在它們的實現(xiàn)方式上有兩個主要不同點。
首先，依賴于投影系統(tǒng)類型-從薄箱投影IV系統(tǒng)到大的室外體育場劇院投影系統(tǒng)(盡管室外的單平板顯示系統(tǒng)必須用足夠照明強度的照明源來實現(xiàn)，以便使FpD在明亮的日光下可見)，投影系統(tǒng)中照明源的照明強度通常較大。例如在氙燈或其它冷卻系統(tǒng)的情況下，需要在開關(guān)模塊中為散熱片提供空間。
第二個不同點是不采用相對大的織物編織顯示表面，這種表面通常采用平行間隔的細絲并實現(xiàn)如這里所描述的其它顯示表面性能的增強，這些光纖，雖然優(yōu)選的仍然是通過編織結(jié)構(gòu)固定在互相相對的位置上，但也可以通過其它裝置來固定，包括這里所公開的其它裝置，以及通過UV固化的液體聚合體來綁定。
不管采用什么位置的固定方案，在這之后并恰好在投影輸出表面之前，光纖束應(yīng)當(dāng)在光纖之間沒有間隔，然后光纖優(yōu)選地通過現(xiàn)有技術(shù)公知的標(biāo)準(zhǔn)方法來加熱熔融，從而形成熔融光纖面板。
這種熔融光纖面板優(yōu)選地熔融終止光纖束的足夠長度以便提供足夠的強度，可選地與束的高壓條帶組合以便防止光纖的任何相對移動，以便能夠進行熔融光纖終端的光學(xué)研磨。
這種熔融光纖終端的研磨和拋光，例如形成凹形輸出透鏡表面，盡管是可選的-依賴于投影儀光學(xué)器件設(shè)計，平面熔融光纖表面可能是優(yōu)選的-可以有利于實現(xiàn)最緊湊的并且光學(xué)有效的投影儀光學(xué)器件陣列。
作為對投影儀表面光學(xué)器件的進一步改進，其對這里所公開以及本發(fā)明所額外包含的其它實施例也是有益的，是采用如1999年出版的Korean Physical SocietyVol.35pp 21067-s1070頁中Eun-Hyun Park所提出的整體微透鏡制造方法。
根據(jù)該方法，通過自表面張力以及用如此形成的UV固化聚合體，在基座(優(yōu)選地是圓形)上形成聚合體微透鏡。這種方法非常有利于在保留輸出端光纖的某些暴露的長度的光纖內(nèi)“填充”之前，將光纖輸出端暴露在投影儀或顯示器表面上。
雖然Park論文提出了通過在準(zhǔn)備好的基座上通過聚合體的微注入而插入液體聚合體，為了本發(fā)明的目的對論文提出的常規(guī)方法所進行的修改，是通過帶狀物行(或更通常地是輸出列)或整個顯示器或投影儀表面，成批浸蘸光纖輸出端。
這種浸蘸可以是“顯示器”或輸出端向下精確地浸到以聚合體填充的浸盤中，以便微透鏡表面張力熔滴形成在光纖輸出端上作為Kim論文中的基座。
或者，行或陣列可增加到液體聚合體的薄膜上，該薄膜飽和并粘著在靜電充電的多孔微光纖或海綿體上，因此微小的微熔滴可從飽和的光纖或海綿體中移除，在每個法拉第衰減器光纖元件的輸出端上留下適當(dāng)形成的微透鏡形狀。
通過這兩種方法或其變型，液體聚合體通過自表面張力來粘著并由UV光來固化。
這種為每個輸出端形成微透鏡元件的方法可與另一種方法組合使用，該另一種方法用于成型顯示器或投影儀表面，以便由此制造光學(xué)有效的輸出結(jié)構(gòu)。
在該方法中，在顯示器或投影儀表面支撐光纖終端的元件包括鈮導(dǎo)線或薄穿孔的鈮層(見他處所公開的用于制造具有網(wǎng)格穿孔的顯示結(jié)構(gòu)的方法)，當(dāng)制造時其已經(jīng)圍繞著光學(xué)透鏡成型模板編織或形成，以便通過鈮來“記憶”原始形狀。
彎曲或形成的結(jié)構(gòu)然后被彎曲成直線形狀或?qū)Ь€，與法拉第衰減器光纖元件組合成顯示器或投影儀陣列，來形成平面顯示結(jié)構(gòu)。
這樣，在光纖與鈮導(dǎo)線一起進行織物編織或插入到鈮層，并由對Park進行修改的方法進行浸蘸以形成微透鏡結(jié)構(gòu)之后，整個結(jié)構(gòu)然后被加熱以便使具有鈮導(dǎo)線或穿孔的鈮層的編織結(jié)構(gòu)回到所需光學(xué)形狀的“原始”形式。微透鏡然后作為組合的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，特別是應(yīng)用在投影儀的使用中，以及其它微顯示器或圖像產(chǎn)生設(shè)備。
以這種和相似的方式形成微透鏡的替代方案，是在集成的法拉第衰減器光纖元件的輸出端上制造GRIN光纖透鏡。美國專利6,252,665反映出一種新近的發(fā)展，并且是來自朗訊科技(Lucent Technologies)的商業(yè)上用的技術(shù)。對摻雜劑濃度的精確控制可實現(xiàn)其值根據(jù)距離透鏡軸的光線距離而變化的折射率，這樣就不需要采用外部透鏡結(jié)構(gòu)。因為不同的透鏡元件可以通過這種方法制造，所以這種方法是優(yōu)選的，這如顯示器或投影系統(tǒng)實施例的輸出光纖要求所要求的一樣。
任意所公開的成型熔融光纖或密集包裝的光纖陣列(顯示器或投影儀)的方法，得到集成的光學(xué)輸出元件，其以在從數(shù)字膜記錄、平版印刷到其它數(shù)字印刷和記錄應(yīng)用的任意數(shù)字光學(xué)印刷和處理系統(tǒng)中使用。
雖然優(yōu)選的“全光纖”織物編織光纖實施例表示本發(fā)明的基于磁光顯示器的光纖的結(jié)構(gòu)化和導(dǎo)波優(yōu)點的很大優(yōu)勢，但是也存在著組合、固定位置和尋址光纖法拉第衰減器元件的方法的變型，它們提供了自身的一些優(yōu)點。
具有機械組合的模元件的光纖單平板開關(guān)矩陣-圖25是一種優(yōu)選實施例的示意圖，用于在圖5和圖6所示的顯示器中使用的模開關(guān)矩陣2500。矩陣2500包括一個或多個“抓具片”2505，其保持并設(shè)置多個調(diào)制器2510，優(yōu)選地兩個或多個面對面的片結(jié)合或鎖定以便形成抓具塊2515。抓具塊2515包括抓具形螺栓連接器2520，用于與也位于抓具塊2515中的互補插孔相配對。通過堆疊層2505以形成塊2515并且設(shè)置/鎖定多個塊2515來形成整個矩陣500，如下進一步解釋的。塊2515包括嵌入的X/Y尋址矩陣用于耦合到多個調(diào)制器2510上。除了螺栓/插孔安裝系統(tǒng)之外，也可以采用其它的層間/塊間連接系統(tǒng)，例如槽面法蘭等等。
在該實施例中，對商業(yè)上用的Corning抓具技術(shù)進行這樣的修改(Corning在2002年3月的Optical Fiber Conference中介紹了其聚合體抓具(Polymer Gripper)技術(shù)，它是一個保持設(shè)備，允許光纖在具有近乎微米的精確度扣咬到位。Corning擴展了設(shè)備的能力，以包括保持并定位較大元件，例如金屬環(huán)、GRIN透鏡和其它具有各種幾何形狀的光學(xué)器件。)根據(jù)之前公開的新方法中的一種制造的光纖被切割為便利的多個元件(在批處理中制造的多摻雜、線圈管等等的段)長度?？蛇x地，制造Corning抓具的層，在固化之前通過包括放置在與槽方向呈直角的方向的液體聚合體上的導(dǎo)電細絲(優(yōu)選地是導(dǎo)線或硬聚合體)進行修改，并懸掛，以便暴露在每個槽的底部的高度。而且，它們的位置是這樣的，使得當(dāng)光纖放置在槽中時，細絲在法拉第衰減器元件的輸入端或輸出端接觸線圈管或線圈。細絲放置在Corning抓具層上正好相應(yīng)于在光纖中的集成的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)的周期形式的距離上。在抓具上也通過導(dǎo)線留下孔，該導(dǎo)線在固化后移走；這種孔定向為與法拉第衰減器光纖元件的相對終端呈直角。
另外，在抓具層的背面，在與槽相對的一面，在抓具材料中與每個法拉第衰減器光纖器件的長度相應(yīng)，周期性形成地微對齊抽頭。另外在每個抓具層的側(cè)邊上，在與通道相同的平面上，將是交替的微隆起/凹槽或抽頭/缺口，因此如果這種層彼此并列放置它們就能一起鎖定。多個光纖裝載到Corning抓具層上，并通過橡膠化的卷曲陣列，將其卷曲為抓具通道，直至通道全部都被填充。
一個鏡象Corning抓具層放置在填充層的頂部并通過橡膠化的卷曲陣列扣到光纖上。這些抓具層具有在背面周期地形成的缺口，以容納在底層的背面制造的抽頭結(jié)構(gòu)。制造多個這種Corning抓具層的夾層?！暗住睂拥谋趁娴某轭^插入到“頂層”的背面的缺口中，以實現(xiàn)通過光纖自身上的槽結(jié)構(gòu)所造成的相同鎖定工藝。
這些多個Corning抓具層進一步層疊起來并用粘著劑結(jié)合，補充抽頭和缺口鎖定，形成每邊具有數(shù)百或數(shù)千光纖元件的兩個相等大小的塊，以及與光纖軸相應(yīng)的較長的大小。一旦這種層的便利的堆疊組合到所述塊中(優(yōu)選地其中放置在層中的光纖數(shù)量等于堆疊并粘著的層的數(shù)量)，然后對應(yīng)于批量制造的光纖中的周期性法拉第衰減器結(jié)構(gòu)之間的空間周期性地切割堆疊。這樣，切片的段是“片”的形式，其在切片的時候機械地收集然后運送并存儲，以結(jié)合使用來結(jié)構(gòu)化地形成顯示器。
可選地，在導(dǎo)電細絲已經(jīng)嵌入在抓具層中的情況下，在切開每個“片”之前，形成“x”尋址，必要時以潤滑劑薄膜涂敷的非常薄且中空的針，將以高速穿孔到并通過在制造抓具層時在每個抓具層中留下的導(dǎo)線所最初形成的連續(xù)孔。導(dǎo)電細絲已經(jīng)插入在非常薄的針中并攜帶它。針從孔中移走，而細絲保持在針的外部，并與縮回長度而且沒有抓具“塊”的針保持在一起。通過對抓具材料的些微壓力，在針下面切開細絲，以便彈性的抓具材料回彈，使切割與該點上的抓具表面恰好平齊。對下一通道重復(fù)該過程；另外，在一次穿孔和填充結(jié)構(gòu)中可以采用多個這種針，同時多個通道中插入細絲。這些導(dǎo)電細絲在該可選的方法中形成“y”尋址。
最終的開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)通過放置并對齊足夠數(shù)量的正方形片來完成，以形成所需的顯示器大小。位于透明封存面板之下的激光傳感器陣列可用于確保片的精確對齊，但在每個原始的、預(yù)堆疊的、預(yù)切開的層的側(cè)邊上最初形成的交替的微隆起/凹槽或抽頭/缺口，現(xiàn)在在每個瓦片的兩個相對側(cè)邊上形成了多個隆起/凹槽或抽頭/缺口，允許瓦片在齊軸上自我微對齊。另外，每個瓦片的其它兩個側(cè)邊也制造有自鎖定元件、抽頭/缺口，以能夠在該軸上對將瓦片自鎖定/扣合。
如果可選實現(xiàn)的話，微對齊結(jié)構(gòu)保證嵌入的“x”和“y”尋址細絲之間的連續(xù)良好接觸。當(dāng)嵌入的“x”和“y”尋址細絲不是作為基于抓具的結(jié)構(gòu)的一部分來實現(xiàn)時，那么，印制的或以開關(guān)矩陣沉積的網(wǎng)格或薄膜層，可以在一個層的底部(用于“x”尋址)和頂部(用于“y”尋址)或“x”和“y”尋址的組合(如這里所公開的優(yōu)選實施例2)上實現(xiàn)。當(dāng)在一層上時，必須進行將薄膜與集成的法拉第衰減器光纖元件的適當(dāng)?shù)慕佑|點的精確對齊，這也如優(yōu)選實施例2的公開。晶體管也可以與尋址線一起印刷在所選層上，以便用于實現(xiàn)有源矩陣開關(guān)，如這里所指定的。
光纖單面板，具有以光纖法拉第衰減器段機械地填充的固態(tài)層的開關(guān)矩陣一在該實施例的范疇內(nèi)，剛性或柔性的固態(tài)材料，作為光纖法拉第衰減器元件的結(jié)構(gòu)化支撐來實現(xiàn)，而且尋址可以作為結(jié)構(gòu)的一部分，或者薄膜或?qū)涌梢杂∷⒃谳斎牒洼敵霰砻嫔?，或者如之前實施例所指定的在一層上進行“x”和“y”尋址。晶體管也可以印刷在給定層，以實現(xiàn)有源矩陣開關(guān)。
在具有孔的柔性固態(tài)層的情況下，以法拉第衰減器光纖元件填充孔的兩個替代都是可實現(xiàn)的。在一種方法中，中空的針陣列成批地填充多行孔或多個正方形的孔，但每次只填充每隔一個的孔或每三個孔地填充，這依賴于將多個針插入穿孔結(jié)構(gòu)的實際密度容差(如果采用這種方法的話)。也就是，由于針結(jié)構(gòu)大小當(dāng)然大于孔，并且由于針必須用在穿孔之后切割的光纖填充，或由預(yù)切割的光纖段來填充，那么針結(jié)構(gòu)和以針填充的超結(jié)構(gòu)之間的間隔需要填充交替的孔。每隔一個或每三個等的孔被成批填充，通過穿孔以及壓力插入來自通過針的線軸的光纖，或者通過空氣壓插入通過針的預(yù)切割光纖段。在略過的孔成批填充之后，計算機控制的裝置移動到孔的下一陣列。一旦顯示器以這種方式被覆蓋，填充每隔一個、每三個或每四個等等的孔，填充裝置重置并開始填充最先被填充的行的下一行。與在成批填充中略過的孔一樣多次地重復(fù)成批填充和重置的過程。
圖26是用于圖5和圖6所示的顯示器的模開關(guān)矩陣2600的第一替代優(yōu)選實施例的示意圖。矩陣2600包括機械地以柔性波導(dǎo)通道2610填充的固態(tài)層2605，柔性波導(dǎo)通道2610具有周期性的子單元，每個子單元定義了調(diào)制器元件2615。一個或多個機械的針2620適當(dāng)?shù)貙⒁粋€所需圖案“縫制”到層2605上，剪切系統(tǒng)2625(例如精確的機械光纖切割)將波導(dǎo)通道劃分為模元件。X/Y尋址矩陣可以設(shè)置在2605之中或之上，以耦合并控制單獨的調(diào)制器。
在第二種方法中，采用一個縫制裝置，其中針插入一根成批制造的光纖的連續(xù)線。同樣的，孔可以被略過并且顯示開關(guān)矩陣可以多次縫制。但在每次縫制之后，采用如棒和削尖的鍘刀的切開裝置，以便經(jīng)過固態(tài)層之下和之上繼續(xù)縫制的光纖被切開，留下分離的光纖段并相對于固態(tài)層垂直對齊。該實施例中的固態(tài)層的柔性材料在任意子類型中的針被插入時伸展，并當(dāng)針移走時回彈以在適當(dāng)?shù)奈恢帽３止饫w。在具有孔的剛性固態(tài)層的情況下，可采用以預(yù)切割的法拉第衰減器光纖段填充孔的機械攪動過程。
圖27是用于圖5和圖6所示的顯示器中使用的模開關(guān)矩陣2700的第二替代優(yōu)選實施例的示意圖。矩陣2700包括層2705，其具有用于接收調(diào)制器段的粗加工的孔穴/孔2710。處理包括周期性調(diào)制器結(jié)構(gòu)的一個或多個伸展的通道源2715(例如，通過精確切割系統(tǒng))，以便產(chǎn)生多個調(diào)制器段2720。這些段2720沉積在對齊/插入系統(tǒng)2725中，該系統(tǒng)將適當(dāng)?shù)亩螌?dǎo)引到所需位置上，并將它們插入到適當(dāng)?shù)目籽?710中，下面對此進一步描述。層2705可包括如這里所描述的X/Y尋址矩陣。
在這種方法中，在大批量處理優(yōu)化縮放的顯示器部分，同時被填充顏色子像素行(如果不是同時填充整個行的話)。多個行，交替的R，G，B，可通過相同工藝同時填充，概述如下根據(jù)之前公開的選項或其變型所制造的光纖，從多個卷軸向下饋送到與薄給料槽呈一個角度而設(shè)置的開槽的托盤中，該薄給料槽也是垂直開槽的。切割設(shè)備將光纖切成適當(dāng)?shù)脑危@些段向下滑入到凹槽中并進入給料槽的垂直凹槽中。卷軸陣列然后移到一邊，來完成鄰近的凹槽組的填充，直到給料槽被填充了等于一行的子像素的數(shù)量，或者直到最佳批量過程大小的給料槽被填充。
給料槽的基座是可拆卸的插槽，其暴露槽底部的孔。多個槽可以是一個給料槽批處理CCM設(shè)備的一部分，并由之前的工藝進行填充。容納有多個在垂直插槽上的光纖元件段的填充的給料槽或一系列槽，位于剛性層之上。在固態(tài)層下面是兩個非常薄的可拆卸定位的引導(dǎo)導(dǎo)線或細絲的陣列，每個子像素孔兩個“x”和兩個“y”導(dǎo)線的兩層。它們通過彈簧張力分離著。它們以這種方式被定位，使得包括一個可進入到上面的孔中的段。制造該孔使其具有比光纖元件段更大的直徑，實際它具有足夠大的直徑來利于光纖段進入到孔中的簡單通路。保持引導(dǎo)導(dǎo)線的織機型設(shè)備，設(shè)置為和剛性層中的孔相同的直徑，但導(dǎo)線是可拆卸的。導(dǎo)線或細絲處于拉伸狀態(tài)，并以樹脂涂敷，以提供對光纖段的安全抓握，光纖段可以通過擠壓引導(dǎo)導(dǎo)線的機械側(cè)張力來保持。在引導(dǎo)導(dǎo)線下面是另一個固態(tài)層，其是透明的并有在下面采用的可移動激光傳感器陣列。
在定位之后但幾乎接觸到待填充的行或多行的一行或若干行或部分時，插槽或活板被移動并且露出孔，而同時槽開始并排地輕微地搖動或作輕微的圓形運動。這樣搖動的光纖元件段將從給料槽中的插槽中落下并填充下面的孔。一旦傳感器陣列確認通過批處理的所有光纖元件段都插入了待填充的孔中，就釋放引導(dǎo)導(dǎo)線，彈簧張力將使它們與光纖接觸，拉直光纖并通過上部和下部引導(dǎo)導(dǎo)線恰好保持在剛性材料的孔下面，每個以樹脂涂敷，在剛性層的較大直徑的孔中心定位它們。
接下來保持著剛性打孔的層、引導(dǎo)導(dǎo)線系統(tǒng)和底部透明層的整個裝置旋轉(zhuǎn)180度。一旦整個裝置這樣旋轉(zhuǎn)，而且光纖元件現(xiàn)在通過彈簧張力引導(dǎo)導(dǎo)線來懸掛，液體聚合體材料向下注入到打孔的固態(tài)層中，并流過該層以填充光纖元件段和穿孔的邊之間的間隙。然后這種液體聚合體被UV固化，在穿孔中心固定光纖位置。引導(dǎo)導(dǎo)線現(xiàn)在可以拆除。
剛性層可能已印制了尋址網(wǎng)格、無源或有源矩陣(鄰近每個穿孔有或沒有晶體管，優(yōu)選地在相對于已經(jīng)注入并流過液體聚合體的一邊)?；蛘?，尋址電路可通過這里所參考或他處公開的方法來印刷或沉積。
光纖單一面板，具有以光纖法拉第衰減器段機械地填充的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的開關(guān)矩陣-在該實施例中，組合工藝在上面的實施例“柔性固態(tài)層”中公開。然而，在柔性網(wǎng)孔的使用中，預(yù)編織網(wǎng)孔也可以包括尋址條帶或細絲，它們可另外地“結(jié)合”光纖元件，并從而形成多帶場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)或近似線圈管。
圖28是用于在圖5和圖6所示的顯示器中使用的模開關(guān)矩陣2800的第三替代的優(yōu)選實施例的示意圖。矩陣2800包括網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，其用單獨波導(dǎo)的調(diào)制器段來填充。開關(guān)矩陣2800包括多個金屬化的帶2805，形成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。網(wǎng)孔2810的“X”帶或細絲和網(wǎng)孔2815的“Y”帶或細絲產(chǎn)生X/Y尋址矩陣。輸入接觸點2820為設(shè)置在網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)中的空間中的傳送器元件的影響器結(jié)構(gòu)提供輸入(例如線圈管)。
多個可在編織層中制造的網(wǎng)孔帶、條帶或細絲之間的裂縫，可采取相同方法填充，如柔性固態(tài)層中所示的。某些細絲或帶以導(dǎo)電聚合體形成，或柔性合成材料來形成，其已經(jīng)被金屬化或以導(dǎo)電材料涂敷了。材料的帶是便利的，因為一邊與另一邊可以不同地被涂敷。這些細絲或帶只能被配對為一對“x”和“y”尋址導(dǎo)線，并且這種情況下的線圈管根據(jù)這里所或他處公開的一種方法或其變型來制造。
但可選地，如所示，“x”和“y”軸上的尋址晶體管可以將電流切換到多層網(wǎng)孔中的平行細絲或帶上。交織的多個“x”和“y”帶或細絲接觸約為水平的帶上的光纖，與光纖軸呈直角實現(xiàn)多個電流段。當(dāng)光纖可選地以正方形包層制造時，至少在這個開關(guān)矩陣級(在拉制工藝中采用兩種染料或一種可調(diào)染料，如這里所公開的)，然后帶或條帶基本上與摻雜的包層連續(xù)接觸。
優(yōu)選實施例的變型基于“元件”光纖的顯示器，其具有與開關(guān)模塊分離但由光纖束連接的顯示模塊，具有開關(guān)模塊與光纖束合并，并且該光纖束與在電路板類型裝置中晶體管尋址模塊相組合-圖29是用于實現(xiàn)圖7和圖8所示的組件化顯示系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意圖。組件化系統(tǒng)2900包括照明模塊2905，其具有耦合到調(diào)制系統(tǒng)2915的偏振系統(tǒng)2910，該調(diào)制系統(tǒng)2915包括合并的開關(guān)晶體2920。調(diào)制系統(tǒng)2915向第二通信系統(tǒng)2925提供成像信息，該第二通信系統(tǒng)2925進而耦合到顯示器/投影儀表面2930。照明源2905在基底單元中提供，并且產(chǎn)生經(jīng)過透明襯底傳播到偏振系統(tǒng)2910的波分量，用于產(chǎn)生用于輸入波分量的所需特性。如下面進一步所解釋的，第二通信系統(tǒng)2925包括通過熔融柔性光纖通道的陣列形成的光學(xué)元件層的行。
在對上述一個或多個優(yōu)選實施例的該變型中，光纖可采用與在優(yōu)選實施例所公開的任一種方法相同的方式，保持在顯示或投影表面的相對位置上，但不是把所有光纖組合成束，而是把獨立的光纖行(每次幾千個)固定在一起，它們已經(jīng)通過在計算機條形碼的過程中編織之前或之后進行脫模來進行了標(biāo)識。
代替連續(xù)地編織在一起，從而使得光纖和光纖之前的間隔越來越小，單獨的光纖束或光纖的綁縛的行，用之前所公開的在織機上周期性編織的最初一起保持并固定在相對的位置上。無論在顯示表面上所需的什么間距的細絲都在織機上打結(jié)，然后光纖的獨立層由具有柔性聚合體樹脂的層(每次幾千根光纖一起)來結(jié)合，然后結(jié)合的層縱向地一起卷起來，打結(jié)，并插入到線纜套管內(nèi)。在它們的末端-剛好在光纖的輸入端之上-再次施加另一聚合體樹脂，但在這種情況下，通過UV固化使其變硬，結(jié)果產(chǎn)生剛性、堅固耐用的結(jié)構(gòu)。
帶有計算機條形編(成百的這種)的光纖卷起的層，在線纜套管內(nèi)被傳送到開關(guān)矩陣，然后在矩陣內(nèi)部互相分離。光纖的這種層的輸入端然后通過CCM插入到開槽的插槽內(nèi)，用固定壓縮夾具來裝配。每個光纖層的輸入端面向光學(xué)玻璃或熔融光纖層；通過LPE或外延地將偏振的薄膜施加在玻璃上或熔融光纖層上。激光掃描儀讀取印刷在光纖層上的條形碼，確保每個光纖層插入到適當(dāng)?shù)牟宀壑?。光纖層的堅固耐用的聚合體涂層部分由壓縮夾具來保持。
由這里所公開的方法或其變型在光纖的輸入端附近制造的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)，通過印刷在連接到壓縮夾具的凸緣上的尋址電路來接觸，該法拉第衰減器結(jié)構(gòu)為了良好接觸產(chǎn)生一個暴露的線圈管的“底部”以及為了良好接觸產(chǎn)生一個暴露的線圈管的“頂部”。與光纖層的軸平行設(shè)置的尋址電路可采用以下形式用于每個光纖的底部水平導(dǎo)電條帶和單獨的晶體管，與頂部導(dǎo)電條帶組合，(頂部或者可以代替底部結(jié)合晶體管)，這兩個條帶通過在夾具嚙合之后采用的金屬接觸連接到開關(guān)矩陣的驅(qū)動電路上。這種印刷電路夾具結(jié)構(gòu)的制造方法可以是現(xiàn)有的印刷電路板或半導(dǎo)體方法的任意一種。所得的開關(guān)矩陣相對簡單而粗糙的實施例，盡管不那么緊湊并采用了較多分立的機械組合處理。
優(yōu)選實施例的變型1通過紡織條帶，與顯示器側(cè)邊(與場產(chǎn)生結(jié)合的X尋址)平行的邏輯驅(qū)動帶所實現(xiàn)的線圈管-該實施例采用了如針對“紡織網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)”實施例所公開的通過開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)化元件實現(xiàn)線圈管的相似方法。然而這種情況具有額外的優(yōu)點，因為編織工藝緊貼法拉第衰減器光纖元件，有效地纏繞了多個導(dǎo)電元件，確保與環(huán)形包層光纖的緊密接觸。
當(dāng)然這種方法可以與這里所公開的一個或多個方法相組合，用于圍繞著適當(dāng)制造的光纖集成地制造線圈管或線圈。
本發(fā)明的光纖實施例，還有混合的光纖硅石晶片實施例，擁有對我們所稱的視頻“顯示器”或投影儀，以及與任何其它的顯示器類型相比具有整體顯示圖像質(zhì)量上的提高的成本經(jīng)濟的新應(yīng)用。相比于半導(dǎo)體制造所獲得工藝(其代表為LCD、氣體等離子和其它已確定和新的技術(shù))，一些特征是完全不同的制造工藝和制造范例(光纖織物)的結(jié)果。
然而，通過常規(guī)的導(dǎo)波過程和集成制造在導(dǎo)波結(jié)構(gòu)中的法拉第衰減器設(shè)備，實現(xiàn)對不同的磁光顯示器的光通路和光特性的精確控制，提供了基于導(dǎo)波的磁光顯示器，其具有在其全部實施例和如這里所描述的制造模式中的優(yōu)點，而不管制造范例是半導(dǎo)體晶片還是非半導(dǎo)體晶片。
在半導(dǎo)體晶片制造范例中，基于半導(dǎo)體波導(dǎo)的磁光顯示器特別適合于小型化顯示器，包括“集成的HDTV顯示器”，還有投影儀實施例以及可描述為微薄顯示“備用元件”的專用實施例。由于固態(tài)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在制造中不包含真空的液體或壓力密封的元件，因此本發(fā)明的半導(dǎo)體波導(dǎo)實施例可以非常便宜并且性能比LCD或氣體等離子顯示器更好。
當(dāng)然，為非小型化顯示器選擇基于半導(dǎo)體波導(dǎo)的FPD，在基本上每種情況下，都明顯差于基于光纖的基于磁光的FPD的選擇，這是因為制造半導(dǎo)體晶片的公知的成本限制，特別是對非常大的顯示器。
但是用于某種應(yīng)用的本發(fā)明的基于半導(dǎo)體波導(dǎo)的實施例的重要優(yōu)點，包括小型化顯示器和投影儀應(yīng)用，以下面所描述的來實現(xiàn)首先參考常規(guī)的實例-包括美國專利5,598,492和美國專利6,103,010。兩個實例都是本領(lǐng)域典型的現(xiàn)有技術(shù)，它們是平面半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)法拉第旋轉(zhuǎn)器。像這種可以在非常短(微米)的距離內(nèi)進行90度旋轉(zhuǎn)的可能性的例子在這里的實施例中進行了公開。
存在著本發(fā)明的半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)實施例的兩個基本變型1)在透明熔融光纖襯底上制造的“垂直形成的”半導(dǎo)體波導(dǎo)陣列和法拉第衰減器結(jié)構(gòu)，通過無源或有源矩陣來開關(guān)；以及2)平面半導(dǎo)體波導(dǎo)結(jié)合法拉第衰減器結(jié)構(gòu)作為具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的集成平面元件，與“偏轉(zhuǎn)機構(gòu)”相組合形成一個子像素(所示的實例是45度反射表面或產(chǎn)生90度彎曲的光子晶體缺陷)，該偏轉(zhuǎn)機構(gòu)將入射的平面光偏轉(zhuǎn)成垂直的。然而，所公開的兩個實例并不窮盡通過本發(fā)明半導(dǎo)體波導(dǎo)實施例所產(chǎn)生的可能性的范圍，也不是通過所給出的實例限制本發(fā)明的實施例和其變型。
“垂直”和平面實施例的混合替代通過以每個達到幾千個染料摻雜的法拉第衰減器波導(dǎo)通道的平行陣列制造的平面波導(dǎo)層壓條帶，每個條帶具有R，G或B染料摻雜的或顏色濾波的通道，上下壓在一起以形成具有“垂直”顯示結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)芯的層壓條帶的層。這種沒有偏轉(zhuǎn)的平面法拉第衰減器波導(dǎo)通道的層壓條帶，這樣通過它們的輸出端形成了顯示陣列，通過在端部觀察波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來形成顯示表面，其朝向“外”；薄襯底和周圍的矩陣都是獨立的單獨的法拉第衰減器波導(dǎo)通道。
圖31(包括圖31a和31b)是用于垂直元件半導(dǎo)體波導(dǎo)調(diào)制器陣列3100的總體示意圖。圖31A是示出調(diào)制器條帶設(shè)置的陣列3100的分解圖。顯示系統(tǒng)3100包括若干晶片條帶3105，垂直地層疊以便由每個條帶3105的邊緣制造的像素/子像素矩陣制造聚合的顯示系統(tǒng)3110。每個像素/子像素由耦合到傳送器通道部分的若干結(jié)構(gòu)化且有序的的調(diào)制器制造的，該傳送器和調(diào)制器集成到每個條帶3105，每個傳送器和調(diào)制器具有如這里和并入的專利申請中所述的功能和排列可能性。顯示系統(tǒng)3100是混合的類型，其中每個條帶3105從具有平行于該晶片表面的嵌入式波導(dǎo)通道的晶片形成，上述晶片垂直地層疊，以制造該顯示系統(tǒng)。
圖31B是圖31A所示的一個條帶3105的一部分的詳細示意圖。圖31B的特寫示出了從輸入邊緣3115到輸出邊緣3120側(cè)向地運行的若干傳送器段3110(顯示為圓柱形元件)，每個段3110平行于表面3125。影響器元件3130(表示為直線形元件)耦合到每個段3110以制造調(diào)制器，每個響應(yīng)于X-Y尋址網(wǎng)格(表示為X 3135和Y 3140的單個元件)。圖31B所示的條帶3105的部分包括兩個像素，每個像素具有三個子像素，該子像素生成優(yōu)選的顏色模型的輻射信號(在該情況中R、G和B子通道)。
有利于有效地制造半導(dǎo)體波導(dǎo)元件，“垂直的”和“平面的”是如他處所參考的Molecular Imprints公司在商業(yè)上用的“步進和快速”的微模型印記方法，以及也在他處所參考的NanoOpto公司在商業(yè)上用的實現(xiàn)納米級的自組合制造方法。這些方法和相似的商業(yè)上用的“納米技術(shù)”制造方法都是本發(fā)明的半導(dǎo)體實施例的優(yōu)選方法。
值得注意的是，就制造工藝而言，也參考Petrov作出的美國專利6,650,819，其公開了多階段退火質(zhì)子交換(APE)制造方法，其允許優(yōu)化在單個襯底上不同組成的半導(dǎo)體波導(dǎo)元件。該公開是陳述性的，并能夠制造下面所描述的垂直和平面的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，除非另有描述，在掩模/蝕刻處理中進行制造的優(yōu)選方法是商業(yè)上的多階段退火質(zhì)子交換工藝圖32(包括圖32A和32B)是垂直的半導(dǎo)體波導(dǎo)影響器結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)3200。圖32A是關(guān)于顯示系統(tǒng)3200的替代實施例，該顯示系統(tǒng)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用垂直的波導(dǎo)通道實現(xiàn)了垂直分解的半導(dǎo)體波導(dǎo)顯示器/投射儀。顯示系統(tǒng)3200包括熔融的光纖透明襯底3205，在襯底之上放置若干垂直波導(dǎo)通道3210。當(dāng)其實現(xiàn)與傳統(tǒng)光纖相似時，每個通道3210包括一個或多個邊界區(qū)域-特別是光學(xué)第一邊界區(qū)域3215和第二邊界區(qū)域3220。在不同的傳導(dǎo)實例中，邊界區(qū)域3215是具有不同的折射率的材料，并摻雜永磁性材料。在不同折射率傳導(dǎo)實例中，第二邊界區(qū)域3220是具有不同的折射率的材料，并摻雜含亞鐵/鐵磁摻雜劑。從通過層耦合器3230相互連接的線圈管層產(chǎn)生裝配好的影響器元件3225(例如，線圈或其他適合的磁場產(chǎn)生結(jié)構(gòu))。放置X-Y尋址網(wǎng)格3235，以對為每個影響器元件3225進行獨立連接/控制。波導(dǎo)通道、邊界區(qū)域、線圈和X/Y網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)、功能和操作在上面和并入的專利申請中作了描述。
圖32B是示出連續(xù)地代替構(gòu)成“線圈管”圖案的兩層(第一層3235和第二層3240)的示意圖部分圓周，定義了在第一層上的一個圓柱壁，以相同導(dǎo)電材料垂直地將終點連接到非常薄的第二層上，其中該第二層沉積在第一層上。
通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體沉積、掩模和蝕刻制造該結(jié)構(gòu)如下在透明的熔融光纖襯底上沉積了摻雜的硅石材料。如他處針對本發(fā)明光纖實施例所公開的那樣，以RGB之一的原色的染料進行摻雜并具有光學(xué)活性的摻雜劑的透明材料的首先沉積；然后進行掩模以便保留一行圓形的柱；對于留下的每行，存在著兩行，在它們之間是蝕刻到襯底的。摻雜的材料的每個柱精確地定位在熔融光纖面板的光纖上，這種光纖自身也被染料摻雜并具有與硅石柱相同大小直徑的芯。重復(fù)形成柱的行的處理，以便通過沉積并蝕刻的序列來形成成組的RGB行。
接下來，執(zhí)行另一組沉積和蝕刻以在每個柱狀物周圍制造摻雜的材料的圓柱，該圓柱具有與原始柱狀物不同的折射率，因而由此構(gòu)造導(dǎo)波結(jié)構(gòu)以限制從該熔融光纖襯底進入該半透明柱狀物的光。這種“包層”還可以用永磁性鐵磁材料摻雜，優(yōu)選的為單分子磁鐵，其在形成后經(jīng)受強磁場，設(shè)定到該波導(dǎo)通道的軸的直角。否則，用亞鐵/鐵磁材料對其摻雜，如前面在光纖光學(xué)實施例中公開的，被周圍線圈管磁化后具有剩余磁通。
在用永磁性材料摻雜“包層”結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)為第一“包層”圓柱提供的描述制作第二“包層”圓柱，并且按照如上所述用亞鐵/鐵磁材料摻雜該“包層”。
接下來，執(zhí)行一系列的可替換沉積和蝕刻以制作摻雜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)周圍的“線圈管”。參考圖32B，其示出了連續(xù)地構(gòu)成該“線圈管”圖案的兩層在第一層上，部分圓環(huán)確定一個圓柱壁，采用相同傳導(dǎo)材料中的終段垂直地連接到上面沉積的非常薄的第二層。在第二層上，僅有傳導(dǎo)材料的圓環(huán)的非常小的部分(圓柱壁的微小圓弧)在蝕刻之后進行掩模并保留下來，然后在其周圍沉積了非常薄的絕緣層。
重復(fù)該過程，在下一層上沉積部分圓環(huán)，其實質(zhì)上等于最底層的圓環(huán)或“圓柱的一部分”。該新的部分圓環(huán)或“圓柱壁部分”通過在另外的絕緣層上的圓柱壁的微小弧形的普通傳導(dǎo)材料，垂直地連接到下面的層。而且通過重復(fù)上述過程交替層，一層具有波導(dǎo)柱狀物周圍的幾乎完全的導(dǎo)電圓環(huán)，上面的另一層僅具有相同傳導(dǎo)材料制成的微小連接部分，其保持了波導(dǎo)柱狀物周圍的電流，在下層上非常薄的微小部分，而在上面的層上再一次具有波導(dǎo)柱狀物周圍的幾乎完全圓環(huán)。
由于制造了許多“項圈”層，其中散布了僅具有傳導(dǎo)材料“點”來在層之間運載電流的薄絕緣層，如所需要的產(chǎn)生足夠強度的場以全功率的將光穿過熔融光纖襯底的偏振角旋轉(zhuǎn)90度。從當(dāng)前最佳效果的光學(xué)活性摻雜劑已確定的性能來看，可以通過僅僅很小數(shù)量的“纏繞”或“項圈”層而實現(xiàn)。
接下來，通過標(biāo)準(zhǔn)方法形成傳導(dǎo)網(wǎng)格，包括更新的方法，例如在襯底上浸蘸筆平板印刷，尋址每個法拉第衰減器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的“基底”，其在部分圓環(huán)的輸入點接觸最底部圓環(huán)。
接下來，在半導(dǎo)體制作的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)之間的薄縫隙之間沉積黑色矩陣。當(dāng)使用光子晶體材料時，差別是該帶隙結(jié)構(gòu)引導(dǎo)光，且不一定需要不同折射率的“包層”來限制光(僅僅作為光通道周圍亞鐵/鐵磁材料的摻雜圓柱，并且，可選地，作為永磁性材料的第一摻雜圓柱)。
最后，“上面的”尋址網(wǎng)格，包括當(dāng)材料的特性需要或期望時，沉積在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的黑色矩陣上。
當(dāng)必要時，僅在相對于垂直波導(dǎo)結(jié)構(gòu)頂端的高度，沉積黑色矩陣，以便將由導(dǎo)電尋址網(wǎng)格尋址的晶體管形成為沿著波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的垂直排列的半導(dǎo)體組件，并且將其有利地制造在線圈管結(jié)構(gòu)所需要的交替層之間。
接著，另外的黑色(不透光的)矩陣沉積在尋址網(wǎng)格以及可選的垂直設(shè)置的晶體管上，以便半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)是齊平的。
最后，光散射結(jié)構(gòu)可以直接沉積在垂直波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的“輸出”點上，以便改善已經(jīng)良好的與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的散射角。
在平行于顯示表面的連續(xù)晶片上的半導(dǎo)體波導(dǎo)，對于每個子像素波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)器元件，存在著45度鏡面終端或來自平行于顯示表面的光子晶體的(證明在直徑上是10微米)偏轉(zhuǎn)光，以便從表面中露出，這樣形成子像素。
圖33是顯示系統(tǒng)3300的可替換優(yōu)選實施例，其在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用平面波導(dǎo)通道實現(xiàn)了作為平面分解的半導(dǎo)體波導(dǎo)顯示器/投影儀。系統(tǒng)3300包括在系統(tǒng)3300邊緣上的一個或多個照明源(未示出)，其為很多極為狹窄的波導(dǎo)通道提供光以向每個子像素的均勻照明。系統(tǒng)3300包括許多功能層，包括輸入層、旋轉(zhuǎn)器層和顯示層。在底層，每個子像素行(從X軸和Y軸)為大量極為狹窄的波導(dǎo)通道提供光以向每個像素提供均勻的照明。因而在優(yōu)選實施例中，從Y軸開始，每行(寬度3000)具有1500個波導(dǎo)通道，每個通道在該行的子像素中結(jié)束。X和Y軸尋址可替換的子像素。從X軸開始，每行包括大約1350個通道，X和Y軸各在一個單獨的層上。在優(yōu)選實施例中，波導(dǎo)通道是在0.02微米或更小之上制造的光學(xué)晶體結(jié)構(gòu)波導(dǎo)。每個波導(dǎo)在子像素位置上結(jié)束(在某些實施例中，多個通道可以為一個子像素位置照明)，而且可以確定復(fù)雜的路徑以在期望的位置上為子像素決定輸出的位置。在輸出位置上提供偏轉(zhuǎn)機制以將在傳播平面外部傳播的并且偏振受控的輻射信號再定向到顯示平面。如所示，顯示平面垂直于傳播平面。沿著每個波導(dǎo)通道，提供一個或多個影響器/調(diào)制器部分/層，以構(gòu)成對傳播的輻射信號的期望振幅控制。優(yōu)選的是由于波導(dǎo)通道遠小于子像素直徑，因此波導(dǎo)通道的輸出包括散射或光學(xué)元件以增加有效的尺寸。
圖35是圖33所示的顯示系統(tǒng)3300的示意圖，其進一步示出了產(chǎn)生單一像素的3個子像素通道。每個通道被獨立地控制并被偏轉(zhuǎn)，并在系統(tǒng)3300的表面合并。
圖34A是集成到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的傳送器/影響器系統(tǒng)3400的橫斷面，用于傳播輻射信號3405的，該系統(tǒng)與一個偏轉(zhuǎn)機構(gòu)3410相組合，該偏轉(zhuǎn)機構(gòu)3410通過波導(dǎo)/影響器從水平面到垂直面重定向光“閥”。圖34B示出了系統(tǒng)3415中的波導(dǎo)通路結(jié)構(gòu)的可選實施方案的優(yōu)選實施例。為了補償平面調(diào)制器方案的限制大小，其中旋轉(zhuǎn)必須在像素3420的直徑上完成，為波導(dǎo)3425采用新的“之字形運動”策略。給定光子晶體結(jié)構(gòu)通過形成缺陷(取消周期的孔或其它結(jié)構(gòu))，獲得光通路上的約90度彎曲，一種用于在一系列之字形運動中“折疊”子微米寬的光通路的策略，就在影響區(qū)3430中受到影響(例如磁場)的光束所經(jīng)路的距離而言可以提高等式1的“d”大小，而不會產(chǎn)生太長的設(shè)備。有效地，按照優(yōu)選實施例的之字形運動通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造工藝所形成的旋轉(zhuǎn)器/衰減器元件的持續(xù)發(fā)展，通過比另外實現(xiàn)的更大的“d”大小，產(chǎn)生非常低功耗的設(shè)備。給定通道的大小非常小，旋轉(zhuǎn)器/衰減器設(shè)備的整個大小比現(xiàn)有技術(shù)的波導(dǎo)實例小得多，并且比子像素的最大尺寸小得多。在圖34B中畫虛線的矩形表示包含了循環(huán)波導(dǎo)3425的影響區(qū)3430，其對波導(dǎo)產(chǎn)生影響。在磁場的情況下，平行地將磁場應(yīng)用到波導(dǎo)的長通道長度上。
這里所示的優(yōu)選實施例描述了形成襯底的波導(dǎo)通道，以實現(xiàn)包含在引用的專利申請中的傳送器、調(diào)制器和顯示結(jié)構(gòu)、功能和操作。這些實施例強調(diào)形成/設(shè)置/安置在襯底上的波導(dǎo)通道和獨立/分立的波導(dǎo)通道，例如光纖和光子晶體管光纖之間的可替換性。這些替換中的一種是利用如圖36和37所示的橫向開關(guān)。雖然該優(yōu)選實施例包括了光纖到光纖的開關(guān)，但圖36的原理也可應(yīng)用在波導(dǎo)到波導(dǎo)的開關(guān)上，特別是在公共襯底上設(shè)置的適當(dāng)結(jié)構(gòu)化和放置的波導(dǎo)之間。在某些實現(xiàn)方式中，切換發(fā)生在以適當(dāng)關(guān)系放置的不同襯底的波導(dǎo)之間。
與顯示陣列相組合的，法拉第衰減器設(shè)備的平面半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)實施例的效用，是在于制造極薄的表面半導(dǎo)體工藝顯示結(jié)構(gòu)中，其中照明源從“側(cè)邊”平行地向平面光學(xué)波導(dǎo)來提供。這樣提供照明源可以采用非常緊湊的形式，例如RGB半導(dǎo)體激光、VCSEL或邊緣發(fā)射的平行的行。原則上，使得該結(jié)構(gòu)可以作為剛性或柔性襯底上的厚膜來制造，包括以聚合體密封的織物。由于以厚膜配備顯示器，該顯示器就可作為備用元件，有效地以薄顯示材料平鋪彎曲的幾何形狀的表面。
主要的半導(dǎo)體制造的層包括多個從側(cè)邊照明源傳播光的平面波導(dǎo)(相對于來自平行于顯示表面的全部黑的腔照明源的照明，如在上面所述的平板顯示器實施例)。圖38a是集成到波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的平面法拉第衰減器的垂直截面圖，其與偏轉(zhuǎn)器相結(jié)合，通過波導(dǎo)從水平面到垂直面重定向光“閥”。
典型的制造工藝詳細描述如下厚膜材料沉積在襯底上，使厚膜在張力強度下足夠堅固耐用以便自我鞏固，當(dāng)從工作襯底上移走時保持其完整性。通過半導(dǎo)體平板印刷工藝(材料的沉積或印刷、掩模和蝕刻等等，浸蘸筆納米平板印刷術(shù))，將光學(xué)透明但染料摻雜的材料沉積在厚膜襯底上。該第一次沉積還摻雜光學(xué)活性材料，例如YIG或Tb，或者當(dāng)前最佳的摻雜劑。根據(jù)與厚膜襯底相同的Young’s模量，所有的材料優(yōu)選地是柔性的。
如所示，對通道掩模，并且所沉積的多數(shù)材料被移走，留下成行的材料。采用浸蘸筆納米平板印刷術(shù)以便立體印刷45度偏轉(zhuǎn)元件，該元件采用與適當(dāng)不同折射率相同或其它的材料制成，(或者用于制造光子晶體彎曲的QWI)?；蛘?，可以采用Molecular Imprints公司的“步進和快速”的微模型印記方法。其它的相對更復(fù)雜的方法對于本領(lǐng)域人員也是公知的。
接著，通道的染料和光學(xué)活性摻雜材料的列被沉積和蝕刻，留下直接位于45度偏轉(zhuǎn)元件之上的列，其有效地形成了顯示表面的平面的出口點，用于沿光通道鄰近并由45度偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)的法拉第衰減器設(shè)備開關(guān)的光。
接下來，沉積具有相同的不同折射率的材料，圍繞并覆蓋著原始的行和其它制造的元件。這被稱為“包層材料”。在與45度偏轉(zhuǎn)元件或光子晶體彎曲相鄰的波導(dǎo)通道的段之上，從之前所沉積的材料上蝕刻出間隔，用于實現(xiàn)平行并位于光通道之上的導(dǎo)電線，以便尋址水平帶，該水平帶也可以在光通道之上并與光軸呈直角制造，還有下面的以亞鐵/鐵磁材料摻雜的材料層也被蝕刻。該材料下面的間隔可選地被留下，用于沉積以永久磁化的材料摻雜的材料，其功能將在這里詳細描述。
進而，下列材料被沉積(以連續(xù)掩模和蝕刻以及/或者浸蘸筆納米平版印刷術(shù))平行于光通道的導(dǎo)電材料線，以尋址場產(chǎn)生帶；在光通道上面留下的“包層”材料之上的永久磁化(隨后被磁化)材料的可選層；將通過場產(chǎn)生元件臨時磁化并保留通過剩余磁通的旋轉(zhuǎn)的亞鐵/鐵磁材料；以及場產(chǎn)生導(dǎo)電材料帶，與光通道呈直角來設(shè)置。只有幾個基于摻雜劑性能的帶是必要的。
最后，沉積更多的包層以便作為半導(dǎo)體制造的結(jié)構(gòu)的多個厚膜被密封且是平坦的。任選的，恰好先于尋址法拉第衰減器的場產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，晶體管可以用導(dǎo)電尋址線嵌入地制造。
通過適當(dāng)?shù)剡x擇厚膜材料，整個厚膜顯示器結(jié)構(gòu)可以在堅固耐用的聚合體密封的紡織物襯底上形成，或者從形成襯底移走并通過厚膜外延粘著到另一(可能是幾何形狀復(fù)雜的)最后支撐的顯示表面。
系統(tǒng)操作、性能和測試-某些有關(guān)的背景提高新材料的維爾德常數(shù)、稀土摻雜的光纖和薄膜晶體繼續(xù)改善所公開實施例的性能、效率和操作。
光子晶體光纖的介紹。晶體結(jié)構(gòu)被摻雜，通過熱處理標(biāo)準(zhǔn)光纖形成的孔，形成光子帶隙結(jié)構(gòu)；有效的摻雜和熱處理將產(chǎn)生固態(tài)圍繞的孔，其包含了非常高的維爾德系數(shù)的堿性氣體，該氣體被周圍的摻雜晶體濾去。摻雜的光子薄膜堆疊也用作旋轉(zhuǎn)器元件，其具有接近100％的傳輸，并且在長度上只有36微米。
介紹QWI和其它制造技術(shù)，以減少設(shè)備大小、改善性能以及有效的成本經(jīng)濟。
半導(dǎo)體光學(xué)波導(dǎo)的法拉第旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)的整體最小化，將其用作本發(fā)明的元件，采用同樣技術(shù)使光纖元件最小的例子。全部元件的整個大小是100微米(或)左/右。法拉第旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的直徑，包括圍繞著光學(xué)活性材料的場產(chǎn)生元件足夠厚度的長度，可以是100微米(或)左/右。這樣，大小全都顯著地小于用于大約1000/700像素15英寸顯示器的子像素的最大直徑。
用于獲得光學(xué)活性材料的飽和的技術(shù)也能夠改善優(yōu)選實施例。
光纖拉制和摻雜的制造經(jīng)濟化繼續(xù)改善并進一步降低成本并增進發(fā)展。
在AlGaAs/GaAs和InAlAs/InGaAs/InP族材料以及薄和厚膜技術(shù)的發(fā)展改善了本發(fā)明的一些方面。
優(yōu)選的實施例相比于傳統(tǒng)的尾光纖實現(xiàn)，提供了改善的波導(dǎo)到光纖的連接。
下面的討論涉及預(yù)期的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能規(guī)格-子象素直徑，(包括與光學(xué)活性材料鄰近的場產(chǎn)生元件)＜100微米，或更佳的是＜50微米。(值得注意的是，在這里參考的替代實施例中，多染料摻雜的光通道可以在復(fù)合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，影響RGB象素大小的凈縮減)。
·子象素元件的長度＜100微米，或更優(yōu)的是＜50微米。
·驅(qū)動電流，為了獲得90度旋轉(zhuǎn)，對于單個子象素0-50m.Amps。
·響應(yīng)時間通常對于法拉第旋轉(zhuǎn)器是極其高的(即，已證明的1ns)。
設(shè)備功耗分析和系統(tǒng)操作-考慮到本發(fā)明優(yōu)選實施例的功率需要，開關(guān)矩陣不必是在每個子像素上需要晶體管的“有源矩陣”，法拉第衰減器元件也不必由貫穿每個視頻幀的連續(xù)電流有源地驅(qū)動。(按該幀的需要，通過幀所持續(xù)提供的每個子像素，具有足夠“保持”旋轉(zhuǎn)角常數(shù)的電流)。
“漸次掃描”對“連續(xù)尋址”顯示器“連續(xù)尋址”顯示器-雖然對任意基于法拉第衰減器的顯示器必須采用“有源矩陣”的任何假設(shè)都是錯誤的，但并不是說“連續(xù)尋址”的低功率FLAT顯示設(shè)備是不可以的。
用于FLAT的“連續(xù)尋址”矩陣現(xiàn)在是實用的配置，并且隨著電流強度和單獨的衰減器功率需要降低而越來越實際。一旦詳細地考慮相關(guān)的有利于FLAT的變量，這種形式的基本實踐就具有優(yōu)點，即使現(xiàn)在就許多標(biāo)準(zhǔn)而言“漸次掃描”是兩個里面較好的。
就用每個子像素上的晶體管實現(xiàn)有源矩陣而言，制造的問題和對子像素區(qū)的影響不是LCD的問題。在LCD有源矩陣中，晶體管封閉每個顏色子像素區(qū)的平面部分，降低顯示平面的效率和顯示的圖像的質(zhì)量。在采用有源矩陣的FLAT顯示器中，晶體管元件可以垂直于顯示表面來配置，這樣如在光纖實施例中條帶或?qū)Ь€結(jié)構(gòu)，或如在波導(dǎo)組合結(jié)構(gòu)中制造的元件一樣，在“深度”上設(shè)置。
作為對整個顯示功率需求的基本理解，重點注意的是實際的功率需求不是基于子象素的總數(shù)乘以90度旋轉(zhuǎn)所需的最大電流的線性乘法。實際的平均和峰值功率需要的計算必須考慮下列因素伽馬值和平均顏色子象素應(yīng)用都顯著低于100％從而平均旋轉(zhuǎn)明顯小于90度伽馬值即使使用所有子象素的計算機監(jiān)視器顯示白色背景，對于每個子象素，或在這方面對于任何子象素，也不需要最大伽馬值。篇幅限制，這里不能對人的視覺感知科學(xué)進行詳細討論。然而，穿過顯示器、象素和子象素的相對強度，(給定用于在可變的環(huán)境光級別觀看所需的基本顯示亮度)，對合適的圖像顯示是很重要的。
最大伽馬值(或接近于它)，以及完全旋轉(zhuǎn)(通過任何操作范圍，90度或其一部分一見下面)，將僅在需要最極端對比度的情況才需要，例如當(dāng)直接照射到太陽時的直接照射明亮光源。
這樣，顯示器的平均伽馬值在統(tǒng)計上將是可能的最大伽馬伽馬的一部分。這就是為什么為了舒適地瀏覽計算機監(jiān)視器的穩(wěn)定“白”背景，法拉第旋轉(zhuǎn)也不用處在最大值的原因?？傊?qū)動任何給定的子象素的任何給定的法拉第衰減器幾乎很少需要處在全旋轉(zhuǎn)，因而很少需要滿功率。
顏色由于僅有純白色需要簇中RGB子象素的等強度組合，應(yīng)當(dāng)注意，對于彩色或灰度圖像，在任何時間被尋址的是顯示子象素的一部分。由RGB疊加組合形成的顏色意味著某些彩色象素將僅需要一個(R，G，B的任何一個)子象素(在不同強度)為“on”，某些象素將需要兩個子象素(在不同強度)為“on”，并且某些象素將需要三個子象素(在不同強度)為“on”。純白象素將需要所有三個子象素均為“on”，利用其旋轉(zhuǎn)的法拉第衰減器以實現(xiàn)相等的強度。(彩色和白色象素可以并置以沖淡顏色；在本發(fā)明的替代實施例中，在“簇”中的其他子象素可以是白平衡的光，以實現(xiàn)對飽和度更有效的控制)。
考慮到對子象素簇的彩色和灰度成像需求，很明顯對于普通幀來說，實際需要被尋址的是所有顯示子象素的一部分，而對于那些在某種程度上處在“on”的子象素，平均強度將明顯小于最大值。由于在RGB合成顏色方案中子象素的功能，這是很簡單的，并且其是除了考慮絕對伽馬值之外的一個因素。
結(jié)論統(tǒng)計分析可以確定FLAT有源矩陣/連續(xù)尋址設(shè)備由于這些考慮引起的電源需求分布。在任何情況下，其都明顯小于在全法拉第旋轉(zhuǎn)中同時顯示的每個子象素的假想最大值。對于任何給定的幀來說，決不會所有的子象素都為“on”，并且那些為“on”的子象素的強度，因為各種原因，通常處在最大值的相對較小的部分。
用于0-90度旋轉(zhuǎn)的0-50m.amps，是最小的規(guī)格-也要重點注意現(xiàn)有的法拉第衰減器設(shè)備的性能規(guī)格中已給出了用于0-90度旋轉(zhuǎn)的電流范圍的例子(0-50m.amps)，但是該性能規(guī)格是作為最小值提供的，其顯然已經(jīng)被用于光學(xué)通信的現(xiàn)有技術(shù)參考設(shè)備替代并超越。
最重要的是它沒有反映在本發(fā)明中指定的新穎實施例，包括從改進的方法和材料技術(shù)所獲得的利益。自從實現(xiàn)列舉的規(guī)范以來，性能改進一直在持續(xù)，并且之前存在的東西將持續(xù)加速。(見下面使用氣體水蒸氣以作為旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的詳細評論)。
用于降低連續(xù)尋址的FLAT顯示器的功率需求的另外的策略和因素包括a)使用局部旋轉(zhuǎn)范圍，具有精確的部分角度，與完全的90度旋轉(zhuǎn)范圍相對比。
b)使用包含在固態(tài)元件的微氣泡中的水蒸氣的良好維爾德常數(shù)，與透明固體相對比(線性Macaluso-Corbino效應(yīng))下面的討論集中在正面影響本發(fā)明的功耗的兩個策略上，特別是針對有源矩陣實施例的考慮。如上所陳述，它們決不本發(fā)明所指出的提高設(shè)備效率的唯一的新的和改進的方法和材料。
a)局部范圍旋轉(zhuǎn)一雖然原則上注意許多優(yōu)選實施例著重于通過法拉第衰減器在完全90度上的偏振光的完全旋轉(zhuǎn)，但本發(fā)明的基本需求是光的強度通過足夠數(shù)量的增量來衰減以便獲得滿意的強度傾斜度(并且滿足視頻廣播標(biāo)準(zhǔn))。例如，在典型的CRT顯示器中，每個電子槍具有總共個256(校準(zhǔn)的)電壓設(shè)定，以便通過相同范圍激勵相應(yīng)顏色的熒光劑。(請注意，然而，注意人的視覺感知研究表明，當(dāng)與其它因素的察覺相結(jié)合時，人眼只能察覺較小范圍的不同。)考慮到通常的法拉第衰減器的精確度和可再造性，例如，通過給定范圍獲得可變光強度而同時降低法拉第衰減器所需電流的策略，是定義一個從0-45度的選擇操作范圍，在該范圍內(nèi)有滿足視頻成像需要的足夠數(shù)量的角增量。
為了等于0-90度設(shè)置的最大子象素強度，0-45度的照明源系統(tǒng)可以兩倍于默認設(shè)置的光強度。然而，由于來自照明源的光經(jīng)過顯示器的所有通道均勻地被“分散”，并在任何時候都有可能超過最大顯示器亮度(給定自身從分解成線性偏振和衰減中的任何損失)，照明源不需將功率提高到與旋轉(zhuǎn)的操作范圍從90度減少的相同程度。
結(jié)論通過減少旋轉(zhuǎn)范圍，并提高旋轉(zhuǎn)精確度(較小的有角增量)，處于最大值的每個衰減器的功率需要就相應(yīng)的減少。
b)使用微氣泡光纖(或通道化材料)中的水蒸氣-這種策略將最佳地結(jié)合使用光子晶體材料(光纖、波導(dǎo)、通道化材料等等)來實現(xiàn)。
參考正文和隨后的性能改進的詳細描述部分，性能改進是由于將水蒸氣用作旋轉(zhuǎn)介質(zhì)獲得的。在Budker等等(Lawrence Berkeley國家實驗室)的研究最近公開了重要的改進(2002年6月4日)。
在研究水蒸氣中的法拉第旋轉(zhuǎn)的變型中(諧振的磁光效應(yīng)，或者“線性Macaluso-Corbino效應(yīng)”)，研究者證實與固態(tài)火石玻璃相比，蒸汽有數(shù)量級較高的維爾德常數(shù)，參考維爾德常數(shù)，火石玻璃3×10^-5Vs維爾德常數(shù)，諧振銣蒸汽10^4Budker等等得出這樣的結(jié)論，即使用透明的光學(xué)活性固體和水蒸氣相比(考慮到密度的不同)，提供維爾德常數(shù)的有效提高(“每原子”)處于10^20的量級。在中空、局部真空的光纖(標(biāo)準(zhǔn)的或光子晶體)中或光子晶體的密封通道中實現(xiàn)水蒸氣，被認為可以降低所需。
再次考慮到如上面公式1所述的用于法拉第旋轉(zhuǎn)的公式-那么有效的維爾德常數(shù)從3×10^-5增加到10^4意味著，以保守估計為10^-8的組合因子減少所需的長度“d”和/或所需的場或磁通強度。結(jié)論這樣，將水蒸氣作為旋轉(zhuǎn)介質(zhì)實現(xiàn)的方法例如能夠把旋轉(zhuǎn)0-90度的輸入電流的范圍，從0-50毫安減小到到0-5微安，(10^-6安培)以及并將所需的旋轉(zhuǎn)元件的長度，從mm或10倍于微米減小到到微米級的制造。
2)“逐行掃描”顯示器-上面所考慮的因素也用于本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例，即無源矩陣/“逐行掃描”顯示器。減少功率需求的策略(包括減少旋轉(zhuǎn)的操作范圍并將水蒸氣用作旋轉(zhuǎn)介質(zhì))也同樣地用于該優(yōu)選實施例中。
磁滯現(xiàn)象、剩余磁通和逐行掃描-其它部分已經(jīng)指出，剩余磁通現(xiàn)象是減少功率需求的特性，事實上在場產(chǎn)生材料達到飽和以及實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的大小之后“保持”旋轉(zhuǎn)。
事實上，對磁滯曲線的“衰減”部分的考慮表明，一旦介質(zhì)達到飽和，并且切斷場產(chǎn)生元件的供電，旋轉(zhuǎn)的大小將跟蹤著曲線的傾斜度，在強度上慢慢減小，然后更快地減小，最后在稱作“剩余磁通”的一個永久磁化程度上停止。
重點注意的是，就本發(fā)明而言，為了消除“剩余磁通”，用于場產(chǎn)生元件的電流必須被反轉(zhuǎn)并且有效地對產(chǎn)生元件去磁化。對給定元件所需的場強度被稱為“矯頑磁性”。
這樣，一旦旋轉(zhuǎn)元件被“打開”，就必須完全地“關(guān)閉”。首先把脈沖傳遞到該元件上以便獲得所需旋轉(zhuǎn)；一旦獲得所需的旋轉(zhuǎn)，脈沖就終止，但磁化保留，其根據(jù)場產(chǎn)生元件的磁滯曲線“衰減”。某些殘留的磁化將相對持久地保留，除非相反的電流流過該元件并將其去磁化。
從峰值磁通到“剩余磁通”的“衰減”的這種過程明顯地是法拉第衰減器方案的優(yōu)點。這與CRT中的熒光劑衰減是相似的。這就實現(xiàn)了與“逐行”掃描和無源矩陣的相類似的過程。
必須就場產(chǎn)生元件的磁滯曲線進行仔細選擇，就如對光學(xué)活性材料為其特性進行選擇一樣。場產(chǎn)生元件的磁滯曲線越平，相對于飽和磁通的剩余磁通越高，旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)大小越恒定。
曲線可以或短或高。然而，一條高的磁滯曲線代表較高的飽和磁通和較高的矯頑磁性，這樣“開”和“關(guān)”脈沖就需要更多的功率。一條“短”的曲線，就是又“寬”又“平”，最適于場產(chǎn)生元件。建議選擇亞鐵磁和鐵磁之間的材料。
(如上所討論，用于通信的某些現(xiàn)有衰減器采用了永久磁體以便磁化垂直于光束傳播方向的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)區(qū)域。這時為了在最初的響應(yīng)曲線中改善衰減的響應(yīng)曲線。其它的技術(shù)也是可以的，某些已在用于通信的其它衰減器中證實了，用于獲得旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的所需性能特性)。
給定一個最佳磁滯曲線，一個將法拉第衰減器光閥“打開”保持在所需級別的曲線，用于開關(guān)的其他設(shè)計變量，是最初的“旋轉(zhuǎn)”脈沖和其次的“矯頑性的”脈沖之間的時間。換句話說，光閥打開多長時間能夠根據(jù)設(shè)備需求以分立的相對低功率脈沖來精確地確定。
還要注意，設(shè)計適當(dāng)形狀的曲線可以完全消除對“連續(xù)尋址”的有源矩陣顯示的需求。即使在這種顯示器中，也需要反轉(zhuǎn)電流來消除剩余磁通并元件切換到完全的“關(guān)閉”。
法拉第衰減器是快速的以無源矩陣以60fps或更大進行逐行掃描。給定之前在該文檔中引用的規(guī)格，(具有以1ns的法拉第旋轉(zhuǎn)的開關(guān)速度)，明顯地，在單一電路上，無源矩陣、“逐行掃描”顯示器可以達到60fps或更快。
考慮1080×1920HDTV顯示器，其具有2.1百萬象素和6.2百萬子象素。給定已經(jīng)達到的開關(guān)速度，無源矩陣、“逐行掃描”顯示器能夠有效地開關(guān)16百萬子象素/幀。這樣，即使在兩倍于30fps標(biāo)準(zhǔn)的幀速率下，這種顯示器也能在一個幀內(nèi)傳輸“旋轉(zhuǎn)”脈沖以及“矯頑磁性”脈沖，并允許在幾乎“一幀的三分之一”的持續(xù)時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)子象素并對所需范圍“打開”。與人的視覺感知科學(xué)的有益特征相結(jié)合，包括“視覺的持續(xù)”，這種方案將產(chǎn)生較好的顯示特性(并不需要緩沖“黑”幀)。
存在著另外的因素和策略，它們能夠進一步改善無源矩陣、“逐行掃描”FLAT顯示器的性能a)顯示區(qū)域被劃分成單獨的電路-為了提高“旋轉(zhuǎn)”脈沖和“矯頑磁性”脈沖之間的持續(xù)時間，可以采用與在CRT中使用分離的電子槍相似的策略。例如，所有紅色子象素可以在一個電路上，所有的綠色子象素在另一個上，而所有的藍色在另外一個上。這樣，每個電路將同時“發(fā)射”作為用于整個顯示器的每個顏色的“逐行掃描”。
或者，顯示區(qū)域自身可以被劃分為區(qū)。例如，分成3×5的矩形區(qū)域。在任意的這種方案下，顯示器的總功率需求由區(qū)域的數(shù)量乘以旋轉(zhuǎn)任意子象素所需求的功率來確定。這樣，在RGB劃分中，任意時間上的峰值電流需求將是(基于參考規(guī)格)3×50＝150m.amps。(將水蒸氣作為旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的實現(xiàn)方式可能會產(chǎn)生150微安的峰值電流)。在3×5的設(shè)置中，峰值將是(根據(jù)我們參考的數(shù)字)750m.amps(或750微安)。
甚至在RGB劃分方案中，減去“旋轉(zhuǎn)”脈沖之后尋址每個子象素所需的時間(要注意通常這不是必須的)，然后用“矯頑磁性”脈沖消除“剩余磁通”，在持續(xù)時間上的最終提高將意味著每個子象素在一幀的75％“旋轉(zhuǎn)”。3×5的方案將產(chǎn)生子象素在一幀的95％切換到“打開”。
b)壓縮技術(shù)Delta旋轉(zhuǎn)對重置旋轉(zhuǎn)-數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是能夠進行例如HDTV的集中帶寬傳輸應(yīng)用的基本方法?！跋戕r(nóng)類型”的壓縮，例如JPEG、MPEG-2、小波或分形是一類；基于內(nèi)容信息理論的“autosophy”壓縮(也就是Klaus Holtz的美國專利5,917,948)，在“變化分析”的較高階上操作。
通常，壓縮原則是與本發(fā)明的“旋轉(zhuǎn)”和“矯頑磁性”(“打開”/“關(guān)閉”)步驟相關(guān)的，原因是缺省的假設(shè)在每幀的開始，旋轉(zhuǎn)以獲得所需強度的子象素，必須隨后通過時間等于場產(chǎn)生介質(zhì)的“矯頑磁性”的“反轉(zhuǎn)”場強度，來“重置”為零。換句話說，默認假設(shè)是每個子象素必須在每幀的開始進行重置。
然而，通過實現(xiàn)壓縮類型軟件和硬件組件，那么任意給定的子象素可以被“智能地”尋址。(最佳地，這些組件是基于“autosophy”的圖像緩沖、變化緩沖、“多維空間”變化庫、70位超象素簇代碼；使用存儲器芯片和CAM或CAROM-見Holtz的公開)。
通常，切換到子象素是“delta旋轉(zhuǎn)”電流值(+或-)，而不是從重置到“關(guān)閉”位置所開始的絕對值。“剩余磁通”值然后通過下一脈沖被增加或減少。
根據(jù)優(yōu)選的壓縮方案，每幀只需要有一個脈沖，即初始“旋轉(zhuǎn)”脈沖。只有已經(jīng)“打開”到某種程度的子象素需要在下一期間完全“關(guān)閉”，脈沖才需要產(chǎn)生一個等于場產(chǎn)生元件的“矯頑磁性”的“反轉(zhuǎn)”場。
本發(fā)明另外的實施例將產(chǎn)生上述策略和方法的變型。在這里提供一些關(guān)于由本發(fā)明的有益特征所提出的新檢測過程的簡短、額外的注釋。這些檢測過程決不能窮盡本發(fā)明在檢測或改善的可能性上的所有優(yōu)點(它們也不覆蓋每個實施例的每個元件的所有檢測需求)。
光纖實施例將光纖區(qū)域作為光通道的一個優(yōu)點是在測試插入或“編織”到開關(guān)矩陣的段之前，可以測試光纖的整體長度的光學(xué)活性。將測試旋轉(zhuǎn)器設(shè)備沿長的光纖長度向下，同時輸出檢測器來測量旋轉(zhuǎn)特性，這代表這類實施例的“整體”測試的潛能。
組合顯示器/開關(guān)矩陣的“紡織”方法意味著，在粘合或外延發(fā)生之前，如果在測試電流中檢測到缺陷或錯誤，就移走或調(diào)整“線股”。
波導(dǎo)-除了改善半導(dǎo)體波導(dǎo)制造、測試、修補之外，也要注意在該實施例的變型中，波導(dǎo)條帶垂直于顯示表面，并且在粘合之前，這些條件被粘合或外延在一起，如果需要的話，單獨的條帶被檢測并被替換。
所有的實施例-本發(fā)明一些實施例的一個優(yōu)點是，組合了矩陣后，子象素(在外部顯示表面上沒有擴散光學(xué)器件)是分立的并且是良好可分離的，這一實施意味著在測試和檢測有缺陷的子象素中的效率。
通過與其它顯示技術(shù)的比較-有效并低價的測試，以及替代和/或修補有缺陷的元件的可能性，應(yīng)當(dāng)對照LCD顯示器中依然較高的缺陷率來考慮，例如特別是在大型顯示器以及PDP中。
LC材料注入到LCD顯示器的夾層結(jié)構(gòu)中，以及在光學(xué)玻璃上制造InP有源矩陣電路，意味著在競爭FPD技術(shù)中測試和修補的內(nèi)在局限性。
對測試的結(jié)論，重點在于基于實施例的光纖光學(xué)器件上在大批量生產(chǎn)中采用各種可選的方法，制造具有集成的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)的光纖，并且通過沿光纖長度傳播的激光測試信號來檢測法拉第衰減器結(jié)構(gòu)的周期形成；采用測試探針來與線圈管上的接觸點相接觸，并進行整個范圍的旋轉(zhuǎn)。批量生產(chǎn)中有缺陷的法拉第衰減器結(jié)構(gòu)在光纖上用計算機條形碼來標(biāo)識，并且當(dāng)進行紡織編織或切開時簡單地略過缺陷元件；紡錘穿絲的織機繼續(xù)纏繞來略過任意有缺陷的元件等等。結(jié)果是顯示矩陣中100％的子象素被檢測并確定功能，不像LCD、氣體等離子等等具有非常高的缺陷率，導(dǎo)致整個顯示器被丟棄，而“可接收的”那些仍舊具有一定百分比的有缺陷的子象素。
本發(fā)明實施例的替代實現(xiàn)方法的某些有代表性的實例1、元件實施例的專用子類型用于VR護目鏡的重量輕、高分辨率和明亮的顯示表面-許多類型的顯示系統(tǒng)具有薄、小和重量輕的顯示系統(tǒng)，例如包括電子護目鏡和護目鏡組合專用的高分辨率和明亮的顯示表面，例如在夜視和虛擬現(xiàn)實的護目鏡中所使用的。如在這里所并入的臨時專利申請和組件化的專利申請中所公開的那樣，優(yōu)選實施例還有一個特征是通過組件化電子護目鏡系統(tǒng)進一步減輕護目鏡并減少它的尺寸。
通過光纖和光纖/波導(dǎo)集成方案，優(yōu)選實施例的電子護目鏡系統(tǒng)的顯示表面可以從調(diào)制/開關(guān)矩陣上分離，這樣允許高亮度圖像從例如直升機電子封裝的遠程位置，通過例如光纖束的波導(dǎo)傳輸?shù)絍R護目鏡設(shè)備(共享源)中的熔融光纖光學(xué)器件面板上。這樣就能提高夜視飛行能力。
光纖面板過去結(jié)合其它顯示源來采用，例如CRT或LCD，但是這種源限制了分辨率或亮度，這是因為，首先，光纖熒光劑屏幕的不精確界面，其次是因為LCD的亮度限制。LCOS雖然可以形成較好亮度，在與光纖集成上存在重大的問題。在該情況下包括集成光纖到光纖光學(xué)器件面板的解決方案或波導(dǎo)到光纖解決方案的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，克服的之前的方法的限制。
替代面板方法，如之前的部分中詳細描述的非常薄的半導(dǎo)體夾層方案，可以在虛擬現(xiàn)實護目鏡設(shè)計中采用來自光纖的側(cè)邊照明，其中開關(guān)矩陣包含在或接近于顯示表面。在兩種方法的任一種中的顯示表面的亮度、速度、視角和光學(xué)質(zhì)量提供了用于所有應(yīng)用領(lǐng)域的夜視及虛擬現(xiàn)實頭戴聽筒的性能和成本上的重大改進。
圖42是采用襯底波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的電子護目鏡系統(tǒng)4200的優(yōu)選實施例的前透視圖。如所示，襯底波導(dǎo)系統(tǒng)作為上述襯底波導(dǎo)顯示系統(tǒng)4205的立體視覺對來示出。另外，系統(tǒng)4200包括用于功率/數(shù)據(jù)通信的端口4210。圖43是圖42所示的電子護目鏡系統(tǒng)4200的側(cè)透視圖。
在任一種方法中的顯示表面的亮度、速度、視角和光學(xué)質(zhì)量在用于所有應(yīng)用領(lǐng)域的常規(guī)VR頭戴聽筒的性能和成本上做出了重大改進。
2、用紡織顯示材料制造的織物-這是從編織的紡織平板顯示范例中獲得的一個應(yīng)用。本發(fā)明的附加應(yīng)用將包括持續(xù)編織的紡織開關(guān)“織物”段之間的連接點的細節(jié)。
3、具有多個遠程顯示器或投影單元的中央分布開關(guān)系統(tǒng)-這種模塊化實施例的相對直接的擴展將另外包括具有許多由中央開關(guān)模塊控制的不同種類的顯示設(shè)備的“顯示”元件，該顯示元件不接收復(fù)雜的TV視頻信號但形成壁紙和其它“可編程的”元件。
圖44是本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于宏觀組件系統(tǒng)4400的總體示意方框圖。系統(tǒng)4400是上述模塊化實施例的相對直接的擴展，以包括與遠程顯示元件4410和遠程投影系統(tǒng)4415互連的中央分布4405。這些“顯示”元件(顯示器4410和投影儀4415)優(yōu)選地不接收復(fù)雜的TV視頻信號；而是通過波導(dǎo)束4420接收直接的成像信號，這些信號在中央分布4405中具有激勵源和/或控制/調(diào)諧特征。顯示元件可采取非常薄的結(jié)構(gòu)(例如“壁紙”或“備用元件”段)和“可編程的”元件的形式，其中許多不同種類的顯示設(shè)備由中央開關(guān)模塊4405控制。每個顯示元件可以呈現(xiàn)相同的圖像信號或具有多個獨立通道特征的獨立圖像信號。在某些實現(xiàn)中束4420可以與音頻通道相結(jié)合，并可以包括從顯示元件向中央分布4405傳輸控制信號的雙向通信特征。在該例子中，成像信號指的是直接的光學(xué)信號，它可通過顯示元件進行顯示來重放信號。遠程顯示器可以是無源的并且包含光學(xué)元件。一個由光學(xué)波導(dǎo)傳輸?shù)某上裥盘柵c視頻信號相對照，該視頻信號代表現(xiàn)成像信號并通常需要電子器件和電源以從電子表示形式轉(zhuǎn)換為圖像。在優(yōu)選實施例中，照明源和圖像控制在中央分布系統(tǒng)4405中，為顯示元件提供最小處理需求。這樣，顯示元件可以簡單地是一個面板，適當(dāng)?shù)貙⒉▽?dǎo)通道安排到合適的顯示矩陣中。
通常，本發(fā)明不限制于這些、以及對法拉第旋轉(zhuǎn)方案或修改的法拉第旋轉(zhuǎn)方案的有效性和一致性而言依然未知的改進。任何這種改進只是進一步增加已被證實或廣泛評論的磁光開關(guān)的內(nèi)在優(yōu)點上，例如應(yīng)用于LCD的速度、可縮放性、圖像質(zhì)量(強度、視角等等)。
除了這些沒有在正文或其附錄中窮盡地示出的改善之外，應(yīng)當(dāng)注意到，上述用于法拉第效應(yīng)的公式1的變量，暗示著降低為實現(xiàn)給定旋轉(zhuǎn)而所需的場的大小的各種策略。可以繼續(xù)實現(xiàn)較高的維爾德常數(shù)，例如通過材料技術(shù)的改善，如Tb摻雜的光纖和TBB薄膜(通過YIG)。
圖45是用于法拉第結(jié)構(gòu)波導(dǎo)調(diào)制器4500的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的總體示意性平面圖。調(diào)制器4500包括光傳送器4505、可連接到傳送器4505的特性影響器4510、第一特性元件4520和第二特性元件4525。
傳送器4505可以基于很多已知技術(shù)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。例如，傳送器4505可以是具有傳導(dǎo)通道的經(jīng)過專門調(diào)整的光纖(常規(guī)的或者PCF)，其中傳導(dǎo)通道包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域(例如芯和芯的一個或多個包層)，或者傳送器4505可以是體型器件或者具有一個或多個這種傳導(dǎo)通道的襯底的波導(dǎo)通道?；谝挥绊懙妮椛涮匦缘念愋秃陀绊懫?510的性質(zhì)對常規(guī)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行修改。
影響器4510是用于表現(xiàn)對通過傳送器4505和/或在傳送器4505上傳輸?shù)妮椛涞奶匦杂绊?直接或者非直接地，例如通過所公開的效應(yīng))的結(jié)構(gòu)。很多不同類型的輻射特性可能受到影響，并且在很多情況下，用于影響任何給定特性的特定結(jié)構(gòu)可以隨實現(xiàn)方式的不同而改變。在優(yōu)選實施例中，可以用于依次控制輻射輸出振幅的特性是對于影響所期望的特性。例如，輻射偏振角度是可能受到影響的一個特性，并且是能夠用于控制所傳輸?shù)妮椛湔穹奶匦?。另一種元件的使用，例如固定偏振器，會基于與偏振器的傳輸軸相比的輻射偏振角度來控制輻射振幅。在該示例中，對偏振角度的控制改變了所傳輸?shù)妮椛洹?br> 然而，應(yīng)該理解的是，其他類型的特性也可以受到影響，并可以用于控制輸出振幅，例如輻射相位或者輻射頻率。通常，其他元件與調(diào)制器4500一同使用，以基于特性的性質(zhì)和對特性的影響的類型和等級，控制輸出振幅。在一些實施例中，可能期望對除輸出振幅之外的輻射的另一種特征進行控制，所述特征可能要求對除了已經(jīng)確定的那些特性之外的輻射特性進行控制，或者可能要求對特性進行不同的控制，以實現(xiàn)對所期望屬性的所期望控制。
法拉第效應(yīng)僅僅是在傳送器4505中實現(xiàn)偏振控制的一種方法的一個示例。法拉第偏振旋轉(zhuǎn)影響的優(yōu)選實施例的影響器4510使用了最接近或者在傳送器4505中/上集成的可變和固定磁場的組合。期望生成這些磁場，從而控制磁場定向為平行于通過傳送器4505傳輸?shù)妮椛涞膫鞑シ较?。對磁場相對于傳送器的方向和振幅的適當(dāng)控制達到了對輻射偏振角度的影響的所期望等級。
在該特定示例中優(yōu)選為，將傳送器4505構(gòu)造為提高/最大化影響器4510對所選定特性的“可影響能力”。對于采用法拉第效應(yīng)的偏振旋轉(zhuǎn)特性，對傳送器4505進行摻雜、成形、處理和/或者加工，以增加/最大化維爾德常數(shù)。維爾德常數(shù)越大，影響器4510越容易能夠在給定場強和傳送器長度上影響偏振旋轉(zhuǎn)角度。在該實現(xiàn)方式的優(yōu)選實施例中，對維爾德常數(shù)的關(guān)注是主要任務(wù)，傳送器4505的波導(dǎo)方面的其他特征/屬性/特點是次要的。在優(yōu)選實施例中，影響器4510是與傳送器4505集成的，或者是通過波導(dǎo)制造過程(例如，粗加工成品制造和/或者拉制過程)與傳送器4505“強相關(guān)”的，盡管一些實現(xiàn)方式可能提供其他方式。
元件4520和元件4525是用于選擇/過濾/操作要受到影響器4510影響的所期望輻射特性的特性元件。元件4520可以是濾波器，其被用做“選通”元件，以傳遞具有對于適當(dāng)特性的所期望狀態(tài)的輸入輻射的波分量，或者它可以是“處理”元件，以使得輸入輻射的一個或多個波分量符合對于適當(dāng)特性的所期望狀態(tài)。將來自元件4520的選通/被處理的波分量提供給光傳送器4505，并且特性影響器4510可控地影響如上所述的被傳送的波分量。
元件4525是與元件4520的合作結(jié)構(gòu)，并且作用在受影響的波分量上。元件4525是基于波分量的特性狀態(tài)、傳遞WAVE_OUT并控制WAVE_OUT的振幅的結(jié)構(gòu)。該控制的性質(zhì)和細節(jié)涉及來自元件4520的將受影響的特性和特性的狀態(tài)以及初始狀態(tài)如何受到影響器4510影響的細節(jié)。
例如，當(dāng)要受到影響的特性是波分量的偏振特性/偏振旋轉(zhuǎn)角度時，元件4520和元件4525可以是偏振濾波器。元件4520選擇一種特定類型的偏振用于波分量，例如右旋圓偏振。影響器4510在輻射通過傳送器4505時，控制輻射的偏振旋轉(zhuǎn)角度。元件4525基于與元件4525的傳輸角度相比的最終偏振旋轉(zhuǎn)角度，對受到影響的波分量進行濾波。換句話說，當(dāng)受到影響的波分量的偏振旋轉(zhuǎn)角度與元件4525的傳輸軸匹配時，WAVE_OUT具有高振幅。當(dāng)受影響的波分量的偏振旋轉(zhuǎn)角度與元件4525的傳輸軸“交叉”時，WAVE_OUT具有低振幅。在該上下文中的交叉指與常規(guī)偏振濾波器的傳輸軸相比，旋轉(zhuǎn)角度偏離了大約90度。
此外，可以建立元件4520與元件4525的相對方向，以便缺省條件造成WAVE_OUT的最大振幅、WAVE_OUT的最小振幅或者這之間的其他值。缺省條件指沒有來自影響器4510的影響的輸出振幅的量。例如，通過將元件4525的傳輸軸設(shè)定為相對于元件4520的傳輸軸成90度，對于優(yōu)選實施例，缺省條件會是最小振幅。
元件4520和元件4525可以是分立部件，或者一個或兩個可以集成到傳送器4505上或者傳送器4505中的結(jié)構(gòu)。在一些情況下，在優(yōu)選實施例中，這些元件可以位于傳送器4505的“輸入端”和“輸出端”，而在其他實施例中，這些元件可以分布在傳送器4505的特定區(qū)域中或者遍布傳送器4505。
在操作中，輻射(顯示為WAVE_IN)是入射到元件4520的，并且對適當(dāng)?shù)奶匦?例如右旋圓偏振(RCP)旋轉(zhuǎn)分量)進行選通/處理，以將RCP波分量傳遞到傳送器4505。傳送器4505傳輸RCP波分量，直到它與元件4525相互作用并傳遞波分量(顯示為WAVE_OUT)。入射WAVE_IN通常具有多個對于偏振特性(例如右旋圓偏振(RCP)和左旋圓偏振(LCP))的正交狀態(tài)。元件4520產(chǎn)生偏振旋轉(zhuǎn)特性的特定狀態(tài)(例如，傳遞正交狀態(tài)之一并阻塞/偏移其他狀態(tài)，從而僅僅傳遞一個狀態(tài))。影響器4510響應(yīng)控制信號，影響所傳遞波分量的該特定的偏振旋轉(zhuǎn)，并可以按照控制信號指定的那樣對其進行改變。優(yōu)選實施例中的影響器4510能夠影響大約90度范圍上的偏振旋轉(zhuǎn)特性。然后，當(dāng)波分量已經(jīng)受到影響時，元件4525與波分量相互作用，從而允許在波分量偏振旋轉(zhuǎn)與元件4525的傳輸軸相匹配時將WAVE_IN的輻射振幅從最大值進行調(diào)制，并且在波分量偏振與該傳輸軸“交叉”時從最小值進行調(diào)制。通過使用元件4520，優(yōu)選實施例的WAVE_OUT的振幅可以從最大電平變化到熄滅電平。
圖46是圖45所示優(yōu)選實施例的具體實現(xiàn)方式的詳細示意性平面圖。盡管本發(fā)明并不局限于該特定示例，對該實現(xiàn)方式進行特別描述以簡化論述。圖45所示的法拉第結(jié)構(gòu)波導(dǎo)調(diào)制器4500是圖46所示的法拉第光調(diào)制器4600。
調(diào)制器4600包括芯4605、第一包層4610、第二包層4615、線圈或線圈管4620(線圈4620具有第一控制節(jié)點4625和第二控制節(jié)點4630)，輸入元件4635和輸出元件4640。圖47是圖46所示優(yōu)選實施例中的元件4635與元件4640之間截取的剖面圖，其中相同的數(shù)字具有相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)。
芯4605可以包含通過標(biāo)準(zhǔn)光纖制造技術(shù)，例如通過真空沉積方法上的變型添加的一個或多個以下?lián)诫s物(a)顏色染料摻雜物(使得調(diào)制器4600對來自源照明系統(tǒng)的光進行有效地顏色濾波)，和(b)光學(xué)活性摻雜物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他摻雜物，用于增加芯4605的維爾德常數(shù)，以在存在有源磁場的情況下實現(xiàn)有效的法拉第旋轉(zhuǎn)。在制造過程中對光纖加熱或者施加壓力，從而在芯4605中添加孔或者不規(guī)則形狀，以進一步提高維爾德常數(shù)和域者實現(xiàn)非線性效應(yīng)。
很多硅石光纖制造為摻雜物相對硅石的百分比是高等級的(該等級大約是50％的摻雜物)。在其他類型光纖的硅石結(jié)構(gòu)中的當(dāng)前摻雜物濃度在數(shù)十微米距離上實現(xiàn)了大約90度旋轉(zhuǎn)。常規(guī)光纖制造在提高摻雜物濃度方面(例如可以通過市場從JDS Uniphase買到的光纖)和在控制摻雜物分布方面(例如可以通過市場從Corning公司買到的光纖)持續(xù)實現(xiàn)改進。芯205實現(xiàn)了光學(xué)活性摻雜物的足夠高并且受控的濃度，以提供在微米量級距離上具有低功率的必要的快速旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)實現(xiàn)進一步改進時，這些功率/距離的值會持續(xù)降低。
采用鐵磁性單分子磁體對第一包層4610(在優(yōu)選實施例中可選)進行摻雜，當(dāng)?shù)谝话鼘?610曝露在強磁場下時被永久磁化。第一包層4610的磁化可以在附到芯4605上或者預(yù)成形之前進行，或者在調(diào)制器4600被拉制之后(完成芯、包層、涂層和/或元件)進行。在該過程中，粗加工成品或者所拉制的光纖通過與芯4605的傳輸軸有90度偏移的強永久磁場。在優(yōu)選實施例中，通過設(shè)置為光纖牽引裝置的元件的電磁體實現(xiàn)該磁化。第一包層4610(具有永久磁特性)用于使得光學(xué)活性芯4605的磁疇飽和，但是并不改變通過光纖4600的輻射的旋轉(zhuǎn)角度，這是由于來自層4610的磁場方向是在傳播方向的直角上。所并入的臨時申請描述了通過對晶體結(jié)構(gòu)中的非最佳晶核進行粉碎，來對摻雜鐵磁性包層的方向進行優(yōu)化的方法。
由于發(fā)現(xiàn)單分子磁體(SMM)在相對高的溫度下可被磁化，所以這些SMM的使用優(yōu)選地是作為摻雜物。這些SMM的使用允許較高摻雜濃度的生產(chǎn)和摻雜分布的控制。市場上可以買到單分子磁體的示例和方法是來自于科羅拉多州丹佛市的ZettaCore公司。
采用亞鐵磁性材料或者鐵磁性材料對第二包層4615進行摻雜，并且特征在于具有適當(dāng)?shù)拇艤€。在生成必要場時，優(yōu)選實施例采用“短”曲線，并且該曲線也是“寬的”和“扁的”。當(dāng)通過由臨近的場產(chǎn)生元件(例如線圈4620)所產(chǎn)生的磁場使得第二包層4615飽和時，第二包層4615很快達到對于調(diào)制器4600所期望的旋轉(zhuǎn)角度來說合適的磁化等級，其中所述場產(chǎn)生元件本身通過來自例如開關(guān)矩陣驅(qū)動電路的控制器(未示出)的信號(例如控制脈沖)進行驅(qū)動。此外，第二包層4615將磁化保留在該等級上或者充分接近該等級，直到隨后的脈沖或者增加(相同方向的電流)、更新(沒有電流或者+/-維持電流)、或者降低(反向電流)該磁化級別。被摻雜的第二包層4615的該剩余磁通量隨著時間保持適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)角度，而沒有恒定應(yīng)用受影響器4610影響(例如線圈4620)的場。
在適當(dāng)?shù)倪^程步驟上，對被摻雜的亞鐵/鐵磁性材料的適當(dāng)修改/優(yōu)化可以進一步受到包層的離子轟擊的影響。參考題目為“Method ofDepositing a Ferromagnetic Film on a Waveguide and a Magneto-OpticComponent Comprising a Thin Ferromagnetic Film Deposited by TheMethod”并轉(zhuǎn)讓給法國巴黎的阿爾卡特(Alcatel)的美國專利No.6,103,010，其中，采用離子束在某一入射角度上對采用氣相方法在波導(dǎo)上沉積的鐵磁性薄膜進行轟擊，對優(yōu)選晶體結(jié)構(gòu)中的非規(guī)則核進行粉碎。晶體結(jié)構(gòu)的改變是現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法，并且所述改變可以用于所加工的光纖中或者被摻雜的粗加工成品材料上的被摻雜硅石包層。該’010專利在此清楚地引入作為參考。
與第一包層4610類似，已開發(fā)的并在相對高溫度上可被磁化的合適的單分子磁體(SMM)，將優(yōu)選地作為優(yōu)選實施例中的用于第二包層4615的摻雜物，以允許較高的摻雜濃度。
優(yōu)選實施例的線圈4620是在光纖4600上或者光纖4600中集成制造的，以生成初始磁場。該來自線圈4620的磁場使得通過芯4605傳輸?shù)妮椛涞钠窠嵌刃D(zhuǎn)，并對第二包層4615中的亞鐵/鐵磁性摻雜物進行磁化。這些磁場的組合使得所期望的旋轉(zhuǎn)角度保持所期望的一段時間(如這里所并入的相關(guān)專利申請之一所述、當(dāng)光纖4600的矩陣共同形成顯示器的圖像幀的時間)。為了描述本發(fā)明，將“線圈管”定義為類似線圈的結(jié)構(gòu)，這是因為多個導(dǎo)電段相互平行放置，并且相對光纖軸為直角。當(dāng)材料性能提高時，-即，當(dāng)由于較高維爾德常數(shù)的摻雜物而使得被摻雜的芯的有效維爾德常數(shù)增大時(或者在增大的結(jié)構(gòu)修改時，包括引入非線性效應(yīng)的那些修改)-對圍繞光纖元件的線圈或者“線圈管”的需求就可以降低或者消除，較簡單的單頻帶或者高斯圓柱體結(jié)構(gòu)會是實用的。這些結(jié)構(gòu)當(dāng)用作這里所述的線圈管的功能時，也包含在線圈管的定義中。
當(dāng)考慮確定法拉第效應(yīng)的等式的變量場強、施加場的距離和旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的維爾德常數(shù)時，一個結(jié)果是使用調(diào)制器4600的結(jié)構(gòu)、部件和/或者器件能夠補償產(chǎn)生較小強度磁場的材料所形成的線圈或者線圈管。通過使調(diào)制器4600更長，或者通過進一步增大/提高有效的維爾德常數(shù)，可以實現(xiàn)補償。例如，在一些實現(xiàn)方式中，線圈4620采用的導(dǎo)電材料是比金屬線效率差的導(dǎo)電聚合體。在另外的實現(xiàn)方式中，線圈4620采用更寬但是更少的繞組，否則就與更加有效的材料一起使用。在其他例子中，例如，當(dāng)通過合適的工藝制造線圈4620但是生產(chǎn)線圈4620的工作效率較低時，采用其他參數(shù)進行必要補償以實現(xiàn)合適的整體操作。
在設(shè)計參數(shù)-光纖長度、芯的維爾德常數(shù)以及場生成元件的峰值場輸出和效率-之間存在折衷?？紤]到這些折衷，而生成完整成形的線圈管的四個優(yōu)選實施例，包括(1)扭絞光纖以實現(xiàn)線圈/線圈管，(2)用印有導(dǎo)電圖案的薄膜外延包裹光纖，以實現(xiàn)多個繞組層，(3)通過浸蘸筆納米平板印刷術(shù)(dip-pen nanolithography)在光纖上印制以制造線圈/線圈管，以及(4)將線圈/線圈管纏繞上具有涂層/被摻雜的玻璃光纖，或者可以替換地具有金屬涂層或者沒有涂層的導(dǎo)電聚合體，或者金屬線。在以上所參考的相關(guān)的和并入的臨時申請中描述了這些實施例的進一步細節(jié)。
節(jié)點4625和節(jié)點4630接收用于在芯4605、包層4615和線圈4620中導(dǎo)致必要磁場的產(chǎn)生的信號。在簡單實施例中，該信號是具有適當(dāng)大小和持續(xù)時間的DC(直流)信號，以產(chǎn)生所期望的磁場并對通過調(diào)制器4600傳播的WAVE_IN輻射的偏振角度進行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用調(diào)制器4600時，控制器(未示出)可以提供該控制信號。
在優(yōu)選實施例中，輸入元件4635和輸出元件4640是偏振濾波器，作為分立部件或者集成到芯4605中/上。輸入元件4635作為偏振器可以采用很多不同的方法實現(xiàn)?？梢圆捎迷试S單一偏振類型(特定圓形或者線性)的光通過而進入到芯4605中的各種偏振機制；優(yōu)選實施例采用了外延沉積到芯4605的“輸入”端的薄膜。可替換的優(yōu)選實施例在波導(dǎo)4600上采用了市場上可以買到的納米量級的微構(gòu)造技術(shù)，以實現(xiàn)偏振濾波(例如對芯4605中的硅石或者所并入的臨時申請中所描述的包層的修改)。在用于來自一個或者多個光源的光的有效輸入的一些實施例中，優(yōu)選照明系統(tǒng)可以包括空腔，其允許對“錯誤的”初始偏振的光進行重復(fù)反射；因此最終所有的光都成為有效的或者“正確的”偏振。可選擇地，尤其是根據(jù)照明源到調(diào)制器4600的距離，可以采用保持偏振的波導(dǎo)(光纖、半導(dǎo)體)。
優(yōu)選實施例的輸出元件4640是“偏振濾波器”元件，其對于缺省為“關(guān)閉”的調(diào)制器4600的輸入元件4635的方向，有著90度的偏移。(在一些實施例中，通過排列輸入元件和輸出元件的軸，可以將缺省設(shè)置為“打開”。類似地，通過輸入元件和輸出元件與來自影響器的合適控制的適當(dāng)?shù)南嗷リP(guān)系，可以實現(xiàn)其他缺省情況，例如50％振幅。)元件4640優(yōu)選地為外延沉積到芯4605的輸出端的薄膜?？梢詫⑤斎朐?635和輸出元件4640配置為不同于這里所述的采用其他偏振濾波器/控制系統(tǒng)的配置。當(dāng)要影響的輻射特性包括除輻射偏振角度之外的特性時(例如相位或者頻率)，使用其他輸入和輸出功能以對如上所述的所期望特性進行適當(dāng)?shù)倪x通/處理/濾波，以響應(yīng)影響器對WAVE_OUT的振幅進行調(diào)制。
圖48是顯示器組件4800的優(yōu)選實施例的示意性方框圖。組件4800包括多個圖像元件(像素)的集合，每個圖像元件都由例如圖46所示的波導(dǎo)調(diào)制器4600i，j生成。用于控制調(diào)制器4600i，j的每個影響器的控制信號由控制器4805提供。輻射源4810提供用于調(diào)制器4600i，j進行輸入/控制的源輻射，并且可以使用前面板將調(diào)制器4600i，j排列為所期望的圖案和/或者可選擇地提供一個或多個像素的輸出后處理。
輻射源4810可以是單色白平衡的或者獨立的RGB/CMY調(diào)諧源(一個或多個)或者其他合適的輻射頻率。一個或多個輻射源4810可以遠離調(diào)制器4600i，j的輸入端，臨近這些輸入端，或者集成到調(diào)制器4600i，j上/中。在一些實現(xiàn)方式中，采用單一源，而其他實現(xiàn)方式可以采用幾個或者更多源(并且在一些情況下，每個調(diào)制器4600i，j有一個源)。
如上所述，調(diào)制器4600i，j的光傳送器的優(yōu)選實施例包括特定光纖形式的光通道。但是半導(dǎo)體波導(dǎo)、波導(dǎo)孔或其他光波導(dǎo)通道，包括“在深度上”穿過材料而形成的通道或區(qū)域，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這些波導(dǎo)元件是顯示器的基本成像結(jié)構(gòu)，并且整體地結(jié)合了振幅調(diào)制機制和顏色選擇機制。在FPD實現(xiàn)方式的優(yōu)選實施例中，每個光通道的長度優(yōu)選地在大約數(shù)十微米級別上(盡管該長度可能不同于這里所述的長度)。
優(yōu)選實施例的一個特征在于，光傳送器的長度短(在大約20mm的級別上以及更短)，并且在有效維爾德值增加和/或磁場強度增加時能夠繼續(xù)縮短。顯示器的實際深度將會隨通道長度而變化，但是由于光傳送器是波導(dǎo)，因此從源到輸出的路徑(路徑長度)不需要是線性的。換句話說，在一些實現(xiàn)方式中，實際路徑可以彎曲，以提供甚至更淺的有效深度。如上所述，路徑長度隨維爾德常數(shù)和磁場強度而變化，并且優(yōu)選實施例提供幾個毫米甚至更短的非常短的路徑長度的同時，在一些實現(xiàn)方式中也可以采用較長的長度。由影響器確定必要長度，以實現(xiàn)對于輸入輻射的所期望的影響/控制的等級。在經(jīng)過偏振的輻射的優(yōu)選實施例中，該控制能夠?qū)崿F(xiàn)大約90度的旋轉(zhuǎn)。在一些應(yīng)用中，當(dāng)熄滅電平較高(例如較亮)時，則可以采用較小的旋轉(zhuǎn)，其縮短了必要路徑長度。因此，路徑長度還受到對波分量的所期望影響等級的影響。
控制器4805包括用于合適的開關(guān)系統(tǒng)的構(gòu)造和組件的多個可選方案。優(yōu)選實現(xiàn)方式不僅包括點對點控制器，它還包括結(jié)構(gòu)性地合并和保持調(diào)制器4600i，j的“矩陣”，并對每個像素進行電子尋址。在光纖的情況中，光纖部件的性質(zhì)中固有的是用于全光纖、紡織結(jié)構(gòu)和光纖元件的適當(dāng)尋址的電位?？勺冃途W(wǎng)孔或者固體矩陣是利用附帶裝配方法的可替換結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施例的一個特征在于，可以對一個或者多個調(diào)制器4600i，j的輸出端進行處理，以改善其應(yīng)用。例如，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的輸出端，尤其是在實現(xiàn)為光纖時，可以被加熱處理，并被牽引以形成錐形末端，或以其它方式對其進行磨損、纏繞或者定形，以提高在輸出端的光散射，從而改善在顯示器表面的可視角度?？梢圆捎妙愃频幕蛘卟活愃频姆椒▽σ恍┖?或所有的調(diào)制器輸出端進行處理，以共同地產(chǎn)生實現(xiàn)所期望結(jié)果的所期望輸出結(jié)構(gòu)。例如，可以通過對一個或者多個輸出端/相應(yīng)面板位置的處理，控制或者影響來自一個或者多個像素的WAVE_OUT的各種焦點、衰減、顏色或者其他屬性。
前面板4815可以簡單地是面向偏振部件的一塊光學(xué)玻璃或者其他透明光學(xué)材料，或者它可以包括額外的功能性和結(jié)構(gòu)性特征。例如，面板4815可以包括導(dǎo)向裝置或者其他結(jié)構(gòu)，以將調(diào)制器4600i，j的輸出端排列為相對于相鄰調(diào)制器4600i，j的所期望的相對方向。圖49是圖48所示的前面板4615的輸出端口4900的一種布置的示圖。其他布置也是可能的，取決于所期望的顯示器(例如，圓形、橢圓形或者其他規(guī)則/不規(guī)則幾何形狀)。當(dāng)應(yīng)用需要時，主動顯示區(qū)不必一定是連續(xù)像素，因此在適當(dāng)時，可以是環(huán)形或者“圓環(huán)形”顯示器。在其他實現(xiàn)方式中，輸出端口可以在一個或者多個像素上聚焦、散射、濾波或者執(zhí)行其他類型的輸出后處理。
顯示器或者投影機表面的光學(xué)幾何形狀可以自己改變，其中波導(dǎo)末端被端接在所期望的三維平面(例如曲線平面)上，所述平面允許依次采用額外的光學(xué)元件和透鏡(可以包含其中的一些作為面板4815的部分)的額外聚焦能力。一些應(yīng)用可能需要很多凹面區(qū)域、平面和/或者凸面區(qū)域，每個都具有不同的曲率和方向，并具有本發(fā)明提供的適當(dāng)?shù)妮敵鲂螤睢Ｔ谝恍?yīng)用中，特定的幾何形狀不需要固定，而是可以動態(tài)變化的，以根據(jù)需要改變型狀/方向/尺寸。本發(fā)明的實現(xiàn)方式還可以生產(chǎn)各種類型觸摸顯示器系統(tǒng)。
在投射系統(tǒng)實現(xiàn)方式中，輻射源4810、具有連接到多個調(diào)制器4600i，j的控制器4805的“開關(guān)組件”和前面板4815可以受益于以下情況將其容納在截然不同的模塊或者單元中，并且相互之間存在一定距離。對于輻射源4810，在一些實施例中，優(yōu)勢是將照明源與開關(guān)組件分離，這是由于通常需要用于對巨大劇院屏幕進行照明的高振幅光類型所產(chǎn)生的熱量。即使在使用多個照明源，對另外集中在例如單一氙氣燈上的熱量輸出分配時，熱量輸出仍然足夠大，最好將開關(guān)和顯示元件分離。因此，將照明源容納在具有吸熱和冷卻元件的隔熱容器中。然后，光纖會將光從分離的或者單一的源傳遞到開關(guān)組件，并且然后將其投射到屏幕上。屏幕可以包括前面板4815的一些特征，或者在對適當(dāng)?shù)谋砻孢M行照明之前使用面板4815。
開關(guān)組件與投射/顯示表面的分離可以具有其自身的優(yōu)點。將照明和開關(guān)組件放置在投影系統(tǒng)底座中(對于FPD也是一樣)能夠減小投影TV箱體的深度?；蛘?，可以將投影表面包含在薄燈形桿頂部的緊湊球形物中，或者從天花板依靠電纜懸掛著，在前面的投影系統(tǒng)采用反射織物屏幕。
除了別的潛在優(yōu)點和配置之外，對于劇院投影來說，依靠來自地板上單元的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將開關(guān)組件形成的圖像上行傳輸?shù)酵队按翱趨^(qū)域上的小型終端光學(xué)單元的可能性，要求空間利用策略以在相同的投影空間內(nèi)容納傳統(tǒng)電影放映機和優(yōu)選實施例的新投影機。
波導(dǎo)帶的整體結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高分辨率成像，其中每個波導(dǎo)帶都在帶上具有并排排列或者粘附的幾千個波導(dǎo)。然而，在優(yōu)選實施例中，“體型”光纖部件結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)必要的小投影表面區(qū)域。單模光纖(尤其是沒有對外部通信電纜的耐久性性能需求)具有足夠小的直徑，以使得光纖的截面面積非常小并且適合于作為顯示像素或者子像素。
此外，期望集成光學(xué)制造技術(shù)能夠在單半導(dǎo)體襯底或者芯片(大塊單片的或者表面的)的制造中完成本發(fā)明的衰減器陣列。
在熔融光纖投影表面，熔融光纖表面可以被研磨，以實現(xiàn)用于將圖像聚焦在光學(xué)陣列上的曲率；可以替換的是，采用粘合劑連接或以其它方式結(jié)合的光纖末端可以具有成形的頂端，并且如果必要，則可以成形矩陣的形式設(shè)置在它們的終點上，以實現(xiàn)彎曲的表面。
對于投影電視或者其他非劇場投影應(yīng)用，將照明與開關(guān)模塊與投影機表面分離的選項提供了實現(xiàn)更小體型投影電視箱體結(jié)構(gòu)的新穎方法。
圖50是對于圖46所示的結(jié)構(gòu)波導(dǎo)4605的部分5000的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的示意性表示。部分5000是波導(dǎo)4605的輻射傳播通道，通常為傳導(dǎo)通道(例如光纖波導(dǎo)的芯)，但是其可以包括一個或者多個邊界區(qū)域(例如，光纖波導(dǎo)的包層)。其他波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有不同的特定機制，用于提高沿著波導(dǎo)的通道區(qū)域傳輸軸傳播的輻射的波導(dǎo)。波導(dǎo)包括光子晶體光纖，結(jié)構(gòu)材料的特定的薄膜疊層以及其他材料。波導(dǎo)的特定機制可以隨波導(dǎo)而改變，但是本發(fā)明可以適用不同的結(jié)構(gòu)。
為了本發(fā)明的目的，術(shù)語傳導(dǎo)區(qū)域或者傳導(dǎo)通道與邊界區(qū)域指用于提高沿著通道的傳輸軸的輻射傳播的協(xié)作結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不同于緩沖器或者涂層或者波導(dǎo)的制造后加工。原理的不同在于，邊界區(qū)域通常能夠傳播通過傳導(dǎo)區(qū)域傳播的波分量，而波導(dǎo)的其他部件則不行。例如，在多模光纖波導(dǎo)中，較高能級模式的主要能量是通過邊界區(qū)域傳播的。不同的一點在于，傳導(dǎo)區(qū)域/邊界區(qū)域?qū)τ谡趥鞑サ妮椛浠旧鲜峭该鞯模渌С纸Y(jié)構(gòu)通常是基本不透明的。
如上所述，影響器4510與波導(dǎo)4605協(xié)同工作，以在波分量沿著傳輸軸傳輸時，影響正在傳播的波分量的特性。因此假設(shè)部分5000具有影響器響應(yīng)屬性，并且在優(yōu)選實施例中，該屬性特別被配置用于提高正在傳播的波的特性對于影響器4510的響應(yīng)性。如任何特定實現(xiàn)方式需要的，部分5000包括布置在傳導(dǎo)區(qū)域和/或者一個或多個邊界區(qū)域的多種成分(例如，稀土摻雜物5005、孔5010、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形狀5015、微型泡5020和/或者其他元件5025)。在優(yōu)選實施例中，部分5000的長度可以非常短，在很多情況下小于大約25毫米，并且如上所述，有時比該長度還要短很多。對通過這些成分而提高的影響器響應(yīng)屬性，針對短長度的波導(dǎo)進行優(yōu)化(例如，與針對千米量級甚至更高量級的長度進行優(yōu)化的通信光纖對比，包括衰減和波長散射)。針對不同應(yīng)用而進行優(yōu)化的部分5000的成分，可能嚴重降低波導(dǎo)通信應(yīng)用的質(zhì)量。所述成分的存在目的不是要降低通信應(yīng)用的質(zhì)量，但是本優(yōu)選實施例的焦點在于通過通信屬性而提高影響器響應(yīng)屬性，這就可能發(fā)生這種質(zhì)量降低，并且這不是優(yōu)選實施例的缺點。
本發(fā)明考慮到存在很多不同的波特性，這些波特性可能受到不同結(jié)構(gòu)的影響器4510的影響；優(yōu)選實施例的目標(biāo)是部分5000的與法拉第效應(yīng)相關(guān)的特性。如上所述，法拉第效應(yīng)使得偏振旋轉(zhuǎn)響應(yīng)平行于傳播方向的磁場而發(fā)生改變。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)影響器4510生成平行于傳輸軸的磁場時，在部分5000中，旋轉(zhuǎn)量取決于磁場強度、部分5000的長度和部分5000的維爾德常數(shù)。所述成分提高了部分5000對于該磁場的響應(yīng)性，例如通過增加部分5000的有效維爾德常數(shù)。
在本發(fā)明的波導(dǎo)制造與特征中的范例變化的一個重要意義在于，對制造千米長度的光學(xué)上純凈的通信級波導(dǎo)所使用的制造方法的修改，使得能夠制造便宜的千米長度的潛在光學(xué)上不純凈(但是光學(xué)活性的)的影響器響應(yīng)的波導(dǎo)。如上所述，優(yōu)選實施例的一些實現(xiàn)方式可以采用按照這里所公開的那樣進行修改的無數(shù)的長度非常短的波導(dǎo)。通過從由這里所述的較長的已制備波導(dǎo)中(例如劈開)所生成的較短波導(dǎo)形成這些集合，來實現(xiàn)成本的節(jié)省和其他功效/優(yōu)點。這些成本的節(jié)省和其他功效與優(yōu)點包括以下優(yōu)點采用成熟制造技術(shù)，并且采用的設(shè)備能夠克服采用分立的常規(guī)制備的磁光晶體作為系統(tǒng)元件的磁光系統(tǒng)的很多缺點。例如，這些缺點包括高生產(chǎn)成本、大量磁光晶體之間缺乏一致性和單個元件的相對較大的尺寸，所述尺寸限制了單個部件的集合的尺寸。
優(yōu)選實施例包括光纖波導(dǎo)和光纖波導(dǎo)制造方法的變型。最普通的是，光纖是透明(有感興趣波長)電介質(zhì)材料(通常為玻璃或者塑料)的細絲，并且傳導(dǎo)光的截面通常是圓形的。對于早期的光纖來說，圓柱形芯被類似幾何形狀的包層圍繞著，并且與其緊密接觸。這些光纖通過為芯提供比包層略大的折射率來傳導(dǎo)光。其他光纖類型提供不同的傳導(dǎo)機制-在本發(fā)明的環(huán)境中，感興趣的光纖類型包括如上所述的光子晶體光纖(PCF)。
硅石(二氧化硅(SiO2))是制備最普通的通信等級光纖的基本材料。硅石可以是結(jié)晶或者非結(jié)晶形，并且天然為非純凈態(tài)，例如石英和沙子。維爾德常數(shù)是描述特定材料的法拉第效應(yīng)強度的光學(xué)常數(shù)。包括硅石在內(nèi)的大多數(shù)材料的維爾德常數(shù)是非常小的，并是波長相關(guān)的。在含有諸如鋱(Tb)之類的順磁性離子的材料中維爾德常數(shù)非常強。在鋱摻雜重火石玻璃中或者在鋱鎵石榴石(TGG)晶體中具有高維爾德常數(shù)。通常該材料具有優(yōu)良的透明特性，并且非?？辜す鈸p傷。盡管法拉第效應(yīng)不是彩色的(即它不取決于波長)，但是維爾德常數(shù)是非常徹底的波長的函數(shù)。在632.8nm，TGG的維爾德常數(shù)為-134radT-1，而在1064nm，其下降到-40radT-1。該行為意味著，在一個波長上以特定旋轉(zhuǎn)度制造的器件，在較長的波長上會產(chǎn)生較小的旋轉(zhuǎn)。
在一些實現(xiàn)方式中，成分可以包括光學(xué)活性摻雜物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他性能最佳的摻雜物，其提高波導(dǎo)的維爾德常數(shù)，以在存在主動磁場的情況下實現(xiàn)高效的法拉第旋轉(zhuǎn)。在以下所述的光纖制造過程中進行加熱或者加壓，會通過在部分5000中添加額外成分(例如孔或者不規(guī)則形狀)而進一步提高維爾德常數(shù)。在常規(guī)波導(dǎo)中所使用的稀土用作傳輸屬性元件的無源增強，并且其不用在光學(xué)活性應(yīng)用中。
由于硅石光纖的制造中，摻雜物相對硅石的百分比是高等級的，高達至少50％的摻雜物，并且由于必要的摻雜物濃度已經(jīng)在用于在幾十個微米或者更小中實現(xiàn)90度旋轉(zhuǎn)的其他類型的硅石結(jié)構(gòu)中示出；以及在提高摻雜物濃度方面給出改進(例如可以通過市場從JDSUniphase買到的光纖)和在控制摻雜物分布方面給出改進(例如可以通過市場從Corning公司買到的光纖)，因此可以實現(xiàn)光學(xué)活性摻雜物的足夠高和可控的濃度，以采用低功率在微米量級的距離上引起旋轉(zhuǎn)。
圖51是代表性波導(dǎo)制造系統(tǒng)5100的示意性方框圖，其用于制造本發(fā)明的波導(dǎo)粗加工成品的優(yōu)選實施例。系統(tǒng)5100代表改進化學(xué)氣相沉積法(MCVD)過程，以產(chǎn)生稱為粗加工成品的玻璃棒。從常規(guī)工藝得到的粗加工成品是超高純度的玻璃固體棒，精確復(fù)制所期望光纖的光學(xué)特性，但是具有放大兩個量級甚至更大的線性維度。然而，系統(tǒng)700產(chǎn)生的粗加工成品不強調(diào)光學(xué)純度而是對于影響器響應(yīng)的短長度優(yōu)化進行優(yōu)化。通常采用以下化學(xué)氣相沉積(CVD)方法之一制造粗加工成品1.改進化學(xué)氣相沉積(MCVD)，2.等離子改進化學(xué)氣相沉積(PMCVD)，3.等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)，4.外部氣相沉積(OVD)，5.軸向氣相沉積(AVD)。所有這些方法都基于形成氧化物的熱化學(xué)蒸氣反應(yīng)，氧化物在旋轉(zhuǎn)著的棒外部或者在玻璃管內(nèi)部沉積為稱為煙灰的若干層玻璃顆粒。在這些方法中發(fā)生相同的化學(xué)反應(yīng)。
在氧氣、被加熱的起泡器5105中每種液體和來自源5110的氣體的存在的情況下，對為Si和摻雜物提供源的各種液體(例如，原材料是SiCl4，GeCl4，POCl3和氣態(tài)BCl3的溶液)進行加熱。在由質(zhì)量流量計5115控制的氧氣流中使這些液體汽化，并且采用所述氣體，從硅石車床5120中的生產(chǎn)玻璃的鹵化物的燃燒中，形成硅石和其他氧化物。在氣相中發(fā)生稱為氧化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，如以下所示。
二氧化鍺和五氧化二磷提高了玻璃的折射率，氧化硼-降低玻璃的折射率。這些氧化物已知作為摻雜物。除了所示的這些之外，可以使用包括用于提高粗加工成品的影響器響應(yīng)屬性的合適成分的其他起泡器5105。
在過程中改變混合物的組成影響粗加工成品的折射率分布和成分分布。通過混合閥5115控制氧氣流量，并且將反應(yīng)物蒸氣5125吹入硅石管5130，硅石管5130包括在其中發(fā)生氧化的加熱管5135。氯氣5140從管5135中吹出，但是氧化物混合物以煙灰5145的形式沉積在管中。鐵和銅雜質(zhì)的濃度從原始液體中的大約10ppb降低到煙灰5145中的小于1ppb。
采用來回移動的H2O2噴燈750對管735進行加熱，并對管5135進行旋轉(zhuǎn)以使得煙灰5145玻璃化為玻璃5155。通過調(diào)節(jié)各種蒸汽5125的相對流量，獲得具有不同折射率的幾個層，例如芯相對于包層，或者用于GI光纖的可變芯折射率分布。在完成層形成之后，對管5135加熱，將其皺縮成為具有圓形實體截面的棒，稱為粗加工成品棒。在該步驟中，必要的是，棒的中心要完全填滿材料并且沒有空洞。然后將粗加工成品棒放到熔爐中以進行拉制，如將要結(jié)合圖52所描述的。
MCVD的主要優(yōu)點在于，反應(yīng)和沉積發(fā)生在密閉空間中，因此不希望的雜質(zhì)很難進入。光纖的折射率分布容易控制，并且對于SM光纖所必需的精確性也相對容易實現(xiàn)。設(shè)備是容易構(gòu)建和控制的。所述方法的潛在的重要局限性在于管的尺寸從本質(zhì)上限制了棒的大小。因此，該技術(shù)所形成的光纖通常長度為35km，或者最大到20-40km。另外，在硅石管中的雜質(zhì)，主要為H2和OH-，容易擴散進入光纖。而且，熔化沉積物以消除粗加工成品棒的空洞中心的過程，有時會造成芯中的折射率的降低，這就通常導(dǎo)致光纖不適合于通信用途，但是這不是本發(fā)明的環(huán)境中通常關(guān)心的。在成本和費用方面，所述方法的主要缺點在于沉積率相對較慢，這是因為它采用了非直接加熱，即對管735進行加熱而不是對蒸汽直接加熱，以開始氧化反應(yīng)并使得煙灰玻璃化。沉積率通常為0.5到2g/分。
上述工藝的變型制造摻雜稀土的光纖。為了制造摻雜稀土的光纖，過程開始于摻雜稀土的粗加工成品-通常采用溶液摻雜過程制造。最初，主要由熔融硅石組成的光學(xué)包層沉積到襯底管的內(nèi)部。芯材料還可以包括鍺，然后在降低的溫度下對芯材料進行沉積，以形成擴散可滲透層，其稱為“玻璃料”。在玻璃料的沉積之后，該部分完成的粗加工成品在一端封閉，從車床移出并且引入所期望稀土摻雜物(例如釹、鉺、釔等)的合適的鹽的溶液。在固定時間周期內(nèi)，保留該溶液以滲透玻璃料。在去掉任何多余溶液之后，將粗加工成品返回車床以對其進行干燥和加強。在加強過程中，在玻璃料中的空隙坍塌并且密封稀土。最后，將粗加工成品進行可控的坍塌，在高溫下形成固體玻璃棒-使稀土結(jié)合在芯中。通常在光纖電纜中引入稀土不是光學(xué)活性的，即，對電或磁或其他干擾或場響應(yīng)，以影響通過被摻雜的介質(zhì)傳播的光的特征。常規(guī)系統(tǒng)是目前對于提高稀土摻雜物百分比的當(dāng)前需求的結(jié)果，其是由改善波導(dǎo)的“被動”傳輸特征(包括通信屬性)的目的所驅(qū)動的。但是在波導(dǎo)芯/邊界中的摻雜物百分比的提高對于影響優(yōu)選實施例的混合物介質(zhì)/結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性是有利的。如上所述，在優(yōu)選實施例中，摻雜物與硅石之間的百分比比例至少為50％。
圖52是用于從粗加工成品5205中，例如從圖51所示系統(tǒng)5100中制造的一個粗加工成品中，制造本發(fā)明的優(yōu)選實施例的代表性光纖拉制系統(tǒng)5200的示意圖。系統(tǒng)5200將粗加工成品5205轉(zhuǎn)換為頭發(fā)絲細的細絲，通常通過拉制來執(zhí)行。粗加工成品5205放置在進料裝置5210中，進料裝置5210附著在靠近拉絲機5215的頂部。裝置5210放低粗加工成品5205直到末端進入高純度石墨熔爐5220中。將純凈的氣體噴入熔爐，以提供清潔并且導(dǎo)電的大氣。在熔爐5220中，嚴格控制的接近19000C的溫度軟化粗加工成品5205末端。一旦到達粗加工成品的末端軟化點，重力就起作用并允許熔化的料塊“自由下落”直到已經(jīng)將其拉長為細線。
操作人員通過激光千分尺5225和一系列用于制造傳送器5235的工藝站5230x(例如用于涂層和緩沖器)使該光纖線形成絲，傳送器5235通過牽引器5240纏繞在線軸上，并且開始拉制過程。采用位于拉絲機5215底部的牽引器5240拉出光纖，然后纏繞在卷筒上。在拉制過程中，采用最適宜溫度對粗加工成品5205進行加熱以實現(xiàn)理想的拉制張力。在工業(yè)上每秒10-20米的拉制速度并非不常見。
在拉制過程中，所拉制光纖的直徑控制在125微米，公差僅1微米?；诩す獾闹睆綐?biāo)尺5225監(jiān)視光纖的直徑。標(biāo)尺5225以超過每秒750次的速率對光纖直徑進行采樣。將直徑的實際值與125微米的目標(biāo)值進行比較。與目標(biāo)之間輕微的偏差都會轉(zhuǎn)換為拉制速度的改變，并輸入牽引器5240中進行修正。
工藝站5230x通常包括用于為光纖添加兩層保護涂層-柔軟的內(nèi)部涂層和堅硬的外部涂層的模具。這兩部分保護套提供了機械保護，以便在保護光纖的干凈表面不受惡劣環(huán)境的影響的同時進行處理。這些涂層采用紫外燈固化，其作為相同的工藝站5230x或者其他工藝站5230x的部分。其他站5230x在傳送器5235通過該站時，可以提供用于提高傳送器5235的影響器響應(yīng)屬性的裝置/系統(tǒng)。例如，各種機械應(yīng)力器、離子轟擊或者其他用于引入影響器響應(yīng)屬性的機制增強了在拉制階段的成分。
在纏在線軸上之后，測試所拉制的光纖以得到合適的光學(xué)和幾何參數(shù)。對于傳輸光纖，通常首先測試抗張強度，以確保已經(jīng)實現(xiàn)了光纖的最小抗張強度。在第一次測試之后，執(zhí)行很多不同的測試，用于傳輸光纖的測試包括對傳輸屬性的測試，其包括衰減(在距離上信號強度的減小)、帶寬(信息運載能力；多模光纖的重要測量)、數(shù)字孔徑(光纖的光可接受角度的測量)、截止波長(在單模光纖中，在截止波長之上的波長時，僅能夠傳輸單模)、模場直徑(在單模光纖中，光纖中光脈沖的輻射寬度；對于互連來說重要)以及色散(由于不同波長的射線采用不同速度通過芯而產(chǎn)生的光脈沖的散射；在單模光纖中，這是限制信息運載能力的因素)。
這里所公開的專利、專利申請、公開物及其它參考文獻再次通過參考全部明確并入。
當(dāng)然在本申請中描述的系統(tǒng)、方法、計算機程序產(chǎn)品以及傳播信號可以以硬件來體現(xiàn)；例如在中央處理單元(“CPU”)、微處理器、微控制器、片上系統(tǒng)(“SOC”)或任何其他可編程設(shè)備內(nèi)或與其組合。此外，所述系統(tǒng)、方法、計算機程序產(chǎn)品以及傳播信號可以以配置在例如配置成存儲軟件的計算機可用(例如可讀)介質(zhì)中的軟件來體現(xiàn)(例如計算機可讀代碼，程序代碼，指令和/或以任何形式配置的數(shù)據(jù)，例如源、目標(biāo)或機器語言)。這種軟件實現(xiàn)這里所描述的裝置和過程的功能、制造、建模、模擬、描述和/或測試。例如，其可以通過使用通用編程語言(例如C，C++)，GDSII數(shù)據(jù)庫，包含Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等的硬件描述語言(HDL)等等，或其他可編程序、數(shù)據(jù)庫、毫微程序設(shè)計、和/或電路(即示意)捕獲工具來實現(xiàn)。這種軟件可以配置在任何已知的計算機可用介質(zhì)中，包括半導(dǎo)體、磁盤、光盤(例如CD-ROM，DVD-ROM等)，并作為體現(xiàn)在計算機可用(例如可讀)傳輸介質(zhì)(例如載波或其他包含數(shù)字、光學(xué)或基于模擬介質(zhì)的任何介質(zhì))中的計算機數(shù)據(jù)信號。同樣地，所述軟件可以通過包括互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)地通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。以軟件體現(xiàn)的系統(tǒng)、方法、計算機程序產(chǎn)品以及傳播信號可以包含在半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)芯中(例如以HDL體現(xiàn)的)并在制造集成電路時變換成硬件。此外，這里所描述的系統(tǒng)、方法、計算機程序產(chǎn)品以及傳播信號可以體現(xiàn)作為硬件和軟件的組合。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，例如，用于開關(guān)控制，是由程序設(shè)計步驟構(gòu)成的操作系統(tǒng)中的例行程序或在計算機操作期間駐留在計算系統(tǒng)的存儲器中的指令。直到計算機系統(tǒng)需要，該程序指令可以存儲在另一個可讀介質(zhì)中，例如磁盤驅(qū)動器中，或者可移動存儲器中，例如用于CD ROM計算機輸入中的光盤或用于軟盤驅(qū)動器計算機輸入的軟盤中。此外，在本發(fā)明的系統(tǒng)中使用之前該程序指令可以存儲在另一個計算機的存儲器中，并且當(dāng)本發(fā)明的用戶需要時，通過LAN或WAN例如互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解控制本發(fā)明的過程可以以各種形式以計算機可讀介質(zhì)的形式分布。
可以使用任何合適的程序設(shè)計語言來實現(xiàn)本發(fā)明的例行程序，包括C，C++，Java，匯編語言等。可以應(yīng)用不同的程序設(shè)計技術(shù)，例如過程和面向?qū)ο蟆Ｋ隼谐绦蚩梢栽趩蝹€處理設(shè)備或多個處理器上執(zhí)行。雖然步驟、操作或計算可以以特定的順序呈現(xiàn)，在不同的實施例中該順序可以改變。在某些實施例中，在本說明書中按順序表示的多個步驟可以同時執(zhí)行。在此所描述的操作順序可以被中斷、掛起、或受其他進程控制，例如操作系統(tǒng)、內(nèi)核程序等。所述例行程序可以操作在操作系統(tǒng)環(huán)境下或者作為獨立的例行程序占據(jù)系統(tǒng)處理的所有或重要部分。
在這里的描述中，提供了許多特定的細節(jié)，例如部件和/或方法的例子，以提供對本發(fā)明實施例的全面理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到本發(fā)明的實施例在沒有一個或多個特定的細節(jié)，或利用其他裝置、系統(tǒng)、組合、方法、部件、材料、部分和/或類似部分的情況下也可以實施。在其他情況下，公知的結(jié)構(gòu)、材料、或操作沒有特別表示或詳細說明以避免混淆本發(fā)明實施例的各方面。
用于本發(fā)明實施例目的的“計算機可讀介質(zhì)”可以是任何介質(zhì)，可能包含、存儲、發(fā)送、傳送或運送供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置、系統(tǒng)或設(shè)備使用或與其有關(guān)的程序。為了示例但不是限制，該計算機可讀介質(zhì)可以是電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置、系統(tǒng)、設(shè)備、傳播介質(zhì)或計算機存儲器。
“處理器”或“進程”包括任何人為的、硬件的和/或軟件的處理數(shù)據(jù)、信號或其他信息的系統(tǒng)，機構(gòu)或部件。處理器可以包括具有通用目的中央處理單元的系統(tǒng)、多個處理單元、用于實現(xiàn)功能的專用電路或其他系統(tǒng)。處理無需限制到地理位置、或具有時間限制。例如，處理器可以執(zhí)行“實時”、“離線”、以“批處理方式”等執(zhí)行其功能。處理的各部分可以在不同的時間和不同的位置由不同的(或相同的)處理系統(tǒng)執(zhí)行。
整個說明書中對“單個實施例”，“一個實施例”，“一個優(yōu)選實施例”或“特定實施例”的引用是指結(jié)合包含在本發(fā)明的至少一個實施例中的實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，并不一定在所有實施例中。因此，在本說明書中各個地方分別出現(xiàn)的短語“在單個實施例中”，“在一個實施例中”，或“在一個特定實施例中”并不一定是指相同的實施例。此外，本發(fā)明的任何特定實施例的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性都可以以任何適合的方式與一個或多個其他實施例結(jié)合。還可以理解的是，這里所描述和示意的對本發(fā)明實施例的其他變動和修改根據(jù)這里的教導(dǎo)也是可能的，并且被認為是作為本發(fā)明的精神和范圍的一部分。
本發(fā)明的實施例可以通過使用編程的通用目的數(shù)字計算機，通過使用特定應(yīng)用的集成電路，可編程邏輯設(shè)備，現(xiàn)場可編程門陣列，光學(xué)，化學(xué)，生物，量子或毫微工程(nanoengineered)系統(tǒng)來實現(xiàn)。通常，本發(fā)明的指令可以通過現(xiàn)有技術(shù)中任何已知的方式來實現(xiàn)。分布式、或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，部件和電路都可以使用。數(shù)據(jù)的通信或傳送可以是有線的、無線的或通過任何其他方式進行。
還將理解到，在附圖/制圖中繪制的一個或多個元件也可以以更加獨立或集成的方式實現(xiàn)，或者甚至在某些情況下由于不能工作而被移除或提供，根據(jù)特定的應(yīng)用其是有利的。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以實現(xiàn)能夠存儲在機器可讀介質(zhì)中的程序或代碼以允許計算機執(zhí)行上述任何方法。
此外，在所述附圖/制圖中的任何信號箭頭都應(yīng)當(dāng)被理解為僅僅是示意性的而不是限制性的，除非特別說明的。此外，術(shù)語“或”如這里所使用的通常是指“和/或”，除非另有說明。部件或步驟的組合也將被認為是注釋，其中術(shù)語被預(yù)見為提供分開或組合的能力是不清楚的。
正如在說明書中和整個權(quán)利要求書中所使用的，“一個”以及“所述”包括多個參考，除非上下文清楚地指示。同時，正如在說明書中和整個權(quán)利要求書中所使用的，“在…內(nèi)”包括“在…內(nèi)”和“在…上”，除非上下文清楚地指示。
以上對本發(fā)明所示實施例的描述，包括摘要中所描述的，并不打算窮舉或限制本發(fā)明到這里所公開的精確形式。雖然僅僅為了示意性的目的，這里公開了本發(fā)明的特定實施例和示例，那些相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識和理解到，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作出各種等同修改也是可能的。正如所指出的，根據(jù)以上對本發(fā)明所示實施例的描述可以對本發(fā)明作出這些修改，這些修改將包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
因此，雖然已參照特定的實施例對本發(fā)明進行了描述，修改的范圍、各種變化以及替換都將在上述公開物，將會理解到在不脫離所提出的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在某些情況下，將使用本發(fā)明實施例的某些特征，而無需對應(yīng)于的使用其他特征。因此，可以作出許多修改以使特定的情況或材料適合本發(fā)明的實際范圍和精神。本發(fā)明并不是要限制到在以下權(quán)利要求和/或作為企圖執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式公開的特定實施例中的特定術(shù)語，而是本發(fā)明將包含任何和所有的落入到所附權(quán)利要求范圍中的實施例和等效物。
因此，本發(fā)明的范圍將由所附的權(quán)利要求書唯一確定。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括光學(xué)傳送器，用于接收具有第一特性的電磁波，所述傳送器具有導(dǎo)波區(qū)域和一個或多個耦合到所述導(dǎo)波區(qū)域的傳導(dǎo)區(qū)域；以及傳送器影響器，可操作地耦合到所述光學(xué)傳送器上并至少具有集成有所述一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域中的一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域的部分，用于影響所述傳送器的第二特性，其中所述第二特性影響所述波的所述第一特性。
2.一種方法，包括在光學(xué)傳送器上接收具有第一特性的電磁波，所述傳送器具有導(dǎo)波區(qū)域以及一個或多個耦合到所述導(dǎo)波區(qū)域上的傳導(dǎo)區(qū)域；以及使用耦合到所述光學(xué)傳送器并至少具有集成有所述一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域中的一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域的部分的傳送器影響器，來影響所述傳送器的第二特性，所述第二特性影響所述波的所述第一特性。
3.一種輻射波強度調(diào)制器，包括第一元件，用于從輻射波中產(chǎn)生波分量，所述波分量具有偏振特性，其中所述偏振特性是一組正交偏振中的一個偏振；光學(xué)傳送器，用于接收所述波分量，所述傳送器具有導(dǎo)波區(qū)域以及一個或多個耦合到所述導(dǎo)波區(qū)域上的傳導(dǎo)區(qū)域；傳送器影響器，可操作地耦合到所述光學(xué)傳送器，并至少具有集成有所述一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域中的一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域的部分，來響應(yīng)于控制信號影響所述波分量的所述偏振特性；以及第二元件，用于與受影響的波分量互相作用，其中所述波分量的強度響應(yīng)于所述控制信號進行改變。
4.一種輻射波強度調(diào)制方法，該方法包括從輻射波中產(chǎn)生波分量，所述波分量具有偏振特性，其中所述偏振特性是一組正交偏振中的一個偏振；通過傳送器接收所述波分量，所述傳送器具有導(dǎo)波區(qū)域以及一個或多個耦合到所述導(dǎo)波區(qū)域的傳導(dǎo)區(qū)域；使用影響器來響應(yīng)于控制信號影響所述波分量的所述偏振特性，其中該影響器至少具有集成有所述一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域中的一個或多個傳導(dǎo)區(qū)域的部分；以及與所述受影響的波分量互相作用，其中所述波分量的強度響應(yīng)于所述控制信號進行改變。
5.一種顯示器組件，包括多個輻射波調(diào)制器，每個調(diào)制器包括第一元件，用于從輻射波中產(chǎn)生波分量，所述波分量具有偏振特性，其中所述偏振特性是一組正交偏振中的一個偏振；光學(xué)傳送器，用于接收所述波分量；傳送器影響器，可操作地耦合到所述光學(xué)傳送器，用于響應(yīng)于控制信號影響所述波分量的所述偏振特性；以及第二元件，用于與受影響的波分量互相作用，其中所述波分量的強度響應(yīng)于所述控制信號進行改變；輻射源，用于為每個所述調(diào)制器產(chǎn)生所述輻射波；以及控制器，耦合到所述調(diào)制器，用于選擇性地保持每個所述控制信號來獨立地控制每個所述調(diào)制器的所述強度。
6.一種顯示方法，該方法包括為多個調(diào)制器中的每一個產(chǎn)生輻射波，每個調(diào)制器包括第一元件，用于從輻射波中產(chǎn)生波分量，所述波分量具有偏振特性，其中所述偏振特性是一組正交偏振中的一個偏振；光學(xué)傳送器，用于接收所述波分量；傳送器影響器，可操作地耦合到光學(xué)傳送器，用于響應(yīng)于控制信號影響所述波分量的所述偏振特性；以及第二元件，用于與受影響的波分量互相作用，其中所述波分量的強度響應(yīng)于所述控制信號進行改變；以及選擇性地保持每個所述控制信號來獨立地控制每個所述調(diào)制器的所述強度。
7.一種傳送器，包括波導(dǎo)，包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能；以及多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性。
8.一種傳送器制造方法，該方法包括(a)形成具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域的波導(dǎo)，用于增強將傳輸?shù)南拗戚椛湓谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能；以及(b)在所述波導(dǎo)中設(shè)置多個成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性。
9.一種輻射開關(guān)陣列，包括第一輻射波調(diào)制器和接近于所述第一調(diào)制器的第二輻射波調(diào)制器，每個所述調(diào)制器包括傳送器，用于接收波分量，所述傳送器包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)；以及影響器，可操作地耦合到所述傳送器，并響應(yīng)于控制信號，用于當(dāng)所述波分量通過所述傳送器傳輸時，通過在所述波導(dǎo)中感應(yīng)所述影響器響應(yīng)來影響所述波分量的輻射振幅控制特性；以及控制器，耦合到所述調(diào)制器，用于選擇性地保持每個所述控制信號來獨立地控制每個所述調(diào)制器的所述振幅控制特性。
10.一種開關(guān)方法，該方法包括(a)在多個互相接近的傳送器中的每一個接收波分量，每個傳送器包括具有傳導(dǎo)區(qū)域以及一個或多個邊界區(qū)域的波導(dǎo)，且在所述波導(dǎo)中設(shè)置多個成分用于增強所述波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)；以及(b)當(dāng)每個波分量通過每個波導(dǎo)傳播時，獨立地影響每個所述波分量的輻射振幅控制特性。
11.一種波導(dǎo)，包括波導(dǎo)，包括定義波導(dǎo)軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及多個設(shè)置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分，用于產(chǎn)生基本上垂直于所述波導(dǎo)軸的磁場。
12.一種用于操作波導(dǎo)使其傳輸輻射信號的方法，該方法包括(a)通過波導(dǎo)傳輸輻射信號，該波導(dǎo)包括定義波導(dǎo)軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及(b)使用多個設(shè)置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分產(chǎn)生基本上垂直于所述波導(dǎo)軸的磁場。
13.一種波導(dǎo)，包括波導(dǎo)，包括定義傳輸軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及多個設(shè)置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分，用于產(chǎn)生基本上平行于所述傳輸軸的吸持磁場。
14.一種用于操作波導(dǎo)的方法，該方法包括(a)大體沿傳輸軸通過波導(dǎo)傳播輻射信號，該波導(dǎo)包括定義所述傳輸軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及(b)采用多個設(shè)置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分，感生基本上垂直于所述傳輸軸的吸持磁場，其中所述吸持磁場影響所述傳播的輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
15.一種用于顯示器的多顏色像元，包括數(shù)量為N的輻射源，用于產(chǎn)生數(shù)量為N的輸入波分量，至少一個輸入波分量用于顏色模型中的每個原色；數(shù)量為M的互相接近的調(diào)制器，其中M大于或等于N，每個所述調(diào)制器包括傳送器，用于接收所述輸入波分量中的一個，所述傳送器包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)；以及傳送器影響器，可操作地耦合到所述傳送器，并響應(yīng)于控制信號，用于當(dāng)所述波分量通過所述傳送器傳輸時，通過在所述波導(dǎo)中感應(yīng)所述影響器響應(yīng)來影響所述輸入波分量的輻射振幅控制特性；控制器，耦合到所述調(diào)制器，用于選擇性地保持每個所述控制信號來獨立地控制每個所述調(diào)制器的所述振幅控制特性；以及振幅調(diào)制系統(tǒng)，耦合到所述調(diào)制器，用于從每個所述輸入波分量中產(chǎn)生輸出波分量，所述輸出波分量具有響應(yīng)于所述振幅控制特性和所述振幅調(diào)制系統(tǒng)的互相作用而變化的振幅。
16.一種方法，該方法包括a)產(chǎn)生數(shù)量為N的輸入波分量，至少一個輸入波分量用于顏色模型中的每個原色；；以及b)從所述輸入波分量中產(chǎn)生多個輸出波分量，每個來自數(shù)量為N的調(diào)制器的所述輸出波分量互相接近，這里M大于等于N，每個所述調(diào)制器包括傳送器，用于接收所述輸入波分量中的一個，所述傳送器包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)；以及傳送器影響器，可操作地耦合到所述傳送器上，并響應(yīng)于控制信號，用于當(dāng)所述輸入波分量通過所述傳送器傳輸時，通過在所述波導(dǎo)中感應(yīng)所述影響器響應(yīng)來影響所述輸入波分量的輻射振幅控制特性。
17.一種影響器結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)電元件，設(shè)置在波導(dǎo)的一個或多個輻射傳播電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，所述導(dǎo)電元件響應(yīng)于影響器信號來影響所述波導(dǎo)的振幅控制特性；以及耦合系統(tǒng)，用于將所述影響器信號傳遞到所述導(dǎo)電元件。
18.一種操作波導(dǎo)的方法，該方法包括a)將影響器信號傳遞到設(shè)置在波導(dǎo)的一個或多個輻射傳播電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電元件，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域；以及b)響應(yīng)于所述影響器信號，影響所述波導(dǎo)的振幅控制特性。
19.一種傳送器，包括波導(dǎo)，包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性；以及耦合到所述輸入?yún)^(qū)域上的偏振系統(tǒng)，所述輸入偏振系統(tǒng)從輸入輻射源在所述輸入產(chǎn)生波分量，其具有以預(yù)定角方向設(shè)置的所支持的偏振，該輸入輻射源包括一組源波分量，每個具有一組正交偏振中的一個，其中所述輸入偏振系統(tǒng)對所述源波分量進行操作，以傳輸具有與所述所支持的偏振匹配的偏振的源波分量。
20.一種傳送器制造方法，該方法包括a)形成波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；b)在所述波導(dǎo)中設(shè)置多個成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性；以及c)將偏振系統(tǒng)耦合到所述輸入?yún)^(qū)域，所述輸入偏振系統(tǒng)從輸入輻射源在所述輸入產(chǎn)生波分量，其具有以預(yù)定角方向設(shè)置的所支持的偏振，該輸入輻射源包括一組源波分量，每個具有一組正交偏振中的一個，其中所述輸入偏振系統(tǒng)對所述源波分量進行操作，以傳輸具有與所述所支持的偏振匹配的偏振的源波分量。
21.一種傳送器，包括波導(dǎo)，包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；多個設(shè)置在所述波導(dǎo)中的成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性，其中所述輸出被配置用于增強發(fā)射輻射的視角。
22.一種傳送器制造方法，該方法包括a)形成波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；b)在所述波導(dǎo)中設(shè)置多個成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性；以及c)改變所述輸出以增強發(fā)射輻射的視角。
23.一種用于光學(xué)系統(tǒng)的面板，包括多個導(dǎo)波的輻射通道，包括多個波導(dǎo)通道，至少一個用于多個導(dǎo)波的輻射通道中的每一個通道；以及支撐件，耦合到每個所述波導(dǎo)通道，用于設(shè)置每個所述波導(dǎo)通道與多個導(dǎo)波的輻射通道的一個或多個通道進行光學(xué)通信。
24.一種面板制造方法，該方法包括a)結(jié)合多個波導(dǎo)通道，至少一個用于光學(xué)系統(tǒng)的多個導(dǎo)波的輻射通道的每個通道；以及b)設(shè)置每個所述波導(dǎo)通道與多個導(dǎo)波的輻射通道的一個或多個通道進行光學(xué)通信。
25.一種裝置，包括波導(dǎo)，具有外部表面層，所述波導(dǎo)包括在所述外部表面層下面的結(jié)構(gòu)以及靠近所述結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)部分，所述波導(dǎo)部分包括接觸區(qū)域；以及元件，設(shè)置在所述接觸區(qū)域中，功能性地與所述結(jié)構(gòu)通信。
26.一種制造方法，該方法包括a)定位相對于波導(dǎo)的波導(dǎo)部分的接觸區(qū)域，所述波導(dǎo)具有外部表面層并包括在所述外部表面層下面的結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)部分靠近所述結(jié)構(gòu)；b)在所述接觸區(qū)域中設(shè)置元件；以及c)將所述元件與所述結(jié)構(gòu)通信。
27.一種傳送器，包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；設(shè)置在所述波導(dǎo)中的多個成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性；以及激勵系統(tǒng)，耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域，所述激勵系統(tǒng)提高所述波導(dǎo)的所述影響器響應(yīng)屬性。
28.一種傳送器制造方法，該方法包括a)形成波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)包括輸入?yún)^(qū)域和輸出；b)在所述波導(dǎo)中設(shè)置多個成分，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性；以及c)將激勵系統(tǒng)耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域，所述激勵系統(tǒng)提高所述波導(dǎo)的所述影響器響應(yīng)屬性。
29.一種組合的顯示系統(tǒng)，包括照明模塊，用于產(chǎn)生多個輸入波分量；調(diào)制系統(tǒng)，用于接收所述輸入波分量并產(chǎn)生共同定義連續(xù)的圖像集合的多個輸出波分量；以及第一通信系統(tǒng)，包括一個或多個導(dǎo)波通道，從所述照明模塊將所述輸入波分量傳播到所述調(diào)制系統(tǒng)。
30.一種顯示器制造方法，該方法包括a)組裝用于產(chǎn)生多個輸入波分量的照明模塊；b)分立于所述照明模塊組裝調(diào)制系統(tǒng)，其用于接收所述輸入波分量并產(chǎn)生共同定義若干個連續(xù)的圖像集合的多個輸出波分量；以及c)使用第一通信系統(tǒng)將所述照明模塊耦合到所述調(diào)制系統(tǒng)，該第一通信系統(tǒng)包括一個或多個導(dǎo)波通道，從所述照明模塊將所述輸入波分量傳播到所述調(diào)制系統(tǒng)。
31.一種單一的顯示系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)，用于在第一多個波導(dǎo)通道中產(chǎn)生多個輸入波分量；以及調(diào)制系統(tǒng)，其與所述照明系統(tǒng)集成，用于在第二多個波導(dǎo)通道中接收所述多個輸入波分量，并產(chǎn)生共同定義若干個連續(xù)的圖像集合的多個輸出波分量。
32.一種顯示器制造方法，該方法包括a)形成照明系統(tǒng)，用于在第一多個波導(dǎo)通道中產(chǎn)生多個輸入波分量；以及b)形成調(diào)制系統(tǒng)，其與所述照明系統(tǒng)集成，用于在第二多個波導(dǎo)通道中接收所述多個輸入波分量，并產(chǎn)生共同定義若干個連續(xù)的圖像集合的多個輸出波分量。
33.一種操作開關(guān)矩陣的方法，該開關(guān)矩陣包括多個安置的波導(dǎo)，每個波導(dǎo)具有用于獨立影響通過相應(yīng)的波導(dǎo)傳播的輻射的振幅影響屬性的相關(guān)影響器結(jié)構(gòu)，其中該屬性包括用于輸出振幅處于基本上為熄滅級別的“關(guān)閉”傳播模式的第一模式，和用于輸出振幅處于基本上為完全照明級別的“打開”傳播模式的第二模式，該方法包括a)建立振幅影響屬性的“關(guān)閉”特性以設(shè)置該第一模式；b)建立振幅影響屬性的“打開”特性，該屬性與所述第二模式不匹配，并建立關(guān)閉傳播模式和打開傳播模式之間的中間傳播模式；以及c)調(diào)整通過波導(dǎo)傳播的輻射的第二屬性，以便使所述中間傳播模式中的輸出振幅基本上等于完全照明的級別。
34.一種操作開關(guān)矩陣的方法，該開關(guān)矩陣包括多個安置的波導(dǎo)，每個波導(dǎo)具有用于獨立影響通過相應(yīng)的波導(dǎo)傳播的輻射的振幅影響屬性的相關(guān)的影響器結(jié)構(gòu)，其中該屬性包括用于輸出振幅處于基本上為熄滅級別的“關(guān)閉”傳播模式的第一模式，和用于輸出振幅處于基本上為完全照明級別的“打開”傳播模式的第二模式，該方法包括a)建立振幅影響屬性的“關(guān)閉”特性以設(shè)置該第一模式；b)設(shè)置振幅影響屬性的“打開”特性以設(shè)置該第二模式；以及c)使用從一個視頻幀到隨后的視頻幀的每個波導(dǎo)屬性的相對調(diào)整，來調(diào)整關(guān)閉特性和打開特性之間的每個波導(dǎo)的振幅影響屬性。
35.一種傳送器，包括波導(dǎo)，包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)的一部分定義多個空隙；以及設(shè)置在所述多個空隙中的氣體，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性。
36.一種傳送器制造方法，該方法包括a)形成波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域，用于增強增強將傳輸?shù)妮椛湎拗圃谒鰝鲗?dǎo)區(qū)域中的性能，所述波導(dǎo)的一部分定義多個空隙；以及b)在所述多個空隙中設(shè)置氣體，用于增強所述波導(dǎo)的影響器響應(yīng)屬性。
37.一種裝置，包括第一導(dǎo)波通道，其具有傳導(dǎo)區(qū)域和耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域的一個或多個邊界區(qū)域，所述第一導(dǎo)波通道包括在所述邊界區(qū)域的一部分中的第一側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)端口，所述側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)端口響應(yīng)于在所述通道中傳播的輻射的屬性，選擇性地由此傳輸所述輻射的一部分；以及影響器，耦合到所述第一導(dǎo)波通道，用于控制所述輻射的所述屬性。
38.一種制造方法，該方法包括a)形成第一導(dǎo)波通道，其具有傳導(dǎo)區(qū)域和耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域的一個或多個邊界區(qū)域，所述第一導(dǎo)波通道包括在所述邊界區(qū)域的一部分中的第一側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)端口，所述側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)端口響應(yīng)于在所述通道中傳播的輻射的屬性，選擇性地由此傳輸所述輻射的一部分；以及b)設(shè)置接近所述第一導(dǎo)波通道的影響器，用于響應(yīng)于控制信號來控制所述輻射的所述屬性。
39.一種裝置，包括半導(dǎo)體襯底，所述襯底支撐多個集成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；以及影響器系統(tǒng)，響應(yīng)于控制并耦合到所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在所述輸出獨立地控制所述輻射信號的振幅。
40.一種制造方法，該方法包括a)將多個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底上，每個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；b)響應(yīng)于控制，將影響器系統(tǒng)接近于所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在所述輸出獨立地控制所述輻射信號的振幅；以及c)將所述多個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的所述輸出排列為顯示矩陣。
41.一種裝置，包括半導(dǎo)體襯底，其包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域的一個或多個邊界區(qū)域；第一PN結(jié)，設(shè)置在所述襯底中并耦合到所述一個或多個邊界區(qū)域的一個或多個；以及摻雜劑原子，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述PN結(jié)上。
42.一種存儲設(shè)備，包括波導(dǎo)，具有用于傳播輻射信號的傳導(dǎo)區(qū)域；影響器，耦合到所述波導(dǎo)，用于在第一模式和第二模式之間控制在所述波導(dǎo)中傳播的所述輻射信號的特性；以及閉鎖層，耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域并響應(yīng)于所述影響器，用于在存儲周期保留所述輻射信號的所述特性。
43.一種制造方法，該方法包括a)形成半導(dǎo)體襯底，該襯底包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)域和一個或多個耦合到所述傳導(dǎo)區(qū)域的邊界區(qū)域；b)在所述襯底中設(shè)置第一PN結(jié)，并耦合到所述一個或多個邊界區(qū)域的一個或多個；以及c)在所述半導(dǎo)體襯底中的所述PN結(jié)上設(shè)置摻雜劑原子。
44.一種裝置，包括多個波導(dǎo)，設(shè)置在編織的結(jié)構(gòu)中；以及影響器系統(tǒng)，耦合到所述多個波導(dǎo)，用于獨立地影響通過所述多個波導(dǎo)中的一個或多個傳播的輻射的特性。
45.一種開關(guān)矩陣，包括多個波導(dǎo)，其具有大體上平行的傳輸軸，每個波導(dǎo)包括響應(yīng)于施加到所述影響器的第一接觸和第二接觸的控制信號的集成影響器；導(dǎo)電X尋址細絲，其編織在所述波導(dǎo)中，并電子連通到所述第一接觸；以及導(dǎo)電Y尋址細絲，設(shè)置在所述波導(dǎo)之中，并電子連通到所述第二接觸，其中所述尋址細絲提供尋址網(wǎng)格，以獨立控制任意的所述影響器。
46.一種制造方法，該方法包括a)編織具有集成的影響器元件和多個導(dǎo)電細絲的多個波導(dǎo)，以產(chǎn)生紡織物，其中所述細絲產(chǎn)生耦合到每個影響器的尋址網(wǎng)格；以及b)從所述紡織物中產(chǎn)生平面片，其中所述波導(dǎo)每個具有一個輸出，該輸出用于通過所述紡織物中的所述波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)來建立的共同顯示矩陣。
47.一種電子護目鏡裝置，包括一個或多個半導(dǎo)體襯底，每個所述襯底支撐多個集成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；以及影響器系統(tǒng)，響應(yīng)于控制并耦合到所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在所述輸出獨立地控制所述輻射信號的振幅；顯示系統(tǒng)，用于將所述多個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的所述輸出排列為顯示矩陣；以及固定在頭上的眼鏡結(jié)構(gòu)，用于將所述顯示矩陣定位在用戶視場內(nèi)。
48.一種制造方法，該方法包括a)將多個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在一個或多個襯底中，每個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；b)響應(yīng)于控制將影響器系統(tǒng)接近于所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在所述輸出獨立地控制所述輻射信號的振幅；c)將所述多個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的所述輸出排列為顯示矩陣；以及d)將所述顯示矩陣定位在用戶視場內(nèi)。
49.一種傳送器，包括半導(dǎo)體襯底，所述襯底支撐集成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；以及影響器系統(tǒng)，響應(yīng)于控制并耦合到所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在影響區(qū)域中獨立地控制所述輻射信號的振幅影響屬性；以及遞歸系統(tǒng)，用于周期性地將所述輻射信號返回到所述影響區(qū)域，用于周期性地影響所述輻射信號的所述振幅影響屬性。
50.一種制造方法，該方法包括a)將波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底中，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)通道和一個或多個邊界區(qū)域，用于將輻射信號從輸入傳播到輸出；b)響應(yīng)于控制將影響器系統(tǒng)接近于所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于在影響區(qū)域中獨立地控制所述輻射信號的振幅影響屬性；以及c)設(shè)置所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的通路，用于遞歸通過所述影響區(qū)域的所述輻射信號，從而周期性地影響所述輻射信號的所述振幅影響屬性。
全文摘要
一種用于輻射開關(guān)陣列的裝置和方法，包括第一輻射波調(diào)制器和接近該第一調(diào)制器的第二輻射波調(diào)制器，每個調(diào)制器都具有一個用于接收波分量的傳送器，該傳送器包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有傳導(dǎo)區(qū)以及一個或多個邊界區(qū)；以及多個設(shè)置在波導(dǎo)中用于增強波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)的成分；以及影響器，可操作地耦合到傳送器上，并響應(yīng)于控制信號用于當(dāng)波分量通過傳送器傳播時，通過誘導(dǎo)波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)來影響輻射振幅控制特性；以及控制器，耦合到調(diào)制器，用于選擇性地保證每個控制信號獨立地控制每個調(diào)制器的振幅控制特性。一種開關(guān)方法，包括(a)在多個互相臨近的傳送器中的每個上接收波分量，每個傳送器包括具有傳導(dǎo)區(qū)以及一個或多個邊界區(qū)的波導(dǎo)，其中波導(dǎo)帶有多個設(shè)置在波導(dǎo)中用于增強波導(dǎo)中的影響器響應(yīng)的成分；以及(b)當(dāng)每個波分量通過每個波導(dǎo)傳播時，獨立地影響每個波分量的輻射振幅控制特性。
文檔編號G02F1/295GK1961233SQ200580011016
公開日2007年5月9日 申請日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者薩瑟蘭·埃爾伍德 申請人:帕諾拉馬實驗室有限公司