專利名稱：包括保持邊界區(qū)域的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2004年2月12日申請的美國臨時申請60/544591以及以下美國專利申請中每一件的權(quán)益10/812294、10/811782和10/812295(每個都在2004年3月29日申請)；以及美國專利申請11/011761、11/011751、11/011496、11/011762和11/011770(每個都在2004年12月14日申請)；以及美國專利申請10/906220、10/906221、10/906222、10/906223、10/906224、10/906226和10/906226(每個都在2005年2月9日申請)；以及美國專利申請10/906255、10/906256、10/906257、10/906258、10/906259、10/906260、10/906261、10/906262和10/906263(每個都在2005年2月11日申請)。在此將以上每件申請整體引入作為參考。
背景技術(shù)：
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，所述光學(xué)活性成分改善了波導(dǎo)的輻射影響特性對外界影響的響應(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并與磁場平行的的透明介質(zhì)進(jìn)行傳播時，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(qiáng)度、介質(zhì)固有的維爾德常數(shù)以及光路長度而改變。旋轉(zhuǎn)的經(jīng)驗(yàn)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，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(qiáng)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)隔離器包括將偏振平面旋轉(zhuǎn)45度的法拉第旋轉(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)的體型。
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(diǎn)。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(jìn)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(diǎn)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)已經(jīng)知道了將離散磁光體器件(例如晶體)用于共同地定義顯示器件的應(yīng)用。這些現(xiàn)有技術(shù)的顯示器具有幾個缺點(diǎn)，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，控制復(fù)雜度的增加，控制復(fù)雜度的增加仍然不能夠?qū)ο鄬Υ蟮娘@示器件進(jìn)行很好的縮放。
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(shí)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(diǎn)，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的領(lǐng)域開發(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(jìn)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(jìn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量。在質(zhì)量范圍的末端上的成本差異是最明顯的。并且，不管對電視還是對計算機(jī)顯示器，盡管在技術(shù)具有可行性，實(shí)現(xiàn)35mm電影質(zhì)量的分辨率將必須承擔(dān)使其脫離消費(fèi)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(jī))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(jìn)行比較時，相對成本是主要議題。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，同時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。該平衡典型地導(dǎo)致在相對較低的成本價格下的較差滿意度的妥協(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，典型地不會涉及控制臺深度與一致的圖像質(zhì)量之間對立的議題。取而代之的是，困難是在具有可比成本情況下，要相當(dāng)于(至少)傳統(tǒng)35mm電影放映機(jī)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(jī)相比，具有明顯的成本差距。
直接驅(qū)動圖像光放大器是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(垂面排列)晶體實(shí)現(xiàn)了上升時間加上下降時間小于16毫秒的非常快速的響應(yīng)時間。來自氙或者超高性能(“UHP”)金屬鹵素?zé)舻墓饨?jīng)過偏振光束分離器進(jìn)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1987年由德州儀器公司的Dr.Larry Hornbeck發(fā)明的DMD芯片。DMD芯片是精密復(fù)雜的光開關(guān)。它包括高達(dá)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?；谠摷夹g(shù)的原型器件實(shí)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(shí)現(xiàn)了1000∶1)。該器件使用了三個選定具有特定波長的激光器以提供顏色。這三個激光器是紅色(642nm)，綠色(532nm)和藍(lán)色(457nm)。該過程采用了MEMS技術(shù)(微機(jī)電系統(tǒng))并且包括在一條線上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(shí)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.GLV來說，對比度是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是在“黑色”的質(zhì)量中，不必面臨該難點(diǎn)(通過光學(xué)光柵波干涉來實(shí)現(xiàn)像素?zé)o效，或者黑色)的同時，取而代之的是面臨采用線陣列掃描源實(shí)現(xiàn)有效的類似電影的間歇圖像的難點(diǎn)。
基于LCD或者M(jìn)EMS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(jì)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?yàn)榕c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(jìn)行優(yōu)化以對法拉第效應(yīng)達(dá)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(shí)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，來得到所期望的場。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)用途是用于覆蓋通過光纖的低速數(shù)據(jù)傳輸加上常規(guī)高速數(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)以提供帶外信令或控制。此外，該用途是與通信用途一起作為主要考慮事項(xiàng)而實(shí)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，所述通信性能典型地包括用于公里+-長度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(shí)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(jìn)行改善以允許光學(xué)上純凈的與均勻的光纖的超常長度的有效的和節(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。典型地，采用改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法(MCVD)過程制成半成品，該過程通過硅溶液產(chǎn)生氧氣泡，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(diǎn)等)所必需的必不可少的化學(xué)成分。引導(dǎo)氣體蒸氣進(jìn)入在特殊的車床中的合成硅石或者石英管(包層)的內(nèi)部。該機(jī)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(jìn)行冷卻和測試之后，將其放置在光纖拉絲機(jī)內(nèi)，光纖拉絲機(jī)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開始下落。當(dāng)它下落時，它冷卻并形成玻璃線。通過一系列處理站使該線形成絲，其上涂覆所期望的涂層并使所述涂層固化，將該線附著在牽引機(jī)上，牽引機(jī)以計算機(jī)監(jiān)控的速度對該線進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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)了上述光纖的變種，該變種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硅石，并且典型地通過沿著光纖長度而連續(xù)的空氣空間設(shè)置低折射率區(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(jìn)的全內(nèi)反射(MTIR)規(guī)則，在固體芯中對光線進(jìn)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(jìn)行傳導(dǎo)。在PBG效應(yīng)使得在微結(jié)構(gòu)包層區(qū)域中進(jìn)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(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。不同的光纖類型的設(shè)備的特征適用于使用它們的很多不同應(yīng)用。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)，還包括很多亞變種(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)。多模光纖最好設(shè)計用于較短的傳輸距離，并且適合用于LAN系統(tǒng)中和視頻監(jiān)控中。單模光纖最好設(shè)計用于較長的傳輸距離，其適合于長距離電話通訊和多通道電視廣播系統(tǒng)?！翱諝獍鼘印被蛘唠[失耦合式波導(dǎo)包括光學(xué)線(optical wire)和光學(xué)納米線(optical nano-wire)。
階躍型通常指波導(dǎo)的折射率有著急劇改變的構(gòu)造-芯具有比包層更大的折射率。漸變型指提供在遠(yuǎn)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)出設(shè)計用于特定的應(yīng)用(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))的多種不同分布。已經(jīng)開發(fā)的單模光纖的重要變種稱為偏振保持(PM)光纖。迄今為止所討論的所有其他單模光纖都能夠隨意地承載偏振光。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)稱為應(yīng)力棒的縱向區(qū)域。正如它們的名字所暗示的那樣，這些應(yīng)力棒在光纖的芯中產(chǎn)生應(yīng)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籽晶設(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籽晶之間的中心區(qū)域，以便生成促進(jìn)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籽晶，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方法使得晶體從懸在空中的母棒生長，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)鐵榴石厚膜生長。對晶體物質(zhì)和PbO-B2O3助熔劑進(jìn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，浸泡在熔化的表面上，這就使得雙重取代鐵榴石厚膜在晶片上生長。能夠生長成直徑尺寸達(dá)到3英寸的厚膜。
為了獲得45度的法拉第旋轉(zhuǎn)器，將這些膜研磨到特定厚度，涂覆抗反射涂層，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)和合成具有了更新的系統(tǒng)。亞特蘭大桃樹工業(yè)大道5313(GA30341)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，將前體融解在溶液中，前體是用于涂覆目標(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(diǎn)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體起反應(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(shí)現(xiàn)多個III-IV和基本半導(dǎo)體系統(tǒng)的不均勻集成。然而，采用一些過程對很多其他重要材料系統(tǒng)的器件進(jìn)行集成已經(jīng)是困難的了。該問題的好的示例是已經(jīng)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(shí)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榴石(YIG)和鉍-取代釔鐵榴石(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(jìn)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)報告了多層結(jié)構(gòu)，它們稱為磁光光子晶體，磁光光子晶體在748nm上顯示比相同厚度的單層鉍鐵榴石膜大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外延膜的。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)研究了鐵榴石，特別是鉍和釔鐵榴石的堆積式膜的應(yīng)用。設(shè)計用于750nm的光，具有堆積特征的四個異質(zhì)外延層為70nm厚的鉍鐵榴石(BIG)上面的81nm厚的釔鐵榴石(YIG)，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(jìn)行的脈沖激光沉積。
如上所述可以看出，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，但是還已經(jīng)知道的是，通過生成必要的磁場強(qiáng)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(shí)現(xiàn)方式中也是一樣，因?yàn)轭A(yù)先做的材料的制造后處理有時需要達(dá)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，即，在這些情況中，光纖可能不滿足規(guī)格。由于很多磁應(yīng)用裝置典型地包括很少數(shù)量(典型地為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(按照金錢和時間計)增多，并且在使用幾百或幾千這樣的元件的應(yīng)用裝置中，必需大幅度降低單元成本。
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)的輻射影響特性對于外部影響的響應(yīng)性，同時降低單元成本并增加可制造性、可重現(xiàn)性、一致性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于具有波導(dǎo)的傳送器的裝置和方法，包括包含定義傳輸軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域的波導(dǎo)；以及多個配置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分，用于產(chǎn)生基本上與所述傳輸軸平行的保持磁場。一種操作傳送器的方法，包括a)整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)使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)基本上與所述傳輸軸垂直的保持磁場，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例用于一種傳送器制造方法，該方法包括a)利用多個磁性成分摻雜波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域，以產(chǎn)生至少一個與該波導(dǎo)的通道區(qū)域相關(guān)的摻雜區(qū)域，所述通道區(qū)域定義該波導(dǎo)的傳輸軸；以及b)配置接近所述摻雜區(qū)域的影響器，其中所述影響器響應(yīng)控制信號產(chǎn)生磁脈沖給所述多個磁性成分，足以誘發(fā)所述磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸平行的可變強(qiáng)度的暫時保持磁場。
本發(fā)明的裝置、方法、計算機(jī)程序產(chǎn)品以及傳播信號提供了采用改進(jìn)的并且成熟的波導(dǎo)制造過程的優(yōu)點(diǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，該波導(dǎo)是一種光學(xué)傳送器，優(yōu)選地是一種光纖或波導(dǎo)信道，適于在保持輻射的所期望屬性的同時通過引入光學(xué)活性成分來增強(qiáng)影響器的短長度性質(zhì)影響特征。在優(yōu)選實(shí)施例中，待影響的輻射的性質(zhì)包括輻射的偏振狀態(tài)，并且影響器使用可控的、可改變的并平行于光學(xué)傳送器的傳輸軸傳播的磁場，利用法拉第效應(yīng)來控制偏振旋轉(zhuǎn)角。光學(xué)傳送器構(gòu)造為能夠通過在非常短的光路上使用低磁場強(qiáng)度，對所述偏振進(jìn)行快速控制。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。在該優(yōu)選實(shí)施例中，這種調(diào)制包括熄滅(extinguishing)所發(fā)出的輻射。所引入的專利申請、優(yōu)先權(quán)申請和相關(guān)申請都公開了法拉第結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)、法拉第結(jié)構(gòu)化波導(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。摻雜區(qū)域(例如摻雜邊界區(qū)域)產(chǎn)生一個或兩個磁場(1)垂直于傳輸軸，其不會改變所期望的影響器感應(yīng)偏振變化，但是提高了性能(例如通過使通道區(qū)域的范圍飽和以減少光損耗和/或改善影響器響應(yīng)性)，以及(2)平行于傳輸軸，其響應(yīng)影響器磁脈沖，實(shí)現(xiàn)所期望的從幀到幀的偏振變化。
在這里公開的成熟且高效的光纖波導(dǎo)制造工藝作為本發(fā)明的一部分，用于在制造低成本、一致的、高效的磁光系統(tǒng)元件，由此提供了一種可替換波導(dǎo)技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)的優(yōu)勢在于改善波導(dǎo)的輻射影響特性對于外部影響的響應(yīng)性，同時降低單元成本并增加可制造性、可重現(xiàn)性、一致性和可靠性。
附圖的簡要說明附

圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的總體示意性平面圖；附圖2是附圖1所示優(yōu)選實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)方式的詳細(xì)示意性平面圖；附圖3是附圖2所示優(yōu)選實(shí)施例的端視圖；附圖4是顯示器組件的優(yōu)選實(shí)施例的示意性方框圖；附圖5是附圖4所示的前面板的輸出端口的一種布置的示圖；附圖6是用于附圖2所示的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)的一部分的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的示意性表示；附圖7是代表性波導(dǎo)制造系統(tǒng)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(shí)施例；和附圖8是用于制造本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的代表性光纖拉制系統(tǒng)的示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明涉及可替換的波導(dǎo)技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)的優(yōu)勢在于改善波導(dǎo)的輻射影響特性對于外部影響的響應(yīng)性，同時降低單元成本并增加可制造性、可重現(xiàn)性、一致性和可靠性。以下描述是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，并且以下描述按照專利申請的上下文和其要求提供的。對于在此所描述的優(yōu)選實(shí)施例和通用原理以及特征所進(jìn)行的各種修改，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會是顯而易見的。因此，本發(fā)明并非旨在限定于所示實(shí)施例，而是要按照與在此所描述的原理和特征一致的最大范圍。
在以下描述中，在本發(fā)明的環(huán)境中，三個術(shù)語具有特定的含義(1)光學(xué)傳送器，(2)特性影響器，和(3)熄滅(extinguishing)。為了本發(fā)明的目的，光學(xué)傳送器是特別適合于提高影響器的影響特性的特征，同時保留輻射的所期望屬性的波導(dǎo)。在優(yōu)選實(shí)施例中，要受到影響的輻射特性包括其偏振旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且影響器利用法拉第效應(yīng)，使用可控的、可改變的并平行于光學(xué)傳送器的傳輸軸傳播的磁場來控制偏振角度。光學(xué)傳送器構(gòu)造為能夠通過在非常短的光路上使用低磁場強(qiáng)度，對所述偏振進(jìn)行快速控制。在一些特定實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)傳送器包括若干光纖，這些光纖對于所傳輸輻射的波長保留光纖的導(dǎo)波屬性的同時呈現(xiàn)高維爾德常數(shù)、并且以其它方式提供該輻射特性(一個或多個)的有效構(gòu)造以及受特性影響器影響的輻射特性(一個或多個)的聯(lián)合影響(cooperative affectation)。
特性影響器是用于實(shí)現(xiàn)對光學(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(shí)施例中，特性影響器用于連接到光學(xué)傳送器，在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述光學(xué)傳送器是指由具有芯和一個或多個包層的光纖所形成的光學(xué)傳送器，優(yōu)選地，所述影響器集成到一個或多個包層中或者在一個或多個包層上，而不會明顯地對光學(xué)傳送器的導(dǎo)波屬性造成不利變動。在使用所傳輸輻射的偏振特性的優(yōu)選實(shí)施例中，特性影響器的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式是偏振影響結(jié)構(gòu)，例如線圈、線圈管或者采用一個或多個磁場(所述一個或者多個磁場是可控的)在光學(xué)傳送器中支持/產(chǎn)生法拉第效應(yīng)表現(xiàn)場(并因而影響所傳輸?shù)妮椛?的其他能夠集成的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)能夠用于一些實(shí)施例中，作為調(diào)制器中的光學(xué)傳送器，所述調(diào)制器控制所傳播輻射的振幅。由調(diào)制器所發(fā)射的輻射將具有由光學(xué)傳送器上的特性影響器的交互作用所控制的最大輻射振幅和最小輻射振幅。熄滅簡單地指在足夠低的電平(對于特定實(shí)施例來說適當(dāng)?shù)?上的最小輻射振幅，其特征是“關(guān)閉”或者“黑”或者其他指示輻射不存在的分類。換句話說，在一些應(yīng)用中，當(dāng)電平滿足實(shí)現(xiàn)方式或者實(shí)施例的參數(shù)時，足夠低但是能夠檢測/能夠辨識的輻射振幅可以適當(dāng)?shù)乜醋鳌跋纭?。本發(fā)明通過使用在波導(dǎo)制造期間布置在傳導(dǎo)區(qū)域中的光學(xué)活性成分，改善了波導(dǎo)對于影響器的響應(yīng)。
圖1是用于法拉第結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)調(diào)制器100的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的總體示意性平面圖。調(diào)制器100包括光學(xué)傳送器105、可連接到傳送器105的特性影響器110、第一特性元件120和第二特性元件125。
傳送器105可以基于很多已知技術(shù)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。例如，傳送器105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105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。基于要被影響的輻射特性的類型和影響器110的性質(zhì)對常規(guī)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。
影響器110是用于顯現(xiàn)對通過傳送器105和/或在傳送器105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(shí)現(xiàn)方式的不同而改變。在優(yōu)選實(shí)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。典型地，其他元件與調(diào)制器100一同使用，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(shí)施例中，可能期望對輻射的另一種特征進(jìn)行期望的控制，除輸出振幅之外，其可能要求對除了已經(jīng)識別的那些特性之外的輻射特性進(jìn)行控制，或者可能要求對特性進(jìn)行不同的控制，以實(shí)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105中實(shí)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(shí)施例的影響器110使用了最接近或者在傳送器105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?yàn)槠叫杏谕ㄟ^傳送器105傳輸?shù)妮椛涞膫鞑シ较颉Υ艌鱿鄬τ趥魉推鞯姆较蚝驼穹倪m當(dāng)控制達(dá)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105構(gòu)造為提高/最大化影響器110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105進(jìn)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110越容易能夠在給定場強(qiáng)和傳送器長度上影響偏振旋轉(zhuǎn)角度。在該實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)選實(shí)施例中，對維爾德常數(shù)的關(guān)注是主要任務(wù)，傳送器105的波導(dǎo)方面的其他特征/屬性/特點(diǎn)是次要的。在優(yōu)選實(shí)施例中，影響器110是與傳送器105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105“強(qiáng)相關(guān)”的，盡管一些實(shí)現(xiàn)方式可能以其它方式提供。
元件120和元件125是用于選擇/過濾/操作要受到影響器110影響的所期望輻射特性的特性元件。元件120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120的選通/被處理的波分量提供給光學(xué)傳送器105，并且特性影響器110可控地影響如上所述的被傳送的波分量。
元件125是與元件120的協(xié)作結(jié)構(gòu)，并且作用在受影響的波分量上。元件125是基于波分量的特性狀態(tài)、傳遞WAVE_OUT(波輸出)并控制WAVE_OUT的振幅的結(jié)構(gòu)。該控制的性質(zhì)和細(xì)節(jié)涉及來自元件120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110影響的細(xì)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120和元件125可以是偏振濾波器。元件120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110在輻射通過傳送器105時，控制輻射的偏振旋轉(zhuǎn)角度。元件125基于與元件125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(jìn)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125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125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120與元件125的相對方位，使得缺省條件造成WAVE_OUT的最大振幅、WAVE_OUT的最小振幅或者其間的其他值。缺省條件指沒有來自影響器110的影響的輸出振幅的量。例如，通過將元件125的傳輸軸設(shè)定為相對于元件120的傳輸軸成90度，對于優(yōu)選實(shí)施例，缺省條件會是最小振幅。
元件120和元件125可以是分立部件，或者一個或兩個結(jié)構(gòu)可以集成到傳送器105上或者傳送器105中。在一些情況下，在優(yōu)選實(shí)施例中，這些元件可以位于在傳送器105的“輸入端”和“輸出端”，而在其他實(shí)施例中，這些元件可以分布在傳送器105的特定區(qū)域中或者遍布傳送器105。
在操作中，輻射(顯示為WAVE_IN)是入射到元件120的，并且對適當(dāng)?shù)奶匦?例如右旋圓偏振(RCP)旋轉(zhuǎn)分量)進(jìn)行選通/處理，以將RCP波分量傳遞到傳送器105。傳送器105傳輸RCP波分量，直到它與元件125相互作用并傳遞波分量(顯示為WAVE_OUT)。入射WAVE_IN(波輸入)典型地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120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110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(jìn)行改變。優(yōu)選實(shí)施例中的影響器110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125與波分量相互作用，從而允許在波分量偏振旋轉(zhuǎn)與元件125的傳輸軸相匹配時將WAVE_IN的輻射振幅從最大值進(jìn)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(jìn)行調(diào)制。通過使用元件120，優(yōu)選實(shí)施例的WAVE_OUT的振幅可以從最大電平變化到熄滅電平。
圖2是圖1所示優(yōu)選實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)方式的詳細(xì)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(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行特別描述以簡化論述。圖1所示的法拉第結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)調(diào)制器100是圖2所示的法拉第光調(diào)制器200。
調(diào)制器200包括芯205、第一包層210、第二包層215、線圈或線圈管(coilform)220(線圈220具有第一控制節(jié)點(diǎn)225和第二控制節(jié)點(diǎn)230)、輸入元件235和輸出元件240。圖3是圖2所示優(yōu)選實(shí)施例中的元件235與元件240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205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體)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200對來自源照明系統(tǒng)的光進(jìn)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205的維爾德常數(shù)，以在存在主動磁場的情況下實(shí)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205中添加孔或者不規(guī)則形狀，以進(jìn)一步提高維爾德常數(shù)和/或者實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)改進(jìn)。芯205實(shí)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為必要的快速旋轉(zhuǎn)提供低功率，并且當(dāng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改進(jìn)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210(在優(yōu)選實(shí)施例中可選)進(jìn)行摻雜，當(dāng)?shù)谝话鼘?10曝露在強(qiáng)磁場下時被永久磁化。第一包層210的磁化可以在附到芯205上或者預(yù)成形之前進(jìn)行，或者在調(diào)制器200被拉制之后(完成芯、包層、涂層和/或元件)進(jìn)行。在該過程中，粗加工成品或者所拉制的光纖通過與芯205的傳輸軸有90度偏移的強(qiáng)永久磁場。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過設(shè)置為光纖牽引裝置的元件的電磁體實(shí)現(xiàn)該磁化。第一包層210(具有永久磁特性)用于使得光學(xué)活性芯205的磁疇飽和，但是并不改變通過光纖200的輻射的旋轉(zhuǎn)角度，這是由于來自層210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(jìn)行粉碎，來對摻雜鐵磁性包層的方位進(jìn)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215進(jìn)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(shí)施例采用“短”曲線，并且該曲線也是“寬的”和“扁的”。當(dāng)通過由臨近的場生成元件(例如線圈220)所生成的磁場使得第二包層215飽和時，第二包層215很快達(dá)到對于調(diào)制器200所期望的旋轉(zhuǎn)角度來說合適的磁化等級，其中所述場生成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(jìn)行驅(qū)動。此外，第二包層215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215的該剩余磁通量隨著時間保持適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)度，而沒有通過影響器110恒定應(yīng)用的場(例如線圈220)。
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(jìn)一步受到包層的離子轟擊的影響。參考名稱為“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(jìn)行轟擊，對優(yōu)選晶體結(jié)構(gòu)中的非規(guī)則核進(jìn)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用于各種目的的參考。
與第一包層210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(shí)施例中的用于第二包層215的摻雜物，以允許較高的摻雜濃度。
優(yōu)選實(shí)施例的線圈220是在光纖200上或者光纖200中集成制造的，以生成初始磁場。該來自線圈220的磁場使得通過芯205傳輸?shù)妮椛涞钠窠嵌刃D(zhuǎn)，并對第二包層215中的亞鐵/鐵磁性摻雜物進(jìn)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200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?yàn)槎鄠€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(shí)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(qiáng)、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200的結(jié)構(gòu)、部件和/或者器件能夠補(bǔ)償產(chǎn)生較小強(qiáng)度磁場的材料所形成的線圈或者線圈管。通過使調(diào)制器更長，或者通過進(jìn)一步增大/提高有效的維爾德常數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，線圈220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(shí)現(xiàn)方式中，與在其它方式會與更加有效的材料一起使用相比，線圈220采用更寬但是更少的繞組。在其他例子中，例如，當(dāng)通過合適的過程制造線圈220但是生產(chǎn)線圈220的工作效率較低時，采用其他參數(shù)進(jìn)行必要補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)合適的整體操作。
在設(shè)計參數(shù)(即光纖長度、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。考慮到這些折衷，而生成完整成形的線圈管的四個優(yōu)選實(shí)施例，包括(1)絞合光纖以實(shí)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(shí)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(shí)施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
節(jié)點(diǎn)225和節(jié)點(diǎn)230接收用于在芯205、包層215和線圈220中導(dǎo)致必要磁場的生成的信號。在簡單實(shí)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，以生成所期望的磁場并對通過調(diào)制器200傳播的WAVE_IN輻射的偏振角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用調(diào)制器200時，控制器(未示出)可以提供該控制信號。
在優(yōu)選實(shí)施例中，輸入元件235和輸出元件240是偏振濾波器，作為分立部件或者集成到芯205中/上。輸入元件235作為偏振器可以采用很多不同的方法實(shí)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(jìn)入到芯205中的各種偏振機(jī)制；優(yōu)選實(shí)施例采用了外延沉積到芯205的“輸入”端的薄膜?？商鎿Q的優(yōu)選實(shí)施例在波導(dǎo)200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(shí)現(xiàn)偏振濾波(例如對芯205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(shí)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(jìn)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200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(shí)施例的輸出元件240是“偏振濾波器”元件，其對于缺省為“關(guān)閉”的調(diào)制器200的輸入元件235的方位，有著90度的偏移。(在一些實(shí)施例中，通過對準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)其他缺省情況，例如50％振幅)。元件240優(yōu)選地為外延沉積到芯205的輸出端的薄膜?？梢詫⑤斎朐?35和輸出元件240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(jìn)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(jìn)行調(diào)制。
圖4是顯示器組件400的優(yōu)選實(shí)施例的示意性方框圖。組件400包括多個像元(像素)的集合，每個像元都由例如圖2所示的波導(dǎo)調(diào)制器200i，j生成。用于控制調(diào)制器200i，j的每個影響器的控制信號由控制器405提供。輻射源410提供用于調(diào)制器200i，j進(jìn)行輸入/控制的源輻射，并且可以使用前面板將調(diào)制器200i，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410可以是單平衡白色的或者獨(dú)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410可以遠(yuǎn)離調(diào)制器200i，j的輸入端，臨近這些輸入端，或者集成到調(diào)制器200i，j上/中。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，采用單一源，而其他實(shí)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200i，j有一個源)。
如上所述，調(diào)制器200i，j的光學(xué)傳送器的優(yōu)選實(shí)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(jī)制和顏色選擇機(jī)制。在FPD實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)選實(shí)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(shí)施例的一個特征在于，光學(xué)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(qiáng)度增加時能夠繼續(xù)縮短。顯示器的實(shí)際深度將會是通道長度的函數(shù)，但是由于光學(xué)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(shí)現(xiàn)方式中，實(shí)際路徑可以彎曲，以提供甚至更淺的有效深度。如上所述，路徑長度是維爾德常數(shù)和磁場強(qiáng)度的函數(shù)，并且優(yōu)選實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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程度的影響。
控制器405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(shí)現(xiàn)方式不僅包括點(diǎn)對點(diǎn)控制器，它還包括結(jié)構(gòu)性地合并和保持調(diào)制器200i，j的“矩陣”，并對每個像素進(jìn)行電子尋址。在光纖的情況中，光纖部件的性質(zhì)中固有的是用于光纖元件的全光纖、紡織結(jié)構(gòu)和適當(dāng)尋址的可能性。可變形網(wǎng)孔或者固體矩陣是可替換結(jié)構(gòu)并利用附帶裝配方法。
優(yōu)選實(shí)施例的一個特征在于，可以對一個或者多個調(diào)制器200i，j的輸出端進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行處理，以共同地產(chǎn)生實(shí)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(一個或多個)的處理，控制或者影響來自一個或者多個像素的WAVE_OUT的各種聚焦、衰減、顏色或者其他屬性。
前面板415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415可以包括導(dǎo)向裝置或者其他結(jié)構(gòu)，以將調(diào)制器200i，j的輸出端排列為相對于相鄰調(diào)制器200i，j的所期望的相對方向。圖5是圖4所示的前面板415的輸出端口500x，y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(shí)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(jī)表面的光學(xué)幾何形狀可以自行改變，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415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度和方向，并具有本發(fā)明提供的適當(dāng)?shù)妮敵鲂螤?。在一些?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)需要改變形狀/方向/維度。本發(fā)明的實(shí)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(shí)現(xiàn)方式中，輻射源410、具有連接到多個調(diào)制器200i，j的控制器405的“開關(guān)組件”和前面板415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410，在一些實(shí)施例中，優(yōu)勢是將照明源與開關(guān)組件分離，這是由于典型地需要用于對巨大劇院屏幕進(jìn)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(一個或多個)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415的一些特征，或者在對適當(dāng)?shù)谋砻孢M(jìn)行照明之前使用面板415。
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(diǎn)。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(diǎn)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(jī)和優(yōu)選實(shí)施例的新投影機(jī)。
波導(dǎo)帶的單塊結(jié)構(gòu)可以實(shí)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(shí)施例中，“體型”光纖部件結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)必要的小投影表面區(qū)域。單模光纖(尤其是沒有對外部電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(shí)現(xiàn)用于將圖像聚焦在光學(xué)陣列上的曲度；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(diǎn)上，以實(shí)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(jī)表面分離的選項(xiàng)提供了實(shí)現(xiàn)更小體型投影電視箱體結(jié)構(gòu)的新穎方法。
圖6是對于圖2所示的結(jié)構(gòu)化波導(dǎo)205的部分600的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的示意性表示。部分600是波導(dǎo)205的輻射傳播通道，典型地為傳導(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)。其他導(dǎo)波結(jié)構(gòu)具有不同的特定機(jī)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導(dǎo)波。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。導(dǎo)波的特定機(jī)制可以隨波導(dǎo)而改變，但是本發(fā)明可以適與與不同的結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。
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)域典型地能夠傳播通過傳導(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(diǎn)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)整體是基本不透明的。
如上所述，影響器110與波導(dǎo)205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600具有影響器響應(yīng)屬性，并且在優(yōu)選實(shí)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110的響應(yīng)性。如任何特定實(shí)現(xiàn)方式需要的，部分600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605、孔610、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形狀615、微型泡620和/或者其他元件625)。在優(yōu)選實(shí)施例中，部分600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(jìn)行優(yōu)化(例如，與針對千米量級甚至更高量級的長度進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化的部分600的成分，可能嚴(yán)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(shí)施例的焦點(diǎn)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(shí)施例的缺點(diǎn)。
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110的影響；優(yōu)選實(shí)施例的目標(biāo)是部分600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(shí)施例中，當(dāng)影響器110生成平行于傳輸軸的磁場時，在部分600中，旋轉(zhuǎn)量取決于磁場強(qiáng)度、部分600的長度和部分600的維爾德常數(shù)。所述成分提高了部分600對于該磁場的響應(yīng)性，例如通過增加部分600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(shí)施例的一些實(shí)現(xiàn)方式可以采用按照這里所公開的那樣進(jìn)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(shí)現(xiàn)成本的節(jié)省和其他功效/優(yōu)點(diǎn)。這些成本的節(jié)省和其他功效與優(yōu)點(diǎn)包括以下優(yōu)點(diǎn)采用成熟制造技術(shù)，并且采用的設(shè)備能夠克服采用離散的常規(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(diǎn)。例如，這些缺點(diǎn)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(shí)施例包括光纖波導(dǎo)和光纖波導(dǎo)制造方法的變型。其最普通的是，光纖是透明(在感興趣波長)電介質(zhì)材料(典型地為玻璃或者塑料)的細(xì)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)。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，并且非常抗激光損傷。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)被報告為-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)生小得多的旋轉(zhuǎn)。
在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述成分可以包括光學(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(shí)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(jìn)行加熱或者加壓，會通過在部分600中添加額外成分(例如孔或者不規(guī)則形狀)而進(jìn)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被動增強(qiáng)，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本身是高等級的，高達(dá)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(shí)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(jìn)(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給出改進(jìn)(例如可以通過市場從Corning公司買到的光纖)，因此可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)活性摻雜物的足夠高和受控的濃度，以采用低功率在微米量級的距離上引起旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，其他元件625包括布置在部分600中，最優(yōu)選地是布置在一個或多個邊界區(qū)域(例如包層)中的磁性成分。采用生成垂直于傳輸軸的磁場的方法布置/定向這些成分。對于采用法拉第效應(yīng)來對通過部分600傳播的輻射振幅進(jìn)行調(diào)制的系統(tǒng)，從所述成分產(chǎn)生的磁場不改變輻射的影響器引發(fā)的偏振旋轉(zhuǎn)變化的偏振旋轉(zhuǎn)。這些成分用于提高系統(tǒng)整體性能。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述成分使得足夠量的傳導(dǎo)/通道區(qū)域中的磁疇飽和，以顯而易見地降低沿著傳輸軸傳播的輻射的光損失。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，由所述成分造成的在傳導(dǎo)/通道區(qū)域中的磁疇的飽和提高了波導(dǎo)對于影響器的磁響應(yīng)，而沒有對所期望的偏振變化產(chǎn)生不利影響。
該優(yōu)選實(shí)施例通過在從中產(chǎn)生波導(dǎo)的基片/粗加工成品的制造過程中，將磁性成分添加到部分600的方法來布置磁性成分。可以在沉積過程或者在拉制(用于光纖波導(dǎo))前制造過程的其他階段布置所述磁性成分。采用標(biāo)準(zhǔn)方法將用鐵磁性單分子磁體對部分600進(jìn)行摻雜，當(dāng)其曝露在強(qiáng)磁場中時，被永久磁化。優(yōu)選地在第一個包層的這些成分的磁化，可以在將包層添加到芯上或者粗加工成品上之前進(jìn)行，或者在完成芯、包層和涂層，并拉制光纖之后進(jìn)行。因此，粗加工成品或者已拉制光纖通過偏離光纖芯的軸90°的強(qiáng)永久磁場區(qū)域，所述強(qiáng)永久磁場區(qū)域通過布置為光纖牽引裝置的元件的電磁體實(shí)現(xiàn)。該具有永久磁性特性的包層用于使得光學(xué)活性芯的磁疇飽和，但是并不改變通過光纖的入射光的旋轉(zhuǎn)角度，這是因?yàn)榇艌龅姆较蚴桥c傳播方向成直角的。最近，在具有熔化氧化物的連續(xù)流體中的惰性氣體的使用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從摻雜氧化物的硅石牽引光纖所必需的粘度水平。
對晶體結(jié)構(gòu)中的選擇性元件進(jìn)行磨碎的已知方法(例如，美國專利6,103,010，題目為“Method of Depositing a Ferromagnetic Film on aWaveguide and a Magneto-Optic Component Comprising a ThinFerromagnetic Film Depostied by the Method”中的方法)可以用于本發(fā)明，以通過磨碎在晶體結(jié)構(gòu)中的非最佳晶核來對摻雜的鐵磁性區(qū)域的方向進(jìn)行優(yōu)化。在適當(dāng)過程步驟中，摻雜的亞鐵/鐵磁性材料的優(yōu)化可以進(jìn)一步受到包層的離子轟擊的影響。
單分子磁體(SMM)持續(xù)的發(fā)展和改進(jìn)。可以在相對高的溫度下進(jìn)行磁化的單分子磁體(SMM)優(yōu)選地作為摻雜物，用于在拉制之前添加到粗加工成品中，以允許較高摻雜濃度和摻雜分布控制。市場上可以買到單分子磁體和方法的示例是來自于369 Inverness parkway，suite 350，英格伍德(Englewood)，科羅拉多州(Co)，80112的ZettaCore公司。
在操作中，制造過程中，將磁性成分布置在波導(dǎo)的一個或多個部分(優(yōu)選地在包層中)。對這些成分進(jìn)行定向(在粗加工成品制造、拉制或者拉制后過程中)，以產(chǎn)生垂直于波導(dǎo)的傳輸軸的永久磁場。
在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，其他元件625包括配置在相同區(qū)域或另一個通道區(qū)域和/或一個或多個邊界區(qū)域中的第二種磁性成分(代替或加上上述第一種磁性成分)。這些第二種磁性成分適于提高波導(dǎo)的性能，特別是當(dāng)用在由所述優(yōu)選實(shí)施例預(yù)期的特定的磁光實(shí)現(xiàn)方式中時。如在整個申請中所描述的，本發(fā)明的一個優(yōu)選應(yīng)用是制造大量一致的廉價磁光元件，用作顯示器/投影系統(tǒng)的像素/子像素。不考慮特定的顯示器/投影范例，任何系統(tǒng)的特定特征已知是普遍重要的。這些普遍的特征中的某些特征包括能耗和響應(yīng)性(responsiveness)。能耗最好較低，人們一直在做出各種努力以進(jìn)一步降低能耗級別，無論當(dāng)前的大小怎樣。類似的，期望響應(yīng)性要高(例如快速振幅變化)，人們一直在做出各種努力以進(jìn)一步增加響應(yīng)性，無論當(dāng)前的響應(yīng)度是怎樣。提供第二組成分(與第一組類似)以降低能耗和改善響應(yīng)性，但是以稍微不同的方式。
在本發(fā)明的波導(dǎo)作為像素/子像素的優(yōu)選作用中，波導(dǎo)具有極短的通道長度，并且優(yōu)選地，能夠每秒鐘周期性地多次旋轉(zhuǎn)傳輸輻射的偏振90度(每個周期這里被稱作幀)。任何特定的偏振確定像素/子像素的照明振幅，并且在所述幀的范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)基本上保持不變。由于本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式可能具有數(shù)百、數(shù)千或數(shù)百萬個這些波導(dǎo)，因此每像素的能源低是很重要的(并且情況是，對單個像素的能耗的任何改進(jìn)在整個系統(tǒng)上會被放大)。在使用一組磁光波導(dǎo)的顯示系統(tǒng)的簡單的實(shí)現(xiàn)方式中，在整個幀的持續(xù)時間內(nèi)以適當(dāng)?shù)拇笮〖せ钣糜谝粋€波導(dǎo)的影響器。在該實(shí)現(xiàn)方式中，任何“開(ON)”像素/子像素將在每個幀的持續(xù)時間內(nèi)消耗能源。用于每個波導(dǎo)的影響器將以類似方式操作，在每個幀的持續(xù)時間內(nèi)為每個波導(dǎo)提供能耗需求。
第二組成分通過響應(yīng)影響器磁脈沖場、以在所述幀的持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生保持磁場，減少了能耗。影響器不再對整個幀有效，從而減少了每像素/子像素的能源。第二組成分還能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個特征，即提供某些實(shí)施方式使用δ影響器脈沖而不是滿量級影響器信號的可能性。在任何給定的像素/子像素照明振幅的幀對幀變體中，在許多情況下沒有改變的可能幾乎沒有。根據(jù)第二組成分的構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)方式以及照明變化的程度，影響器脈沖調(diào)節(jié)保持磁場的大小而不是在每個幀的開頭重新產(chǎn)生保持磁場。在某些情況下，其中特定的像素/子像素的振幅不從一個幀變化到下一個幀，每幾個幀可能需要施加小的刷新影響器脈沖。該第二個特征是由于第二組磁性成分共同對所述影響器磁脈沖具有磁滯響應(yīng)。該磁滯響應(yīng)的特征對給定某些實(shí)現(xiàn)方式參數(shù)的特定應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整，包括例如幀持續(xù)時間、有效維爾德常數(shù)、通道長度以及影響器脈沖強(qiáng)度。在優(yōu)選實(shí)施例中，磁滯響應(yīng)的特征在于短、寬且平的磁滯曲線。該保持磁場與閉鎖磁場的不同之處在于，該保持磁場預(yù)期將周期性地改變，而不是可在兩個狀態(tài)之間切換，變化的頻率典型地以每秒鐘數(shù)十次可能的變化來測量。
雖然任何給定的顯示器/投影儀可能具有每秒有效三十幀(或其他值)的工作頻率，任何給定的像素/子像素將比整個系統(tǒng)頻率不會更頻繁地被調(diào)節(jié)，并且在某些情況下更不頻繁，因?yàn)閷ο袼?子像素的必要的振幅變化更不頻繁。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述多組成分的結(jié)構(gòu)和方位使得第一組產(chǎn)生與傳輸軸垂直的永久不變的磁場(不響應(yīng)影響器磁脈沖)，并且第二組響應(yīng)具有期望大小的影響器磁脈沖而在每幀的基礎(chǔ)上產(chǎn)生與傳輸軸平行的可變保持磁場，以設(shè)置所傳輸輻射的偏振角度到適當(dāng)?shù)慕菞l件。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一組成分配置在內(nèi)部包層中，第二組成分配置在更接近產(chǎn)生影響器磁脈沖的線圈管結(jié)構(gòu)的外部包層中。此外，這些成分本身典型地由于方位、功能以及特征(例如矯頑性)方面的差異是不同的，從而第一組保持其垂直磁場，而不會明顯地響應(yīng)所述脈沖磁場或保持磁場。在任何特定的實(shí)現(xiàn)方式中，所述多組成分中的任何一組或兩組都是可選的，且它們的使用依賴于任何特定的實(shí)施例的細(xì)節(jié)。雖然該優(yōu)選實(shí)施例包括配置在波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的第二組成分，在某些應(yīng)用中，保持磁場可以響應(yīng)影響器磁脈沖、通過在制造時或制造之后使用應(yīng)用到波導(dǎo)中的薄膜來誘發(fā)。該薄膜可以是提供所誘發(fā)保持磁場的適合的磁滯響應(yīng)的任何適合的永磁材料(例如鐵榴石，YIG或Bi-YIG)。
在操作中，影響器磁脈沖通過第二組成分誘發(fā)整體與傳輸軸平行的保持磁場。去除影響器脈沖，該保持磁場改變通過傳導(dǎo)區(qū)域傳播的輻射的偏振旋轉(zhuǎn)角度到所期望的旋轉(zhuǎn)條件。該期望的旋轉(zhuǎn)條件例如通過應(yīng)用到出口偏振濾波器來設(shè)置輸出輻射波分量的大小。旋轉(zhuǎn)條件對應(yīng)偏振濾波器的傳輸軸的程度設(shè)定所述輸出大小。
保持磁場在整個幀周期內(nèi)保持所期望的旋轉(zhuǎn)條件基本上不變。在下一個幀的開始，應(yīng)用新的δ影響磁脈沖，以根據(jù)在該新的幀期間所期望的傳播輻射的旋轉(zhuǎn)條件增加、減少、或刷新/維持該保持磁場的大小。該過程對每個幀的每個像素/子像素旋轉(zhuǎn)響應(yīng)繼續(xù)。
圖7是代表性波導(dǎo)制造系統(tǒng)700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(shí)施例。系統(tǒng)700代表改進(jìn)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)過程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(qiáng)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(jìn)行優(yōu)化。典型地采用以下化學(xué)氣相沉積(CVD)方法之一制造粗加工成品1.改進(jìn)化學(xué)氣相沉積(MCVD)，2.等離子改進(jìn)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)部沉積為稱為煙黑(soot)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705中每種液體和來自源710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(jìn)行加熱。在由質(zhì)量流量計715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720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705。
在該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715控制氧氣流量，并且將反應(yīng)物蒸氣725吹入硅石管730，硅石管730包括在其中發(fā)生氧化的加熱管735。氯氣740從管735中吹出，但是氧化物混合物以煙黑745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降低到煙黑745中的小于1ppb。
采用來回移動的H2O2噴燈750對管735進(jìn)行加熱，并對管735進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以使得煙黑745玻璃化為玻璃755。通過調(diào)節(jié)各種蒸汽725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735加熱，將其皺縮成為具有圓形實(shí)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(jìn)行拉制，如將要結(jié)合圖8所描述的。
MCVD的主要優(yōu)點(diǎn)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(jìn)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(shí)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)所形成的光纖典型地長度為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(kuò)散進(jìn)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，這就典型地導(dǎo)致光纖不適合于電信用途，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(fèi)用方面，所述方法的主要缺點(diǎn)在于沉積率相對較慢，這是因?yàn)樗捎昧朔侵苯蛹訜幔磳?35進(jìn)行加熱而不是對蒸汽直接加熱，以開始氧化反應(yīng)并使得煙黑玻璃化。沉積率典型地為0.5到2g/分。
上述過程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—典型地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(jìn)行沉積，以形成擴(kuò)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(jìn)行干燥和加強(qiáng)。在加強(qiáng)過程中，在玻璃料中的空隙皺縮并且密封稀土。最后，將粗加工成品進(jìn)行可控的皺縮，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(包括電信屬性)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(shí)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(shí)施例中，摻雜物與硅石之間的百分比比例至少為50％。
圖8是用于從粗加工成品805中，例如從圖7所示系統(tǒng)700中制造的一個粗加工成品中，制造本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的代表性光纖拉制系統(tǒng)800的示意圖。系統(tǒng)800將粗加工成品805轉(zhuǎn)換為頭發(fā)絲細(xì)的細(xì)絲，典型地通過拉制來執(zhí)行。粗加工成品805放置在進(jìn)料裝置810中，進(jìn)料裝置810附著在靠近塔815的頂部。裝置810放低粗加工成品805直到末端進(jìn)入高純度石墨熔爐820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820中，嚴(yán)格控制的接近1900℃的溫度軟化粗加工成品805末端。一旦到達(dá)粗加工成品的末端軟化點(diǎn)，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(xì)線。
操作人員通過激光千分尺825和一系列用于制造傳送器835的處理站830x(例如用于涂層和緩沖器)使該光纖線形成絲，傳送器835通過牽引器840纏繞在線軸上，并且開始拉制過程。采用位于拉絲塔815底部的牽引器840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805進(jìn)行加熱以實(shí)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。基于激光的直徑標(biāo)尺825監(jiān)視光纖的直徑。標(biāo)尺825以超過每秒750次的速率對光纖直徑進(jìn)行采樣。將直徑的實(shí)際值與125微米的目標(biāo)值進(jìn)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840中進(jìn)行修正。
處理站830x典型地包括用于為光纖添加兩層保護(hù)涂層一柔軟的內(nèi)部涂層和堅硬的外部涂層的模具。這兩部分保護(hù)套提供了機(jī)械保護(hù)，以便在保護(hù)光纖的干凈表面不受惡劣環(huán)境的影響的同時進(jìn)行處理。這些涂層采用紫外燈固化，其作為相同的處理站830x或者其他處理站830x的部分。其他站830x在傳送器835通過該站時，可以提供用于提高傳送器835的影響器響應(yīng)屬性的裝置/系統(tǒng)。例如，各種機(jī)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(jī)制增強(qiáng)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(qiáng)度，以確保已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光纖的最小抗張強(qiáng)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(qiáng)度的減小)、帶寬(信息運(yùn)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(yùn)載能力的因素)。
在該申請中所描述的系統(tǒng)、方法、計算機(jī)程序產(chǎn)品和所傳播的信號當(dāng)然也可以用硬件實(shí)現(xiàn)；例如在中央處理器(“CPU”)、微處理器、微控制器、單片系統(tǒng)(“SOC”)或者其他可編程器件中或者與之連接。此外，系統(tǒng)、方法、計算機(jī)程序產(chǎn)品和所傳播的信號可以用軟件(例如，計算機(jī)可讀代碼、程序代碼、指令和/或者以任何形式布置的數(shù)據(jù)，例如源、目標(biāo)或者機(jī)器語言)實(shí)現(xiàn)，例如置于用于存儲軟件的計算機(jī)可用(例如可讀)介質(zhì)中。這種軟件實(shí)現(xiàn)在此描述的裝置和過程的功能、制造、建模、仿真、描述和/或者測試。例如，其能夠通過普通編程語言(例如C，C++)、GDSII數(shù)據(jù)庫、包括Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等等的硬件描述語言(HDL)或者其他可用程序、數(shù)據(jù)塊、納米處理和/或者電路(即布圖)捕獲工具來實(shí)現(xiàn)。這種軟件能夠置于任何已知計算機(jī)可用介質(zhì)中，包括半導(dǎo)體、磁盤、光盤(例如CD-ROM，DVD-ROM等等)，并且能夠作為在計算機(jī)傳輸介質(zhì)(例如，載波或者其他介質(zhì)，包括數(shù)字介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)、或者基于模擬的介質(zhì))中具體化的計算機(jī)數(shù)據(jù)信號。同樣，所述軟件可以通過包括因特網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。采用軟件體現(xiàn)的系統(tǒng)、方法、計算機(jī)程序產(chǎn)品和所傳播的信號可以包含在半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)核心中(例如實(shí)施在HDL中)并在集成電路生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化為硬件。此外，在此所述的系統(tǒng)、方法、計算機(jī)程序產(chǎn)品和所傳播的信號可以被實(shí)施為硬件和軟件的組合。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式之一，例如用于開關(guān)控制，是作為在計算機(jī)工作過程中由駐留在計算系統(tǒng)存儲器中的指令或者編程步驟組成的操作系統(tǒng)中的例行程序。在計算機(jī)系統(tǒng)需要之前，所述程序指令可以存儲在另一可讀介質(zhì)中，例如盤驅(qū)動器中，或者可移動存儲器中，例如在CD-ROM計算機(jī)輸入中使用的光盤或者在軟盤驅(qū)動器計算機(jī)輸入中使用的軟盤。此外，所述程序指令在本發(fā)明的系統(tǒng)使用之前可以存儲在另一計算機(jī)的存儲器中，并在本發(fā)明的用戶需要時通過LAN或者WAN(例如因特網(wǎng))進(jìn)行傳輸。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，控制本發(fā)明的過程能夠以多種形式的計算機(jī)可讀介質(zhì)的形式發(fā)布。
任何合適的編程語言都能夠用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的例行程序，包括C，C++，Java，匯編語言等等。能夠采用不同的編程技術(shù)，例如程序上的或者特定目的對象。例行程序能夠在單一處理器件或者多處理器上執(zhí)行。盡管步驟、操作或者計算可以采用特定順序，但是在不同實(shí)施例中，該順序是可改變的。在一些實(shí)施例中，在本說明書中順序示出的多個步驟能夠同時執(zhí)行。在此所述的操作順序能夠中斷、暫停、或者由另外進(jìn)程(例如操作系統(tǒng)、內(nèi)核等等)控制的其他動作。例行程序能夠工作在操作系統(tǒng)環(huán)境中，或者作為占用系統(tǒng)處理的全部或者主要部分的單機(jī)例行程序。
在此所述中，提供了很多具體細(xì)節(jié)，例如部件和/或者方法的示例，以便于提供對本發(fā)明的徹底理解。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員會知道，在沒有一個或多個明確細(xì)節(jié)時，或者采用其他裝置、系統(tǒng)、組件、方法、成分、材料、部分和/或者類似時，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在其他例子中，已知的結(jié)構(gòu)、材料或者操作沒有特別地詳細(xì)示出或描述，以避免混淆本發(fā)明的實(shí)施例的若干方案。
用于本發(fā)明的實(shí)施例的“計算機(jī)可讀介質(zhì)”可以是可以包括、存儲、通信、傳播或者傳送程序的介質(zhì)，該介質(zhì)通過指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置、系統(tǒng)或器件使用或者與之相關(guān)聯(lián)。例如，計算機(jī)可讀介質(zhì)可以是但不局限于電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或者半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置、系統(tǒng)、器件、傳播介質(zhì)或者計算機(jī)存儲器。
“處理器”或者“處理”包括處理數(shù)據(jù)、信號或其他信息的任何人、硬件和/或者軟件系統(tǒng)、機(jī)制或者部件。處理器能夠包括具有通用中央處理器的系統(tǒng)、多個處理單元、功能性專用電路的系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)。處理不需要限定在地理位置上，或者具有時間限制。例如，處理器能夠采用“實(shí)時”、“離線”，采用“成批模式”等等實(shí)現(xiàn)其功能。處理中的組成部分能夠在不同時間和不同地點(diǎn)采用不同(或者相同)處理系統(tǒng)執(zhí)行。
整個說明書中所提到的“一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“優(yōu)選實(shí)施例”、“特定實(shí)施例”表示，結(jié)合實(shí)施例所描述的特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或者特征包含在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中，而不必包含在所有實(shí)施例中。因此，在整個說明書中的各個地方分別出現(xiàn)的語句“在一個實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”或者“在特定實(shí)施例中”不是必須指相同的實(shí)施例。此外，本發(fā)明的任意特定實(shí)施例的特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或者特征可以以適當(dāng)?shù)姆绞脚c一個或多個其他實(shí)施例合并。應(yīng)該理解的是，在此所描述和圖示的本發(fā)明的實(shí)施例的其他變化和修改也可以是根據(jù)在此的講述，并且是作為本發(fā)明的思想和范圍的組成部分。
通過使用已編程通用數(shù)字計算機(jī)，通過使用專用集成電路、可編程邏輯器件、場可編程門陣列、光學(xué)的、化學(xué)的、生物的、量子的或者納米技術(shù)的系統(tǒng)、部件和機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。通常，本發(fā)明的功能能夠通過現(xiàn)有技術(shù)中的任何方式實(shí)現(xiàn)。能夠使用分布式或者網(wǎng)絡(luò)式系統(tǒng)、部件和電路。數(shù)據(jù)通信或者傳送可以是有線的、無線的，或者采用任何其他方式。
還應(yīng)該認(rèn)識到，附圖/表中所描述的一個或者多個元件還能夠采用更加分離或者集成的方式實(shí)現(xiàn)，或者甚至在特定情況下去掉或設(shè)為不工作，只要其根據(jù)特定實(shí)施例能夠使用。實(shí)現(xiàn)能夠存儲在機(jī)器可讀介質(zhì)中的程序或者代碼以允許計算機(jī)執(zhí)行上述任何方法，也在本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)。
另外，在附圖/表中的任何信號箭頭都應(yīng)該僅作為示例，而不應(yīng)該進(jìn)行限定，除非有特殊的標(biāo)注。此外，在此所用的術(shù)語“或者”通常是為了指“和/或者”，除非另有所指。部件或者步驟的組合也將看作是進(jìn)行了標(biāo)注，其中的術(shù)語被預(yù)先看作呈現(xiàn)分離或者合并的能力不清楚。
如在此的描述中和以下權(quán)利要求中所使用的，“一個”，“該(所述)”包括復(fù)數(shù)含義，除非上下文明確的規(guī)定其他情況。此外，如在此的描述中和以下權(quán)利要求中所使用的，“在...之中”的意思包括“在...之中”和“在...之上”，除非上下文明確的規(guī)定其他情況。
之前對本發(fā)明的已圖示實(shí)施例的描述，包括摘要中所描述的內(nèi)容，并非窮舉或者將本發(fā)明限制在在此所公開的精確形式中。在此所描述的本發(fā)明的特定實(shí)施例、示例僅僅是為了說明的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種等同修改。如所示，對本發(fā)明所作出的這些修改是在根據(jù)在之前的本發(fā)明的已圖示說明的實(shí)施例，并且應(yīng)該包括在本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)。
因此，盡管這里已經(jīng)參考其特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，修改的范圍、各種變化和置換都應(yīng)該在之前的公開中，并且應(yīng)該理解的是，在一些例子中，將會采用本發(fā)明的實(shí)施例的一些特點(diǎn)，而不使用其他相應(yīng)的特點(diǎn)，這不會脫離所公開的本發(fā)明的思想和范圍。因此，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的思想和范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種修改以適應(yīng)特定情況或者材料。本發(fā)明目的不是要限定在以下權(quán)利要求中所使用的特定術(shù)語和/或者限定于作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何和所有實(shí)施例和等同物。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)，包括包含定義傳輸軸的通道區(qū)域和一個或多個邊界區(qū)域的波導(dǎo)；以及多個磁性成分，配置在至少一個所述區(qū)域中，用于產(chǎn)生與所述傳輸軸基本平行的保持磁場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中所述波導(dǎo)是光纖，所述通道區(qū)域是芯，并且所述一個或多個邊界區(qū)域是用于所述芯的包層區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中影響器施加整體與所述傳輸軸平行的影響磁場到所述波導(dǎo)，以使沿所述傳輸軸傳播的輻射的偏振改變預(yù)定的量，并且其中所述影響磁場對所述多個磁性成分誘發(fā)所述保持磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中所述磁性成分包括單分子磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求3述的波導(dǎo)，其中在從所述多個磁性成分移除所述影響磁場之后的保持周期，所述磁性成分維持所述預(yù)定量的變化偏振。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)，其中具有所述多個磁性成分的所述一個或多個區(qū)域產(chǎn)生具有剩磁和矯頑性的磁疇結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生所述誘發(fā)的保持磁場對所述影響磁場的短的、寬的以及扁平的磁滯響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波導(dǎo)，其中所述多個磁性成分配置在一個或多個所述包層區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中所述多個磁性成分是第一多個磁性成分，并且還包括配置在至少一個所述區(qū)域中的第二多個磁性成分，用于產(chǎn)生與所述傳輸軸基本垂直的飽和磁場。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波導(dǎo)，其中所述多個磁性成分配置在所述波導(dǎo)的不同區(qū)域中，其中所述第一多個磁性成分響應(yīng)影響器磁脈沖而產(chǎn)生所述保持磁場，并且所述第二多個磁性成分不響應(yīng)所述影響器磁脈沖而改變所述飽和磁場方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的波導(dǎo)，其中所述第二多個磁性成分配置在第一邊界區(qū)域中，并且所述第一多個磁性成分配置在第二邊界區(qū)域中，該第二邊界區(qū)域設(shè)置成與所述第一邊界區(qū)域相比距離所述傳導(dǎo)區(qū)域更遠(yuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)，其中至少一個所述區(qū)域具有晶體結(jié)構(gòu)，并且在所述晶體結(jié)構(gòu)中的所述磁性成分產(chǎn)生所述期望的保持磁場。
12.一種用于操作波導(dǎo)的方法，該方法包括a)整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)使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)與所述傳輸軸基本垂直的保持磁場，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述波導(dǎo)是光纖，所述通道區(qū)域是芯，并且所述一個或多個區(qū)域是用于所述芯的若干個包層區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述誘發(fā)步驟(b)包括施加整體與所述傳輸軸平行的磁脈沖到所述波導(dǎo)以誘發(fā)所述保持磁場。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述磁性成分包括單分子磁鐵。
16.根據(jù)權(quán)利要求12述的方法，其中當(dāng)有足夠強(qiáng)的磁場提供給所述磁性成分和從所述磁性成分中移除時，所述磁性成分在保持周期內(nèi)臨時保持特定的磁化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括周期性地施加更新的磁脈沖到所述多個磁性成分，以在一系列幀的每個幀期間連續(xù)調(diào)節(jié)所述保持磁場。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述多個磁性成分是第一多個磁性成分，并且其中所述波導(dǎo)包括配置在所述波導(dǎo)的所述區(qū)域之一中的第二多個磁性成分，其中所述第二多個磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸垂直的飽和磁場。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中具有所述多個磁性成分的所述一個或多個區(qū)域產(chǎn)生具有剩磁和矯頑性的磁疇結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生所述誘發(fā)的保持磁場對所述影響磁場的短的、寬的以及扁平的磁滯響應(yīng)。
20.一種制造波導(dǎo)的方法，包括a)利用多個磁性成分摻雜該波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域，以產(chǎn)生與該波導(dǎo)的通道區(qū)域相關(guān)的至少一個摻雜區(qū)域，所述通道區(qū)域定義該波導(dǎo)的傳輸軸；以及b)配置接近所述摻雜區(qū)域的影響器，其中所述影響器響應(yīng)控制信號產(chǎn)生磁脈沖給所述多個磁性成分，其足以誘發(fā)所述磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸平行的可變強(qiáng)度的暫時保持磁場。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述摻雜步驟(a)在產(chǎn)生從中生產(chǎn)波導(dǎo)的粗加工成品期間執(zhí)行。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述摻雜步驟(a)添加所述多個成分到一個或多個邊界區(qū)域中。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述摻雜步驟(a)的多個磁性成分是第一多個磁性成分，并且其中所述摻雜步驟(a)在所述波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域中配置第二多個磁性成分，其中所述第二多個磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸垂直的飽和磁場。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第二多個磁性成分配置在第一邊界區(qū)域中，并且所述第一多個磁性成分配置在第二邊界區(qū)域中，該第二邊界區(qū)域設(shè)置成與所述第一邊界區(qū)域相比距離所述傳導(dǎo)區(qū)域更遠(yuǎn)。
25.一種波導(dǎo)，包括用于整體沿傳輸軸通過波導(dǎo)傳播輻射信號的裝置，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；以及用于使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)基本上與所述傳輸軸垂直的保持磁場的裝置，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
26.一種波導(dǎo)，包括用于利用多個磁性成分摻雜該波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域、以產(chǎn)生至少一個與該波導(dǎo)的通道區(qū)域相關(guān)的摻雜區(qū)域的裝置，所述通道區(qū)域定義該波導(dǎo)的傳輸軸；以及用于配置接近所述摻雜區(qū)域的影響器的裝置，其中所述影響器響應(yīng)控制信號產(chǎn)生磁脈沖給所述多個磁性成分，其足以誘發(fā)所述磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸平行的可變強(qiáng)度的暫時保持磁場。
27.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括載有用于制造傳送器的程序指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)使用計算系統(tǒng)執(zhí)行這些程序指令時，被執(zhí)行的程序指令執(zhí)行一種方法，該方法包括a)整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)使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)基本上與所述傳輸軸垂直的保持磁場，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
28.一種傳播信號，其上載有計算機(jī)可執(zhí)行指令，當(dāng)由計算系統(tǒng)執(zhí)行時所述指令執(zhí)行一種方法，該方法包括a)整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)使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)基本上與所述傳輸軸垂直的保持磁場，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
29.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括載有用于制造傳送器的程序指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)使用計算系統(tǒng)執(zhí)行所述程序指令時，被執(zhí)行的程序指令執(zhí)行一種方法，該方法包括a)利用多個磁性成分摻雜波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域，以產(chǎn)生至少一個與該波導(dǎo)的通道區(qū)域相關(guān)的摻雜區(qū)域，所述通道區(qū)域定義該波導(dǎo)的傳輸軸；以及b)配置接近所述摻雜區(qū)域的影響器，其中所述影響器響應(yīng)控制信號產(chǎn)生磁脈沖給所述多個磁性成分，其足以誘發(fā)所述磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸平行的可變強(qiáng)度的暫時保持磁場。
30.一種傳播信號，其上載有計算機(jī)可執(zhí)行指令，當(dāng)由計算系統(tǒng)執(zhí)行時所述指令執(zhí)行一種方法，該方法包括a)利用多個磁性成分摻雜波導(dǎo)的一個或多個區(qū)域，以產(chǎn)生至少一個與該波導(dǎo)的通道區(qū)域相關(guān)的摻雜區(qū)域，所述通道區(qū)域定義該波導(dǎo)的傳輸軸；以及b)配置接近所述摻雜區(qū)域的影響器，其中所述影響器響應(yīng)控制信號產(chǎn)生磁脈沖給所述多個磁性成分，其足以誘發(fā)所述磁性成分產(chǎn)生整體與所述傳輸軸平行的可變強(qiáng)度的暫時保持磁場。
全文摘要
一種波導(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；以及多個配置在至少一個所述區(qū)域中的磁性成分，用于產(chǎn)生基本上與所述傳輸軸平行的保持磁場。一種操作傳送器的方法，包括a)整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)使用配置在至少一個所述區(qū)域中的多個磁性成分誘發(fā)與所述傳輸軸基本垂直的保持磁場，其中所述保持磁場影響所述傳播輻射信號的偏振旋轉(zhuǎn)變化。
文檔編號G02F1/295GK1969210SQ200580011047
公開日2007年5月23日 申請日期2005年2月12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(shí)驗(yàn)室有限公司