用於具有性能增強的邊界區域的結構波導的裝置、方法及電腦程式產品的製作方法

2023-07-17 22:49:31

專利名稱：用於具有性能增強的邊界區域的結構波導的裝置、方法及電腦程式產品的製作方法
對照的相關申請本申請要求享有以下申請的權益2004年2月12日提交的美國臨時專利申請60/544,591，和以下各美國專利申請10/812,294，10/811,782和10/812,295(每個都在2004年3月29日提交)；以及美國專利申請11/011,761，11/011,751，11/011,496，11/011,762和11/011,770(每個都在2004年12月14日提交)；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(每個都在2005年2月9日提交)；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(每個都在2005年2月11日提交)。在此將以上申請公開文本整體引入作為參考。
背景技術：
本發明整體涉及用於傳播輻射的傳送器，更具體地，涉及具有傳導通道的波導，所述傳導通道具有光學活性成分，光學活性成分提高了波導的影響輻射的特性對外界影響的響應性。
法拉第效應是這樣一種現象其中當光線通過放置在磁場中並與磁場平行的透明介質進行傳播時，線偏振光的偏振面發生旋轉。偏振旋轉量的效果隨著磁場強度、介質固有的維爾德常數以及光路長度而改變。旋轉的經驗角度由以下給出β＝BVd， (等式1)其中V稱為維爾德常數(並且具有弧度分cm-1高斯-1的單位)。B是磁場，d是在場中的傳播距離。在量子力學描述中，由於磁場的加入改變了能級而發生法拉第旋轉。
已知的是，使用具有高維爾德常數的離散材料(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，而由電流所引發的那些磁場)，或者作為在光學隔離器中使用的法拉第旋轉器。光學隔離器包括將偏振平面旋轉45度的法拉第旋轉器，用於施加磁場的磁體，偏振器和檢偏器。常規的光學隔離器是其中沒有採用波導(例如，光纖)的體型。
在常規光學裝置中，已經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)生產出了磁光調製器。諸如此類的器件需要相當大的磁控制場。磁光效應還用於薄層技術，特別是用於生產非互易器件，例如非互易接點。諸如此類的器件是基於採用法拉第效應或者科頓-穆頓效應進行的方式轉換。
在磁光器件中採用順磁性和鐵磁性材料的另一個缺點在於，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生不利影響。
現有技術已經知道了將離散磁光體型器件(例如晶體)用於共同地定義顯示器件的應用。這些現有技術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，控制複雜度的增加，控制複雜度的增加仍然不能夠對相對大的顯示器件進行很好的縮放。
常規成像系統可以粗略地分為兩類(a)平板顯示器(FPD)和(b)投影系統(其包括作為發射顯示器的陰極射線管(CRT))。一般來講，兩種系統所採用的主要技術是不同的，儘管存在例外。對任何預期技術來說這兩類都具有明顯的困難，並且現有技術仍然需要圓滿地克服這些困難。
與主流的陰極射線管(CRT)技術相比(與CRT顯示器相比，「平板」意味著「平」或者「薄」，CRT顯示器的標準深度基本等於顯示區域的寬度)，現有FPD技術面臨的主要困難在於成本。
為了實現包括解析度、亮度和對比度的給定的一組成像標準，FPD技術大致比CRT技術昂貴三到四倍。然而，CRT技術的龐大體積和重量是主要缺點，特別是在顯示區域被按比例放得更大時。對薄顯示器的需求已經驅使在FPD的領域開發出了多種技術。
FPD的高成本很大程度上是由於在主流的液晶二極體(LCD)技術中，或者是在不太普及的氣體等離子技術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則性導致相對較高的缺陷率；其中單個單元有缺陷的LCD元件的陣列經常導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。
對於LCD和氣體-等離子顯示技術，在這種顯示器的製造中對液體或者氣體進行控制的固有困難是基本技術和成本局限。
高成本的額外來源是對現有技術中在每個光閥/發光元件上的相對高的開關電壓的需求。不管是對LCD顯示器的向列型材料進行旋轉，進而改變通過液體單元而傳輸的光的偏振，還是對在氣體等離子顯示器中氣體單元的激發，都需要相對高的電壓實現在成像元件上的高開關速度。對於LCD，「有源矩陣」是高成本方案，在其中，將單個電晶體元件分配給每個成像位置。
當圖像質量標準增加時，對於高清晰度電視(HDTV)或者更高質量的設備，現有FPD技術現在不能以與CRT可比擬的成本實現圖像質量。在質量範圍的末端上的成本差異是最明顯的。並且，不管對電視還是對計算機顯示器，儘管在技術具有可行性，實現35mm電影質量的解析度將必須承擔使其脫離消費電子產品領域的成本。
對於投影系統，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。在與傳統的35mm電影投影設備進行比較時，相對成本是主要議題。然而，對於HDTV來說，與常規的CRT、LCDFPD或者氣體-等離子FPD相比，投影系統是低成本解決方案。
當前投影系統技術面臨著其他困難。HDTV投影系統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量的雙重困難。該平衡典型地導致在相對較低的成本價格下的較差滿意度的妥協。
然而，對於投影系統的技術需求的新領域是電影劇場領域。電影屏幕安裝是投影系統的新興應用區域，在該應用中，典型地不會涉及控制臺深度與一致的圖像質量之間對立的議題。取而代之的是，困難是在具有可比成本情況下，要相當於(至少)傳統35mm電影放映機的質量。包括基於直接驅動圖像光源放大器(「D-ILA」)，數字光處理技術(「DLP」)，和光柵光閥(「GLV」)的系統的現有技術在最近儘管質量上相當於傳統電影放映裝置，其與傳統電影放映機相比，具有明顯的成本差距。
直接驅動圖像光源放大器是JVC投影儀公司開發的反射式液晶光閥器件。驅動集成電路(「IC」)將圖像直接寫到基於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)晶體實現了上升時間加上下降時間小於16毫秒的非常快速的響應時間。來自氙或者超高性能(「UHP」)金屬滷素燈的光經過偏振光束分離器進行傳輸，經過D-ILA器件反射，並投影到屏幕上。
在DLPTM投影系統的中心是光學半導體，其被稱為數字微鏡器件，或者1987年由德州儀器公司的Dr.Larry Hornbeck發明的DMD晶片。DMD晶片是精密複雜的光開關。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於人頭髮寬度的五分之一，並且對應所投影圖像的一個像素。當DMD晶片與數字視頻或圖形信號、光源和投影透鏡協調工作時，它的鏡面將全數字圖像反射到屏幕或者其他平面上。DMD及其周圍的精密複雜的電子器件被稱為數字光處理TM技術。
稱為GLV(光柵光閥)的過程正在開發中。基於該技術的原型器件實現了3000∶1的對比度比率(目前典型的高端投影顯示器僅僅實現了1000∶1)。該器件使用了三個選定具有特定波長的雷射器以提供顏色。這三個雷射器是紅色(642nm)，綠色(532nm)和藍色(457nm)。該過程採用了MEMS技術(微機電系統)並且包括在一條線上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。
部分成本差距是由於這些技術在較低成本下實現特定關鍵圖像質量參數面臨的固有難題。對於微鏡DLP來說，對比度是難以實現的，特別是在「黑色」的質量中。儘管GLV不必面臨該難點(通過光學光柵波幹涉來實現像素無效，或者黑色)，取而代之的是面臨採用線陣列掃描源實現有效的類似電影的間歇圖像的難點。
基於LCD或者MEMS的現有技術還受到生產具有至少1K×1K元件陣列(微鏡，矽基液晶(「LCoS」)等等)的器件的經濟性的約束。當包含這些數量的元件並在必要技術標準下工作時，在基於晶片的系統中的缺陷率高。
已知將階躍型光纖協同法拉第效應用於各種通信用途。光纖的通信應用是公知的，然而，在將法拉第效應應用到光纖時存在固有衝突，這是因為與色散和其他性能規格有關的常規光纖的通信特性沒有進行優化以對法拉第效應達到最優化，在一些情況下通信特性甚至由於法拉第效應的優化而降低了。在一些傳統光纖應用中，通過在54米的路徑長度上使用100奧斯特的磁場，實現了90度偏振旋轉。通過將光纖放置在螺線管內部，並通過導引電流流經該螺線管產生所期望的磁場，來得到所期望的場。對於通信應用，考慮到其設計用於具有以千米計算的總路徑長度的系統中時，54米的路徑長度是可以接受的。
在光纖環境中的法拉第效應的另一種常規用途是用於覆蓋通過光纖的低速數據傳輸加上常規高速數據傳輸的系統。法拉第效應用於緩慢地調製高速數據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而實現的。
在這些常規應用中，光纖設計用於通信用途，並且對參與法拉第效應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於公裡+-長度光纖通道的衰減和色散性能規格。
一旦對於光纖的性能規格，實現了可接受的級別以允許在通信中使用，光纖製造技術就發展起來並進行改善以允許光學上純淨的與均勻的光纖的超常長度的有效的和節省成本的製造。概觀光纖的基本製造過程包括粗加工成品玻璃圓柱體的製造、從該粗加工成品中拉制光纖、以及測試所述光纖。典型地，採用改進化學氣相沉積法(MCVD)過程製成半成品，該過程通過矽溶液產生氧氣泡，矽溶液具有產生最終光纖所期望屬性(例如，折射率、膨脹係數、熔點等)所必需的必不可少的化學成分。引導氣體蒸氣進入在特定的車床中的合成矽石或者石英管(包層)的內部。該工具機打開，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成分與氧氣發生反應，並形成二氧化矽和二氧化鍺，並且這些二氧化物沉積在該管的內部並熔合在一起，形成玻璃。該過程的結果是產生半成品。
在製成半成品，並且對其進行冷卻和測試之後，將其放置在光纖拉絲塔內，光纖拉絲塔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」，其由於重力的原因而開始下落。當它下落時，它冷卻並形成玻璃線。通過一系列處理站使該線形成絲，其上塗覆所期望的塗層並使所述塗層固化，將該線附著在牽引機上，牽引機以計算機監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，並將已經拉出的線纏繞在線軸上。這些線軸包含有多於1.4英裡的光纖的情況並不罕見。
對該已經完成的光纖進行測試，包括對性能規格的測試。通信等級光纖的這些性能規格包括抗拉強度(每平方英寸100,000磅或者更大)，折射率分布圖(光學缺陷的數字孔徑和屏幕)、光纖幾何形狀(芯直徑、包層尺度和塗層直徑)、衰減(在距離上，各種波長的光的減弱)、帶寬、色散、工作溫度/範圍、溫度與衰減的依存關係和在水下傳導光的能力。
在1996年，出現了上述光纖的變形，該變形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採用低折射率材料的微結構排列的光纖/導波結構。背景材料通常是未摻雜矽石，並且典型地通過沿著光纖長度而連續的空氣空間設置低折射率區域。PCF分為兩類(1)高折射率傳導光纖，和(2)低折射率傳導光纖。
與以上所述的常規光纖類似，高折射率傳導光纖採用改進的全內反射(MTIR)規則，在固體芯中對光線進行傳導。全內反射是由在微結構空氣填充區域中的較低的有效折射率造成的。
低折射率傳導光纖採用光子能帶隙(PBG)效應對光線進行傳導。在PBG效應使得在微結構包層區域中進行傳播變得不可能時，光線被限制在低折射率芯。
儘管術語「常規波導結構」用於包括廣大範圍的導波結構和方法，可以如這裡所述，對這些結構的範圍進行修改，以實現本發明的實施例。對於使用不同光纖類型的很多不同應用採用不同的光纖類型輔助特徵。正確操作光纖系統依賴於知道使用了何種類型的光纖以及為什麼使用該類型的光纖。
常規系統包括單模的、多模的和PCF的波導，還包括很多亞變形(sub-variety)。例如，多模光纖包括階躍型光纖和漸變型光纖，並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構。多模光纖最好設計用於較短的傳輸距離，並且適合用於LAN系統中和視頻監控中。單模光纖最好設計用於較長的傳輸距離，其適合於長距離電話通訊和多通道電視廣播系統。「空氣包層」或者隱失耦合式波導包括光學線(optical wire)和光學納米線(optical nano-wire)。
階躍型通常指波導的折射率有著急劇改變的構造-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構。單模光纖已經開發出設計用於特定的應用(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。已經開發的單模光纖的重要變形稱為偏振保持(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徵。除了芯之外，存在額外的(2)稱為應力棒的縱向區域。正如它們的名字所暗示的那樣，這些應力棒在光纖的芯中產生應力，從而使得僅僅便於光的一個偏振平面的傳輸。
如上所述，常規磁光系統，特別是法拉第旋轉器和隔離器，已經採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-榴石(YIG)或者鉍-取代YIG。採用浮區(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，然後將混合物燒結。將所獲得的燒結物設置為FZ熔爐中的一個軸上的母棒，而YIG籽晶設置在剩餘的軸上。指定配方的所燒結的材料放置在母棒與籽晶之間的中心區域，以便生成促進YIG單晶體的沉積所需的流體。來自滷素燈的光聚焦在該中心區域，同時轉動兩個軸。該中心在含氧的大氣中被加熱時，形成熔化區域。在該條件下，以恆定速度移動母棒和籽晶，造成熔化區域沿著母棒移動，從而使得從YIG燒結物中生長單晶體。
由於FZ方法使得晶體從懸在空中的母棒生長，排除了汙染並生產出高純度晶體。FZ方法生產出尺寸為012×120mm的結晶塊。
採用包括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。對晶體物質和PbO-B2O3助熔劑進行加熱並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到3英寸的厚膜。
為了獲得45o的法拉第旋轉器，將這些膜研磨到特定厚度，塗覆抗反射塗層，然後切割為1-2mm的正方形以適合於隔離器。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。
對於鉍-取代釔-鐵-榴石(Bi-YIG)材料、薄膜和納米粉末的生產和合成具有了更新的系統。亞特蘭大桃樹工業大道5313(GA30341)的nGimat公司採用燃燒化學氣相沉積(CCVD)法來生成薄膜塗層。在CCVD過程中，將前體融解在溶液中，前體是用於塗覆目標的含金屬化學物，溶液典型的是易燃的燃料。採用特定的噴嘴將該溶液霧化，以形成微小的液滴。然後，氧氣流將這些液滴帶到火焰中，並在其中被點燃。通過簡單地將襯底(被塗覆的材料)拖到火焰前，而加上塗層。來自火焰的熱量提供了氣化液滴以及前體起反應而沉積(凝結)到襯底上所需的能量。
此外，已經採用了外延揭開(epitaxial liftoff)來實現多個III-IV和基本半導體系統的不均勻集成。然而，採用一些過程對很多其他重要材料系統的器件進行集成已經是困難的了。該問題的好的示例是已經在半導體平臺上的單晶體過渡金屬氧化物的集成，這是晶片上薄膜光學隔離器所需的系統。已經報導過在磁性石榴石中外延揭開的實現。深度離子注入用於在釓鎵石榴石(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，已經從原始GGG襯底上揭開了10微米厚的膜。已經將毫米尺寸的片轉換為矽和砷化鎵襯底。
此外，研究人員已經報告了多層結構，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。當前法拉第旋轉器通常都是單晶體的或者外延膜的。然而，單晶體器件相當大，使得它們在諸如集成光學中的應用很困難。並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。已經研究了鐵榴石，特別是鉍和釔鐵榴石的堆積式膜的應用。設計用於750nm的光，堆積的特徵在於70nm厚的鉍鐵榴石(BIG)上面的81nm厚的釔鐵榴石(YIG)的四個異質外延層，279nm厚的BIG中心層，以及YIG上面的四個BIG層。為了製造該堆積，採用了使用LPX305i 248nm KrF受激準分子雷射器進行的脈衝雷射沉積。
如上所述，現有技術在大部分磁光系統中採用了特殊的磁光材料，但是還已經知道的是，通過生成必要的磁場強度來使用採用較少傳統磁光材料(例如非PCF光纖)的法拉第效應-只要不危害通信規格。在一些情況中，採用製造後方法結合預先做的光纖，來提供特定的特殊塗層以用在特定磁光應用中。對於特定磁光晶體和其他體型實現方式中也是一樣，因為預先做的材料的製造後處理有時需要達到期望的結果。這種額外的處理增加了特製光纖的最終成本，並引入了另外的情況，即，在這些情況中，光纖可能不滿足規格。由於很多磁應用裝置典型地包括很少數量(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量的增加，最終成本(按照金錢和時間計)增多，並且在使用幾百或幾千這樣的元件的應用裝置中，必需大幅度降低單元成本。
所需要的是可替換的波導技術，與現有技術相比，該技術的優勢在於提高波導的影響輻射的特性對於外部影響的響應性，同時降低單元成本並增加可製造性、可重現性、一致性和可靠性。

發明內容
公開的是用於具有定義波導軸的通道區域和一個或者多個邊界區域的裝置和方法；以及布置在至少其中一個所述區域(優選地是一個或多個邊界區域)中的多個磁性成分，其用於生成基本垂直于波導軸的磁場。用於操作波導以傳輸輻射信號的方法，其包括(a)通過波導傳輸輻射信號，所述波導包括定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域；以及(b)使用布置在至少其中一個所述區域中的多個磁性成分，生成基本垂直于波導軸的磁場。
本發明的另一個優選實施例用于波導製造方法，所述方法包括(a)採用多個磁性成分對所述波導的一個或多個區域進行摻雜，以產生與所述波導的通道區域相關聯的至少一個摻雜區域，所述通道區域定義了波導的波導軸；以及(b)將足夠量的所述成分定向在公共磁化方向上，以永久地產生大體上垂直于波導軸的磁場，而不產生平行于波導軸的明顯的磁場強度。
本發明的設備、方法、電腦程式產品和傳播信號具有的優勢在於，使用了改進的和成熟的波導製造過程。在優選實施例中，波導是光傳送器，優選地為光纖或者波導通道，其適合於通過包含光學活性成分來提高影響器的影響短-長度特性的特徵，而同時保持輻射的所期望屬性。在優選實施例中，要受到影響的輻射特性包括輻射的偏振狀態，並且影響器利用法拉第效應，使用可控的、可改變的並平行於光傳送器的傳輸軸傳播的磁場來控制偏振旋轉角度。光傳送器構造為能夠通過在非常短的光路上使用低磁場強度，對所述偏振進行快速控制。最初對輻射進行控制，以產生具有一個特定偏振的波分量；所述波分量的偏振受到影響，從而使得第二偏振濾波器響應影響效果而對所發出的輻射的振幅進行調製。在所述優選實施例中，所述調製包括熄滅所述所發出的輻射。所引入的專利申請，優先權申請和相關申請公開了可以與本發明協作的法拉第波導、法拉第結構波導調製器、顯示器和其他波導結構和方法。所述摻雜區域(例如，所述被摻雜邊界區域)生成垂直於所述傳輸軸的磁場，並且不改變所期望的影響器引起的偏振變化，而是提高了性能(例如，通過使所述通道區域的磁疇飽和，以減少光損失和/或者提高影響器的響應性)。
對這裡作為本發明的部分所公開的、成熟並且有效的、用於低成本、一致的、高效的磁光系統元件的生產的纖維光學波導製造過程進行的槓桿式調節，提供了可替換波導技術，與現有技術相比，所述技術的優勢在於提高波導的影響輻射的特性對於外部影響的響應性，同時降低單位成本並增加製造能力、可重現性、一致性和可靠性。
附圖簡述

圖1是本發明的優選實施例的總體示意性平面圖；圖2是圖1所示優選實施例的特定實現方式的詳細示意性平面圖；圖3是圖2所示優選實施例的端視圖；圖4是顯示器組件的優選實施例的示意性方框圖；圖5是圖4所示前面板的輸出埠的一種排列的視圖；圖6是對於圖2所示結構波導的一部分的本發明的優選實施例的示意性表示；圖7是代表性波導製造系統的示意性方框圖，用於製造本發明的波導的粗加工成品的優選實施例；以及圖8是用於製造本發明的優選實施例的代表性光纖拉制系統的示意圖。
具體實施例方式
本發明涉及可替換波導技術，與現有技術相比，所述技術的優勢在於提高波導的影響輻射的特性對於外部影響的響應性，同時降低單元成本並增加可製造性、可重現性、一致性和可靠性。以下描述是為了使本領域普通技術人員能夠製造和使用本發明，並且以下描述按照專利申請的上下文和其要求提供的。對于于此所描述的優選實施例和通用原理以及特徵所進行的各種修改，對於本領域技術人員來說將會是顯而易見的。因此，本發明並非旨在限制所示實施例，而是要按照與於此所描述的原理和特徵一致的最大範圍。
在以下描述中，在本發明的環境中，三個術語具有特定的含義(1)光傳送器，(2)特性影響器，和(3)熄滅。為了本發明的目的，光傳送器特別適合於提高影響器的影響特性的特徵，同時保留輻射的所期望屬性的波導。在優選實施例中，要受到影響的輻射特性包括其偏振旋轉狀態，並且影響器利用法拉第效應，使用可控的、可改變的並平行於光傳送器的傳輸軸傳播的磁場來控制偏振角度。光傳送器構造為能夠通過在非常短的光路上使用低磁場強度，對所述偏振進行快速控制。在一些特定實現方式中，光傳送器包括對於所傳輸輻射的波長保留光纖的導波屬性的同時呈現高維爾德常數、並且另外提供該輻射特性(一個或多個)的有效構造以及受特性影響器影響的輻射特性(一個或多個)的聯合影響(cooperative affectation)的光纖。
特性影響器是用於實現對光傳送器所傳輸的輻射的特性控制的結構。在優選實施例中，特性影響器可操作地耦合到光傳送器，在一個實現方式中，所述光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傳送器，優選地，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，而不會明顯地對光傳送器的導波屬性造成不利變動。在使用所傳輸輻射的偏振特性的優選實施例中，特性影響器的優選實現方式是偏振影響結構，例如線圈、線圈管或者採用一個或多個磁場(所述一個或者多個磁場是可控的)在光傳送器中支持/產生法拉第效應表現場(並因而影響所傳輸的輻射)的其他能夠集成的結構。
本發明的結構波導能夠用於一些實施例中，作為調製器中的光傳送器，所述調製器控制所傳播輻射的振幅。由調製器所發射的輻射將具有由光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(對於特定實施例來說適當的)上的最小輻射振幅，其特徵是「關閉」或者「黑」或者其他指示輻射不存在的分類。換句話說，在一些應用中，當電平滿足實現方式或者實施例的參數時，足夠低但是能夠檢測/能夠辨識的輻射振幅可以適當地看作「熄滅」。本發明通過使用在波導製造期間布置在傳導區域中的光學活性成分，改善了波導對於影響器的響應。
圖1是用於法拉第結構波導調製器100的本發明的優選實施例的總體示意性平面圖。調製器100包括光傳送器105、可操作地耦合到傳送器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可以基於很多已知技術的光波導結構實現。例如，傳送器105可以是具有傳導通道的經過專門調整的光纖(常規的或者PCF)，其中傳導通道包括傳導區域和一個或多個邊界區域(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通道的襯底的導波通道。基於要被影響的輻射特性的類型和影響器110的性質對常規波導結構進行修改。
影響器110是用於表現對通過傳送器105和/或在傳送器105上傳輸的輻射的特性影響(直接或者非直接地，例如通過所公開的效應)的結構。很多不同類型的輻射特性可能受到影響，並且在很多情況下，用於影響任何給定特性的特定結構可以隨實現方式的不同而改變。在優選實施例中，可以用於依次控制輻射輸出振幅的特性是對於影響所期望的特性。例如，輻射偏振角度是可能受到影響的一個特性，並且是能夠用於控制所傳輸的輻射振幅的特性。另一種元件的使用，例如固定偏振器，會基於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的輻射。
然而，應該理解的是，其他類型的特性也可以受到影響，並可以用於控制輸出振幅，例如輻射相位或者輻射頻率。典型地，其他元件與調製器100一同使用，以基於特性的性質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徵進行控制，所述特徵可能要求對除了已經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，以實現對所期望屬性的所期望控制。
法拉第效應僅僅是在傳送器105中實現偏振控制的一種方法的一個示例。用於法拉第偏振旋轉影響的影響器110的優選實施例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，從而控制磁場定向為平行於通過傳送器105傳輸的輻射的傳播方向。對相對於傳送器的磁場的方向和振幅的適當控制達到了對輻射偏振角度的影響的所期望等級。
在該特定示例中優選為，將傳送器105構造為提高/最大化影響器110對所選定特性的「可影響能力」。對於採用法拉第效應的偏振旋轉特性，對傳送器105進行摻雜、成形、處理和/或者加工，以增加/最大化維爾德常數。維爾德常數越大，影響器110越容易能夠在給定場強和傳送器長度上影響偏振旋轉角度。在該實現方式的優選實施例中，對維爾德常數的關注是主要任務，傳送器105的波導方面的其他特徵/屬性/特點是次要的。在優選實施例中，影響器110是與傳送器105集成的，或者是通過波導製造過程(例如，粗加工成品製造和/或者拉制過程)與傳送器105「強相關」的，儘管一些實現方式可能提供其他方式。
元件120和元件125是用於選擇/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，以傳遞具有對於適當特性的所期望狀態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於適當特性的所期望狀態。將來自元件120的選通/被處理的波分量提供給光傳送器105，並且特性影響器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的合作結構，並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、傳遞WAVE_OUT並控制WAVE_OUT的振幅的結構。該控制的性質和細節涉及來自元件120的受影響的特性和特性的狀態以及初始狀態如何受到影響器110影響的細節。
例如，當要受到影響的特性是波分量的偏振特性/偏振旋轉角度時，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角度。元件125基於與元件125的傳輸角度相比的最終偏振旋轉角度，對受到影響的波分量進行濾波。換句話說，當受到影響的波分量的偏振旋轉角度與元件125的傳輸軸匹配時，WAVE_OUT具有高振幅。當受影響的波分量的偏振旋轉角度與元件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偏振濾波器的傳輸軸相比，旋轉角度偏離了大約90度。
此外，可以建立元件120與元件125的相對方向，以便預設條件造成WAVE_OUT的最大振幅、WAVE_OUT的最小振幅或者這之間的其他值。預設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的傳輸軸設定為相對於元件120的傳輸軸成90度，對於優選實施例，預設條件會是最小振幅。
元件120和元件125可以是分立部件，或者一個或兩個結構可以集成到傳送器105上或者傳送器105中。在一些情況下，在優選實施例中，這些元件可以位於在傳送器105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105的特定區域中或者遍布傳送器105。
在操作中，輻射(顯示為WAVE_IN)入射到元件120，並且對適當的特性(例如右旋圓偏振(RCP)旋轉分量)進行選通/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交互並傳遞波分量(顯示為WAVE_OUT)。入射WAVE_IN典型地具有多個對於偏振特性(例如右旋圓偏振(RCP)和左旋圓偏振(LCP))的正交狀態。元件120產生偏振旋轉特性的特定狀態(例如，傳遞正交狀態之一併阻塞/偏移其他狀態，從而僅僅傳遞一個狀態)。影響器110響應控制信號，影響所傳遞波分量的該特定的偏振旋轉，並可以按照控制信號指定的那樣對其進行改變。優選實施例中的影響器110能夠影響大約90度範圍上的偏振旋轉特性。然後，當波分量已經受到影響時，元件125與波分量交互，從而允許在波分量偏振旋轉與元件125的傳輸軸相匹配時將WAVE_IN的輻射振幅從最大值進行調製，並且在波分量偏振與該傳輸軸「交叉」時從最小值進行調製。通過使用元件120，優選實施例的WAVE_OUT的振幅可以從最大電平變化到熄滅電平。
圖2是圖1所示優選實施例的具體實現方式的詳細示意性平面圖。儘管本發明並不局限於該特定示例，對該實現方式進行特別描述以簡化論述。圖1所示的法拉第結構波導調製器100是圖2所示的法拉第光調製器200。
調製器200包括芯205、第一包層210、第二包層215、線圈或線圈管220(線圈220具有第一控制節點225和第二控制節點230)，輸入元件235和輸出元件240。圖3是圖2所示優選實施例中的元件235與元件240之間截取的剖面圖，其中相同的數字具有相同或對應的結構。
芯205可以包含通過標準光纖製造技術，例如通過真空沉積方法上的變形添加的一個或多個以下摻雜物(a)顏色染料摻雜物(使得調製器200對來自源照明系統的光進行有效地顏色濾波)，和(b)光學活性摻雜物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他摻雜物，用於增加芯205的維爾德常數，以在存在主動磁場的情況下實現有效的法拉第旋轉。在製造過程中對光纖加熱或者施加應力，從而在芯205中添加孔或者不規則形狀，以進一步提高維爾德常數和/或者實現非線性效應。
很多矽石光纖製造為摻雜物相對矽石的百分比是高等級的(該等級大約是50％的摻雜物)。在其他類型光纖的矽石結構中的當前摻雜物濃度在數十微米距離上實現了大約90度旋轉。常規光纖製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)持續實現改進。芯205實現了光學活性摻雜物的足夠高並且受控的濃度，以提供在微米量級距離上具有低功率的必要的快速旋轉，並且當實現進一步改進時，這些功率/距離的值會持續降低。
採用鐵磁性單分子磁體對第一包層210(在優選實施例中可選)進行摻雜，當第一包層210暴露在強磁場下時被永久磁化。第一包層210的磁化可以在附到芯205上或者預成形之前進行，或者在調製器200被拉制之後(完成芯、包層、塗層和/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205的傳輸軸有90度偏移的強永久磁場。在優選實施例中，通過布置為光纖牽引裝置的元件的電磁體實現該磁化。第一包層210(具有永久磁特性)用於使得光學活性芯205的磁疇飽和，但是並不改變通過光纖200的輻射的旋轉角度，這是由於來自層210的磁場方向是在傳播方向的直角上。所併入的臨時申請描述了通過對晶體結構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化的方法。
由於發現單分子磁體(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於科羅拉多州丹佛市的ZettaCore公司。
採用亞鐵磁性材料或者鐵磁性材料對第二包層215進行摻雜，並且特徵在於具有適當的磁滯曲線。在生成必要場時，優選實施例採用「短」曲線，並且該曲線也是「寬的」和「扁的」。當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很快達到對於調製器200所期望的旋轉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陣列驅動電路的控制器(未示出)的信號(例如控制脈衝)進行驅動。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，直到隨後的脈衝或者增加(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的該剩餘磁通量隨著時間保持適當的旋轉角度，而沒有恆定應用受影響器110影響(例如線圈220)的場。
在適當的過程步驟上，對被摻雜的亞鐵/鐵磁性材料的適當修改/優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」並轉讓給法國巴黎的阿爾卡特(Alcatel)的美國專利No.6,103,010，其中，採用離子束在某一入射角度上對採用氣相方法在波導上沉積的鐵磁性薄膜進行轟擊，對優選晶體結構中的非規則核進行粉碎。晶體結構的改變是現有技術中的已知方法，並且所述改變可以用於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矽石包層。該』010專利在此清楚地引入作為參考。
與第一包層210類似，已開發的並在相對高溫度上可被磁化的合適的單分子磁體(SMM)，將優選地作為優選實施例中的用於第二包層215的摻雜物，以允許較高的摻雜濃度。
優選實施例的線圈220是在光纖200上或者光纖200中集成製造的，以生成初始磁場。該來自線圈220的磁場使得通過芯205傳輸的輻射的偏振角度旋轉，並對第二包層215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角度保持所期望的一段時間(如這裡所併入的相關專利申請之一所述、當光纖200的矩陣共同形成顯示器的圖像幀的時間)。為了描述本發明，將「線圈管」定義為類似線圈的結構，這是因為多個導電段相互平行放置，並且相對光纖軸為直角。當材料性能提高時，-即，當由於較高維爾德常數的摻雜物而使得被摻雜的芯的有效維爾德常數增大時(或者在增大的結構修改時，包括引入非線性效應的那些修改)-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構會是實用的。這些結構當用作這裡所述的線圈管的功能時，也包含在線圈管的定義中。
當考慮確定法拉第效應的等式的變量場強、施加場的距離和旋轉介質的維爾德常數時，一個結果是使用調製器200的結構、部件和/或者器件能夠補償產生較小強度磁場的材料所形成的線圈或者線圈管。通過使調製器更長，或者通過進一步增大/提高有效的維爾德常數，可以實現補償。例如，在一些實現方式中，線圈220採用的導電材料是比金屬線效率差的導電聚合體。在另外的實現方式中，線圈220採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，當通過合適的過程製造線圈220但是生產線圈220的工作效率較低時，採用其他參數進行必要補償以實現合適的整體操作。
在設計參數-光纖長度、芯的維爾德常數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選實施例，包括(1)扭絞光纖以實現線圈/線圈管，(2)用印有導電圖案的薄膜外延包裹光纖，以實現多個繞組層，(3)通過浸蘸筆納米平板印刷術(dip-pen nanolithography)在光纖上印製以製造線圈/線圈管，以及(4)將線圈/線圈管纏繞上具有塗層/被摻雜的玻璃光纖，或者可以替換地具有金屬塗層或者沒有塗層的導電聚合體，或者金屬線。在以上所參考的相關的和併入的臨時申請中描述了這些實施例的進一步細節。
節點225和節點230接收用於在芯205、包層215和線圈220中致使必要磁場的生成的信號。在簡單實施例中，該信號是具有適當大小和持續時間的DC(直流)信號，以生成所期望的磁場並對通過調製器200傳播的WAVE_IN輻射的偏振角度進行旋轉。當使用調製器200時，控制器(未示出)可以提供該控制信號。
在優選實施例中，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作為偏振器可以採用很多不同的方法實現。可以採用允許單一偏振類型(特定圓形或者線性)的光通過而進入到芯205中的各種偏振機制；優選實施例採用了外延沉積到芯205的「輸入」端的薄膜。可替換的優選實施例在波導200上採用了市場上可以買到的納米量級的微構造技術，以實現偏振濾波(例如對芯205中的矽石或者所併入的臨時申請中所描述的包層的修改)。在用於來自一個或者多個光源的光的有效輸入的一些實現方式中，優選照明系統可以包括空腔，其允許對「錯誤的」初始偏振的光進行重複反射；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，尤其是根據照明源到調製器200的距離，可以採用保持偏振的波導(光纖、半導體)。
優選實施例的輸出元件240是「偏振濾波器」元件，其對於預設為「關閉」的調製器200的輸入元件235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，可以將預設設置為「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的相互關係，可以實現其他預設情況，例如50％振幅。)元件240優選地為外延沉積到芯205的輸出端的薄膜。可以將輸入元件235和輸出元件240配置為不同於這裡所述的採用其他偏振濾波器/控制系統的配置。當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的選通/處理/濾波，以響應影響器對WAVE_OUT的振幅進行調製。
圖4是顯示器組件400的優選實施例的示意性方框圖。組件400包括多個圖像元件(像素)的集合，每個圖像元件都由例如圖2所示的波導調製器200i，j生成。用於控制調製器200i，j的每個影響器的控制信號由控制器405提供。輻射源410提供用於調製器200i，j進行輸入/控制的源輻射，並且可以使用前面板將調製器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後處理。
輻射源410可以是單色白平衡的或者獨立的RGB/CMY調諧源(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可以遠離調製器200i，j的輸入端，臨近這些輸入端，或者集成到調製器200i，j上/中。在一些實現方式中，採用單一源，而其他實現方式可以採用幾個或者更多源(並且在一些情況下，每個調製器200i，j有一個源)。
如上所述，調製器200i，j的光傳送器的優選實施例包括特定光纖形式的光通道。但是半導體波導、導波孔或其他光導波通道，包括「在深度上」穿過材料而形成的通道或區域，也包含在本發明的範圍內。這些波導元件是顯示器的基本成像結構，並且整體地併入了振幅調製機制和顏色選擇機制。在FPD實現方式的優選實施例中，每個光通道的長度優選地在大約數十微米級別上(儘管該長度可能不同於這裡所述的長度)。
優選實施例的一個特徵在於，光傳送器的長度短(在大約20mm的級別上以及更短)，並且在有效維爾德值增加和/或磁場強度增加時能夠繼續縮短。顯示器的實際深度將會是通道長度的函數，但是由於光傳送器是波導，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，路徑長度是維爾德常數和磁場強度的函數，並且優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，在一些實現方式中也可以採用較長的長度。由影響器確定必要長度，以實現對於輸入輻射的所期望的影響/控制的等級。在用於偏振的輻射的優選實施例中，該控制能夠實現大約90度的旋轉。在一些應用中，當熄滅電平較高(例如較亮)時，則可以採用較小的旋轉，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405包括用於合適的開關系統的構造和組件的多個可選方案。優選實現方式不僅包括點對點控制器，它還包括結構性地合併和保持調製器200i，j的「矩陣」，並對每個像素進行電子尋址。在光纖的情況中，光纖部件的性質中固有的是用於全光纖、紡織結構和光纖元件的適當尋址的電位。可變形網孔或者固體矩陣是利用附帶裝配方法的可替換結構。
優選實施例的一個特徵在於，可以對一個或者多個調製器200i，j的輸出端進行處理，以改善其應用。例如，波導結構的輸出端，尤其是在作為光纖實現時，可以被加熱處理，並被牽引以形成錐形末端，或以其它方式對其進行磨損、扭絞或者定形，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。可以採用類似的或者不類似的方法對一些和/或所有的調製器輸出端進行處理，以共同地產生實現所期望結果的所期望輸出結構。例如，可以通過對一個或者多個輸出端/相應面板位置的處理，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415可以簡單地是面向偏振部件的一塊光學玻璃或者其他透明光學材料，或者它可以包括額外的功能性和結構性特徵。例如，面板415可以包括導向裝置或者其他結構，以將調製器200i，j的輸出端排列為相對於相鄰調製器200i，j的所期望的相對方向。圖5是圖4所示的前面板415的輸出埠500x，y的一種排列的示圖。其他排列也是可能的，取決於所期望的顯示器(例如，圓形、橢圓形或者其他規則/不規則幾何形狀)。當應用需要時，主動顯示區不必一定是連續像素，因此在適當時環形或者「圓環形」顯示器是可能的。在其他實現方式中，輸出埠可以在一個或者多個像素上聚焦、散射、濾波或者執行其他類型的輸出後處理。
顯示器或者投影機表面的光學幾何形狀可以自己改變，其中波導末端被端接在所期望的三維平面(例如曲線平面)上，所述平面允許依次採用額外的光學元件和透鏡(可以包含其中的一些作為面板415的部分)的額外聚焦能力。一些應用可能需要很多凹面區域、平面和/或者凸面區域，每個都具有不同的曲度和方向，並具有本發明提供的適當的輸出形狀。在一些應用中，特定的幾何形狀不需要固定，而是可以動態變化的，以根據需要改變形狀/方向/維度。本發明的實現方式還可以生產各種類型觸摸顯示器系統。
在投射系統實現方式中，輻射源410、具有耦合到多個調製器200i，j的控制器405的「開關組件」和前面板415可以受益於以下情況將其容納在截然不同的模塊或者單元中，並且相互之間存在一定距離。對於輻射源410，在一些實施例中，優勢是將照明源與開關組件分離，這是由於典型地所需要的用於對巨大劇院屏幕進行照明的高振幅光類型所產生的熱量。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。然後，光纖會將光從分離的或者單一的源傳遞到開關組件，並且然後將其投射到屏幕上。屏幕可以包括前面板415的一些特徵，或者在對適當的表面進行照明之前使用面板415。
開關組件與投射/顯示表面的分離可以具有其自身的優點。將照明和開關組件放置在投影系統底座中(對於FPD也是一樣)能夠減小投影TV箱體的深度。或者，可以將投影表面包含在薄燈形杆頂部的緊湊球形物中，或者從天花板依靠電纜懸掛著，在前面的投影系統採用反射織物屏幕。
除了別的潛在優點和配置之外，對於劇院投影來說，依靠來自地板上單元的波導結構，將開關組件形成的圖像上行傳輸到投影窗口區域上的小型終端光學單元的可能性，要求空間利用策略以在相同的投影空間內容納傳統電影放映機和優選實施例的新投影機。
波導帶的整體結構可以實現高解析度成像，其中每個波導帶都在帶上具有並排排列或者粘附的幾千個波導。然而，在優選實施例中，「體型」光纖部件結構也可以實現必要的小投影表面區域。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並且適合於作為顯示像素或者子像素。
此外，期望集成光學製造技術能夠在單片半導體襯底或者晶片(大塊單片的或者表面的)的製造中完成本發明的衰減器陣列。
在熔融光纖投影表面，熔融光纖表面可以被研磨，以實現用於將圖像聚焦在光學陣列上的曲度；可以替換的是，採用粘合劑連接或以其它方式結合的光纖末端可以具有成形的頂端，並且如果必要，則可以成形矩陣的形式設置在它們的終點上，以實現彎曲的表面。
對於投影電視或者其他非劇場投影應用，將照明與開關模塊與投影機表面分離的選項提供了實現更小體型投影電視箱體結構的新穎方法。
圖6是對於圖2所示的結構波導205的部分600的本發明的優選實施例的示意性表示。部分600是波導205的輻射傳播通道，典型地為傳導通道(例如光纖波導的芯)，但是其可以包括一個或者多個邊界區域(例如，光纖波導的包層)。其他波導結構具有不同的特定機制，用於提高沿著波導的通道區域傳輸軸傳播的輻射的波導。波導包括光子晶體光纖，結構材料的特定的薄膜疊層以及其他材料。波導的特定機制可以隨波導而改變，但是本發明可以適用不同的結構。
為了本發明的目的，術語傳導區域或者傳導通道與邊界區域指用於提高沿著通道的傳輸軸的輻射傳播的協作結構。這些結構不同於緩衝器或者塗層或者波導的製造後加工。原理的不同在於，邊界區域典型地能夠傳播通過傳導區域傳播的波分量，而波導的其他部件則不行。例如，在多模光纖波導中，較高能級模式的主要能量是通過邊界區域傳播的。不同的一點在於，傳導區域/邊界區域對於正在傳播的輻射基本上是透明的，而其他支持結構通常是基本不透明的。
如上所述，影響器110與波導205協同工作，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。因此假設部分600具有影響器響應屬性，並且在優選實施例中，該屬性特別被配置用於提高正在傳播的波的特性對於影響器110的響應性。如任何特定實現方式需要的，部分600包括布置在傳導區域和/或者一個或多個邊界區域的多種成分(例如，稀土摻雜物605、孔610、結構的不規則形狀615、微型泡620和/或者其他元件625)。在優選實施例中，部分600的長度可以非常短，在很多情況下小於大約25毫米，並且如上所述，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屬性，針對短長度的波導進行優化(例如，與針對千米量級甚至更高量級的長度進行優化的通信光纖對比，包括衰減和波長散射)。針對不同應用而進行優化的部分600的成分，可能嚴重降低波導通信應用的質量。所述成分的存在目的不是要降低通信應用的質量，但是本優選實施例的焦點在於通過通信屬性而提高影響器響應屬性，這就可能發生這種質量降低，並且這不是優選實施例的缺點。
本發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構的影響器110的影響；優選實施例的目標是部分600的與法拉第效應相關的特性。如上所述，法拉第效應使得偏振旋轉響應平行於傳播方向的磁場而發生改變。在優選實施例中，當影響器110生成平行於傳輸軸的磁場時，在部分600中，旋轉量取決於磁場強度、部分600的長度和部分600的維爾德常數。所述成分提高了部分600對於該磁場的響應性，例如通過增加部分600的有效維爾德常數。
在本發明的波導製造與特徵中的範例變化的一個重要意義在於，對製造千米長度的光學上純淨的通信級波導所使用的製造方法的修改，使得能夠製造便宜的千米長度的潛在光學上不純淨(但是光學活性的)的影響器響應的波導。如上所述，優選實施例的一些實現方式可以採用按照這裡所公開的那樣進行修改的無數的長度非常短的波導。通過從由這裡所述的較長的已製備波導中(例如劈開)所生成的較短波導形成這些集合，來實現成本的節省和其他功效/優點。這些成本的節省和其他功效與優點包括以下優點採用成熟製造技術，並且採用的設備能夠克服採用離散的常規製備的磁光晶體作為系統元件的磁光系統的很多缺點。例如，這些缺點包括高生產成本、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。
優選實施例包括光纖波導和光纖波導製造方法的變型。最普通的是，光纖是透明(有感興趣波長)電介質材料(典型地為玻璃或者塑料)的細絲，並且傳導光的截面通常是圓形的。對於早期的光纖來說，圓柱形芯被類似幾何形狀的包層圍繞著，並且與其緊密接觸。這些光纖通過為芯提供比包層略大的折射率來傳導光。其他光纖類型提供不同的傳導機制-在本發明的環境中，感興趣的光纖類型包括如上所述的光子晶體光纖(PCF)。
矽石(二氧化矽(SiO2))是製備最普通的通信等級光纖的基本材料。矽石可以是結晶或者非結晶形，並且天然為非純淨態，例如石英和沙子。維爾德常數是描述特定材料的法拉第效應強度的光學常數。包括矽石在內的大多數材料的維爾德常數是非常小的，並是波長相關的。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。通常該材料具有優良的透明特性，並且非常抗雷射損傷。儘管法拉第效應不是彩色的(即它不取決于波長)，但是維爾德常數是非常徹底的波長的函數。在632.8nm，TGG的維爾德常數為-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度製造的器件，在較長的波長上會產生較小的旋轉。
在一些實現方式中，成分可以包括光學活性摻雜物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他性能最佳的摻雜物，其提高波導的維爾德常數，以在存在主動磁場的情況下實現高效的法拉第旋轉。在以下所述的光纖製造過程中進行加熱或者加壓，會通過在部分600中添加額外成分(例如孔或者不規則形狀)而進一步提高維爾德常數。在常規波導中所使用的稀土用作傳輸屬性元件的無源增強，並且其不用在光學活性應用中。
由於矽石光纖的製造中，摻雜物相對矽石的百分比是高等級的，高達至少50％的摻雜物，並且由於必要的摻雜物濃度已經在用於在幾十個微米或者更小中實現90度旋轉的其他類型的矽石結構中示出；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)，因此可以實現光學活性摻雜物的足夠高和可控的濃度，以採用低功率在微米量級的距離上引起旋轉。
在本發明的優選實施例中，其他元件625包括布置在部分600中，最優選地是布置在一個或多個邊界區域(例如包層)中的磁性成分。採用生成垂直於傳輸軸的磁場的方法布置/定向這些成分。對於採用法拉第效應來對通過部分600傳播的輻射振幅進行調製的系統，從所述成分產生的磁場不改變輻射的影響器引發的偏振旋轉變化的偏振旋轉。這些成分用於提高系統整體性能。例如，在一些實現方式中，所述成分使得足夠量的傳導/通道區域中的磁疇飽和，以顯而易見地降低沿著傳輸軸傳播的輻射的光損失。在其他實現方式中，由所述成分造成的在傳導/通道區域中的磁疇的飽和提高了波導對於影響器的磁響應，而沒有對所期望的偏振變化產生不利影響。
優選實施例通過在從中產生波導的襯底/粗加工成品的製造過程中，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(用於光纖波導)前製造過程的其他階段布置所述磁性成分。採用標準方法將用鐵磁性單分子磁體對部分600進行摻雜，所述磁體當暴露在強磁場中時，被永久磁化。優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行，或者在完成芯、包層和塗層的光纖被拉制之後進行。因此，粗加工成品或者已拉制光纖通過偏離光纖芯的軸90°的強永久磁場區域，所述強永久磁場區域通過布置為光纖牽引裝置的元件的電磁體實現。該具有永久磁性特性的包層用於使得光學活性芯的磁疇飽和，但是並不改變通過光纖的入射光的旋轉角度，這是因為磁場的方向是與傳播方向成直角的。最近，在具有熔化氧化物的連續流體中的惰性氣體的使用，已經實現了從摻雜氧化物的矽石牽引光纖所必需的粘度水平。
對晶體結構中的選擇性元件進行磨碎的已知方法(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)可以用於本發明，以通過磨碎在晶體結構中的非最佳核來對被摻雜的鐵磁性區域的方向進行優化。在適當過程步驟中，所摻雜的亞鐵/鐵磁性材料可以進一步受到包層的離子轟擊的影響。
單分子磁體(SMM)持續的發展和改進。可以在相對高的溫度下進行磁化的單分子磁體(SMM)優選地作為摻雜物，用於在拉制之前添加到粗加工成品中，以允許較高摻雜濃度的生產和摻雜分布控制。市場上可以買到單分子磁體和方法的示例是來自於369 Inverness parkway，suite 350，Englewood，Co，80112的ZettaCore公司。
在操作中，製造過程中，將磁性成分布置在波導的一個或多個部分(優選地在包層中)。對這些成分進行定向(在粗加工成品製造、拉制或者拉制後過程中)，以產生垂直于波導的傳輸軸的永久磁場。
圖7是代表性波導製造系統700的示意性方框圖，其用於製造本發明的波導粗加工成品的優選實施例。系統700代表改進化學氣相沉積法(MCVD)過程，以產生稱為粗加工成品的玻璃棒。從常規過程得到的粗加工成品是超高純度的玻璃固體棒，精確複製所期望光纖的光學特性，但是具有放大兩個量級甚至更大的線性維度。然而，系統700產生的粗加工成品不強調光學純度而是對於影響器響應的短長度優化進行優化。典型地採用以下化學氣相沉積(CVD)方法之一製造粗加工成品1.改進化學氣相沉積(MCVD)，2.等離子改進化學氣相沉積(PMCVD)，3.等離子化學氣相沉積(PCVD)，4.外部氣相沉積(OVD)，5.軸向氣相沉積(AVD)。所有這些方法都基於形成氧化物的熱化學蒸氣反應，氧化物在旋轉著的棒外部或者在玻璃管內部沉積為稱為煙黑(soot)的若干層玻璃顆粒。在這些方法中發生相同的化學反應。
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BCl3的溶液)進行加熱。在由質量流量計715控制的氧氣流中使這些液體汽化，並且採用所述氣體，從矽石車床720中的生產玻璃的滷化物的燃燒中，形成矽石和其他氧化物。在氣相中發生稱為氧化反應的化學反應，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，可以使用包括用於提高粗加工成品的影響器響應屬性的合適成分的其他起泡器705。
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715控制氧氣流量，並且將反應物蒸氣725吹入矽石管730，矽石管730包括在其中發生氧化的加熱管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。鐵和銅雜質的濃度從原始液體中的大約10ppb降低到煙黑745中的小於1ppb。
採用來回移動的H2O2噴燈750對管735進行加熱，並對管735進行旋轉以使得煙黑745玻璃化為玻璃755。通過調節各種蒸汽725的相對流量，獲得具有不同折射率的幾個層，例如芯相對於包層，或者用於GI光纖的可變芯折射率分布。在完成層形成之後，對管735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並且沒有空洞。然後將粗加工成品棒放到熔爐中以進行拉制，如將要結合圖8所描述的。
MCVD的主要優點在於，反應和沉積發生在密閉空間中，因此不希望的雜質很難進入。光纖的折射率分布容易控制，並且對於SM光纖所必需的精確性也相對容易實現。設備是容易構建和控制的。所述方法的潛在的重要局限性在於管的尺寸從本質上限制了棒的大小。因此，該技術所形成的光纖典型地長度為35km，或者最大到20-40km。另外，在矽石管中的雜質，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，這就典型地導致光纖不適合於通信用途，但是這不是本發明的環境中通常關心的。在成本和費用方面，所述方法的主要缺點在於沉積率相對較慢，這是因為它採用了非直接加熱，即對管735進行加熱而不是對蒸汽直接加熱，以開始氧化反應並使得煙黑玻璃化。沉積率典型地為0.5到2g/分。
上述過程的變型製造摻雜稀土的光纖。為了製造摻雜稀土的光纖，過程開始於摻雜稀土的粗加工成品-典型地採用溶液摻雜過程製造。最初，主要由熔融矽石組成的光學包層沉積到襯底管的內部。芯材料還可以包括鍺，然後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」。在玻璃料的沉積之後，該部分完成的粗加工成品在一端封閉，從車床移出並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，保留該溶液以滲透玻璃料。在去掉任何多餘溶液之後，將粗加工成品返回車床以對其進行乾燥和加強。在加強過程中，在玻璃料中的空隙皺縮並且密封稀土。最後，將粗加工成品進行可控的皺縮，在高溫下形成固體玻璃棒-使稀土結合在芯中。通常在光纖電纜中引入稀土不是光學活性的，即，對電或磁或其他幹擾或場響應，以影響通過被摻雜的介質傳播的光的特徵。常規系統是目前對於提高稀土摻雜物百分比的當前需求的結果，其是由改善波導的「被動」傳輸特徵(包括通信屬性)的目的所驅動的。但是在波導芯/邊界中的摻雜物百分比的提高對於影響優選實施例的混合物介質/結構的光學活性是有利的。如上所述，在優選實施例中，摻雜物與矽石之間的百分比比例至少為50％。
圖8是用於從粗加工成品805中，例如從圖7所示系統700中製造的一個粗加工成品中，製造本發明的優選實施例的代表性光纖拉制系統800的示意圖。系統800將粗加工成品805轉換為頭髮絲細的細絲，典型地通過拉制來執行。粗加工成品805放置在進料裝置810中，進料裝置810附著在靠近拉絲塔815的頂部。裝置810放低粗加工成品805直到末端進入高純度石墨熔爐820中。將純淨的氣體噴入熔爐，以提供清潔並且導電的大氣。在熔爐820中，嚴格控制的接近19000度的溫度軟化粗加工成品805末端。一旦到達粗加工成品的末端軟化點，重力就起作用並允許熔化的料塊「自由下落」直到已經將其拉長為細線。
操作人員通過雷射千分尺825和一系列用於製造傳送器835的處理站830x(例如用於塗層和緩衝器)使該光纖線形成絲，傳送器835通過牽引器840纏繞在線軸上，並且開始拉制過程。採用位於拉絲塔815底部的牽引器840拉出光纖，然後纏繞在捲筒上。在拉制過程中，採用最適宜溫度對粗加工成品805進行加熱以實現理想的拉制張力。在工業上每秒10-20米的拉制速度並非不常見。
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。基於雷射的直徑標尺825監視光纖的直徑。標尺825以超過每秒750次的速率對光纖直徑進行採樣。將直徑的實際值與125微米的目標值進行比較。與目標之間輕微的偏差都會轉換為拉制速度的改變，並輸入牽引器840中進行修正。
處理站830x典型地包括用於為光纖添加兩層保護塗層-柔軟的內部塗層和堅硬的外部塗層的模具。這兩部分保護套提供了機械保護，以便在保護光纖的乾淨表面不受惡劣環境的影響的同時進行處理。這些塗層採用紫外燈固化，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，可以提供用於提高傳送器835的影響器響應屬性的裝置/系統。例如，各種機械應力器、離子轟擊或者其他用於引入影響器響應屬性的機制增強了在拉制階段的成分。
在纏在線軸上之後，測試所拉制的光纖以得到合適的光學和幾何參數。對於傳輸光纖，通常首先測試抗張強度，以確保已經實現了光纖的最小抗張強度。在第一次測試之後，執行很多不同的測試，用於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，光纖中光脈衝的輻射寬度；對於互連來說重要)以及色散(由於不同波長的射線採用不同速度通過芯而產生的光脈衝的散射；在單模光纖中，這是限制信息運載能力的因素)。
在該申請中所描述的系統、方法、電腦程式產品和所傳播的信號當然也可以用硬體實現；例如在中央處理器(「CPU」)、微處理器、微控制器、系統單晶片(「SOC」)或者任何其他可編程器件中或者與之耦合。此外，系統、方法、電腦程式產品和所傳播的信號可以用軟體(例如，計算機可讀代碼、程序代碼、以任何形式布置的指令和/或者數據，例如源、目標或者機器語言)實現，例如置於用於存儲軟體的計算機可用(例如可讀)介質中。這種軟體使在此描述的裝置和過程的功能、製造、建模、仿真、描述和/或測試成為可能。例如，其能夠通過普通程式語言(例如C，C++)、GDSII資料庫、包括VerilogHDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等等的硬體描述語言(HDL)或者其他可用程序、資料庫、納米處理和/或者電路(即簡圖)捕獲工具的使用來實現。這種軟體能夠置於任何已知計算機可用介質中，包括半導體、磁碟、光碟(例如CD-ROM，DVD-ROM等等)，並且能夠作為在計算機可用(例如可讀)傳輸介質(例如，載波或者其他介質，包括數字介質、光學介質、或者基於模擬的介質)中實現的計算機數據信號。同樣，所述軟體可以通過包括網際網路和內聯網的通信網絡進行傳輸。採用軟體實現的系統、方法、電腦程式產品和所傳播的信號可以包含在半導體智慧財產權核心中(例如在HDL中實現)並在集成電路生產中轉化為硬體。此外，在此所述的系統、方法、電腦程式產品和所傳播的信號可以作為硬體和軟體的組合實現。
本發明的優選實現方式之一，例如用於開關控制，是作為在計算機工作過程中由駐留在計算系統存儲器中的指令或者編程步驟組成的作業系統中的例行程序。在計算機系統需要之前，所述程序指令可以存儲在另一可讀介質中，例如磁碟驅動器中，或者可移動存儲器中，例如在CD-ROM計算機輸入中使用的光碟或者在軟盤驅動器計算機輸入中使用的軟盤。此外，所述程序指令在本發明的系統中使用之前可以存儲在另一計算機的存儲器中，並在本發明的用戶需要時通過LAN或者例如網際網路的WAN進行傳輸。本領域技術人員應該理解控制本發明的過程能夠以多種形式的計算機可讀介質的形式發布。
任何合適的程式語言都能夠用於實現本發明的例行程序，包括C，C++，Java，彙編語言等等。能夠採用不同的編程技術，例如程序上的或者面向對象的。例行程序能夠在單一處理器件或者多處理器上執行。儘管步驟、操作或者計算可以採用特定順序，但是在不同實施例中，該順序是可改變的。在一些實施例中，在本說明書中順序示出的多個步驟能夠同時執行。在此所述的操作順序能夠中斷、暫停、或者進行由另外進程(例如作業系統、內核等等)控制的其他動作。例行程序能夠工作在作業系統環境中，或者作為佔用系統處理的全部或者主要部分的孤立例行程序。
在此所述中，提供了多個具體細節，例如部件和/或方法的示例，以便於對本發明的實施例的徹底理解。然而本領域技術人員會知道在沒有一個或多個明確細節時，或者採用其他裝置、系統、組件、方法、部件、材料、部分和/或類似時，也可以實施本發明的實施例。在其他例子中，已知的結構、材料或者操作沒有特別詳細示出或描述，以避免使本發明的實施例的方面不明顯。
用於本發明的實施例的「計算機可讀介質」可以是能夠通過使用指令執行系統、裝置、系統或器件或者與之連接而包括、存儲、通信、傳播或者傳送所使用程序的媒介。例如，計算機可讀介質可以是但不局限於電子、磁性、光學、電磁、紅外或者半導體系統、裝置、系統、器件、傳播介質或者計算機存儲器。
「處理器」或者「過程」包括處理數據、信號或其他信息的任何人、硬體和/或者軟體系統、機制或者部件。處理器能夠包括具有通用中央處理器、多個處理單元、功能性專用電路的系統或者其他系統。處理不需要限定在地理位置上，或者具有時間限制。例如，處理器能夠採用「實時」、「離線」，採用「批處理模式」等等實現其功能。處理中的組成部分能夠在不同時間和不同地點採用不同(或者相同)處理系統執行。
整個說明書中所提到的「一個實施例」、「實施例」、「優選實施例」、「特定實施例」表示，結合實施例所描述的特定特徵、結構或者特點包含在本發明的至少一個實施例中，而不必包含在所有實施例中。因此，在整個說明書中的各個地方分別出現的語句「在一個實施例中」、「在實施例中」或者「在特定實施例中」不是必須指相同的實施例。此外，本發明的任意特定實施例的特定的特徵、結構或者特點可以以適當的方式與一個或多個其他實施例合併。應該理解的是，根據在此的講述，在此所描述和圖示的本發明的實施例的其他變化和修改是可能的，並且作為本發明的精神和範圍的組成部分。
可以通過使用已編程通用數字計算機，通過使用特定用途集成電路、可編程邏輯器件、場可編程門陣列、光學的、化學的、生物的、量子的或者納米技術的系統、部件和機制實現本發明的實施例。通常，本發明的功能能夠通過現有技術中的任何方式實現。能夠使用分布式或者網絡系統、部件和電路。數據通信或者傳送可以是有線的、無線的，或者採用任何其他方式。
還應該認識到，附圖/圖形中所描述的一個或者多個元件還能夠採用更加分離或者集成的方式實現，或者甚至在特定情況下去掉或設為不工作，如根據特定應用所使用的。實現能夠存儲在機器可讀介質中的程序或者代碼以允許計算機執行上述任何方法，也在本發明的思想和範圍內。
另外，在附圖/圖形中的任何信號箭頭都應該僅作為示例，而不應該進行限定，除非有特殊的標註。此外，在此所用的術語「或者」通常是為了指「和/或者」，除非另有指示。在預見術語提供分離或者合併的能力不清楚的地方，部件或者步驟的組合也將看作是進行了標註。
如在此的描述中和以下權利要求中所使用的，「a」，「an」，「the」包括複數含義，除非上下文明確的規定其他情況。而且，如在此的描述中和以下權利要求中所使用的，「在…之中」的意思包括「在…之中」和「在…之上」，除非上下文明確的規定其他情況。
之前對本發明的圖示實施例的描述，包括摘要中所描述的內容，並非窮舉或者將本發明限制在於此所公開的精確形式中。在此所描述的本發明的特定實施例、示例僅僅是為了說明的目的，如本領域技術人員將認識和理解的，在本發明的精神和範圍內可以進行各種等同修改。如指示的，可以根據在之前的本發明的圖示實施例的描述對本發明作出這些修改，並且要包括在本發明的思想和範圍內。
因此，這裡已經參考其特定實施例描述了本發明，修改的範圍、各種變化和置換都在之前的公開文本中，並且應該理解的是，在一些例子中，將會採用本發明的實施例的一些特點，不使用其他相應的特點，而不會脫離所公開的本發明的精神和範圍。因此，在本發明的本質精神和範圍內，可以進行各種修改以適應特定情況或者材料。本發明目的不是要限定在以下權利要求中所使用的特定術語和/或者限定於作為用於實現本發明的最佳模式而公開的特定實施例，而是要包括在所附權利要求的範圍內的任何和所有實施例和等同物。
因此，本發明的範圍僅由所附權利要求決定。
權利要求
1.一種波導，包含包括定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域的波導；以及布置在至少其中一個所述區域中的多個磁性成分，其用於產生基本垂直於所述波導軸的磁場。
2.如權利要求1所述的波導，其中所述波導是光纖，所述通道區域是芯，所述一個或多個邊界區域是所述芯的包層區域。
3.如權利要求1所述的波導，其中影響器將大體上與所述波導軸平行的磁場施加到所述波導，以改變沿著所述波導軸傳播的輻射的偏振，並且所述磁性成分不會明顯影響所述偏振。
4.如權利要求1所述的波導，其中所述磁性成分包括單分子磁體。
5.如權利要求1所述的波導，其中，在足夠強度的磁場存在於所述磁性材料並且從所述磁性材料上移走時，所述磁性成分保持特定的磁化。
6.如權利要求5所述的波導，其中所述通道區域包括多個磁疇，並且其中，所述特定的磁化使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地降低沿著所述波導軸傳播的輻射的光損失。
7.如權利要求5所述的波導，其中所述通道區域包括多個磁疇，並且其中，所述特定的磁化使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地增加沿著所述波導軸傳播的輻射對於平行於所述波導軸的第二磁場的磁性響應。
8.如權利要求6所述的波導，其中所述通道區域包括多個磁疇，並且其中，所述特定的磁化使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地增加沿著所述波導軸傳播的輻射對於平行於所述波導軸的第二磁場的磁性響應。
9.如權利要求8所述的波導，其中沿著所述波導軸傳播的所述輻射包括特定偏振，並且所述磁性響應是所述特定偏振的改變。
10.如權利要求5所述的波導，其中所述磁性成分在光纖製造過程中的相對高的溫度下保持所述特定的磁化。
11.如權利要求1所述的波導，其中，至少其中一個所述區域中具有晶體結構，並且在所述晶體結構中的所述磁性成分產生所述所期望的磁場。
12.一種操作波導以傳輸輻射信號的方法，所述方法包括a)通過所述波導傳輸輻射信號，所述波導包括定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域；以及b)使用布置在至少其中一個所述區域中的多個磁性成分，產生基本垂直於所述波導軸的磁場。
13.如權利要求12所述的波導，其中，所述波導是光纖，所述通道區域是芯，所述一個或多個邊界區域是所述芯的包層區域。
14.如權利要求12所述的波導，還包括c)將大體上與所述波導軸平行的磁場施加到所述波導，以改變沿著所述波導軸傳播的輻射信號的偏振，其中所述磁性成分不會明顯影響所述偏振。
15.如權利要求12所述的波導，其中，所述磁性成分包括單分子磁體。
16.如權利要求12所述的波導，其中，在足夠的磁場存在於所述磁性材料或者從所述磁性材料上移走時，所述磁性成分保持特定的磁化。
17.如權利要求16所述的波導，其中，所述通道區域包括多個磁疇，並且還包括c)使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地降低沿著所述波導軸傳播的輻射信號的光損失。
18.如權利要求16所述的波導，其中，所述通道區域包括多個磁疇，並且還包括c)使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地增加沿著所述波導軸傳播的輻射信號對於平行於所述波導軸的第二磁場的磁性響應。
19.如權利要求17所述的波導，其中，所述飽和步驟(c)使得所述通道區域的所述多個磁疇的量足夠飽和，以顯而易見地增加沿著所述波導軸傳播的輻射信號對於平行於所述波導軸的第二磁場的磁性響應。
20.如權利要求19所述的波導，其中，沿著所述波導軸傳播的所述輻射包括特定偏振，並且所述磁性響應是所述特定偏振的改變。
21.如權利要求16所述的波導，其中，所述磁性成分在光纖製造過程中的相對高的溫度下保持所述特定的磁化。
22.如權利要求12所述的波導，其中，所述邊界區域中的至少一個具有晶體結構，並且在所述晶體結構中的所述磁性成分產生所述所期望的磁場。
23.一種製造波導的方法，包括a)採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及b)將所述被摻雜區域暴露在足夠的磁化區域中，以對所述多個磁性成分的子集進行永久磁化，所述磁性成分產生大體上垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度。
24.如權利要求23所述的方法，其中，所述摻雜步驟(a)是在從中生產所述波導的粗加工成品的生產過程中執行的。
25.如權利要求23所述的方法，其中，所述暴露步驟(b)是在從中生產所述波導的粗加工成品的生產過程中執行的。
26.如權利要求23所述的方法，其中，所述暴露步驟(b)是在從粗加工成品中拉制波導的過程中執行的。
27.如權利要求23所述的方法，其中，所述暴露步驟(b)是在從粗加工成品中拉制波導之後執行的。
28.如權利要求27所述的方法，其中，所述暴露步驟(b)是在波導已經被拉制，塗覆並纏繞在存儲結構上之後執行的。
29.如權利要求23所述的方法，其中，所述暴露步驟(b)是在將所述至少一個被摻雜邊界區域與所述通道區域關聯之前，在所述至少一個被摻雜區域上執行的。
30.如權利要求23所述的方法，其中，所述波導是光纖，並且所述光纖是採用光纖牽引裝置從粗加工成品中拉制的，並且其中通過作為所述光纖牽引裝置的部分所包括的電磁體，執行所述暴露步驟(b)。
31.如權利要求23所述的方法，其中，所述至少一個被摻雜邊界區域包括晶體結構，所述晶體結構包括促成所述磁場的大多數的所述多個磁性成分。
32.如權利要求23所述的方法，其中，對所述至少一個被摻雜區域的晶體結構中的所述多個磁性成分的離子轟擊，優先地採用所述多個磁性成分的所述子集填充所述至少一個被摻雜邊界區域。
33.一種製造波導的方法，包括a)採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及b)將足夠量的所述成分定向到公共磁化方向上，以永久地產生大體上垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度。
34.一種用於傳輸輻射信號的波導，包括用於通過波導傳輸輻射信號的裝置，所述波導包括定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域；以及用於採用布置在至少其中一個所述區域中的多個磁性成分，產生基本垂直於所述波導軸的磁場的裝置。
35.一種波導，包括用於採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域的裝置，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及用於將所述被摻雜邊界區域暴露在足夠的磁化區域中，以對所述多個磁性成分的子集進行永久磁化的裝置，所述磁性成分產生大體上垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度。
36.一種波導，包括用於採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域的裝置，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及用於將足夠量的所述成分定向到公共磁化方向上，以永久地產生大體垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度的裝置。
37.一種電腦程式產品，包括載有程序指令的計算機可讀介質，在使用計算系統執行時用於製造傳送器，所執行的程序指令執行一種方法，所述方法包括a)採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及b)將足夠量的所述成分定向到公共磁化方向上，以永久地產生大體垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度。
38.一種在其上載有計算機可執行指令的被傳播的信號，所述指令在使用計算系統執行時，完成一種方法，所述方法包括a)採用多個磁性成分對所述波導的一個或者多個區域進行摻雜，以產生至少一個與所述波導的通道區域相關的被摻雜區域，所述通道區域定義所述波導的波導軸；以及b)將足夠量的所述成分定向到公共磁化方向上，以永久地產生大體垂直於所述波導軸的磁場，而不產生平行於所述波導軸的明顯的磁場強度。
全文摘要
一種波導，其具有定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域；以及布置在至少其中一個所述區域(優選地是一個或多個邊界區域)中的多個磁性成分，其用於生成基本垂直于波導軸的磁場。用於操作波導以傳輸輻射信號的方法包括(a)通過波導傳輸輻射信號，所述波導包括定義波導軸的通道區域和一個或多個邊界區域；以及(b)使用布置在至少其中一個所述區域中的多個磁性成分，生成基本垂直于波導軸的磁場。
文檔編號G02F1/295GK1942796SQ200580010986
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月12日 優先權日2004年2月12日
發明者薩瑟蘭·埃爾伍德 申請人:帕諾拉馬實驗室有限公司