用于衬底波导化显示系统的装置、方法和计算机程序产品的制作方法

专利名称：用于衬底波导化显示系统的装置、方法和计算机程序产品的制作方法
对相关申请的交叉引用本申请要求享有以下申请的权益2004年2月12日提交的美国临时专利申请60/544,591，和以下各美国专利申请10/812,294，10/811,782和10/812,295(每个都在2004年3月29日提交)；以及美国专利申请11/011,761，11/011,751，11/011,496，11/011,762和11/011,770(每个都在2004年12月14日提交)；以及美国专利申请10/906,220，10/906,221，10/906,222，10/906,223，10/906,224，10/906,226和10/906,226(每个都在2005年2月9日提交)；以及美国专利申请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(每个都在2005年2月11日提交)。在此将以上申请整体引入作为参考。
背景技术：
本发明整体涉及用于传播辐射的传送器，更具体的，涉及具有传导通道的波导，所述传导通道具有光学活性成分，光学活性成分提高了波导对外界影响的影响辐射特性的响应性。
法拉第效应是这样一种现象其中当光线通过放置在磁场中的透明介质并与磁场平行地传播时，线偏振光的偏振面发生旋转。偏振旋转量的效果随着磁场强度、介质固有的维尔德常数以及光程长度而改变。旋转的经验角度由以下给出β＝BVd，(等式1)其中V称为维尔德常数(并且具有弧度分cm-1高斯-1的单位)。B是磁场，d是在场中的传播距离。在量子力学描述中，由于磁场的加入改变了能级而发生法拉第旋转。
已知的是，使用具有高维尔德常数的离散材料(例如含铁的石榴石晶体)来测量磁场(例如作为评估电流强度的一种方法，而由电流所引发的那些磁场)，或者作为在光学隔离器中使用的法拉第旋转器。光学隔离器包括将偏振面旋转45°的法拉第旋转器，用于施加磁场的磁体，偏振器和检偏器。常规的光学隔离器是其中没有采用波导(例如，光纤)的整体类型。
在常规光学装置中，已经由包含顺磁性和铁磁性材料的离散晶体，特别是石榴石(例如钇/铁石榴石)生产出了磁光调制器。诸如此类的器件需要相当大的磁控制场。磁光效应还用于薄层技术，特别是用于生产非互易器件，例如非互易接点。诸如此类的器件是基于采用法拉第效应或者科顿-穆顿效应进行的方式转换。
磁光器件中采用顺磁性和铁磁性材料的另一个缺点在于，除了偏振角度之外，这些材料还对例如振幅、相位和/或者频率的辐射的特性产生不利影响。
现有技术已知将离散磁光整体器件(例如晶体)用于共同定义显示器件的应用。这些现有技术的显示器具有几个缺点，包括每个图像元素(像素)有着相对较高的成本，控制单个像素的高操作成本，不能对相对大的显示器件进行很好的缩放的控制复杂度的增加。
常规成像系统可以粗略地分为两类(a)平板显示器(FPD)和(b)投影系统(其包括作为发射显示器的阴极射线管(CRT))。一般来讲，两种系统所采用的主要技术是不同的，尽管存在例外。对任何预期技术来说这两类都具有明显的困难，并且现有技术仍然需要圆满地克服这些困难。
与主要的阴极射线管(CRT)技术相比(与CRT显示器相比，“平板”意味着“平”或者“薄”，CRT显示器的标准深度基本等于显示区域的宽度)，现有FPD技术面临的主要困难在于成本。
为了实现包括分辨率、亮度和对比度的给定的一组成像标准，FPD技术大致比CRT技术昂贵三到四倍。然而，CRT技术的庞大体积和重量是主要缺点，特别是在显示区域被按比例放得更大时。对薄显示器的需求已经驱使在FPD的舞台上开发出了多种技术。
FPD的高成本很大程度上是由于在主流的液晶二极管(LCD)技术中，或者是在不太普及的气体等离子技术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规则性导致相对较高的缺陷率；其中单个单元有缺陷的LCD元件的阵列经常导致整个显示器的废弃，或者对有缺陷的元件进行昂贵的替换。
对于LCD和气体-等离子显示技术，在这种显示器的制造中对液体或者气体进行控制的固有困难是基本技术和成本局限。
高成本的额外来源是对现有技术中在每个光阀/发光元件上的相对高的开关电压的需求。不管是对LCD显示器的向列型材料进行旋转，进而改变通过液体单元而传输的光的偏振，还是对在气体等离子显示器中气体单元的激发，都需要相对高的电压实现在成像元件上的高开关速度。对于LCD，“有源矩阵”是高成本方案，在其中，将单个晶体管元件分配给每个成像位置。
当图像质量标准增加时，对于高清晰度电视(HDTV)或者更高质量的设备，现有FPD技术现在不能以与CRT可比拟的成本实现图像质量。在质量范围该端的成本差异是最明显的。并且，不管对电视还是对计算机显示器，尽管在技术具有可行性，实现35mm电影质量的分辨率将必须承担使其脱离消费电子产品领域的成本。
对于投影系统，存在两种基本子类电视(或者计算机)显示器，和剧场电影投影系统。在与传统的35mm电影投影设备进行比较时，相对成本是主要问题。然而，对于HDTV来说，与常规的CRT、LCD FPD或者气体-等离子FPD相比，投影系统是低成本解决方案。
当前投影系统技术面临着其他困难。HDTV投影系统面临着使显示器深度最小，和在相对短的到显示器表面的投射距离的局限下保持一致的图像质量的双重困难。该平衡通常导致以相对较低的成本价格下获得不甚满意的妥协。
然而，对于投影系统的技术需求的新领域是电影剧场领域。电影屏幕安装是投影系统的新兴应用区域，在该应用中，典型地不会涉及控制台深度与一致的图像质量之间对立的问题。取而代之的是，困难是在以具有竞争力的成本，实现相当于(至少)传统35mm电影放映机的质量。包括基于直接驱动图像光源放大器(“D-ILA”)，数字光处理技术(“DLP”)，和光栅光阀(“GLV”)的系统的现有技术在最近尽管质量上相当于传统电影放映装置，其与传统电影放映机相比，具有明显的成本差距。
直接驱动图像光源放大器是JVC投影仪公司开发的反射式液晶光阀器件。驱动集成电路(“IC”)将图像直接写到基于CMOS的光阀上。液晶与信号电平成比例地改变反射率。这些垂直排列(垂直(homeoptropic))晶体实现了上升时间加上下降时间小于16毫秒的非常快速的响应时间。来自氙或者超高性能(“UHP”)金属卤化物灯的光经过偏振光束分离器进行传输，经过D-ILA器件反射，并投影到屏幕上。
在DLPTM投影系统的中心是光学半导体，其被称为数字微镜器件，或者DMD芯片，其于1987年由德州仪器公司的Dr.Larry Hornbeck发明。DMD芯片是精密复杂的光开关。它包括高达一百三十万个铰链放置的显微镜面的矩形阵列；这些微镜中的每一个的尺寸都小于人头发宽度的五分之一，并且对应所投影图像的一个像素。当DMD芯片与数字视频或图形信号、光源和投影透镜协调工作时，它的镜面将全数字图像反射到屏幕或者其他平面上。DMD及其周围的精密复杂的电子器件被称为数字光处理TM技术称为GLV(光栅光阀)的过程正在开发中。基于该技术的原型器件实现了3000∶1的对比度比率(目前典型的高端投影显示器仅仅实现了1000∶1)。该器件使用了三个选定具有特定波长的激光以提供颜色。这三个激光是红色(642nm)，绿色(532nm)和蓝色(457nm)。该过程采用了MEMS技术(微机电系统)并且包括在一条线上的1,080个像素的微带状阵列。每个像素包括六个带状物，其中三个固定，三个上/下移动。当供电时，三个移动带状物形成一种衍射光栅，其“过滤”出光线。
部分成本差距是由于这些技术在较低成本下实现特定关键图像质量参数面临的固有难题。对于微镜DLP来说，对比度是难以实现的，特别是“黑色”的质量。GLV尽管不面临该难点(通过光学光栅波干涉来实现像素无效，或者黑色)，但是面临采用线阵列扫描源实现有效的类似电影的间歇图像的难点。
基于LCD或者MEMS的现有技术还受到生产具有至少1K×1K元件阵列(微镜，硅基液晶(“LCoS”)等等)的器件的经济性的约束。当包含这些数量的元件并在必要技术标准下工作时，在基于芯片的系统中的缺陷率高。
已知将阶跃型光纤协同法拉第效应用于各种通信用途。光纤的通信应用是公知的，然而，在将法拉第效应应用到光纤时存在固有冲突，这是因为与色散和其他性能规格有关的常规光纤的通信特性没有进行优化以对法拉第效应达到最优化，在一些情况下通信特性甚至由于法拉第效应的优化而降低了。在一些传统光纤应用中，通过在54米的路径长度上使用100奥斯特的磁场，实现了90度偏振旋转。通过将光纤放置在螺线管内部，并通过使电流流经该螺线管产生所期望的磁场，来施加所期望的场。对于通信应用，考虑到其设计用于具有以千米计算的总路径长度的系统中时，54米的路径长度是可以接受的。
在光纤环境中的法拉第效应的另一种常规用途是用于覆盖在通过光纤的常规高速数据传输的顶部上的低速数据传输的系统。法拉第效应用于缓慢地调制高速数据以提供频带外的信令或控制。同样的，该用途是将通信用途作为主要考虑事项而实现的。
在这些常规应用中，光纤设计用于通信用途，并且对参与法拉第效应的任何光纤特性的修改都不允许降低通信性能，所述通信性能典型地包括用于公里左右长度的光纤通道的衰减和色散性能规格。
一旦对于光纤的性能规格，实现了可接受的级别以允许在通信中使用，光纤制造技术就发展起来并进行改善以允许光学上纯净且均匀的光纤的超常长度的有效且节省成本的制造。概观光纤的基本制造过程包括粗加工成品玻璃圆柱体的制造、从该粗加工成品中拉制光纤、以及测试所述光纤。典型地，采用改进化学气相沉积法(MCVD)过程制成半成品，该过程使氧气慢慢通过硅溶液，硅溶液具有产生最终光纤所期望属性(例如，折射率、膨胀系数、熔点等)所必需的必不可少的化学成分。引导气体蒸气被导入特殊车床中的合成硅石或者石英管(包层)的内部。该机床打开，吹管(torch)沿着该管的外部移动。来自吹管的热量使得气体中的化学成分与氧气发生反应，并形成二氧化硅和二氧化锗，并且这些二氧化物沉积在该管的内部并熔合在一起，形成玻璃。该过程的结果是产生半成品。
在制成半成品，并且对其进行冷却和测试之后，将其放置在光纤拉丝机内，光纤拉丝机将粗加工成品放置在接近石墨熔炉的顶部。该熔炉将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。当它下落时，它冷却并形成玻璃线。通过一系列工艺站使该线形成丝，以实现所期望的涂层并加工所述涂层，将该线附着在牵引机上，牵引机以计算机监控的速度对该线进行拉丝，从而使该线具有期望的厚度。以大约33到66英尺/秒的速度拉出光纤，并将已经拉出的线缠绕在线轴上。这些线轴包含有多于1.4英里的光纤的情况并不罕见。
对该已经完成的光纤进行测试，包括对性能规格的测试。通信等级光纤的这些性能规格包括抗拉强度(每平方英寸100,000磅或者更大)，折射率分布图(光学缺陷的数字孔径和屏幕)、光纤几何形状(芯直径、包层尺度和涂层直径)、衰减(在距离上，各种波长的光的减弱)、带宽、色散、工作温度/范围、温度与衰减的依存关系和在水下传导光的能力。
在1996年，出现了上述光纤的变型，该变型从此称为光子晶体光纤(PCF)。PCF是在较高折射率的背景材料中采用低折射率材料的微结构排列的光纤/波导结构。背景材料通常是不掺杂的硅石，并且典型地通过沿着光纤长度的真空提供低折射率区域。PCF分为两类(1)高折射率传导光纤，和(2)低折射率传导光纤。
与以上所述的常规光纤类似，高折射率传导光纤采用改进的全内反射(MTIR)规则，在固体芯中对光线进行传导。全内反射是由在微结构空气填充区域中的较低的有效折射率造成的。
低折射率传导光纤采用光子能带隙(PBG)效应对光线进行传导。在PBG效应使得在微结构包层区域中进行传播变得不可能时，光线被限制在低折射率芯。
尽管术语“常规波导结构”用于包括广大范围的导波结构和方法，可以如这里所述，对这些结构的范围进行修改，以实现本发明的实施例。对于使用不同光纤类型的不同应用采用不同的光纤类型辅助特征。正确操作光纤系统依赖于知道使用了何种类型的光纤以及为什么使用该类型的光纤。
常规系统包括单模的、多模的和PCF型的波导，还包括很多亚变型(sub-variety)。例如，多模光纤包括阶跃型光纤和渐变型光纤，并且单模光纤包括阶跃型、匹配包层型、下陷包层型和其他异常的结构。多模光纤最适于较短的传输距离，并且适合用于LAN系统中和视频监控中。单模光纤最适于较长的传输距离，其适合于长距离电话通讯和多通道电视广播系统。“空气包层”或者暂态耦合式波导包括光线(optical wire)和光纳米线(optical nano-wire)。
阶跃型通常指波导的折射率有着突然的改变的构造-芯具有比包层更大的折射率。渐变型指提供在远离芯的中心(例如，芯具有抛物线型剖面)过程中折射率分布逐渐减小的结构。单模光纤已经开发出为特定应用定制(例如，长度和辐射频率，诸如无色散偏移光纤(NDSF)，色散偏移光纤(DSF)和非零色散偏移光纤(NZDSF))的多种不同的分布。已经开发的单模光纤的重要变型称为偏振保持(PM)光纤。迄今为止所讨论的所有其他单模光纤都能够传播任意偏振的光。PM光纤仅仅传播输入光的一个偏振。PM光纤包含其他光纤类型所不曾见到的特征。除了芯之外，存在额外的(2)称为压力棒的纵向区域。正如它们的名字所暗示的那样，这些压力棒在光纤的芯中产生压力，从而使得仅仅便于光的一个偏振平面的传输。
如上所述，常规磁光系统，特别是法拉第旋转器和隔离器，已经采用了特殊的磁光材料，所述材料包括掺杂稀土的石榴石晶体和其他特殊材料，通常为钇铁-石榴石(YIG)或者铋-取代YIG。采用浮区(FZ)法使得YIG单晶体生长。在该方法中，将Y2O3和Fe2O3混合在一起以符合YIG的理想配比成分，然后将混合物烧结。将所获得的烧结物设置为FZ熔炉中的一个轴上的母棒，而YIG种子晶体设置在剩余的轴上。指定配方的所烧结的材料放置在母棒与种子晶体之间的中心区域，以便产生促进YIG单晶体的沉积所需的流体。来自卤素灯的光聚焦在该中心区域，同时转动两个轴。该中心在含氧的大气中被加热时，形成熔化区域。在该条件下，以恒定速度移动母棒和种子，造成熔化区域沿着母棒移动，从而使得从YIG烧结物中生长单晶体。
由于FZ方法从悬在空中的母棒生长晶体，排除了污染并生产出高纯度晶体。FZ方法生产出尺寸为012×120mm的结晶块。
采用包括LPE熔炉的液相外延(LPE)方法使得双重取代(bi-substituted)铁石榴石厚膜生长。对晶体物质和PbO-B2O3助熔剂进行加热并使其在铂坩埚中熔化。将诸如(GdCa)2(GaMgZr)5O12的单晶体晶片在对其进行旋转时，浸泡在熔化的表面上，这就使得双重取代铁石榴石厚膜在晶片上生长。能够生长成直径尺寸达到3英寸的厚膜。
为了获得45°的法拉第旋转器，将这些膜研磨到特定厚度，附加抗反射涂层，然后切割为1-2mm的正方形以适合于隔离器。双重取代铁石榴石厚膜比YIG单晶体具有更大的法拉第旋转能力，必须使其按照100μm的量级变薄，因而需要更高精度的处理。
对于铋-取代钇-铁-石榴石(Bi-YIG)材料、薄膜和纳米粉末的生产和合成提供了更新的系统。位于5313 Peachtree IndustrialBoulevard，Atlanta，GA 30341(佐治亚州亚特兰大桃树工业大道531330341)的nGimat公司采用燃烧化学气相沉积(CCVD)法来产生薄膜涂层。在CCVD过程中，将前驱物融解在溶液中，前驱物是用于涂覆目标的含金属化学物，溶液典型的是易燃的燃料。采用特殊的喷嘴将该溶液雾化，以形成微小的液滴。然后，氧气流将这些液滴带到火焰中，并在其中被点燃。通过简单地将衬底(被涂覆的材料)拖到火焰前，而加上涂层。来自火焰的热量提供了气化液滴以及前驱物起反应而沉积(凝结)到衬底上所需的能量。
此外，已经采用了外延揭开(epitaxial liftoff)来实现多个III-IV和基本半导体系统的不均匀集成。然而，采用这些过程对很多其他重要材料系统的器件进行集成已经是困难的了。该问题的好的示例是在半导体平台上的单晶体过渡金属氧化物的集成，这是芯片上薄膜光学隔离器所需的系统。已经报道过在磁性石榴石中外延揭开的实现。深度离子注入用于在钆镓石榴石(GGG)上生长的单晶体钇铁石榴石(YIG)和铋-取代钇铁石榴石(Bi-YIG)外延层中产生埋入牺牲层(buried sacrificial layer)。注入所产生的破坏引起牺牲层和石榴石其他部分之间的巨大的蚀刻选择性。通过在磷酸中进行蚀刻，已经从原始GGG衬底上揭开了10微米厚的膜。已经将毫米尺寸的片转换为硅和砷化镓衬底。
此外，研究人员已经报告了他们称之为磁光光子晶体的多层结构，磁光光子晶体在748nm上显示比相同厚度的单层铋铁石榴石膜大140％的法拉第旋转。当前法拉第旋转器通常都是单晶体的或者取向附生膜的。然而，单晶体器件相当大，使得它们在诸如集成光学中的应用很困难。并且即使是膜显示器的厚度在500μm的量级上，也期望有可替换的材料系统。已经研究了铁石榴石，特别是铋和钇铁石榴石的堆积式膜的应用。设计用于750nm的光，堆积的特征在于70nm厚的铋铁石榴石(BIG)上面的81nm厚的钇铁石榴石(YIG)的四个异质外延层，279nm厚的BIG中心层，以及YIG上面的四个BIG层。为了制造该堆积，采用了使用LPX305i 248nm KrF受激准分子激光器进行的脉冲激光沉积。
如上所述，现有技术在大部分磁光系统中采用了特殊的磁光材料，但是还知道的是，通过产生必要的磁场强度来使用采用较少传统磁光材料(例如非PCF光纤)的法拉第效应-只要不危害通信规格。在一些情况中，采用制造后方法结合预先做的光纤，来提供特定的特殊涂层以用在特定磁光应用中。对于特殊磁光晶体和其他体型实现方式中也是一样，因为预先做的材料的制造后处理有时需要达到期望的结果。这种额外的处理增加了特制光纤的最终成本，并引入了另外的情况，在这些情况中，光纤可能不满足规格。由于很多磁应用典型地包括很少数量(典型地为1个或者2个)的磁光元件，因此每个单元的相对高的成本是可以容忍的。然而，随着所期望磁光元件数量的增加，最终成本(按照金钱和时间)增多，并且在使用几百或几千这样的元件的应用中，急需降低单元成本。
所需要的是可替换的波导技术，与现有技术相比，该技术的优势在于提高波导的影响辐射的特性对于外部影响的响应性，同时降低单元成本并增加工艺性、可重现性、一致性和可靠性。

发明内容
公开了一种用于衬底支持显示系统的装置和方法。该装置包括半导体衬底，该衬底支持多个集成波导结构，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；以及影响器系统，其响应于控制并连接到该波导结构以独立地控制在输出的辐射的振幅。一种操作方法包括a)经过衬底中支持并排列成显示矩阵的多个波导结构中的每一个，传播辐射信号，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于从输入传播辐射信号到输出；b)独立地控制相应的波导结构的输出的每个辐射信号的振幅；以及c)调整关于多个波导结构的辐射信号振幅控制以便从一系列该振幅控制的辐射信号总体地确定显示系统。
本发明的另一个实施例是关于制造方法，所述方法包括a)将多个波导结构放置到衬底中，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；b)响应于控制，使影响器系统接近波导结构，以独立地控制在输出的辐射信号振幅；以及c)使多个波导结构的输出排列到显示矩阵中。
本发明的装置、方法、计算机程序产品以及传播的信号提供了采用已修改的并且成熟的波导制造工艺的优点。在优选实施例中，波导是一种光学传送器，优选地是一种光纤或波导通道，适于在保持辐射的所需属性的同时通过包含光学活性的成分来增强影响器的短程特性影响特征。在优选实施例中，待影响的辐射的特性包括辐射的偏振状态，影响器使用法拉第效应，通过使用可控制的、可变的磁场来控制偏振旋转角，其中该磁场平行于光学传送器的传输轴来传播。光学传送器这样被构成，以便能够使用在很短的光程之上的低磁场强度来快速控制偏振。最初控制辐射，以便产生具有一个特定偏振的波分量；该波分量的偏振受到影响，以便使第二偏振滤波器响应于影响效应来调制所发出的辐射的振幅。在优选的实施例中，这种调制包括抑制所发出的辐射。所并入的专利申请，优先权申请和相关申请，公开了法拉第结构的波导、法拉第结构的波导调制器、显示器以及其它的与本发明协同工作的波导结构和方法。
成熟且高效的光纤波导制造工艺在这里作为本发明的一部分公开，其用于在制造低成本、一致的、高效的磁光系统元件中使用，该工艺提供了一种可选择的波导技术，该技术具有优于现有技术的优点，用于增强波导的辐射影响特性对外部影响的响应性，同时降低单位成本并提高可制造性、再现性、一致性以及可靠性。
附图简述

图1是本发明的优选实施例的总体示意性平面图；图2是图1所示优选实施例的特定实现的详细示意性平面图；图3是图2所示优选实施例的侧视图；图4是显示器组件的优选实施例的示意性方框图；图5是图4所示前面板的输出端口的一种布置；图6是对于图2所示结构波导的一部分的本发明的优选实施例的示意性表示；图7是代表性波导制造系统的示意性方框图，用于制造本发明的波导的粗加工成品的优选实施例；图8是用于制造本发明的优选实施例的代表性光纤拉制系统的示意图。
图9是根据本发明优选实施例的横向集成调制器开关/连接元件的总体性示意图。
图10是图9所示的横向集成调制器开关/连接元件的一系列制造步骤的总体性示意图；图11是“垂直”显示系统的总体性示意图；图12是图11所示的带的一部分的详细示意图；图13是在半导体结构中使用垂直的波导通道实现半导体波导显示/投射器的垂直方案的显示系统的替代优选实施例；图14是示出了连续地构成了“线圈管”图案的两层(第一层和第二层)的示意图；图15是在半导体结构中使用平面的波导通道实现半导体波导显示/投射器的平面方案的显示系统的替代优选实施例；图16是传送器/影响器系统1600的横截面，该系统集成到半导体结构中用于传播辐射信号1605，并且与偏转机制1610结合在一起，该偏转机制将波导/影响器“旋转”的光从水平面再定向到垂直平面；图17是图15所示的显示系统的示意图，其进一步说明了产生单一像素的三个子像素通道；以及图18示出用于系统中波导路径结构的可选实施方案的优选实施例。
具体实施例方式
本发明涉及一种替代的波导技术，该技术具有优于现有技术的优点，用于增强波导的辐射影响特性对外部影响的响应性，同时降低单位成本并提高可制造性、再现性、一致性以及可靠性。下面的描述能够使本领域的普通技术人员制造并使用本发明，并且这些描述是在专利申请及其需求的上下文中提供。这里所描述的优选实施例、一般性原则和特征的各种改变对本领域的技术人员是显而易见的。这样，本发明不会被限制于所示出的实施例，而与这里所描述的原则和特征所一致的最宽的范围是相符合的。
在下面的描述中，本发明的上下文中有3个术语具有特定的含义(1)光学传送器，(2)特性影响器以及(3)熄灭。对于本发明，光学传送器是一种波导，其特别适于在保持辐射的所需属性时增强影响器的特性影响特征。在一个优选实施例中，待影响的辐射特性包括其偏振旋转状态，影响器使用法拉第效应，通过使用可控制的、可变的磁场来控制偏振角，其中该磁场平行于光学传送器的传输轴传播。该光学传送器这样被构成，以便能够使用通过很短的光程之上的低磁场强度来快速控制偏振。在某些特定的实现方式中，光学传送器包括光纤，在保持该光纤的导波属性的同时，对所传输的辐射的波长表现出高维尔德常数，并通过特性影响器，另外为辐射特性提供其高效构件以及协同效应。
特性影响器是一种实现由光学传送器所传输的辐射的特性控制的结构。在优选实施例中，特性影响器可操作地连接到光学传送器，在一种光纤形成的光学传送器的实现中，该光学传送器具有一个芯及一个或多个包层，优选地该影响器集成在/到一个或多个包层上，而不会显著地负面改变光学传送器的导波特性。在使用所传输的辐射的偏振特性的优选实施例中，特性影响器的优选实现方式是一种偏振影响结构，例如线圈、线圈管，或其它能够集成的结构，该结构通过使用一个或多个磁场(其中的一个或多个是可控制的)，支持/产生在光学传送器中的法拉第效应显示场(并因此影响所传输的辐射)。
本发明的结构化波导在某些实施例中用作调制器中的传送器，其控制所传播的辐射的振幅。调制器发出的辐射具有最大辐射振幅和最小辐射振幅，这由光学传送器中的特性影响器的交互所控制的。抑制简单地是指最小辐射振幅处于足够低的等级(适于特定的实施例)，所以可被描述为“关闭”或“黑色”或者其它表示缺少辐射的类型。换句话说，在某些应用中，当该级别达到实现或实施的参数要求时，级别足够低但仍可检测/辨认的辐射振幅可适当地确定为“已熄灭”。本发明通过在波导制造过程中使用沉积在传导区中的光学活性成分，提高了波导对影响器的响应。
图1是用于法拉第结构化波导调制器100的本发明的优选实施例的总体示意性平面图。调制器100包括光传送器105、可连接到传送器105的特性影响器110、第一特性元件120和第二特性元件125。
传送器105可以基于很多已知技术的光学波导结构实现。例如，传送器105可以是具有传导通道经过专门调整的光纤(常规的或者PCF的)，其中传导通道包括传导区域和一个或多个边界区域(例如芯和芯的一个或多个包层)，或者传送器105可以是体型器件或者具有一个或多个这种传导通道的衬底的波导通道。基于要被影响的辐射特性的类型和影响器110的性质对常规波导结构进行修改。
影响器110是用于表现对通过传送器105和/或在传送器105上传输的辐射的特性影响(直接或者间接地，例如通过所公开的效应)的结构。很多不同类型的辐射特性可能受到影响，并且在很多情况下，用于影响任何给定特性的特定结构可以随实现方式的不同而改变。在优选实施例中，可以用于依次控制辐射输出振幅的特性是影响所期望的特性。例如，辐射偏振角度是可能受到影响的一个特性，并且是能够用于控制所传输的辐射振幅的特性。另一种元件的使用，例如固定偏振器，会基于与偏振器的传输轴相比的辐射偏振角度来控制辐射振幅。在该示例中，对偏振角度的控制改变了所传输的辐射。
然而，应该理解的是，其他类型的特性也可以受到影响，并可以用于控制输出振幅，例如辐射相位或者辐射频率。典型地，其他元件与调制器100一同使用，以基于特性的性质和对特性的影响的类型和等级，控制输出振幅。在一些实施例中，可能期望对除振幅之外的辐射的另一种特征进行控制，所述特征可能要求对除了已经确定的那些特性之外的辐射特性进行控制，或者可能要求对特性进行不同的控制，以实现对所期望属性的所期望控制。
法拉第效应仅仅是在传送器105中实现偏振控制的一种方法的一个示例。法拉第偏振旋转影响的优选实施例的影响器110使用了接近或者在传送器105中/上集成的可变和固定磁场的组合。期望产生这些磁场，从而控制磁场定向为平行于通过传送器105传输的辐射的传播方向。对磁场相对于传送器的方向和振幅的适当控制达到了对辐射偏振角度的影响的所期望等级。
在该特定示例中优地选为，将传送器105构造为提高/最大化影响器110对所选定特性的“可影响能力”。对于采用法拉第效应的偏振旋转特性，对传送器105进行掺杂、成形、处理和/或者加工，以增加/最大化维尔德常数。维尔德常数越大，影响器110越容易能够在给定场强和传送器长度上影响偏振旋转角度。在该实现方式的优选实施例中，对维尔德常数的关注是主要任务，传送器105的波导方面的其他特征/属性/特点是次要的。在优选实施例中，影响器110是与传送器105集成的，或者是通过波导制造工艺(例如，粗加工成品制造和/或者拉制工艺)与传送器105“强相关”的，尽管一些实现方式可能提供其他方式。
元件120和元件125是用于选择/过滤/操作要受到影响器110影响的所期望辐射特性的特性元件。元件120可以是滤波器，其被用做“选通”元件，以传递具有对于适当特性的所期望状态的输入辐射的波分量，或者它可以是“处理”元件，以使得输入辐射的一个或多个波分量符合对于适当特性的所期望状态。将来自元件120的选通/被处理的波分量提供给光传送器105，并且特性影响器110可控地影响如上所述的被传送的波分量。
元件125是与元件120的合作结构，并且作用在受影响的波分量上。元件125是基于波分量的特性状态、传递WAVE_OUT并控制WAVE_OUT的振幅的结构。该控制的性质和细节涉及来自元件120的将受影响的特性和特性的状态以及初始状态如何受到影响器110影响的细节。
例如，当要受到影响的特性是波分量的偏振特性/偏振旋转角度时，元件120和元件125可以是偏振滤波器。元件120选择一种特定类型的偏振用于波分量，例如右旋圆偏振。影响器110在辐射通过传送器105时，控制辐射的偏振旋转角度。元件125基于与元件125的传输角度相比的最终偏振旋转角度，对受到影响的波分量进行滤波。换句话说，当受到影响的波分量的偏振旋转角度与元件125的传输轴匹配时，WAVE_OUT具有高振幅。当受影响的波分量的偏振旋转角度与元件125的传输轴“交叉”时，WAVE_OUT具有低振幅。在该上下文中的交叉指与常规偏振滤波器的传输轴相比，旋转角度偏离了大约90度。
此外，可以建立元件120与元件125的相对方向，以便缺省条件下造成WAVE_OUT的最大振幅、WAVE_OUT的最小振幅或者这之间的其他值。缺省条件指没有来自影响器110的影响的输出振幅的量。例如，通过将元件125的传输轴设定为相对于元件120的传输轴成90度，对于优选实施例，缺省条件会是最小振幅。
元件120和元件125可以是分立部件，或者这两个结构之一或者两者均可以集成到传送器105上或者传送器105中。在一些情况下，在优选实施例中，这些元件可以位于在传送器105的“输入端”和“输出端”，而在其他实施例中，这些元件可以分布在传送器105的特定区域中或者遍布传送器105。
在操作中，辐射(显示为WAVE_IN)是入射到元件120的，并且对适当的特性(例如右旋圆偏振(RCP)旋转分量)进行选通/处理，以将RCP波分量传递到传送器105。传送器105传输RCP波分量，直到它与元件125相互作用并传递波分量(显示为WAVE_OUT)。入射WAVE_IN典型地具有多个偏振特性的正交状态(例如右旋圆偏振(RCP)和左旋圆偏振(LCP))。元件120产生偏振旋转特性的特定状态(例如，传递正交状态之一并阻塞/偏移其他状态，从而仅仅传递一个状态)。影响器110响应控制信号，影响所传递波分量的该特定的偏振旋转，并可以按照控制信号指定的那样对其进行改变。优选实施例中的影响器110能够影响大约90度范围上的偏振旋转特性。然后，当波分量已经受到影响时，元件125与波分量相互作用，从而允许在波分量偏振旋转与元件125的传输轴相匹配时将WAVE_IN的辐射振幅从最大值进行调制，并且在波分量偏振与该传输轴“交叉”时从最小值进行调制。通过使用元件120，优选实施例的WAVE_OUT的振幅可以从最大电平变化到熄灭电平。
图2是图1所示优选实施例的具体实现方式的详细示意性平面图。尽管本发明并不局限于该特定示例，对该实现方式进行特别描述以简化论述。图1所示的法拉第结构波导调制器100是图2所示的法拉第光调制器200。
调制器200包括芯205、第一包层210、第二包层215、线圈或线圈管220(线圈220具有第一控制节点225和第二控制节点230)，输入元件235和输出元件240。图3是图2所示优选实施例中的元件235与元件240之间截取的剖面图，其中相同的数字具有相同或对应的结构。
芯205可以包含通过标准光纤制造技术(例如通过真空沉积方法的变型)添加的一个或多个以下掺杂物(a)颜色染料掺杂物(使得调制器200对来自源照明系统的光进行有效地颜色滤波)，和(b)光学活性掺杂物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他掺杂物，用于增加芯205的维尔德常数，以在存在主动磁场的情况下实现有效的法拉第旋转。在制造过程中对光纤加热或者加压，从而在芯205中添加孔或者不规则形状，以进一步提高维尔德常数和/或者实现非线性效应。这里为了简化论述，所述论述主要集中在非PCF波导上。然而，在该论述的范围内，PCF变型可以替代非PCF波长实施例，除非该范围明显与这种替代相反。对于PCF波导来说，使用可以填充和掺杂的选择波长的带隙耦合或纵向结构/空隙实现颜色滤波，胜于使用颜色染料掺杂物。因此，无论何时结合非PCF波导对颜色滤波/染料掺杂进行论述，当合适的时候，都替代对PCF波导使用选择波长的带隙耦合和/或填充和掺杂。
很多硅石光纤制造为掺杂物相对硅石的百分比是高等级的(该等级大约是50％的掺杂物)。在其他类型光纤的硅石结构中的当前掺杂物浓度在数十微米距离上实现了大约90度旋转。常规光纤制造在提高掺杂物浓度方面(例如可以通过市场从JDS Uniphase买到的光纤)和在控制掺杂物分布方面(例如可以通过市场从Corning公司买到的光纤)持续实现改进。芯205实现了光学活性掺杂物的足够高并且受控的浓度，以提供在微米量级距离上具有低功率的必要的快速旋转，并且当实现进一步改进时，这些功率/距离的值会持续降低。
采用铁磁性单分子磁体对第一包层210(在优选实施例中可选)进行掺杂，当第一包层210处于强磁场下时被永久磁化。第一包层210的磁化可以在附到芯205上或者在预成形之前进行，或者在调制器200被拉制之后(完成芯、包层、涂层和/或元件)进行。在该过程中，粗加工成品或者所拉制的光纤通过与芯205的传输轴有90度偏移的强永久磁场。在优选实施例中，通过作为光纤牵引装置的元件的电磁体实现该磁化。第一包层210(具有永久磁性特性)用于使得光学活性芯205的磁畴饱和，但是并不改变通过光纤200的辐射的旋转角度，这是由于来自层210的磁场方向是在传播方向的直角上。所并入的临时申请描述了通过对晶体结构中的非最佳晶核进行粉碎，来对掺杂铁磁性包层的方向进行优化的方法。
由于发现单分子磁体(SMM)在相对高的温度下可被磁化，所以这些SMM的使用优选地是作为掺杂物。这些SMM的使用允许较高掺杂浓度的生产和掺杂分布的控制。市场上可以买到单分子磁体的示例和方法是来自于科罗拉多州丹佛市的ZettaCore公司。
采用亚铁磁性材料或者铁磁性材料对第二包层215进行掺杂，并且其特征在于具有适当的磁滞曲线。在产生必要场时，优选实施例采用“短”曲线，并且该曲线也是“宽的”和“扁的”。当通过由临近的场产生元件(例如线圈220)所产生的磁场使得第二包层215饱和时，第二包层215很快达到对于调制器200所期望的旋转角度来说合适的磁化等级，其中所述场产生元件本身通过来自例如开关矩阵驱动电路的控制器(未示出)的信号(例如控制脉冲)进行驱动。此外，第二包层215将磁化保留在该等级上或者充分接近该等级，直到随后的脉冲或者增加(相同方向的电流)、更新(没有电流或者+/-维持电流)、或者降低(反向电流)该磁化级别。被掺杂的第二包层215的该剩余磁通量随着时间保持适当的旋转角度，而不是通过影响器110(例如线圈220)持续施加场。
在适当的过程步骤上，对被掺杂的亚铁/铁磁性材料的适当修改/优化可以进一步受到包层的离子轰击的影响。参考题目为“METHODOF DEPOSITING A FERROMAGNETIC FILM ON A WAVEGUIDEAND A MAGNETO-OPTIC COMPONENT COMPRISING A THINFERROMAGNETIC FILM DEPOSITED BY THE METHOD”并转让给法国巴黎的阿尔卡特(Alcatel)的美国专利No.6,103,010，其中，采用离子束在某一入射角度上对采用气相方法在波导上沉积的铁磁性薄膜进行轰击，对优选晶体结构中的非规则核进行粉碎。晶体结构的改变是现有技术中的已知方法，并且所述改变可以用于所加工的光纤中或者被掺杂的粗加工成品材料上的被掺杂硅石包层。该’010专利在此清楚地引入作为参考。
与第一包层210类似，已开发的并在相对高温度上可被磁化的合适的单分子磁体(SMM)，将优选地作为优选实施例中的用于第二包层215的掺杂物，以允许较高的掺杂浓度。
优选实施例的线圈220是在光纤200上或者光纤200中集成制造的，以产生初始磁场。该来自线圈220的磁场使得通过芯205传输的辐射的偏振角度旋转，并对第二包层215中的亚铁/铁磁性掺杂物进行磁化。这些磁场的组合使得所期望的旋转角度保持所期望的一段时间(如这里所并入的相关专利申请之一所述、当光纤200的矩阵共同形成显示器的图像帧的时间)。为了描述本发明，将“线圈管”定义为类似线圈的结构，这是因为多个导电段相互平行放置，并且相对光纤轴为直角。当材料性能提高时，-即，当由于较高维尔德常数的掺杂物而使得被掺杂的芯的有效维尔德常数增大时(或者在增大的结构修改时，包括引入非线性效应的那些修改)-对围绕光纤元件的线圈或者“线圈管”的需求就可以降低或者消除，较简单的单频带或者高斯圆柱体结构就是实用的。这些结构当用作这里所述的线圈管的功能时，也包含在线圈管的定义中。
当考虑确定法拉第效应的等式的变量场强、施加场的距离和旋转介质的维尔德常数时，一个结果是使用调制器200的结构、部件和/或者器件能够补偿产生较小强度磁场的材料所形成的线圈或者线圈管。通过使调制器更长，或者通过进一步增大/提高有效的维尔德常数，可以实现补偿。例如，在一些实现方式中，线圈220采用的导电材料是比金属线效率差的导电聚合体。在另外的实现方式中，线圈220采用更宽但是更少的绕组，否则就与更加有效的材料一起使用。在其他例子中，例如，当通过合适的过程制造线圈220但是生产线圈220的工作效率较低时，采用其他参数进行必要补偿以实现合适的整体操作。
在设计参数-光纤长度、芯的维尔德常数以及场产生元件的峰值场输出和效率-之间存在折衷。考虑到这些折衷，而制造完整成形的线圈管的四个优选实施例，包括(1)扭绞光纤以实现线圈/线圈管，(2)用印有导电图案的薄膜外延包裹光纤，以实现多个绕组层，(3)通过浸蘸笔纳米平板印刷术(dip-pen nanolithography)在光纤上印制以制造线圈/线圈管，以及(4)将线圈/线圈管缠绕上具有涂层/被掺杂的玻璃光纤，或者替代地具有金属涂层或者没有涂层的导电聚合体，或者金属线。在以上所参考的相关的和并入的临时申请中描述了这些实施例的进一步细节。
节点225和节点230接收用于在芯205、包层215和线圈220中产生必要磁场的信号。在简单实施例中，该信号是具有适当大小和持续时间的DC(直流)信号，以产生所期望的磁场并对通过调制器200传播的WAVE_IN辐射的偏振角度进行旋转。当使用调制器200时，控制器(未示出)可以提供该控制信号。
在优选实施例中，输入元件235和输出元件240是偏振滤波器，作为分立部件或者集成到芯205中/上。输入元件235作为偏振器可以采用很多不同的方法实现。可以采用允许单一偏振类型(特定圆偏振或者线性偏振)的光通过而进入到芯205中的各种偏振机制；优选实施例采用了外延沉积到芯205的“输入”端的薄膜。替代的优选实施例在波导200上采用了市场上可以买到的纳米量级的微构造(microstructuring)技术，以实现偏振滤波(例如对芯205中的硅石或者所并入的临时申请中所描述的包层的修改)。在有关来自一个或者多个光源的光的有效输入的一些实施例中，优选照明系统可以包括空腔，其允许对“错误的”初始偏振的光进行重复反射；因此最终所有的光都成为有效的或者“正确的”偏振。或者，尤其是根据照明源到调制器200的距离，可以采用保持偏振的波导(光纤、半导体)。
优选实施例的输出元件240是“偏振滤波器”元件，其对于缺省为“关闭”的调制器200的输入元件235的方向，有着90度的偏移。(在一些实施例中，通过排列输入元件和输出元件的轴，可以将缺省设置为“打开”。类似地，通过输入元件和输出元件与来自影响器的合适控制的适当的相互关系，可以实现其他缺省情况，例如50％振幅。)元件240优选地为外延沉积到芯205的输出端的薄膜。可以将输入元件235和输出元件240配置为不同于这里所述的采用其他偏振滤波器/控制系统的配置。当要影响的辐射特性包括除辐射偏振角度之外的特性时(例如相位或者频率)，使用其他输入和输出功能以对如上所述的所期望特性进行适当的选通/处理/滤波，以响应影响器对WAVE_OUT的振幅进行调制。
图4是显示器组件400的优选实施例的示意性方框图。组件400包括多个图像元件(像素)的集合，每个图像元件都由例如图2所示的波导调制器200i，j产生。用于控制调制器200i，j的每个影响器的控制信号由控制器405提供。辐射源410提供用于调制器200i，j进行输入/控制的源辐射，并且可以使用前面板将调制器200i，j排列为所期望的图案和/或者可选择地提供一个或多个像素的输出后处理。
辐射源410可以是单色白平衡的或者独立的RGB/CMY调谐源(一个或多个)或者其他合适的辐射频率。一个或多个辐射源410可以远离调制器200i，j的输入端，临近这些输入端，或者集成到调制器200i，j上/中。在一些实现方式中，采用单一源，而其他实现方式可以采用几个或者更多源(并且在一些情况下，每个调制器200i，j有一个源如上所述，调制器200i，j的光传送器的优选实施例包括特定光纤形式的光通道。但是半导体波导、波导孔或其他光波导通道，包括“在深度上”穿过材料而形成的通道或区域，也包含在本发明的范围内。这些波导元件是显示器的基本成像结构，并且整体地结合了振幅调制机制和颜色选择机制。在FPD实现方式的优选实施例中，每个光通道的长度优选地在大约数十微米级别上(尽管该长度可能不同于这里所述的长度)。
优选实施例的一个特征在于，光传送器的长度短(在大约20mm的级别上以及更短)，并且在有效维尔德值增加和/或磁场强度增加时能够继续缩短。显示器的实际深度将随通道长度而变化，但是由于光传送器是波导，因此从源到输出的路径(路径长度)不需要是线性的。换句话说，在一些实现方式中，实际路径可以弯曲，以提供甚至更浅的有效深度。如上所述，路径长度是维尔德常数和磁场强度的函数，并且优选实施例在提供几个毫米甚至更短的非常短的路径长度的同时，在一些实现方式中也可以采用较长的长度。由影响器确定必要长度，以实现对于输入辐射的所期望的影响/控制的等级。在经过偏振的辐射的优选实施例中，该控制能够实现大约90度的旋转。在一些应用中，当熄灭电平较高(例如较亮)时，则可以采用较小的旋转，其缩短了必要路径长度。因此，路径长度还受到对波分量的所期望影响等级的影响。
控制器405包括用于合适的开关系统的构造和组件的多个可选方案。优选实现方式不仅包括点对点控制器，它还包括结构性地合并和保持调制器200i，j的“矩阵”，并对每个像素进行电子寻址。在光纤的情况中，光纤组件的固有性质是实现纤维元件的全光纤、纺织结构和适当寻址。可变型网孔或者固体矩阵是利用附带装配方法的替代结构。
优选实施例的一个特征在于，可以对一个或者多个调制器200i，j的输出端进行处理，以改善其应用。例如，波导结构的输出端，尤其是在实现为光纤时，可以被加热处理，并被牵引以形成锥形末端，或以其它方式对其进行磨损、缠绕或者定形，以提高在输出端的光散射，从而改善在显示器表面的可视角度。可以采用类似的或者不同的方法对一些和/或所有的调制器输出端进行处理，以共同地产生实现所期望结果的期望输出结构。例如，可以通过对一个或者多个输出端/相应面板位置的处理，控制或者影响来自一个或者多个像素的WAVE_OUT的各种焦点、衰减、颜色或者其他属性。
前面板415可以是简单地是面向偏振部件的一块光学玻璃或者其他透明光学材料，或者它可以包括额外的功能性和结构性特征。例如，面板415可以包括传导装置或者其他结构，以将调制器200i，j的输出端排列为相对于相邻调制器200i，j的所期望的相对方向。图5是图4所示的前面板415的输出端口500的一种布置的示图。其他布置也是可能的，取决于所期望的显示器(例如，圆形、椭圆形或者其他规则/不规则几何形状)。当应用需要时，有源显示区不必一定是连续像素，因此在适当时，可以是环形或者“圆环形”显示器。在其他实现方式中，输出端口可以在一个或者多个像素上聚焦、散射、滤波或者执行其他类型的输出后处理。
显示器或者投影机表面的光学几何形状可以自己改变，其中波导末端被端接在所期望的三维平面(例如曲线平面)上，所述平面允许进而采用额外的光学元件和透镜(可以包含其中的一些作为面板415的部分)的额外聚焦能力。一些应用可能需要很多凹面区域、平面和/或者凸面区域，每个都具有不同的曲度和方向，并具有本发明提供的适当的输出形状。在一些应用中，特定的几何形状不需要固定，而是可以动态变化的，以根据需要改变型状/方向/尺寸。本发明的实现方式还可以生产各种类型的触摸显示器系统。
在投射系统实现方式中，辐射源410、具有连接到多个调制器200i，j的控制器405的“开关组件”和前面板415可以受益于以下情况将其容纳在截然不同的模块或者单元中，并且相互之间存在一定距离。对于辐射源410，在一些实施例中，有益地是将照明源与开关组件分离，这是由于通常需要用于对巨大剧院屏幕进行照明的高振幅光类型所产生的热量。即使在使用多个照明源，对另外集中在例如单氙气灯上的热量输出进行分配时，热量输出仍然足够大，最好将开关和显示元件分离。因此，将照明源容纳在具有吸热和冷却元件的隔热容器中。然后，光纤会将光从分离的或者单一的源传递到开关组件，并且然后将其投射到屏幕上。屏幕可以包括前面板415的一些特征，或者在对适当的表面进行照明之前使用面板415。
开关组件与投射/显示表面的分离可以具有其自身的优点。将照明和开关组件放置在投影系统底座中(对于FPD也是一样)能够减小投影TV箱体的深度。或者，可以将投影表面包含在薄灯形杆顶部的紧凑球形物中，或者从天花板依靠电缆悬挂着，在前面的投影系统采用反射织物屏幕。
除了别的潜在优点和配置之外，对于剧院投影来说，依靠来自地板上单元的波导结构，将开关组件形成的图像上行传输到投影窗口区域上的小型终端光学单元的可能性，要求空间利用策略以在相同的投影空间内容纳传统电影放映机和优选实施例的新投影机。
波导带的整体结构可以实现高分辨率成像，其中每个波导带都在带上具有并排排列或者粘附的几千个波导。然而，在优选实施例中，“体型”光纤部件结构也可以实现必要的小投影表面区域。单模光纤(尤其是没有对外部通信电缆的耐久性性能需求)具有足够小的直径，以使得光纤的截面面积非常小并且适合于作为显示像素或者子像素。
此外，期望集成光学制造技术能够在单半导体衬底或者芯片(大块单片的或者表面的)的制造中完成本发明的衰减器阵列。
在熔融光纤投影表面，熔融光纤表面可以被研磨，以实现用于将图像聚焦在光学阵列上的曲率；可以替换的是，采用粘合剂连接或以其它方式结合的光纤末端可以具有成形的顶端，并且如果必要，则可以把其端点排列称为成型的矩阵的形式，以实现弯曲的表面。
对于投影电视或者其他非剧场投影应用，将照明与开关模块与投影机表面分离的选项提供了实现更小体型投影电视箱体结构的新颖方法。
图6是对于图2所示的结构波导205的部分600的本发明的优选实施例的示意性表示。部分600是波导205的辐射传播通道，通常地为传导通道(例如光纤波导的芯)，但是其可以包括一个或者多个边界区域(例如，光纤波导的包层)。其他导波结构具有不同的特定机制，用于提高沿着波导的通道区域传输轴传播的辐射的导波。波导包括光子晶体光纤、结构材料的特定的薄膜叠层以及其他材料。波导的特定机制可以随波导而改变，但是本发明可以适用不同的结构。
为了本发明的目的，术语传导区域或者传导通道与边界区域指用于提高沿着通道的传输轴的辐射传播的协作结构。这些结构不同于缓冲器或者涂层或者波导的制造后加工。原理的不同在于，边界区域典型地能够传播通过传导区域传播的波分量，而波导的其他部件则不行。例如，在多模光纤波导中，较高能级模式的主要能量是通过边界区域传播的。不同的一点在于，传导区域/边界区域对于正在传播的辐射基本上是透明的，而其他支持结构通常是基本不透明的。
如上所述，影响器110与波导205协同工作，以在波分量沿着传输轴传输时，影响正在传播的波分量的特性。因此假设部分600具有影响器响应属性，并且在优选实施例中，该属性特别被配置以提高正在传播的波的特性对于影响器110的响应性。如任何特定实现方式需要的，部分600包括布置在传导区域和/或者一个或多个边缘区域的多种成分(例如，稀土掺杂物605、孔610、结构的不规则形状615、微型泡620和/或者其他元件625)。在优选实施例中，部分600的长度可以非常短，在很多情况下小于大约25毫米，并且如上所述，有时比该长度还要短很多。对通过这些成分而提高的影响器响应属性，针对短长度的波导进行优化(例如，与针对千米量级甚至更高量级的长度进行优化的通信光纤对比，包括衰减和波长散射)。针对不同应用而进行优化的部分600的成分，可能严重降低波导通信应用的质量。所述成分存在的目的不是要降低通信应用的质量，但是本优选实施例的重点在于通过通信属性而提高影响器响应属性，这就可能发生这种质量降低，并且这不是优选实施例的缺点。
本发明考虑到存在很多不同的波特性，这些波特性可能受到不同结构的影响器110的影响；优选实施例的目标是部分600的与法拉第效应相关的特性。如上所述，法拉第效应使得偏振旋转响应平行于传播方向的磁场而发生改变。在优选实施例中，当影响器110产生平行于传输轴的磁场时，在部分600中，旋转量取决于磁场强度、部分600的长度和部分600的维尔德常数。所述成分提高了部分600对于该磁场的响应性，例如通过增加部分600的有效维尔德常数。
在本发明的波导制造与特征中的范例变化的一个重要意义在于，对制造千米长度的光学上纯净的通信级波导所使用的制造方法的修改，使得能够制造便宜的千米长度的潜在光学上不纯净(但是光学活性的)的影响器响应的波导。如上所述，优选实施例的一些实现方式可以采用按照这里所公开的那样进行修改的无数长度非常短的波导。通过从由这里所述的较长的已制备波导中(例如切开)所产生的较短波导形成这些集合，来实现成本的节省和其他功效/优点。这些成本的节省和其他功效与优点包括以下优点采用成熟制造技术，并且采用的设备能够克服采用离散的常规制备的磁光晶体作为系统元件的磁光系统的很多缺点。例如，这些缺点包括高生产成本、大量磁光晶体之间缺乏一致性和单个元件的相对较大的尺寸，所述尺寸限制了单个部件的集合的尺寸。
优选实施例包括光纤波导和光纤波导制造方法的变型。最普通的是，光纤是透明(有所需波长)电介质材料(典型地为玻璃或者塑料)的细丝，并且传导光的截面通常是圆形的。对于早期的光纤来说，圆柱形芯被类似几何形状的包层围绕着，并且与其紧密接触。这些光纤通过为芯提供比包层略大的折射率来传导光。其他光纤类型提供不同的传导机制-在本发明的环境中，感兴趣的光纤类型包括如上所述的光子晶体光纤(PCF)。
硅石(二氧化硅(SiO2))是制备最普通的通信等级光纤的基本材料。硅石可以是结晶或者非结晶形，并且天然为非纯净态，例如石英和沙子。维尔德常数是描述特定材料的法拉第效应强度的光学常数。包括硅石在内的大多数材料的维尔德常数是非常小的，并是波长相关的。在含有诸如铽(Tb)之类的顺磁性离子的材料中维尔德常数非常强。在铽掺杂重火石玻璃中或者在铽镓石榴石(TGG)晶体中具有高维尔德常数。通常该材料具有优良的透明特性，并且非常抗激光损伤。尽管法拉第效应不是彩色的(即它不取决于波长)，但是维尔德常数是非常彻底的波长的函数。在632.8nm，TGG的维尔德常数为-134radT-1，而在1064nm，其下降到-40radT-1。该行为意味着，在一个波长上以特定旋转度制造的器件，在较长的波长上会产生较小的旋转。
在一些实现方式中，成分可以包括光学活性掺杂物，例如YIG/Bi-YIG或者Tb或者TGG或者其他性能最佳的掺杂物，其提高波导的维尔德常数，以在存在有源磁场的情况下实现高效的法拉第旋转。在以下所述的光纤制造过程中进行加热或者加压，会通过在部分600中添加额外成分(例如孔或者不规则形状)而进一步提高维尔德常数。在常规波导中所使用的稀土用作传输属性元件的被动增强，并且其不用在光学活性应用中。
由于硅石光纤的制造中，掺杂物相对硅石的百分比是高等级的，高达至少50％的掺杂物，并且由于必要的掺杂物浓度已经在用于在几十个微米或者更小中实现90度旋转的其他类型的硅石结构中示出；以及在提高掺杂物浓度方面给出改进(例如可以通过市场从JDSUniphase买到的光纤)和在控制掺杂物分布方面给出改进(例如可以通过市场从Corning公司买到的光纤)，因此可以实现光学活性掺杂物的足够高和可控的浓度，以采用低功率在微米量级的距离上引起旋转。
图7是代表性波导制造系统700的示意性方框图，其用于制造本发明的波导粗加工成品的优选实施例。系统700代表改进化学气相沉积法(MCVD)过程，以产生称为粗加工成品的玻璃棒。从常规过程得到的粗加工成品是超高纯度的玻璃固体棒，精确复制所期望光纤的光学特性，但是具有放大两个量级甚至更大的线性尺寸。然而，系统700产生的粗加工成品不强调光学纯度而是对于影响器响应的短长度优化进行优化。典型地采用以下化学气相沉积(CVD)方法之一制造粗加工成品1.改进的化学气相沉积(MCVD)，2.等离子改进的化学气相沉积(PMCVD)，3.等离子化学气相沉积(PCVD)，4.外部气相沉积(OVD)，5.轴向气相沉积(AVD)。所有这些方法都基于形成氧化物的热化学蒸气反应，氧化物在旋转着的棒外部或者在玻璃管内部沉积为称为烟灰(soot)的若干层玻璃颗粒。在这些方法中发生相同的化学反应。
在氧气、被加热的起泡器705中每种液体和来自源710的气体的存在的情况下，对为Si和掺杂物提供源的各种液体(例如，原材料是SiCl4，GeCl4，POCl3和气态BCl3的溶液)进行加热。在由质量流量计715控制的氧气流中使这些液体汽化，并且采用所述气体，从硅石车床720中的生产玻璃的卤化物的燃烧中，形成硅石和其他氧化物。在气相中发生称为氧化反应的化学反应，如以下所示GeCl4+O2GeO2+2Cl2SiCl4+O2SiO2+2Cl24POCl3+3O22P2O5+6Cl24BCl3+3O22B2O3+6Cl2。
二氧化锗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。这些氧化物已知作为掺杂物。除了所示的这些之外，可以使用包括用于提高粗加工成品的影响器响应属性的合适成分的其他起泡器705。
在过程中改变混合物的成份影响粗加工成品的折射率分布和成分分布。通过混合阀715控制氧气流量，并且将反应物蒸气725吹入硅石管730，硅石管730包括在其中发生氧化的加热管735。氯气740从管735中吹出，但是氧化物混合物以烟灰745的形式沉积在管中。铁和铜杂质的浓度从原始液体中的大约10ppb降低到烟灰745中的小于1ppb。
采用来回移动的H2O2喷灯750对管735进行加热，并对管735进行旋转以使得烟灰745玻璃化为玻璃755。通过调节各种蒸汽725的相对流量，获得具有不同折射率的几个层，例如芯相对于包层，或者用于GI光纤的可变芯折射率分布。在完成层形成之后，对管735加热，将其皱缩成为具有圆形实体截面的棒，称为粗加工成品棒。在该步骤中，必要的是，棒的中心要完全填满材料并且没有空洞。然后将粗加工成品棒放到熔炉中以进行拉制，如将要结合图8所描述的。
MCVD的主要优点在于，反应和沉积发生在密闭空间中，因此不希望的杂质很难进入。光纤的折射率分布容易控制，并且对于SM光纤所必需的精确性也相对容易实现。设备是容易构建和控制的。所述方法的潜在的重要局限性在于管的尺寸从本质上限制了棒的大小。因此，该技术所形成的光纤典型地长度为35km，或者最大到20-40km。另外，在硅石管中的杂质，主要为H2和OH-，容易扩散进入光纤。而且，熔化沉积物以消除粗加工成品棒的空洞中心的过程，有时会造成芯中的折射率的降低，这就通常导致光纤不适合于通信用途，但是这不是本发明的环境中通常关心的。在成本和费用方面，所述方法的主要缺点在于沉积率相对较慢，这是因为它采用了非直接加热，即对管735进行加热而不是对蒸汽直接加热，以开始氧化反应并使得烟灰玻璃化。沉积率典型地为0.5到2g/分钟。
上述过程的变型制造掺杂稀土的光纤。为了制造掺杂稀土的光纤，过程开始于掺杂稀土的粗加工成品-典型地采用溶液掺杂过程制造。最初，主要由熔融硅石组成的光学包层沉积到衬底管的内部。芯材料还可以包括锗，然后在降低的温度下对芯材料进行沉积，以形成扩散可渗透层，其称为“玻璃料”。在玻璃料的沉积之后，该部分完成的粗加工成品在一端封闭，从车床移出并且引入所期望稀土掺杂物(例如钕、铒、钇等)的合适的盐的溶液。在固定时间周期内，保留该溶液以渗透玻璃料。在去掉任何多余溶液之后，将粗加工成品返回车床以对其进行干燥和加强。在加强过程中，在玻璃料中的空隙坍塌并且密封稀土。最后，将粗加工成品进行可控的坍塌，在高温下形成固体玻璃棒-使稀土结合在芯中。通常在光纤电缆中引入稀土不是光学活性的，即，对电或磁或其他干扰或场响应，以影响通过被掺杂的介质传播的光的特征。常规系统是目前对于提高稀土掺杂物百分比的当前需求的结果，其是由改善波导的“被动”传输特征(包括通信属性)的目的所驱动的。但是在波导芯/边界中的掺杂物百分比的提高对于影响优选实施例的混合物介质/结构的光学活性是有利的。如上所述，在优选实施例中，掺杂物与硅石之间的百分比比例至少为50％。
图8是用于从粗加工成品805中，例如从图7所示系统700中制造的一个粗加工成品中，制造本发明的优选实施例的代表性光纤拉制系统800的示意图。系统800将粗加工成品805转换为头发丝般细的细丝，典型地通过拉制来执行。粗加工成品805放置在进料装置810中，进料装置810附着在靠近拉丝机815的顶部。装置810放低粗加工成品805直到末端进入高纯度石墨熔炉820中。将纯净的气体喷入熔炉，以提供清洁并且导电的大气。在熔炉820中，严格控制的接近1900℃的温度软化粗加工成品805末端。一旦到达粗加工成品的末端软化点，重力就起作用并允许熔化的料块“自由下落”直到已经将其拉长为细线。
操作人员通过激光千分尺825和一系列用于制造传送器835的工艺站830x(例如用于涂层和缓冲器)使该光纤线形成丝，传送器835通过牵引器840缠绕在线轴上，并且开始拉制过程。采用位于拉丝机815底部的牵引器840拉出光纤，然后缠绕在卷筒上。在拉制过程中，采用最适宜温度对粗加工成品805进行加热以实现理想的拉制张力。在工业上每秒10-20米的拉制速度并非不常见。
在拉制过程中，所拉制光纤的直径控制在125微米，公差仅1微米。基于激光的直径标尺825监视光纤的直径。标尺825以超过每秒750次的速率对光纤直径进行采样。将直径的实际值与125微米的目标值进行比较。与目标之间轻微的偏差都会转换为拉制速度的改变，并输入牵引器840中进行修正。
工艺站830x典型地包括用于为光纤添加两层保护涂层-柔软的内部涂层和坚硬的外部涂层的模具。这两部分保护套提供了机械保护，以便在保护光纤的干净表面不受恶劣环境的影响的同时进行处理。这些涂层采用紫外灯固化，其作为相同的工艺站830x或者其他工艺站830x的部分。其他站830x在传送器835通过该站时，可以提供用于提高传送器835的影响器响应属性的装置/系统。例如，各种机械应力器、离子轰击或者其他用于引入影响器响应属性的机制增强了在拉制阶段的成分。
在缠在线轴上之后，测试所拉制的光纤以得到合适的光学和几何参数。对于传输光纤，通常首先测试抗张强度，以确保已经实现了光纤的最小抗张强度。在第一次测试之后，执行很多不同的测试，用于传输光纤的测试包括对传输属性的测试，其包括衰减(在距离上信号强度的减小)、带宽(信息运载能力；多模光纤的重要测量)、数字孔径(光纤的光可接受角度的测量)、截止波长(在单模光纤中，在截止波长之上的波长时，仅能够传输单模)、模场直径(在单模光纤中，光纤中光脉冲的辐射宽度；对于互连来说重要)以及色散(由于不同波长的射线采用不同速度通过芯而产生的光脉冲的散射；在单模光纤中，这是限制信息运载能力的因素)。
正如在此所描述的那样，本发明的优选实施例使用光纤当做传送器并且主要是通过“线性”法拉第效应来实现振幅控制。尽管法拉第效应是一种线性效应，其中传播辐射的偏振旋转角度变化基于应用该场的长度，直接与在传播方向上施加的磁场大小和通过其传播辐射的材料的维尔德常数相关。然而，在建立所希望的磁场强度的时候，在传送器中所使用的材料可以不具有对于感生磁场，例如，诸如来自影响器的此类的线性响应。在这个意义上，所传播的辐射的实际输出振幅响应所应用的来自控制器和/或影响器磁场和/或偏振的信号和/或其它调制器或者WAVE_IN的属性或特性可能是非线性的。为了当前的论述，根据一个或更多系统变量的调制器(或它的元件)的特性称为调制器(或它的元件)的衰减曲线。
纤维制造工艺持续发展，尤其是在改善掺杂浓度以及改善搀杂剂分布的处理、在生产运行期间对纤维周期性的掺杂、以及相关的工艺。美国专利6,532,774，Method of Providing a High Level of Rare EarthConcentrations in Glass Fiber Preforms，论证了改进的多掺杂剂的共同掺杂工艺。预期在掺杂剂浓度提高方面的成功可以直接改善掺杂的芯的线性维尔德常数、以及掺杂的芯的性能，以有助于非线性效应。
可以为特定的实施例定制任何给定的衰减曲线，例如通过控制调制器或其元件的组成、定向、和/或排序等。例如，改变构成传送器的材料可以改变传送器的“影响力”或改变影响器“影响”任何特定传播的波分量的程度。这只是元件衰减曲线的一个例子。优选实施例的调制器能使衰减平滑，其中，不同的波导通道具有不同的衰减曲线。例如在一些具有依赖偏振旋向性衰减曲线的实现中，调制器可以提供用于左旋偏振的波分量的传送器，所述分量具有不同于用作右旋偏振波元件的第二传送器的互补波导通道的衰减曲线。
除了以上描述用于传送器的不同材料组成的提供的论述之外，还存在用于调节衰减曲线的其它方法。在一些实施例中，波分量的产生/修改响应传播的辐射从WAVEV_IN传播到WAVE_OUT的经过的调制器元件的排序，可以不是严格“互易的”。在这些例子中，可以通过提供不同顺序的非互易元件来改变衰减曲线。这只是配置衰减曲线的一个实例。在其它实施例中，建立用于每一波导通道的不同“旋转偏置”产生了不同的衰减曲线。如上所述，有的传送器配置为在输入偏振器和输出偏振器/检偏器之间具有预定方向。例如，这个角可以是零度(通常定义“常开”通道)，或者它可以是九十度(通常定义“常断”通道)。任何给定的通道都可以在不同角位移区(即，从零到三十度、从三十到六十度、以及从六十到九十度)内具有不同的响应。不同的通道可以利用影响有关该偏置旋转的传播波分量的影响器偏置到(例如使用默认的“DC”影响器信号)不同的位移区中。这只是操作衰减曲线的一个实例。有几个支持具有多个波导通道以及为通道定制/匹配/补充衰减分布的理由。这些理由包括省电、效率以及WAVE_OUT的一致性。
位于相反极性的偏振元件之间，可变法拉第旋转器或法拉第“衰减器”在光程方向上施加可变场，使得这种装置旋转偏振的向量(例如，从0到90度)，允许通过第一偏振器的入射光的增加的部分通过第二偏振器。当没有施加场的时候，通过第一偏振器的光就完全被第二偏振器阻挡了。当施加合适的“最大”场时，该光100％被旋转至适当的偏振角，该光100％的穿过第二偏振元件。
在前公开的这些本发明优选的实施例，根据系统，是其元件、制造和组合方法，以及操作模式的优点，无论在结构上是刚性的或柔性的，都是非常薄及紧凑的，并且具有非常低的制造成本，并拥有较好的视角、分辨率、亮度、对比度和通常较好的性能特征。
对精纺制造技术领域的技术人员来说是显而易见的是，所公开的结构和方法没有穷尽本发明实施例的范围，而是包括织物的形式，基于所要求的在光纤元件中包括集成法拉第衰减元件和颜色选择的基于磁光显示器的元件的组合的三维编织开关矩阵织物制造的各种变型。
这里和并入的专利申请中公开的结构、组件和技术主要就本发明优选实施例的用于显示器等的系统和工艺进行了公开。然而，该结构、组件和技术具有其他适用范围，其中的某些已经在并入的专利申请中标明。为了对之前关于本发明所公开的集成光纤光电子元件设备的创造性意义所做的陈述进行扩展，很重要的一点是这种集成的元件部分的三维织物组合提出一个替代的范例，用于集成的光电子或电光子计算。它作为一个开关矩阵直接用于波分多路复用(WDM)系统，更广泛地说，作为替代的LSI和VLSI缩小的IC范例，最佳地和光电子及半导体电子元件组合。
同样地，优选实施例公开的设备及其制造方法具有内在广泛应用。当然，该优选实施例可采用另一种方式重新叙述，其具有有力的结论。考虑并入的临时申请的编织波导结构的另一种方法是“Three-dimensional fiber-optic textile-structured integrated circuitdevice”，其用于形成显示输出表面阵列。本发明的优选实施例的一个应用的实例在显示器的严格技术领域之外，即用于为场可编程的门阵列等等的织物光纤矩阵。用于集成元件的三维织物几何形状的组合优点；每个根据其强度实现的光子和电子的最佳组合；作为用于半导体元件和光子元件两者的高张力强度自衬底的光纤IC电势，该光纤具有多层包层和涂层在深度上实现“单片电路”结构，围绕光子芯进行缠绕并形成连续的表面结构；所有的这些效率和形成电光子纺织物块织物编织的制造成本，以及光纤的大批量制造的成本优点，提出了对平面半导体晶片范例的重要替代。
通过本发明的优选柔性波导通道实施例引入的新范例，允许在三维微织物矩阵中组合光纤和其它导电的IC结构光纤和细丝。如这里所公开的，较大直径的光纤可以具有集成制造的包层内和包层间的完整微处理器设备；较小的光纤可以具有较小的IC设备；作为光子晶体光纤和其它光纤结构，特别地是单模光纤，接近纳米级的直径，单独的光纤沿它们的圆柱长度只能集成少量IC特征/元件。这样，复杂的微织物矩阵可以用各种直径的光纤来编织，与其它包括导电或结构化的纳米光纤细丝组合，它们也可以用周期的IC元件在包层内或包层间来制造。纤维可以是较大光子循环器结构的元件，可以被熔融或结合回到微光学网络中。
这种微织物矩阵的纤维也可以用具有相同折射系数的芯和包层来制造，包括透明的IC结构，包括线圈管/场产生元件、电极、晶体管、电容器等等，因此编织的织物结构可以用溶胶来注入，当其凝固时具有所要求的差别折射系数，因此当其固化时，光纤内/细丝内溶胶代替单独的包层。
这个过程可通过对微纺织物结构用静电子自组合的纳米粒进行连续浸泡而进一步发展。分离细丝线的织机动作可以在编织时促进光纤和细丝图案的形成，尽管在编织前或当光纤或细丝处于半平行组合时形成图案更柔软。通过这些和其它材料工艺领域公知的方法，控制光纤内溶胶的结构以便非常利于光纤接点中间的光抽头和光子带间隙开关(参见1999年1月25日申请的题为“Transistor UtilizingPhotonic Band-Gap Material And Integrated Circuit Device ComprisingSame”的美国专利6,278,105，其在此全部并入作为参考)的潜在应用是显而易见的。集成的法拉第衰减器光纤也作为在这种IC结构中的存储器元件，意味着其可用作LSI和VLSI规模结构中的缓冲器的可能。现场可编程门阵列(FPGA)是实现这种IC体系结构范例的广阔领域。
具有光纤和其它微细丝的编织微织物结构的“可用”复杂度将随着不破坏光纤的导波的最大弯曲的角的增加而改善；近来所报道的对由深海生物体生长的薄毛细状光纤属性的研究揭示了一类光波导结构，该结构可以被缠绕和弯曲到对折点。因此，这里所公开的微织物IC系统类型的三维编织将包括非直线的编织-例如现有技术公知的复杂编织涡轮结构所公开的组合曲线三维编织-并且通常微纺织物设备类和这里所公开的制造方法包含已知的和待开发的精确的三维编织几何形状的全部范围。
具有小直径光纤和细丝的微织物范例的进一步发展，将被认为是通过使用商业上用的纳米集合方法来发展，特别是来自1321 NorthPlano Road，Richardson，Texas的Zyvex公司，其纳米操作技术可以使用本发明的修改以提供这里所描述的用于编织挠性波导通道的“纳米织机(nanoloom)”系统。除了Zyvex公司，还有来自316 NorthMichigan Avenue，Suite CL20，Chicago，Illinois的Arryx公司，其纳米级的光学镊子也非常适于这里描述的微编织的制造工艺，任选地在有效的机械/光学织机范例中与Zyvex纳米操作结合，其操作将在112 AirportDrive，Rochester，New Hampshire的Albany International Techniweave公司所例证的某些方法和设备的微级或纳米级实施方案上形成图案。
公知的在光学透明介质中传递的光与在导电介质中传递的电子之间的公知的1000∶1的速度差，意味着构成电子和光子元件的自由度，放松在单独集中于降低半导体特征的大小上的某些约束，通过这种微织物IC体系结构使其成为可能-最后允许电子和光子开关和电路通道元件的最适宜的混合。这样，某些光纤可以较大直径地制造，以便支持较大数量的包层内和包层间半导体元件，而只组合很少的电子元件，因此其它光纤可以具有非常小的直径，并且某些光纤只具有“全光学”元件。最大化作为光子的“通路元件”的数量，从而允许在通过光子路径连接的最佳规模的光纤中制造较小的微处理器结构，这是可能的最优化的逻辑结果。
这样，所包含的微织物IC“立方体”(或其它三维微织物结构)可以包含较大和较小的光纤以及其它导电、微毛细状并以循环液体填充的细丝的任意数量的组合，以用于对结构提供冷却，以及纯粹的结构化(或通过半导体元件微构成的结构化)和导电(或具有微结构化内部包层的导电涂敷，电子和光子)。
图9是根据本发明的优选实施例的横向集成调制器转换/连接系统900的总体示意性平面图。系统900提供了一种机制，用于在如下将进一步描述的波导中使用一对侧向端口(通道905中的端口915和通道910中的端口920)将一个波导通道905中的辐射传播重新定向到另一个侧向波导通道910。第一通道905配置为具有如上及并入的专利申请中所描述的影响器部分925(例如集成线圈管)以及可选的第一可选光学边界区域930和第二可选光学边界区域935。此外，第一通道905包括偏振器940和对应的检偏器945(并且可以包括可选的第二影响器(为了简明的原因未示出))。第一通道包括在第一边界区域930中横向偏振检偏器端口950，其邻近第二边界区域930中的端口915。在连接处具有围绕着通道905和通道910的光学材料955，以改善通过该连接处的损耗。材料955可以是凝固溶胶、纳米自组成特殊材料或类似的具有期望的折射率的材料，以降低信号损失同时有助于确保端口915和端口920的所期望排列。影响器925根据与检偏器端口950的传送轴比较的偏振相对光，控制经过第一通道905传播的辐射偏振和穿过端口915的辐射量。系统900进一步的结构和操作如下所述。
端口915和端口920是通过在后面描述的熔融光纤起动器方法等等实现的在边界区域中实现的传导结构，并可包括GRIN透镜结构。所述端口设置在边界区域中精确的位置，或者所述端口可以沿着通道的长度(或长度部分)周期性地布置。在某些实施例中，在连接位置处，边界区域之一的完整部分可以具有期望的属性(偏振或端口)结构，并且在其他边界区域中具有一个或更多个相应的结构。
偏振器940和检偏器945是控制沿着通道905进一步向下传播的辐射的振幅的可选结构。偏振器940和检偏器，包括用于该部分的任何可选影响器元件，协同影响器925控制通道905和910之间的辐射。
用下列方式，可以通过在别处公开的集成微法拉第衰减器或光纤元件的“横向的”(对比“轴向的”)变型，来协助这样的微纺织结构中光纤间的切开。织物矩阵中正交放置的光纤之间的连接点/接触点是光纤之间的新型“光抽头”的轨迹。在根据本发明优选实施例的微法拉第光纤的第一包层中，该包层(在该光纤的多个法拉第衰减器部分以外的光纤轴线上)是周期性折射率变化维结构为极化滤波的(参见此处先前公开的光纤-集成极化滤波和新泽西州1600Cottontail Lane，Somerset的NanoOpto公司的亚波长纳米栅格(nano-grids)，)或偏振不对称的(在并入的专利申请中参考并公开)。在这些部分中，折射率已经改变(通过电子离子注入法，感光加热或其他现有技术的公知方式)以等于所述芯的折射率(或者，所述整个第一包层是这样微结构的而且等于折射率)。除通过折射率不同实现传导和偏振界定之外，结构-几何构型(例如，光子偶合及次波长空穴-腔/栅格的使用)也包括在本发明范畴内。为了简化此处的讨论，使用不同的折射率描述传导和边界，然而在这些情况，也可以利用结构-几何构型(除非上下文清楚地指出其它情况)。
此处公开的集成法拉第衰减器的上述变型是和所有其他现有技术中的″光抽头″不同的，包括加利福尼亚1220 Page Avenue，Fremont的Gemfire公司的那些，其中波导本身是坍塌的，以连接半导体光学波导。在所述Gemfire实现所述波导结构的坍塌意味着破坏任意光子或电光子开关范例或网络当中的有效元件，其保证在通道之间的有效传输。″光抽头″不像其他的常规型″光抽头″一样，不需要额外并复杂的补偿，来控制芯区域之间的非传导信号，通过定义使得所述“光抽头”更加简单且更有效率。
因此，与现有技术中的″光抽头″相比，优选实施例的开关结构不是激活极点区域或激活电极阵列来影响栅格结构。而是，在优选实施例中，轴向的法拉第衰减开关旋转通过芯传播的光的偏振角度，并且借助于用包层部分联合该开关，来实现经过输出和输入光纤(或波导)的包层中的横向传导结构的信号的精密控制部分的转向，所述包层是有效的偏振过滤器。开关的速度是法拉第衰减器的速度，该速度与改变被阴极和阳极覆盖的相对广大区域的化学特性的变化速度相对比。
第二包层具有完全不同于所述芯(并且选择性地第一包层)的折射率以实现所述芯(并且可选还有第一包层)中的全内反射(在集成法拉第衰减器部分以外的光纤的轴线上，制造两个结构中的任意一个。
首先渐变折射率(GRIN)透镜结构在第二包层中并且其光轴与光纤的轴线成直角或接近于直角，而且按照别处所参考和并入的专利申请中的方法制造。所述路径在方向射与光纤的轴线成直角，或轻微地偏移，以便使通过来自第一通道905的GRIN透镜的光在接触点与第二通道910连接，而且还以直角插入第二通道910的轴线，或者将在优先方向上以预定角度插入第二通道910。
第二通过离子注入法，通过在制造过程中在电极之间施加电压，通过光致反应的加热或现有技术中公知的其它方式，制造具有与所述芯(可选地第一包层)具有相同折射率的更简单的光通道。上述简单波导通道的轴线可能是成直角或轻微地偏移，如上述的另一个选择中。
当通过经过激活的集成微法拉第衰减器部分对偏振角进行旋转时，完成该基于微法拉第衰减器的″光抽头″的操作，或更精确而言，是完成″横向光纤到光纤(或波导到波导)法拉第衰减器开关″，并且其″渗漏″(根据已知的光纤″光抽头″的操作)，或者更精确而言，其被传导通过第一包层而且进入第二包层中的GRIN透镜结构或简单光通道，而且从任一输出通道耦合到第二通道910中。
制造第二通道910以最佳地将第一通道905所接收的光通过并行结构(第二包层中的GRIN透镜或包层波导通道)耦合到偏振过滤器或不对称的第一包层中，而且从该处进入第二通道910的芯。如前面所指出的，围绕该光纤-到-光纤矩阵的是固化的溶胶，其浸泡该织物-结构，并且具有不同的折射率，其限制光纤(或波导)之间传导的光，并且保证耦合的效率。
微结构化该包层的有利的替代和新方法可以通过MCVD/PMCVD/PCVD/OVD粗加工制造方法的新修改的规范来完成，下面描述其优选的例子。
图10是图9所示横向集成调制器开关/连接900的一系列制作步骤的全面示意图。制作系统1000包括具有许多波导通道的一块材料1005的结构(例如，如引用的临时专利申请所描述的熔融光纤面板)，以及移除了块1005的薄截面1010。将截面1010软化以形成初始的壁薄板1015。辗轧薄板1015以形成初始硅石管1020，用于生产期望用于拉制的预成型品。
依据这种新方法，在该石英管上沉积烟灰以生成圆筒形式的预成型品，该粗加工成品是从一块转动并且熔融-纤维截面的薄板而制造的。由于在包层和芯中适当的掺杂特征而可选择地具有不同特征的光纤改变这种不同地进行最优化的光纤以实现具有不同的折射率和不同的电光学特性的薄光纤截面的栅格，熔融所述光纤，并且将熔融的光纤矩阵的截面切割成薄片。
这些薄片然后均匀加热并软化并围绕着加热成形的针来弯曲，以完成薄壁的圆柱，适于根据公知的粗加工成品制造工艺制造的薄粗加工成品的初始材料。
选择在熔融光纤薄板中使用的光纤的大小，以得到从用于其中进行光纤拉制的包层中所得到的横向结构的最佳大小。但是通常，用于上述目的光纤具有最小的可能制造大小(芯和包层)，因为在从由此制造的粗加工成品拉制期间，结构直径将显著地增加。事实上即使对于用作单根光纤的单模式，这种光纤规格可能在横截面方面太小。但是与熔融光纤截面或薄片的适当的厚度选择相结合，在所得到的拉制光纤包层中连续图案横向波导结构的尺寸可以控制，从而使得该横向结构具有所期望的(单模式、多模式)“芯”和“包层”尺寸。
为了进一步保证适合该微结构的大小，可以熔融和软化并拉制更小的光纤组合，然后在最后的光纤阵列在长度上熔融之前，再次将其与其他光纤熔融，然后分割成薄板以形成圆柱。
为了促进在实现本发明的集成法拉第衰减器器件的上述光纤到光纤变型的柔性，在第一通道的芯和第一包层中位于相对的“输入”端和相对的“输出”端(其在此是可逆的)的偏振截面，可以根据在引用的专利申请中参考和公开的方法，通过在包层之上或包层之间/包层内部制造的电极结构可转换地导出，或根据已知方法，通过UV激励而可转换地导出，所述UV信号可以根据在引用的专利申请中在他处公开和参考的形式和方法，通过在包层之间或包层内部制造的器件而生成。当通过电极结构导出时，该偏振滤波的或不均匀状态的转换可以描述为电光的，或如果通过UV信号导出，其可被描述为“全光学的”。
如前文通过集成法拉第衰减器的新的横向变型型与在先的“光抽头”对比可推知的，该UV-激活变型型是优选的实施方案。
这里所公开的UV激励的变型是具有在特定实现方式中优选的其它实施例的开关所使用的最优选的实施例。这种芯和包层偏振滤波的或不对称部分可以被称作“暂态的”，见1990年7月11日提交的美国专利5,126,874(“Method and apparatus for creating transient opticalelements and circuits”(用于创建暂态现象光学元件和电路的方法和装置))，因此使光纤或不对称元件与作为集成的法拉第衰减器的可变强度开关元件而进行的操作一起，可以被激活或被无效，开关“打开”或“关闭”。
第一包层可以具有和芯一样的折射率，如所指出的，以及第二包层具有不同的折射率，因此使得单独通过该包层的偏振滤波或不对称结构，实现对″错误的″偏振的芯的限制。因此，第一包层的默认设置可以是″打开″，其通过偏振滤波器/不对称将光限制到芯，或者可以是″关″，其允许将光传导芯和第一包层内，并且仅仅由第二包层限制，于是其可以是在构造电极或UV激活元件的截面中，其可转换到该默认设置的相反设置。
特征化该微织物三维IC的操作一个方法是，用包层内部和包层之间的微传导结构进行横向构成的，集成在这些通道的包层内部和包层之间的IC元件和晶体管，以及作为该结构的周期性元件集成的轴向以及横向的法拉第衰减器器件，横向地构造光纤，该光纤可以在作为总线的芯中传送WDM型的多模式的脉冲信号，将该脉冲信号经过该包层中的横向导引结构，传送到该包层中的半导体和光学结构，并且还在光纤之间传送该脉冲信号，光纤的作用是充当总线或其他电光学组件，该脉冲信号是通过集成法拉第衰减器设备转换的某些或所有任意信号脉冲。
某些光纤可能是纳米级的和单模的，并且具有在包层内部或包层之间制造的单个元件，或者可能是大直径的而且是多模或单模的，并制造为在包层之间、包层之中或包层之上明显地具有很大数量(接近微处理器)的半导体(电子和光子的)元件。光纤可以以任意尺寸和任意数量与光纤自身中微结构IC元件的组合，用作总线或单个开关或存储器元件，并组合在整体纺织体系结构中。因而开关等等可以发生在织物芯中、在芯和包层之间、在包层中的元件之间、在光纤之间。
哈佛大学的Eric Mazur，Limin Tong等制造的50nm“光学纳米导线”非常适于在微织物结构中实现，其是通过在蓝宝石锥形周围缠绕和加热玻璃纺织物，然后以相对高的速度拉制的简单工艺制造的，具有原子级的表面光洁度和二到五倍于蜘蛛丝的张力。在上述光纤波导类型的子波长直径变型中已经可以传导可见的近红外光的波长，但是并不限与芯中，而是大约一半的传导光在内部传送，而一半沿着表面渐渐消失。很明显，可以通过光纤之间渐近于零的电耦合来低损耗地将光耦合。
如引用的专利申请中所公开的方法或者通过任何其他方法，通过所注入的溶胶或包层以及偏振边界/滤波器的涂层，在所述光学纳米线路之间进行插入，然后通过所述集成调制器(例如，法拉第衰减器器件)的横向变型进行操作，从而在路径之间提供更加简化的开关/连接装置。由于导线的柔性，通过光学纳米线路的特性有助于该微纺织IC结构，线路的柔性允许线路弯成直角，并且实际上缠绕或打结成结点。
加州理工学院的Keny Vahala补的充工作，包括直径为数十微米的“光学导线”的制造，以及在Vahala领导下的相关工作，示出了由硅石微-颗粒和微米-量级的光学线路所组成的极小的、极低阈值的Raman激光器对于该微织物结构而言也是非常有用的。通过微织物结构元件可以将点缀在该微织物结构中的微颗粒保持在其位置处，并将其耦合到光学导线，在该三维IC体系结构中实现对信号产生和操作的进一步选择。
与光开关元件和电子开关元件、光纤内的、包层间等等相结合的轴向以及横向的法拉第衰减器开关/连接的性质，产生了实现二进制逻辑的新方法，该方法是借助于恒定的光信号、但是相对于光脉冲方式仅仅改变其偏振状态。该二进制逻辑系统从而结合“永远打开”的光程，通过使用该信号的偏振角来操作和检测其逻辑状态(有时专门基于偏振角)，该状态可以以非常高的速度进行变化。
这些示例性的说明旨在建立本显示器发明的新织物结构和开关结构的最广泛的应用，包括波分多路开关矩阵和LSI及VLSIIC设计优化的光子和半导体电子元件，本领域的技术人员应该理解，该新方法、元件、系统和结构不限于所详细描述的例子。
上述讨论主要地集中在本发明的优选实施例中，其使用分立的波导通道，例如光纤。在该讨论中，包括了涉及其他波导通道的周期性的参考，特别是“大量”地形成在衬底或其他结构中或从薄膜组件制造的波导。下面的讨论突出关于半导体波导通道的某些优选实施例。
在这里和并入的专利申请所描述的光纤实施例，还有混合的光纤硅石晶片实施例，拥有对我们所称的视频“显示器”或投影仪，以及与任何其它的显示器类型相比具有整体显示图像质量上的提高的成本经济的新应用。相比于半导体制造所获得工艺(其代表为LCD、气体等离子和其它已确定和新的技术)，一些特征是完全不同的制造工艺和制造范例(光纤织物)的结果。
本发明包括对一个或多个辐射信号的路径和特性的精确控制的实施方案，以制造这些不同的磁光显示和投影仪。上述设备的重要元件包括通常对波导的使用和对被制造成与导波结构结合的影响器结构(例如，法拉第衰减器)的使用，以提供具有所有实施例和如这里所述的制造模式的优点的基于导波的磁光显示，而不考虑特殊实施方案。前面和并入的专利申请中已经解释了上述原理，特别是关于分立的波导通道。上述原理也可应用于其他类型的波导通道，例如半导体和薄膜波导通道。
在半导体晶片制造范例中，基于半导体波导的磁光显示器特别适合于小型化显示器，包括“集成的HDTV显示器”，还有投影仪实施例以及可描述为微薄显示“备用元件”的专用实施例。由于固态半导体结构在制造中不包含真空的液体或压力密封的元件，因此本发明的半导体波导实施例可以非常便宜并性能比LCD或气体等离子显示器更好。
当然，为非小型化显示器选择基于半导体波导的FPD，在基本上每种情况下，都明显差于基于光纤的基于磁光的FPD的选择，这是因为制造半导体晶片的公知的成本限制，特别是对非常大的显示器。但是事实不会一直如此，基于系统的半导体波导不一定限于较小、较薄的应用和实施方案。特别是当考虑了来自并入的临时申请和其他并入的申请的某些组件化原理时。
用于特别应用的本发明的基于半导体波导实施例具有显著的优点，包括微型显示器和投影仪应用，其详细说明如下所述。基于半导体波导的实施例一般根据相对于支持特定实施例的半导体结构表面的波导通道轴，分成两个广泛的组。通常波导通道传输轴可以平行于该表面，或者其可以与该表面正交。
首先参考实例-包括1997年1月28日出版并授权给Hammer的题为“Metal-Ferromagnetic Optical Waveguide Isolator”的美国专利5,598,492和2000年8月15日出版并授权给BelouetR题为“Method ofdepositing a ferromagnetic film on a waveguide and a magneto-opticcomponent comprising a thin ferromagnetic film deposited by themethod”的美国专利6,103,010。两个实例都描述了平面半导体光学波导法拉第旋转器，并在此通过参考全部并入。
使用半导体晶片系统的两个组，存在着本发明的半导体光学波导实施例的两个基本变型1)在透明熔融光纤衬底上制造的“垂直形成的”半导体波导阵列和法拉第衰减器结构，通过无源或有源矩阵来开关；以及2)平面半导体波导将法拉第衰减器结构合并成为一个集成的具有波导结构的平面元件，与“偏转机构”相组合形成一个子像素(所示的实例是45度反射表面或产生90度弯曲的光子晶体缺陷)，该偏转机构将入射的平面光偏转成垂直的。然而，所公开的两个实例不是穷举通过本发明半导体波导实施例所产生的可能性的范围，也不是通过所给出的实例限制本发明的实施例和其变型。
有利于有效地制造半导体波导元件，“垂直的”和“平面的”是如这里所参考的1807-C West Braker Lane，Austin，Texas的MolecularImprints公司在商业上用的“步进和快速”的微模型印记方法，来自纳米光学的光子子波长浮雕蚀刻源(用于耦合、颜色过滤、偏振过滤和管理等等)，以及前面参考的来自NanoSonic公司的商业应用方法，实现纳米级自组装制造方法。这些方法和相似的商业上用的“纳米技术”制造方法都优先选择本发明的优选半导体实施例。
值得注意的是，根据制造工艺，也参考授权给Petrov的2003年11月18日出版的题为“Method for forming separately optimizedwaveguide structures in optical materials”的美国专利6,650,819，其公开了多阶段退火质子交换(APE)制造方法，其允许优化在单个衬底上不同组成的半导体波导元件。这种公开是陈述性的，并能够制造下面所描述的垂直和平面的波导结构，除非另有描述，在掩模/蚀刻工艺中进行制造的优选方法是商业上的多阶段退火质子交换工艺。因此该’819专利全部整体特别合并在此。
图11是“垂直的”显示系统1100的总体示意图。显示系统1100包括若干晶片带1105，垂直地层叠以便从由每个带1105的边缘制造的像素/子像素矩阵制造聚合的显示系统1110。每个像素/子像素是从连接到传送器通道部分的若干结构化且有序的调制器制造的，该传送器和调制器集成到每个带1105，每个传送器和调制器具有如这里和并入的专利申请中所述的功能和排列可能性。显示系统1100是混合的类型，其中每个带1105从具有平行于该晶片表面的嵌入式波导通道的晶片形成，上述晶片垂直地层叠，以制造该显示系统通过制作平行阵列的平面型波导的层状带而完成系统1100，每个该系统类似于数千个法拉第衰减器波导通道，每个带具有R、G或B染色杂质或滤色通道，上下层叠在一起，以形成“垂直”显示结构的具有波导芯的层叠薄片。所述平面型法拉第衰减器波导通道的层叠带没有偏转装置，因而形成了经过其输出终端的显示阵列，通过竖着观看“向外”定向的波导结构、形成显示该表面；薄底座和周围矩阵整体是共用的单独的法拉第衰减器波导通道。系统1100使用相对显示表面1110或集成到每个像素/子像素元件的传送器部分的照明源。
图12是图11所示的一个带1105的部分详细示意图。图12的特写示出了从输入边缘1210到输出边缘1215侧向地运行的若干传送器部分1205(显示为圆柱形元件)，每个部分1205平行于表面1220。影响器元件1225(表示为直线形元件)连接到每个部分1205以制造调制器，每个响应于X-Y寻址栅格(表示为X1230和Y1235的单个元件)。图12所示的带1105的部分包括两个像素，每个像素具有三个子像素，该子像素生成优选的颜色模型的辐射信号(在该情况中R、G和B子通道)。
图13是关于显示系统1300的可替换实施例，该显示系统在半导体结构中使用垂直的波导通道实现了作为垂直分解的半导体波导显示/投射器。显示系统1300包括熔融的光纤透明衬底1305，在衬底之上放置若干垂直波导通道1310。当其实现与传统光纤相似时，每个通道1310包括一个或多个边界区域，特别是光学第一边界区域1315和第二边界区域1320。在不同的传导实例中，边界区域1315是具有不同折射率的材料，并掺杂永磁性材料。在不同折射率传导实例中，第二边界区域1320是具有不同折射率的材料，并掺杂含铁/铁-磁掺杂剂。通过层连接器1330从互联的线圈层产生装配好的影响器元件1325(例如，线圈或其他适合的磁场产生结构)。为每个影响器元件1325的独立连接/控制而放置X-Y寻址栅格1335。波导通道、边界区域、线圈和X/Y栅格的结构、功能和操作在上面和并入的专利申请中作了描述。
通过标准半导体沉积、掩膜和蚀刻的上述结构的优选制作方法如下。将掺杂-硅石的材料放置在半透明熔融光纤衬底上。制造半透明材料的最初沉淀，用染料，RGB原色中的一个颜色和与本发明的光纤的实施例相似的光学活性掺杂剂掺杂；然后制造掩膜以便保持成行的圆柱状物；对于每个保持的行，在其之间存在两行蚀刻到衬底。每个掺杂的材料的柱状物精确地位于熔融-光纤面板中的光纤之上，该光纤自身也是掺杂染料的，并且具有与硅石柱状物一样的相同大小。重复形成成行的柱状物，以便通过沉积和蚀刻的顺序形成RGB行的集合。
接下来，执行另一组沉淀和蚀刻以在每个柱状物周围制作掺染的材料的圆柱，该圆柱具有与原始柱状物有不同的折射率，因而构造导波结构以限制从该熔融光纤衬底穿过该半透明柱状物的光。所述“包层”或边界区域还可以用永久可磁化铁磁材料掺杂，优选为单一分子磁铁，在信息经受强磁场后，其设定到该波导通道的轴的直角。否则，用亚铁/铁磁材料对其掺杂，如前面在光纤光学实施例中公开的，优选为具有根据接近的影响器(例如周围线圈)的磁化的剩余磁通。
在用永久可磁化材料掺杂“包层”结构的情况下，根据为第一“包层”圆柱提供的描述制作第二“包层”圆柱，并且按照如上所述用亚铁/铁磁材料掺杂该“包层”。
接下来，执行一系列的可替换沉淀和蚀刻以制作在掺杂波导结构周围的“线圈”。图14示出了连续地构成该“线圈”图案的两个层(第一层1400和第二层1405)在第一层上，部分圆环确定一个圆柱壁，在相同传导材料中的终点垂直地连接到上面沉淀的非常薄的第二层。在第二层上，仅有传导材料的圆环的非常小的部分，在其周围沉淀了非常薄的绝缘层。
重复该过程，在下一个层上沉淀部分圆环，其实质上等于最上层的圆环或圆环的部分。该新的部分圆环或“圆柱壁部分”通过在另外的绝缘层上的圆柱壁的微小弧形的普通传导材料，垂直地连接到下面的层。而且通过重复上述过程来交替层，一层具有波导柱状物周围的几乎完全传导圆环，上面的另一层仅具有相同传导材料制成的微小连接部分，其保持了波导柱状物周围的电流，在下一层上非常薄的微小部分，而在上面的层上再一次具有波导柱状物周围的几乎完全圆环。
由于制造了许多“项圈”层，散布了仅具有传导材料“点”来在层之间运载电流的薄绝缘层，如所需要的产生足够强度的场以全功率将光穿过熔融光纤衬底的偏振角旋转90度。从电流最佳实现光学活性掺杂剂的设定性能，可以通过仅仅很小数量的“缠绕”或“项圈”层而实现。
接下来，通过标准方法形成传导栅格，包括更新的方法，例如在衬底上浸蘸笔毫微光刻，寻址每个法拉第衰减器波导结构的“基底”，其在部分圆环的输入点接触最顶部圆环。
接下来，在半导体制作的法拉第衰减器结构之间的薄缝隙之间沉淀黑色矩阵。当使用光子晶体材料时，差别是能带隙结构引导光，且不一定需要不同折射率的“包层”来限制光(仅仅作为光通道周围亚铁/铁磁材料的掺杂圆柱，并且，可选地，永磁性材料的第一掺杂圆柱)。
最后在优选实施例中，“上面的”寻址栅格，包括当材料的特性需要或期望时，沉淀在波导结构之间的黑底上。当必要时，仅将相对于垂直波导结构顶端的高度，沉淀黑底，以便传导寻址栅格寻址的晶体管被形成为沿着波导结构的垂直排列半导体组件，并且有利地制造在线圈结构所需要的交互层之间。接下来，在寻址栅格和可选的垂直放置晶体管上沉淀额外的黑(不透明)底，这样弄平(flush)该半导体晶片结构。在某些例子中，光学散射结构可以被形成、放置和/或直接沉淀在垂直波导结构的“输出”点上，以改善来自波导结构的较上的角。
图15是关于显示系统1500的可替换优选实施例，其在半导体结构中使用平面波导通道实现了作为平面分解的半导体波导显示器/投影器。系统1500包括在系统1500边缘上的一个或多个照明源，其为很多极为狭窄的波导通道提供光以向每个子像素均匀地照明。系统1500包括许多功能层，包括输入层、旋转器层和显示层。在底层，每个子像素行(从X轴到Y轴)为大量极为狭窄的波导通道提供光以向每个像素提供均匀的照明。因而在优选实施例中，从Y轴开始，每行(宽度3000)具有1500个波导通道，每个通道在该行的子像素中结束。X和Y轴寻址可替换的子像素。从X轴开始，每行包括大约1350个通道，X和Y轴各在一个单独的层上。在优选实施例中，波导通道是在0.02微米或更小之上制造的光学晶体结构波导。每个波导在子像素位置上结束(在某些实施例中，多个通道可以为一个子像素位置照明)，而且可以确定复杂的路径以在期望的位置上为子像素决定输出的位置。在输出位置上提供偏转机制以将传播和偏角控制的辐射信号再定向到传播平面之外，进入显示平面。如所示，显示平面垂直于传播平面。沿着每个波导通道，提供一个或多个影响器/调制器部分/层以制造对传播的辐射信号的期望的偏角控制。优选的是由于波导通道远小于子像素直径，波导通道的输出包括散射或光学元件以增加有效的尺寸。
连续晶片上的半导体波导平行于显示平面；对于每个子像素波导旋转器元件，存在着将光从平行于显示平面折射的45度镜像终点，或者或光学晶体弯头，以使光从该表面出现，从而形成该像素。
与显示阵列相组合的，法拉第衰减器设备的平面半导体光学波导实施例的效用，是在于制造极薄的表面半导体工艺显示结构中，其中照明源从“侧边”平行地向平面光学波导来提供。这样提供照明源可以采用非常紧凑的形式，例如RGB半导体激光、VCSEL或边缘发射的平行的行。原则上，使得该结构可以作为刚性或柔性衬底上的厚膜来制造，包括以聚合体密封的织物。由于以厚膜配备显示器，该显示器就可作为备用元件，有效地以薄显示材料平铺弯曲的几何形状的表面。
主要的半导体制造的层包括多个从侧边照明源传播光的平面波导(相对于来自平行于显示表面的全部黑的腔照明源的照明，如在上面所述的平板显示器实施例)。图16是集成到半导体结构中的传送器/影响器系统1600，其用于传播辐射信号1605，与偏转机制1610结合在一起，该偏转机制将波导/影响器光“阀”(valved)的光从水平的改变方向为垂直的。
厚膜材料沉积在衬底上，使厚膜在张力强度下足够坚固耐用以便自我巩固，当从工作衬底上移走时保持其完整性。通过半导体平板印刷工艺(材料的沉积或印刷、掩模和蚀刻等等，浸蘸笔纳米平板印刷术)，将光学透明但染料掺杂的材料沉积在厚膜衬底上。该第一次沉积还掺杂光学活性材料，例如YIG或Tb，或者当前最佳的掺杂剂。根据与厚膜衬底相同的Young’s模量，所有的材料优选地是柔性的。
如所示，对通道掩模，并且所沉积的多数材料被移走，留下成行的材料。采用浸蘸笔纳米平板印刷术以便立体印刷45度偏转元件，该元件采用与适当不同折射率相同或其它的材料制成，(或者用于制造光子晶体弯曲的QWI)。或者，可以采用Molecular Imprints公司的“步进和快速”的微模型印记方法。其它的相对更复杂的方法在本领域也是公知的。
接着，通道的染料和光学活性掺杂材料的列被沉积和蚀刻，留下直接位于45度偏转元件之上的列，其有效地形成了显示表面的平面的出口点，用于沿光通道邻近并由45度偏转元件偏转的法拉第衰减器设备开关的光。
接下来，沉积具有相同的不同折射率的材料，围绕并覆盖着原始的行和其它制造的元件。这被称为“包层材料”。在与45度偏转元件或光子晶体弯曲相邻的波导通道的段之上，从之前所沉积的材料上蚀刻出间隔，用于实现平行并位于光通道之上的导电线，以便寻址水平带，该水平带也可以在光通道之上并与光轴呈直角制造，还有下面的以亚铁/铁磁材料掺杂的材料层也被蚀刻。该材料下面的间隔可选地被留下，用于沉积以永久磁化的材料掺杂的材料，这里和并入的专利申请中详细地描述了其功能。
进而，下列材料被沉积(以连续掩模和蚀刻以及/或者浸蘸笔纳米平版印刷术)平行于光通道的导电材料线，以寻址场产生带；在光通道上面留下的“包层”材料之上的永久磁化(随后被磁化)材料的可选层；将通过场产生元件临时磁化并保留通过剩余磁通的旋转的亚铁/铁磁材料；以及场产生导电材料带，与光通道呈直角来设置。只有几个基于掺杂剂性能的带是必要的。
最后，沉积更多的包层以便作为半导体制造的结构的多个厚膜被密封且是平坦的。任选的，恰好先于寻址法拉第衰减器的场产生结构，晶体管可以用导电寻址线嵌入地制造。通过适当地选择厚膜材料，整个厚膜显示器结构可以在坚固耐用的聚合体密封的纺织物衬底上形成，或者从形成衬底移走并通过厚膜外延粘着到另一(可能是几何形状复杂的)最后支撑的显示表面。
图17是图15所示的显示系统1500的总体示意图，其进一步示出了生成单一像素的三个子像素通道。
图18示出了关于系统1800中的波导路径结构的可选实施方案的优选实施例。为了补偿平面调制器设计的受限的大小，其中必须实现像素1805的直径上的旋转，使用了用于波导1810的新颖的“之字形运动”策略。假定光子学晶体结构，通过制造缺点(移除周期的孔或其他结构)，获得光通路上的约90度弯曲，一种用于在一系列之字形运动中“折叠”子微米宽的光通路的策略，就在影响区3430中受到影响(例如磁场)的光束所经路的距离而言可以提高等式1的“d”大小，而不会产生太长的设备。有效地，按照优选实施例的之字形运动通过标准半导体制造工艺所形成的旋转器/衰减器元件的持续发展，通过比另外实现的更大的“d”大小，产生非常低功耗的设备。给定通道的大小非常小，旋转器/衰减器设备的整个大小比现有技术的波导实例小得多，并且比子像素的最大尺寸小得多。图18中的虚线长方形表示包括循环波导的影响区域，其中对波导施加影响。在磁场的情况下，其平行地施加到波导的长光程长度。
图11到图18的优选实施例描述了包括在并入的专利申请中的衬底波导通道实现的传送、调制和显示结构、功能其操作。上述实施例强调了在衬底中形成/安置/排列的波导通道和例如光纤和光子学晶体光纤等独立/不连续的波导通道之间的可替换性。所述的替换之一使用在图9和图10所示的横向开关。虽然该优选实施例包括光纤到光纤的转换，图9的原则可以施加到波导到波导的转换，特别是在位于公用衬底中适当地结构化并排列的波导之间。在某些实施方案中，切换发生在以适当关系排列在不同衬底的波导之间。
总之，实现本发明的方面的传送器、调制器、和系统的性能属性包括以下。子像素的直径(包括与光学活性材料相邻的场产生元件)优选的是＜100微米，更优选的是＜50微米。(在以上论述的替换实施例中，多染料掺杂的光通道是以一个复合波导结构来实现的，影响了RGB像素大小的净缩减。子像素元件的长度优选的是＜100微米，更优选的是＜50微米。驱动电流，为了达到有效的90°旋转，对于单个子像素是0-50m.Amp。响应时间一般而言对于法拉第旋转器来说非常高(即，已证明的1ns)。
作为整个显示器的功率要求的基础理解，很重要的是要指出，优选实施例的实际功率要求不必基于子像素的总数乘90°旋转所需的最大电流的线性乘法来计算。实际的平均和峰值功率要求的计算必须考虑到下面的因素伽马值和平均颜色子像素使用都显著低于100％因此平均旋转显著小于90°伽马值即使使用所有子像素的计算机监视器正显示白色背景，对于每个子象素，或在这方面对于任何子象素，也不需要最大伽马值。篇幅限制，这里不能对人的视觉感知科学进行详细讨论。但是，显示器、像素和子像素的相对强度，(给定用于在可变的环境光级别查看所要求的基本显示器亮度)，对合适图像显示来说是很重要的。最大伽马值(或接近它)，以及完全旋转(通过任何工作范围，90°或其一部分，会仅仅在某些情况下需要，包括需要最极端的对比度的情况，例如当直接照射到太阳时的直接照射明亮光源。因此用于显示器的平均伽马值在统计上可能是最大伽马值的某部分。这就是为什么，为了舒适地查看计算机监视器的稳定“白色”背景，法拉第旋转也不用处于最大值。总之，驱动任何给定子像素的任何给定法拉第衰减器很少会需要处于全旋转，因此很少需要全功率。颜色由于只有纯白色需要簇中RGB子像素的等强度组合，应当指出，对于颜色或灰度图像中的任何一个来说，在任何时刻寻址的都是显示器子像素的一部分。由RGB叠加形成的颜色意味着一些颜色像素仅需一个(R、G、或B中的一个)子像素(处于变化的强度)是“ON”，一些像素会要求两个子像素(处于变化的强度)是“ON”，而一些像素会要求三个子像素(处于变化的强度)是“ON”。纯白的像素会要求所有三个子像素是“ON”，利用其法拉第衰减器旋转达到相等强度。(彩色和白色像素可以并置来冲淡颜色；在本发明的替代实施例中，“簇”中的其他子像素可以是平衡的白光，以达到对饱和度更加有效率的控制)。
考虑到有关子像素簇的颜色和灰度成像命令，显然，对于普通帧来说，实际上需要被寻址的是所有显示器子像素中的某部分，而对于那些在程度上处于“ON”的子像素来说，平均强度会显著小于最大值。由于在RGB合成颜色方案中子象素的功能，这是很简单的，并且其是除了考虑绝对伽马值之外的一个因素。
统计分析能够确定FLAT有源矩阵/连续寻址的器件由于这些考虑引起的电源需量曲线。在任何情况下，其都显著小于在全法拉第旋转中同时显示的每一子像素的假想最大值。对于任何给定的帧来说，绝对不是所有子像素“ON”，并且由于各种原因，这些“ON”的子像素的强度通常处于最大值的相对小的部分。就电流要求而论，对于0-90°的旋转来说，0-50m.amp被视为最小规格。也要重点指出，现有法拉第衰减器器件的性能规格已给出了用于0-90°旋转的电流范围的例子(0-50.amp)，但是这性能规格是作为最小值来提供的，明显已正被用于光学通信的参考器件的现有技术取代和超过。最重要的是它没有反映本发明中所列举的新颖实施例，包括来自改进的方法和材料技术的好处。自从实现所引用的规格以来，性能的改进一直在持续，并且之前存在的东西将继续，就会进一步缩小这个范围。
在该申请中所描述的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号当然也可以用硬件实现；例如在中央处理器(“CPU”)、微处理器、微控制器、系统整合芯片(“SOC”)或者其他可编程器件中或者与之连接。此外，系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以用软件(例如，计算机可读代码、程序代码、指令和/或者以任何形式布置的数据，例如源、目标或者机器语言)实现，例如置于用于存储软件的计算机可用(例如可读)介质中。这种软件实现在此描述的装置和过程的功能、制造、建模、仿真、描述和/或者测试。例如，其能够通过普通编程语言(例如C，C++)、GDSII数据库、包括Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等等的硬件描述语言(HDL)或者其他可用程序、数据块、纳米处理和/或者电路(即布图)捕获工具来实现。这种软件能够置于任何已知计算机可用介质中，包括半导体、磁盘、光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM等等)，并且能够作为在计算机传输介质(例如，载波或者其他介质，包括数字介质、光学介质、或者基于模拟的介质)中具体化的计算机数据信号。同样，所述软件可以通过包括因特网和企业内部互联网的通信网络进行传输。采用软件体现的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以包含在半导体知识产权核心中(例如在HDL中体现)并在集成电路生产中转化为硬件。此外，在此所述的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以作为硬件和软件的组合体现。
本发明的优选实现之一，例如用于开关控制，是作为在计算机工作过程中由驻留在计算系统存储器中的指令或者编程步骤组成的操作系统中的例行程序。在计算机系统需要之前，所述程序指令可以存储在另一可读介质中，例如磁盘驱动器中，或者可移动存储器中，例如在CD-ROM计算机输入中使用的光盘或者在软盘驱动器计算机输入中使用的软盘。此外，所述程序指令在本发明的系统使用之前可以存储在另一计算机的存储器中，并在本发明的用户需要时通过LAN或者WAN(例如因特网)进行传输。本领域技术人员应该理解控制本发明的过程能够以多种形式的计算机可读介质的形式发布。
任何合适的编程语言都能够用于实现本发明的例行程序，包括C，C++，Java，汇编语言等等。能够采用不同的编程技术，例如程序上的或者特定目的对象。例行程序能够在单一处理器件或者多处理器上执行。尽管步骤、操作或者计算可以采用特定顺序，但是在不同实施例中，该顺序是可改变的。在一些实施例中，在本说明书中顺序示出的多个步骤能够同时执行。在此所述的操作顺序能够中断、暂停、或者由另外进程(例如操作系统、核等等)控制的其他动作。例行程序能够工作在操作系统环境中，或者作为占用系统处理的全部或者主要部分的单机例行程序。
在此所述中，提供了多个具体细节，例如部件和/或者方法，以便于对本发明的彻底理解。本领域技术人员会知道在没有一个或多个明确细节时，或者采用其他装置、系统、组件、方法、成分、材料、部分和/或者类似时，如何实现本发明。在其他例子中，已知的结构、材料或者操作没有特别地详细示出或描述，以避免混淆本发明的实施例的方面。
用于本发明的实施例的“计算机可读介质”可以是能够通过指令执行系统、装置、系统或器件或者与之连接而包括、存储、通信、传播或者传送所使用程序的媒介。例如，计算机可读介质可以是但不局限于电子、磁性、光学、电磁、红外或者半导体系统、装置、系统、器件、传播介质或者计算机存储器。
“处理器”或者“程序”包括处理数据、信号或其他信息的任何人、硬件和/或者软件系统、机制或者部件。处理器能够包括具有通用中央处理器的系统、多个处理单元、功能性专用电路的系统或者其他系统。处理不需要限定在地理位置上，或者具有时间限制。例如，处理器能够采用“实时”、“离线”，采用“成批模式”等等实现其功能。处理中的组成部分能够在不同时间和不同地点采用不同(或者相同)处理系统执行。
整个说明书中所提到的“一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”、“特定实施例”表示，结合实施例所描述的特定的特点、结构或者特征包含在本发明的至少一个实施例中，而不必包含在所有实施例中。因此，在整个说明书中的各个地方分别出现的语句“在一个实施例中”、“在实施例中”或者“在特定实施例中”不是必须指相同的实施例。此外，本发明的任意特定实施例的特定的特点、结构或者特征可以以适当的方式与一个或多个其他实施例合并。应该理解的是，在此所描述和图示的本发明的实施例的其他变化和修改也可以是根据在此的讲述，并且是作为本发明的思想和范围的组成部分。
可以通过使用已编程通用数字计算机，通过使用特定用途集成电路、可编程逻辑器件、场可编程门阵列、光学的、化学的、生物的、量子的或者纳米技术的系统、部件和机制实现本发明的实施例。通常，本发明的功能能够通过现有技术中的任何方式实现。能够使用分布式或者网络系统、部件和电路。数据通信或者传送可以是有线的、无线的，或者采用任何其他方式。
还应该认识到，附图/表中所描述的一个或者多个元件还能够采用更加分离或者集成的方式实现，或者甚至在特定情况下去掉或设为不工作，只要其根据特定实施例能够使用。实现能够存储在机器可读介质中的程序或者代码以允许计算机执行上述任何方法，也在本发明的思想和范围内。
另外，在附图/表中的任何信号箭头都应该仅作为示例，而不应该进行限定，除非有特殊的标注。此外，在此所用的术语“或者”通常是为了指“和/或者”，除非另有所指。部件或者步骤的组合也将看作是进行了标注，并不清楚在何处将术语预先看作提供分离或者合并的能力。
如在此的描述中和以下权利要求中所使用的，“一个”，“所述”包括复数含义，除非上下文明确的规定其他情况。此外，如在此的描述中和以下权利要求中所使用的，“在...之中”的意思包括“在...之中”和“在...之上”，除非上下文明确的规定其他情况。
之前对本发明的已图示实施例的描述，包括摘要中所描述的内容，并非穷举或者将本发明限制在在此所公开的精确形式中。在此所描述的本发明的特定实施例，示例仅仅是为了说明的目的，本领域技术人员应该理解，在本发明的思想和范围内可以进行各种等同修改。如所示，对本发明所作出的这些修改是在根据在之前的本发明的已图示说明的实施例，并且要包括在本发明的思想和范围内。
因此，这里已经参考其特定实施例描述了本发明，修改的范围、各种变化和置换的都在之前的公开中，并且应该理解的是，在一些例子中，将会采用本发明的实施例的一些特点，而不使用其他相应的特点，这不会脱离所公开的本发明的思想和范围。因此，在本发明的实质的思想和范围内，可以进行各种修改以适应特定情况或者材料。本发明目的不是要限定在以下权利要求中所使用的特定术语和/或者限定于作为用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括在所附权利要求的范围内的任何和所有实施例和等同物。因此，本发明的范围仅由所附权利要求决定。
权利要求
1.一种装置，包括半导体衬底，所述衬底支持多个集成的波导结构，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；以及影响器系统，响应于控制并连接到所述波导结构，用于在所述输出独立地控制所述辐射信号的振幅。
2.如权利要求1所述的装置，还包括显示系统，用于将所述多个波导结构的所述输出排列成显示矩阵。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包括多个分层的衬底带，每个所述带包括一行所述波导结构。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述波导结构从每个所述带的第一边缘侧向地延伸到所述带的第二边缘，所述输出排列在所述第二边缘上。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包括与衬底表面垂直地延伸的所述波导结构。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述衬底包括半导体晶片，其中所述衬底表面是所述半导体晶片的顶部。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包括与衬底表面平行地延伸的所述波导结构。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述衬底包括半导体晶片，其中所述衬底表面是所述半导体晶片的顶部。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
12.如权利要求9所述的装置，还包括用于将所述多个波导结构的所述输出排列成显示矩阵的显示系统，其中所述显示矩阵平行于所述衬底表面，并且其中所述显示系统包括连接到所述波导结构的偏转系统，以使所述辐射信号指向所述衬底表面上。
13.一种制造方法，该方法包括a)将多个波导结构放置在衬底中，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；b)响应于控制，使影响器系统接近于所述波导结构，以便在所述输出独立地控制所述辐射信号的振幅；以及c)将所述多个波导结构的所述输出排列成显示矩阵。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述衬底包括多个分层的衬底带，每个所述带包括一行所述波导结构。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述波导结构从每个所述带的第一边缘侧向地延伸到所述带的第二边缘，所述输出排列在所述第二边缘上。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述衬底包括与衬底表面垂直地延伸的所述波导结构。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述衬底包括半导体晶片，其中所述衬底表面是所述半导体晶片的顶部。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
20.如权利要求12所述的方法，其中所述衬底包括与衬底表面平行地延伸的所述波导结构。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述衬底包括半导体晶片，其中所述衬底表面是所述半导体晶片的顶部。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述波导结构包括光子晶体元件。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述显示矩阵平行于所述衬底表面，而且其中所述显示系统包括连接到所述波导结构的偏转系统，以使所述辐射信号指向所述衬底表面上。
24.一种传播信号，其上携带有计算机可执行指令，当计算机系统执行该指令时，该指令执行一种方法，该方法包括a)将多个波导结构放置在衬底中，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；b)响应于控制，使影响器系统接近于所述波导结构，以便在所述输出独立地控制所述辐射信号的振幅；以及c)将所述多个波导结构的所述输出排列成显示矩阵。
25.一种操作方法，该方法包括a)经过衬底中支持并排列成显示矩阵的多个波导结构中的每一个，传播辐射信号，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于从输入传播辐射信号到输出；b)在相应的波导结构的输出独立地控制每个所述辐射信号的振幅；以及c)调整关于所述多个波导结构的辐射信号振幅控制以便从一系列所述振幅控制的辐射信号总体地确定显示系统。
26.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，该介质携带有程序指令，用于当使用计算机系统执行该指令时，制造一种装置，所执行的程序指令执行一种方法，该方法包括a)将多个波导结构放置在衬底中，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；b)响应于控制，使影响器系统接近于所述波导结构，以便在所述输出独立地控制所述辐射信号的振幅；以及c)将所述多个波导结构的所述输出排列成显示矩阵。
27.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，该介质携带有程序指令，用于当使用计算机系统执行该指令时，操作一种装置，被执行的程序指令执行一种方法，该方法包括a)经过衬底中支持并排列成显示矩阵的多个波导结构中的每一个，传播辐射信号，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于从输入传播辐射信号到输出；b)在相应的波导结构的输出独立地控制每个所述辐射信号的振幅；以及c)调整关于多个波导结构的辐射信号振幅控制以便从一系列所述振幅控制的辐射信号总体地确定显示系统。
28.一种装置，包括用于经过衬底中支持并排列成显示矩阵的多个波导结构中的每一个传播辐射信号的单元，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于从输入传播辐射信号到输出；用于在相应的波导结构的输出独立地控制每个所述辐射信号的振幅的单元；以及用于调整关于多个波导结构的辐射信号振幅控制以便从一系列所述振幅控制的辐射信号总体地确定显示系统。
全文摘要
一种用于衬底支持显示系统的装置和方法。该装置包括半导体衬底，该衬底支持多个集成的波导结构，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于将辐射信号从输入传播到输出；以及影响器系统，其响应于控制并连接到该波导结构，以独立地控制在输出的辐射的振幅。一种操作方法包括a)经过衬底上支持并排列成显示矩阵的多个波导结构中的每一个，传播辐射信号，每个波导结构包括传导通道和一个或多个边界区域，用于从输入传播辐射信号到输出；b)独立地控制在相应的波导结构的输出的每个辐射信号的振幅；以及c)调整关于多个波导结构的辐射信号振幅控制以便从该振幅控制的辐射信号的序列总体地确定显示系统。
文档编号G02F1/295GK1997923SQ200580011045
公开日2007年7月11日 申请日期2005年2月12日 优先权日2004年2月12日
发明者萨瑟兰·埃尔伍德 申请人:帕诺拉马实验室有限公司