CN101479649A - 具有增强的可见光法拉第旋转的磁光光子晶体多层结构 - Google Patents

具有增强的可见光法拉第旋转的磁光光子晶体多层结构 Download PDF

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CN101479649A CNA2007800137943A CN200780013794A CN101479649A CN 101479649 A CN101479649 A CN 101479649A CN A2007800137943 A CNA2007800137943 A CN A2007800137943A CN 200780013794 A CN200780013794 A CN 200780013794A CN 101479649 A CN101479649 A CN 101479649A
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Abstract

本发明公开了一种用于产生蓝光波长和绿光波长中的磁光材料的设备、方法、系统和计算机程序产品。所述设备包括对于光信号通常是透明的衬底，其中所述光信号包括预定的可见光频率的分量；以及叠加在所述衬底上的光学多层的叠置体，用于针对小于约600纳米的所述预定的可见光频率，以至少约40％的功率透射所述分量并且具有每微米至少约24度的法拉第旋转。所述方法包括用于公开材料的制造和组装的处理步骤，以及计算机程序产品包括用于执行该公开方法的机器可执行指令。

Description

具有增强的可见光法拉第旋转的磁光光子晶体多层结构
相关申请的交叉引用
本申请涉及2005年2月14日提交的题为“SYSTEM，METHOD，AND COMPUTER PROGRAM PRODUCTFOR MAGNETO-OPTICDEVICE DISPLAY”的美国专利申请10/906,304，以及2006年2月9日提交的题为“Nano-engineered magneto-photonic planar thin-films for alow power，high density digital cinema projector and flat panel displaysystems”的美国专利申请60/766,764，并且其全部内容引用在此作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及多层光学材料并且尤其涉及多层磁光光子晶体材料，所述多层磁光光子晶体材料调谐为在可见光辐射的特定波长处产生增强的法拉第旋转和透射。
背景技术
法拉第旋转，也称为法拉第效应，通常是公知的，并且其广泛应用于使用红外光谱中的信号的通信系统。简言之，当磁场处于传播方向时，法拉第效应用于改变辐射信号的偏振角。偏振角的改变量与磁场强度、磁场所作用的距离以及辐射信号在其中传播的材料的费尔德常数相关。
通信系统的优点在于，它们使用红外频率进行操作。在红外频率下，现有材料具有良好的费尔德常数(Verdet constant)和良好的透射率常数。对于这些应用而言，已经对于影响法拉第效应的材料特性和结构进行了广泛的探索。
磁光材料已经被设想用于磁光显示器。正如所公知的，显示器通常分为两种类型：单色的和彩色的。显然，对于显示器而言，辐射频率处于可见光谱内。已经发现，由于磁光显示器的工作频率从红外光谱降低到可见光谱，通过材料的该辐射的透射率变得不可接受，其中所述材料具有所需的有效的费尔德常数值。因此，由于许多原因，其中一个原因是无法获得具有所需绿光和蓝光波长的足够的法拉第旋转值和合适的透射率的合适的绿光和蓝光材料，所以仍将实现利用红、绿和蓝(RGB)原色范式(paradigm)的彩色显示器。
所需要的是适合在绿光和蓝光光谱中使用的磁光材料。
发明内容
本发明公开了一种用于产生蓝光波长和绿光波长中的磁光材料的设备、方法、系统和计算机程序产品。所述设备包括对于光信号通常是透明的衬底，其中所述光信号包括预定的可见光频率的分量；以及叠加在所述衬底上的光学多层的叠置体，用于针对小于约600纳米的所述预定的可见光频率，以至少约40％的功率透射所述分量并且具有每微米至少约24度的法拉第旋转。所述方法包括用于公开材料的制造和组装的处理步骤，以及计算机程序产品包括用于执行该公开方法的机器可执行指令。
本发明实现了与磁光显示器和投影系统兼容的磁光材料。公开的材料能够实现使用红、绿和蓝(RGB)原色范式的简单、高效并且经济的多彩色显示器。
附图说明
图1是根据本发明的多层磁光光子晶体(MPC)调制系统的优选实施例的一般表示；
图2是根据本发明的MPC的第一具体实施例；
图3是根据本发明的MPC的第二具体实施例；
图4是根据本发明的MPC的第三具体实施例；
图5是根据本发明的MPC中可替代的层设置的优选实施例；
图6是用于图2结构的透射和法拉第旋转光谱的一组曲线图；
图7是用于图3结构的透射和法拉第旋转光谱的一组曲线图；以及
图8是用于图4结构的透射光谱和法拉第旋转光谱的一组曲线图。
具体实施方式
以下描述被提供用于使得本领域普通技术人员能够实施并且使用本发明并且提供在专利申请及其要求的部分。对于优选实施例的各种修改以及在此描述的一般原则和特征对于本领域普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明并不意欲限于所示的实施例，而是符合与在此描述的原则和特征一致的最广范围。
图1是根据本发明的多层磁光光子晶体(MPC)调制系统100的优选实施例的一般表示。MPC调制系统100通常是具有输入侧、MPC结构110和输出侧的平面结构，其中所述输入侧用于接收偏振辐射105(例如，右旋圆偏振光或左旋圆偏振光的其中一种)，所述输出侧用于以不同大小的偏振旋转115透射该偏振光，其中所述偏振旋转115受到平行于辐射传播方向施加在该辐射上的磁场(B)的影响(例如，法拉第效应)。
MPC 110包括支撑N层(120i，i＝1至N)特定厚度和磁光特性的材料的衬底120，其中所述材料具有如后面将描述的所需的MPC特征。通过适当地构造层120，可获得所需波长的输入辐射105的透射率和回转(gyration)特性(响应所施加磁场B的偏振的测量)。
可以通过许多不同方法制造MPC 110—优选实施例包括以下工艺步骤(尽管本发明并不意欲限于由该步骤制成的结构)。该工艺从钆镓石榴石(GGG)或取决于波长和层120的所需的材料特性以及成分的其他合适的支撑衬底(例如，硅等)开始。衬底的尺寸取决于预期的应用以及待形成在体器件(bulk device)中的像素数量—例如，在将用于投影机系统中的MPC的优选实施例中，10mm×10mm用于128×128像素模块以及大约100mm×50mm用于4096×2048像素模块，其中每个像素由产生传导阵列(conductive array)的磁场环绕。当然，可以针对任意特定应用改变和修改这些尺寸。
优选的制造工艺包括根据如图2、图3和图4所示的结构和波长溅射多层不同厚度的磁材料和非磁材料。尽管优选使用射频溅射产生层120，但是也可以根据具体实施的需要和要求使用其他公知的层化技术代替所述射频溅射或与其他公知的层化技术结合使用。如将在下面进一步说明的，该优选实施例中将每层120x设置为具有取决于透射光的波长的厚度。还应该理解，以下典型的优选结构针对蓝光波长设计，从而改善这些波长处的透射率和回转。在下列讨论中，我们使用以下波长对应于蓝光、绿光和红光：对于蓝光模块，λ＝473nm；对于绿光模块，λ＝532nm；并且对于红光模块，λ＝632nm。
溅射是物理工艺，通过该工艺由高能离子轰击材料将固体靶材料中的原子发射为气相。其广泛应用于薄膜沉积以及分析技术。溅射主要通过离子与材料中的原子之间由于碰撞造成的动量交换来进行。该工艺可以想象为原子的撞球，其中以离子(母球)撞击一大群密集的原子(撞球)。尽管第一次碰撞将原子更深入地推进该群，但原子之间后续的碰撞导致表面附近的一些原子被发射离开该群。每入射离子从表面射出的原子数量称为溅射率，并且是溅射工艺效率的重要衡量标准。溅射率还取决于入射离子的能量、离子和靶原子的质量以及固体中原子的结合能。用于溅射工艺的离子通过在溅射装备中产生的等离子体来提供。在实践中，可使用多种技术修改等离子体的特性，特别是离子密度，以获得最优化的溅射条件，包括使用RF(无线电频率)交流电、利用磁场，以及对目标应用偏置电压。
发射为气相的溅射原子没有处于它们的热力学平衡状态。溅射材料的沉积往往发生在真空室内部的所有表面上。溅射广泛应用于半导体工业，以在集成电路处理中沉积各种材料的薄膜。对于光学应用而言，还通过溅射在玻璃上沉积薄的增透涂膜。由于使用较低的衬底温度，溅射是用于沉积薄膜晶体管的接触金属(contact metal)的理想方法。溅射最常见的产品可能是用于双层玻璃窗组件中玻璃上的低发射率涂层。该涂层是包含银和诸如氧化锌、氧化锡或二氧化钛的金属氧化物的多层膜。
作为沉积技术，溅射的一个重要优点在于沉积的膜具有与源材料相同的成分。由于溅射率取决于靶中原子的原子量，膜与靶材化学计量的等同性可能是惊人的。因此，可以预料合金或混合物的一种成分比其他成分溅射得更快，从而导致沉积中该成分增加。然而，由于仅仅溅射表面的原子，一种元素更快的发射将留给表面更多的其他元素，从而有效地抵消溅射速度的差别。与热蒸发技术对比，源的一种成分可能具有更高的蒸气压，导致沉积的膜具有与源不同的成分。
溅射沉积由于其速度还具有超过分子束外延(MBE)的优点。由于在同样的时间内，能够到达衬底表面的杂质更少，所以更高速度的沉积导致更低的杂质结合。因此，溅射方法能够使用杂质浓度远高于MBE方法能够容许的真空压力的处理气体。在溅射沉积期间，可以通过高能离子和中性原子轰击衬底。离子可以使用衬底偏置进行偏转并且可以通过离轴溅射最小化中性轰击，仅仅要以沉积速度为代价。塑料衬底不能承受轰击并且通常经由蒸发进行涂覆。
溅射枪通常为基于强电场和磁场的磁控管。溅射气体是惰性的，通常为氩。通过靶附近的其他电场或磁场可以中断溅射工艺。通过使用RF溅射能够避免绝缘靶上的电荷累积，其中阳极-阴极偏置的符号以高速变化。RF溅射能够很好地产生高度绝缘的氧化膜，仅仅会增加RF电源和阻抗匹配网络的费用。从铁磁靶泄漏的杂散磁场也会扰乱溅射工艺。往往必须使用具有强永磁体的特别设计的溅射枪作为补偿。
离子束溅射(IBS)是靶在离子源的外部的方法。在考夫曼(Kaufman)源中，通过与如磁控管中的磁场限制的电子进行碰撞产生离子。随后，通过从栅向靶产生的电场对离子进行加速。当离子离开源时，通过来自第二外部灯丝的电子对其进行中和。IBS的优点在于可以独立地控制离子的能量和通量。由于撞击靶的通量由中性原子组成，因此可溅射绝缘靶或导体靶。IBS已经发现应用于磁盘驱动器的薄膜头的制造中。IBS的主要缺点是需要大量维护以保证离子源持续工作。
反应溅射法指的是通过靶材料与引入真空室的气体之间的化学反应形成沉积膜的技术。氧化膜和氮化膜经常使用反应溅射来制造。可以通过改变惰性气体与反应气体的相对压力可以控制膜的成分。膜的化学计量是用于优化如SiNx的应力和SiOx的折射率等的功能特性的重要参数。用于光电子学和太阳能电池的透明的铟锡氧化物导体可以通过反应溅射法来制造。
离子辅助沉积(IAD)中，衬底暴露于以低于溅射枪的功率工作的次级离子束。通常，在IBS中使用的考夫曼源等提供次级束。IAD可以用于在衬底上沉积类金刚石构造的碳。任何落在衬底上未与金刚石晶体点阵完全结合的碳原子将由次级束去除。20世纪80年代，NASA曾使用该技术试验在涡轮叶片上沉积金刚石膜。IAS用于其它重要的工业应用，诸如制造硬盘盘片上的四面体非晶碳表面涂层以及医学植入体上的硬过渡金属氮化物涂层。
在优选的实施例中，溅射靶可以商购或客户定制，并且可以针对层120的数量和类型/成分进行设计。在图2至图4所示的结构中，所需溅射靶的最大数量为3。然而，在其他实施例和实施中，可以多于该数量，例如可使用6至8(更多或更少)个以获得可替代的优选结构。
图2是根据本发明的MPC 200的第一具体优选实施例。图6是用于图2结构的透射和法拉第旋转光谱的一组曲线图。MPC 200包括GGG衬底和标记为“M”和“L”的两种材料的层，其中M是掺铋钇铁石榴石(bismuth substituted yttrium iron-garnet)(Bi：YIG)并且L与衬底相同——即GGG。MPC 200的设计波长为473nm并且每层具有约等于λ/4n的厚度，其中n是特定层材料的折射率(例如，n(L)约为1.97并且n(M)约为2.8)。因此，对于所有层的总厚度约为662.4nm而言，每个L层的厚度约为60.02nm并且每个M层的厚度约为42.23nm。为简单起见，MPC 200的层的设置根据序列描述：S(ML)2(M)6(LM)2表示衬底顶部上共有4个L层和10个M层，如图2中所示的设置。应注意，在某些沉积或层化系统中，MPC 200的(M)6区或者是6个独立的M层，厚度为M6×42.23nm的一层，或者是产生相同或相似效果的层的组合。如所示构造的MPC 200产生0.04至0.2i的回转(提供每微米约24度的固有旋转(intrinsic rotation))。吸收—α(M)约为7000cm-1并且α(L)约为100cm-1—并且所有层厚度的标准偏差约为0.5nm(～1％)。
图3是根据本发明的MPC 300的第二具体优选实施例。图7是用于图3结构的透射和法拉第旋转光谱的一组曲线图。MPC 300包括SiO2(或者在某些情况下为GGG)的衬底和标记为“M”、“L”和“H”的三种材料的层，其中M为具有良好的特定法拉第旋转的Bi3Fe5O12(或者为掺杂铈)，L为GGG以及H为ZnO和/或Ta2O5。MPC 300的设计波长也为473nm并且每层的厚度约等于λ/4n，其中n是特定层材料的折射率(例如，n(衬底)＝2.1，n(L)约为1.9，n(M)约为2.8，并且n(H)约为2.0)。因此，对于所有层的总厚度约为2300nm而言，每个L层的厚度约为62.23nm，每个M层的厚度约为42.23nm，并且每个H层的厚度约为59.12nm。为简单起见，MPC 300的层的设置根据序列进行描述：S(H)1(M)13(HL)10(M)6(LH)2表示衬底顶部之上共有12个L层和19个M层以及13个H层，如图3中所示的设置。应注意在图3中，为方便起见使用如下识别层的表示方法：10@HL表示在MPC 300的该部分中有10个序列的H和L交替层。吸收—α(M)约为7000cm-1并且α(L)约为100cm-1。
图4是根据本发明的MPC 400的第三具体优选实施例。图8是用于图4结构的透射和法拉第旋转光谱的一组曲线图。MPC 400包括SiO2(或者在某些情况下为GGG)的衬底和标记为“M”和“L”的两种材料的层，其中M为顺磁性的CdMnTe，并且L为SiO2。MPC 400的设计波长也为473nm并且每层厚度约等于λ/4n，其中n是特定层材料的折射率(例如，n(衬底)＝n(L)，约为1.5，对于总厚度约为5.3微米而言，则认为n(M)＝2.5)。为简单起见，MPC 400的层的设置根据序列进行描述：S(LM)8(ML)15(LM)13(ML)6表示共有39个L和M层，如图4中所示的设置。应注意在图4中，为方便起见使用如下用于识别层的表示方法：8@LM表示MPC 400的该部分中有8个序列的L和M交替层。吸收—α(M)约为20cm-1并且α(L)约为0cm-1。
图5是根据本发明的MPC中的交替层设置的优选实施例。一些报告的测量示出，薄的(10至30nm)钴(Co)膜与较厚的膜相比具有更低的损失系数。这一现象是由于隧道效应(波将隧穿该膜并且出现在外侧)造成的，并且确信某些实施适用于MPC中的多重穿越。钴具有的法拉第旋转大于Bi：YIG约50倍(H＝1.78Tesla(特斯拉)处的饱和固有旋转为36.3度/微米)。由钴层(10至20nm)和绝缘层组成的MPC可以是高法拉第旋转和足够透射的有效途径，特别是考虑到钴的旋转在更短波长(蓝光)处更强。
为了在MPC中包含这样的材料，有必要或者需要设置任何给定的子层，诸如使用磁光材料膜或惰性/透明膜等以产生总的整体厚度为λ/4n的层。
在图5中示出了包括增强特性层505和厚度调整层510的MPC的层500(然而具有超过两层的其他配置也是可行的，其中通过多个子层提供透射率和回转的不同属性以产生单个层，例如，图1到图4中示出的MPC中的示例性使用)。在一种情况下，子层505是钴薄膜并且子层510包括GGG或SiO2层。在其他情况下，子层505可以是顺磁性材料CdMnTe并且子层510可以是Bi:YIG。这样的CdMnTe/Bi:YIG层500可以用作在诸如图4中示出的MPC400的MPC中的M层。
为了制造磁光蓝光模块(以下称为MO-B)和磁光绿光模块(MO-G)，已经开发了基于掺钙Bi3Fe5O12(以下称为Ca:BIG)、掺铈Y3Fe5O12(Ce:YIG)以及掺镓Bi3Fe5O12(Ga:BIG)石榴石材料的异质外延全石榴石薄膜处理技术。掺钙和掺镓能够增强光学透明性，而掺铈导致吸收边剧烈蓝移和法拉第旋转(FR)。制造和优化MO-光子晶体包括使用“组合”方法，其中所述“组合”方法在中央光腔(optical cavity)和介质镜(dielectrical mirror)中组合各种石榴石成分、各种材料序列及层数。具有良好MO-性能的光子晶体的主要代表在下表I中列出。
表I
Figure A200780013794D00121
Figure A200780013794D00131
光子晶体的名称MO-Bi或MO-Gi指示蓝光或绿光的工作范围，同时i为样本数。除了MO-G3和MO-G6以外，所有的光子晶体都具有厚度为λ/2n的均匀中央光腔和λ/4n的介质镜，其中n为相应的石榴石材料的折射率。MO-G3晶体中的光腔已制成为5个Ca:BIG和GGG层的序列，其厚度满足以下条件：
dCa:BIG×nCa:BIG(λ)+dGGG×nGGG(λ)＝λ/2
其中，λ是设计的波长。另外，分别使用以下数量的激光脉冲：100/656/1000/656/100，制造Ca:BIG/GGG/Ca:BIG/GGG/Ca:BIG五个层的序列。为了使MO-G6晶体中的镜更透明，使用λ/8nGa:BIG厚的Ga:BIG和3λ/8nGGG厚的GGG石榴石的叠置来制造该镜。
从图6到图8可以看出，在磁光光子晶体中已经获得显著增强的法拉第旋转。制造的晶体具有有限数量的介质镜，然而对于MO-G和MO-B模块，已经证实带隙(band gap)中出现光的强反射。MO-B模块的区别特征在于在Ce:YIG材料中使用的正(positive)法拉第旋转。该结构证实了对MO-B模块和MO-G模块分别使用Ce:YIG石榴石以及Ca:BIG和Ga:BIG石榴石的可行性。
应注意，在某些实例中，描述了透射和回转/旋转的各种结果。绝大多数情况下，所述结果基于由使用脉冲激光沉积产生的结构得到的测量结果。可以理解，一些其他的制造技术，包括RF磁控管溅射和分子束外延(MBE)由于所制造的层的质量通常产生改进的结果。例如，在一些情况下，与脉冲激光沉积(PLD)相比，RF磁控管溅射导致至少一半的吸收系数。对于RF溅射而言，液相外延(LPE)导致约一半的吸收系数。
例如，使用PLD来合成已优化的红光MPC结构S(ML)1(MM)10(LM)3(MM)11(ML)6(LM)4，M层(BIG)将具有(例如)A＝2800cm^-1的吸收系数和-0.035的回转，产生21.9％的透射和18.7度的法拉第旋转(即8.1％＝透射率×sin(2×旋转)^2的动态范围)。当使用RF磁控管溅射时，M层的吸收系数变为至多A＝1400cm^-1并且回转保持不变(-0.035)，产生29.6％的透射和29.5度的法拉第旋转(即21.7％的动态范围)的优化结构S(ML)2(MM)8(LM)5(MM)9(ML)8(LM)5。
下表II和表III包括PLD与溅射的RGB MPC结构之间的对比。对于PLD MPC而言，使用测量的吸收系数和法拉第旋转。对于溅射的MPC而言，如所示地选择吸收系数。应注意，LPE目前仅仅实际用于平面结构。表III中，列包括波长、透射率、旋转、动态范围、厚度、MPC结构、吸收和沉积类型(即，脉冲激光沉积、RF溅射，以及液相外延)。表III中，具有以“*”开头的透射率的行是测量结果，其他是来自仿真的结果。用于获得该值的结构类型总体上说对应于并入的专利申请60/766,764。用于表III中各项目的回转值包括：对于使用红光的BIG/GGG结构，g＝0.035；对于使用绿光的BIG/GGG结构，g＝0.05；对于使用蓝光的Ce-YIG/BBB结构，g＝0.001，以及对于使用所示的平面结构的BIG/air结构(PS＝平面结构)，g＝0.27。
表II
 
波长(nm) 透射率 旋转(deg) 动态范围＝透射率×Sin(2×旋转)^2
红光@673 45％ 5.1 1.42
@657 41％ 5.7 1.60
@676 46％ 5.2 1.50
@678 47％ 5.1 1.47
@738 39％ 7.5 2.61
@770 43％ 6.6 2.24
@825 46％ 4.4 1.08
绿光@594 41％ 5.6 1.55
@571 31％ 6.7 1.66
@588 41％ 5.8 1.66
@581 36％ 5.8 1.45
 
蓝光@467 33％ 1.9 0.14
@473 35％ 1.9 0.15
@475 35％ 2 0.17
@475 22％ 2.4 0.15
表III
 
λ(nm) T％ Rot. 范围％ d(um) MPC结构 A(cm^-1) Depo
738 *40 7.5 2.68 1.43 S(ML)4(M)2(LM)4 2800 PLD
738 21 16.2 5.94 4.6 S(MM)11(ML)4(LM)9(ML)6 2800 PLD
635 30.3 14.8 7.39 3.14 S(ML)1(MM)10(LM)4(MM)6(ML)4 2800 PLD
635 21.9 18.7 8.07 4.42 S(ML)1(MM)10(LM)3(MM)11(ML)6(LM)4 2800 PLD
635 29.6 29.5 21.73 4.2 S(ML)1(MM)9(LM)3(MM)7(ML)6(LM)3 1400 RFS
540 *20.0 6 0.86 0.8 S(ML)3(MM)1(LM)3 17000 PLD
540 22.8 17.1 7.20 2.96 S(LM)4(ML)8(LM)8(ML)5 5000 RFS
540 20.4 18.5 7.38 3 S(ML)3(LM)5(MM)10(ML)6(LM)3 5000 RFS
470 *28.0 2.1 0.15 0.89 S(ML)4(MM)1(LM)4 5500 PLD
470 16.1 4.3 0.36 2.57 S(ML)1(MM)10(LM)5(ML)8(LM)3 5500 PLD
470 18.5 10.3 2.29 3.07 S(MM)10(LM)6(ML)9(MM)6(LM)2 2000 RFS
PS
470 49 36.1 44.13 1.4 S(MM)11(LL)12(MM)82(LL)12(MM)11 7000 LPE
L和M的厚度＝λ/4
当然，本申请中描述的系统、方法、计算机程序产品，以及传播的信号可以由硬件来实施；例如，可在中央处理单元(“CPU”)、微处理器、微控制器、片上系统(“SOC”)，或任意其他可编程器件中实施或耦合到上述硬件。另外，该系统、方法、计算机程序产品以及传播的信号可以由软件(例如，计算机可读代码、程序代码、指令和/或以任意形式，诸如源、目标或机器语言设置的数据)来实施，该软件例如，设置在配置用于存储该软件的计算机可用(即可读的)介质中。这样的软件能够实现在此描述的设备和方法的功能、制造、建模、仿真、描述和/或试验。例如，这可以通过使用普通的编程语言(例如，C、C++)、GDSII数据库、包括Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等的硬件描述语言(HDL)，或其他可用的程序、数据库、纳米处理、和/或电路(即，示意性的)捕获工具来实现。这样的软件可以设置在包括半导体、磁盘、光盘(例如，CD-ROM、DVD-ROM等)的任意已知的计算机可介质中并且在计算机可用(例如可读的)传输介质(例如，载波或包括数字、光学或基于模拟的任意其他介质)中实施为计算机数据信号。由此，该软件可以在包括互联网或内部网的通信网络上传输。以软件实施的系统、方法、计算机程序产品以及传播的信号可包括在半导体知识产权核心中(例如，以HDL实施)并且在集成电路生产中转换为硬件。另外，在此描述的系统、方法、计算机程序产品以及传播的信号可以实施为硬件和软件的组合。
本发明的一个优选实施是在计算机操作期间作为操作系统中的例行程序，其由驻留在计算系统的存储器中的编程步骤或指令组成。直到计算机系统请求为止，程序指令才可存储到另一可读介质，例如磁盘驱动器或诸如在CD ROM计算机输入中使用的光盘或在软盘驱动器计算机输入中使用的软盘的可移动存储器。并且，当本发明的用户要求时，程序指令可以在本发明的系统中使用之前存储在另一计算机的存储器中，并且在LAN或诸如互联网的WAN上传输。本领域普通技术人员应了解，控制本发明的处理能够以各种形式的计算机可读介质的形式发布。
包括C、C++、Java、汇编语言等的任意适当的程序设计语言可用于实施本发明的例行程序。不同的程序设计技术，诸如面向程序或面向对象的技术可以使用。例行程序可以在单个处理器件或多重处理器上执行。尽管步骤、操作或计算可以以特定的顺序出现，但是这个顺序在不同的实施例中可以改变。在一些实施例中，本说明书中所示为连续的多个步骤可以同时执行。在此描述的操作的顺序可以中断、暂停或由诸如操作系统、内核等的其他处理来控制。例行程序可以在操作系统环境中运行或作为占用全部或基本上一部分的系统处理的独立的例行程序。
在于此的描述中，提供了大量具体细节，诸如元件和/或方法的实例以提供对本发明实施例的全面理解。然而，相关领域的普通技术人员将认识到，可以不用一个或多个具体细节或使用其他设备、系统、组件、方法、元件、材料、部件等实施本发明的实施例。在其他实例中，没有具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作以避免模糊本发明实施例的方案。
用于本发明实施例的“计算机可读介质”可以是任意介质，其能够通过指令执行系统、设备、系统或器件或与其结合来包含、存储、通信、传播或传输供使用的程序。仅通过示例的方式而并非限制的，计算机可读介质可以是电子的、磁的、光的、电磁的、红外线的或半导体的系统、设备、系统、器件、传播介质或计算机存储器。
“处理器”或“处理”包括处理数据、信号或其他信息的任何人、硬件和/或软件系统、机制或元件。处理器可以包括具有通用的中央处理单元、多处理单元、用于实现功能的专用电路的系统或其他系统。处理不需要受限于地理位置或具有时间限制。例如，处理器可以“实时”、“脱机”、“批处理模式”等执行其功能。部分处理可以通过不同(或相同的)处理系统在不同时间和不同位置处执行。
本说明书通篇提到的“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”表示相对该实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中并且在所有实施例中并非必需的。因此，在本说明书通篇不同位置分别出现的语句“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”并非必需涉及相同的实施例。并且，本发明任意具体实施例的具体特征、结构或特性可以以任意适当的方式与一个或多个实施例结合。应该理解，根据这里的教导，在此描述和图示的本发明实施例的其他变型和修改也是可行的并且其可认为是本发明的精神和范围的一部份。
通过使用编程的通用数字计算机可以实施本发明的实施例，通过使用应用特定的集成电路，可以使用可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光学、化学、生物学、量子学或纳米工程学的系统、元件和机制。一般而言，可以通过本领域已知的任何手段实现本发明的功能。可以使用分布式或网络化系统、元件和电路。数据的通讯或传输可以是有线、无线或通过任意其他方式。
还应该了解，附图/视图中描绘的一个元素也可以以更加独立或集成的方式实施，或者由于在确定的情况下不起作用而去掉或放弃所述元素，如根据具体应用是有用的。实施能够存储在机器可读介质中的程序或代码以允许计算机执行上述任何方法也落入本发明的精神和范围中。
另外，除非另有明确说明，应认为附图/视图中任何的符号箭头都是示例性而非限制性的。此外，在此使用的术语“或”一般表示“和/或”，除非另有说明。元件或步骤的组合也将认为已指明，其中术语预见为使得分离或组合的能力不清晰。
在这里的说明书中以及所附的权利要求书中通篇使用的“一”和“该”包括复数引用，除非文中另行清楚地指明。同样地，在这里的说明书中以及所附的权利要求书中通篇使用的“中n”的含义包括“中”和“上”，除非文中另行清楚地指明。
本发明的图示的实施例的前述描述，包括摘要中描述的内容并不是绝对的或要将本发明限制于在此公开的精确形式。相反，在此描述的本发明的具体实施例和实例仅用于说明的目的，正如那些相关领域的普通技术人员将了解和认识到的，在本发明的精神和范围之内，各种等同的修改都是可行的。正如所说明的，根据前述对本发明的图示的实施例的描述，可以对本发明进行这些修改并且这些修改将包含在本发明的精神和范围中。
因此，当参照其特定的实施例在此描述本发明时，前述公开中意欲覆盖修改的限度、各种改变和替代，并且应了解，在不偏离本发明所述范围和精神的情况下，在某些实例中将使用本发明实施例的某些特征而没有其他特征的相应使用。因此，可以作出许多修改以使特定的环境或材料适应本发明的基本范围和精神。可预料，本发明不限于所附权利要求书中使用的特定术语并且/或不限于作为预期的实施本发明的最好模式而公开的特定实施例，相反本发明将包括落入所附权利要求范围中的任意或全部实施例和等同物。因此，本发明的范围由所附权利要求唯一确定。

Claims (21)

1、一种设备，包括：
对于光信号通常是透明的衬底，其中所述光信号包含预定的可见光频率的分量；
叠加在所述衬底上的光学多层的叠置体，用于针对小于约600纳米的所述预定的可见光频率，以至少约40％的功率透射所述分量并且具有每微米至少约24度的法拉第旋转。
2、根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定的可见光频率为约473±约10nm。
3、根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定的可见光频率为约532±约10nm。
4、根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学多层的叠置体包括由(ML)2(M)6(LM)2命名的层序列，其中M是磁光材料并且L是非磁光材料。
5、根据权利要求4所述的设备，其中，所述衬底和所述L层实质上包括Gd3Ga5O12(GGG)。
6、根据权利要求5所述的设备，其中，所述M层包括掺铋钇铁石榴石(Bi:YIG)。
7、根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学多层的叠置体包括由(H)1(M)13(HL)10(M)6(LH)2命名的层序列，其中M是磁光材料并且L是非磁光材料。
8、根据权利要求7所述的设备，其中，所述衬底和所述L层选自基本上由Gd3Ga5O12(GGG)、SiO2及其组合组成的组中的至少一种。
9、根据权利要求8所述的设备，其中，所述H层选自基本上由ZnO、Ta2O5及其组合中的一种或多种组成的组中的至少一种。
10、根据权利要求8所述的设备，其中，所述M层选自基本上由Bi3Fe5O12、Bi:YIG及其组合组成的组中的至少一种。
11、根据权利要求9所述的设备，其中，所述M层选自基本上由Bi3Fe5O12、Bi:YIG及其组合组成的组中的至少一种。
12、根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学多层的叠置体包括由(LM)8(ML)15(LM)13(ML)6命名的层序列，其中M是磁光顺磁材料并且L是非磁光材料。
13、根据权利要求12所述的设备，其中，所述衬底和所述L层实质上包括Gd3Ga5O12(GGG)。
14、根据权利要求12所述的设备，其中，所述M层实质上包括CdMnTe。
15、根据权利要求1所述的设备，其中，所述叠置体的每个所述光学多层的厚度约等于自由空间中所述预定的可见光频率的波长除以所述光学多层材料的折射率的四倍。
16、根据权利要求15所述的设备，其中，至少一个所述光学多层包括具有至少两个子层的磁光材料层，其中所述两个子层包括第一特性增强子层和第二厚度调整子层，并且其中所述至少一个光学多层的总厚度约等于所述厚度。
17、根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一特性增强子层包括选自实质上由CdMnTe、钴或其组合组成的组中的至少一种材料。
18、根据权利要求16所述的设备，其中，所述第二特性增强子层包括选自实质上由Bi:YIG、SiO2或其组合组成的组中的至少一种材料。
19、根据权利要求17所述的设备，其中，所述第二特性增强子层包括选自实质上由Bi:YIG、SiO2或其组合组成的组中的至少一种材料。
20、一种方法，所述方法包括：
a)制备用于多层形成的衬底的表面；以及
b)在所述衬底上形成可见光波长可透射的多个层，从而产生组件，所述组件在小于约600纳米的波长处具有至少约20％的透射率并且具有每微米至少约24度的固有旋转。
21、一种包括承载有程序指令的计算机可读介质的计算机程序产品，其中所述程序指令用于在被使用计算系统执行时形成MPC薄膜叠置结构，所执行的程序指令执行一种方法，所述方法包括：
a)制备用于多层形成的衬底的表面；以及
b)在所述衬底上形成可见光波长可透射的多个层，从而产生组件，所述组件在小于约600纳米的波长处具有至少约20％的透射率并且具有每微米至少约24度的固有旋转。
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