CN112088282B - 用于形成具有横向能局域化的能量中继器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于制造能量引导系统的能量中继器的系统和方法。公开了用于形成具有能量局域化特性的能量中继器材料的随机和非随机图案的方法和装置。公开了用于形成不同形状的能量中继器的方法和装置。

Description

用于形成具有横向能局域化的能量中继器的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月14日提交的标题为《用于在能量中继器中使用有序结构进行横向能局域化的系统和方法(System and Methods for Transverse EnergyLocalization in Energy Relays Using Ordered Structures)》的第62/617,288号美国临时专利申请和2018年1月14日提交的标题为《全息和光场技术的新颖应用(NovelApplication of Holographic and Light Field Technology)》的第62/617,293号美国临时专利申请的优先权，所述申请均以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及形成能量中继器，且更确切地说，涉及用于形成具有横向能局域化的能量中继器的方法和装置。

背景技术

通过Gene Roddenberry的《星际迷航(Star Trek)》推广的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想最初是在20世纪初由作家Alexander Moszkowski设想出来的，近一个世纪以来它一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人的集体想象之外，这种体验并不具有令人信服的实施方案。

发明内容

公开了用于制造诱发有序能量局域化效应的能量引导系统的能量中继器的系统和方法。公开了有序能量中继器材料分配标准。论述了横向平面以及多维的有序材料配置。公开了用于形成具有能量局域化特性的有序能量中继器材料的方法和系统

在实施例中，一种用于形成能量中继器的方法包括：提供第一和第二能量中继器材料；在所述能量中继器的横向平面中形成所述第一和第二能量中继器材料的布置，所述布置允许能量沿着所述能量中继器材料的纵向平面传输，使得所述能量中继器在所述纵向平面中的能量传输效率远远高于所述横向平面中的能量传输效率；在受约束空间中容纳第一和第二能量中继器材料的所述布置；当所述布置容纳在所述受约束空间中时处理所述布置以形成熔合结构；所述熔合结构具有由所述受约束空间限定的横向尺寸；以及在所述处理步骤之后从所述受约束空间中去除能量中继器材料的所述熔合结构。

在实施例中，一种方法包括：加热所述熔合结构的至少第一部分，所述第一部分在受热之前具有第一横向尺寸；以及沿着受热熔合结构的至少所述第一部分纵向施加拉力，由此使所述第一部分变成具有比所述第一横向尺寸窄的第二横向尺寸，同时大体上维持第一和第二能量中继器材料的所述布置。

在实施例中，一种用于改变能量中继器材料的尺寸的方法包括：提供能量中继器材料，所述能量中继器材料配置成沿着所述能量中继器材料的纵向平面传输能量，其中所述纵向平面中的能量传输效率远远高于垂直于所述纵向平面的横向平面中的能量传输效率；在受约束空间中容纳所述能量中继器材料；使所述能量中继器材料顺应所述受约束空间的至少一部分；以及从所述受约束空间中去除顺应的能量中继器材料；并且其中所述受约束空间包括允许所述顺应的能量中继器材料的至少一部分沿着所述能量中继器材料的所述纵向平面具有减小的横向尺寸的形状。

在实施例中，一种方法包括提供限定受约束空间的固定件，所述固定件具有第一端部和第二端部，以及沿着纵向方向在所述第一端部和第二端部之间延伸的中间部分，其中所述固定件的所述中间部分包括穿过其限定的至少一个孔口；并且其中顺应包括至少部分地通过所述至少一个孔口施加楔形件，其中所述楔形件与所述固定件配合，使所述能量中继器材料的一部分顺应减小的横向尺寸。

在实施例中，一种方法包括提供多个可调整壁，所述多个可调整壁沿着纵向方向延伸并限定可用于容纳能量中继器材料的受约束空间的周边，且配置成通过调整所述可调整壁在垂直于所述纵向方向的横向方向上相对于彼此的位置来改变所述受约束空间的至少一部分沿着所述纵向方向的横向尺寸。

在实施例中，一种方法包括提供包括模制部分的模具，其中所述模具限定受约束空间，并且至少部分地通过所述模具的所述模制部分的形状提供允许顺应的能量中继器材料的至少所述部分具有所述减小的横向尺寸的形状，所述模制部分的所述形状包括具有减小的横向尺寸的端部；在所述模制部分的所述具有减小的横向尺寸的端部中容纳所述能量中继器材料的端部部分，其中所述能量中继器材料的所述端部部分的尺寸大体上等于所述模制部分的所述具有减小的横向尺寸的端部的尺寸；将所述能量中继器材料加热到某一温度，使得所述能量中继器材料在所述纵向和横向平面中均具有可成形性，以允许所述能量中继器材料的至少所述横向尺寸重新形成；使所述能量中继器材料大体上顺应所述模制部分的所述形状；冷却顺应的能量中继器材料和所述模具；以及将所述顺应的能量中继器材料与所述模具隔开。

在实施例中，一种方法包括：提供限定受约束空间的形状的模具，其中所述受约束空间的所述形状包括具有已形成锥形能量中继器阵列的倒置形状的至少一部分；提供能量中继器材料；其中顺应包括：将所述能量中继器材料和所述模具加热到某一温度，使得所述能量中继器材料在纵向和横向平面中均具有可成形性，以允许所述能量中继器材料的至少所述横向平面重新形成；以及向所述能量中继器材料和所述模具中的至少一个施加力，使所述能量中继器材料的至少一部分大体上顺应所述已形成锥形能量中继器阵列的所述形状；其中所述方法进一步包括冷却顺应的能量中继器材料和所述模具。

在实施例中，一种用于限定配置成在其中容纳能量中继器材料的受约束空间的固定件包括：第一端部和第二端部，以及沿着纵向方向在所述第一端部和第二端部之间延伸的中间部分，其中所述固定件的所述中间部分包括穿过其限定的至少一个孔口；以及楔形件，其配置成可至少部分地通过所述至少一个孔口施加，其中所述楔形件配合以限定所述受约束空间的横向尺寸。

在实施例中，一种用于限定配置成在其中容纳能量中继器材料的受约束空间的固定件，所述固定件包括：模具，其包括已形成能量中继器阵列形状的倒置形状；其中所述已形成中继器阵列形状的所述倒置形状包括至少一个倒置中继器元件隔室，所述至少一个隔室包括：具有第一横截面区域的窄端、具有大于所述第一横截面区域的第二横截面区域的宽端，以及连接所述宽部和窄端的边缘的倾斜壁。

在实施例中，一种用于限定受约束空间的固定件包括：第一和第二组件，其配置成接合在一起以在其间形成所述受约束空间；其中所述受约束空间配置成容纳一个或多个能量中继器材料，所述一个或多个能量中继器材料在所述一个或多个能量中继器材料的横向平面中呈允许能量沿着所述一个或多个能量中继器材料的纵向平面传输的布置，使得所述一个或多个能量中继器材料在所述纵向平面中的能量传输效率远远高于所述横向平面中的能量传输效率。

在实施例中，一种用于限定配置成在其中容纳能量中继器材料的受约束空间的模具包括：模制部分，其包括锥形能量中继器形状的倒置形状，所述模制部分配置成允许所述能量中继器材料的至少一部分顺应所述锥形能量中继器形状；所述模具进一步配置成使所述能量中继器材料的第一端部部分适应所述模制部分的具有减小的横向尺寸的端部，其中所述第一端部在所述能量中继器材料的横向平面中的尺寸大体上等于所述模制部分的所述具有减小的横向尺寸的端部的尺寸。

在实施例中，一种用于限定配置成在其中容纳一个或多个能量中继器材料的受约束空间的固定件包括：多个可调整壁，其沿着纵向方向延伸并在其间限定所述受约束空间，且配置成通过调整所述可调整壁在垂直于所述纵向方向的横向方向上相对于彼此的位置来改变所述受约束空间的至少一部分沿着所述纵向方向的横向尺寸。

附图说明

图1是说明用于能量引导系统的设计参数的示意图；

图2是说明具有主动装置区域的带机械外壳的能量系统的示意图；

图3是说明能量中继器系统的示意图；

图4是说明粘合在一起且紧固到底座结构上的能量中继器元件的实施例的示意图；

图5A是说明通过多核光纤中继的图像的实例的示意图；

图5B是说明通过光学中继器中继的图像的实例的示意图，所述光学中继器具有横向安德森局域化原理的特性；

图6是示出从能量表面传播到观察者的光线的示意图；

图7A说明根据本公开的一个实施例的柔性能量中继器的剖视图，所述柔性能量中继器通过在油或液体内互混两个组件材料来实现横向安德森局域化；

图7B说明根据本公开的一个实施例的刚性能量中继器的剖视图，所述刚性能量中继器通过在结合剂内互混两个组件材料来实现横向安德森局域化，并且在这样做时实现一个材料特性在一个方向上具有最小变化的路径；

图8说明根据本公开的一个实施例的横向平面中的示意性剖视图，在纵向方向上包含设计成吸收能量的尺寸外部吸收(DEMA)材料；

图9说明能量中继器中包括两个组件材料的随机分布的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图10说明能量中继器中包括限定单个模块的三个组件材料的非随机图案的模块在横向平面中的示意性剖视图；

图11说明熔合前能量中继器中包括两个组件材料的随机分布的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图12A说明熔合前能量中继器中包括限定具有类似定向的多个模块的三个组件材料的非随机分布的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图12B说明熔合前能量中继器中包括限定具有不同定向的多个模块的三个组件材料的非随机图案的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图13说明已熔合能量中继器中包括两个组件材料的随机分布的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图14说明已熔合能量中继器中包括三个组件材料的非随机图案的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图15说明能量中继器中包括两个不同的组件工程化结构(“CES”)材料的随机化分布的部分的示意性横截面图；

图16说明能量中继器中包括三个不同的CES材料的非随机图案的部分的示意性横截面图；

图17说明能量中继器中包括两个组件材料的聚合颗粒的随机化分布的部分的示意性横截面透视图；

图18说明能量中继器中包括三个组件材料的聚合颗粒的非随机图案的部分的示意性横截面透视图；

图19A说明熔合前能量中继器中包括非随机图案的部分在横向平面中的示意性剖视图；

图19B说明在熔合之后形成的非随机图案能量中继器在横向平面中的示意性剖视图，包含初始和减小的横向尺寸配置。

图20说明形成具有减小的横向尺寸的能量中继器的实施例；

图21说明用于将中继器材料加热并拉伸成微观结构材料的过程的框图；

图22说明形成具有减小的横向尺寸的能量中继器的实施例；

图23A说明通过在固定件中固定熔合前中继器材料来熔合能量中继器材料的实施例；

图23B说明作为松弛和熔合能量中继器材料的过程的一部分而装纳能量中继器材料的已组装固定件的透视图；

图23C说明在能量中继器材料熔合在一起之后装纳所述材料以形成已熔合能量中继器材料的已组装固定件的透视图。

图23D说明用于熔合能量中继器材料的可调整固定件的实施例的透视图；

图23E说明图23D中的可调整固定件的横截面图；

图24说明熔合的能量中继器材料块的透视图；

图25说明用于制造能量中继器材料的过程的框图；

图26说明锥形能量中继器镶嵌布置；

图27说明包括串联的两个复合光学中继器锥的能量中继器元件堆叠的侧视图；

图28是显示内反射的基本原理的示意图；

图29是显示进入光纤的光线以及在中继器出口处的所得锥形光分布的示意图；

图30说明根据本公开的一个实施例的具有3:1放大因数以及最后观察到的附接能量源的光角的光锥中继器配置；

图31说明根据本公开的一个实施例的图30的光锥中继器，但是在光锥中继器的能量源侧上的弯曲表面使得能量源的整体视角增大；

图32说明根据本公开的一个实施例的图30的光锥中继器，其中在能量源侧上的表面是非垂直的，但是是平面的；

图33说明图30的光学中继器和照明光锥区，其中在能量源的侧上的表面是凹形的；

图34说明根据本公开的一个实施例的图33的光锥中继器和照明光锥区，其中在能量源的侧上具有相同的凸形表面，但是输出能量表面几何结构是凹形的；

图35说明根据本公开的一个实施例的联接在一起的多个光锥模块，所述多个光学锥形模块具有弯曲能量源侧表面且用于从垂直的能量源表面形成能量源可视图像；

图36说明根据本公开的一个实施例的联接在一起的多个光锥模块，所述多个光锥模块具有垂直的能量源侧几何结构和围绕中心轴线呈放射状的凸形能量源表面；

图37说明根据本公开的一个实施例的联接在一起的多个光锥中继器模块，所述多个光锥中继器模块具有垂直的能量源侧几何结构和围绕中心轴线呈放射状的凸形能量源侧表面；

图38说明根据本公开的一个实施例的多个光锥中继器模块，其中每一能量源独立地配置成使得可视输出光线比在能量源处观察到的更均匀；

图39说明根据本公开的一个实施例的多个光锥中继器模块，其中能量源侧和能量源均配置有各种几何结构以提供对输入和输出光线的控制；以及

图40说明多个光锥中继器模块的布置的正交视图，所述光锥中继器模块的各个输出能量表面已进行研磨以形成围绕观察者的无缝凹形圆柱形能量源，其中中继器的源端部是平坦的且各自结合到能量源；

图41说明制造能量中继器元件阵列的方法；

图42至44说明从单个初始材料块制造能量中继器元件阵列的方法；

图45至46说明用于从中继器材料形成锥形中继器的方法；

图47至49示出形成锥形能量中继器阵列的方法，其中提供了多个类似于图45中所示的模具的模具；

图50A至图52B说明一个多步骤过程，其中施加到含有所要锥形倾斜轮廓的楔形件的力可用于在两个维度中压缩中继器材料，同时施加热以便产生两个锥形中继器；

图53说明在所有处理步骤都已经完成之后的图52A和图52B中所示的锥形中继器的端视图；

图54A至图58B说明一个过程，它类似于图50A到52B中所示的过程，但压缩使用了分别针对每个正交维度(Y，Z)的两个步骤来进行，而不是同时进行。

图59A说明使用由四个互锁滑动壁构成的压缩固定件形成锥的固定件的端视图；

图59B说明在处理已经完成之后的壁的位置；

图59C说明图59A的固定件的侧视图；

图59D说明在处理步骤已经完成之后得到的锥形中继器；

图60说明其中连续执行数个处理步骤的过程的实施例；

图61说明其中并行执行数个处理步骤的过程的实施例；

图62说明用于提供能量中继器材料的过程的实施例。

具体实施方式

全息甲板(统称为“全息甲板设计参数”)的实施例提供足以迷惑人类感觉受体以使其相信在虚拟、社交和交互环境内接收到的能量脉冲真实的能量刺激，从而提供：1)在没有外部配件、头戴式眼镜或其它外围设备的情况性下的双眼视差；2)任何数目个观察者同时的整个视体中的准确运动视差、阻挡和不透明度；3)通过眼睛对所有所感知光线的同步汇聚、调节和缩瞳的视觉焦点；以及4)汇聚具有足够密度和分辨率的能量波传播以超过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和/或平衡的人类感觉“分辨率”。

基于迄今为止的常规技术，我们距离能够按照如全息甲板设计参数(包含视觉、听觉、体感、味觉、嗅觉和前庭系统)所提出的令人信服的方式实现所有感受野有数十年，甚至几个世纪。

在本公开中，术语光场和全息可互换使用以限定用于刺激任何感觉受体反应的能量传播。尽管初始公开可能是指通过全息图像和立体触觉的能量表面的电磁和机械能传播的实例，但是本公开中可以设想所有形式的感觉受体。此外，本文中所公开的沿着传播路径的能量传播的原理可适用于能量发射和能量捕获。

当今存在的许多技术通常不幸地与全息图混淆，所述全息图包含透镜印刷、佩珀尔幻象(Pepper’s Ghost)、无眼镜立体显示器、水平视差显示器、头戴式VR和AR显示器(HMD)，以及其它概括为“配镜(fauxlography)”的此类幻象。这些技术可能会展现出真正的全息显示器的一些所要特性，但是它们无法通过任何足以实现四个识别出的全息甲板设计参数中的至少两个的方式刺激人类视觉反应。

常规技术尚未成功实现这些挑战以产生足以用于全息能量传播的无缝能量表面。存在各种实施立体和方向复用光场显示器的方法，包含视差屏障、微元(hogel)、体元、衍射光学器件、多视图投影、全息漫射器、旋转镜、多层显示器、时序显示器、头戴式显示器等，但是常规方法可能会涉及对图像质量、分辨率、角度采样密度、大小、成本、安全性、帧速率等的损害，这最终使得技术不可行。

为了实现视觉、听觉、体感系统的全息甲板设计参数，需要研究和理解相应系统中的每一个的人类敏锐度来传播能量波，以便充分迷惑人类感觉受体。视觉系统能够分辨到大致1弧分，听觉系统可以区分小到三度的位置差异，且手部的体感系统能够辨别分隔2-12mm的点。尽管测量这些敏锐度的方式各种各样且相互矛盾，但是这些值足以理解刺激能量传播的感知的系统和方法。

在所提到的感觉受体中，人类视觉系统到目前为止是最敏感的，因为即使是单个光子也可诱发感觉。出于此原因，这一介绍的大部分将集中在视觉能量波传播，且联接在所公开的能量波导表面内的分辨率低得多的能量系统可将适当的信号汇聚以诱发全息感觉感知。除非另外指出，否则所有公开内容适用于所有能量和感觉域。

在给定视体和观察距离的情况下计算视觉系统的能量传播的有效设计参数时，所要能量表面可设计成包含数千兆像素的有效能量位置密度。对于宽视体或近场观察，所要能量表面的设计参数可包含数百千兆像素或更多的有效能量位置密度。相比而言，所要能量源可设计成依据输入环境变量，针对立体触觉的超声波传播具有能量位置密度的1到250个有效百万像素，或针对全息声音的声学传播具有36到3,600个有效能量位置的阵列。重要的是，注意在所公开的双向能量表面架构的情况下，所有组件都可配置成形成适用于任何能量域的结构来实现全息传播。

然而，目前实现全息甲板的主要挑战涉及可用视觉技术和电磁装置的局限性。鉴于基于相应感受野中的感觉敏锐度的所要密度的数量级差异，声学和超声波装置不太具有挑战性，但是不应低估复杂性。尽管存在分辨率超过所要密度的全息乳剂来对静态图像中的干扰图案进行编码，但是现有技术的显示装置受到分辨率、数据吞吐量和制造可行性的限制。迄今为止，没有一个单个的显示装置能够有意义地产生具有视觉敏锐度的近全息分辨率的光场。

能够满足令人信服的光场显示器的所要分辨率的单个硅基装置的生产可能是不实际的，并且可能会涉及极其复杂的超出当前制造能力的制造工艺。对将多个现有显示装置平铺在一起的限制涉及由封装、电子器件、壳体、光学器件的物理大小形成的缝隙和空隙以及从成像、成本和/或大小角度来看会不可避免地导致技术不可行的数个其它挑战。

本文中所公开的实施例可提供构建全息甲板的现实路径。

现将在下文中参考附图描述实例实施例，附图形成本发明的一部分并说明可以实践的实例实施例。如在本公开和所附权利要求书中使用的，术语“实施例”、“实例实施例”和“示例性实施例”不一定指代单个实施例，但是它们可以指代单个实施例，并且各种实例实施例可易于组合和互换，同时不脱离实例实施例的范围或精神。此外，本文所使用的术语仅用于描述各种实例实施例，而不意图为限制性的。就此而言，如本文中所使用，术语“在……中”可包含“在……中”和“在……上”，并且术语“一”、“一个”和“所述”可包含单数引用和复数引用。另外，如本文中所使用，术语“通过(by)”还可依据上下文意指“根据(from)”。此外，如本文所使用，术语“如果”还可依据上下文意指“当……时”或“在……时”。此外，如本文中所使用，词语“和/或”可以指代并涵盖相关联的所列物品中的一个或多个的任何和所有可能组合。

全息系统考虑因素：

光场能量传播分辨率概述

光场和全息显示是多个投影的结果，其中能量表面位置提供在视体内传播的角度、颜色和亮度信息。所公开的能量表面为额外信息提供通过相同表面共存和传播以诱发其它感觉系统反应的机会。不同于立体显示器，观察到的汇聚能量传播路径在空间中的位置在观察者在视体中四处移动时不会变化，且任何数目个观察者可以同时在现实空间中看见所传播的物体，就像它真的在现实空间中一样。在一些实施例中，能量的传播可以位于相同的能量传播路径中，但是是沿着相反的方向。例如，在本公开的一些实施例中，沿着能量传播路径的能量发射和能量捕获均为可能的。

图1是说明与感觉受体反应的刺激相关的变量的示意图。这些变量可包含表面对角线101、表面宽度102、表面高度103、所确定目标座位距离118、从显示器104的中心起的目标座位视场、在本文中展示为眼睛105之间的样本的中间样本的数目、平均成人眼间间隔106、以弧分为单位的人眼的平均分辨率107、在目标观察者位置和表面宽度之间形成的水平视场108、在目标观察者位置和表面高度之间形成的竖直视场109、所得水平波导元件分辨率或元件在表面上的总数110、所得竖直波导元件分辨率或元件在表面上的总数111、基于眼睛之间的眼间间距和眼睛之间的角度投影的中间样本的数目的样本距离112，角度采样113可基于样本距离和目标座位距离、从所要角度采样导出的每波导元件总分辨率Horizontal 114、从所要角度采样导出的每波导元件总分辨率Vertical115，装置Horizontal是所确定数目个所要精密能量源的计数116，且装置Vertical是所确定数目个所要精密能量源的计数117。

一种理解所要最小分辨率的方法可基于以下判据来确保视觉(或其它)感觉受体反应的足够刺激：表面大小(例如，84"对角线)、表面高宽比(例如，16:9)、座位距离(例如，距离显示器128")、座位视场(例如，120度或围绕显示器的中心+/-60度)、在一距离处的所要中间样本(例如，在眼睛之间的一个额外传播路径)、成人的平均眼间间隔(大致65mm)，以及人眼的平均分辨率(大致1弧分)。应该依据特定应用设计参数将这些实例值视为占位符。

另外，归于视觉感觉受体的这些值中的每一个可由其它系统代替以确定所要传播路径参数。对于其它能量传播实施例，可以考虑低至三度的听觉系统的角度敏感度，以及小至2-12mm的手部的体感系统的空间分辨率。

尽管测量这些感觉敏锐度的方法各种各样且相互矛盾，但是这些值足以理解刺激虚拟能量传播的感知的系统和方法。考虑设计分辨率具有许多方式，并且下文提出的方法组合了实用产品考虑因素与感觉系统的生物分辨极限。所属领域的技术人员应了解，以下概述是对任何此类系统设计的简化，并且应仅出于示例性目的考虑。

在理解了感觉系统的分辨率极限的情况下，给定下式可以计算总能量波导元件密度，使得接收感觉系统无法辨别来自邻近元件的单个能量波导元件：

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上述计算得到大致32x18°视场，从而产生所要的大致1920x1080(舍入到最接近格式)能量波导元件。还可以约束变量，使得视场对于(u，v)来说是一致的，从而提供能量位置的更规则空间采样(例如，像素高宽比)。系统的角度采样采用限定的目标视体位置和在优化距离处的两个点之间的额外传播能量路径，给定下式：

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·

在此情况下，利用眼间距离来计算样本距离，但是可以利用任何度量将适当数目个样本视为给定距离。考虑到上述变量，可能需要大致每0.57°一条光线，并且给定下式，可以确定每独立感觉系统的总系统分辨率：

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·总分辨率H＝N*水平元件分辨率

·总分辨率V＝N*竖直元件分辨率

在上述情形下，给定能量表面的大小和视觉敏锐度系统所实现的角度分辨率，所得能量表面可理想地包含大致400k x 225k个像素的能量分辨率位置，或90千兆像素的全息传播密度。所提供的这些变量只是出于示例性目的，并且优化能量的全息传播应该考虑许多其它感觉和能量计量考虑因素。在另一个实施例中，基于输入变量，可能需要1千兆像素的能量分辨率位置。在另一个实施例中，基于输入变量，可能需要1,000千兆像素的能量分辨率位置。

目前的技术限制：

主动区域、装置电子器件、封装和机械外壳

图2说明具有带特定机械外观尺寸的主动区域220的装置200。装置200可包含用于供电和介接到主动区域220的驱动器230和电子器件240，所述主动区域具有如由x和y箭头展示的尺寸。此装置200不考虑用于驱动、供电和冷却组件的走线和机械结构，并且机械占用面积可通过引入排线到装置200中来进一步最小化。此类装置200的最小占用面积还可被称作具有如由M:x和M:y箭头展示的尺寸的机械外壳210。此装置200仅出于说明的目的，且定制电子器件设计可进一步减少机械外壳开销，但是几乎在所有情况中可能都不是装置的主动区域的确切大小。在实施例中，此装置200说明电子器件在它关于微OLED、DLP芯片或LCD面板或目的是图像照明的任何其它技术的主动图像区域220时的依赖性。

在一些实施例中，还可能考虑其它将多个图像聚合到更大的整体显示器上的投影技术。然而，这些技术可能会以投射距离、最短聚焦、光学质量、均匀场分辨率、色差、热特性、校准、对齐、额外大小或外观尺寸的更大复杂性为代价。对于大多数实际应用，托管数十或数百个这些投影源200可产生大得多且可靠性更低的设计。

仅出于示例性目的，假设具有3840x 2160个站点的能量位置密度的能量装置，给定下式，可以确定能量表面所需的个别能量装置(例如，装置100)的数目：

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·

鉴于上述分辨率考虑因素，可能需要类似于图2中所示的那些的大致105x105个装置。应注意，许多装置可包含各种像素结构，所述像素结构可能映射到也可能不映射到规则网格上。在每一完整像素内存在额外子像素或位置的情况下，这些可用于生成额外分辨率或角密度。可以使用额外信号处理来确定如何依据像素结构的指定位置将光场转换成正确的(u，v)坐标，且额外信号处理可以是已知和校准的每一装置的显式特征。另外，其它能量域可涉及这些比和装置结构的不同处理，所属领域的技术人员将理解所要频率域中的每一个之间的直接内在关系。这将在后续公开内容中更详细地示出和论述。

可以使用得到的计算值来理解产生完整的分辨率能量表面可能需要这些个别装置中的多少个。在此情况下，达到视觉敏锐度阈值可能需要大致105x 105或大致11,080个装置。从这些可用的能量位置制造无缝能量表面以进行足够的感觉全息传播存在挑战性和新颖性。

无缝能量表面综述：

能量中继器阵列的配置和设计

在一些实施例中，公开实现由于装置的机械结构的限制而从个别装置的阵列无缝地生成高能量位置密度的挑战的方法。在实施例中，能量传播中继器系统可允许主动装置区域的有效大小增加以满足或超过机械尺寸，从而配置中继器阵列并形成单个无缝能量表面。

图3说明此类能量中继器系统300的实施例。如所示，中继器系统300可包含安装到机械外壳320上的装置310，其中能量中继器元件330传播来自装置310的能量。中继器元件330可配置成具有减小任何空隙340的能力，这些空隙可在装置的多个机械外壳320被放置到多个装置310的阵列中时产生。

例如，如果装置的主动区域310是20mm x 10mm且机械外壳320是40mm x20mm，那么能量中继器元件330可设计有2:1放大率，以产生在缩小端部上(箭头A)大致为20mm x 10mm且在放大端部上(箭头B)为40mm x 20mm的锥形形式，从而提供将这些元件330的阵列无缝地对齐在一起而不改变每一装置310的机械外壳320或与所述机械外壳320碰撞的能力。在机械上，中继器元件330可结合或熔合在一起以便对齐和抛光，从而确保装置310之间的缝隙空隙340最小。在一个此类实施例中，有可能实现小于眼睛的视觉敏锐度极限的缝隙空隙340。

图4说明具有能量中继器元件410的底座结构400的实例，所述能量中继器元件410形成在一起且牢牢地紧固到额外机械结构430上。无缝能量表面420的机械结构提供通过结合或安装中继器元件410、450的其它机械过程将多个能量中继器元件410、450串联联接到同一底座结构上的能力。在一些实施例中，每一中继器元件410可熔合、结合、粘合、压配、对齐或以其它方式附接到一起以形成所得的无缝能量表面420。在一些实施例中，装置480可安装到中继器元件410的后部上，并被动地或主动地对齐以确保维持在所确定容差内的适当能量位置对齐。

在实施例中，无缝能量表面包括一个或多个能量位置，且一个或多个能量中继器元件堆叠包括第一和第二侧，且每一能量中继器元件堆叠被布置成形成单个无缝显示表面，从而沿着在一个或多个能量位置和无缝显示表面之间延伸的传播路径引导能量，其中终端能量中继器元件的任何两个邻近的第二侧的边缘之间的间隔小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓如由视力优于20/40的人眼在大于单个无缝显示表面的宽度的距离处的视觉敏锐度所限定。

在实施例中，无缝能量表面中的每一个包括一个或多个能量中继器元件，每一能量中继器元件具有形成带横向和纵向定向的第一和第二表面的一个或多个结构。第一中继器表面具有不同于第二中继器表面的面积，从而产生正放大率或负放大率，且配置有明确的表面轮廓以供第一和第二表面通过第二中继器表面传递能量，从而大体上填充相对于在整个第二中继器表面上的表面轮廓的法线的+/-10度角。

在实施例中，多个能量域可在单个能量中继器内或多个能量中继器之间配置，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播路径。

在实施例中，无缝能量表面配置有能量中继器，所述能量中继器针对每一第二侧包括两个或更多个第一侧以同时接收和发射一个或多个能量域，从而在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，提供能量中继器作为松散相干元件。

组件工程化结构的介绍：

横向安德森局域化能量中继器的公开进展

根据本文中针对诱发横向安德森局域化的能量中继器元件所公开的原理，可以显著优化能量中继器的特性。横向安德森局域化是通过横向无序但纵向一致的材料传输的光线的传播。

这意味着相比于其中波干扰在纵向定向上继续时可能会完全限制横向定向上的传播的多个散射路径之间的随机化，产生安德森局域化现象的材料的效果受到全内反射的影响可能更小。

最显著的额外益处是去除了传统的多核光纤材料的包层。包层是为了在功能上消除光纤之间的能量的散射，但是同时充当能量光线的屏障，从而将传输至少减少核心覆盖比(例如，核心覆盖比70:30将传输最多70％的所接收能量传输)，并且另外在传播能量中形成强像素化图案。

图5A说明这样一个非安德森局域化能量中继器500的实例的端视图，其中图像通过多核光纤中继，其中由于光纤的内在特性可以展现像素化和光纤噪声。对于传统的多模和多核光纤，由于核心的分散阵列的全内反射的特性，中继图像在本质上可为像素化的，其中核心之间的任何串扰将降低调制传递函数并增加模糊。用传统的多核光纤产生的所得图像往往会具有类似于图5A所示的那些的残差固定噪声光纤图案。

图5B说明通过能量中继器中继的相同图像550的实例，所述能量中继器包括具有横向安德森局域化的特性的材料，其中相比于图5A的固定光纤图案，中继图案具有更大密度的颗粒结构。在实施例中，包括随机化微观组件工程化结构的中继器诱发横向安德森局域化，且更高效地传输光，与可商购的多模玻璃光纤相比，传播的可分辨分辨率更高。

在实施例中，展示横向安德森局域化的中继器元件可在布置成三维栅格的三个正交平面中的每一个中包括多个至少两种不同组件工程化结构，且所述多个结构形成在三维栅格内的横向平面中的材料波传播特性的随机化分布及在三维栅格内的纵向平面中的材料波传播特性的类似值的通道，其中相较于横向定向，通过能量中继器传播的能量波在纵向定向上具有更高传输效率，并且沿着横向定向在空间上局域化。

在实施例中，材料波传播特性在三维栅格内的横向平面中的随机化分布可能会因为分布的随机化性质而造成不期望的配置。材料波传播特性的随机化分布可诱发整个横向平面上的平均能量安德森局域化，但是可能会无意中因为不受控的随机分布而形成具有类似波传播特性的类似材料的有限区域。例如，如果具有类似波传播特性的这些局部区域的大小相对于它们的目标能量传输域过大，那么通过所述材料的能量传输效率有可能会降低。

在实施例中，中继器可以由组件工程化结构的随机化分布形成，以通过诱发光的横向安德森局域化来传输某一波长范围的可见光。但是，由于它们的随机分布，结构可能会无意中布置成在横向平面上形成比可见光的波长大很多倍的单个组件工程化结构的连续区域。因此，沿着较大的连续单一材料区的纵向轴线的可见光传播可经受减轻的横向安德森局域化效应，并且可能遭受通过中继器传输的效率的降低。

在实施例中，可能需要在能量中继器材料的横向平面中设计材料波传播特性的非随机图案。理想的是，此类非随机图案将通过类似于横向安德森局域化的方法诱发能量局域化效应，同时使传输效率的潜在降低最小化，这种传输效率的潜在降低是由随机特性分布所固有的不正常分布的材料特性导致的。使用材料波传播特性的非随机图案在能量中继器元件中诱发类似于横向安德森局域化的横向能量局域化效应在下文中将被称作有序能量局域化。

在实施例中，多个能量域可在单个有序能量局域化能量中继器内或在多个有序能量局域化能量中继器之间配置，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播路径。

在实施例中，无缝能量表面配置有有序能量局域化能量中继器，所述中继器针对每一第二侧包括两个或更多个第一侧以同时接收和发射一个或多个能量域，从而在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，有序能量局域化能量中继器被配置为松散相干的或柔性的能量中继器元件。

4D全光函数的考虑因素：

通过全息波导阵列的能量的选择性传播

如上文和本文中所论述的，光场显示系统大体上包含能量源(例如，照明源)和配置有足够能量位置密度的无缝能量表面，如上文论述中所阐述的。可以使用多个中继器元件从能量装置将能量中继到无缝能量表面。一旦能量被传送到具有必需的能量位置密度的无缝能量表面，能量就可以根据4D全光函数通过所公开的能量波导系统传播。如所属领域的普通技术人员将了解，4D全光函数在本领域中是众所周知的，且在本文中将不另外详述。

能量波导系统沿着无缝能量表面通过多个能量位置选择性地传播能量，所述无缝能量表面表示4D全光函数的空间坐标，其中结构配置成改变通过的能量波的角度方向，所述角度方向表示4D全光函数的角度分量，其中所传播的能量波可根据通过4D全光函数引导的多个传播路径而在空间中汇聚。

现在参考图6，图6说明根据4D全光函数的4D图像空间中的光场能量表面的实例。本图示出了能量表面600到观察者620的光线轨迹，其描述了能量光线如何从视体内的各个位置汇聚在空间630中。如图所示，每一波导元件610限定描述通过能量表面600的能量传播640的四个信息维度。两个空间维度(在本文中称为x和y)是可以在图像空间中观察到的物理多个能量位置，角度分量θ和

(在本文中称为u和v)在通过能量波导阵列投影时可以在虚拟空间中观察到。一般来说，根据4D全光函数，在形成本文中所描述的全息或光场系统时，多个波导(例如，微透镜)能够沿着由u、v角度分量限定的方向将能量位置从x、y维度引导到虚拟空间中的唯一位置。

然而，本领域技术人员将理解，光场和全息显示技术的显著挑战源于不受控的能量传播，因为设计没有精确地考虑到以下中的任一个：衍射、散射、漫射、角度方向、校准、焦点、准直、曲率、均匀性、元件串扰以及促使有效分辨率降低及无法以足够的保真度精确地汇聚能量的大量其它参数。

在实施例中，用于实现与全息显示相关联的挑战的选择性能量传播的方法可包含能量抑制元件以及大体上填充的波导孔径，其中近准直能量进入由4D全光函数限定的环境。

在实施例中，能量波导阵列可针对每一波导元件限定多个能量传播路径，所述能量传播路径配置成在由针对沿着无缝能量表面的多个能量位置所规定的4D函数限定的唯一方向上，延伸通过并大体上填充波导元件的有效孔径，所述多个能量位置由定位成将每一能量位置的传播限制成仅通过单个波导元件的一个或多个元件抑制。

在实施例中，多个能量域可在单个能量波导内或多个能量波导之间配置，以引导包含视觉、声学、触觉或其它能量域的一个或多个感觉全息能量传播。

在实施例中，能量波导和无缝能量表面配置成接收和发射一个或多个能量域，以在整个系统中提供双向能量传播。

在实施例中，能量波导配置成针对包含墙壁、桌子、地板、天花板、房间或基于其它几何结构的环境的任何无缝能量表面定向，利用数字编码、衍射、折射、反射、grin、全息、菲涅耳(Fresnel)等等波导配置传播能量的非线性或不规则分布，包含非传输空隙区域。在另一个实施例中，能量波导元件可配置成产生各种几何结构，所述几何结构提供任何表面轮廓和/或桌面浏览以使用户能够从成360度配置的能量表面的各个位置观察到全息图像。

在实施例中，能量波导阵列元件可为反射表面，且所述元件的布置可为六边形的、方形的、不规则的、半规则的、弯曲的、非平面的、球状的、圆柱形的、倾斜规则的、倾斜不规则的、空间变化的和/或多层的。

对于无缝能量表面内的任何组件，波导或中继器组件可包含但不限于光纤、硅、玻璃、聚合物、光学中继器、衍射、全息、折射或反射元件、光学面板、能量组合器、分束器、棱镜、偏振元件、空间光调制器、主动像素、液晶单元、透明显示器或展示安德森局域化或全内反射的任何类似材料。

实现全息甲板：

用于在全息环境内刺激人类感觉受体的双向无缝能量表面系统的聚合

有可能通过将多个无缝能量表面平铺、熔合、结合、附接和/或拼接在一起以形成任意大小、形状、轮廓或外观尺寸来构造无缝能量表面系统的大型环境，包含整个房间。每一能量表面系统可包括组合件，所述组合件具有底座结构、能量表面、中继器、波导、装置和电子器件，它们共同配置成用于双向全息能量传播、发射、反射或感测。

在实施例中，平铺无缝能量系统的环境聚合以形成大型无缝平面或弯曲壁，所述壁包含包括高达给定环境中的所有表面的设施，且被配置为无缝、不连续平面、有刻面、弯曲、圆柱形、球状、几何或不规则几何结构的任何组合。

在实施例中，对于戏剧或基于场所的全息娱乐，平面表面的聚合平铺块形成墙壁大小的系统。在实施例中，对于基于洞穴的全息设施，平面表面的聚合平铺块覆盖具有四个到六个墙壁的房间，包含天花板和地板。在实施例中，对于沉浸式全息设施，弯曲表面的聚合平铺块产生圆柱形无缝环境。在实施例中，对于基于全息甲板的沉浸式体验，无缝球状表面的聚合平铺块形成全息圆顶。

在实施例中，无缝弯曲能量波导的聚合平铺块沿着能量波导结构内的能量抑制元件的边界依照精确图案提供机械边缘，以结合、对齐或熔合邻近波导表面的邻近平铺机械边缘，从而产生模块化的无缝能量波导系统。

在聚合平铺环境的另一实施例中，针对多个同时能量域，双向传播能量。在另一个实施例中，能量表面提供同时从相同能量表面显示和捕获的能力，其中波导被设计成使得光场数据可以通过波导由照明源投影，并同时通过相同能量表面接收。在另一个实施例中，可以利用额外深度感测和主动扫描技术来实现在正确的世界坐标中能量传播和观察者之间的交互。在另一个实施例中，能量表面和波导可用于发射、反射或汇聚频率以诱发触觉感觉或体触觉反馈。在一些实施例中，双向能量传播和聚合表面的任何组合是可能的。

在实施例中，系统包括能量波导，所述能量波导能够通过能量表面双向发射和感测能量，其中一个或多个能量装置独立地与两个或更多个路径能量组合器配对，以将至少两个能量装置配对到无缝能量表面的相同部分，或一个或多个能量装置固定在能量表面后面并靠近固定到底座结构上的额外组件，或靠近在用于轴外直接或反射投影或感测的波导的FOV的前面和外部的位置，并且得到的能量表面实现能量的双向传输，从而使得波导能够汇聚能量，第一装置能够发射能量，第二装置能够感测能量，并且其中信息经处理以执行计算机视觉相关任务，包含但不限于4D全光眼睛和视网膜对传播能量图案内的干扰的跟踪或感测、深度估计、接近、运动跟踪、图像、颜色或声音形成，或其它能量频率分析。在另一个实施例中，所跟踪位置基于双向所捕获数据和投影信息之间的干扰进行主动计算并修正能量位置。

在一些实施例中，包括超声波传感器、可见电磁显示器和超声波发射装置的三个能量装置的多个组合针对组合成单个第二能量中继器表面的传播能量的三个第一中继器表面中的每一个进行共同配置，其中所述三个第一表面中的每一个包括特定于每一装置的能量域的工程化特性，并且两个工程化波导元件分别针对超声波和电磁能配置以提供独立引导和汇聚每一装置的能量的能力，且大体上不受配置成用于单独能量域的其它波导元件的影响。

在一些实施例中，公开一种实现高效制造以去除系统伪影并产生与编码/解码技术一起使用的所得能量表面的几何映射的校准程序，以及用于将数据转换成适合基于校准配置文件进行能量传播的校准信息的专用集成系统。

在一些实施例中，串联的额外能量波导和一个或多个能量装置可集成到系统中以产生不透明全息像素。

在一些实施例中，包括能量抑制元件、分束器、棱镜、主动视差屏障或偏振技术的额外波导元件可为集成的，以便提供大于波导直径的空间和/或角度分辨率或用于其它超分辨率目的。

在一些实施例中，所公开的能量系统还可配置为可穿戴双向装置，例如虚拟现实(VR)或扩增现实(AR)。在其它实施例中，能量系统可包含调整光学元件，所述调整光学元件使所显示的或接收到的能量聚焦在观察者的空间中的确定平面附近。在一些实施例中，波导阵列可并入到全息头戴式显示器中。在其它实施例中，系统可包含多个光学路径，以使观察者能够看到能量系统和现实世界环境(例如，透明的全息显示器)。在这些情况下，除了其它方法之外，系统可呈现为近场。

在一些实施例中，数据的传输包括具有可选择或可变压缩比的编码过程，所述编码过程接收信息和元数据的任意数据集；分析所述数据集并接收或分配材料特性、向量、表面ID、新像素数据，从而形成更稀疏的数据集，并且其中接收到的数据可包括：2D、立体、多视图、元数据、光场、全息、几何结构、向量或向量化元数据，并且编码器/解码器可提供包括图像处理的实时或离线转换数据的能力，以用于：2D；2D加深度、元数据或其它向量化信息；立体、立体加深度、元数据或其它向量化信息；多视图；多视图加深度、元数据或其它向量化信息；全息；或光场内容；在具有或不具有深度元数据的情况下通过深度估计算法；以及逆光线跟踪方法通过特征化4D全光函数以适当方式将通过各种2D、立体、多视图、立体、光场或全息数据的逆光线跟踪产生的所得转换数据映射到现实世界坐标中。在这些实施例中，所需的总数据传输可为比原始光场数据集少多个数量级的传输信息。

锥形能量中继器

为了进一步解决从含有延伸的机械外壳的个别能量波源阵列产生高分辨率的挑战，锥形能量中继器的使用可用来增大每个能量源的有效大小。锥形能量中继器阵列可拼接在一起以形成单个连续能量表面，从而避开那些能量源的机械要求的限制。

在实施例中，一个或多个能量中继器元件可配置成沿着传播路径引导能量，所述传播路径在一个或多个能量位置与单个无缝能量表面之间延伸。

例如，如果能量波源的主动区域是20mm x 10mm，且机械外壳是40mm x20mm，那么锥形能量中继器可设计有2:1的放大率，以产生在缩小端部上为20mm x 10mm(当切割时)且在放大端部上为40mm x 20mm(当切割时)的锥，从而提供将这些锥的阵列无缝地对齐在一起而不改变或妨碍每一能量波源的机械外壳的能力。

图26示出根据本公开的一个实施例的一个这样的锥形能量中继器镶嵌布置7400。在图26中，中继器装置7400可包含两个或更多个中继器元件7402，每个中继器元件7402由一个或多个结构形成，每个中继器元件7402具有第一表面7406、第二表面7408、横向定向(大体上平行于表面7406、7408)和纵向定向(大体上垂直于表面7406、7408)。第一表面7406的表面积可不同于第二表面7408的表面积。对于中继器元件7402，第一表面7406的表面积小于第二表面7408的表面积。在另一实施例中，第一表面7406的表面积可与第二表面7408的表面积相同或比它大。能量波可从第一表面7406传送到第二表面7408，或者反过来。

在图26中，中继器元件装置7400的中继器元件7402包含在第一表面7406与第二表面7408之间的倾斜轮廓部分7404。在操作中，在第一表面7406与第二表面7408之间传播的能量波在纵向定向上的传输效率可高于横向定向上的传输效率，且通过中继器元件7402的能量波可引起空间放大或空间缩小。换句话说，通过中继器元件装置7400的中继器元件7402的能量波可经历增加的放大或减小的放大。在实施例中，可在零放大的情况下引导能量通过一个或多个能量中继器元件。在一些实施例中，用于形成中继器元件装置的一个或多个结构可包含玻璃、碳、光纤、光学膜、塑料、聚合物或其混合物。

在一个实施例中，通过第一表面的能量波具有第一分辨率，而通过第二表面的能量波具有第二分辨率，且第二分辨率不小于第一分辨率的约50％。在另一实施例中，如果在呈现给第一表面时具有均匀轮廓，那么能量波可通过第二表面，从而在每个方向上以在前向方向上的能量密度辐射，所述能量密度大体上填充具有相对于第二表面的法线成+/-10度的开启角度的光锥区，而与第二中继器表面上的位置无关。

在一些实施例中，第一表面可配置成从能量波源接收能量，所述能量波源包含宽度不同于第一表面和第二表面中的至少一个的宽度的机械外壳。

在实施例中，能量可在限定纵向定向的第一表面与第二表面之间传输，每个中继器的第一和第二表面大体上沿着由第一和第二方向限定的横向定向延伸，其中纵向定向大体上与横向定向正交。在实施例中，传播通过所述多个中继器的能量波在纵向定向上的传输效率高于横向定向上的传输效率，且因与纵向定向上的最小折射率变化关联的横向定向上的随机折射率变化性而通过横向安德森局域化原理在横向平面中空间局域化。在每一中继器由多核光纤构造的一些实施例中，在每一中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过光纤在这一定向上的对齐确定。

机械地，这些锥形能量中继器在结合或熔合在一起之前以较高程度的准确性进行切割和抛光，以便将它们对齐并确保中继器之间可能存在的缝隙空隙最小。由能量中继器的第二表面形成的无缝表面在中继器结合之后进行抛光。在一个此类实施例中，通过使用以热方式匹配到锥形材料的环氧树脂，有可能实现50um的最大缝隙空隙。在另一实施例中，将锥阵列置于压缩和/或热下的制造过程提供将元件熔合在一起的能力。在另一实施例中，使用塑料锥可以更容易进行化学熔合或热处理来形成结合而不需要额外进行结合。为避免疑义，可以使用任何方法来将阵列结合在一起，明确地说，只包含重力和/或力的结合。

在实施例中，终端能量中继器元件的任何两个邻近第二表面的边缘之间的间隔可小于最小可感知轮廓，所述最小可感知轮廓由在距所述无缝能量表面某一距离处具有20/40的视力的人眼视觉敏锐度限定，所述距离是所述单个无缝能量表面的高度或所述单个无缝能量表面的宽度中的较小者。

为了以一种符合特定容差规范的方式固持多个组件，可能优选的是机械结构。在一些实施例中，锥形中继器元件的第一和第二表面可具有任何多边形形状，包含但不限于圆形、椭圆形、卵形、三角形、方形、矩形、平行四边形、梯形、菱形、五边形、六边形等等。在一些实例中，对于非方形锥，例如矩形锥，中继器元件可进行旋转以具有平行于整体能量源的最大尺寸的最小锥尺寸。此方法实现了能量源的优化，从而在从能量源的中心点观察时由于放大中继器元件的接受光锥区而展现出对光线的最小抑制。例如，如果所要能量源大小是100mm x 60mm，且每一锥形能量中继器是20mm x 10mm，那么中继器元件可进行对齐和旋转，使得可以进行组合3x 10锥形能量中继器元件的阵列以产生所要能量源大小。在本文中完全没有表明不可以利用替代性配置为6x 5矩阵以及其它组合的阵列的阵列。由3x10布局组成的阵列的表现通常比替代性的6x5布局更好。

能量中继器元件堆叠

尽管能量源系统的最简单形式包括结合到单个锥形能量中继器元件的能量源，但是可以联接多个中继器元件以形成质量或柔性增加的单个能量源模块。这样一个实施例包含其中缩小端部附接到能量源上的第一锥形能量中继器和连接到第一中继器元件的第二锥形能量中继器，其中第二光锥的缩小端部接触第一中继器元件的放大端部，从而生成等于两个单独的锥放大率的乘积的总放大率。这是包括两个或更多个能量中继器元件序列的能量中继器元件堆叠的实例，其中每个能量中继器元件包括第一侧和第二侧，所述堆叠将能量从第一元件的第一表面中继到序列中的最末元件的第二表面，所述最末元件也叫终端表面。每个能量中继器元件可配置成引导从中穿过的能量。

在实施例中，能量引导装置包括一个或多个能量位置和一个或多个能量中继器元件堆叠。每个能量中继器元件堆叠包括一个或多个能量中继器元件，其中每个能量中继器元件包括第一表面和第二表面。每个能量中继器元件可配置成引导从中穿过的能量。在实施例中，每个能量中继器元件堆叠的终端能量中继器元件的第二表面可被布置成形成单个无缝能量表面。在实施例中，所述一个或多个能量中继器元件堆叠可配置成沿着能量传播路径引导能量，所述能量传播路径在一个或多个能量位置与单个无缝显示表面之间延伸。

图27说明根据本公开的实施例的包含串联的两个复合光学中继器锥7502、7504的能量中继器元件堆叠7500的侧视图，这两个锥均具有面向能量源表面7506的缩小端部。在图27中，对于锥7504的输入，输入数值孔径(NA)是1.0，但是对于锥7502的输出，NA仅约为0.16。注意，输出数值孔径除以总放大率6，总放大率6是锥7504的放大率2和锥7502的放大率3的乘积。此方法的一个优势是考虑到能量源的各种尺寸，能够定制第一能量波中继器元件而不用更改第二能量波中继器元件。这另外提供了更改输出能量表面的大小而不改变能量源或第一中继器元件的设计的灵活性。图27中还示出了能量源7506和装纳能量源驱动电子器件的机械外壳7508。

在实施例中，第一表面可配置成从能量源单元(例如7506)接收能量波，所述能量源单元包含机械外壳，所述机械外壳的宽度不同于第一表面和第二表面中的至少一个的宽度。在一个实施例中，通过第一表面的能量波可具有第一分辨率，而通过第二表面的能量波可具有第二分辨率，使得第二分辨率不小于第一分辨率的约50％。在另一实施例中，如果在呈现给第一表面时具有均匀轮廓，那么能量波可通过第二表面，从而在每个方向上以在前向方向上的能量密度辐射，所述能量密度大体上填充具有相对于第二表面的法线成+/-10度的开启角度的光锥区，而与第二中继器表面上的位置无关。

在一个实施例中，成堆叠配置的多个能量中继器元件可包含多个面板(具有单位放大的中继器)。在一些实施例中，多个面板可具有不同长度，或为松散相干光学中继器。在其它实施例中，多个元件可具有类似于图27的倾斜轮廓部分的倾斜轮廓部分，其中倾斜轮廓部分可为成角度的、线性的、弯曲的、锥形的、有刻面的或相对于中继器元件的垂直轴成一非垂直角度对齐的。在又一实施例中，传播通过所述多个中继器元件的能量波在纵向定向上的传输效率高于横向定向上的传输效率，且因与纵向定向上的最小折射率变化关联的横向定向上的随机折射率变化性而在横向定向上空间局域化。在每个能量中继器由多芯光纤构造的实施例中，在每个中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过对齐此定向上的光纤而确定。

光学图像中继器和锥形元件

极其致密的光纤束可以用多种材料制造，以使得光能够在具有像素一致性和高传输率的情况下进行中继。光纤沿着玻璃、塑料或类似介质的透明纤维引导光。这一现象受被称作全内反射的概念控制。在光线包含在材料的临界角内且光线从更致密的材料的方向入射时，光线将在具有不同折射率的两个透明光学材料之间全内反射。

图28展示通过具有最大接受角

(或材料的NA)以及反射线7604和折射线7610的核心-包层中继器7600的内反射的基本原理，核心7612和包层7602的材料具有不同折射率。一般来说，光的透射率在每次反射时减少小于0.001％，且直径约为50微米的光纤每英尺可具有3,000次反射，这有助于理解光透射与其它复合光学方法相比较时可达到的有效程度。

可以用斯涅尔定律计算入射角(I)和折射角(R)之间的关系：

其中n₁是空气的折射率，且n₂是核心材料7612的折射率。

光纤领域的技术人员将理解与聚光能力、最大接受角和理解光如何通过光纤材料行进所需的其它计算相关联的其它光学原理。理解这个概念很重要，因为光纤材料应该被视为光的中继器，而不是聚焦方法，如在以下实施例内将描述。

理解离开光纤的光的角度分布对于本公开来说很重要，并且可能与基于入射角而预期的情况不同。因为光线7610的离开方位角往往会随着最大接受角7608、纤维的长度和直径以及材料的其它参数而快速变化，所以出射光线往往会以由入射角和折射角限定的圆锥形状离开纤维。

图29展示光纤中继器系统7704以及进入光纤7704的光线7702可以如何以具有特定方位角

的圆锥形光分布7706离开。通过穿过光纤照射激光指示器并且在表面上以各种距离和角度观察输出光线，可以观察到这种效果。在整个锥形区域(例如，不仅仅是圆锥形状的半径)上具有光分布的出口的圆锥形状将是所提出的设计向前发展的重要概念。

光纤材料中的传输损耗的主要来源是包层、材料长度和在接受角之外的光线的光损耗。包层是围绕较大束内的每一个别光纤的材料，用于隔离核心并帮助减少光线在个别光纤之间行进。除了包层之外，可以使用额外的不透明材料来吸收在接受角之外的光，这被称作外部吸收(EMA)。这两种材料均可在对比度、散射和多个其它因素方面帮助改进观察到的图像质量，但是可能会减少从入口到出口的整体光传输。为简单起见，可以使用核心被覆盖的百分比来理解光纤的大致传输潜力，因为这可能是光损耗的一个原因。在大多数材料中，核心覆盖比可在大致约50％到约80％的范围内，但是其它类型的材料也可以使用，并且将在下面的讨论中进行研究。

每一光纤可能能够分辨每光纤直径大致0.5个摄影线对，因此在中继像素时，每像素具有大于单个光纤可为至关重要的。在一些实施例中，可以利用每像素十二个左右，或者可以接受三个或更多个光纤，因为每一个光纤之间的平均分辨率在利用这些材料时有助于减少相关联的MTF损耗。

在一个实施例中，光纤可实施为光纤面板的形式。面板是一系列单光纤或多光纤或多个多光纤，它们熔合在一起以形成真空密封的玻璃板。当呈现给面板的一侧的图像可以高效率地传输到外部表面时，这个板可以被视为在理论上为零厚度的窗口。传统上，这些面板可以约6微米或更大的间距用个别光纤构造，但是可以实现更高的密度，虽然包层材料的有效性可能会最终降低对比度和图像质量。

在一些实施例中，光纤束可为锥形的，从而产生具有不同大小的像素的相干映射和每一表面的相称放大。例如，放大端部可以指光纤元件中具有较大光纤间距和较高放大率的一侧，且缩小端部可以指光纤元件中具有较小光纤间距和较低放大率的一侧。产生各种形状的过程可涉及加热和制造所要放大率，从而可以物理方式将光纤的最初间距从它们的最初大小变成较小间距，由此改变接受角，这取决于锥上的位置和NA。另一因素是制造过程可能会歪斜光纤相对于平坦表面的垂直度。锥形设计等等的一个挑战是每个端部的有效NA可能会大致与放大百分比成比例地改变。例如，具有比2:1的锥可具有直径为10mm的缩小端部和直径为20mm的放大端部。如果原始材料具有为0.5的NA，且间距为10微米，那么缩小端部将具有大致为1.0的有效NA和5微米的间距。得到的接受角和出口角也可成比例地改变。可以执行更复杂的分析来理解这一过程的严格结果，且本领域的普通技术人员能够执行这些计算。出于此论述的目的，这些概述足以理解成像含义以及整个系统和方法。

柔性能量源和弯曲能量中继器表面的使用

有可能产生具有弯曲表面的某些能量源技术或能量投影技术。例如，在一个实施例中，对于能量源，可以使用弯曲OLED显示面板。在另一实施例中，对于能量源，可以利用无焦点激光投影系统。在又一实施例中，可以采用具有宽到足以在投影表面上保持聚焦的景深的投影系统。为避免疑义，这些实例是出于示例性目的而提供，且决不限制本技术描述的技术实施方案的范围。

鉴于光学技术基于光学配置的主光线角(CRA)产生转向光锥区的能力，通过利用弯曲能量表面或可以保持具有已知光输入角和相应的输出修正角的完全聚焦的所投影图像的弯曲表面可以提供更理想的所观察光角。

在一个此类实施例中，光学中继器元件的能量表面侧可以针对每一模块弯曲成圆柱形、球状、平面或非平面抛光配置(本文中称为“几何结构”或“几何”)，其中能量源源于一个或多个源模块。每一有效发光能量源具有其自身的相应视角，所述视角通过畸变过程改变。利用这一弯曲能量源或类似面板技术实现了更不容易发生畸变的面板技术以及每一有效像素的CRA或最佳视角的重新配置。

图30说明根据本公开的一个实施例的具有3:1放大因数以及最后观察到的附接能量源的光角的光学中继器锥形配置7800。光学中继器锥具有1.0的输入NA，放大因数为3:1，从而产生大致为0.33的输出光线的有效NA(此处涉及许多其它因素，这仅供简化参考)，其中平面和垂直的表面在锥形能量中继器的任一端部上，且能量源附接到缩小端部上。如果仅利用这一方法，能量表面的视角可大致为输入角度的1/3。为避免疑义，可另外利用具有1:1的有效放大率的类似配置(利用光学面板或其它方式)，或任何其它光学中继器类型或配置。

图31说明与图30相同的锥形能量中继器模块7900，但是现在能量源侧上的表面具有弯曲几何配置7902，同时与能量源侧7903相对的表面具有平面表面且垂直于模块7900的光轴。利用这一方法，鉴于如图31中例示的弯曲表面7902，输入角(例如，见7902附近的箭头)可基于此几何结构进行偏置，并且输出角(例如，见7903附近的箭头)可进行调节以更加独立于表面上的位置，这与图30的情形不同，但是表面7903上的每一有效发光源的可视出口光锥区可小于表面7902上的能量源输入的可视出口光锥区。当考虑特定能量表面时，这可为有利的，所述特定能量表面针对可用光线的更宽或更大压缩的密度，优化观察到的光角。

在另一实施例中，输出角的变化可通过使输入能量表面7902的形状成凸形来实现。如果进行了此类改变，那么光在能量表面7903的边缘附近的输出光锥区将朝向中心转向。

在一些实施例中，中继器元件装置可包含弯曲能量表面。在一个实例中，中继器元件装置的两个表面均可为平面的。替代地，在其它实例中，一个表面可为平面的，且另一表面可为非平面的，或反过来。最后，在另一实例中，中继器元件装置的两个表面均可为非平面的。在其它实施例中，非平面表面可为凹形表面或凸形表面，以及其它非平面配置。例如，中继器元件的两个表面均可为凹形的。在替代方案中，两个表面均可为凸形的。在另一实例中，一个表面可为凹形的，且另一表面可为凸形的。本领域技术人员应理解，本文中设想并公开了具有平面、非平面、凸形表面和凹形表面的多个配置。

图32说明根据本公开的另一实施例的光学中继器锥8000，其中在能量源侧上的表面8002是非垂直的，但是是平面的。为了阐述能量源侧几何结构中的重要可定制变化，图32说明仅形成能量源侧的非垂直但平面的几何结构的结果以供与图31比较，且进一步展示直接控制光1、2、3的输入接受光锥区角度和输出可视发射光锥区角度的能力，这些角度在表面特征发生任何变化的情况下都是可能的。

依据应用，也有可能设计其中中继器的能量源侧保持垂直于光轴且中继器的输出表面不与光轴垂直的能量中继器配置，所述光轴限定中继器内的光传播方向。其它配置可具有展现各种非垂直几何配置的输入能量源侧和能量输出侧。利用这一方法，也许可以进一步增加对光的输入和输出能量源观察角度的控制。

在一些实施例中，锥也可以不与中继器的光轴垂直以优化特定视角。在一个此类实施例中，如图30中所示的单个锥可以通过与光轴平行的切口切割成四分体，其中锥的大端和小端切割成四个相等部分。然后，这四个四分体重新组装，其中每个锥形四分体围绕单独的光学中心轴线旋转180度，使锥的缩小端部背对重新组装的四分体的中心，由此优化视场。在其它实施例中，非垂直锥还可直接制造，以使得缩小端部上的能量源之间的间隙增加，同时不会增加物理放大端部的大小或尺寸。本文中公开了这些和其它锥形配置。

图33说明图30的光学中继器和照明光锥区，其中在能量源的侧上具有凹形表面。在此情况下，与图30相比，输出光的光锥区在输出能量表面平面的边缘附近的分叉程度明显大于能量源侧平坦的情况。

图34说明图33的光锥中继器8200和照明光锥区，其中在能量源的侧上具有相同的凹形表面。在本实例中，输出能量表面具有凸形几何结构。相比于图33，凹形输出表面8202上的输出光的光锥区因为由此几何配置产生的光的输入接受光锥区和出口光锥区而在能量源表面上更加准直。为避免疑义，所提供的实例仅为说明性的，且并不意图规定明确的表面特征，因为依据输出能量表面所需的视角和光密度以及由能量源自身产生的光的角度，可以采用输入能量源侧和输出能量表面的任何几何配置。

在一些实施例中，多个中继器元件可进行串联配置。在一个实施例中，串联的任两个中继器元件可另外利用有意畸变的参数联接在一起，使得一个元件相对于另一元件的逆畸变有助于以光学方式减少任何此类伪影。在另一实施例中，第一光锥展现光学桶形畸变，且第二光锥可制造成展现这一假影的反转以产生光学枕形畸变，使得当聚合在一起时，所得信息部分或完全地消除由这两个元件中的任一个引入的任何此类光学畸变。这可以另外适用于任何两个或更多个元件，使得可以连续应用复合校正。

在一些实施例中，有可能制造单个能量源板、电子器件等等，以产生呈小型和/或轻型外观尺寸的能量源阵列等等。通过这种布置，进一步并入光学中继器镶嵌件，使得光学中继器的端部可以与相比于个别组件和电子器件具有极小外观尺寸的能量源主动区域对齐。使用这一技术，可以使用具有较小外观尺寸的装置，如监视器、智能电话等等。

图35说明根据本公开的一个实施例的耦合在一起的分别具有弯曲的能量源侧表面8314、8316、8318、8320、8322的多个光锥中继器模块8304、8306、8308、8310、8312的组合件8300，用于从每个锥的多个垂直输出能量表面形成最佳可视图像8302。在此情况下，锥形中继器模块8304、8306、8308、8310、8312并行形成。尽管只示出了单行锥形中继器模块，但是在一些实施例中，具有堆叠配置的锥还可平行成行地耦合在一起以形成连续且无缝的可视图像8302。

在图35中，每个锥形中继器模块可独立地操作，或者可基于光学中继器阵列进行设计。如本图所示，具有光锥中继器8304、8306、8308、8310、8312的五个模块一起对齐，从而产生更大的光锥输出能量表面8302。在此配置中，输出能量表面8302可垂直于每个中继器的光轴，并且这五个能量源侧8314、8316、8318、8320、8322中的每一个可以围绕中心轴线的圆形轮廓变形，使得整个阵列能够用作单个输出能量表面，而不是用作单独的模块，所述中心轴线可放在输出能量表面8302前面或放在这个表面后面。另外，也许可以通过计算输出观察到的光角并确定能量源侧几何结构所需的理想表面特征来进一步优化这个组合件结构8300。图35说明这样一个实施例，其中多个模块联接在一起，且能量源侧曲率考虑到较大输出能量表面观察到的光角。尽管示出了五个中继器模块8304、8306、8308、8310和8312，但是所属领域的技术人员应了解，依据应用，可以将更多或更少的中继器模块耦合在一起，并且这些中继器模块可以在两个维度中耦合在一起以形成任意大小的输出能量表面8302。

在一个实施例中，图35的系统包含布置在第一和第二方向上(例如，跨行布置或呈堆叠配置布置)的多个中继器元件8304、8306、8308、8310、8312，其中所述多个中继器元件中的每一个在相应中继器元件的第一和第二表面之间沿着纵向定向延伸。在一些实施例中，多个中继器元件中的每一个的第一和第二表面大体上沿着由第一和第二方向限定的横向定向延伸，其中纵向定向大体上垂直于横向定向。在其它实施例中，横向定向上的折射率随机变化性以及纵向定向上的最小折射率变化使得能量波沿着纵向定向具有高得多的传输效率，且沿着横向定向具有空间局域化。

在一个实施例中，多个中继器元件可在第一方向或第二方向上布置，以分别沿着第一方向或第二方向形成单个平铺表面。在一些实施例中，如本领域技术人员可以了解的，多个中继器元件布置成具有至少2x2配置的矩阵，或布置成包含但不限于3x3配置、4x4配置、3x10配置以及其它配置的其它矩阵。在其它实施例中，单个平铺表面之间的缝隙在为单个平铺表面的最小尺寸的两倍的观察距离处可能无法察觉。

在一些实施例中，多个中继器元件(例如，8304、8306、8308、8310、8312)中的每一个在横向定向上具有折射率随机变化性，同时在纵向定向上具有最小折射率变化，从而使得能量波沿着纵向定向具有高得多的传输效率，且沿着横向定向具有空间局域化。在中继器由多核光纤构造的一些实施例中，在每一中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过光纤在这一定向上的对齐确定。

在其它实施例中，多个中继器元件(例如，8304、8306、8308、8310、8312)中的每一个配置成沿着纵向定向传输能量，并且其中通过多个中继器元件传播的能量波由于折射率随机变化性而在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率，使得能量在横向定向上局域化。在一些实施例中，在中继器元件之间传播的能量波可由于纵向定向上的传输效率远远高于横向定向上的传输效率而大体上平行于纵向定向行进。在其它实施例中，横向定向上的折射率随机变化性以及纵向定向上的最小折射率变化使得能量波沿着纵向定向具有高得多的传输效率，且沿着横向定向具有空间局域化。

图36说明根据本公开的一个实施例的耦合在一起的多个光锥中继器模块的布置8400，此布置具有垂直能量源侧几何结构8404、8406、8408、8410和8412，以及径向围绕中心轴线的凸形能量源表面8402。图36说明图35中所示的配置的修改，其具有垂直能量源侧几何结构和径向围绕中心轴线的凸形输出能量表面。

图37说明根据本公开的另一实施例的耦合在一起的多个光学中继器模块的布置8500，此布置具有垂直输出能量表面8502和径向围绕中心轴线的凸形能量源侧表面8504。

在一些实施例中，通过围绕中心半径以圆柱弯曲形状配置能量中继器阵列的源侧以及具有平坦能量输出表面，可以解耦输入能量源接受角和输出能量源发射角，并且可能可以更好地对齐每一能量源模块与能量中继器接受光锥区，所述能量中继器接受光锥区自身可由于对例如能量锥形中继器放大率、NA以及其它因素的参数的约束而受限。

图38说明根据本公开的一个实施例的多个能量中继器模块的布置8600，其中每一能量输出表面独立地配置成使得可视输出光线。图38说明类似于图37的配置的配置，但是每个能量中继器输出表面独立地配置成使得可视输出光线以相对于光轴成更均匀角度(或依据所采用的精确几何结构，成更不均匀角度)的方式从组合式输出能量表面发射。

图39说明根据本公开的一个实施例的多个光学中继器模块的布置8700，其中发射能量源侧和能量中继器输出表面均配置有各种几何结构，从而产生对输入和输出光线的显式控制。为此目的，图39说明具有五个模块的配置，其中发射能量源侧和中继器输出表面均配置有弯曲几何结构，从而实现对输入和输出光线的更好控制。

图40说明多个光学中继器模块的布置8800，所述布置8800的各个输出能量表面已研磨成形成围绕观察者的无缝凹形圆柱形能量源表面，其中中继器的源端部是平坦的且各自结合到能量源。

在图40所示的实施例中，且类似地在图35、36、37、38和39所示的实施例中，系统可包含在第一和第二方向上布置的多个能量中继器，其中在每一个中继器中，能量在限定纵向定向的第一和第二表面之间传输，每一个中继器的第一和第二表面大体上沿着由第一和第二方向限定的横向定向延伸，其中纵向定向大体上垂直于横向定向。同样在此实施例中，通过多个中继器传播的能量波由于横向定向上的折射率的较高变化性以及纵向定向上的最小折射率变化而在纵向定向上具有高于横向定向的传输效率。在每一中继器由多核光纤构造的一些实施例中，在每一中继器元件内传播的能量波可在纵向定向上行进，所述纵向定向通过光纤在这一定向上的对齐确定。

在一个实施例中，类似于上文所论述的实施例，大体来说，多个中继器元件中的每一个的第一和第二表面可沿着横向定向弯曲，且多个中继器元件可以在第一和第二方向上一体地形成。多个中继器可在第一和第二方向上组装，可布置成具有至少2x2配置的矩阵，并且可包含玻璃、光纤、光学膜、塑料、聚合物或其混合物。在一些实施例中，多个中继器的系统可在第一方向或第二方向上布置，以分别沿着第一方向或第二方向形成单个平铺表面。如上所述，本领域技术人员可以了解，多个中继器元件可以布置成其它矩阵，包含但不限于3x3配置、4x4配置、3x10配置以及其它配置。在其它实施例中，单个平铺表面之间的缝隙在为单个平铺表面的最小尺寸的两倍的观察距离处可能无法察觉。

对于能量中继器的镶嵌件，可包含以下实施例：第一和第二表面均可为平面的、第一和第二表面中的一个可为平面的且另一个可为非平面的，或第一和第二表面均可为非平面的。在一些实施例中，第一和第二表面均可为凹形的，第一和第二表面中的一个可为凹形的且另一个可为凸形的，或第一和第二表面均可为凸形的。在其它实施例中，第一和第二表面中的至少一个可为平面的、非平面的、凹形的或凸形的。平面的表面可垂直于能量传输的纵向方向，或者与此光轴不垂直。

在一些实施例中，多个中继器可引起能量源的空间放大或空间缩小，包含但不限于电磁波、光波、声学波以及其它类型的能量波。在其它实施例中，多个中继器还可包含多个能量中继器(例如，例如能量源的面板)，其中多个能量中继器具有不同宽度、长度以及其它尺寸。在一些实施例中，多个能量中继器还可包含松散相干光学中继器或光纤。

安德森局域化材料的限制和有序能量局域化的引入

尽管在20世纪50年代引入了安德森局域化原理，但是直到最近材料和工艺才的技术突破才使得能够在光学传输中切实地研究原理。横向安德森局域化是通过横向无序但纵向不变的材料传输的波的传播，同时波在横向平面中没有漫射。

已经通过实验观察到横向安德森局域化，在实验中，通过拉制随机混合且熔合在一起的具有不同折射率(RI)的数百万个个别纤维股来制造光纤面板。当在面板的一个表面上扫描输入光束时，相对表面上的输出光束在输入光束的横向位置之后。因为安德森局域化在无序介质中展现出不存在波的漫射，所以在与光纤中继器相比时，一些基础物理学是不同的。这意味着具有不同RI的随机光纤混合物中的安德森局域化现象通过全内反射比通过多个散射路径之间的随机化出现得更少，其中波干扰可完全限制横向定向中的传播，同时在纵向路径中继续。关于此概念，本文还介绍了材料波传播特性的非随机图案可用于代替能量传输装置的横向平面中的随机分布。此类非随机分布可在装置的横向平面中诱发本文中提及的有序能量局域化。这种有序能量局域化减少了类似材料特性的局域化分组的发生，这种情况可能由于随机分布的性质而产生，但这会降低通过装置传输能量的整体效率。

在实施例中，有序能量局域化材料可以传输对比度高达或优于由光调制传递函数(MTF)测量的最高质量的商用多模玻璃图像光纤的光。对于多模和多核光纤，由于核心的分散阵列的全内反射的特性，中继图像在本质上是像素化的，其中核心之间的区域中的图像传递损耗将降低MTF并增加模糊。用多核光纤产生的所得图像往往会具有残差固定噪声光纤图案，如图5A中所说明。相比之下，相同的通过实例材料样本中继的图像展现出类似于横向安德森局域化原理的有序能量局域化，其中噪声图案看起来更像是颗粒结构，而不是固定光纤图案。

展现有序能量局域化现象的光学中继器的另一优势是它们可以由聚合物材料制造，从而使成本和重量减小。通常由玻璃或其它类似材料制成的类似的光学级材料的成本可能比用聚合物生成的相同尺寸的材料的成本高百倍。此外，聚合物中继器光学器件的重量可以少10至100倍。为避免疑义，展现如本文所描述的安德森局域化特性或有序能量局域化特性的任何材料可包含于本公开中，即使所述材料并不符合以上成本和重量建议。本领域技术人员将理解，上述建议是适用于大量类似玻璃产品不包含的商业用途的单个实施例。额外益处是：使有序能量局域化起作用可能不需要光纤包层，对于传统的多芯光纤来说，防止光在光纤之间的散射需要所述光纤包层，但是光纤包层同时阻挡了一部分光线，且由此使传输至少减少核心覆盖比(例如，70:30的核心覆盖比将传输最多70％的所接收照明)。在某些实施例中，通过所有或大部分中继器材料中继能量可提高通过所述材料中继能量的效率，因为可以降低或消除对控制材料的额外能量的需要。

另一益处是能够产生许多较小部分，这些部分可以在没有缝隙的情况下结合或熔合，因为聚合物材料由重复单元构成，并且依据将两个或更多个片件合并在一起的过程，任何两个片件的合并几乎与将组件生成为单个片件相同。对于大型应用，这对没有大规模基础设施或工具成本的制造能力来说具有显著的益处，并且提供了用其它方法不可能实现的生成单片材料的能力。传统的塑料光纤具有这些益处中的一些，但是由于包层，通常仍然会包含具有一些距离的缝隙线。

本公开包含制造展现有序能量局域化现象的材料的方法。提出了使用可包含一个或多个组件工程化结构(“CES”)的构建块构造电磁能、声能或其它类型的能量的中继器的过程。术语CES是指具有特定工程化特性(“EP”)的构建块组件，所述工程化特性可包含但不限于材料类型、大小、形状、折射率、质心、电荷、重量、吸收、磁矩以及其它特性。CES的大小尺寸可约为所中继的能量波的波长，并且可以在毫米尺度、微米尺度或纳米尺度上变化。其它EP也与能量波的波长高度相关。

在本公开的范围内，多个CES的特定布置可形成非随机图案，其可跨越中继器在横向方向上重复以有效地诱发有序能量局域化。CES的此类非随机图案的单个实例在本文中被称作模块。模块可包括两个或更多个CES。中继器内的两个或更多个模块的群组在本文中被称作结构。

有序能量局域化是尤其适用于电磁波、声波、量子波、能量波的传输的普遍波现象。所述一个或多个组件工程化结构可形成展现有序能量局域化的能量波中继器，且分别具有约为对应波长的大小。构建块的另一参数是在用于那些构建块的材料中的能量波的速度，所述速度包含电磁波的折射率和声波的声阻抗。例如，构建块大小和折射率可改变以适应电磁频谱中的任何频率，从X射线到无线电波，或者适应在约0Hz到约40kHz范围内的可听声波。

出于此原因，本公开中关于光学中继器的论述不仅可以推广到完整的电磁频谱，还可以推广到声学能量和其它类型的能量。出于此原因，将在本公开中使用术语能量源、能量表面和能量中继器，即使实施例可能是相对于一个特定形式的能量来论述的，例如相对于可见电磁频谱来论述。所属领域的普通技术人员将理解，相对于一种形式的能量论述的本公开的原理将适用于针对其它形式的能量实施的实施例。

为避免疑义，材料数量、工艺、类型、折射率等仅为示例性的，且本文中包含展现有序能量局域化特性的任何光学材料。此外，本文中包含有序材料和工艺的任何用途。

应注意，本公开中提到的光学设计的原理大体上适用于所有形式的能量中继器，且针对特定产品、市场、外观尺寸、安装等所选择的设计实施方案可能需要也可能不需要实现这些几何结构，但是出于简化的目的，所公开的任何方法包含所有潜在的能量中继器材料。

在一个实施例中，对于可见电磁能的中继器，CES的横向大小应约为1微米。用于CES的材料可以是展现所要光学质量的任何光学材料，包含但不限于玻璃、塑料、树脂、气穴等等。所使用的材料的折射率高于1，如果选择两个CES类型，那么折射率的差变成关键设计参数。材料的高宽比可选择为细长形的，以便帮助纵向方向上的波传播。

在实施例中，来自其它能量域的能量可以使用一个或多个CES中继。例如，可以中继声能或触觉能，它们可以是能量的机械振动形式。可以基于这些交替能量域中的传输效率选择适当的CES。例如，在中继声学或触觉能量时，可以选择空气作为CES材料类型。在实施例中，可以选择自由空间或真空作为CES，以便中继某些形式的电磁能。此外，两个不同的CES可共享公共材料类型，但是它们的另一工程化特性可为不同的，例如形状。

CES的形成可作为分解性过程或加性过程来完成，所述分解性过程采用成型材料并将片件切割成具有所要形状的形成物或本领域中已知的任何其它方法，在所述加性过程中，CES可以用本领域中已知的任何其它方法来生长、印刷、形成、熔化或产生。加性和分解性过程可进行组合以便进一步控制制造。将这些CES构造成指定结构大小和形状。

在一个实施例中，对于电磁能中继器，可能可以使用光学级结合剂、环氧树脂或其它熟知的光学材料，这些光学材料可一开始为液体并通过各种手段形成光学级固体结构，所述手段包含但不限于UV、热、时间以及其它处理参数。在另一实施例中，结合剂不固化，或由用于柔性应用的折射率匹配油制成。结合剂可应用于固体结构和未固化油或光学液体。这些材料可展现某些折射率(RI)特性。结合剂需要匹配CES材料类型1或CES材料类型2的RI。在一个实施例中，此光学结合剂的RI是1.59，与聚苯乙烯(PS)相同。在第二实施例中，此光学结合剂的RI是1.49，与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)相同。在另一实施例中，此光学结合剂的RI是1.64，与热塑性聚酯(TP)材料相同。

在一个实施例中，对于能量波，结合剂可混合到CES材料类型1和CES材料类型2的共混物中，以便有效地抵消与结合剂RI匹配的材料的RI。结合剂可进行充分互混，有足够的时间来实现空气空隙的逸出、材料的期望分布和粘性特性的发展。可以实施额外的恒定搅拌，以确保适当的材料混合物抵消掉会由于材料的不同密度或其它材料特性而出现的任何分离。

可能需要在真空或室中执行这一过程以排出可能会形成的任何气泡。另一方法可为在固化过程期间引入振动。

替代方法向三个或更多个CES提供了额外的形式特征和EP。

在一个实施例中，对于电磁能中继器，额外的方法提供与仅结合剂一起使用的仅单一CES，其中CES和结合剂的RI不同。

另一方法提供任何数目个CES，且包含气泡的有意引入。

在一个实施例中，对于电磁能中继器，方法提供具有独立所要RI的多种结合剂，和在零个、一个或更多个CES单独或在一起固化时将它们互混以便形成完全互混结构的过程。可以利用两种或更多种单独固化方法来实现用不同工具和程序方法以不同间隔进行固化和互混的能力。在一个实施例中，RI为1.49的UV固化环氧树脂与RI为1.59的第二热固化环氧树脂互混，其中材料的恒定搅拌提供交替的热处理和UV处理，时长只够用于开始看到固体结构从较大混合物内形成，但对任何大型颗粒的形成来说都不够长，直到固化过程几乎完成时不能继续搅拌为止，然后同时实施固化过程以将材料完全结合在一起。在第二实施例中，添加RI为1.49的CES。在第三实施例中，添加RI为1.49和1.59的CES。

在另一实施例中，对于电磁能中继器，玻璃和塑料材料基于它们的相应RI特性来进行互混。

在另一个实施例中，固化混合物在模具中形成，并且在固化之后进行切割和抛光。在另一实施例中，所利用的材料将通过热重新液化，并且固化成第一形状，然后拉伸成第二形状以包含但不限于锥形部或弯曲部。

应了解，存在数种熟知的常规方法，用于将聚合物材料焊接在一起。ISO 472(“塑料词汇”，国际标准化组织，瑞士，1999)中描述了许多此类技术，该标准以全文引用的方式并入本文中，并描述了将材料软化表面连接起来的工艺，包括热、机械(例如振动焊接、超声波焊接等)、电磁和化学(溶剂)焊接方法。

图7A说明根据本公开的一个实施例的柔性中继器70的剖视图，所述中继器展现使用CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)的横向安德森局域化方法，其中互混油或液体76，并且其中可能使用端帽中继器79在柔性管道壳体78内在中继器的一个端部上将能量波从第一表面77中继到第二表面77。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)均具有为细长形的工程化特性——在此实施例中，形状是椭圆形，但是例如圆柱形或链形的任何其它细长形或工程化形状也是可能的。细长形形状允许通道具有最小工程化特性变化75。

对于可见电磁能中继器的实施例，中继器70可将结合剂替换为折射率匹配石油76，其折射率匹配CES材料类型2(74)并且被放置到柔性管道壳体78中以维持CES材料类型1和CES材料2的混合物的柔性，且端帽79会是固体光学中继器，以确保图像可以从端帽的一个表面中继到另一表面。CES材料的细长形形状允许通道具有最小折射率变化75。

中继器70的多个实例可以交错成单个表面，以便形成呈固体或柔性形式的中继器组合器。

在一个实施例中，对于可见电磁能中继器，中继器70的若干个实例可各自在一个端部连接到显示装置，所述显示装置显示图像的许多特定平铺块中的仅一个，同时光学中继器的另一端部成规则镶嵌放置，布置方式使得显示完整图像而不具有可辨缝隙。由于CES材料的特性，还有可能在镶嵌件内将多个光学中继器熔合在一起。

图7B说明CES横向安德森局域化能量中继器的刚性实施方案750的剖视图。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)与匹配材料2(74)的折射率的结合剂753互混。有可能使用任选的中继器端帽79在壳体754内将能量波从第一表面77中继到第二表面77。CES材料类型1(72)和CES材料类型2(74)均具有为细长形的工程化特性——在此实施例中，形状是椭圆形，但是例如圆柱形或链形的任何其它细长形或工程化形状也是可能的。图7B中还示出沿着纵向方向751具有最小工程化特性变化75的路径，这有助于在此方向751上能量波从一个端帽表面77传播到另一端帽表面77。

CES的初始配置和对齐可以利用机械放置或通过利用材料的EP来完成，所述EP包含但不限于：电荷，所述电荷在应用于液体中的CES的胶体时可引起胶态晶体形成；磁矩，所述磁矩可帮助对含有痕量铁磁性材料的CES排序，或所使用的CES的相对重量，它与重力一起有助于在固化之前在结合液体内形成层。

在一个实施例中，对于电磁能中继器，图7B中描绘的实施方案将使结合剂753匹配CES材料类型2(74)的折射率，任选的端帽79可以是固体光学中继器，以便确保图像可以从端帽的一个表面中继到另一表面，并且具有最小纵向变化的EP可以是折射率，从而形成有助于传播局域化电磁波的通道75。

在可见电磁能中继器的实施例中，图8说明根据本公开的一个实施例的可见电磁能中继器的横向平面中的剖视图，在材料的总体混合物中占给定百分比的一种示例性材料的纵向方向上包含DEMA(尺寸外部吸收)CES 80，以及CES材料类型74、82，所述示例性材料控制杂散光。

将不传输光的额外CES材料添加到混合物中以吸收随机杂散光，类似于传统光纤技术中的EMA，但吸收材料的分布在所有三个维度中可以是随机的，这与在纵向尺寸中恒定有所不同。本文中，此材料称为DEMA 80。在第三维度中利用此方法可以提供远远高于实施方案的先前方法的控制。使用DEMA，杂散光控制的随机化比任何其它实施方案都充分得多，包含那些包含绞合EMA的实施方案，绞合EMA最终将全光传输减少它占用的所有光学中继器组件的表面的区域的比例。相比之下，DEMA贯穿中继器材料进行互混，从而吸收杂散光，而不会出现相同的光传输减少。提供的DEMA可以在总体混合物中占任何比例。在一个实施例中，DEMA在材料的总体混合物中占1％。在第二实施例中，DEMA在材料的总体混合物中占10％。

在另一实施例中，两个或更多个材料用热和/或压力进行处理以执行结合过程，并且这可以用也可以不用模制或本领域中已知的其它类似成型工艺来完成。这可以应用也可以不应用在真空或振动阶段等等内，以在熔化过程中去除气泡。例如，具有材料类型聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的CES可进行互混，然后放置到适当的模具中，所述模具放置到均匀热分配环境中，所述均匀热分配环境能够达到这两种材料的熔点并循环到相应温度和从相应温度进行循环，而不会因为超过通过材料特性指定的每小时最大热升高或下降而造成损坏/断裂。

对于需要互混材料与额外液体结合剂的过程，考虑到每种材料的可变特定密度，可能需要以某一速率进行的恒定旋转过程，所述过程防止材料分离。

区分安德森和有序能量中继器材料

图9说明包括颗粒的随机化分布的熔合前能量中继器的部分900在横向平面中的剖视图，所述颗粒包括两个组件材料，即组件工程化结构(“CES”)902和CES 904。在实施例中，包括CES 902或CES 904的颗粒可具有不同材料特性，例如不同折射率，并且可诱发通过其传输的能量的安德森局域化效应，从而在材料的横向平面中将能量局域化。在实施例中，包括CES 902或CES 904的颗粒可在纵向方向上延伸入和延伸出图示的平面，由此允许能量沿着纵向方向传播，其中相比于传统的光纤能量中继器，散射效应由于能量在材料的横向平面中的局域化而减小。

图10说明包括颗粒的非随机图案的熔合前能量中继器的模块1000在横向平面中的剖视图，每个颗粒包括三个组件材料CES 1002、CES 1004或CES 1006中的一个。包括CES1002、1004或1006中的一个的颗粒可具有不同材料特性，例如不同折射率，这可诱发模块的横向平面中的能量局域化效应。包括CES1002、1004或1006中的一个的颗粒的图案可包含在模块边界1008内，所述模块边界限定包括CES 1002、1004或1006中的一个的颗粒所布置的特定图案。类似于图9，包括CES 1002、1004或1006中的一个的颗粒可在纵向方向上延伸入和延伸出图示的平面，以允许能量沿着纵向方向传播，其中相比于传统的光纤能量中继器，散射效应由于能量在材料的横向平面中的局域化而减小。

图9中包括CES 902或904中的一个的颗粒和图10中包括CES 1002、1004或1006中的一个的颗粒可以是在垂直于图示的平面的纵向方向上延伸且分别以图9和图10中所示的特定图案布置的相应材料的细长棒。尽管图9和图10中所示的颗粒的圆形横截面形状导致CES的各个颗粒之间可能存在较小空隙，但是这些空隙在熔合时会被有效去除，因为CES材料在熔合过程期间将获得某种流动性，并“熔化”在一起，可以填补任何空隙。尽管图9和图10中所示的横截面形状是圆形，但这不应被视为限制本公开的范围，并且所属领域的技术人员应该认识到，可以根据本文中所公开的原理使用熔合前材料的任何形状或几何结构。例如，在实施例中，CES的各个颗粒具有六边形而不是圆形横截面，这可允许在熔合之前颗粒之间具有较小空隙。

图11说明熔合前能量中继器中包括颗粒的随机分布的部分1100在横向平面中的剖视图，所述颗粒包括组件材料CES 1102和CES 1104。部分1100可具有多个子部分，例如各自包括颗粒的随机化分布的子部分1106和1108，所述颗粒包括CES 1102和1104。在熔合中继器之后，包括CES 1102和CES 1104的颗粒的随机分布可诱发通过部分1100在延伸出图示的平面的纵向方向上中继的能量的横向安德森局域化效应。

图13说明已熔合能量中继器中包括颗粒的随机分布的部分1300在横向平面中的剖视图，所述颗粒包括组件材料CES 1302和CES 1304。部分1300可表示图11中的部分1100的可能熔合形式。在本公开的情形下，如果类似CES的邻近颗粒在熔合时聚合在一起，这被称为聚合颗粒(“AP”)。CES 1302的AP的实例可以在1308处看到，它可表示数个未熔合CES1302颗粒(在图11中示出)的熔合形式。如图13中所示，类似CES的每个连续颗粒之间的边界以及具有类似CES边界颗粒的模块之间的边界在熔合时去除，同时在不同CES的AP之间形成新边界。

根据安德森局域化原理，在材料的横向方向上分布不同能量波传播特性的材料的随机化分布将在所述方向上使能量局域化，从而抑制能量散射，并减少可降低材料的传输效率的干扰。在传输电磁能的情形下，例如，通过随机分布具有不同折射率的材料增加折射率在横向方向上的差异程度，有可能在横向方向上将电磁能局域化。

但是，如先前所论述，由于随机化分布的性质，有可能会在无意中形成材料的不期望布置，这可能会限制材料内能量局域化效应的实现。例如，图13的AP 1306可潜在地在熔合在图11的对应位置所示的颗粒的随机化分布之后形成。例如，在设计用于传输电磁能的材料时，设计考虑因素是CES的熔合前颗粒的横向大小。为了防止能量在横向方向上散射，可以选择颗粒大小，使得在熔合时，所产生的平均AP大小大体上约为材料打算传输的电磁能的波长。但是，尽管可以设计平均AP大小，但是所属领域的技术人员应认识到，颗粒的随机分布将产生各种大小不可预测的AP，一些小于目标波长，一些大于目标波长。

在图13中，AP 1306在部分1300的整个长度上延伸，并且表示比平均大小大得多的AP。这可暗示AP 1306的大小还比部分1300打算在纵向方向上传输的能量的波长大得多。因此，通过AP 1306在纵向方向上进行的能量传播可在横向平面中经受散射效应，从而减小安德森局域化效应并在通过AP 1306传播的能量内产生干扰图案，还使得部分1300的总体能量传输效率减小。

应理解，根据本文中所公开的原理且由于随机化分布的性质，例如，部分1100内的子部分，例如子部分1108，可具有任意意义，因为不存在限定的分布图案。但是，所属领域的技术人员应该清楚，在给定随机化分布中，有可能可以识别出包括相同或大体上类似的分布图案的不同子部分。这一情形可能不会显著抑制诱发的总体横向安德森局域化效应，且本公开的范围不应被视为限于排除此类情况。

本文中所公开的非随机有序能量局域化图案设计表示组件材料的随机化分布的替代方案，允许能量中继器材料在横向方向上展现能量局域化效应，同时没有潜在地限制随机化分布所固有的偏移情况。

应注意，在不同领域且贯穿许多学科，“随机性”的概念以及实际上是不是随机的概念未必总是清楚的。在本公开的情形下当论述随机和非随机图案、布置、分布等等时要考虑若干重要点，这在下文论述。但是，应了解，本文中的公开内容决不是概念化和/或系统化随机性或非随机性的概念的唯一方式。存在许多替代的和同等有效的概念化，并且本公开的范围不应被视为限于排除本文中所属领域的技术人员设想的任何方法。

完整空间随机性(“CSR”)在本领域中是众所周知的，并且描述于以引用的方式并入本文中的史密斯T.E(2016)的关于空间数据分析的笔记[在线](http://www.seas.upenn.edu/～ese502/#notebook)中，它的概念用于描述以完全随机的方式定位的点在空间内(在此情况下，在2D平面内)的分布。有两个公共特征用于描述CSR：空间拉普拉斯原理及统计独立性的假设。

空间拉普拉斯原理是一种更通用拉普拉斯原理对空间概率领域的应用，它基本陈述了除非存在指示信息，否则特定事件的可能性(其可以认为是某一点位于某一特定位置的可能性)与空间内的每个位置的可能性相同。也就是说，一区域内的每个位置包含某一点具有相等的可能性，并因此在所述区域内的每个位置上找到某一点的概率是相同的。这进一步暗示了在特定子区域内找到某一点的概率和所述子区域的面积与整个参考区域的面积的比成比例。

CSR的第二特征是空间独立性的假设。这一原理假设其它数据点在区域内的位置对在特定位置找到某一数据点的概率没有影响。换句话说，假设数据点彼此独立，并且因此“周围区域”的状态不影响在参考区域内的一位置处找到某一数据点的概率。

CSR的概念可用作材料的非随机图案的对比实例，例如本文中所描述的CES材料的一些实施例。在本公开的其它地方将安德森材料描述为能量传播材料在能量中继器的横向平面中的随机分布。记住上文所描述的CSR特征，有可能向本文中所描述的安德森材料的一些实施例应用这些概念，以便确定那些安德森材料分布的“随机性”是否符合CSR。假设包括第一和第二材料的能量中继器的实施例，因为第一或第二材料的CES可在实施例的横向平面中占用大致相同的面积(意味着它们的横向尺寸具有大致相同的大小)，并且另外因为可以假设第一和第二CES在实施例中以等量提供，我们可以假设对于沿着能量中继器实施例的横向平面的任何特定位置，根据在此情形下应用的空间拉普拉斯原理，是第一CES还是第二CES的可能性是相同的。替代地，如果在其它能量中继器实施例中中继器材料以不同数量提供或具有彼此不同的横向大小，那么将同样预期根据空间拉普拉斯原理，找到任一材料的概率与所提供的材料的比或者与它们的相对大小成比例。

接下来，因为安德森能量中继器实施例的第一和第二材料均以随机方式布置(通过充分的机械混合或其它手段)，并且另外以材料的“布置”可同时进行且在它们随机化时自发出现的事实为证据，我们可以确证针对这些实施例，相邻CES材料的标识大体上对特定CES材料的标识没有影响，反之亦然。也就是说，这些实施例内CES材料的标识彼此独立。因此，可以说本文中所描述的安德森材料实施例满足所描述的CSR特征。当然，如上文所论述，外部因素和“现实世界”混杂因素的性质可影响安德森能量中继器材料的实施例是否符合严格的CSR定义，但是所属领域的普通技术人员应了解，这些安德森材料实施例大体上处于此类定义的合理容限内。

相比之下，如本文所公开的一些有序能量局域化中继器材料实施例的分析突显了相对于它们对应的安德森材料实施例(和CSR)的特定偏离。不同于安德森材料，有序能量局域化中继器实施例内的CES材料标识可与其相邻者的标识高度相关。某些有序能量局域化中继器实施例内的CES材料的布置的特有图案尤其设计成影响类似材料在空间上如何相对于彼此布置以便控制在熔合时由此类材料形成的AP的有效大小。换句话说，以有序能量局域化分布布置材料的一些实施例的一个目标是影响包括单个材料(AP)的任何区域在横向维度中的最终截面积(或大小)。当能量沿着纵向方向中继时，这可限制所述区域内的横向能量散射效应和干扰。因此，当能量中继器材料首先以有序能量局域化分布实施例“布置”时锻炼某一程度的特定性和/或选择性，这不允许特定CES标识“独立于”其它CES的标识，特别是紧密围绕它的那些材料。相反，在某些实施例中，根据非随机图案特定地选择材料，其中任何一个特定CES的标识基于图案的接续和知晓已经布置图案的哪一部分(并因此知晓哪一材料)而确定。由此可见，这些特定的有序能量局域化分布能量中继器实施例无法遵循CSR标准。因此，两个或更多个CES或能量中继器材料的图案或布置在本公开中可以描述为“非随机”或“大体上非随机”，并且所属领域的普通技术人员应该了解，尤其可以考虑上述CSR的一般概念或特征来区分非随机或大体上非随机的图案与随机图案。例如，在实施例中，有序能量局域化材料分布可以考虑大体上没有遵循如所描述的CSR的一般概念或特征的材料。在本公开中，叙述术语‘有序’可以是为了描述通过有序能量局域化的原理传输能量的中继器的组件工程化结构材料的分布。术语‘有序能量中继器’、‘有序中继器’、‘有序分布’、‘非随机图案’等等描述了至少部分地通过本文中所描述的有序能量局域化的这一相同原理传输能量的能量中继器。

当然，本文提供CSR概念作为示例考虑指南，并且所属领域的普通技术人员可以考虑本领域中已知的用来区分非随机图案与随机图案的其它原理。例如，应了解，就像人类签名，非随机图案可以被视为包含噪声的非随机信号。非随机图案可以是大体上相同的，即使在它们因为包含噪声而不相同时也如此。在图案辨识和比较的领域中存在很多常规技术，可用于隔开噪声和非随机信号并使非随机信号相关。通过举例，以引用的方式并入本文中的Rhoades的第7,016,516号美国专利描述了一种识别随机性(噪声、平滑度、多雪性(snowiness)等)并使非随机信号相关以确定签名是否真实的方法。Rhodes表示本领域中的技术人员可以很好的理解信号随机性的计算，且一个示例技术是在每个样本点处获取信号的导数、对这些值求平方，然后对整个信号求和。Rhodes进一步表示可以替代地使用各种其它众所周知的技术。常规的图案辨识滤波器和算法可用于识别相同的非随机图案。在第5,465,308号和第7,054,850号美国专利中提供了实例，所有专利以引用的方式并入本文中。此处将不重复其它图案辨识和比较技术，但是应了解，所属领域的普通技术人员可以轻易地应用现有技术来确定能量中继器是否包括多个重复模块，每个重复模块包括以大体上非随机图案布置且实际上包括相同的大体上非随机图案的至少第一和第二材料。

此外，考虑到上述关于随机性和噪声的点，应了解，材料布置成大体上非随机图案可能会因为机械不准确性或制造可变性等意外因素而遭受目标图案的畸变。在图20B中说明此类畸变的实例，其中两个不同的材料之间的边界2005受熔合过程影响，使得它具有最初不是图20A中所示的材料的非随机布置的部分的唯一形状。但是，所属领域的技术人员应清楚，非随机图案的此类畸变基本上是不可避免的，是机械技术的性质所固有的，并且图20A中所示的材料的非随机布置在图20B中所示的熔合实施例中仍然被大体上维持，即使所述材料的边界具有机械畸变。因此，在考虑材料的布置时，所属领域的技术人员能够区分图案的畸变部分与未畸变部分，就像一个人可以将两个签名识别为属于同一个人，即使它们存在独特的差别。

图12A说明熔合前能量中继器中包括三个组件材料CES 1202、CES 1204或CES1206的非随机图案(配置成经由有序能量局域化中继能量的分布)的部分1200在横向平面中的剖视图，这些组件材料限定具有类似定向的多个模块。这三个CES材料的颗粒布置在重复模块中，例如模块1208和模块1210，这些重复模块共享所述颗粒的大体上恒定的分布。尽管如图12A中所示，部分1200含有六个模块，但是给定能量中继器中的模块的数目可以是任何数目，并且可以基于所要设计参数来选择。另外，模块的大小、每模块颗粒的数目、模块内各个颗粒的大小、模块内颗粒的分布图案、不同类型的模块的数目、以及额外的模块化或填隙式材料的包含全都可以是需要考虑且处于本公开的范围的设计参数。

类似地，包含在每个模块内的不同CES的数目不一定是三个，如图12A中所示，而是优选地可以是适合于所要设计参数的任何数目。此外，每个CES所具有的不同特征特性可以是可变的，以便满足所要设计参数，且差异不应只限于折射率。例如，两个不同的CES可具有大体上相同的折射率，但是它们的熔点温度可以是不同的。

为了最小化通过图12A中所示的能量中继器的部分1200传输的能量的散射并促进横向能量局域化，包括部分1200的模块的非随机图案可满足上文所描述的有序能量局域化分布特征。在本公开的情形下，连续颗粒可以是在横向平面中大体上彼此邻近的颗粒。颗粒可以示出为接触彼此，或者邻近颗粒之间示出有自由空间。所属领域的技术人员将了解，所示邻近颗粒之间的较小空隙要么是无意的艺术作品，要么意在说明在材料的现实世界布置中可能出现的细微机械变化。此外，本公开还包含CES颗粒呈大体上非随机图案的布置，但是含有由制造变化或有意的设计变化造成的异常之处。

CES颗粒的有序能量局域化图案可允许能量的更大局域化，并且可减少能量在横向方向上通过中继器材料的散射，因此实现了通过所述材料的能量传输相对于其它实施例的更高效率。图12B说明熔合前能量中继器中包括三个组件材料CES 1202、CES 1204和CES1206的颗粒的非随机图案的部分1250在横向平面中的剖视图，其中颗粒限定具有不同定向的多个模块。部分1250的模块1258和1260包括材料的非随机图案，类似于图12A的模块1208和1210的材料的非随机图案。但是，模块1260中的材料图案相对于模块1258的材料图案旋转。部分1250的数个其它模块还展现分布的旋转图案。重要的是注意，即使存在这种旋转布置，部分1250内的每个模块也具有上文所描述的有序能量局域化分布，因为每个模块内的颗粒分布的实际图案保持不变，而不管它被施加了多少旋转。

图14说明已熔合能量中继器中包括三个组件材料CES 1402、CES 1404和CES 1406的颗粒的非随机图案的部分1400在横向平面中的剖视图。部分1400可表示图12A中的部分1200的可能熔合形式。通过以有序能量局域化分布布置CES颗粒，相对于图13中所示的随机化分布，图14中所示的中继器可实现能量在纵向方向上通过中继器的更高效传输。通过选择直径大致是将通过材料传输的能量的波长的1/2的CES颗粒并以图12A中所示的熔合前有序能量局域化分布布置它们，图14中所示的在熔合之后产生的AP的大小可具有在目标能量的波长的1/2和2倍之间的横向尺寸。通过大体上将横向AP尺寸限制在此范围内，在纵向方向上通过材料传输的能量可实现有序能量局域化并减少散射和干扰效应。在实施例中，中继器材料中AP的横向尺寸可优选地在意图在纵向方向上通过AP传输的能量的波长的1/4和8倍之间。

如图14中所见，并且与图13相比，所有AP的大小都相当一致，这可能是因为对熔合前CES颗粒的布置方式施加了控制。确切地说，控制颗粒布置图案可减少或消除具有较大能量散射和干扰图案的较大AP的形成，这代表了优于能量中继器中CES颗粒的随机化分布的改进。

图15说明能量中继器中包括两个不同的CES材料CES 1502和CES 1504的随机化分布的部分1500的横截面图。部分1500被设计成沿着图示的竖直轴线纵向传输能量，且包括沿着图示的水平轴线在横向方向上分布的数个AP。AP1510可表示部分1500中所有AP的平均AP大小。由于在部分1500熔合之前CES颗粒的分布的随机化，组成部分1500的各个AP可大体上偏离于由1510所示的平均大小。例如，AP 1508在横向方向上比AP 1510宽很多。因此，通过AP 1510和1508在纵向方向上传输的能量可经受明显不同的局域化效应，以及不同数量的波散射和干扰。因此，在到达它的中继目的地时，通过部分1500传输的任何能量都可能会展现不同水平的相干性，或展现在横向轴线上相对于其进入部分1500时的初始状态不同的强度。对于某些应用，例如图像光传输，可能并不希望从中继器产生的能量所处的状态与它进入输入所述中继器时的状态显著不同。

另外，图15中所示的AP 1506在横向方向上可远远小于平均大小的AP1510。因此，AP 1506的横向宽度可能过小，使得具有某一所要能量波长域的能量无法有效传播，导致所述能量降级并在中继所述能量时对部分1500的性能产生不利影响。

图16说明能量中继器中包括三个不同CES材料CES 1602、CES 1604和CES1606的非随机图案的部分1600的横截面图。部分1600被设计成沿着图示的竖直轴线纵向传输能量，并且包括沿着图示的水平轴线在横向方向上分布的数个AP。包括CES 1604的AP 1610和包括CES 1602的AP 1608在横向方向上可具有大体上相同的大小。部分1600内的所有其它AP还可在横向方向上大体上共享类似的AP大小。因此，通过部分1600纵向传输的能量可在部分1600的横向轴线上经受大体上均匀的局域化效应，并经受减少的散射和干扰效应。通过在横向维度中维持一致的AP宽度，进入部分1600的能量将中继并受相同影响，不管它沿着横向方向在哪儿进入部分1600。对于某些应用，例如图像光传输，这可表示优于图15中展示的随机化分布的能量传输的改进。

图17说明能量中继器中包括聚合颗粒的随机化分布的部分1700的横截面透视图，聚合颗粒包括组件材料CES 1702和1704。在图17中，提供输入能量1706，用于通过中继器在纵向方向(y轴)上穿过部分1700传输，这对应于图示中由表示能量1706的箭头指示的竖直方向。能量1706在部分1700的侧面1710处接受并从部分1700的侧面1712处作为能量1708出来。能量1708示出为具有不同的大小和箭头图案，意图说明能量1708在它通过部分1700传输时已进行非均匀变换，且能量1708的不同部分在不同的量值数量和垂直于纵向能量方向1706的横向方向(x轴)上的局域化方面不同于初始输入能量1706。

如图17中所示，可存在具有过小或以其它方式不适合供所要能量波长从侧面1710有效地传播到侧面1712的横向大小的AP，例如AP 1714。类似地，可存在过大或以其它方式不适合供所要能量波长从侧面1710有效地传播到侧面1712的AP，例如AP 1716。部分1700上能量传播特性的这一变化的组合效应可将部分1700的效能和有效性限制为能量中继器材料，这种变化可能是用于形成部分1700的CES颗粒的随机化分布的结果。

图18说明能量中继器中包括具有三个组件材料CES 1802、CES 1804和CES1806的聚合颗粒的非随机图案的部分1800的横截面透视图。在图18中，提供输入能量1808，用于通过中继器在纵向方向上穿过部分1800传输，这对应于图示中由表示能量1808的箭头指示的竖直方向。能量1808在部分1800的侧面1812处接受，并中继到侧面1814，然后作为能量1810从侧面1814出来。如图18中所示，输出能量1810在部分1800的横向方向上可具有大体上均匀的特性。此外，输入能量1808和输出能量1810可共享大体上恒定的特性，例如波长、强度、分辨率或任何其它波传播特性。这可能是由于AP沿着部分1800的横向方向的均匀大小和分布，使得在沿着横向方向的每个点处的能量以通常受影响的方式传播通过部分1800，这可帮助限制出来的能量1810上的任何差异以及输入能量1808和出来的能量1810之间的任何差异。

解决形成能量中继器的双向应力的固定件方法

图23A说明通过在固定件中固定熔合前中继器材料2606来熔合能量中继器材料的系统2600的透视图，所述系统包括两个片件2602和2604。材料2606在被放在固定件2602和2604内之前可以随机或图案图案布置，之后它们通过固定件保持处于所布置图案。在实施例中，材料2606的图案可以在它们已经组装在一起之后在固定件2602和2604之间的内部空间内形成。在实施例中，材料2606的松弛可在熔合中继器材料2606之前、期间或之后进行。尽管图23B和23D中所示的实例示出了材料2606的图案，但是相同处理方法可用于材料的图案。

图23B说明其中作为熔合能量中继器材料的部分而组装固定件2602和2604并且用它们装纳能量中继器材料的实施例。含有材料2606的图案的已组装固定件2602和2604可以接着通过在合适的温度下施加热2614达合适的时间量来加热，以便松弛中继器材料。在实施例中，施加的时间量和温度可以基于中继器材料的材料特性而确定，包含由于热的添加或去除而产生的结构应力的变化。在实施例中，松弛材料2606可以是熔合前过程，其中材料在延长的时间段内保持处于某一温度或在某一温度范围内以便释放结构应力，包含例如来自双向材料中的应力的退火松弛的那些结构应力，并且帮助材料在熔合过程期间形成更有效的结合。如果能量中继器材料在熔合之前没有松弛，那么材料可在熔合过程发生之后“松弛”，并且遭受变形或与邻近材料分层，或者CES材料图案可在其它方面因为以非所要方式偏移而受损。松弛方法意在通过使中继器材料的图案准备好进行熔合过程来阻止这一情况，使得图案在熔合之后可以在更大的程度上维持。另外，松弛材料可在图21中所示的过程期间更有效地拉制或拉伸材料。一旦松弛过程完成，当通过调整热2614将系统加热到熔合温度时，材料2606就可保持在固定件2602和2604中，并且材料2606熔合在一起，或者材料可以在熔合之前从固定件2602和2604中去除。

图23C说明在图23B中的2606处示出的材料已熔合在一起以形成已熔合能量中继器材料2608。在示出的实施例中，中继器材料在中继器熔合过程期间保持在固定件2604和2602内部，然后从固定件中去除如图24中所示的所得已熔合中继器2608。在实施例中，能量中继器材料可以在熔合之前从固定件2602和2604中去除。

另外，在实施例中，固定件2602和2604可配置成在能量中继器材料上施加压缩力2610。可以沿着能量中继器材料的横向平面引导压缩力2610，以便在材料中松弛内应力时沿着横向平面提供对扩展或变形的抵抗性。这一压缩力2610以及施加到能量中继器材料的温度变化可以是可调整的，使得压缩力的量可以视需要增大或减小。在实施例中，压缩力2610可进一步沿着纵向定向变化，使得能量中继器材料的不同部分可同时经受不同量的压缩力。这一压缩力2610可以利用将固定件组件2602和2604夹持在一起的螺栓2612施加，其中螺栓2612沿着中继器的长度分布。在另一实施例中，固定件组件2602和2604的内侧可含有沿固定件的长度延伸的可移动条带，所述可移动条带可朝向中继器的中心施加力。

图23D说明用于熔合能量中继器材料的固定件2601的透视图，其中可移动条带在固定件的每个内表面上以便施加径向向内的压缩力。在图23D所示的实施例中，固定件组件2602和2604的内侧可含有沿着固定件2601的纵向方向(例如，长度)延伸且围绕受约束空间2606的周边定位的可移动条带2621。条带2621可配置成沿着垂直于纵向方向的横向方向移动以朝向由固定件2601限定的受约束空间2606施加压缩力2610，所述受约束空间朝向例如图23C中的材料2608的中继器材料的中心定向，并且可以约束在固定件2601内。在实施例中，每个条带2621可主要由结构硬性材料组成，例如铝、钢、碳纤维或复合材料，并且可以经由多个螺栓2623紧固，所述螺栓旋拧通过固定件组件2602和2604的每一侧。在实施例中，每个条带2621可具有安装到条带2621的内侧上的可弯曲表面2622，例如橡胶附接件，其中可弯曲表面2622的内表面限定受约束空间2606。可弯曲表面2622可帮助将施加到每个条带2621的力2610均匀地分布到约束在受约束空间2606中的能量中继器材料。在此实施例中，夹持螺栓2612用于在力2610经由拧紧螺栓2623施加到条带2621时保持固定件2601的组件2602和2604附接在一起。

图23E说明固定件2601沿着固定件2601的横向平面的横截面图。螺栓2623可穿过固定件从内侧延伸到外侧，并且可以旋拧以便将螺栓2623固定在适当位置，并且使得它们的径向位置能够调整。在调整螺栓2623时，施加到可移动条带2621的力2610增大或减小，由此允许调整施加到受约束空间2606和可约束在其中的任何能量中继器材料的压缩力2610，能量中继器材料例如是图23C中的材料2608。因为各个螺栓2623可以彼此独立地调整，所以固定件2601不仅允许压缩力从固定件的一个端部到另一端部纵向变化，还允许其横向变化。此外，螺栓2623可以在不同时间调整，使得压缩力2610同样可以进行时间调整。

图60和图61说明处理能量中继器材料的过程的实施例的框图，包含熔合和/或松弛如本文中所描述的能量中继器材料。图60说明其中连续执行数个处理步骤的实施例，而图61说明其中并行(同时)执行数个处理步骤的实施例。

在图60所示的实施例中，在步骤6002处提供能量中继器材料的布置。接着在步骤6004中，将压缩施加到能量中继器材料的布置。在步骤6006中，将热施加到能量中继器材料的布置。接着在步骤6008中，将冷却施加到能量中继器材料，然后在步骤6010中，对能量中继器材料的布置执行化学反应。

在图61所示的实施例中，在步骤6102中，提供能量中继器材料的布置。接着，对能量中继器材料的布置并行执行数个处理步骤，所述步骤包括在步骤6104处将压缩施加到能量中继器材料、在步骤6016处将热施加到能量中继器材料、在步骤6108处允许能量中继器材料静置，以及在步骤6110处对能量中继器材料执行化学反应。

可以通过本文中呈现的固定件的实施例促进图60和图61的压缩、加热、冷却和反应步骤，例如图23D中的固定件2601，这些固定件允许在对材料执行各个处理步骤时将这些材料处理成受约束的。

图60和图61中所示的上述过程仅仅是本公开中描述的处理步骤的可能排列的实例。所属领域的技术人员应认识到，执行本文中所描述的处理步骤有其它可能的次序。另外，可以利用处理步骤的连续和并行次序的组合。此外，还可采用除了本文中所描述的那些之外的其它处理步骤，以便将能量中继器材料处理成所要形式。

在图60和图61中示例且在本公开中其它地方描述的处理步骤中，对能量中继器材料执行化学反应可允许能量中继器材料进行化学熔合，并且可涉及使用催化剂。在一个实施例中，施加到能量中继器材料的热可使它们在所要时间量内达到适当温度或温度范围，一边充分松弛和熔合材料，所述温度或温度范围基于中继器材料的材料特性而确定，包含由热的添加或去除所产生的结构应力的变化。在实施例中，施加到中继器材料的压缩力可以在不同温度下调整，以去除气隙并确保组件工程化结构材料熔合在一起。接着在步骤2708中，从固定件中去除松弛后的已熔合能量中继器材料。

图24说明在松弛、熔合和从图23B的固定件2602和2604释放之后的有序能量中继器材料2606的熔合块的透视图。材料2608现在是连续能量中继器材料块，不再具有可辨别的单独颗粒，而是具有CES材料的聚合颗粒(AP)的连续布置。但是，在此实例中在熔合之前存在的非随机材料分布仍然保留，并且将会诱发沿着材料的横向方向的有序能量局域化。在另一实施例中，有可能以相同方式形成随机能量中继器材料的熔合块。块2608现在可进行额外加热和拉伸，以便减小块2606的横向尺寸，如图19B、20和22中所示，同时材料变形的风险减小。如下详述，图21说明用于根据本文中所描述的过程和原理制造微观尺度的有序能量中继器材料的组合总体过程的框图。

在实施例中，可存在一定量的材料变形。变形可发生在本文所描述的任一方法期间，包含所述加热、拉伸、固定或其它公开的步骤或过程期间。所属领域的技术人员应了解，尽管可以小心避免不想要的材料变形，但是材料仍然可能会经受意外变形。尽管这可能向每个特定CES引入了一定程度的独特性，但是应理解，在识别如本文所公开的大体上非随机图案时不应考虑在处理期间发生的CES材料的细微变形，且它们并不代表偏离所述非随机图案。

由于根据本公开选择用于中继能量的材料的柔性，优选的是，可以使用能够弯曲或变形而不会损害它们的结构或能量波传播特性的柔性或部分柔性材料来设计能量中继器材料。利用传统的玻璃光纤，玻璃棒在整个制造过程中基本上都是非柔性的，使得制造困难且成本高昂。通过利用具有更大柔性的更稳固材料，可以使用更便宜且更有效的制造途径。

用于能量中继器微观结构的宏观尺度制造的方法

图19A说明在用于形成能量中继器材料的系统的横向平面中的剖视图。在图19A中，能量中继器的模块2200示出为包括颗粒图案，所述颗粒包括CES2202、CES 2204或CES2206中的一个。如图22A中所示，模块2200可具有某一初始大小，它是限定模块2200的CES颗粒的大小的结果，并且具有颗粒布置成的特定图案。通过施加热和沿着纵向方向拉伸模块2200，如本公开中先前论述，有可能将模块2200的大小减小到较小直径，同时维持限定模块2200的CES材料的特定图案。图22B中所示的所得大小减小的模块2208可具有与模块2200大体上相同的材料图案，但是在横向方向上可小得多，从而有效地改变可以在纵向方向上通过模块2208有效传输的能量的能量波长域。CES材料的一般分布保留在大小减小的模块2208中，但是熔合过程会造成CES材料区域的形状的某一局部差异或变形。例如，CES 2202的单个棒已变为CES材料2203，CES 2204和它的两个连续相邻者已变为具有大致相同形状的熔合区域2205，且CES 2206的单个棒已变形成大致为六边形的CES 2207。

图19B说明在用于形成能量中继器材料的图案的系统的横向平面中的剖视图，并且表示图19A中所示的模块2200的熔合版本。参考图19A描述的原理也适用于图19B。通过在将材料拉伸到大小减小的模块2208之前熔合材料，由于拉伸过程而产生的变化可能更少，并且大小减小的能量中继器可具有更加可以预测的材料分布。在一个实施例中，熔合过程可包含将中继器材料加热到小于包括中继器的组件工程化结构中的一个或多个的玻璃转变温度的温度。在不同实施例中，将中继器材料加热到接近组件工程化结构中的一个或多个的玻璃转变温度的温度，或包括中继器的组件工程化结构的平均玻璃转变温度。在实施例中，熔合过程可包含使用化学反应将中继器材料熔合在一起，任选地利用催化剂。在实施例中，熔合过程可包含将组件工程化结构的布置放置到受约束空间中，然后施加热。受约束空间可以由类似于图23A至23E中所示且配置成限定约束空间2606的固定件的固定件提供。在实施例中，熔合过程可包含将组件工程化结构的布置放置到受约束空间中，向能量中继器材料施加压缩力，然后施加热。这特别适用于组件工程化结构是具有双向拉伸的聚合物的情况，其中压缩力阻止材料在它们熔合在一起或退火时扭曲或收缩。通过这种方式，熔合步骤还涉及松弛材料，并且可以称为熔合和松弛步骤。在实施例中，熔合和松弛过程可包含具有过程参数的一系列步骤，其中每一步骤包含以下中的一个：使用化学反应熔合能量中继器材料，任选地利用不同水平的催化剂；约束布置并以所要力水平施加压缩力；施加热达到可接近中继器的组件工程化结构中的一个或多个的玻璃转变温度的所要温度水平；以及施加冷却达到所要温度。接着，可以在熔合完成之后从受约束空间中释放熔合和松弛的材料。

图20说明图19B中所示的过程2300的接续部分。能量中继器的多个大小减小的模块2208可布置成群组，如部分2301中所示。通过施加热和沿着纵向方向拉伸模块2301，如先前论述和图19A及19B中所示，有可能将复合模块2301的大小减小到更小的微观结构模块2302，同时维持限定模块2301的CES材料的特定图案。这个过程可以使用模块2302再次重复，以产生更小一些的微观结构模块2304。可以任何所要迭代次数执行这个过程，以便实现所要微观结构大小。因为模块2301自身由收缩模块2208构成，所以已经保留限定2208的CES材料的初始分布，但横向尺寸变小，使得2304还共享与部分2301相同的图案，如由部分2304的子部分的放大版2306所示。轮廓2308表示与大小减小的部分2304比较的部分2301的初始大小。接着，这个过程可以重复任何次数，以产生具有从较大材料开始的所要横向大小的随机或非随机图案能量中继器。例如，多个模块2304可布置在2301的类似群组中，并重复此过程。这一系统使得有可能形成微观级分布图案，而不必在微观尺度操控各个CES材料，这意味着能量中继器的制造可保持处于宏观尺度。可简化总体制造过程，从而降低制造复杂性和费用。这一大小减小过程还可提供对实际横向尺寸和CES材料的图案化的更精确控制，这使得人们能够根据特定的所要能量波长域定制中继器。

图21说明形成能量中继器材料的加热和拉伸过程的框图。在步骤2402中，CES材料首先以所要配置布置，所要配置可以是横向平面中的随机或非随机图案。在步骤2402的实施例中，材料可进一步布置到受约束空间中。在步骤2406中，在受约束空间中将能量中继器材料熔合在一起，其中熔合可以是一系列步骤，其中每一步骤可包含以下中的任一个：向能量中继器材料的布置施加压缩应力、施加热、施加冷却，或使用有可能利用催化剂的化学反应。在步骤2408中，从受约束空间中去除CES材料。接着在下一步骤2410中，将能量中继器材料加热到适当温度，在一些实施例中，适当温度可以是CES材料中的一个或多个的玻璃转变温度。接着在步骤2412中，将材料拉成大小减小的微观结构棒，如上文在图19B和20中所示。接着，在步骤2414中，再次将在步骤2412中产生的大小减小的微观结构棒布置成所要随机或非随机图案，类似于图20中的束2301。微观结构棒的布置可再次返回到步骤2404，进行约束、熔合/松弛、加热、拉伸和布置，以便形成大小进行二阶减小的微观结构棒，类似于图20中所示的微观结构2304。换句话说，如果在步骤2414中产生的二阶微观结构棒需要进行进一步加热和拉伸以调整它们的能量传输域，那么可以使用二阶微观结构棒返回到步骤2404，并且可以将随后步骤重复所要次数以产生具有所要大小和配置的能量中继器材料，从而在所要能量域中中继能量，能量中继器材料含有n阶微观结构棒。在过程2416的最终步骤处，熔合/松弛微观结构棒的最终布置以形成能量中继器。

图22说明用于形成具有减小的横向尺寸的随机或非随机图案能量中继器的实施例，并且表示在图21中描述的过程中的一些步骤的视觉显示。首先，提供材料的分布，例如模块2502，它进行约束、熔合/松弛和释放。接着，对它进行加热和拉伸以形成尺寸减小的模块2504。在初始模块2502和尺寸减小的模块2504之间看到的不连续部分是上述过程的艺术表示，其中初始模块2502的横向尺寸减小到模块2504的横向尺寸，但它们实际上是相同材料。一旦制造出足够数量的尺寸减小的模块2504，它们就可以在2508处示出的新的随机或非随机分布重新组装。这个新图案2508包括多个大小减小的模块2504，它们接着可以进行约束、熔合/松弛、释放、加热和拉伸的类似过程以产生在2506处示出的尺寸减小的模块。在非随机图案2508和尺寸减小的模块2506之间看到的不连续部分是上述过程的艺术表示，其中初始分布2508的横向尺寸减小到模块2506的横向尺寸，但它们实际上是相同材料。这个过程可以视需要迭代多次，以便产生具有优选大小的能量中继器，此能量中继器含有用于中继能量的具有优选密度的能量中继器材料通道。

如本公开中详细地论述，能量中继器材料可配置成沿着能量中继器材料的纵向平面传输能量，其中纵向平面中的能量传输效率远远高于垂直于纵向平面的横向平面中的能量传输效率。这些能量中继器材料可具有各种初始大小、形状或形式。为了使此类能量中继器材料适应光学系统，例如本公开的能量引导系统，可以修改能量中继器材料的大小、形状或形式。用于修改能量中继器材料的尺寸的本公开的实施例可包含以下步骤：提供在横向平面中具有初始尺寸的能量中继器材料；在受约束空间中容纳能量中继器材料；使能量中继器材料顺应受约束空间的至少一部分；以及从受约束空间中去除顺应的能量中继器材料。受约束空间可包含允许顺应的能量中继器材料的至少一部分沿着能量中继器材料的纵向平面具有减小的横向尺寸的形状。下面的实施例提供各种示例性方法和装置来修改能量中继器材料的尺寸，由此修改能量中继器材料的大小、形状或形式。

制造能量中继器阵列的制冰格(Ice-cube Tray)方法

图41说明制造单独锥形能量中继器元件的阵列的方法8900。在图41中，各个锥形中继器元件8902、8904和8906分别进行锥形化、精准切割、研磨和抛光(这些步骤未示出)，然后以所示配置布置。每个单独的锥形中继器的仅锥形化步骤可包含加热中继器材料块、伸展它和冷却它，同时精确地控制材料的尺寸以便实现精确的放大率。在每个中继器元件之间施加粘合剂8908，然后将它们结合在一起，如8912处所示。但是，方法8900可围绕元件8902、8904和8906的边界在8912处产生空隙或畸变。还存在许多通过方法8900引入的额外制造风险，例如在结合期间各个中继器元件之间的不对齐、由于在热或应力下产生的材料变形而出现的结合失败，等等。

图42说明用于从单个初始材料块9002制造锥形能量中继器元件阵列的处理步骤9000的示意性展示。块9002可包含能量中继器材料，例如安德森局域化能量中继器材料或有序能量局域化中继器材料，或任何其它类型的中继器材料，包括聚合物、玻璃或其它适合于能量中继器的结构。可以通过本文中所公开的方法提供能量中继器材料。通过使用处理步骤9000，块9002可以直接形成为各种形状\可以是放大或缩小(或本文中所公开的其它构造体)形状，这在镶嵌/中继器形式内完成且不必单独制造每个中继器。

在图42中，块9002可能已切割成最终镶嵌件的近似形状，并通过施加热9004而被加热到所要温度，所要温度可基于材料特性，并且在实施例中，可接近材料的玻璃转变点。模具9006限定受约束空间的形状，其可包含已形成能量中继器阵列形状的一个端部的倒置形状。在实施例中，倒置形状可以是倒置的缩小或放大端部、已形成锥形能量中继器阵列的锥形端部侧，或任何其它所要模具形状。在图42的实施例中，模具9006包括倒置的锥形形状，此形状具有至少一个倒置中继器元件隔室，所述至少一个隔室包括具有第一横截面区域的窄端9003、具有大于第一横截面区域的第二横截面区域的宽端9005，以及连接窄端9003与宽端9005的倾斜壁9007。在实施例中，隔室可包括连接窄端和宽端的边缘的两对相对的倾斜壁。在实施例中，窄端和宽端的形状可以是矩形。图42中所示的模具9006包括含有所要模具形状的多个隔室9009。在另一实施例中，模具可以只包括一个隔室9009。

为了使块9002顺应由隔室9009限定的受约束空间，块9002和模具9006可以加热到某一温度，使得块9002中的能量中继器材料在纵向和横向平面中具有可成形性，以允许能量中继器材料的至少所述横向平面重新形成。热的施加可分一个或多个阶段执行，其中每一阶段包括阶段温度和阶段持续时间。分阶段施加热可允许材料的各部分分阶段形成。在实施例中，模具9006包括熔点远远超过包括块9002的材料的熔点的材料。在实施例中，模具9006可包括金属材料。在实施例中，模具9006可包括具有高热容量或者可以很好的保持热的材料。在方法9000中，模具9006达到所要温度，其中在9008处施加热以匹配块9002的转变点或熔点。

在实施例中，额外加热元件(未示出)可以并入到包括模具9006的材料中，这些元件配置成执行将热施加到模具9006和能量中继器材料9002的步骤。在实施例中，关于模具9006的边缘部分的特性可不同于模具9006的主体，使得模具9006能够将边缘区域中更高或更低水平的热/压力处理定位到块9002，同时使其它区域大体上不受干扰。

图43说明处理步骤9100的示意性展示，其中使在图42中已经加热到先前描述的所要温度的块9002与模具9006介接。在实施例中，处理步骤可包含向能量中继器材料9002和模具9006中的至少一个施加力，使能量中继器材料9002的至少一部分大体上顺应已形成锥形能量中继器阵列的形状。在实施例中，力可以只施加到模具9006，并且在另一实施例中，力可以只施加到能量中继器材料9002，并且在又一实施例中，力可以施加到模具9006和能量中继器材料9002两者。在如图43所示的实施例中，可以在由箭头9101指示的一般方向上施加力，力可以通过块9002的重量在重力作用下产生或者可以从外部源(未示出)施加。步骤9100可在所要时间量内执行，并且可进一步作为一系列包括阶段力和阶段持续时间的阶段执行。在处理步骤9100的时间段期间，块9002和模具9006的温度可以维持在所要温度，或者可以依据所选择的材料类型视需要随时间变化。在实施例中，步骤9100可以在减小的大气压下或在真空中实施。块9002与模具9006介接的速率还可缓慢实施，使得中继器元件开始形成，而没有引入不想要的畸变。此外，控制介接速率可帮助限制因为材料的不均匀分布而出现畸变，或因为方法9000中的过程变化而出现不均匀的块9002的尺寸。材料的任何畸变可以通过仔细控制时间、温度、压力、力或所属领域的技术人员已知的任何其它制造参数来部分地或大体上缓解。

图44说明制造能量中继器元件阵列的方法中的另一步骤9200。在图44中，一旦块9002在先前步骤中的适当处理完成之后冷却，就可以从与模具9006的接口中去除块9002。在实施例中，由于与块9002材料的特性比较的模具9006材料的特性，块9002可以从模具9006当中干净地剥离，其中沿着所述接口的表面9204等同于抛光表面。可以视需要控制模具9006的表面处理或抛光，以产生沿着表面9204实现的一定程度的抛光。如果需要，可对块9001的任何表面执行额外的抛光或表面处理。在实施例中，可以利用脱模润滑剂来改进步骤9200，在实施例中，脱模润滑剂可以施加到模具9006的边缘或表面，以便促进模具9006和能量中继器材料9002的分离。

在检查图44中所示的模制块9002后，应注意，这一系统和方法可表示优于制造能量中继器阵列的其它方法的改进，原因至少部分地在于锥形部分之间不存在残留缝隙且整个阵列可以同时而不是单独制造这一事实。模具中与模具9006和材料9002之间的接口相对的部分可能不受顺应过程9000的影响。

此外，使用上文所描述的方法产生的所得能量中继器锥阵列可以进一步组合成彼此邻近，并另外焊接或以其它方式接合以形成更大锥形中继器阵列。

制造能量中继器的模制方法

在实施例中，用于形成锥形中继器的替代性方法涉及固定或机械地约束中继器材料的第一侧面并施加热或压力，而不是在中继器材料块和模具之间施加压力，其中中继器材料“松弛”到模具中，产生所要中继器几何结构，在实施例中，所要中继器几何结构可包括从第一侧面转变到第二侧面的倾斜轮廓部分。用于方法9300的能量中继器材料可以由本文中所公开的任一个方法或过程提供。图45示出用于从中继器材料9303形成锥形中继器9307的方法9300，所述中继器材料通过施加热而收缩，并且放置在具有所要锥形能量中继器形状的倒置形状的模具9301内，所要锥形能量中继器形状在此实例中是锥形能量中继器9307的形状。在实施例中，模具9301可限定受约束空间，此受约束空间具有允许顺应的能量中继器材料的至少一部分具有减小的横向尺寸的形状。在实施例中，模具9301可包括从模具9304的小端延伸到提供了具有减小的横向尺寸的形状的大端9310的模制部分。模具9301可包括抛光内表面，因此一旦形成完成，锥9307的表面质量就与模具相同。在过程开始时能量中继器9303的横截面区域的尺寸与模具9304的小端的面积大致相同，因此能量中继器材料9303与模具9304的小端正好配合。在实施例中，能量中继器材料9303的端部部分9308可以容纳在模具9301的模制部分的具有减小的横向尺寸的端部9304中。中继器材料9308的端部部分可以利用夹持力9305、机械压力或结合剂/粘合剂9306固定到模具9301的具有减小的横向尺寸的端部9304上。在实施例中，可以将夹持力9305施加到模具9301的具有减小的横向尺寸的端部9304，以在具有减小的横向尺寸的端部9304和能量中继器材料9303的端部部分9308之间形成过盈配合。在实施例中，力9305可以在不同时间调整，或在能量中继器材料9303被加热到不同温度的点处调整。相比于图45中所示的模具9006，可以使模具具有高的侧壁9302，使得高的侧面可以在材料收缩时将材料约束和导引到它的最终锥形形状9307中。应该考虑模具9301的绝对定向，因为在实施例中，重力加速度可能会影响施加热后中继器材料9303松弛的倾向方向。因此，在实施例中，模具9301应该沿着重力加速度的向量在能量中继器材料9303的纵向方向上定向，其中小端9304在前面，由此确保一旦能量中继器材料9303松弛，松弛材料就会被引导到倒置锥形9307中。在替代实施例中，模具9301可处于离心力下，例如由离心机产生的离心力，以便将松弛的中继器材料9303引导到倒置的中继器形状9307中。在此类实施例中，模具9301应该相应地沿着由离心机产生的加速度的向量定向，其中小端9304在前面。在实施例中，受约束材料中双向拉伸的松弛可产生充分的合约力，使材料顺应模具，而不管其它外部力如何。一旦中继器材料9303的一个端部固定，就可以施加热来升高能量中继器材料9303的温度，使得能量中继器材料9303在材料的至少纵向或横向平面中具有可成形性，以实现能量中继器材料9303的至少横向尺寸的顺应。热的施加可以使材料收缩到模具9301中，由此使能量中继器材料9303的至少一部分顺应模具9301的形状。在一个实施例中，具有双向对齐的聚合物中继器材料9303在模具9301的较小侧面9304处受约束，并且在它加热时，材料中的双向拉伸释放，使得材料朝向受约束侧面“松弛”或“坍落”。在另一实施例中，双向拉伸的聚合物中继器材料9303在具有窄端9304和大端9310的逐步变细的模具9301的窄端9304处受约束，并且材料9303中在模具9301的大端9310附近的部分在加热聚合物9303时朝向窄端9304收缩，并且最终变成锥形中继器9307，其尺寸匹配模具9301的内部尺寸。在另一实施例中，施加热的处理步骤还可包含利用如图46中所示的柱塞9405施加压力。这个锥9307在锥形化过程9300之前以与中继器材料大体上相同的方式中继能量，但是在能量从锥9307的窄端中继到大端时具有额外的空间放大。

在另一实施例中，热和压力均用于从中继器材料块形成锥形中继器。图46示出用于使用模具9401并施加热9407和压力9406来从中继器材料9403形成锥形中继器的方法9400。热9407和压力9406可以同时或在不同时间施加，并且可进一步包括具有不同的相应阶段温度或阶段压力和相应的阶段持续时间的多个阶段。在过程开始时能量中继器9403的横截面区域的尺寸与模具9401的小端9404的面积大致相同，因此能量中继器9403与模具9401的小端9404正好配合。模具含有抛光表面，以及所要锥形中继器形状的倒置尺寸。具有抛光表面的柱塞9405可用于利用力9406将材料下推到模具中，并在热9407施加到模具9401及直接或间接地施加到中继器材料9403时均匀地分布材料。在实施例中，力9406可以在不同时间或在能量中继器材料9403被加热到不同温度的点调整。在实施例中，力9406施加到能量中继器材料9403中与对应于材料9303的端部部分9308的端部部分相对的表面。加热和顺应步骤可同时执行，也可以在一系列步骤中执行。当材料9403容纳在模具9401中时可以应用一系列处理步骤，其中每个处理步骤包括以下中的一个：添加热、去除热、增大压力、减小压力或使用化学反应或催化剂，这些施加的实例在图60和图61中说明。在实施例中，在能量中继器材料9303已经顺应锥形中继器形状9307之后，可以将冷却施加到能量中继器材料9303和模具9301，以冷却顺应材料9303并帮助顺应的锥9307与模具9301的分离。在处理步骤结束时，能量中继器9403已经顺应锥9408的最终形状。锥9408以与中继器材料9403相同的方式中继能量，但是在能量从小端传输到大端时具有空间放大。

在实施例中，锥形能量中继器材料9307可包括在材料的横向平面中具有相对的第一和第二表面的形状，所述第一和第二表面具有不同表面积，其中能量传输沿着延伸穿过所述第一和第二表面的多个能量传播路径容纳。在实施例中，通过锥形中继器9307中继的能量可在它通过其中继时在空间上缩小或放大。

类似于图45中所示的9301和图46中所示的9401的固定件的阵列可用于形成锥形能量中继器阵列。图47示出形成锥形能量中继器阵列的方法9500，其中提供类似于图45中所示的9401的多个模具，它们具有从所述多个模具的小端延伸到宽端的多个模制部分，并且在包含添加热9507和利用力9506添加压力的一系列处理步骤之后，形成多个锥9511、9512和9513。在方法9500中，模具9501含有多个锥形能量中继器的倒置形状，并且模具9501的阵列中的每个单独的锥形能量中继器形状由在每个模制部分的上部部分(宽部)处的可移除挡板壁9502隔开。模具9501的阵列具有抛光内表面。在实施例中，使用单独的柱塞9505向能量中继器材料施加力9506，以便使它们形成为锥形形状。在另一实施例中，还可使用图45中所示的模具9301，其中中继器材料在受热时收缩，例如双向拉伸中继器材料，而不需要柱塞。并且在再一实施例中，使用柱塞以及在受热时收缩的中继器材料。

图48说明方法9500的另一步骤，其中模具9501的阵列已移除挡板壁9502，留下挡扳空隙9522。覆盖锥的所有大端的组合表面的大面积柱塞9525已位于锥的顶部上，并且通过施加包围阵列周边的限制环9520提供的受约束周边已添加并通过施加到模具9501的上部部分(宽部)的力9521固定。应用一系列处理步骤，其中每一步骤包括以下中的一个：添加压力9526、添加热9527、去除压力9526、去除热9527，或使用有可能利用催化剂(未示出)的化学反应。在实施例中，可以施加热，升高能量中继器材料9511的温度，使得能量中继器材料9511在材料的至少纵向或横向平面中具有可成形性，以实现能量中继器材料9511的至少横向尺寸的顺应。在实施例中，柱塞9525在模具9501上垂直于能量中继器材料9511的纵向平面延伸，并且向沿着能量中继器材料9511的垂直于横向平面的纵向平面定向的能量中继器材料9511的上部部分施加压力9526。

图49示出方法9500的另一步骤，其中中继器材料9511和9512由于所述处理步骤9526、9527已经在假想边界9532处在先前挡扳空隙9522附近熔合一起。现在可从模具9501的阵列中去除已熔合锥形能量中继器阵列9533。

制造锥形能量中继器的楔形件方法

锥形中继器还可通过在一个或多个维度中使用压缩技术由中继器形成。图50A至图52B示出用于修改能量中继器材料的尺寸的过程9600的实施例的示意性展示。在实施例中，施加到含有所要锥形倾斜轮廓的楔形件的力可用于在一个或多个维度中同时压缩中继器材料，同时施加热，以便产生两个锥形中继器。图50A说明固定件9601在XY平面中的横截面图，图50B说明固定件9601在垂直于XY平面的XZ平面中的横截面图。在实施例中，固定件9601配置成在其中限定受约束空间。在图50A和图50B中，中继器材料9611位于由固定件9601限定的约束空间内，所述固定件9601在实施例中可包含第一和第二端部9623，以及沿着纵向方向(X)在第一和第二端部之间延伸的中间部分，其中固定件9601的中间部分包括穿过其限定的至少一个孔口9612、9613、9614或9615。在实施例中，固定件9601的中间部分包含一对相对的孔口9612/9613或9614/9615。在另一实施例中，固定件9601的中间部分包含两对相对的孔口：第一对9612和9613，以及第二对9614和9615。在实施例中，在操作中，通过至少部分地穿过所述至少一个孔口9612、9613、9614或9615施加至少一个楔形件9603，中继器材料9611可顺应由固定件9601限定的受约束空间，其中楔形件9603与固定件9601配合，使能量中继器材料9611的一部分顺应减小的横向尺寸，如所说明。在实施例中，楔形件对9602和9603可包括顺应的能量中继器形状的倒置形状的一部分，并且在通过相应孔口施加时可使能量中继器材料9611顺应顺应的能量中继器形状。在实施例中，顺应的能量中继器形状可包括具有第一横截面区域的窄端和具有大于第一横截面区域的第二横截面区域的宽端，以及连接宽端和窄端的边缘的倾斜壁。在实施例中，利用四个楔形件和四个孔口，每个楔形件包括顺应的能量中继器形状的四个侧面中的一个的倒置形状。

在实施例中，在施加热9607时，在一个维度(Y)中将力9606施加到锥形楔形件对9202，迫使它们通过孔口9614和9615，同时还在正交维度(Z)中将类似的力9606施加到锥形楔形件对9603，迫使它们通过孔口9612和9613。所施加的热9607可配置成使中继器材料9611达到某一温度，其中材料9611在纵向(X)和横向(Z，Y)方向上具有所要可成形性，以便在楔形件对9602和9603通过它们相应的孔口施加时容纳它们，使得中继器材料9611的尺寸可以进行更改。在实施例中，热9607可配置成将中继器材料9611大体上加热到中继器材料9611的玻璃转变温度。在实施例中，应用一系列处理步骤，其中每个处理步骤包括以下中的一个：施加热9607、通过增大力9606来施加压力、去除热9607、通过减小力9606来去除压力，以及使用具有或不具有催化剂的化学反应。

图51A和图51B说明过程9600的中点，分别示出了中点在XY平面中的俯视图和在XZ平面中的侧视图。在图51A和图51B中，楔形件对9602和9603继续通过相应孔口9614、9615、9613和9612施加，同时施加热9607，将中继器材料9611维持在所述温度，其中材料9611在中继器材料9611的纵向(X)和横向(Z，Y)方向上具有所要可成形性。

图52A和图52B示出了过程9600的结束，其中楔形件对9602和9603均被按压到中继器材料9611中，从而对其压缩，并且有可能在纵向(X)方向上拉长它。图53示出了在完成所有处理步骤之后沿着图52A和图52B中所示的锥形中继器9611的假想线9622的端视图切片，示出了中继器材料9611由于施加到锥形楔形件对9602和9603的压力已在横向(Y和Z)方向上减小。在一个实施例中，提供额外空间9621用于中继器材料扩展。在其它实施例中，不存在额外空间9621，且中继器材料9611的大小与固定件9601的内部尺寸相同。锥形中继器9611的第一侧面9624和第二侧面9625在所有处理步骤完成之后可以通过沿着图52A和图52B中所示的假想切割线9622切割中继器而隔开。产生的锥在锥的窄端和锥的大端之间含有倾斜部分，它的形状与所使用的锥形楔形件相同。

图54A至图58B说明类似于图50A至图52B中所示的9600的过程9700，但压缩使用了分别针对每个正交维度(Y，Z)的两个步骤来进行，而不是同时进行。在图54A中，锥形楔形件对9602定位在中继器9611的相对侧面上，如侧视图中所见，且沿着图示的Y轴定向，其中沿着Z轴未使用锥形楔形件对，如俯视图中所见，其中中继器材料9611受固定件9601约束。

在图55A和55B中，为了松弛和压缩中继器材料9611，除了施加热9607之外，还向Y轴定向的锥形楔形件对9602施加力9606。

在图56A中，施加支架9701，防止Y轴定向的锥形楔形件对9602移动，同时拿掉可移除面板9702，如说明XZ平面视的图56B中所示。在图57B中，Z轴定向的锥形楔形件9603定位在每个所得开口9703前面，并且向楔形件对9603施加力9606，使它们通过开口9703施加并顺应中继器材料9611的部分。

在图58B中，Z轴定向的锥形楔形件9603已经完全插入，从而使中继器材料9611顺应楔形件9603的倒置锥形。当楔形件对9602和9603插入到材料中时，应用一系列处理步骤，其中每个处理步骤包括以下中的一个：施加热9607、通过增大力9606来施加压力、去除热9607、通过减小力9606来去除压力，以及使用具有或不具有催化剂的化学反应。类似于在图52A和图52B中执行的过程，图58A和图58B中所示的产生的顺应能量中继器9611可以在材料9611的最窄顺应部分的中点处隔开，使得一旦锥形楔形件9602和9603被去除，就产生两个锥形中继器。

制造锥形能量中继器的可调整壁方法

图59A说明用于限定其中可形成能量中继器锥的受约束空间的固定件9800的端视图。一种用于形成能量中继器锥的方法涉及使用压缩固定件9800，所述压缩固定件由多个互锁滑动壁9802构成，所述互锁滑动壁环绕由多个壁9802所限定的受约束空间的周边9808限定的一块中继器材料9803。在实施例中，提供四个可调整壁9802来限定具有周边9808的受约束空间。每个可调整壁9802包含要形成的锥形能量中继器的一侧的倒置轮廓，此轮廓含有倾斜部分9825和凸起部分9826(在图59C中示出)。在实施例中，壁9802的侧面的倒置轮廓包括限定具有周边9803的受约束空间的至少一部分的突出部，所述突出部进一步配置成当多个壁9802的位置根据图59A至图59C中所示的方法相对于彼此调整时改变包含周边9808的受约束空间的横向尺寸的至少一部分。图59C示出具有互锁滑动壁9802的能量中继器锥形固定件9800的侧视图，示出了机械加工到每个壁上的已形成锥的倒置锥形轮廓的视图，此视图示出倾斜部分9825。在壁上机械加工的锥形轮廓的凸起平坦部分9826可在图59C中看到。在实施例中，邻接的壁9802可以彼此垂直定向。图59C还展示了每个板如何沿着两个相同的滑动部分9811(图59C中只有一个可见)与其相邻板邻接和互锁，使得壁可以彼此相对移动，同时保持邻接且之间不形成空隙。参考图59A，如果每个板9802沿着箭头9804的方向在中继器材料的横向平面中在两个正交方向上移动，那么壁之间的空间有可能收缩，同时任何邻近的壁9802之间不会出现空隙。对图59A和图59C的检查表明，每个壁包括端部部分和侧面部分，第一壁的端部部分配置成沿第一方向在缝隙9811上抵靠第二壁的侧面部分邻接和滑动，且第一壁的侧面部分配置成沿第二方向在另一缝隙9811上抵靠第三壁的端部部分邻接和滑动。在实施例中，突出部9826可允许邻接的壁9802抵靠彼此协调滑动，同时端部部分上的凹口9811具有突出部的形状的倒置形状。壁9802的侧面部分和端部部分的形状实现了在执行上述滑动移动时邻近的壁9802之间没有空隙。在实施例中，针对所述多个可调整壁9802中的每一个，由部分9825、9826限定的突出部和凹口9811纵向安置在相同位置。图59D示出在利用能量中继器锥形固定件9800处理之前的一块中继器材料9803。中继器材料9803假设为矩形或大致为矩形，并且放置在形成固定件9800的四个相同固定件臂9802中间。在发生任何变形之前，当过程开始时，壁的倾斜轮廓的平坦凸起部分9826将接触中继器材料9803的侧面。加热中继器材料9803，这有可能通过直接向中继器材料施加热或通过加热整个固定件9800或通过这两种来进行。接下来，沿着箭头9804逐步向固定件9802的壁施加力。使用包含沿着箭头9804中的每一个施加热以及力的一系列处理步骤，每个壁9802沿着这些箭头中的每一个的方向进行逐步移位，这可以压缩中继器材料9803围绕的壁9802，并使其变形。在一个实施例中，所有四个壁9802彼此同步地同时移动。在另一实施例中，以循环或连续方式分别向每个板递增地施加力。应用一系列处理步骤，其中每个处理步骤包括以下中的一个：向中继器材料和/或固定件施加热、沿着力9804的线路施加压力、去除热、通过减小力9804来去除中继器上的压力，以及使用具有或不具有催化剂的化学反应。在实施例中，固定件9800可配置成将热从外部源传递到约束在其中的中继器材料9803，其中加热固定件9800可以有效地加热材料9803。当壁随着力9804移动时，壁上的倾斜轮廓9826的最凸部分将首先接触中继器材料9803，对其施加压力并使其变形。在壁进一步移动时，锥形轮廓的较大部分将施加在中继器材料9803上，使其压缩和变形。上文所描述的锥形化过程可用于产生沿着在中继器材料的纵向尺寸上的至少一个位置具有减小的横向尺寸的锥形能量中继器材料。在实施例中，顺应的锥形能量中继器材料可包括窄端和相对的宽端，以及连接宽端和窄端的边缘的倾斜壁，所述宽端具有不同于窄端的横截面区域。在实施例中，固定件9800的受约束空间可包括由两个彼此相对定向的顺应的锥形能量中继器形状组成的形状，窄端邻近。

图59B示出在处理完成之后的壁的位置。固定件的壁9802围绕中继器材料9803封闭，根据滑动壁9802的轮廓，沿其纵向尺寸进行不同程度的收缩，并使其变形为新形状9813。图59E示出在处理步骤完成之后的所得锥形中继器9813。锥形中继器9813含有匹配滑动壁9802上的倾斜轮廓9825的倾斜部分9835、匹配在滑动壁上机械加工的平坦凸起部分9826的锥形颈部轮廓9836，以及锥9837中匹配滑动壁上的轮廓9827的平坦部分的宽部。可以利用类似于9800的对应固定件形成具有任何所要尺寸、锥形轮廓或高宽比的锥形中继器。

所得锥形中继器9813可以从固定件9800中去除，并且可以进一步在锥形颈部轮廓区域9836中中点处划分，产生两个锥形能量中继器，它们具有带不同横截面区域的端部，从而允许通过其中继的能量进行空间放大或缩小。

可以通过本文所描述的用于产生能量中继器材料的方法或过程中的任一个提供初始能量中继器材料9803。

在固定件9800的实施例中，有可能在使用固定件9800进行锥形化之前，熔合和/或松弛由固定件9800提供的具有周边9808的受约束空间内的多个单独能量中继器材料的布置，由此提供可用于上文所描述的锥形化过程的初始熔合能量中继器材料。这可能不需要将能量中继器材料的熔合布置从已熔合固定件传递到上文所描述的固定件9800。

在上文所描述和图41至图59D中所示的方法中，应了解，贯穿处理步骤提及的能量中继器材料可以是本文中先前描述的任何材料，包含但不限于：在材料的横向平面中具有组件工程化结构的随机化分布的材料、在材料的横向平面中具有组件工程化结构的非随机分布的材料、安德森局域化诱发材料、有序能量局域化诱发材料、光纤材料、单个聚合物或不同聚合物的混合物，等等。用于上述过程的材料不应限于任一个设定或任一类型的材料，而是应该包含所有能量中继器材料，不管在本领域中是否已知或本文中是否公开。

此外，图62说明根据本公开的用于提供能量中继器材料的过程6200的实施例。在过程6200中，提供能量中继器材料6202的预成形件，它具有不适合在本文详述的能量中继器形成方法中使用的尺寸。向能量中继器材料6202的预成形件施加热6206，从而将材料6202加热到某一温度，使得材料6202在能量中继器材料6202的纵向平面(在图示平面上大致从左到右延伸)以及垂直于纵向平面的横向平面中具有增大的可成形性。在达到上文所描述的温度之后，向材料6202施加纵向定向的拉力6204，引起沿着纵向平面的拉长和沿着横向平面的减小，直到能量中继器材料6202具有适合在本文中所描述的其它方法中使用的所要纵向和横向尺寸为止。

虽然上面已经描述了根据本文公开的原理的各种实施例，但是应该理解，它们仅以示例的方式呈现，且不具有限制性。因此，本公开的广度和范围不应受到上文所描述的示例性实施例中的任一者限制，而是应该仅根据由本公开发布的权利要求书和其等同物来定义。此外，上文优点及特征在所描述实施例中提供，且不应将此类所发布权利要求的应用限于实现上文优点中的任一个或全部的过程及结构。

应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在各种实施例中采用本公开的主要特征。所属领域的技术人员将认识到或能够使用不超过常规的实验来确定本文中所描述的具体方法的许多等同物。此类等同物被视为处于本公开的范围内并且被权利要求书涵盖。

另外，本文中的章节标题是出于与依据37CFR 1.77的建议一致而提供，或以其它方式提供组织性提示。这些标题不应限制或特征化可以从本公开发布的任何权利要求中所阐述的发明。确切地说且作为实例，虽然标题提及“技术领域”，但此类权利要求不应受到此标题下描述所谓技术领域的语言限制。此外，“背景技术”部分中对技术的描述不应理解为承认技术是本公开中的任何发明的现有技术。“发明内容”也不应视为所发布权利要求中阐述的发明的特征。此外，本公开中以单数形式对“发明”的任何参考不应用于争论在本发明中仅存在单个新颖性点。多项发明可根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述，且此类权利要求相应地限定由此保护的发明和其等同物。在所有情况下，此类权利要求的范围应鉴于本公开而基于其自有优点加以考虑，而不应受到本文中阐述的标题约束。

使用词语“一”在结合术语“包括”用在权利要求书和/或说明书中时可指“一个”，而且其还符合“一个或多个”、“至少一个”及“一个或超过一个”的含义。尽管本公开支持提及单独替代物和“和/或”的定义，但是除非明确指示提及单独替代物或替代物相互排斥，否则权利要求书中使用的术语“或(or)”用于指“和/或(and/or)”。在整个本申请中，术语“约”用于指示一个值包括用于确定所述值的装置、方法的误差的固有变化，或在研究受试者间存在的变化。总的来说但符合前文论述，本文中由“约”或“大体上”等近似词语修饰的值可由所陈述的值变化至少±1、2、3、4、5、6、7、10、12或15％。

如本说明书和权利要求书中所用，词语“包括”(和包括(comprising)的任何形式，例如“comprise”和“comprises”)、“具有”(和具有(having)的任何形式，例如“have”和“has”)、“包含”(和包含(including)的任何形式，例如“includes”和“include”)或“含有”(和含有(containing)的任何形式，例如“contains”和“contain”)是包含性或开放性的，且不排除其它未列出的要素或方法步骤。

例如“在…时”、“等同”、“在…期间”、“完全”等比较、测量和时序词语应理解为意指“大体上在…时”、“大体上等同”、“大体上在…期间”、“大体上完全”等，其中“大体上”意指此类比较、测量和时序可用来实现暗含地或明确地陈述的所要结果。“附近”、“接近于”和“邻近”等与元件的相对位置相关的词语应意指足够接近以对相应的系统元件交互具有实质效果。其它近似词语类似地指代某种条件，所述条件在如此修饰时被理解为未必是绝对或完善的，但会被视为足够接近以使所属领域的技术人员保证指定所存在的条件。描述可变化的程度将取决于可形成多大的变化，且仍使所属领域的普通技术人员将修改的特征辨识为仍具有未修改特征的所需特性和能力。

如本文所用的术语“或其组合”是指在所述术语前面的所列项目的所有排列和组合。例如，A、B、C或其组合旨在包含以下至少一个：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，并且如果次序在特定情况下较重要，则还有BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续此实例，明确包含含有一个或多个项目或项的重复的组合，例如BB、AAA、AB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员将了解，除非另外从上下文显而易见，否则通常不存在对任何组合中的项目或项的数目的限制。

本文中所公开和要求的所有组合物和/或方法都可以根据本公开在无不当实验的情况下制造和执行。尽管已在优选实施例方面描述了本公开的组合物和方法，但对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在不脱离本公开的概念、精神和范围的情况下对组合物和/或方法以及在本文所描述的方法的步骤中或步骤序列中进行变化。对于所属领域的技术人员来说显而易见的所有此类类似取代和修改被视作属于所附权利要求书所限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims (41)

1.一种用于形成能量中继器的方法，其包括：

提供第一和第二能量中继器材料；

在所述能量中继器的横向平面中形成所述第一和第二能量中继器材料的布置，所述布置允许能量沿着所述能量中继器材料的纵向平面传输，使得所述能量中继器在所述纵向平面中的能量传输效率远远高于所述横向平面中的能量传输效率；

在受约束空间中容纳第一和第二能量中继器材料的所述布置；

当所述布置容纳在所述受约束空间中时处理所述布置以形成熔合结构；所述熔合结构具有由所述受约束空间限定的横向尺寸；以及

在所述处理步骤之后从所述受约束空间中去除能量中继器材料的所述熔合结构；

其中所述受约束空间由多个相邻接的可调整壁限定，所述多个相邻接的可调整壁沿着纵向方向延伸，且配置成通过调整所述可调整壁在垂直于所述纵向方向的横向方向上相对于彼此的位置来改变所述受约束空间的至少一部分沿着所述纵向方向的横向尺寸；所述多个壁中的每个壁包括端部部分和侧面部分，其中顺应包括沿第一方向抵靠第二壁的侧面部分邻接并滑动第一壁的端部部分，以及沿第二方向抵靠第三壁的端部部分邻接并滑动所述第一壁的侧面部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中处理包括一系列一个或多个步骤，其中每一步骤包括以下中的一个：

向所述布置施加压缩力，

向所述布置施加热，

向所述布置施加冷却，或

对所述布置执行化学反应。

3.根据权利要求1所述的方法，其中处理包括沿着至少所述横向平面向受约束能量中继器材料的所述布置施加第一压缩力，

分一个或多个阶段向受压缩布置施加热，每一阶段包括阶段温度和阶段时间长度，

向受热布置施加第二压缩应力，所述第二压缩应力大于所述第一压缩应力，以及

冷却所述受热布置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述一个或多个阶段中的至少一个阶段温度大体上是所述第一或第二能量中继器材料中的至少一个的玻璃转变温度。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述一个或多个阶段中的至少一个阶段温度大体上是所有所述能量中继器材料的平均玻璃转变温度。

6.根据权利要求3所述的方法，其中处理包括：

向所述受约束布置施加热；以及

当所述受热布置处于所述受约束空间内时冷却所述受热布置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中向所述布置施加热包括将所述受约束能量中继器材料加热到第一温度，并且在向所述布置施加冷却之前进一步施加热使所述受热布置的温度变成不同于所述第一温度的第二温度。

8.根据权利要求3所述的方法，其中所述受约束空间由包括第一和第二组件的固定件限定，所述第一和第二组件配置成接合在一起以在其间形成所述受约束空间。

9.根据权利要求8所述的方法，其中处理包括调整所述固定件以向所述布置施加压缩力。

10.根据权利要求9所述的方法，其中处理包括调整所述可调整壁相对于彼此的所述位置以向所述布置施加压缩力。

11.根据权利要求2所述的方法，其中提供第一和第二能量中继器材料包括：提供第一和第二材料；

加热所述第一和第二材料，使得所述第一和第二材料在所述第一和第二材料的纵向平面以及垂直于所述纵向平面的横向平面中具有增加的可成形性；以及

通过沿着所述第一和第二材料的所述纵向平面施加拉力来形成所述第一和第二能量中继器材料，由此减小所述第一和第二材料在所述横向平面中的尺寸。

12.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

加热所述熔合结构的至少第一部分，所述第一部分在受热之前具有第一横向尺寸；以及

沿着受热熔合结构的至少所述第一部分纵向施加拉力，由此使所述第一部分变成具有比所述第一横向尺寸窄的第二横向尺寸，同时大体上维持第一和第二能量中继器材料的所述布置。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括针对已更改第一部分的布置重复所述容纳、处理、去除、加热和施加步骤。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括形成包括多个已更改第一部分的第二布置；以及

将所述第二布置处理成第二熔合结构；

加热所述第二熔合结构的至少第一部分，所述第二熔合结构的所述第一部分在受热之前具有第一横向尺寸；以及

沿着受热第二熔合结构的至少所述第一部分纵向施加拉力，由此使所述第二熔合结构的所述第一部分变成具有比所述第一横向尺寸窄的第二横向尺寸，同时在所述横向平面中大体上维持所述第二布置。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括将所述第二布置的多个已更改第一部分布置成第三布置；以及

将所述第三布置处理成第三熔合结构。

16.根据权利要求12所述的方法，其中处理包括以下中的至少一个：

向所述布置施加压缩力，

向所述布置施加热，

向所述布置施加冷却，或

对所述布置执行化学反应。

17.根据权利要求16所述的方法，其中对所述布置执行化学反应包括使用催化剂。

18.根据权利要求12所述的方法，其中处理包括以下按任何次序执行的步骤中的超过一个步骤：

向所述布置施加压缩力，

向所述布置施加热，

向所述布置施加冷却，或

对所述布置执行化学反应。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热步骤包括将所述熔合结构加热到某一温度，使得所述熔合结构在所述纵向和横向方向上均具有可成形性，从而允许通过纵向施加所述拉力来更改所述第一横向尺寸。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述温度大体上是所述第一或第二能量中继器材料的玻璃转变温度。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述温度大体上是所述第一和第二能量中继器材料的平均玻璃转变温度。

22.一种用于限定配置成在其中容纳一个或多个能量中继器材料的如权利要求1至21任一项所述方法中的所述受约束空间的固定件，所述固定件包括：

多个可调整壁，其沿着纵向方向延伸并在其间限定所述受约束空间，且配置成通过调整所述可调整壁在垂直于所述纵向方向的横向方向上相对于彼此的位置来改变所述受约束空间的至少一部分沿着所述纵向方向的横向尺寸。

23.根据权利要求22所述的固定件，其中所述可调整壁相对于彼此移动，同时不会在所述受约束空间的所述壁中形成任何空隙。

24.根据权利要求22所述的固定件，其中所述受约束空间由四个壁限定。

25.根据权利要求24所述的固定件，其中所述四个壁中的第一和第二壁彼此相对。

26.根据权利要求25所述的固定件，其中所述四个壁中的第三和第四壁彼此相对，且垂直于所述第一和第二壁。

27.根据权利要求22所述的固定件，其中至少一个可调整壁包括调整邻接壁位置所沿着的导引件。

28.根据权利要求22所述的固定件，其中至少一个可调整壁可用于沿着邻近壁的导引件滑动，同时垂直于所述邻近壁定向。

29.根据权利要求22所述的固定件，其中所述多个可调整壁配置成同步滑动，以维持所述受约束空间的封闭周边同时限定其所述横向尺寸。

30.根据权利要求22所述的固定件，其中所述多个壁中的每个壁包括端部部分和侧面部分，第一壁的所述端部部分配置成沿第一方向抵靠第二壁的侧面部分邻接并滑动，且所述第一壁的所述侧面部分配置成沿第二方向抵靠第三壁的所述端部部分邻接并滑动。

31.根据权利要求30所述的固定件，其中每个侧面部分包括用于限定所述受约束空间的一部分的突出部，且每个端部部分包括配置成容纳邻接侧面部分的所述突出部的凹口，使得邻接的侧面和端部部分之间没有空隙。

32.根据权利要求30所述的固定件，其中所述第一和第二方向是垂直的。

33.根据权利要求22所述的固定件，其中所述多个壁中的每一个包括倒置能量中继器元件形状的一部分。

34.根据权利要求22所述的固定件，其中所述多个可调整壁的配置限定锥形能量中继器的倒置形状。

35.一种用于限定如权利要求1至21任一项所述方法中的所述受约束空间的固定件，所述固定件包括：

第一和第二组件，其配置成接合在一起以在其间形成所述受约束空间；

其中所述受约束空间配置成容纳一个或多个能量中继器材料，所述一个或多个能量中继器材料在所述一个或多个能量中继器材料的横向平面中呈允许能量沿着所述一个或多个能量中继器材料的纵向平面传输的布置，使得所述一个或多个能量中继器材料在所述纵向平面中的能量传输效率远远高于所述横向平面中的能量传输效率。

36.根据权利要求35所述的固定件，其中所述固定件进一步配置成允许所述一个或多个能量中继器材料在所述受约束空间内处理成熔合结构。

37.根据权利要求36所述的固定件，其中所述第一和第二组件配置成隔开，以允许包括一个或多个能量中继器材料的所述熔合结构从所述受约束空间释放。

38.根据权利要求35所述的固定件，其中所述固定件进一步配置成允许所述一个或多个能量中继器材料的横向尺寸在所述受约束空间内更改。

39.根据权利要求35所述的固定件，其中所述固定件进一步配置成向所述受约束空间施加可调整压缩力。

40.根据权利要求39所述的固定件，其中所述固定件进一步包括多个可移动条带，所述多个可移动条带沿着所述固定件的纵向方向延伸且围绕所述受约束空间的周边定位，所述多个可移动条带配置成沿着垂直于所述纵向方向的横向方向移动，且在所述横向平面中限定以向所述受约束空间施加所述可调整压缩力。

41.根据权利要求40所述的固定件，其中所述多个可移动条带通过多个可调整螺栓固定到所述固定件的表面，并且其中所述可调整螺栓配置成调整所述可移动条带的径向位置。

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