CN1965254A - 用于包括非线性效应的结构化波导的系统、方法和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

一种用于传送器的装置和方法。该传送器包括：具有传导区域的波导和一个或多个边界区域，用于增强将传导的辐射限制在所述传导区域中的性能，该波导包括输入区域和输出；在波导中设置的多个成分，用于增强该波导的影响器响应属性，和该传导区域连接的激励系统，该激励系统增强波导的影响器响应属性。

Description

用于包括非线性效应的结构化波导 的系统、方法和计算机程序产品

交叉引用

本发明要求享有2004年2月12日申请的美国临时申请60/544,591，和以下每个美国专利申请的优先权：10/812,294、10/811,782、和10/812,295(每个都是在2004年3月提交的)；和美国专利申请：11/011,761、11/011,751、11/011,496、11/011,762和11/011,770(每个都是在2004年12月14日提交的)；和美国专利申请10/906,220、10/906,221、10/906,222、10/906,223、10/906,224、10/906226和10/906,226(每个都是在2005年2月9日提交的)；和美国专利申请：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(每个都是在2005年2月11日提交的)。其在此通过参考全部并入。

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。

在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DLP^TM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

所揭示的是用于传送器的装置和方法，该传送器包括波导，该波导包括传导区域和一个或更多的用于增强将所传导的辐射限制在传导区域中的性能的边界区域，波导包括输入区域和输出；若干设置在该波导中的成分用于增强该波导的影响器响应属性；连接到该传导区域的激励系统，该激励系统增强该波导的影响器响应属性。

一种用于传送器制造方法也是本发明的优选实施例，该方法包括：a)形成波导，该波导具有传导区域和一个或更多的用于增强将传导的辐射限制在传导区域中的性能的边界区域；b)在波导中设置若干成分，用于增强该波导的影响器响应属性；c)将激励系统连接到该传导区域，该激励系统增强该传导区域的波导的影响器响应属性。

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。

附图说明

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是显示器组装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所示结构化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调制器的总体示意性平面图；

图10是包括激励系统的优选实施例的集成的波导/影响器的示意图；

图11是包括激励系统的替代优选实施例的集成的波导/影响器的示意图；

图12是用于构造并传播可控制辐射的多个通道以制造像素/子像素的替代系统的优选实施例的示意图；

图13是图12所示的系统的端示图，其还示出了光学中心芯的存在；以及

图14是图12所示的系统的替代端视图。

具体实施方式

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，一即，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)一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(包括圆柱体结构和线圈及其他类似结构)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。术语线圈和线圈管在上下文允许的情况下可以互换使用。

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200_i，j产生。用于控制调制器200_i，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200_i，j进行输入/控制的源辐射，并且可以使用前面板将调制器200_i，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200_i，j的输入端，临近这些输入端，或者集成到调制器200_i，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200_i，j有一个源)。

如上所述，调制器200_i，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200_i，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200_i，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200_i，j的输出端排列为相对于相邻调制器200_i，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200_i，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应磁场，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。

图9是根据本发明优选实施例的调制器900的概括示意图。调制器900包括光学活性传导芯905和一个或多个边界区，用于当辐射沿传输轴传播时增强辐射在调制器900中的限制。边界区包括第一包层910和第二包层915，用于按引用的专利申请的描述操作。调制器900还包括由控制信号/电流(如从925至930经过线圈管920的信号所示)所激发的线圈管920。激发的线圈管产生一个影响磁场，用于控制通过调制器900传播的辐射的偏振旋转角。

调制器900在导波区905的一部分并且通常在一个或多个边界区中包括一个集成的照明源935。源935响应于如引用专利申请所描述的荧光气体微气泡的射频激励，产生白平衡光。源935产生辐射940，其经过导波区905传播。偏振系统945也集成在导波区905以及一个或多个边界区中，该系统将辐射940转换/滤波为具有预定初始偏振角的预定偏振类型。随着来自偏振器945的偏振的辐射经过线圈管920的影响(例如，磁场)所影响的部分950时，偏振角在操作过程中可控制地设置为所需角度。这种具有这些所需角度的辐射产生了输出辐射，该输出辐射具有一个振幅，可随着相对于靠近调制器900的输出部分的第二偏振器的传输轴的改变来调制。

图10是本发明的用于调制器1000的替代优选实施例的示意图。调制器1000是对图9所示的更为常规的调制器900的特别变型。调制器900包括传送器1005，其限定了具有导波通道1010和若干边界区域的波导，所述若干边界区域包括相关第一边界区域1015和相关第二边界区域1020。设置在传送器1005的输入端之中或之上的是输入波特性处理器1025，而设置在传送器1005的输出端之中或之上的是输出波特性处理器1030。影响器的元件1035嵌入边界区域之一中，用于产生波特性修正方法，例如用于在通道1010中产生纵向的磁场的线圈管结构。传送器1010从辐射源接收用于WAVE_IN的辐射并输出调制后的波分量。用于调制器1000的控制器(未示出)经过一对连接器1050连接到每个元件1035，用于独立地控制经过每个传送器1005的辐射传播。在某些实施例中，控制可以具有用于控制每个传送器1005的分立组件。调制器1000包括设置在波导中的多个成分，该多个成分增强了从其通过的辐射传播的影响器响应。当调制器1000配置为使用法拉第效应时，影响器产生平行于波导的传输轴的磁场。磁场的幅度、该磁场在传播辐射上起作用的长度和维尔德常数都影响到影响器响应。该成分增加有效维尔德常数以增强影响器响应。如上所述，法拉第响应通常被描述为线性响应。

在美国专利5,640,021(在此特别并入作为参考)中开发并描述了基于谐振法拉第旋转和量子限制斯达克(Stark)偏移的光电子效应。通过使用与由量子限制斯达克偏移提供的激子能量的可调谐性结合在一起的激子的法拉第旋转的谐振特性，有可能使用电场控制量子阱结构中的法拉第旋转。可以以高速调制电场，允许使用例如由永久磁铁提供的DC磁场构造高速调制器。‘021专利的发明人在具有砷化镓单量子势阱结构的克尔(Kerr)反射几何形状中观察到该效应(Z.K.Lee，D.Heiman，M.Sundarm和A.C.Gossard，Proceedings 22^nd Int.Sym.on Compound Semiconductors，Korea，1995)，其在此通过参考全部引入。使用仅1T的磁场可以得到11度的电场可调旋转改变。检查其他材料体系以估计用于法拉斯达克效应的量级和操作条件。在高能带隙材料中可获得的最大法拉第旋转更高，尽管获得它们需要更高的磁场。此外，还发现在某些情况下，即使是室温设备，添加锰到II-IV半导体会减小所需的磁场。

对材料对所施加的磁场的非线性响应的利用通常基于通过典型电或光子结构的传播介质的激励。也就是说，光学活性介质是通过使用使电流流经介质，改变其状态的电极来激励的，或通过光学激励介质以获得介质的谐振或近谐振的相干光束来激励的。图10是使用前面的原则的激励系统的例子，而图11到图14是后一种类型的激励系统的例子。

考虑到两个基本的情况，及其对集成的法拉第衰减器光学波导设备的修改：(a)如美国专利号5,640,021“Faraday-Starkmagneto-optoelectronic device”所描述的“法拉第斯达克”旋转，“谐振”法拉第效应是在半导体量子势阱中体现的，只要激励光的能量(波长)与一对传导的能量和量子势阱的Zeeman分离子带的原子价的差别相应。“在20世纪后25年所已知的量子边界的斯达克效应，是对通过半导体材料的量子势阱所应用的激励光的传输(吸收)光谱通过调谐电极应用于此的电势而改变的方式的命名”。非线性法拉第斯达克的利用，通过提供具有调谐电极的激励系统，在本发明的优选实施例中实现，该电极例如在薄膜上制造，或平版印刷的沉积/印刷，其包裹波导/光纤(可以通过机织图案和晶体管与一个印刷电路薄膜相组合)，或通过在光纤上用浸蘸笔平板印刷(在沉积其他元件时可选的进行)，在光纤轴上互相相对放置。涂敷或包层首先加入到线圈管形层中；与线圈形式的“底部”和“顶部”接触是通过穿孔方法来实现的，这种方法是在引用的专利申请中所公开的。这些接触点之间，并且在涂敷或包层的表面90度偏移处，通过所提出的过程来形成电极，或对以非粘性条带分离的导电涂敷进行退火来形成。

因而调制器1000包括使用该法拉第一斯达克效应用于增强影响器响应的激励系统的元件，该响应与单独的法拉第一斯达克效应相比具有增强的非线性响应。从而，该增强使得可以降低法拉第效应的线性响应等式的一个或多个变量，同时仍产生期望的旋转控制。该激励系统包括一对调谐电极(例如阳极1060、阴极1065)，该调谐电极彼此在调制器1000的边界层中互相轴向设置。为每个电极提供导磁/不导电的接触点(例如，第一接触点1070和第二接触点1075)，该接触点依次与对应的控制连接器通信(例如，第一激励连接器1080和第二激励连接器1085)。所述电极产生激励电流以在调制器1000中产生斯达克效应。

为了简化调制器1000操作的下列讨论，图10示出了不使用特定的颜色模型来产生独立于控制器单独控制的单图像元素(象素)的操作。此外，虽然上面的讨论阐述了用于影响系统的不同方法，其中这些方法用于可控制地及可重复地改变传播辐射的振幅，但是下面的讨论阐述了使用法拉第斯达克效应的操作，用于可控制地旋转传播旋转的偏振角，并将改变的辐射应用传输轴角和传播辐射的未旋转角之间的关系已知的偏振器检偏器上。

在操作时，调制器1000从源提供到传送器1005的颜色分量，例如红色WAVE_IN，蓝色WAVE_IN和绿色WAVE_IN中的一个。输入波特性处理器1025产生具有受影响器系统影响的所期望特性的波分量。在本例中，处理器1025在特定的角方向上产生特定的偏振(例如“0”度的左旋偏振辐射)。单色的特定偏振和方向的波分量通过传送器1005传播，其中控制器依靠由影响器元件1035产生的磁场和激励系统增加的影响保持对每个波分量幅度的独立控制。如以上所解释的，磁场的大小影响和激励系统增强影响通过通道1010传播的辐射的偏振旋转变化。然后将最终的辐射偏振角度应用到输出处理器1030中(例如其传输轴相对于输入处理器传输轴有90度偏移方向的偏振器检偏器)，以便响应于控制器和激励系统从完全的强度到“关闭”中的任何位置来调制颜色。排列多个象素成为矩阵产生显示。

调制器1000，与调制器900类似，可以在宏象素级别(通道的组合)或对每个子象素通道使用衰减平滑。依赖于显示系统的相对几何结构和各个通道的尺寸，在某些情况下，单个象素由多个调制器1000构成，特别是随着显示的尺寸的增加，显示象素的实际物理尺寸也增加的情况。

图11是包括使用光泵激的用于激励系统的替代优选实施例的调制器1100的示意图。光泵激从技术上可能不是像法拉第Stark效应那样的增强的非线性效应，但是光泵激产生对基础法拉第调制方案的增强，为此在优选实施例中“非线性效应”。调制器1100包括偏振器1105、集成的用于产生泵激波导区的相干光1115的激光产生结构1110，调制器区1120(功能等价于调制器900)和检偏器1125。

在美国专利6,314,215“Fast All-Optical Switch”中描述了“增加的”法拉第衰减系统，其中在碱性蒸汽或其它介质中的偏振旋转被用于全光学开关，产生操作速率正比于激励场的振幅的系统。使用持续操作的单色原子束作为光泵激的原子态拉比(Rabi)触发实现高速率开关。

在本发明优选实施例中的任意光学泵激的非线性(或者是线性的，如在专利6,314,215中)系统的任意实现方式通常可由两种方法中的一种来获得，尽管其它的方法也落在本发明的范围和逻辑中(某些实施例中可以使用两种方法)。

优选实施例可以实现任一个半导体激光的“外部”阵列，沿每个“x”和“y”轴配置，横向将相干(优选地是看不见的)光束导引通过开关矩阵的法拉第衰减器光纤元件的轴，用调制器/矩阵组合工艺的变型来实现该系统是不实际的，因为其中结构化的元件不是充分透明的。任意这种阵列可以采用光学序列，以便采用更宽直径的波导，然后光束从这里进一步地扩散并重聚，以激励法拉第衰减器的多个行，其轴与激励光束呈直角。激励优选的具有足够的强度把所有的全部行激励到谐振或近似谐振。

另一个实施例实现通过光纤元件的轴的泵激光束。这可以通过以下方式来实现：(i)通过FPD或开关模块的相对后方，或者在“垂直的”半导体实例的熔化的光纤衬底之下，或者在与“平面的”半导体实例的相同轴上的照明腔中的激光泵(半导体激光阵列等等)。(见并入的临时申请所公开的实施例)；或者(ii)集成在光纤结构中。这些是嵌入光纤的激光，关于这些在光学通信的现有技术中已知多个变型。这些结构必须在集成的法拉第衰减器光纤光学元件的制造过程中实现。光纤的一部分是周期构成的(当暴露于横向的高强度激光中时，以光反映材料掺杂形成光纤中的栅结构)以便实现光纤激光。这种元件可以位于结合用于旋转的线圈管的光纤范围之外的集成的光纤元件中的任何位置。

任何这种通过光纤轴的泵激，无论其来自照明单元的光纤的外部，或者集成在光纤结构中，都应当实现不可见的泵激光束，以便通过放置在光纤元件的输出端和最终显示表面光学元件之间的薄膜滤波器进行滤波。

完整的固态光学泵激介质不需要对光纤的微结构进行进一步的改变。但是实现用于泵激的蒸汽和谐振腔需要引入微气泡或腔。这可以通过这里参考的热处理过程实现，其与增加的碱性掺杂剂相结合，可以滤去足够多的碱性分子，以在微气泡中产生纯净的碱性蒸汽。或者，可以这里所公开的那样在粗加工成品阶段引入微气泡并不进行压缩。

图12是用于构造和传播可控辐射的多个通道以产生象素/子象素的替代系统1200的优选实施例的示意图。系统1200包括中心支撑1205和横截支撑1205的长度的多个螺旋螺旋面槽1210。系统1200可以使用两个或多个槽1210实现调制器900的实施例。为了简化讨论，系统1200被示意为实现三元件模型，其中每个槽支持实用的颜色模型(例如RGB)中的一个原色。系统1200允许单个物理结构支持多个子结构例如像素的所有子象素。附图13是附图12中所示系统1200的端视示意图，进一步说明了存在可选的中央芯1300。上述实施例的额外的细节描述在并入的专利申请中。

图14是系统1200的可替换优选实施例，其中激励系统的元件被布置在芯1300中以制造系统1400。如前面公开的，该芯可以可选地被掺杂用于标准波导。该芯的使用还提供了实现其他功能和集成组件的位置，包括具有光纤器功能性的激励系统，用于激励轨道/通道材料以及增强的影响器响应(例如，非线性法拉第相关效果)的实现。系统1400包括三个传导通道(例如，与系统1200相似，红色的螺旋传导通道1405、蓝色螺旋传导通道1410和绿色螺旋传导通道1415)。此外，系统1400包括用于产生增强的影响器响应的激励系统1420。

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求曲线。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。

当然在本申请中描述的系统、方法、计算机程序产品以及传播信号可以以硬件来体现；例如在中央处理单元(“CPU”)、微处理器、微控制器、片上系统(“SOC”)或任何其他可编程设备内或与其耦合。此外，所述系统、方法、计算机程序产品以及传播信号可以以配置在例如配置成存储软件的计算机可用(例如可读)介质中的软件来体现(例如计算机可读代码，程序代码，指令和/或以任何形式配置的数据，例如源、目标或机器语言)。这种软件实现这里所描述的装置和过程的功能、制造、建模、模拟、描述和/或测试。例如，其可以通过使用通用编程语言(例如C，C++)，GDSII数据库，包含Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等的硬件描述语言(HDL)等等，或其他可编程序、数据库、毫微程序设计、和/或电路(即示意)捕获工具来实现。这种软件可以配置在任何已知的计算机可用介质中，包括半导体、磁盘、光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM等)，并作为体现在计算机可用(例如可读)传输介质(例如载波或其他包含数字、光学或基于模拟介质的任何介质)中的计算机数据信号。同样地，所述软件可以通过包括互联网和内联网地通信网络发送。以软件体现的系统、方法、计算机程序产品以及传播信号可以包含在半导体知识产权核心中(例如以HDL体现的)并在制造集成电路时变换成硬件。此外，这里所描述的系统、方法、计算机程序产品以及传播信号可以体现作为硬件和软件的组合。

本发明的一个优选实施例，例如，用于切换控制，是由程序设计步骤构成的操作系统中的例行程序或在计算机操作期间驻留在计算系统的存储器中的指令。直到计算机系统需要，该程序指令可以存储在另一个可读介质中，例如磁盘驱动器中，或者可移动存储器中，例如用于CD ROM计算机输入中的光盘或用于软盘驱动器计算机输入的软盘中。此外，在本发明的系统中使用之前该程序指令可以存储在另一个计算机的存储器中，并且当本发明的用户需要时，通过LAN或WAN例如互联网发送。本领域技术人员应当理解控制本发明的过程可以以各种形式以计算机可读介质的形式分布。

可以使用任何合适的程序设计语言来实现本发明的例行程序，包括C，C++，Java，汇编语言等。可以应用不同的程序设计技术，例如过程和面向对象。所述例行程序可以在单个处理设备或多个处理器上执行。虽然步骤、操作或计算可以以特定的顺序呈现，在不同的实施例中该顺序可以改变。在某些实施例中，在本说明书中按顺序表示的多个步骤可以同时执行。在此所描述的操作顺序可以被中断、挂起、或受其他进程控制，例如操作系统、内核程序等。所述例行程序可以操作在操作系统环境下或者作为独立的例行程序占据系统处理的所有或重要部分。

在这里的描述中，提供了许多特定的细节，例如部件和/或方法的例子，以提供对本发明实施例的全面理解。然而，相关领域技术人员将会认识到本发明的实施例在没有一个或多个特定的细节，或利用其他装置、系统、组合、方法、部件、材料、部分和/或类似部分的情况下也可以实施。在其他情况下，公知的结构、材料、或操作没有特别表示或详细说明以避免混淆本发明实施例的各方面。

用于本发明实施例目的的“计算机可读介质”可以是任何介质，可能包含、存储、发送、传送或运送供指令执行系统、装置、系统或设备使用或与其有关的程序。为了示例但不是限制，该计算机可读介质可以是电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置、系统、设备、传播介质或计算机存储器。

“处理器”或“进程”包括任何人为的、硬件的和/或软件的处理数据、信号或其他信息的系统，机构或部件。处理器可以包括具有通用目的中央处理单元的系统、多个处理单元、用于实现功能的专用电路或其他系统。处理无需限制到地理位置、或具有时间限制。例如，处理器可以执行“实时”、“离线”、以“批处理方式”等执行其功能。处理的各部分可以在不同的时间和不同的位置由不同的(或相同的)处理系统执行。

整个说明书中对“单个实施例”，“一个实施例”，“一个优选实施例”或“特定实施例”的引用是指结合包含在本发明的至少一个实施例中的实施例描述的特定特征、结构或特性，并不一定在所有实施例中。因此，在本说明书中各个地方分别出现的短语“在单个实施例中”，“在一个实施例中”，或“在一个特定实施例中”并不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何特定实施例的特定特征、结构或特性都可以以任何适合的方式与一个或多个其他实施例结合。还可以理解的是，这里所描述和示意的对本发明实施例的其他变动和修改根据这里的教导也是可能的，并且被认为是作为本发明的精神和范围的一部分。

本发明的实施例可以通过使用编程的通用目的数字计算机，通过使用特定应用的集成电路，可编程逻辑设备，现场可编程门阵列，光学，化学，生物，量子或毫微工程(nanoengineered)系统来实现。通常，本发明的指令可以通过现有技术中任何已知的方式来实现。分布式、或网络系统，部件和电路都可以使用。数据的通信或传送可以是有线的、无线的或通过任何其他方式进行。

还将理解到，在附图/制图中绘制的一个或多个元件也可以以更加独立或集成的方式实现，或者甚至在某些情况下由于不能工作而被移除或提供，根据特定的应用其是有利的。在本发明的精神和范围内可以实现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。

此外，在所述附图/制图中的任何信号箭头都应当被理解为仅仅是示意性的而不是限制性的，除非特别说明的。此外，术语“或”如这里所使用的通常是指“和/或”，除非另有说明。部件或步骤的组合也将被认为是注释，其中术语被预见为提供分开或组合的能力是不清楚的。

正如在说明书中和整个权利要求书中所使用的，“一个”以及“所述”包括多个参考，除非上下文清楚地指示。同时，正如在说明书中和整个权利要求书中所使用的，“在…内”包括“在…内”和“在…上”，除非上下文清楚地指示。

以上对本发明所示实施例的描述，包括摘要中所描述的，并不打算穷举或限制本发明到这里所公开的精确形式。虽然仅仅为了示意性的目的，这里公开了本发明的特定实施例和示例，那些相关领域技术人员将会认识和理解到，在本发明的精神和范围内作出各种等同修改也是可能的。正如所指出的，根据以上对本发明所示实施例的描述可以对本发明作出这些修改，这些修改将包含在本发明的精神和范围内。

因此，虽然已参照特定的实施例对本发明进行了描述，修改的范围、各种变化以及替换都将在上述公开物，将会理解到在不脱离所提出的本发明的精神和范围的情况下，在某些情况下，将使用本发明实施例的某些特征，而无需对应于的使用其他特征。因此，可以作出许多修改以使特定的情况或材料适合本发明的实际范围和精神。本发明并不是要限制到在以下权利要求和/或作为企图执行本发明的最佳方式公开的特定实施例中的特定术语，而是本发明将包含任何和所有的落入到所附权利要求范围中的实施例和等效物。因此，本发明的范围将由所附的权利要求书唯一确定。

Claims (23)

1、一种传送器，包括：

波导，其包括传导区域和一个或多个边界区域，用于增强将传导的辐射限制在所述传导区域中的性能，所述波导包括输入区域和输出；

在所述波导中设置的多个成分，用于增强该波导的影响器响应属性；以及

激励系统，其连接到该传导区域，所述激励系统增强所述波导的所述影响器响应属性。

2、如权利要求1所述的传送器，其中所述激励系统集成到所述边界区域之一中。

3、如权利要求1所述的传送器，其中所述激励系统包括连接到所述传导区域的若干个轴向设置部分的阳极和阴极。

4、如权利要求3所述的传送器，其中所述激励系统包括放置在所述波导的一个或多个区域上的薄膜。

5、如权利要求4所述的传送器，其中所述薄膜包括线圈管。

6、如权利要求3所述的传送器，其中所述激励系统包括毫微结构。

7、如权利要求1所述的传送器，其中所述激励系统包括用于产生施加到所述传导区域的泵激光束的相干辐射源。

8、如权利要求7所述的传送器，其中所述相干辐射源包括用于横跨传输轴施加所述激励光束的外部结构。

9、如权利要求7所述的传送器，其中所述相干辐射源包括用于平行于传播轴施加所述激励光束的外部结构。

10、如权利要求7所述的传送器，其中所述相干辐射源集成到所述波导中。

11、如权利要求7所述的传送器，其中所述相干辐射源包括光泵，用于产生受激发射并且在所述波导中引起原子态的拉比触发。

12、一种传送器制造方法，该方法包括：

a)形成波导，该波导包括传导区域和一个或多个边界区域，用于增强将传导的辐射限制在所述传导区域中的性能，所述波导包括输入区域和输出；

b)在所述波导中设置多个成分，用于增强该波导的影响器响应属性；以及

c)将激励系统连接到该传导区域，所述激励系统增强所述波导的所述影响器响应属性。

13、如权利要求12所述的方法，其中所述激励系统集成到所述边界区域之一中。

14、如权利要求12所述的方法，其中所述激励系统包括连接到所述传导区域的若干个轴向设置部分的阳极和阴极。

15、如权利要求14所述的方法，其中所述激励系统包括放置在所述波导的一个或多个区域上的薄膜。

16、如权利要求15所述的方法，其中所述薄膜包括线圈管。

17、如权利要求14所述的方法，其中所述激励系统包括毫微结构。

18、如权利要求12所述的方法，其中所述激励系统包括用于产生施加到所述传导区域的泵激光束的相干辐射源。

19、如权利要求18所述的方法，其中所述相干辐射源包括用于横跨传播轴施加所述泵激光束的外部结构。

20、如权利要求18所述的方法，其中所述相干辐射源包括用于平行于传播轴施加所述泵激光束的外部结构。

21、如权利要求18所述的方法，其中所述相干辐射源集成到所述波导中。

22、如权利要求18所述的方法，其中所述相干辐射源包括光泵，其产生受激发射并且在所述波导中引起原子态的拉比触发。

23、一种传播信号，在该信号上携带有计算机可执行指令，当计算机系统执行该指令时实现一种方法，该方法包括：

a)形成波导，该波导包括传导区域和一个或多个边界区域，用于增强将传导的辐射限制在所述传导区域中的性能，所述波导包括输入区域和输出；

b)在所述波导中设置若干成分，用于增强该波导的影响器响应属性；以及

c)将激励系统连接到该传导区域，所述激励系统增强所述波导的所述影响器响应属性。

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