CN1969210A - 包括保持边界区域的结构化波导 - Google Patents

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Abstract

一种波导，包括：定义传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及多个配置在至少一个所述区域中的磁性成分，用于产生基本上与所述传输轴平行的保持磁场。一种操作传送器的方法，包括：a)整体沿传输轴通过波导传播辐射信号，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及b)使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发与所述传输轴基本垂直的保持磁场，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。

Description

包括保持边界区域的结构化波导
相关申请的交叉引用
本申请要求2004年2月12日申请的美国临时申请60/544591以及以下美国专利申请中每一件的权益：10/812294、10/811782和10/812295(每个都在2004年3月29日申请)；以及美国专利申请：11/011761、11/011751、11/011496、11/011762和11/011770(每个都在2004年12月14日申请)；以及美国专利申请：10/906220、10/906221、10/906222、10/906223、10/906224、10/906226和10/906226(每个都在2005年2月9日申请)；以及美国专利申请：10/906255、10/906256、10/906257、10/906258、10/906259、10/906260、10/906261、10/906262和10/906263(每个都在2005年2月11日申请)。在此将以上每件申请整体引入作为参考。
发明背景
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，所述光学活性成分改善了波导的辐射影响特性对外界影响的响应性。
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并与磁场平行的的透明介质进行传播时，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路长度而改变。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平面旋转45度的法拉第旋转器，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)的体型。
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。
现有技术已经知道了将离散磁光体器件(例如晶体)用于共同地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，控制复杂度的增加，控制复杂度的增加仍然不能够对相对大的显示器件进行很好的缩放。
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的领域开发出了多种技术。
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。在质量范围的末端上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，相对成本是主要议题。然而，对于HDTV来说，与常规的CRT、LCDFPD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，同时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。该平衡典型地导致在相对较低的成本价格下的较差满意度的妥协。
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议题。取而代之的是，困难是在具有可比成本情况下，要相当于(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(垂面排列)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”)金属卤素灯的光经过偏振光束分离器进行传输，经过D-ILA器件反射，并投影到屏幕上。
在DLPTM投影系统的中心是光学半导体，其被称为数字微镜器件，或者1987年由德州仪器公司的Dr.Larry Hornbeck发明的DMD芯片。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器以提供颜色。这三个激光器是：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.GLV来说，对比度是难以实现的，特别是在“黑色”的质量中，不必面临该难点(通过光学光栅波干涉来实现像素无效，或者黑色)的同时，取而代之的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，来得到所期望的场。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通过光纤的低速数据传输加上常规高速数据传输的系统。法拉第效应用于缓慢地调制高速数据以提供带外信令或控制。此外，该用途是与通信用途一起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+-长度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的与均匀的光纤的超常长度的有效的和节省成本的制造。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，该过程通过硅溶液产生氧气泡，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。引导气体蒸气进入在特殊的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开始下落。当它下落时，它冷却并形成玻璃线。通过一系列处理站使该线形成丝，其上涂覆所期望的涂层并使所述涂层固化，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种，该变种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硅石，并且典型地通过沿着光纤长度而连续的空气空间设置低折射率区域。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波导结构和方法，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。不同的光纤类型的设备的特征适用于使用它们的很多不同应用。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，还包括很多亚变种(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。多模光纤最好设计用于较短的传输距离，并且适合用于LAN系统中和视频监控中。单模光纤最好设计用于较长的传输距离，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”或者隐失耦合式波导包括光学线(optical wire)和光学纳米线(optical nano-wire)。
阶跃型通常指波导的折射率有着急剧改变的构造-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设计用于特定的应用(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))的多种不同分布。已经开发的单模光纤的重要变种称为偏振保持(PM)光纤。迄今为止所讨论的所有其他单模光纤都能够随意地承载偏振光。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)称为应力棒的纵向区域。正如它们的名字所暗示的那样，这些应力棒在光纤的芯中产生应力，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籽晶设置在剩余的轴上。指定配方的所烧结的材料放置在母棒与籽晶之间的中心区域，以便生成促进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籽晶，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方法使得晶体从悬在空中的母棒生长，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度的法拉第旋转器，将这些膜研磨到特定厚度，涂覆抗反射涂层，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具有了更新的系统。亚特兰大桃树工业大道5313(GA30341)的nGimat公司采用燃烧化学气相沉积(CCVD)法来生成薄膜涂层。在CCVD过程中，将前体融解在溶液中，前体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体起反应而沉积(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，采用一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已经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榴石(YIG)和铋-取代钇铁榴石(Bi-YIG)外延层中生成埋入牺牲层(buriedsacrificial 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多层结构，它们称为磁光光子晶体，磁光光子晶体在748nm上显示比相同厚度的单层铋铁榴石膜大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外延膜的。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。已经研究了铁榴石，特别是铋和钇铁榴石的堆积式膜的应用。设计用于750nm的光，具有堆积特征的四个异质外延层为：70nm厚的铋铁榴石(BIG)上面的81nm厚的钇铁榴石(YIG)，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。
如上所述可以看出，现有技术在大部分磁光系统中采用了特殊的磁光材料，但是还已经知道的是，通过生成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)的法拉第效应一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，即，在这些情况中，光纤可能不满足规格。由于很多磁应用装置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(按照金钱和时间计)增多，并且在使用几百或几千这样的元件的应用装置中，必需大幅度降低单元成本。
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辐射影响特性对于外部影响的响应性，同时降低单元成本并增加可制造性、可重现性、一致性和可靠性。
发明内容
公开了一种用于具有波导的传送器的装置和方法，包括包含定义传输轴的通道区域和一个或多个边界区域的波导；以及多个配置在至少一个所述区域中的磁性成分，用于产生基本上与所述传输轴平行的保持磁场。一种操作传送器的方法，包括：a)整体沿传输轴通过波导传播辐射信号，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及b)使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发基本上与所述传输轴垂直的保持磁场，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。
本发明的一个优选实施例用于一种传送器制造方法，该方法包括：a)利用多个磁性成分掺杂波导的一个或多个区域，以产生至少一个与该波导的通道区域相关的掺杂区域，所述通道区域定义该波导的传输轴；以及b)配置接近所述掺杂区域的影响器，其中所述影响器响应控制信号产生磁脉冲给所述多个磁性成分，足以诱发所述磁性成分产生整体与所述传输轴平行的可变强度的暂时保持磁场。
本发明的装置、方法、计算机程序产品以及传播信号提供了采用改进的并且成熟的波导制造过程的优点。在优选实施例中，该波导是一种光学传送器，优选地是一种光纤或波导信道，适于在保持辐射的所期望属性的同时通过引入光学活性成分来增强影响器的短长度性质影响特征。在优选实施例中，待影响的辐射的性质包括辐射的偏振状态，并且影响器使用可控的、可改变的并平行于光学传送器的传输轴传播的磁场，利用法拉第效应来控制偏振旋转角。光学传送器构造为能够通过在非常短的光路上使用低磁场强度，对所述偏振进行快速控制。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。在该优选实施例中，这种调制包括熄灭(extinguishing)所发出的辐射。所引入的专利申请、优先权申请和相关申请都公开了法拉第结构化波导、法拉第结构化波导调制器、显示器以及其它的与本发明协同工作的波导结构和方法。掺杂区域(例如掺杂边界区域)产生一个或两个磁场(1)垂直于传输轴，其不会改变所期望的影响器感应偏振变化，但是提高了性能(例如通过使通道区域的范围饱和以减少光损耗和/或改善影响器响应性)，以及(2)平行于传输轴，其响应影响器磁脉冲，实现所期望的从帧到帧的偏振变化。
在这里公开的成熟且高效的光纤波导制造工艺作为本发明的一部分，用于在制造低成本、一致的、高效的磁光系统元件，由此提供了一种可替换波导技术，与现有技术相比，本发明的技术的优势在于改善波导的辐射影响特性对于外部影响的响应性，同时降低单元成本并增加可制造性、可重现性、一致性和可靠性。
附图的简要说明
附图1是本发明的一个优选实施例的总体示意性平面图；
附图2是附图1所示优选实施例的具体实现方式的详细示意性平面图；
附图3是附图2所示优选实施例的端视图；
附图4是显示器组件的优选实施例的示意性方框图；
附图5是附图4所示的前面板的输出端口的一种布置的示图；
附图6是用于附图2所示的结构化波导的一部分的本发明优选实施例的示意性表示；
附图7是代表性波导制造系统的示意性方框图，其用于制造本发明的波导粗加工成品的优选实施例；和
附图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。
本发明的详细说明
本发明涉及可替换的波导技术，与现有技术相比，本发明的技术的优势在于改善波导的辐射影响特性对于外部影响的响应性，同时降低单元成本并增加可制造性、可重现性、一致性和可靠性。以下描述是为了使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且以下描述按照专利申请的上下文和其要求提供的。对于在此所描述的优选实施例和通用原理以及特征所进行的各种修改，对于本领域技术人员来说将会是显而易见的。因此，本发明并非旨在限定于所示实施例，而是要按照与在此所描述的原理和特征一致的最大范围。
在以下描述中，在本发明的环境中，三个术语具有特定的含义：(1)光学传送器，(2)特性影响器，和(3)熄灭(extinguishing)。为了本发明的目的，光学传送器是特别适合于提高影响器的影响特性的特征，同时保留辐射的所期望属性的波导。在优选实施例中，要受到影响的辐射特性包括其偏振旋转状态，并且影响器利用法拉第效应，使用可控的、可改变的并平行于光学传送器的传输轴传播的磁场来控制偏振角度。光学传送器构造为能够通过在非常短的光路上使用低磁场强度，对所述偏振进行快速控制。在一些特定实现方式中，光学传送器包括若干光纤，这些光纤对于所传输辐射的波长保留光纤的导波属性的同时呈现高维尔德常数、并且以其它方式提供该辐射特性(一个或多个)的有效构造以及受特性影响器影响的辐射特性(一个或多个)的联合影响(cooperative affectation)。
特性影响器是用于实现对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，特性影响器用于连接到光学传送器，在一个实现方式中，所述光学传送器是指由具有芯和一个或多个包层的光纤所形成的光学传送器，优选地，所述影响器集成到一个或多个包层中或者在一个或多个包层上，而不会明显地对光学传送器的导波属性造成不利变动。在使用所传输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偏振影响结构，例如线圈、线圈管或者采用一个或多个磁场(所述一个或者多个磁场是可控的)在光学传送器中支持/产生法拉第效应表现场(并因而影响所传输的辐射)的其他能够集成的结构。
本发明的结构化波导能够用于一些实施例中，作为调制器中的光学传送器，所述调制器控制所传播辐射的振幅。由调制器所发射的辐射将具有由光学传送器上的特性影响器的交互作用所控制的最大辐射振幅和最小辐射振幅。熄灭简单地指在足够低的电平(对于特定实施例来说适当的)上的最小辐射振幅，其特征是“关闭”或者“黑”或者其他指示辐射不存在的分类。换句话说，在一些应用中，当电平满足实现方式或者实施例的参数时，足够低但是能够检测/能够辨识的辐射振幅可以适当地看作“熄灭”。本发明通过使用在波导制造期间布置在传导区域中的光学活性成分，改善了波导对于影响器的响应。
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包括光学传送器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波导结构实现。例如，传送器105可以是具有传导通道的经过专门调整的光纤(常规的或者PCF)，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是用于显现对通过传送器105和/或在传送器105上传输的辐射的特性影响(直接或者非直接地，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对于影响所期望的特性。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，可能期望对辐射的另一种特征进行期望的控制，除输出振幅之外，其可能要求对除了已经识别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使用了最接近或者在传送器105中/上集成的可变和固定磁场的组合。期望生成这些磁场，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过程(例如，粗加工成品制造和/或者拉制过程)与传送器105“强相关”的，尽管一些实现方式可能以其它方式提供。
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学传送器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的协作结构，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(波输出)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的相对方位，使得缺省条件造成WAVE_OUT的最大振幅、WAVE_OUT的最小振幅或者其间的其他值。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，或者一个或两个结构可以集成到传送器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(波输入)典型地具有多个对于偏振特性(例如右旋圆偏振(RCP)和左旋圆偏振(LCP))的正交状态。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所示的法拉第结构化波导调制器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(coilform)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上的变体)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施加压力，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。
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为必要的快速旋转提供低功率，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曝露在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，通过设置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位进行优化的方法。
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，并且特征在于具有适当的磁滞曲线。在生成必要场时，优选实施例采用“短”曲线，并且该曲线也是“宽的”和“扁的”。当通过由临近的场生成元件(例如线圈220)所生成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，其中所述场生成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度，而没有通过影响器110恒定应用的场(例如线圈220)。
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。参考名称为“Method ofDepositing a Ferromagnetic Film on a Waveguide and a Magneto-OpticComponent Comprising a Thin Ferromagnetic Film Deposited by TheMethod”、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用于各种目的的参考。
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，以生成初始磁场。该来自线圈220的磁场使得通过芯205传输的辐射的偏振角度旋转，并对第二包层215中的亚铁/铁磁性掺杂物进行磁化。这些磁场的组合使得所期望的旋转角度保持所期望的一段时间(如这里所并入的相关专利申请之一所述、当光纤200的矩阵共同形成显示器的图像帧的时间)。为了描述本发明，将“线圈管”定义为类似线圈的结构，这是因为多个导电段相互平行放置，并且相对光纤轴为直角。当材料性能提高时，即，当由于较高维尔德常数的掺杂物而使得被掺杂的芯的有效维尔德常数增大时(或者在增大的结构修改时，包括引入非线性效应的那些修改)，对围绕光纤元件的线圈或者“线圈管”的需求就可以降低或者消除，较简单的单频带或者高斯圆柱体结构会是实用的。这些结构当用作这里所述的线圈管的功能时，也包含在线圈管的定义中。
当考虑确定法拉第效应的等式的变量：场强、施加场的距离和旋转介质的维尔德常数时，一个结果是：使用调制器200的结构、部件和/或者器件能够补偿产生较小强度磁场的材料所形成的线圈或者线圈管。通过使调制器更长，或者通过进一步增大/提高有效的维尔德常数，可以实现补偿。例如，在一些实现方式中，线圈220采用的导电材料是比金属线效率差的导电聚合体。在另外的实现方式中，与在其它方式会与更加有效的材料一起使用相比，线圈220采用更宽但是更少的绕组。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(即：光纤长度、芯的维尔德常数以及场生成元件的峰值场输出和效率)之间存在折衷。考虑到这些折衷，而生成完整成形的线圈管的四个优选实施例，包括：(1)绞合光纤以实现线圈/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，或者可以替换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中导致必要磁场的生成的信号。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，以生成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(特定圆形或者线性)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。可替换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)。在用于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。可选择地，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的方位，有着90度的偏移。(在一些实施例中，通过对准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包括多个像元(像素)的集合，每个像元都由例如图2所示的波导调制器200i，j生成。用于控制调制器200i，j的每个影响器的控制信号由控制器405提供。辐射源410提供用于调制器200i，j进行输入/控制的源辐射，并且可以使用前面板将调制器200i，j排列为所期望的图案和/或者可选择地提供一个或多个像素的输出后处理。
辐射源410可以是单平衡白色的或者独立的RGB/CMY调谐源(一个或多个)或者其他合适的辐射频率。一个或多个辐射源410可以远离调制器200i，j的输入端，临近这些输入端，或者集成到调制器200i，j上/中。在一些实现方式中，采用单一源，而其他实现方式可以采用几个或者更多源(并且在一些情况下，每个调制器200i，j有一个源)。
如上所述，调制器200i，j的光学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，光学传送器的长度短(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会是通道长度的函数，但是由于光学传送器是波导，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程度的影响。
控制器405包括用于合适的开关系统的构造和组件的多个可选方案。优选实现方式不仅包括点对点控制器，它还包括结构性地合并和保持调制器200i，j的“矩阵”，并对每个像素进行电子寻址。在光纤的情况中，光纤部件的性质中固有的是用于光纤元件的全光纤、纺织结构和适当寻址的可能性。可变形网孔或者固体矩阵是可替换结构并利用附带装配方法。
优选实施例的一个特征在于，可以对一个或者多个调制器200i，j的输出端进行处理，以改善其应用。例如，波导结构的输出端，尤其是在实现为光纤时，可以被加热处理，并被牵引以形成锥形末端，或以其它方式对其进行磨损、缠绕或者定形，以提高在输出端的光散射，从而改善在显示器表面的可视角度。可以采用类似的或者不类似的方法对一些和/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所期望输出结构。例如，可以通过对一个或者多个输出端/相应面板位置(一个或多个)的处理，控制或者影响来自一个或者多个像素的WAVE_OUT的各种聚焦、衰减、颜色或者其他属性。
前面板415可以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可以包括导向装置或者其他结构，以将调制器200i，j的输出端排列为相对于相邻调制器200i，j的所期望的相对方向。图5是图4所示的前面板415的输出端口500x，y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，主动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行改变，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，所述平面允许依次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，以根据需要改变形状/方向/维度。本发明的实现方式还可以生产各种类型触摸显示器系统。
在投射系统实现方式中，辐射源410、具有连接到多个调制器200i，j的控制器405的“开关组件”和前面板415可以受益于以下情况：将其容纳在截然不同的模块或者单元中，并且相互之间存在一定距离。对于辐射源410，在一些实施例中，优势是将照明源与开关组件分离，这是由于典型地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一氙气灯上的热量输出分配时，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(一个或多个)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。
波导带的单块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(尤其是没有对外部电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度；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，则可以成形矩阵的形式设置在它们的终点上，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所示的结构化波导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，典型地为传导通道(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。导波的特定机制可以随波导而改变，但是本发明可以适与与不同的结构结合使用。
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，而其他支持结构整体是基本不透明的。
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，该属性特别被配置用于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/或者一个或多个边界区域的多种成分(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。所述成分的存在目的不是要降低通信应用的质量，但是本优选实施例的焦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生成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的长度非常短的波导。通过从由这里所述的较长的已制备波导中(例如劈开)所生成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。其最普通的是，光纤是透明(在感兴趣波长)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的维尔德常数被报告为-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小得多的旋转。
在一些实现方式中，所述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，以在存在主动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本身是高等级的，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JDS Uniphase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受控的浓度，以采用低功率在微米量级的距离上引起旋转。
在本发明的优选实施例中，其他元件625包括布置在部分600中，最优选地是布置在一个或多个边界区域(例如包层)中的磁性成分。采用生成垂直于传输轴的磁场的方法布置/定向这些成分。对于采用法拉第效应来对通过部分600传播的辐射振幅进行调制的系统，从所述成分产生的磁场不改变辐射的影响器引发的偏振旋转变化的偏振旋转。这些成分用于提高系统整体性能。例如，在一些实现方式中，所述成分使得足够量的传导/通道区域中的磁畴饱和，以显而易见地降低沿着传输轴传播的辐射的光损失。在其他实现方式中，由所述成分造成的在传导/通道区域中的磁畴的饱和提高了波导对于影响器的磁响应，而没有对所期望的偏振变化产生不利影响。
该优选实施例通过在从中产生波导的基片/粗加工成品的制造过程中，将磁性成分添加到部分600的方法来布置磁性成分。可以在沉积过程或者在拉制(用于光纤波导)前制造过程的其他阶段布置所述磁性成分。采用标准方法将用铁磁性单分子磁体对部分600进行掺杂，当其曝露在强磁场中时，被永久磁化。优选地在第一个包层的这些成分的磁化，可以在将包层添加到芯上或者粗加工成品上之前进行，或者在完成芯、包层和涂层，并拉制光纤之后进行。因此，粗加工成品或者已拉制光纤通过偏离光纤芯的轴90°的强永久磁场区域，所述强永久磁场区域通过布置为光纤牵引装置的元件的电磁体实现。该具有永久磁性特性的包层用于使得光学活性芯的磁畴饱和，但是并不改变通过光纤的入射光的旋转角度，这是因为磁场的方向是与传播方向成直角的。最近，在具有熔化氧化物的连续流体中的惰性气体的使用，已经实现了从掺杂氧化物的硅石牵引光纤所必需的粘度水平。
对晶体结构中的选择性元件进行磨碎的已知方法(例如，美国专利6,103,010，题目为“Method of Depositing a Ferromagnetic Film on aWaveguide and a Magneto-Optic Component Comprising a ThinFerromagnetic Film Depostied by the Method”中的方法)可以用于本发明，以通过磨碎在晶体结构中的非最佳晶核来对掺杂的铁磁性区域的方向进行优化。在适当过程步骤中，掺杂的亚铁/铁磁性材料的优化可以进一步受到包层的离子轰击的影响。
单分子磁体(SMM)持续的发展和改进。可以在相对高的温度下进行磁化的单分子磁体(SMM)优选地作为掺杂物，用于在拉制之前添加到粗加工成品中，以允许较高掺杂浓度和掺杂分布控制。市场上可以买到单分子磁体和方法的示例是来自于369 Inverness parkway，suite 350，英格伍德(Englewood)，科罗拉多州(Co)，80112的ZettaCore公司。
在操作中，制造过程中，将磁性成分布置在波导的一个或多个部分(优选地在包层中)。对这些成分进行定向(在粗加工成品制造、拉制或者拉制后过程中)，以产生垂直于波导的传输轴的永久磁场。
在另一个优选实施例中，其他元件625包括配置在相同区域或另一个通道区域和/或一个或多个边界区域中的第二种磁性成分(代替或加上上述第一种磁性成分)。这些第二种磁性成分适于提高波导的性能，特别是当用在由所述优选实施例预期的特定的磁光实现方式中时。如在整个申请中所描述的，本发明的一个优选应用是制造大量一致的廉价磁光元件，用作显示器/投影系统的像素/子像素。不考虑特定的显示器/投影范例，任何系统的特定特征已知是普遍重要的。这些普遍的特征中的某些特征包括能耗和响应性(responsiveness)。能耗最好较低，人们一直在做出各种努力以进一步降低能耗级别，无论当前的大小怎样。类似的，期望响应性要高(例如快速振幅变化)，人们一直在做出各种努力以进一步增加响应性，无论当前的响应度是怎样。提供第二组成分(与第一组类似)以降低能耗和改善响应性，但是以稍微不同的方式。
在本发明的波导作为像素/子像素的优选作用中，波导具有极短的通道长度，并且优选地，能够每秒钟周期性地多次旋转传输辐射的偏振90度(每个周期这里被称作帧)。任何特定的偏振确定像素/子像素的照明振幅，并且在所述帧的范围内应当基本上保持不变。由于本发明的一些实现方式可能具有数百、数千或数百万个这些波导，因此每像素的能源低是很重要的(并且情况是，对单个像素的能耗的任何改进在整个系统上会被放大)。在使用一组磁光波导的显示系统的简单的实现方式中，在整个帧的持续时间内以适当的大小激活用于一个波导的影响器。在该实现方式中，任何“开(ON)”像素/子像素将在每个帧的持续时间内消耗能源。用于每个波导的影响器将以类似方式操作，在每个帧的持续时间内为每个波导提供能耗需求。
第二组成分通过响应影响器磁脉冲场、以在所述帧的持续时间内产生保持磁场，减少了能耗。影响器不再对整个帧有效，从而减少了每像素/子像素的能源。第二组成分还能实现本发明的第二个特征，即提供某些实施方式使用δ影响器脉冲而不是满量级影响器信号的可能性。在任何给定的像素/子像素照明振幅的帧对帧变体中，在许多情况下没有改变的可能几乎没有。根据第二组成分的构造和实现方式以及照明变化的程度，影响器脉冲调节保持磁场的大小而不是在每个帧的开头重新产生保持磁场。在某些情况下，其中特定的像素/子像素的振幅不从一个帧变化到下一个帧，每几个帧可能需要施加小的刷新影响器脉冲。该第二个特征是由于第二组磁性成分共同对所述影响器磁脉冲具有磁滞响应。该磁滞响应的特征对给定某些实现方式参数的特定应用进行调整，包括例如帧持续时间、有效维尔德常数、通道长度以及影响器脉冲强度。在优选实施例中，磁滞响应的特征在于短、宽且平的磁滞曲线。该保持磁场与闭锁磁场的不同之处在于，该保持磁场预期将周期性地改变，而不是可在两个状态之间切换，变化的频率典型地以每秒钟数十次可能的变化来测量。
虽然任何给定的显示器/投影仪可能具有每秒有效三十帧(或其他值)的工作频率，任何给定的像素/子像素将比整个系统频率不会更频繁地被调节，并且在某些情况下更不频繁，因为对像素/子像素的必要的振幅变化更不频繁。在优选实施例中，所述多组成分的结构和方位使得第一组产生与传输轴垂直的永久不变的磁场(不响应影响器磁脉冲)，并且第二组响应具有期望大小的影响器磁脉冲而在每帧的基础上产生与传输轴平行的可变保持磁场，以设置所传输辐射的偏振角度到适当的角条件。在优选实施例中，第一组成分配置在内部包层中，第二组成分配置在更接近产生影响器磁脉冲的线圈管结构的外部包层中。此外，这些成分本身典型地由于方位、功能以及特征(例如矫顽性)方面的差异是不同的，从而第一组保持其垂直磁场，而不会明显地响应所述脉冲磁场或保持磁场。在任何特定的实现方式中，所述多组成分中的任何一组或两组都是可选的，且它们的使用依赖于任何特定的实施例的细节。虽然该优选实施例包括配置在波导区域内的第二组成分，在某些应用中，保持磁场可以响应影响器磁脉冲、通过在制造时或制造之后使用应用到波导中的薄膜来诱发。该薄膜可以是提供所诱发保持磁场的适合的磁滞响应的任何适合的永磁材料(例如铁榴石，YIG或Bi-YIG)。
在操作中，影响器磁脉冲通过第二组成分诱发整体与传输轴平行的保持磁场。去除影响器脉冲，该保持磁场改变通过传导区域传播的辐射的偏振旋转角度到所期望的旋转条件。该期望的旋转条件例如通过应用到出口偏振滤波器来设置输出辐射波分量的大小。旋转条件对应偏振滤波器的传输轴的程度设定所述输出大小。
保持磁场在整个帧周期内保持所期望的旋转条件基本上不变。在下一个帧的开始，应用新的δ影响磁脉冲，以根据在该新的帧期间所期望的传播辐射的旋转条件增加、减少、或刷新/维持该保持磁场的大小。该过程对每个帧的每个像素/子像素旋转响应继续。
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维度。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.改进化学气相沉积(MCVD)，2.等离子改进化学气相沉积(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黑(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：
。
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。
在该过程中改变混合物的组成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黑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降低到烟黑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进行旋转以使得烟黑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，这就典型地导致光纤不适合于电信用途，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黑玻璃化。沉积率典型地为0.5到2g/分。
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，在玻璃料中的空隙皱缩并且密封稀土。最后，将粗加工成品进行可控的皱缩，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(包括电信属性)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附着在靠近塔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的处理站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。采用位于拉丝塔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。
处理站830x典型地包括用于为光纤添加两层保护涂层一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，其作为相同的处理站830x或者其他处理站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)。
在该申请中所描述的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号当然也可以用硬件实现；例如在中央处理器(“CPU”)、微处理器、微控制器、单片系统(“SOC”)或者其他可编程器件中或者与之连接。此外，系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以用软件(例如，计算机可读代码、程序代码、指令和/或者以任何形式布置的数据，例如源、目标或者机器语言)实现，例如置于用于存储软件的计算机可用(例如可读)介质中。这种软件实现在此描述的装置和过程的功能、制造、建模、仿真、描述和/或者测试。例如，其能够通过普通编程语言(例如C，C++)、GDSII数据库、包括Verilog HDL、VHDL、AHDL(Altera HDL)等等的硬件描述语言(HDL)或者其他可用程序、数据块、纳米处理和/或者电路(即布图)捕获工具来实现。这种软件能够置于任何已知计算机可用介质中，包括半导体、磁盘、光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM等等)，并且能够作为在计算机传输介质(例如，载波或者其他介质，包括数字介质、光学介质、或者基于模拟的介质)中具体化的计算机数据信号。同样，所述软件可以通过包括因特网和企业内部互联网的通信网络进行传输。采用软件体现的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以包含在半导体知识产权核心中(例如实施在HDL中)并在集成电路生产中转化为硬件。此外，在此所述的系统、方法、计算机程序产品和所传播的信号可以被实施为硬件和软件的组合。
本发明的优选实现方式之一，例如用于开关控制，是作为在计算机工作过程中由驻留在计算系统存储器中的指令或者编程步骤组成的操作系统中的例行程序。在计算机系统需要之前，所述程序指令可以存储在另一可读介质中，例如盘驱动器中，或者可移动存储器中，例如在CD-ROM计算机输入中使用的光盘或者在软盘驱动器计算机输入中使用的软盘。此外，所述程序指令在本发明的系统使用之前可以存储在另一计算机的存储器中，并在本发明的用户需要时通过LAN或者WAN(例如因特网)进行传输。本领域技术人员应该理解，控制本发明的过程能够以多种形式的计算机可读介质的形式发布。
任何合适的编程语言都能够用于实现本发明的例行程序，包括C，C++，Java，汇编语言等等。能够采用不同的编程技术，例如程序上的或者特定目的对象。例行程序能够在单一处理器件或者多处理器上执行。尽管步骤、操作或者计算可以采用特定顺序，但是在不同实施例中，该顺序是可改变的。在一些实施例中，在本说明书中顺序示出的多个步骤能够同时执行。在此所述的操作顺序能够中断、暂停、或者由另外进程(例如操作系统、内核等等)控制的其他动作。例行程序能够工作在操作系统环境中，或者作为占用系统处理的全部或者主要部分的单机例行程序。
在此所述中，提供了很多具体细节，例如部件和/或者方法的示例，以便于提供对本发明的彻底理解。然而本领域技术人员会知道，在没有一个或多个明确细节时，或者采用其他装置、系统、组件、方法、成分、材料、部分和/或者类似时，可以实现本发明的实施例。在其他例子中，已知的结构、材料或者操作没有特别地详细示出或描述，以避免混淆本发明的实施例的若干方案。
用于本发明的实施例的“计算机可读介质”可以是可以包括、存储、通信、传播或者传送程序的介质，该介质通过指令执行系统、装置、系统或器件使用或者与之相关联。例如，计算机可读介质可以是但不局限于：电子、磁性、光学、电磁、红外或者半导体系统、装置、系统、器件、传播介质或者计算机存储器。
“处理器”或者“处理”包括处理数据、信号或其他信息的任何人、硬件和/或者软件系统、机制或者部件。处理器能够包括具有通用中央处理器的系统、多个处理单元、功能性专用电路的系统或者其他系统。处理不需要限定在地理位置上，或者具有时间限制。例如，处理器能够采用“实时”、“离线”，采用“成批模式”等等实现其功能。处理中的组成部分能够在不同时间和不同地点采用不同(或者相同)处理系统执行。
整个说明书中所提到的“一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”、“特定实施例”表示，结合实施例所描述的特定的特点、结构或者特征包含在本发明的至少一个实施例中，而不必包含在所有实施例中。因此，在整个说明书中的各个地方分别出现的语句“在一个实施例中”、“在实施例中”或者“在特定实施例中”不是必须指相同的实施例。此外，本发明的任意特定实施例的特定的特点、结构或者特征可以以适当的方式与一个或多个其他实施例合并。应该理解的是，在此所描述和图示的本发明的实施例的其他变化和修改也可以是根据在此的讲述，并且是作为本发明的思想和范围的组成部分。
通过使用已编程通用数字计算机，通过使用专用集成电路、可编程逻辑器件、场可编程门阵列、光学的、化学的、生物的、量子的或者纳米技术的系统、部件和机制，可以实现本发明的实施例。通常，本发明的功能能够通过现有技术中的任何方式实现。能够使用分布式或者网络式系统、部件和电路。数据通信或者传送可以是有线的、无线的，或者采用任何其他方式。
还应该认识到，附图/表中所描述的一个或者多个元件还能够采用更加分离或者集成的方式实现，或者甚至在特定情况下去掉或设为不工作，只要其根据特定实施例能够使用。实现能够存储在机器可读介质中的程序或者代码以允许计算机执行上述任何方法，也在本发明的思想和范围内。
另外，在附图/表中的任何信号箭头都应该仅作为示例，而不应该进行限定，除非有特殊的标注。此外，在此所用的术语“或者”通常是为了指“和/或者”，除非另有所指。部件或者步骤的组合也将看作是进行了标注，其中的术语被预先看作呈现分离或者合并的能力不清楚。
如在此的描述中和以下权利要求中所使用的，“一个”，“该(所述)”包括复数含义，除非上下文明确的规定其他情况。此外，如在此的描述中和以下权利要求中所使用的，“在...之中”的意思包括“在...之中”和“在...之上”，除非上下文明确的规定其他情况。
之前对本发明的已图示实施例的描述，包括摘要中所描述的内容，并非穷举或者将本发明限制在在此所公开的精确形式中。在此所描述的本发明的特定实施例、示例仅仅是为了说明的目的，本领域技术人员应该理解，在本发明的思想和范围内可以进行各种等同修改。如所示，对本发明所作出的这些修改是在根据在之前的本发明的已图示说明的实施例，并且应该包括在本发明的思想和范围内。
因此，尽管这里已经参考其特定实施例描述了本发明，修改的范围、各种变化和置换都应该在之前的公开中，并且应该理解的是，在一些例子中，将会采用本发明的实施例的一些特点，而不使用其他相应的特点，这不会脱离所公开的本发明的思想和范围。因此，在本发明的实质的思想和范围内，可以进行各种修改以适应特定情况或者材料。本发明目的不是要限定在以下权利要求中所使用的特定术语和/或者限定于作为用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括在所附权利要求的范围内的任何和所有实施例和等同物。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书来确定。

Claims (30)

1、一种波导，包括：
包含定义传输轴的通道区域和一个或多个边界区域的波导；以及
多个磁性成分，配置在至少一个所述区域中，用于产生与所述传输轴基本平行的保持磁场。
2.根据权利要求1所述的波导，其中所述波导是光纤，所述通道区域是芯，并且所述一个或多个边界区域是用于所述芯的包层区域。
3.根据权利要求1所述的波导，其中影响器施加整体与所述传输轴平行的影响磁场到所述波导，以使沿所述传输轴传播的辐射的偏振改变预定的量，并且其中所述影响磁场对所述多个磁性成分诱发所述保持磁场。
4.根据权利要求1所述的波导，其中所述磁性成分包括单分子磁铁。
5.根据权利要求3述的波导，其中在从所述多个磁性成分移除所述影响磁场之后的保持周期，所述磁性成分维持所述预定量的变化偏振。
6.根据权利要求5所述的波导，其中具有所述多个磁性成分的所述一个或多个区域产生具有剩磁和矫顽性的磁畴结构，以产生所述诱发的保持磁场对所述影响磁场的短的、宽的以及扁平的磁滞响应。
7.根据权利要求2所述的波导，其中所述多个磁性成分配置在一个或多个所述包层区域中。
8.根据权利要求1所述的波导，其中所述多个磁性成分是第一多个磁性成分，并且还包括配置在至少一个所述区域中的第二多个磁性成分，用于产生与所述传输轴基本垂直的饱和磁场。
9.根据权利要求8所述的波导，其中所述多个磁性成分配置在所述波导的不同区域中，其中所述第一多个磁性成分响应影响器磁脉冲而产生所述保持磁场，并且所述第二多个磁性成分不响应所述影响器磁脉冲而改变所述饱和磁场方向。
10.根据权利要求9所述的波导，其中所述第二多个磁性成分配置在第一边界区域中，并且所述第一多个磁性成分配置在第二边界区域中，该第二边界区域设置成与所述第一边界区域相比距离所述传导区域更远。
11.根据权利要求1所述的波导，其中至少一个所述区域具有晶体结构，并且在所述晶体结构中的所述磁性成分产生所述期望的保持磁场。
12.一种用于操作波导的方法，该方法包括：
a)整体沿传输轴通过波导传播辐射信号，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及
b)使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发与所述传输轴基本垂直的保持磁场，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述波导是光纤，所述通道区域是芯，并且所述一个或多个区域是用于所述芯的若干个包层区域。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述诱发步骤(b)包括施加整体与所述传输轴平行的磁脉冲到所述波导以诱发所述保持磁场。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述磁性成分包括单分子磁铁。
16.根据权利要求12述的方法，其中当有足够强的磁场提供给所述磁性成分和从所述磁性成分中移除时，所述磁性成分在保持周期内临时保持特定的磁化。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
周期性地施加更新的磁脉冲到所述多个磁性成分，以在一系列帧的每个帧期间连续调节所述保持磁场。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个磁性成分是第一多个磁性成分，并且其中所述波导包括配置在所述波导的所述区域之一中的第二多个磁性成分，其中所述第二多个磁性成分产生整体与所述传输轴垂直的饱和磁场。
19.根据权利要求12所述的方法，其中具有所述多个磁性成分的所述一个或多个区域产生具有剩磁和矫顽性的磁畴结构，以产生所述诱发的保持磁场对所述影响磁场的短的、宽的以及扁平的磁滞响应。
20.一种制造波导的方法，包括：
a)利用多个磁性成分掺杂该波导的一个或多个区域，以产生与该波导的通道区域相关的至少一个掺杂区域，所述通道区域定义该波导的传输轴；以及
b)配置接近所述掺杂区域的影响器，其中所述影响器响应控制信号产生磁脉冲给所述多个磁性成分，其足以诱发所述磁性成分产生整体与所述传输轴平行的可变强度的暂时保持磁场。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述掺杂步骤(a)在产生从中生产波导的粗加工成品期间执行。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述掺杂步骤(a)添加所述多个成分到一个或多个边界区域中。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述掺杂步骤(a)的多个磁性成分是第一多个磁性成分，并且其中所述掺杂步骤(a)在所述波导的一个或多个区域中配置第二多个磁性成分，其中所述第二多个磁性成分产生整体与所述传输轴垂直的饱和磁场。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二多个磁性成分配置在第一边界区域中，并且所述第一多个磁性成分配置在第二边界区域中，该第二边界区域设置成与所述第一边界区域相比距离所述传导区域更远。
25.一种波导，包括：
用于整体沿传输轴通过波导传播辐射信号的装置，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及
用于使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发基本上与所述传输轴垂直的保持磁场的装置，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。
26.一种波导，包括：
用于利用多个磁性成分掺杂该波导的一个或多个区域、以产生至少一个与该波导的通道区域相关的掺杂区域的装置，所述通道区域定义该波导的传输轴；以及
用于配置接近所述掺杂区域的影响器的装置，其中所述影响器响应控制信号产生磁脉冲给所述多个磁性成分，其足以诱发所述磁性成分产生整体与所述传输轴平行的可变强度的暂时保持磁场。
27.一种计算机程序产品，包括载有用于制造传送器的程序指令的计算机可读介质，当使用计算系统执行这些程序指令时，被执行的程序指令执行一种方法，该方法包括：
a)整体沿传输轴通过波导传播辐射信号，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及
b)使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发基本上与所述传输轴垂直的保持磁场，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。
28.一种传播信号，其上载有计算机可执行指令，当由计算系统执行时所述指令执行一种方法，该方法包括：
a)整体沿传输轴通过波导传播辐射信号，该波导包括定义所述传输轴的通道区域和一个或多个边界区域；以及
b)使用配置在至少一个所述区域中的多个磁性成分诱发基本上与所述传输轴垂直的保持磁场，其中所述保持磁场影响所述传播辐射信号的偏振旋转变化。
29.一种计算机程序产品，包括载有用于制造传送器的程序指令的计算机可读介质，当使用计算系统执行所述程序指令时，被执行的程序指令执行一种方法，该方法包括：
a)利用多个磁性成分掺杂波导的一个或多个区域，以产生至少一个与该波导的通道区域相关的掺杂区域，所述通道区域定义该波导的传输轴；以及
b)配置接近所述掺杂区域的影响器，其中所述影响器响应控制信号产生磁脉冲给所述多个磁性成分，其足以诱发所述磁性成分产生整体与所述传输轴平行的可变强度的暂时保持磁场。
30.一种传播信号，其上载有计算机可执行指令，当由计算系统执行时所述指令执行一种方法，该方法包括：
a)利用多个磁性成分掺杂波导的一个或多个区域，以产生至少一个与该波导的通道区域相关的掺杂区域，所述通道区域定义该波导的传输轴；以及
b)配置接近所述掺杂区域的影响器，其中所述影响器响应控制信号产生磁脉冲给所述多个磁性成分，其足以诱发所述磁性成分产生整体与所述传输轴平行的可变强度的暂时保持磁场。
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