KR20070023657A

KR20070023657A - 회귀 존을 포함하는 도파관용 장치, 방법, 그리고 컴퓨터프로그램 프로덕트

Info

Publication number: KR20070023657A
Application number: KR1020067018187A
Authority: KR
Inventors: 서덜랜드 엘우드
Original assignee: 파노라마 랩스 피티와이 엘티디
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2007-02-28

Abstract

복사 조절 시스템(radiation baffle system)을 구비한 기판-지지형 트랜스포트 시스템을 위한 장치 및 방법이 제시된다. 본원의 트랜스포트 시스템은 a) 일체형 도파관 구조를 지지하는 반도체 기판으로서, 상기 도파관 구조는 복사 신호를 입력으로부터 출력까지 전파시키기 위한 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하는 특징의 상기 반도체 기판, b) 제어 신호에 따라 반응하고 상기 도파관 구조에 연결되어, 영향 존 내에서 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성을 독립적으로 제어하는 인플루언서 시스템, 그리고 c) 상기 복사 신호를 상기 영향 존 내로 주기적으로 복귀시켜서 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치는 회귀 시스템을 포함한다. 그 동작 방법은, a) 기판에 지지되는 도파관 구조를 통해 복사 신호를 전파시키는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 입력부로부터 출력부까지 복사 신호를 전파시키기 위해 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 구비하는 단계, 그리고, b) 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키는 단계를 포함한다.

Description

회귀 존을 포함하는 도파관용 장치, 방법, 그리고 컴퓨터 프로그램 프로덕트{APPARATUS, METHOD, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT FOR STRUCTURED WAVEGUIDE INCLUDING RECURSION ZONE}

본 발명은 복사선을 전파시키기 위한 트랜스포트(transport)에 관한 발명으로서, 특히, 외부 영향에 대한 도파관의 복사-영향 성질의 반응성을 개선시키는 광학적으로 활성의 컴포넌트들을 포함하는 도파 채널을 가진 도파관에 관한 발명이다.

패러데이 효과는 자기선속 내에 위치한 투과성 매질을 통해 광이 자기장에 평행하게 전파될 때 선형으로 편광된 광(선형 편광 광)의 편광 평면이 회전하는 현상에 해당한다. 편광 회전의 크기는 자기장의 강도, 매질 고유의 버데트 상수(Verdet constant), 그리고 광 경로 길이에 따라 변화한다. 실험적인 회전 각도는 아래와 같이 주어진다.

β = VBD (방정식 1)

이때, V는 버데트 상수라 불리며, B는 자기장, d는 자기장에 속한 전파 거리이다. 양자역학적 측면에서, 패러데이 회전은 자기장의 공급이 에너지 레벨을 변경시키기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다. 광학적 분리기로 사용되는 패러데이 회전자로, 또는, (전류 강도를 평가하는 한가지 방식으로 전류에 의해 유발되는 등의) 자기장 측정을 위해 높은 버데트 상수를 가진 불연속 물질(가령, 철-함유 가넷(garnet) 결정)들을 이용하는 것이 알려져 있다. 광학적 분리기는 편광 평면을 45도만큼 회전시키는 패러데이 회전자, 자기장 공급용 자석, 편광자, 그리고 분석기를 포함한다. 종래의 광학적 분리기는 벌크형 분리기로서, 도파관(가령, 광섬유)이 사용되지 않았다.

종래의 광학계에서, 가넷(가령, 이트륨/철 가넷)같은 상자성 및 강자성 재료를 함유한 불연속 결정들로 자기-광학 변조기들이 제작되었다. 이와같은 소자들은 상당한 자기장 제어를 필요로한다. 박막 기술에도 자기광학 효과가 사용된다. 특히, 논-레시프로컬 정션(non-reciprocal junciton) 등과 같은 논-레시프로컬 소자를 제작하는 데 자기광학 효과가 사용된다. 이와 같은 소자들은 패러데이 효과에 의한, 또는 커튼-머튼 효과(Cotton-Moutton Effect)에 의한 모드 변환을 기반으로 한다.

자기광학 소자에 상자성 및 강자성 물질을 이용할 때의 또다른 단점은, 이 물질들이 편광각과는 다른 복사 성질에 악영향을 미칠 수 있다는 점이다. 가령, 진폭, 위상, 주파수 등에 영향을 미칠 수 있다.

종래 기술은 디스플레이 장치를 집합적으로 형성시키기 위해 불연속 자기광학 벌크 소자(가령, 결정)들을 이용하고 있다. 이러한 공지 기술의 디스플레이들은 여러가지 단점을 가진다. 가령, 화소당 비용이 높은 점, 개별 화소들을 제어하기 위해 동작 비용이 높은 점, 비교적 큰 디스플레이 장치에는 잘 적용되지 않는 제어 복잡도의 증가 문제점 등을 가진다.

종래의 이미징 시스템들은 크게 두개의 카테고리로 분류될 수 있다. 즉, 플랫 패널 디스플레이(FPD)와 투영 시스템(음극관(CRT)을 포함함)으로 분류될 수 있다. 일반적으로, 두 종류의 시스템에 대한 지배적인 기술들이 동일하지 않다. 하지만 예외도 있다. 이 두 카테고리들은 투영 기술 측면에서 여러가지 요구사항들에 직면하고 있으며, 기존의 기술로는 이러한 요구사항들을 만족시킬 수가 없다.

기존 플랫 패널 디스플레이에 나타난 한가지 주된 요구사항은 비용 문제이다. 즉, CRT 디스플레이에 비해 비용이 비싸다.

해상도, 밝기, 콘트래스트 등의 이미징 표준 세트를 구현하기 위해, FPD 기술은 CRT 기술에 비해 세배 내지 네배 이상 비싼 편이다. 그러나, CRT 기술도 단점을 가지고 있다. 특히 CRT의 디스플레이 면적이 커질수록 단점이 확대되는 데, 다시 말해서, CRT는 큰 부피와 중량이 큰 단점이다. 얇은 디스플레이를 추구함으로서, FPD 영역에서 다수의 기술들이 개발되고 있다.

FPD의 비용이 비싼 것은, 액정 다이오드 기술이나 가스 플라즈마 기술에 정밀한 소자 물질을 이용하기 때문이다. LCD에 사용되는 네마틱 물질의 불규칙성으로 인해, 결함 비율이 높은 편이다. 개별 셀에 결함을 가진 LCD 소자들의 어레이는 전체 디스플레이를 배제시키는 요인이 되며, 또는 결함 소자를 높은 비용으로 바꿔야 하는 문제점이 있다.

LCD 및 가스 플라즈마 기술의 경우 공히, 이러한 디스플레이를 제작할 때 액체나 가스를 제어함에 있어서의 내재적인 난이성은 기술적 측면 및 비용 측면에서 아주 기본적인 제한사항으로 작용한다.

높은 비용의 추가적인 원인은 기존 기술에서 각각의 광 밸브/방출 소자에 비교적 높은 스위칭 전압이 필요하다는 점이다. LCD 디스플레이의 네마틱 물질을 회전시키기 위해, 이에 따라 액체 셀을 통과하는 광의 편광이 변화할 때, 또는 가스 플라즈마 디스플레이의 가스 셀을 여기시키기 위해, 이미징 소자에서 신속한 스위칭 속도를 얻기 위해 비교적 높은 전압이 요구된다. LCD의 경우, 개별 트랜지스터 소자들이 각각의 이미징 위치에 할당되는 "액티브 매트릭스"는 고비용 솔루션에 해당한다.

고화질(HD) TV 등과 같이 이미지 품질 표준이 상승함에 따라, 기존의 FPD 기술로는 CRT에 견주어 경쟁력있는 가격으로 이미지 품질을 도출할 수 없다. 현재 기술적으로 가능한 35mm 영화 수준의 해상도를 구현하는 것은, TV나 컴퓨터 디스플레이에 관계없이 소비자에게 부담스런 비용을 제시한다.

투영 시스템의 경우에, 두가지의 소분류가 존재한다. 즉, 텔레비전(또는 컴퓨터) 디스플레이와, 극장형 동영상 투영 시스템이 있다. 35mm 영화 투영 장비에 비교할 때 상대적이 비용이 주된 관심사이다. 그러나 HD TV의 경우, 기존의 CRT, LCD FPD, 또는 가스 플라즈마 FPD에 비추어볼 때 투영 시스템들은 저렴한 솔루션에 해당한다.

현재의 투영 시스템 기술은 또다른 요구사항에 직면하고 있다. HDTV 투영 시스템은 디스플레이 표면까지의 비교적 짧은 거리의 제약사항 내에서 균일한 이미지 품질을 유지하면서, 디스플레이 깊이를 최소화시켜야 하는 이중고에 직면한다. 이 와 같은 균형의 설정은 비교적 저렴한 비용을 댓가로 하여 덜 만족스런 절충을 이끌어낸다.

투영 시스템의 기술적으로 도전적인 선도부분은 영화용 극장의 분야에 해당한다. 동영상 스크린 설비는 투영 시스템용으로 나타난 응용 영역이며, 이러한 응용 영역에서는 균일한 이미지 품질 대 콘솔 깊이에 관한 문제점들이 일반적으로 적용되지 않는다. 대신에, 종래의 35mm 영화 영사기의 품질과 대등하여야 할 것이며, 비용도 경쟁력있어야 할 것이다. 직접 구동 이미지 광 증폭기(D-ILA), 디지털 광 처리(DLP), 그리고 격자-광-밸브(GLV) 기반 시스템을 포함하는 기존의 기술들은, 종래의 영화 투영 장비의 품질에 준하지만, 종래의 영화 영사기에 비해 상당한 비용 차이를 가진다.

직접 구동 이미지 광 증폭기는 JVC Projector 사에서 개발한 반사형 액정 광 밸브 장치이다. 구동 집적 회로(IC)는 이미지를 직접 CMOS 기반의 광 밸브에 기입한다. 액정은 단일 레벨에 비례하여 반사율을 변화시킨다.이렇게 수직으로 정렬된 결정들은 16 밀리초보다 짧은 상승+하강 시간을 가지는, 매우 빠른 응답 시간을 구현한다. 제논이나 울트라 하이 퍼포먼스(UHP) 금속 핼라이드 램프로부터의 광은 편광 빔 스플리터를 통과하여, D-ILD 소자에서 반사되고, 스크린에 투영된다.

DLP 투영 시스템의 중심에는 1987년 Texas Instrument 사의 Dr. Larry Hornbeck이 개발한 디지털 마이크로미러 소자(또는 DMD 칩)으로 알려진 광학 반도체가 있다. 이 DMD 칩은 정교한 광 스위치이다. 이 칩은 130만개까지의 힌지-장착 마이크로미러들의 장방형 어레이를 포함하고, 각각의 마이크로미러는 머리카락 폭 의 1/5보다 짧은 거리를 측정하며, 이는 투영 이미지의 한 화소에 해당한다. DMD 칩이 디지털 비디오나 그래픽 신호, 광원, 그리고 투영 렌즈와 조화될 때, 그 미러들은 모든 디지털 이미지를 스크린이나 그외 다른 표면에 반사시킨다. DMD 및 DMD를 둘러싼 정교한 전자 장치들은 디지털 광 처리(Digital Light Processing) 기술이라 불린다.

GLV(Grating Light Valve)라 불리는 프로세스가 개발되고 있다. 이 기술에 기초한 프로토타입 장치는 3000:1의 콘트래스트 비를 구현하였다(통상적인 고급 디스플레이의 콘트래스트 비도 1000:1에 불과하다). 이 장치는 칼라 구현을 위해 특정 파장으로 선택된 세개의 레이저를 이용한다. 세개의 레이저는 적색(642nm), 녹색(532nm), 그리고 청색(457nm) 레이저이다. 이 프로세스는 MEMS(MicroElectroMechanical) 기술을 이용하며, 한 라인에 1,080개의 화소들을 가진 마이크로리본 어레이로 구성된다. 각 화소는 6개의 리본으로 구성되며, 그 중 세개는 고정되고, 다른 세개는 위/아래로 움직인다. 전기 에너지가 공급되면, 세개의 이동식 리본들이 회절 격자를 형성하여 광을 필터링시킨다.

비용 불일치 문제는 저렴한 비용으로 소정의 핵심 이미지 품질을 구현함에 있어 이 기술들이 직면하는 내재적 난이성에 기인한다. 마이크로미러 DLP의 경우에 "흑색"의 품질에 관련된 콘트래스트를 구현하기가 쉽지 않다. GLV는 이러한 어려움에 직면하지 않으나, 대신에, 라인-어레이 스캔 소스를 이용하여 효과적으로 필름형 간헐적 이미지를 구현하는 어려움에 직면한다.

LCD나 MEMS 기반의 기존 기술들은 소자들의 1K x 1K 어레이를 가진 소자들 (가령, 마이크로미러, 실리콘 상의 액정(LCoS), 등)을 제작하는 경제성에 의해 또한 제약받는다. 결함 비율은, 요구되는 기술적 표준에서 동작하는 이러한 소자들의 수를 포함시킬 때, 칩-기반 시스템에서 높다.

다양한 통신 용도로 패러데이 효과와 함께 단계적 굴절률 광섬유를 이용하는 것이 잘 알려져 있다. 광섬유의 통신 분야 응용은 잘 알려져 있다. 그러나, 패러데이 효과를 광섬유에 적용하는 데는 원초적인 문제점이 존재한다. 왜냐하면, 분산 및 그외 다른 성능에 관련된 기존 광섬유들의 통신 성질이 패러데이 효과에 대해 최적화되지 않으며, 일부 경우에는 패러데이 효과에 대한 최적화에 의해 저하되기 때문이다. 기존의 일부 광섬유에서는 54미터의 경로 길이에 대해 100 에르스텟의 자기장을 인가함으로서 90도 편광 회전이 구현된다. 솔레노이드 내부에 광섬유를 배치하고 솔레노이드에 전류를 인가함으로서 요망 자기장을 생성하면, 요망 자기장을 얻을 수 있다. 통신용도의 경우, 킬로미터 단위로 측정되는 총 경로 길이를 가진 시스템에 이용하도록 설계된다는 점을 고려할 때 54 미터 경로 길이는 수용가능하다.

광섬유 분야에서 패러데이 효과를 위한 또다른 기존의 용도는 광섬유를 통한 기존의 고속 데이터 전송 위에 저속 데이터 전송을 배치하는 시스템을 들 수 있다. 고속 데이터를 느리게 변조하여 대역외 시그널링이나 제어를 제공하는 데 패러데이 효과가 사용된다. 또한, 이러한 이용은 지배적인 고려사항으로서 통신 용도로 구현된다.

이러한 기존의 응용에서, 광섬유는 통신 용도로 설계되며, 패러데이 효과에 참가하는 광섬유 성질들에 대한 임의의 수정은 통신 성질 저하를 막도록 허가되지 않는다. 앞서 언급한 통신 성질이란, 가령, 킬러미터 단위 길이의 광섬유 채널에 대해 감쇠 및 성능 성능 지표를 포함하는 것이 일반적이다.

통신에 사용하기 위해 광섬유의 성능 지표가 수용가능한 수준으로 구현되면, 매우 길면서 광학적으로 순수하고 균일한 광섬유를 효율적으로 그리고 저렴하게 제작할 수 있도록 광섬유 제작 기술이 발전되고 정련된다. 광섬유 제작 프로세스에 대한 하이 레벨 개요는, 프리폼(preform) 글래스 실린더 제작, 프리폼으로부터 광섬유 인발, 그리고 광섬유 테스트를 포함한다. 일반적으로 프리폼 블랭크(preform blank)가 제작된다. 최종 광섬유의 요망 속성(가령, 굴절률, 팽창계수, 융점, 등)을 얻기 위해 필요한 필수 화학적 조성을 가진 실리콘 용액을 통해 산소를 버블 처리하는 수정형 화학 기상 증착(MCVD)법을 이용하여 프리폼 블랭크가 제작된다. 가스 증기들은 특정 선반 내 합성 실리카나 쿼츠 튜브 내부로 전달된다. 이 선반은 회전하고, 토치(torch)가 튜브의 외부를 따라 움직인다. 토치로부터의 열에 의해, 가스의 화학종들은 산호와 반응하여 실리콘 다이옥사이드 및 게르마늄 다이옥사이드를 형성한다. 이 다이옥사이드들은 튜브 내부에 증착되고 함께 결합하여 글래스를 형성한다. 이 프로세스에 따라 블랭크 프리폼이 형성된다.

블랭크 프리폼이 형성되어, 냉각 및 테스트된 후, 프리폼은 그래파이트 로 근처의 상부에 프리폼을 가진 섬유 인발 타워 내부에 배치된다. 이 로는 프리폼의 선단부(tip)를 용융시켜, 중력으로 인해 하강하기 시작하는 용융 "방울(glob)"을 만든다. 이 방울이 하강하면, 냉각되어 가느다란 글래스를 형성한다. 이 가느다른 글래스는 일련의 처리 단계를 통해 스레딩(threading)된다. 이때, 일련의 처리 단계란, 요망 코팅을 도포하고, 이 코팅을 경화시키며, 트랙터(tracktor)에 부착하는 단계들이며, 이 트랙터는 이 가느다란 글래스를 컴퓨터에 의해 통제되는 속도로 당겨, 이 가느다란 글래스가 요망 두께를 가지게 된다. 섬유들은 초당 33~66 피트의 속도로 인발되며, 인발된 글래스는 실패(spoool)에 감긴다. 이 실패들이 1.4 마일보다 긴 광섬유를 지니는 경우도 자주 있다.

완성된 광섬유는 테스트된다. 이러한 테스트는 성질 지표에 대한 테스트를 포함한다. 통신 등급 광섬유에 대한 이 성능 지표들은, 인장 강도(100,000 파운드/in² 이상), 굴절률 프로파일(광학적 결함에 대한 스크린 및 구경), 광섬유 구조(코어 직경, 클래딩 크기, 코팅 직경), 감쇠(거리에 따른 다양한 파장의 광 저하), 대역폭, 단색 분산, 동작 온도 범위, 감쇠에 대한 온도 의존성, 그리고 물속에서의 광 전달 능력을 포함한다.

1996년에, 포톤형 결정 섬유(PCF)라 불리는 상술한 광섬유들의 변종이 소개되었다. PCF는 고굴절률의 배경 물질 내에 저굴절률의 마이크로스트럭처 배열 물질을 이용하는 광섬유/도파관 구조이다. 배경 물질은 도핑되지 않은 실리카이고, 저굴절률 영역은 광섬유 길이를 따라 뻗어가는 공기 구멍에 의해 제공되는 것이 일반적이다. PCF는 두개의 카테고리로 나눌 수 있다. 즉, 고굴절률 도파 섬유 및 저굴절률 도파 섬유로 나눌 수 있다.

앞서 설명한 기존 광섬유들과 마찬가지로, 고굴절률 도파 섬유는 수정형 전 반사(MTIR)에 의해 고체 코어 내에서 광을 전파한다. 전반사는 마이크로스트럭처 공기-충진 영역의 저굴절률에 의해 야기된다.

저굴절률 도파 광섬유는 포톤 밴드갭(PBG) 효과를 이용하여 광을 안내한다. PBG 효과가 마이크로스트럭처 클래딩 영역에서의 전파를 불가능하게 함에 따라, 광은 저굴절률 코어에 국한된다.

"기존 도파관 구조"라는 용어는 다양한 범위의 도파 구조 및 방법들을 포함하는 데 사용되는 데, 이 구조들의 범위는 본 발명의 실시예들을 구현하기 위해 본원에서 설명되는 바와 같이 수정될 수 있다. 여러 다른 섬유 종류 보조물의 특성은 이들이 사용되는 여러 다른 응용분야에 대해 적합하게 구성된다. 광섬유 시스템을 적절하게 운영하는 것은, 어떤 종류의 섬유가 사용되며 왜 사용되고 있는 지를 아는 것에 달려있다.

종래의 시스템들은 단일-모드, 멀티모드, 그리고 PCF 도파관을 포함하며, 다양한 그 하위 변형들을 또한 포함한다. 예를 들어, 멀티모드 섬유들은 단계식 굴절률 섬유와 점진형 굴절률 섬유를 포함하며, 단일-모드 섬유들은 단계식 굴절률, 일치형 클래드, 오목형 클래드, 그리고 그외 다른 신종 구조를 포함한다. 멀티 모드 섬유는 짧은 전송 거리에 적합하도록 설계되며, LAN 시스템과 비디오 감시기에 사용하기에 적합하다. 단일 모드 섬유는 긴 전송 거리에 적합하도록 설계되며, 장거리 전화 및 다채널 텔레비전 방송 시스템에 적합하다. 에어-클래드(air-clad)나 순간-연결식 도파관은 광학 와이어와 광학 나노-와이어를 포함한다.

단계식 굴절률은 도파관에 대한 굴절률의 급격한 변화가 제공됨을 의미한다. 코어의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 크다. 점진형 굴절률은 코어 중심으로부터 멀어질수록 감소하는 굴절률을 가지는 구조(가령, 코어가 포물선형 구조를 가짐)를 의미한다. 단일 모드 섬유들은 특정 응용을 위해 맞춤 제작된 여러 다른 프로파일들을 개발하였다(비-분산-시프트 섬유(NDSF), 분산-시프트 섬유(DSF), 0이 아닌 분산-시프트 섬유(NZ-DSF)같은 길이 및 복사 주파수). 편광-유지(PM) 섬유라 불리는 단일 모드 섬유의 중요한 변형이 개발되었다. 지금까지 언급한 모든 다른 단일 모드 섬유들은 임의적으로 편광된 광을 지닐 수 있었다. PM 섬유는 입사광의 한가지 편광만을 전파시키도록 설계된다. PM 섬유는 다른 섬유 종류에는 보이지 않는 특징을 가진다. 코어 외에, 응력봉(stress rod)이라 불리는 추가적인 길이방향 영역들이 존재한다. 그 이름이 제시하는 바와 같이, 이 응력봉들은 섬유 코어에 응력을 생성하여, 단 한개의 편광 평면의 투과만이 선호되게 된다.

상술한 바와 같이, 기존의 자기광학 시스템들은, 특히 패러데이 회전자 및 분리기들은, 희토류 도핑 가넷 결정 및 그외 다른 전용 물질(가령, 이트륨 철 가넷(YIG)이나 비스무스 치환 YIG 등)들을 포함하는 자기 광학 물질들을 이용하고 있다. 부동 존(Floting Zone: FZ) 방법을 이용하여 YIG 단결정이 성장한다. 이 방법에서, Y₂O₃와 Fe₂O₃가 믹싱되어 YIG의 화학적 조성을 형성하고 그후 이 믹스처가 소결된다. 결과적인 소결물은 FZ 로(furnace) 내 한 샤프트의 마더 스틱으로 설정되고, YIG 시드 결정은 나머지 샤프트 상에 설정된다. 소결된 물질은 마더 스틱과 시드 결정 사이의 중앙 영역에 위치하여, YIG 단결정의 증착을 촉진시키는 데 필요한 유체를 형성한다. 할로겐 램프로부터의 광은 중앙 영역에 포커싱되고, 두 샤프트는 회전한다. 산소 분위기에서 가열될 때 중앙 영역은 용융 존을 형성한다. 이 조건 하에서, 마더 스틱과 시드는 일정 속도로 이동하고, 결과적으로, 마더 스틱을 따라 용융 존을 이동시켜서, YIG 소결물로부터 단결정을 성장시킨다.

FZ 방법이 공기 중에 담긴 마더 스틱으로부터 결정을 성장시키기 때문에, 오염이 배제되고 고순도 결정을 얻을 수 있다. FZ 방법은 012 x 120 mm를 측정하는 주괴(ingot)들을 생성한다.

Bi-치환형 철 가넷 필름은 LPE 로를 포함하는 액상 에피택시(LPE)에 의해 성장한다. 결정 물질 및 PbO-B₂O₃ 플럭스는 가열되어 백금 도가니에서 용융 상태로 만들어진다. 단결정 웨이퍼(가령, (GdCa)₂, (GaMgZr)₅O₁₂)가 회전하면서 용융 표면에서 소킹(soaking)되어, 이에 따라, Bi-치환 철 가넷 필름이 웨이퍼 상에서 성장하게 된다. 직경 3인치에 달하는 두께의 필름이 성장될 수 있다.

45도 패러데이 회전자를 얻기 위해, 이 필름들은 소정의 두께로 그라인딩되고, 반사 방지 코팅으로 도포되며, 그후 1-2mm 정사각형으로 절단되어 분리기에 부합되게 된다. YIG 단결정에 비해 큰 패러데이 회전 용량을 가지기 때문에, Bi-치환 철 가넷 필름은 100 미크론 수준으로 얇아져야 하며, 따라서, 높은 정밀도의 가공이 요구된다.

새로운 시스템들은 Bi-치환 이트륨-철-가넷(Bi-YIG) 물질, 박막, 그리고 나노파우더의 제작 및 합성을 제공하며, 미국, 조지아주, Atlanta, Peachtree Industrial Boulevard 5313에 소재한 nGimat Co.사는 박막 코팅 제작을 위한 연소형 화학 기상 증착(CCVD) 시스템을 이용한다. CCVD 프로세스에서, 물체 코팅에 사용되는 금속-함유 화학종들인 프리커서들이, 연소가능한 연료인 용액에 용해된다. 이 용액은 원자화되어 특별 노들을 이용하여 마이크로스코픽 방울들을 형성한다. 이 방울들을 산소 스트림이 화염에 전달하며, 이 화염에서 연소가 이루어진다. 화염 앞에서 단순히 인발함으로서 기판이 코팅된다. 화염으로부터의 열은, 방울들을 증기화시키고 프리커서들을 반응시켜 기판에 증착시키는 데 필요한 에너지를 제공한다.

추가적으로, 여러 III-V 족 및 원소 반도체 시스템의 이종간 일체화를 구현하기 위해 에피택셜 리프트오프(epitaxial liftoff)가 사용되어왔다. 그러나, 소정의 프로세서들을 이용하여 여러 다른 중요한 물질 시스템의 소자들을 집적시키는 것은 어려운 일이다. 이러한 문제점의 대표적인 예는 온-칩 박막 광학적 분리기에 필요한 시스템으로서, 반도체 플랫폼 상에 단결정 전이 금속을 집적시키는 것이다. 자기 가넷에서 에피택셜 리프트오프를 구현하는 것이 보고된 바 있다. 가돌리늄 갈륨 가넷(GGG) 상에서 성장하는 단결정 이트륨 철 가넷(YIG)과 비스무스-치환 (Bi_YIG) 에피택셜 층에서 매립된 희생층을 생성하는 데 딥 이온 주입(Deep ion implamentation)이 사용된다. 주입에 의해 발생되는 손상은 희생층과 가넷 나머지 부분 간의 큰 에칭 선택도를 유도한다. 인산 에칭에 의해 10 미크론 두께의 필름들이 원래의 GGG 기반으로부터 떨어져 나간다. 밀리미터 크기의 조각들이 실리콘 및 갈륨 아시나이드 기판으로 전이된다.

더우기, 동일 두께의 단일층 비스무스 철 가넷 필름보다 748nm에서 140% 큰 패러데이 회전을 디스플레이하는 자기광학적 포톤형 결정이라는 다층 구조가 보고된 바 있다. 현재의 패러데이 회전자는 단결정이나 에피택셜 필름인 것이 일반적이다. 그러나 이 단결정 장치들은 비교적 커서, 일체형 광학장치같은 분야에 이용하기가 어렵다. 또한 필름이 500 미크론 수준의 두께를 디스플레이하기에, 대안의 물질 시스템이 바람직하다. 철 가넷, 특히 비스무스 및 이트륨 철 가넷같은 적층 필름들을 이용하는 것이 연구된 바 있다. 70nm 두께의 비스무스 철 가넷(BIG) 위의 81nm 두께의 이트륨 철 가넷(YIG)의 네개의 이종에피택셜층, 279 nm 두께의 BIG 중앙층, 그리고 YIG 위의 네개의 BIG 층으로 스택이 구성된다. 스택을 제작하기 위해, LPX305i 248-nm KrF 엑시머 레이저를 이용한 펄스형 레이저 증착이 사용되었다.

상술한 바와 같이, 공지 기술은 대부분의 자기광학 시스템에서 특별한 자기광학 물질을 이용하고 있다. 하지만, (통신 지표들이 절충되지 않는 한) 필요한 자기장 강도를 생성함으로서 비-PCF 광섬유같은 종래와는 다른 자기광학 물질로 패러데이 효과를 이용하는 것 역시 알려져 있다. 일부 경우에, 기제작된 광섬유와 연계하여 후기 제작 방법들이 사용되어, 소정의 자기 광학 분야에 사용할 특별한 코팅을 제공할 수 있다. 다양한 요망 결과를 얻기 위해 기제작된 물질의 사후 제작 처리가 필요하다는 점에서, 위의 기재는 특별한 자기 광학 결정 및 그외 다른 벌크 구현에 대해서도 적용된다. 이러한 추가 작업은 특정 섬유의 최종 비용을 증가시키고, 섬유가 요망 사양에 부합하지 못하는 추가적인 상황들이 또한 나타난다. 여러 자기광학 장비들이 소수의 자기광학 컴포넌트들을 포함하기 때문에, 유닛당 비교적 높은 비용을 감내할 수 있다. 그러나, 요망 자기광학 컴포넌트들의 수가 증가함에 따라, 최종 비용(및 시간)이 크게 증가하며, 수백개 또는 수천개의 이러한 컴포넌트들을 이용하는 장치에서는 유닛 비용을 크게 감소시켜야만 한다.

따라서, 유닛 비용을 감소시키면서, 가공성, 재현성, 균일성, 신뢰성을 증가시키도록, 외부 영향에 대한 도파관의 복사-영향 성질의 반응성을 개선시킬 수 있는, 공지 기술에 대해 장점을 제공하는 대안의 도파관 기술이 필요하다.

본 발명의 선호되는 실시예의 제작 방법은, a) 기판에 도파관 구조를 배치하는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하여 복사 신호를 입력부로부터 출력부로 전파시키는 단계, b) 제어 신호에 따라, 도파관 구조에 인플루언서 시스템을 인접 배치하여, 영향 존 내에서 복사 신호의 진폭-영향 속성을 독립적으로 제어하는 단계, 그리고 c) 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 하기 위해 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키도록 도파관 구조의 경로를 배열하는 단계를 포함한다.

본 발명의 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램, 그리고 전파 신호들은 수정형 도파관 제작 공정을 이용할 수 있는 장점을 제공한다. 선호되는 실시예에서, 도파관은 광학 트랜스포트로서, 광섬유나 도파관 채널에 해당한다. 구체적으로, 복사선의 요망 성질을 보존하면서 광학적으로 활성인 컴포넌트들을 포함시킴으로서 인플루언서의, 단거리 성질에 영향을 미치는 특성을 개선시키도록 구성된 광섬유나 도파관 채널에 해당한다. 선호되는 실시예에서, 영향받을 복사 성질은 복사선의 편광 상태를 포함하며, 상기 인플루언서는 광학 트랜스포트의 전송축에 평행하게 전파되는 제어가능한 가변 자기장을 이용하여 편광 회전 각을 제어하는 데 패러데이 효과를 이용한다. 광학 트랜스포트는 매우 짧은 광학적 길이에 대해 작은 자기장 강도를 이용하여 신속하게 편광을 제어할 수 있도록 구성된다. 복사선은 최초에, 한개의 특정 편광을 가진 파동 컴포넌트를 생성하도록 제어된다. 파동 컴포넌트의 편광은 영향을 받아, 영향 효과에 따라 방출된 복사선의 진폭을 제 2 편광 필터가 변조한다. 선호되는 실시예에서, 이러한 변조는 방출된 복사선을 소멸시키는 과정을 포함한다. 본원 및 관련 출원들은 본 발명과 협조적으로 구성 및 동작가능한 패러데이 구조의 도파관, 패러데이 구조의 도파관 변조기, 디스플레이, 그리고 그외 다른 도파관 구조 및 방법을 제시한다.

저렴하고 균일하며 효율적인 자기 광학 시스템 소자들을 제조하기 위해 본 발명에서 제시되는 광섬유 도파관 제작 기술에 따라, 유닛 비용을 감소시키면서 우수한 가공성, 재현성, 균일성, 그리고 신뢰성을 가질 수 있도록, 외부 영향에 대한 도파관의 복사 영향 성질의 반응성을 개선시키는, 공지 기술에 비해 우월한 장점들을 제공하는 대안의 도파관 기술이 제공된다.

도 1은 본 발명의 선호 실시예의 개략도.

도 2는 도 1에 도시된 선호 실시예의 특정 구현에 대한 상세도.

도 3은 도 2에 도시된 최종 실시예의 단부 도면.

도 4는 디스플레이 어셈블리에 대한 선호 실시예의 개략적 블록도표.

도 5는 도 4에 도시된 정면 패널의 출력 포트들의 도면.

도 6은 도 2에 도시된 도파관의 일부분에 대한 선호 실시예의 개략도.

도 7은 본 발명의 도파관 프리폼의 선호 실시예를 구성하기 위한, 대표적인 도파관 제작 시스템의 블록도표.

도 8은 본 발명의 선호 실시예를 구성하기 위한 대표적 섬유 인발 시스템의 개략도.

도 9는 본 발명의 선호 실시예에 따른 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션 소자의 개략도.

도 10은 도 9에 도시된 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션의 일련의 제작 단계들의 개략도.

도 11은 수직 디스플레이 시스템의 개략도.

도 12는 도 11에 도시된 한 스트립의 일부분의 상세도.

도 13은 반도체 구조에서 수직 도파관 채널들을 이용하는 수직 솔루션으로 반도체 도파관 디스플레이/프로젝터를 이용하는 디스플레이 시스템의 대안의 선호 실시예 도면.

도 14는 "코일폼" 패턴을 차례로 구성하는 2개층(제 1 층 및 제 2 층)을 도시하는 도면.

도 15는 반도체 구조에서 평면형 도파관 채널들을 이용하는 평면형 솔루션으로 반도체 도파관 디스플레이/프로젝터를 구현하는 디스플레이 시스템의 대안의 선호 실시예 도면.

도 16은 수평면으로부터 수직면까지 도파관/인플루언서에 의해 밸브기능을 하는 광을 리디렉션시키는 편향 메커니즘과 조합된, 복사 신호를 전파시키기 위한, 반도체 구조에 일체화된 트랜스포트/인플루언서 시스템(1600)의 단면도.

도 17은 도 15에 도시된 디스플레이 시스템의 개략도로서, 단일 화소를 생성하는 세개의 서브화소 채널들을 도시하는 도면.

도 18은 한 시스템 내 도파관 경로 구조의 부가적 구현을 위한 선호 실시예 도면.

도 1은 패러데이 구조 도파관 변조기(100)용의 본 발명의 선호 실시예의 개략도이다. 변조기(100)는 광학 트랜스포트(105), 광학 트랜스포트(105)에 연결된 성질 인플루언서(110), 제 1 성질 소자(120), 그리고 제 2 성질 소자(125)를 포함한다.

트랜스포트(105)는 당 분야에 잘 알려진 광학 도파관 구조들에 기초하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포트(105)는 한개의 안내 영역과 한개 이상의 경계 영역(코어와 한개 이상의 클래딩층)을 포함하는 안내 채널을 가진 전용 광섬유(통상적인 광섬유나 PCF)일 수 있다. 또는, 트랜스포트(105)가 한개 이상의 이러한 안내 채널들을 가진 벌크 장치나 기판의 도파관 채널일 수 있다. 종래의 도파관 구조는 인플루언서(110)의 속성과, 영향받을 복사선 성질의 종류에 기초하여 수정된다.

인플루언서(110)는 트랜스포트(105)를 통해 전송되는 복사선에 대한, 또는 트랜스포트(105)에 대한 성질 영향을 표현하는 구조이다. 여러 다른 종류의 복사선 성질들이 영향받을 수 있고, 여러 경우에, 임의의 주어진 성질에 영향을 미치기 위해 사용되는 특정 구조가 구현예마다 달라질 수 있다. 선호 실시예에서, 회전의 출력 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있는 성질들이 요망하는 영향 성질에 해당한다. 예를 들어, 복사 편광각은 영향받을 수 있는 한가지 성질이며, 복사선의 통과 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있는 성질이다. 고정 편광자같은 또다른 소자의 이용은, 편광자의 전파축에 대한 복사선의 편광각에 기초하여 복사선 진폭을 제어할 것이다. 편광각 제어는 본 예에서 전파 복사선을 변경시킨다.

그러나, 다른 종류의 성질도 물론 영향받을 수 있으며, 출력 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 이 성질의 속성과, 이 성질에 대한 영향의 종류 및 정도에 기초하여, 출력 진폭을 제어하는 데 변조기(100)와 함께 다른 소자들이 사용된다. 일부 실시예에서, 출력 진폭과는 다른 복사선의 또다른 특성이 바람직하게 제어될 수 있다. 이에 따르면, 식별된 성질과는 다른 복사선 성질이 제어되어야 하며, 요망 속성에 대한 요망 제어를 구현하기 위해 성질들이 서로 다르게 제어되어야 할 필요가 있다.

패러데이 효과는 트랜스포트(105) 내에서 편광 제어를 구현하는 한가지 방법의 한 예에 불과하다. 패러데이 편광 회전 영향을 위한 인플루언서(110)의 선호되는 실시예는 트랜스포트(105)에 인접하게 또는 일체형으로 나타나는 가변 및 고정 자기장의 조합을 이용한다. 이러한 자기장은 다음과 같이 바람직하게 발생된다. 즉, 제어되는 자기장은 트랜스포트(105)를 통해 전송되는 복사선의 전파 방향에 평행하게 배향된다. 트랜스포트에 대해 자기장의 방향 및 크기를 적절하게 제어함으로서, 복사 편광각에 대해 요망 수준의 영향을 얻을 수 있다.

본 특정 예에서, 트랜스포트(105)가 인플루언서(110)에 의해 선택된 성질의 영향능력을 개선 및 최대화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 패러데이 효과를 이용한 편광 회전 성질의 경우, 트랜스포트(105)가 도핑되고, 형성되며, 처리되어, 버데트 상수를 증가/최대화시킨다. 버데트 상수가 클수록, 인플루언서(110)가 주어 진 필드 길이 및 트랜스포트 길이에서 편광 회전각에 영향을 미치는 것이 용이하다. 선호 실시예에서, 버데트 상수에 관한 작업이 주작업이며, 트랜스포트(105)의 도파관에 관한 다른 특성/속성/특징들은 보조 작업에 해당한다. 선호 실시예에서, 인플루언서(110)는 도파관 제작 공정(가령, 프리폼 제작이나 인발 과정)을 통해 트랜스포트(105)와 일체형으로 구성되거나 "강하게" 상관된다.

소자(120)와 소자(125)는 인플루언서(110)에 의해 영향받을 요망 복사선 성질에 대한 선택/필터링/동작을 위한 성질 소자들이다. 소자(120)는 적정 성질을 위한 요망 상태를 가진 입력 복사선의 파동 컴포넌트를 통과시키기 위해 게이팅 소자로 사용되는 필터일 수 있다. 또는, 입사 복사선의 한개 이상의 파동 컴포넌트를 적정 성질을 위한 요망 상태로 순응하게 하는 처리 소자일 수 있다. 소자(120)로부터 게이팅된/처리된 파동 컴포넌트들이 광학 트랜스포트(105)에 제공되고, 성질 인플루언서(110)가 이동하는 파동 컴포넌트에 앞서와 같이 영향을 미친다.

소자(125)는 소자(120)에 대해 협력적 구조를 가지며, 영향받은 파동 컴포넌트에 대해 동작한다. 소자(125)는 WAVE_OUT을 통과시키는 구조이며, 파동 컴포넌트의 성질 상태에 기초하여 WAVE_OUT의 진폭을 제어하는 구조이다. 이러한 제어의 속성 및 특이사항은, 영향받은 성질과, 소자(120)로부터의 성질 상태, 그리고 초기 상태가 인플루언서(110)에 의해 어떻게 영향받았는 지에 관한 세부사항에 관련된다.

예를 들어, 영향받는 성질이 파동 컴포넌트의 편광 성질/편광 회전각일 경우, 소자(120)와 소자(125)는 편광 필터일 수 있다. 소자(120)는 우측 원형 편광같 은, 파동 컴포넌트에 대한 특정 종류의 편광을 선택한다. 인플루언서(110)는 트랜스포트(105)를 통과함에 따라 복사선의 편광 회전각을 제어한다. 소자(125)는 소자(125)의 투과각에 대한 최종 편광 회전각에 기초하여 영향받는 파동 컴포넌트를 필터링시킨다. 다시 말해서, 영향받은 파동 컴포넌트의 편광 회전각이 소자(125)의 투과각과 일치할 경우, WAVE_OUT은 높은 진폭을 가진다. 영향받은 파동 컴포넌트의 편광 회전각이 소자(125)의 투과각과 교차할 경우, WAVE_OUT은 낮은 진폭을 가진다. 본 내용에서 언급한 "교차"란, 종래의 편광 필터에 대한 투과축에 대해 90도만큼 오정렬된 회전각을 의미한다.

더우기, 소자(120)와 소자(125)의 상대적 방위각을 구축하여, WAVE_OUT의 최대 진폭, WAVE_OUT의 최소 진폭, 또는 그 사이의 소정의 값을 디폴트 컨디션에서 얻을 수 있도록 하는 것이 가능하다. 디폴트 컨디션은 인플루언서(110)로부터 영향받지 않은 출력 진폭의 크기를 의미한다. 예를 들어, 소자(120)의 투과축에 대해 90도 관계로 소자(125)의 투과축을 설정함으로서, 디폴트 컨디션은 선호 실시예의 최소 진폭이 될 것이다.

소자(120)와 소자(125)가 개별적인 컴포넌트일 수 있으며, 또는, 두 구조 중 한가지 이상이 트랜스포트(105)에 일체형으로 구성될 수도 있다. 일부 경우에, 소자들이 선호 실시예에서처럼 트랜스포트(105)의 입력 및 출력에 국부적으로 위치할 수도 있지만, 다른 실시예에서는 이 소자들이 트랜스포트(105)의 특정 영역에 분포하거나 트랜스포트(105) 전체에 분포될 수도 있다.

동작 시에, 소자(120)에 복사선(WAVE_IN)이 입사되고, 적절한 성질(가령, 우 측 원형 편광(RCP) 회전 컴포넌트)이 게이팅되고 처리되어 RCP 파동 컴포넌트를 트랜스포트(105)까지 전달한다. 트랜스포트(105)는 RCP 파동 컴포넌트를 통과시켜서 소자(125)와 상호작용하게 하고, 결국 파동 컴포넌트(WAVE_OUT)가 출력된다. 입사 WAVE_IN은 편광 성질에 대해 여러개의 수직 상태(가령, 우측 원형 편광(RCP)와 좌측 원형 편광(LCP))을 가진다. 소자(120)는 편광 회전 성질에 대한 특정 상태를 생성한다(가령, 수직 상태들 중 하나를 통과시키고 나머지들을 차단시켜 한 상태만이 통과하게 된다). 인플루언서(110)는 제어 신호에 따라, 통과하는 파동 컴포넌트의 특정 편광 회전에 영향을 미치며, 제어 신호에 의해 명시된 대로 이를 변화시킬 수 있다. 인플루언서(110)는 90도 범위만큼 편광 회전 성질에 영향을 미칠 수 있다. 소자(125)는 그후 파동 컴포넌트와 상호작용하여, 파동 컴포넌트 편광 회전이 소자(125)의 투과축과 일치할 때 최대값으로부터, 그리고 파동 컴포넌트 편광이 투과축과 교차될 때 최소값으로부터 변조될 WAVE_IN의 복사선 진폭을 구현한다. 소자(120)를 이용함으로서, WAVE_OUT의 진폭은 최대 수준에서 소멸 수준까지 변할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 선호 실시예의 특정 구현의 상세도이다. 이 구현은 설명을 단순화시키도록 의도된 것으로서, 본 예에 제한되어서는 안될 것이다. 도 1에 도시된 패러데이 구조의 도파관 변조기(100)가 도 2에 도시되는 패러데이 광학 변조기(200)이다.

변조기(200)는 코어(205), 제 1 클래딩층(210), 제 2 클래딩층(215), 코일이나 코일폼(220), 입력 소자(235), 그리고 출력 소자(240)를 포함한다. 코일(220)은 제 1 제어 노드(225)와 제 2 제어 노드(230)를 가진다. 도 3은 소자(235)와 소자(240) 사이에서 취한 도 2에 도시되는 선호 실시예의 단면도다.

코어(205)는 표준 섬유 제작 기술에 의해 부가되는 다음의 도펀트들 중 한가지 이상을 지닐 수 있다. 가령, 진공 증착 방법에 대한 변형을 들 수 있는 데, a) 칼라 다이 도펀트(color dye dopant)(변조기(200)를 효과적으로 조명원 시스템으로부터의 칼라 필터화함), 그리고 b) YIG/Bi-YIG 또는 Tb, 또는 TGG 또는 그외 다른 도펀트같은 광학적 활성 도펀트(자기장 존재 하에 효율적 패러데이 회전을 구현하기 위해 코어(205)의 버데트 상수를 증가시킴)을 지닐 수 있다. 제작 중 섬유를 가열하거나 섬유에 응력을 가하는 것은, 코어(205)에 구멍이나 불규칙성을 부가하여, 버데트 상수를 추가적으로 증가시키거나 비선형 효과를 구현한다.

상당수의 실리카 광섬유가 실리카 퍼센티지에 비해 높은 수준의 도펀트들로 제작된다(50% 함량의 도펀트까지도 가능하다). 다른 종류의 섬유에서 실리카 구조의 현재의 도펀트 농도는 수십 미크론 거리에서 90도의 패러데이 회전을 구현한다. 종래의 섬유 제작자들은 도펀트 농도 증가(가령, JDS Uniphase 사에서 상용화한 섬유)와 도펀트 프로파일 제어(가령, Corning Incorporated 사에서 상용화한 섬유)에 있어서 개선점을 계속하여 구현하고 있다. 코어(205)는 충분히 높은 그리고 제어된 농도의 광학적 활성 도펀트들을 얻어, 미크론 스케일 거리에서 저출력으로 신속한 회전을 제공하고, 이 출력/거리 값은 계속하여 감소하고 있다.

제 1 클래딩층(210)은 강자성 다닐 분자 자석으로 도핑되며, 이 자석들은 강한 자기장에 노출되었을 때 영구적으로 자화된다. 제 1 클래딩층(210)의 자화는 코 어(205)나 프리폼에 부가되기 전에 또는 변조기(200)가 인발되기 전에, 구현될 수 있다. 이러한 과정 중, 프리폼이나 인발된 섬유가 코어(205)의 투과축으로부터 90도 벗어난 강한 영구 자석 자기장을 통과한다. 선호 실시예에서, 이러한 자화는 섬유 인발 장치의 한 소자로 배치되는 전기-자기 소자에 의해 구현된다. 광학적으로 활성인 코어(205)의 자기 도메인을 포화시키는 (영구 자석 성질을 가진) 제 1 클래딩층(210)이 제공되지만, 이 클래딩층(210)은 섬유(200)를 통과하는 복사선의 회전각을 변화시키지 않는다. 왜냐하면, 층(210)으로부터의 자기장의 방향이 전파방향에 수직이기 때문이다. 관련 출원에서는 결정질 구조에서 비-최적화 핵들의 분쇄에 의해, 도핑된 강자성 클래딩의 방위각을 최적화시키는 방법을 제시한다.

비교적 고온에서 자화될 수 있는 단일 분자 자석(SMM)이 발견되었기 때문에, SMM을 도펀트로 이용하는 것이 바람직하다. SMM을 이용함으로서, 우수한 도핑 농도와 도펀트 프로파일 제어를 구현할 수 있다. 상용화된 단일 분자 자석 및 그 방법의 예는 미국, 콜로라도 주 Denver에 소재한 ZettaCore, Inc. 사에서 상용화한 기술을 들 수 있다.

제 2 클래딩층(215)은 페리/강자성 물질로 도핑되며, 적절한 히스테리시스 곡선을 가진다. 선호 실시예는 필수적인 자기장을 발생시킬 때 폭넓으면서도 평탄한 짧은 곡선을 이용한다. 제 2 클래딩층(215)이 인접 자계 발생 소자(가령, 코일(220))에 의해 발생되는 자기장에 의해 포화되었을 때(상기 자계 발생 소자는 스위칭 매트릭스 구동 회로(도시되지 않음)같은 컨트롤러로부터의 신호(가령, 제어 펄스)에 의해 구동됨), 제 2 클래딩층(215)은 변조기(200)에 대해 요망되는 회전 정도에 적합한 자화 수준에 신속하게 도달한다. 더우기, 제 2 클래딩층(215)은 차후 펄스가 자화 레벨을 증가시키거나(동일 방향 전류), 리프레시하거나(전류가 없거나 +/- 유지 전류), 자화 레벨을 감소시킬 때(반대방향 전류)까지 그 레벨 근처에서 자화 상태를 유지한다. 도핑된 제 2 클래딩층(215)의 이러한 잔여 플럭스는 인플루언서(110)에 의한 자기장의 일정 공급없이도 시간에 따라 적절한 회전 수준을 유지한다.

도핑된 페리/강자성 물질의 적정 수정/최적화는 적정 공정 단계에서 클래딩의 이온 충돌에 의해 추가적으로 영향받을 수 있다. 프랑스 파리에 소재한 Alcatel 사의 미국특허 6,103,010 호, "Method of Depositing a Ferromagnetic Film on a Waveguide And a Magneto-Optic Component Comprising a Thin Ferromagnetic Film Deposited by the Method"를 참조할 수 있다. 이 문헌에서는 도파관에 기상 증착 방법에 의해 증착되는 강자성 박막이, 선호되는 결정질 구조에서 정렬되지 않은 핵들을 분쇄하는 입사각으로의 이온 빔과 충돌한다. 결정질 구조의 변형은 당 분야에 잘 알려진 방법이며, 제작된 섬유나 도핑된 프리폼 물질의 형태로 도핑된 실리카 클래딩에 이용될 수 있다. '010 특허는 본원에서 참고로 인용된다.

제 1 클래딩층(210)과 유사하게, 비교적 고온에서 자화될 수 있는 적절한 단일 분자 자석(SMM)이 제 2 클래딩층(215)을 위한 도펀트로 바람직하다(우수한 도핑 농도를 제공할 수 있다).

선호 실시예의 코일(220)은 초기 자기장을 발생시키기 위해 섬유(200)에 일체형으로 제작된다. 코일(220)로부터의 이 자기장은 코어(205)를 통과하는 복사선 의 편광 각을 회전시키고, 제 2 클래딩층(215)에서 페리/강자성 도펀트를 자화시킨다. 이 자기장들의 조합은 요망 주기(섬유들의 매트릭스가 집합적으로 디스플레이를 형성할 때 비디오 프레임의 시간)동안 요망 회전각을 유지한다. 본원 설명을 위해, "코일폼"은 다수의 전도성 세그먼트들의 섬유축에 대해 직각으로 그리고 서로에 대해 평행하게 배치되는 점에서 코일의 구조와 유사하게 규정된다. 재료 성능이 개선됨에 따라, 즉, 높은 버데트 상수를 가진 도펀트를 이용하여 도핑된 코어의 유효 버데트 상수가 증가함에 따라, 섬유 소자를 둘러싸는 코일이나 코일폼에 대한 필요성이 감소하거나 제거되며, 더 간단한 단일 밴드나 가우시안 실린더 구조가 실용적일 것이다. 이 구조들은, 코일폼의 기능을 수행할 때, 코일폼의 정의 내에 포함된다.

패러데이 효과를 명시하는 방정식의 변수(자기장 강도, 자기장이 공급되는 거리, 그리고 회전 매질의 버데트 상수)들을 고려할 때, 변조기(200)를 이용하는 구조, 컴포넌트, 그리고 장치들은 강하지 않은 자기장을 생성하는 물질로 형성된 코일이나 코일폼을 보상할 수 있다. 보상은 변조기(200)를 길게함으로서, 또는, 유효 버데트 상수를 추가적으로 증가시킴으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에에서, 코일(220)은 금속 와이어보다 덜 효율적인 전도성 폴리머인 전도성 물질을 이용한다. 또다른 구현예에서, 코일(220)은 좀 더 효율적인 물질로 사용되는 대신에, 넓은 폭, 적은 수의 권선을 이용한다. 또다른 사례의 경우에, 코일(220)이 편리한 공정에 의해 제작되지만 덜 효율적인 동작을 가진 코일(220)을 생성할 경우, 적절한 전체 동작 성능을 얻기 위해 필요에 따라 다른 매개변수들이 보상을 행 할 수 있다.

섬유 길이, 코어의 버데트 상수, 그리고 자계 발생 소자의 피크 자계 출력 및 효율과 같은 설계 매개변수들 간에는 절충이 가능하다. 이러한 절충을 고려할 때, 일체형으로 형성되는 코일폼에는 네가지 선호되는 실시예가 나타난다. 즉, 1) 코일/코일폼 구현을 위한 트위스트 섬유, 2) 다층 권선 구현을 위해 전도성 패턴으로 인쇄된 박막으로 에피택시 방식에 의해 둘러싸인 섬유, 3) 코일/코일폼 제작을 위해 섬유에 딥-펜 나노리소그래피에 의해 인쇄 구현, 4) 코팅된/도핑된 글래스 섬유, 또는 금속으로 코팅되거나 코팅되지 않은 전도성 폴리머, 또는 금속 와이어로 감긴 코일/코일폼이 네가지 실시예에 해당한다.

노드(225)와 노드(230)는 코어(205), 클래딩층(215), 그리고 코일(220)에서 필수 자기장의 발생을 유도하기 위한 신호를 수신한다. 이 신호는 간단한 실시예에서, 적정 크기 및 시간구간을 가진 DC 신호로서, 요망 자기장을 생성하여 변조기(200)를 통해 전파되는 WAVE_IN 복사선의 편광각을 회전시키기 위한 DC 신호이다. 변조기(200)가 사용될 때 컨트롤러(도시되지 않음)가 이 제어 신호를 제공할 수 있다.

입력 소자(235)와 출력 소자(240)는 선호 실시예에서 편광 필터로서, 개별적인 컴포넌트로, 또는 코어(205)에 일체형으로 제공된다. 편광자로서 입력 소자(235)는 여러 종류의 방식으로 구현될 수 있다. 코어(205)에 단일 편광 종류(원형 또는 선형)의 광을 통과시키는 다양한 편광 메커니즘이 사용될 수 있다. 선호 실시예는 코어(205)의 입력단에 에피택시 방식으로 증착되는 박막을 이용한다. 대 안의 선호 실시예는 코어(205)나 클래딩층의 실리카에 대한 편광 필터링을 구현하기 위해 도파관(200)에 사용화된 나노스케일 마이크로구조형성 기술을 이용한다. 한개 이상의 광원으로부터 광의 효율적 입력을 위한 일부 구현예에서, 선호되는 조명 시스템은 "잘못된" 초기 편광의 광을 반복적으로 반사시킬 수 있도록 공동을 포함할 수 있다. 따라서, 모든 광이 결국 허가된 또는 "올바른" 편광을 가지게 된다. 부가적으로, 조명원으로부터 변조기(200)까지 거리에 따라, 편광 유지 도파관이 이용될 수 있다.

선호 실시예의 출력 소자(240)는 디폴트 "오프" 변조기(200)에 대해 입력 소자(235)의 방위각으로부터 90도 벗어난 "편광 필터" 소자이다. 일부 실시예에서, 디폴트는 입력 및 출력 소자들의 축을 정렬시킴으로서 "온"으로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 인플루언서로부터의 적절한 제어와 입력 및 출력 소자들의 적절한 관계에 의해 50% 진폭같은 다른 디폴트들이 구현될 수 있다. 소자(240)는 코어(205)의 출력단에 에피택시 방식으로 증착되는 박막인 것이 바람직하다. 입력 소자(235)와 출력 소자(240)는 다른 편광 필터/제어 시스템을 이용하여 본원에서 소개된 구성과는 다르게 구성될 수도 있다. 영향받을 복사 성질이 복사 편광각과는 다른 성질(가령, 위상이나 주파수)을 포함할 때, 인플루언서에 따라 WAVE_OUT의 진폭을 변조하기 위해 상술한 바와 같이 요망 성질을 적절하게 게이팅/처리/필터링하는 데 다른 입력 및 출력 기능들이 사용된다.

도 4는 디스플레이 어셈블리(400)의 선호 실시예에 대한 개략도이다. 어셈블리(400)는 도 2에 도시되는 바와 같이 도파관 변조기(200ij)에 의해 각기 발생되는 다수의 화소들의 집합체를 포함한다. 변조기(200ij)의 각 인플루언서를 제어하기 위한 제어 신호들이 컨트롤러(200ij)에 의해 제공된다. 복사원(410)은 변조기(200ij)에 의해 입력/제어를 위한 복사선을 제공하며, 프론트 패널은 변조기(200ij)를 요망 패턴으로 배열하거나 한개 이상의 화소들의 사후-출력 처리를 제공하는 데 사용될 수 있다.

복사원(410)은 단일형 백색광원일 수도 있고, 개별적인 RGB/CMY 튜닝 광원일 수 있다. 복사원(410)은 변조기(200ij)의 입력단으로부터 이격되어 위치할 수도 있고, 이 입력단에 인접하게 배치될 수도 있고, 변조기(200ij)에 일체형으로 구성될 수도 있다. 일부 구현예에서 단일 복사원이 사용되지만, 또다른 실시예에서는 다수개의 복사원이 사용될 수도 있다(일부 경우에는 변조기(200ij) 당 한개의 복사원이 사용된다).

상술한 바와 같이, 변조기(200ij)의 광학 트랜스포트의 선호 실시예는 전용 광섬유 형태의 광 채널들을 포함한다. 그러나 반도체 도파관, 도파 구멍, 또는 그외 다른 광학 도파 채널(가령, 물질을 통해 깊이있게 형성되는 채널이나 영역)이 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이 도파 소자들은 디스플레이의 기본적 이미징 구조이며, 진폭 변조 메커니즘과 칼라 선택 메커니즘을 일체형으로 포함한다. FPD 구현의 선호 실시예에서, 각 광 채널들의 길이는 수십 미크론 수준인 것이 바람직하다. 하지만 다른 길이일 수도 있다.

선호 실시예의 한 특징에 따르면, 광학 트랜스포트의 길이는 짧으며, 유효 버데트 값이 증가하거나 자기장 강도가 증가함에 따라 계속하여 짧아질 수 있다. 디스플레이의 실제 깊이는 채널 길이의 함수일 것이며, 하지만, 광학 트랜스포트가 도파관이기 때문에, 소스로부터 출력까지 경로가 선형일 필요는 없다. 다시 말해서, 실제 경로가 구부러져, 훨씬 얕은 유효 깊이를 제공할 수 있다. 경로 길이는 버데트 상수와 자기장 강도의 함수이며, 선호되는 실시예는 몇 밀리미터 수준 또는 그 미만의 매우 짧은 경로 길이를 제공한다. 그러나 이보다 긴 거리가 사용될 수도 있다. 입력 복사선에 대해 요망 수준의 영향/제어를 얻기 위해 필요한 길이가 인플루언서에 의해 결정된다. 편광된 복사선의 선호 실시예에서, 이러한 제어는 90도 회전을 얻을 수 있다. 일부 예에서, 소멸 레벨이 높을 경우(가령, 밝을 경우), 필요한 경로 길이를 단축하는 데 더 작은 회전이 사용될 수 있다. 따라서, 경로 길이는 파동 컴포넌트에 대한 요망 영향의 정도에 의해서도 영향받는다.

컨트롤러(405)는 적절한 스위칭 시스템의 구성 및 조립을 위한 다수의 대안들을 포함한다. 선호 구현은 점대 점(point-to-point) 컨트롤러를 포함할 뿐 아니라, 변조기(200ij)를 구조적으로 조합하고 홀딩하여 각 화소를 전자적으로 어드레싱하는 '매트릭스'를 또한 포함한다. 광섬유의 경우에, 전-섬유(all-fiber), 직물 구조, 그리고 섬유 소자의 적절한 어드레싱을 위한 가능성이 섬유 컴포넌트의 속성에 내재되어 있다. 가요성 메시나 솔리드 매트릭스들이 대안의 구조에 해당한다.

선호 실시예의 한 특징에 따르면, 변조기(200ij)들 중 한개 이상의 출력단이 처리되어 그 응용을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 도파관 구조의 출력단들은, 특히 광섬유로 구현될 때, 열처리되고 인발되어, 가느다란 단부를 형성하고, 그렇지 않을 경우 마모, 트위스트, 또는 성형되어, 출력단에서 광 산란을 개선시킨다. 이 에 따라, 디스플레이 표면에서의 시야각을 개선시킬 수 있다. 변조기 출력단들 중 일부 또는 전부는 이와 유사한 방식, 또는 아예 다른 방식으로 처리되어, 요망 결과를 도출하는 요망 출력 구조를 집합적으로 생성한다. 가령, 한 개 이상의 화소로부터 WAVE_OUT의 다양한 촛점, 감쇠, 칼라, 또는 그외 다른 속성이 제어될 수 있고, 또는, 이들이 한개 이상의 출력단/출력단에 대응하는 패널 위치의 처리에 의해 영향받을 수 있다.

프론트 패널(415)은 편광 컴포넌트를 마주하는 광학 글래스의 시트나 그외 다른 투과성 광학 물질의 시트일 수 있다. 추가적인 기능적/구조적 특징들을 포함할 수도 있다. 가령, 패널(415)은 인접 변조기(200ij)와 함께 요망 방위각으로 변조기(200ij)들의 출력단을 배열하기 위한 가이드나 그외 다른 구조를 포함할 수 있다. 도 5는 도 4에 도시되는 패널(415)의 출력 포트(500xy)에 대한 한가지 배열의 도면이다. 그외 다른 배열도 가능하며, 요망 디스플레이에 따라 또한 가능하다(가령, 원형, 타원형, 그외 다른 규칙적/불규칙적 기하 형태). 장치가 요구할 경우, 활성 디스플레이 영역은 인접한 화소들을 가질 필요가 없다. 이에 따라 링이나 도우넛형 디스플레이가 가능하다. 또다른 구현에서, 출력 포트가 포커싱, 분산, 필터링을 행할 수 있고, 또는 한개 이상의 화소에 대한 다른 종류의 사후-출력 처리를 실행할 수도 있다.

디스플레이나 프로젝터 표면의 광학적 구조는 도파관 단부들이 요망 3차원 표면(가령, 곡면)에서 종료되도록 변할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 광학적 소자 및 렌즈들과 순서대로 추가적인 포커싱 용량을 구현할 수 있다. 이들은 패널(415) 의 일부분으로 포함될 수도 있다. 일부 응용예는 볼록하거나, 평탄하거나 오목한 표면 영역들을 여러개 요구할 수 있다. 각각의 영역은 서로 다른 곡률과 방위각을 가져, 적절한 출력 형태를 제공한다. 일부 응용예에서, 구체적 기하구조가 고정될 필요는 없으며, 요망하는 바에 따라 형태/방위각/크기를 변경시키도록 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 구현예들은 다양한 종류의 촉각형 디스플레이 시스템을 생성할 수도 있다.

투영 시스템 구현예에서, 복사원(410), 변조기(200ij)에 연결된 컨트롤러를 구비한 스위칭 어셈블리, 그리고 프론트 패널(415)는 서로 이격되어 개별적인 모듈이나 유닛에 하우징됨으로서 잇점을 취할 수 있다. 복사원(410)의 경우에, 일부 실시예에서, 대형 극장 스크린을 조명하기 위해 통상적으로 요구되는 고진폭광의 종류들에 의해 생성되는 열때문에 스위칭 어셈블리로부터 조명원을 분리시키는 것이 바람직하다. 다수개의 조명원들이 사용되어 열 출력을 분산시키는 경우에도, 열 출력은 여전히 충분히 커서 스위칭 어셈블리와 디스플레이 소자로부터 이격시키는 것이 바람직하다. 이러한 조명원은 히트 싱크와 냉각 소자를 구비한 절연 케이스에 하우징된다. 섬유들은 이격된 또는 단일형 조명원으로부터 스위칭 어셈블리까지 광을 운반한다. 스크린은 프론트 패널(415)의 일부 특징들을 포함할 수 있고, 또는 패널(415)이 적정 표면을 조명하기 전에 사용될 수도 있다.

프로젝션/디스플레이 표면으로부터 스위칭 어셈블리를 이격시킴으로서 장점을 가질 수 있다. 프로젝션 시스템 베이스에 조명 및 스위칭 어셈블리를 배치함으로서, 프로젝션 TV 캐비넷의 깊이를 감소시킬 수 있다. 또는, 반사형 직물 스크린 을 이용하는 프론트 프로젝션 시스템에서, 천정에 매달린 소형 볼에, 또는 얇은 램프형의 폴 위에 위치한 소형 볼에 프로젝션 표면이 포함될 수 있다.

극장형 프로젝션에서, 플로어 상의 유닛으로부터 프로젝션 윈도 영역의 소형 광학 유닛까지 도파관 구조를 이용하여 스위칭 어셈블리에 의해 이미지를 운반할 가능성은, 여러 다른 잠재적 장점 및 구성 중에서도, 동일한 프로젝션 공간에 선호 실시예의 새 프로젝터와 재래식 영화 프로젝터를 모두 수용하기 위한 공간 활용 전략을 제시한다.

측면이 맞닫는 형태로 배열되거나 접착되는 도파관 스트립의 모놀리식 구조는 각각 한 스트립에 수천개씩의 도파관을 가지고 있는데, 이 모놀리식 구조는 고화질 이미징을 구현할 수 있다. 그러나, 벌크 섬유 광학 컴포넌트 구조는 선호 실시예에서 필수적인 소형 프로젝션 표면 영역을 달성할 수 있다. 단일 모드 섬유들은, 섬유의 단면적이 충분히 작고 디스플레이 화소나 서브화소로 적합할만큼 충분히 작은 직경을 가진다.

추가적으로, 일체형 광학 장치 제작 기술들은 단일 반도체 기판이나 칩의 제작에서 본 발명의 감쇠기 어레이를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.

용융 섬유 프로젝션 표면에서, 용융 섬유 표면은 이미지를 광학 어레이로 포커싱하기 위한 용도의 곡률을 얻기 위해 분쇄될 수 있다. 대안으로, 접착제로 결합되는 섬유 단부들은 성형된 팁을 가질 수 있고, 곡면 구현을 위해 성형된 매트릭스에서 그 말단에 배열될 수 있다.

프로젝션 TV나 그외 다른 비-극장형 프로젝션 장비에 있어서, 조명과 스위칭 모듈을 프로젝터 표면으로부터 분리시키는 옵션은 부피가 작은 프로젝션 TV 캐비넷 구조를 구현하는 신규한 방식을 도출한다.

도 6은 도 2에 도시되는 구조 도파관(205)의 일부분(600)에 대한 본 발명의 선호 실시예의 개략도이다. 일부분(600)은 도파관(205)의 복사 전파 채널, 통상적으로 안내 채널(가령, 섬유 도파관용 코어)이지만, 한개 이상의 경계 영역(가령, 섬유 도파관용 클래딩)을 포함할 수도 있다. 다른 도파관 구조들은 도파관의 채널 영역의 투과축을 따라 전파되는 복사의 도파 과정을 개선시키기 위해 서로 다른 특정 메커니즘을 가진다. 도파관은 구조 물질 및 그외 다른 물질의 포톤형 결정 섬유, 전용 박막 스택을 포함한다. 도파의 구체적 메커니즘은 도파관마다 다르지만, 본 발명은 여러 다른 구조에 이용하도록 적응될 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 안내 영역이나 안내 채널, 그리고 경계 영역이라는 용어들은, 채널의 투과축을 따라 복사 전파를 개선시키기 위한 협력적 구조를 의미한다. 이 구조들은 도파관의 버퍼나 코팅 또는 사후-제작 처리와는 다르다. 원칙적 차이라면, 경계 영역들이 안내 영역을 통해 전파되는 파동 컴포넌트를 전파시킬 수 있으며, 도파관의 나머지 성분들은 그렇지 못하다는 것이다. 예를 들어, 멀티모드 광섬유 도파관에서, 고차 모들의 상당 에너지가 경계 영역을 통해 전파된다. 한가지 차이점은, 안내 영역/경계 영역이 실질적으로 전파 복사에 대해 투과성이며, 다른 지지 구조들은 실질적으로 불투과성이라는 점이다.

상술한 바와 같이, 인플루언서(110)는 도파관(205)와 협력 작용하여, 투과축을 따라 전송될 때 전파하는 파동 컴포넌트의 성질에 영향을 미친다. 일부분(600) 은 인플루언서 응답 속성을 가진다고 말하여지며, 선호 실시예에서 이 속성은 인플루언서(110)에 대한 전파 파동의 성질 응답을 개선시키도록 구성된다. 일부분(600)은 다수의 컴포넌트들을 포함한다. 가령, 희토류 도펀트(605), 구멍(610), 불규칙 구조(615), 마이크로버블(620), 그리고 그외 다른 소자(625)를 포함한다. 이들은 안내 영역이나 한개 이상의 경계 영역에 배치되어 특정 구현을 만족시킬 수 있게 한다. 선호 실시예에서, 일부분(600)은 매우 짧은 길이를 가지며, 통상적으로 25밀리미터보다 짧다. 이보다 훨씬 짧을 수도 있다. 이 컴포넌트들에 의해 개선되는 인플루언서 응답 속성은, 짧은 길이 도파관에 대해 최적화된다. 가령, 감쇠 및 파장 분산을 포함한, 킬리미터 이상 수준의 매우 긴 길이에 대해 최적화된 통신 섬유에 비해 짧은 길이를 예로 들 수 있다. 일부분(600)의 컴포넌트들은 서로 다른 응용예에 대해 최적화되는 것으로서, 도파관의 통신 이용을 크게 저하시킬 수 있다. 컴포넌트의 존재들이 통신 이용을 저하시키려 의도한 것은 아니며, 통신 속성에 대한 인플루언서의 응답 속성의 개선에 대한 선호 실시예의 촛점은, 이러한 저하의 발생을 가능하게 하지만, 선호 실시예의 단점은 아니다.

본 발명은 인플루언서(110)의 여러 다른 구성들에 의해 영향받을 수 있는 여러 다른 파동 성질들이 존재한다는 점을 고려한다. 선호되는 실시예는 일부분(600)의 패러데이 효과 관련 성질을 목표로 한다. 상술한 바와 같이, 패러데이 효과는 전파 방향에 평행한 자기장에 따라 편광 회전 변화를 일으킨다. 선호 실시예에서, 인플루언서(110)가 투과축에 평행한 자기장을 발생시키며, 일부분(600)에서, 회전 크기는 자기장의 강도, 일부분(600)의 길이, 그리고 일부분(600)의 버데트 상수에 따라 좌우된다. 이 컴포넌트들은 자기장에 대한 일부분(600)의 응답성을 증가시킨다. 가령, 일부분(600)의 유효 버데트 상수를 증가시킴으로서, 응답성을 증가시킨다.

본 발명에 따른 도파관 제작 및 특성에서의 기법 변화 중 한가지 중요한 점이라면, 킬로미터 수준의 길이로 광학적으로 순수한 통신 등급 도파관을 제작하는 데 사용되는 제작 기술들의 수정이, 저렴한 킬리미터 길이의 광학적으로 순수하지 않은(그러나 광학적으로 활성인) 인플루언서-응답 도파관을 제작할 수 있게 한다는 점이다. 상술한 바와 같이, 선호 실시예의 일부 구현예들은 무수히 많은 숫자의 매우 짧은 길이의 도파관을 이용할 수 있다. 길게 제작된 도파관으로부터 생성된 짧은 길이의 도파관으로 이러한 집합체들을 형성함으로서 비용 절감 및 그외 다른 효율/장점을 얻을 수 있다. 이러한 비용 절감 및 그외 다른 효율 및 장점들은 개별적으로 종래에 생성된 자기광학 결정을 시스템 소자로 이용하는 자기광학 시스템의 여러 단점들을 극복할 수 있는 성숙한 제작 기술 및 장비를 이용한다. 예를 들어, 이 결함들은 높은 생산 비용, 다수의 자기광학 결정에 대한 균일성 결여, 그리고 비교적 큰 크기의 개별 컴포넌트들을 포함한다. 이는 개별 컴포넌트들의 집합체의 크기를 제한한다.

선호 실시예는 섬유 도파관 및 섬유 도파관 제작 방법에 대한 수정사항을 포함한다. 광섬유는 투과성 유전 물질(가령, 글래스나 플라스틱)의 필라멘트이며, 광을 안내하는 단면이 원형인 것이 일반적이다. 초기의 광섬유들의 경우, 원통형 코어가 유사한 구조의 클래딩으로 둘러싸였었다. 클래딩층의 굴절률보다 약간 큰 굴 절률을 가진 코어를 제공함으로서 이 광섬유들이 광을 안내하였다. 그외 다른 섬유 종류들은 또다른 안내 메커니즘을 제공한다. 본원에서의 한가지 관심 대상은 광섬유는 상술한 바와 같이 포톤형 결정 섬유(PCF)를 포함한다.

실리카(실리콘다이옥사이드(SiO2)는 가장 흔한 통신 등급 광섬유들을 만드는 기본 재료이다. 실리카는 결정질이나 비정질 상태로 존재할 수 있고, 쿼츠 및 모래같은 불순한 형태로 자연계에 존재한다. 버데트 상수는 특정 물질에 대한 패러데이 효과의 강도를 나타내는 광학적 상수이다. 실리카같은 대부분의 물질의 경우 버데트 상수는 매우 작으며 파장에 따라 좌우된다. 터븀(Tb)같은 상자성 이온들을 포함하는 물질에서 매우 크다. 터븀 갈륨 가넷(TGG)의 결정이나 터븀 도핑된 치밀한 라이터 돌(flint glass)에서 높은 버데트 상수가 발견된다. 이 물질은 우수한 투과성질을 가지며, 레이저 손상을 잘 일으키지 않는다. 패러데이 효과가 단색인 것은 아니지만(즉, 파장에 따라 좌우되는 것은 아니지만), 버데트 삼수는 파장의 함수이다. 632.8nm의 파장에서, TGG의 버데트 상수는 -134radT-1으로 보고되었으며, 1064nm 파장에서는 -40radT-1로 감소하였다. 이러한 거동은, 한 파장에서 소정 회전 동도로 제작되는 장치가 더 긴 파장에서 더 작은 회전을 나타낼 것이라는 점을 의미한다.

컴포넌트들은, 일부 실시예에서, YIG/Bi-YIG, 또는 Tb, 또는 TGG, 또는 그외다른 최적 기능 도펀트같은 광학적 활성 도펀트를 포함할 수 있다. 이는 자기장 존재 하에서 효율적인 패러데이 회전을 얻기 위해 도파관의 버데트 상수를 증가시킨다. 섬유 제작 과정 중의 가열이나 응력은 일부분(600)에 추가적 컴포넌트(가령, 구멍이나 불균일성)들을 부가함으로서 버데트 상수를 추가적으로 증가시킬 수 있다. 종래의 도파관에 사용되는 희토류 물질들은 투과 속성 소자들의 패시브적 개선용으로 사용되며, 광학적 활성 응용예에서는 사용되지 않는다.

실리카 광섬유가 실리카 퍼센티지에 대해 높은 함량의 도펀트로 제작되기 때문에(가령, 50% 도펀트), 그리고 필수 도펀트 농도가 다른 종류의 실리카 구조에서 수십미크론이나 그 미만에서 90도 회전을 구현한다고 나타났기 때문에, 도펀트 농도 증가의 개선사항(가령, JDS Uniphase 사의 섬유)과 도펀트 프로파일 제어이 개선사항(가령, Corning Incorporated 사의 섬유)이 주어졌을 때, 미크론 스케일 거리에서 낮은 전력으로 회전을 유도하기 위해 충분히 높고 충분히 용이하게 제어되는 광하적 활성 도펀트의 농도를 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명의 도파관 프리폼의 선호 실시예를 구현하기 위한 일례의 도파관 제작 시스템(700)을 개략적으로 도시한다. 시스템(700)은 '프리폼'으로 불리는 글래스 봉을 제작하기 위한 수정형 화학 기상 증착(MCVD) 공정을 나타낸다. 종래 공정으로부터의 프리폼은 매우 순수한 글래스의 솔리드 봉으로서, 요망 섬유의 광학적 성질을 정확하게 복제하며, 그 선형 크기는 두배 이상 확대된다. 그러나, 시스템(700)은 광학적 순도를 강조하지 않는 프리폼을 생성하며, 반면에, 인플루언서 응답의 짧은 길이 최적화를 위해 최적화된다. 프리폼은 아래의 화학 기상 증착법 중 한가지를 이용하여 제작되는 것이 일반적이다. 1. 수정형 화학 기상 증착(MCVD), 2. 플라즈마 수정형 화학 기상 증착(PMCVD), 3. 플라즈마 화학 기상 증착(PCVD), 4. 외부 기상 증착(OVD), 5. 기상 축방향 증착(AVD). 이러한 모든 방법 들은 옥사이드들을 형성하는 고온 화학 기상 반응에 기초하며, 이 옥사이드들은 글래스 튜브 내부나 회전 봉 외부에 "유연(soot)"이라 불리는 글래스 입자들의 층으로 증착된다. 동일한 화학 반응이 이 방법에서 나타난다.

Si 및 도펀트들의 소스를 제공하는 다양한 액체(가령, 시작 물질들은 SiCl₄, GeCl₄, POCl₃, 그리고 기체형 BCl₃의 용액들)들이 산소 기체 분위기에서 가열되고, 각각의 액체는 가열된 버블러(705) 내에 위치하고, 가스는 소스(710)로부터 공급된다. 이 액체들은 매스-플로 미터(mass-flow meter)(715)에 의해 제어되는 산소 스트림 내에서 기화되며, 이 기체를 이용하여, 실리카-선반(720)에 글래스 생성 핼라이드의 연소로부터 실리카 및 그외 다른 옥사이드들을 형성한다. 산화 반응이라 불리는 화학적 반응은 증기 상태에서 다음과 같이 나타난다: GeCl₄ + O₂ => GeO₂ + 2Cl₂SiCl₄ + O₂ => SiO₂ + 2Cl₂4POCl₃ + 3O₂ => 2P₂O₅ + 6Cl₂4BCl₃ + 3O₂ => 2B₂O₃ + 6Cl₂

게르마늄다이옥사이드와 포스포러스펜트옥사이드는 글래스의 굴절률을 증가시키고, 보론옥사이드는 이를 감소시킨다. 이 옥사이드들이 도펀트로 알려져 있다. 프리폼의 인플루언서 응답 속성을 개선시키기 위한 적절한 컴포넌트들을 포함하는 그외 다른 버블러(705)들은 도시되는 컴포넌트들에 추가하여 사용될 수 있다.

공정 중 믹스처의 조성을 변화시킴으로서, 프리폼의 컴포넌트 프로파일과 굴절률 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 산호의 흐름은 믹싱 밸브(715)들에 의해 제 어되며, 산화가 이루어지는 가열 튜브(735)를 포함하는 실리카 파이프(730)에 반응성 증기(725)가 들어간다. 염소 기체(740)가 튜브(735)로부터 빠져나오지만, 옥사이드 화합물은 유연(745)의 형태로 튜브에 증착된다. 철 및 구리 불순물의 농도는 원액에서 10ppb로부터, 유연(745)에서 1ppb 미만으로 감소한다.

튜브(735)는 횡방향 H₂O₂ 버너(750)를 이용하여 가열되며, 유연(745)을 글래스(755)로 유리화하도록 계속하여 회전한다. 다양한 증기(725)들의 상대적 흐름을 조정함으로서, 여러 다른 굴절률들을 가진 여러개의 층들을 얻을 수 있고, 가령, GI 섬유의 경우 가변 코어 굴절률 프로파일이나, 클래딩 대 코어의 구성 및 굴절률 차이를 가질 수 있다. 층형성이 완료된 후, 튜브(735)가 가열되고 둥근 솔리드 단면을 가진 봉 형태("프리폼 봉(preform rod)"이라 불림)로 튜브가 붕괴된다. 이 단계에서, 봉의 중앙을 비워놓지 않고 물질로 꽉 채우는 것이 그 본질에 해당한다. 프리폼 봉은 인발을 위해 로에 배치되고, 이는 도 8과 관련하여 설명될 것이다.

MCVD의 주된 장점은, 폐쇄된 공간에서 반응 및 증착이 일어나 불필요한 불순물이 진입하기 어렵다는 점이다. 섬유의 굴절률 프로파일은 제어가 용이하고, SM 섬유에 필요한 정밀도는 비교적 용이하게 구현될 수 있다. 이 장비는 구성 및 제어가 간단하다. 이 방법의 잠재적으로 중요한 제한사항은, 튜브의 크기가 봉 크기를 실질적으로 제한한다는 것이다. 따라서, 이 기술은 35km 길이의 섬유를 형성하는 것이 일반적이며, 기껏해야 20~40km 수준에 지나지 않는다. 추가적으로, H₂와 OH-같은 실리카 튜브의 불순물들은 섬유에 확산해 들어가는 경향이 있다. 또한, 프리폼 봉의 빈 속을 제거하기 위해 증착물을 용융하는 과정이, 코어의 굴절률 저하를 일으키며, 이는 통신용으로 섬유를 부적합하게 한다. 그러나, 이는 본원 발명의 관심사항에 해당하지 않는다. 비용 측면에서, 이 방법의 핵심적 단점은, 간접적 가열을 사용하기 때문에 증착 속도가 느리다는 것이다. 즉, 튜브(735)가 증기를 직접 가열하는 것이 아니라, 산화 반응을 개시하여 유연을 유리화하는 것이다. 그 증착 속도는 통상적으로 0.5~2g/min에 해당한다.

상술한 공정의 변화는 희토류 도핑 섬유들을 제작한다. 희토류 도핑 섬유를 제작하기 위해, 공정은 희토류로 도핑된 프리폼으로부터 시작된다. 일반적으로 용액 도핑 공정을 이용하여 제작된다. 먼저, 용융 실리카로 주로 구성되는 광학적 클래딩이 기판 튜브의 내측에 증착된다. 게르마늄을 또한 포함할 수 있는 코어 물질이 저온에서 증착되어 "프리트(frit)"로 알려진 확산 및 투과층을 형성한다. 프리트 증착 후, 이 부분적으로 완성된 프리폼은 한 단부에서 밀폐되고, 선반으로부터 제거되며, 가령, 네오디뮴, 에르비움, 이터비움 등과 같은 요망 희토류 도펀트의 적절한 염을 가진 용액이 공급된다. 지정 시간 주기 이후, 이 용액이 프리트를 침투한다. 과령의 용액을 제거한 후, 프리폼은 선반으로 되돌아와 건조되고 압밀된다. 압밀(consolidation) 중, 프리트 내의 간극들이 붕괴되고 희토류를 둘러싼다. 마지막으로, 프리폼에 고온에서의 제어형 붕괴가 일어나, 글래스의 솔리드 봉을 형성한다. 즉, 희토류가 코어에 병합된다. 섬유 케이블에 희토류를 포함시키는 것은 광학적 활성에 해당하지 않는다. 즉, 도핑된 매질을 통해 전파되는 광의 특성에 영향을 미치도록 전기 또는 자기 또는 그외 다른 섭동에 반응하지 않는다. 종래의 시 스템들은 통신 속성을 포함한, 도파관의 패시브 투과 특성을 개선시키기 위해 희토류 도펀트의 함량을 증가시키도록 현재 추구하는 바의 결과이다. 그러나, 도파관 코어/경계부 내에 도파관의 함량 증가는 선호 실시예에서 화합물 매질/구조의 광학적 활성도에 영향을 미침에 있어 바람직하다. 상술한 바와 같이, 선호 실시예에서, 실리카 대 도펀트 함량이 50% 이상이다.

도 8은 도 7에 도시된 시스템(700)으로부터 제작되는 프리폼같은, 프리폼(805)으로부터 본 발명의 선호 실시예를 구성하기 위한 일례의 섬유 인발 시스템(800)의 개략도이다. 시스템(800)은 프리폼(805)을 머리카락처럼 얇은 필라멘트로 변환한다. 이는 통상적으로 인발 과정에 의해 수행된다. 프리폼(805)은 타워(815) 위 근처에 부착되는 공급 메커니즘(810)에 장착된다. 메커니즘(810)은 팁이 고순도 그래파이트 로(820)에 들어갈 때까지 프리폼(805)을 하강시킨다. 순수 기체들이 로에 주입되어 전도성 분위기를 제공한다. 로(820)에서, 섭씨 1900도에 접근하는 치밀하게 제어된 온도가 프리폼(805)의 팁을 연화시킨다. 프리폼 팁의 연화점에 도달하면, 중력이 용융 덩어리를 자유 하강하게 하여 얇은 스트랜드로 신장시킨다.

오퍼레이터는 레이저 마이크로미터(825)와 일련의 처리 스테이션(830x)을 통해 이 섬유 스트랜드를 꿰어서, 트랙터(840)에 의해 실에 감기는 트랜스포트(835)를 생성하고, 그후 인발 과정이 시작된다. 이 섬유는 인발 타워(815)의 하부에 배치된 트랙터(840)에 의해 인발되고, 그후 권선 드럼에 감긴다. 인발 중, 프리폼(805)은 최적 온도로 가열되어 이상적인 인발 장력을 얻는다. 10 ~ 20 미터/초의 인발 속도가 당 분야에서 자주 사용된다.

인발 공정 중 인발되는 섬유는 단 1미크론의 허용공차 내에서 125 미크론으로 제어된다. 레이저-기반 직경 게이지(825)가 섬유의 직경을 모니터링한다. 게이지(825)는 초당 750회를 넘는 속도로 섬유의 직경을 샘플링한다. 이 직경의 실제 값은 125 미크론 타겟에 비교된다. 타겟과의 작은 편차가 인발 속도의 변화로 나타나, 교정을 위해 트랙터(840)에 공급된다.

처리 스테이션(830x)은 소프트한 내부 코팅과 하드한 외부 코팅의 도 보호 코팅을 섬유에 공급하기 위한 다이(die)들을 포함하는 것이 일반적이다. 이 두 부분의 보호 재킷들은 조작에 대한 기계적 보호를 제공하면서, 거친 환경으로부터 섬유의 원 표면을 유지시킨다. 이 코팅들은 자외선 램프에 의해 경화되며, 동일한 또는 그외 다른 처리 스테이션(830x)들의 일부분으로 구성된다. 그외 다른 스테이션(830x)들은 이 스테이션을 통과할 때 트랜스포트(835)의 인플루언서 응답 속성을 증가시키기 위한 장치/시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 인발 단계에서 인플루언서 응답 속성 개선 컴포넌트들을 공급하기 위한 다양한 기계적 스트레서(응력 제공기), 이온 충돌, 또는 그외 다른 메커니즘을 제공할 수 있다.

실패(spool)에 묶인 후, 인발된 섬유는 적절한 광학적, 그리고 기하학적 매개변수들에 대해 테스트된다. 전송용 섬유의 경우, 섬유에 대한 최소 인장 강도를 보장하기 위해 인장 강도를 테스트받는다. 첫번째 테스트 이후, 여러가지 다른 테스트들이 수행되는 데, 전송용 섬유의 경우, 전송 속성을 위한 테스트가 이루어진다. 이 테스트에는, 감쇠(거리에 따른 신호 강도 감소), 대역폭(정보 운반 용량, 멀티모드 섬유에 대한 중요한 측정치), 수치 구경(섬유의 광수용각의 측정치), 컷오프 파장(단일모드 섬유에서 이 파장 위에서는 단일 모드로만 전파), 모드 필드 직경(단일 모드 섬유에서 섬유 내 광펄스의 반경방향 폭, 상호연결을 위해 중요함), 그리고 단색 분산(코어를 통해 여러 다른 속도로 전파되는 여러 다른 파장들을 가진 광선으로 인한 광 펄스들의 확산, 단일 모드 섬유에서 이는 정보 운반 용량을 제한하는 요소가 됨)이 있다.

본원에서 제시되는 바와 같이, 발명의 선호 실시예는 트랜스포트로 광섬유를 이용하며, 선형 패러데이 효과를 이용하여 진폭 제어를 구현한다. 패러데이 효과는 선형 효과이다. 즉,, 전파하는 복사선의 편광 회전 각변화가 전파 방향으로 공급되는 자기장의 크기와, 복사선이 전파되는 물질의 버데트 상수에 직접 비례한다. 그러나, 트랜스포트에 사용되는 물질은 요망 자기장 강도를 구축함에 있어서, 인플루언서 등으로부터의 유도 자기장에 대하여 선형 응답을 가지지 않을 수도 있다. 이러한 관점에서, 전파되는 복사선의 실제 출력 진폭은 컨트롤러로부터의 공급 신호, 인플루언서 자기장이나 편광, WAVE_IN의, 또는 변조기의 그외 다른 속성이나 특성에 따라 비선형일 수 있다. 이러한 논의를 위해, 한개 이상의 시스템 변수 측면에서 변조기의 특성이 변조기의 속성 프로파일로 불린다.

섬유 제작 공정들은 계속하여 발전하고 있다. 특히, 도핑 농도 개선 및 도펀트 프로파일, 섬유의 주기적 도핑의 조작 등에 관하여 발전하고 있다. 미국 특허 6,532,774 호, "Method of Providing a High Level of Rare Earth Concentrations in Glass Fiber Preforms"는 다중 도펀트의 동시적 도핑을 위한 개선된 공정을 개 시한다. 도펀트들의 농도 증가에 성공함으로서, 도핑된 코어의 선형 버데트 상수와 도핑된 코어의 성능을 개선시킬 수 있어서 비선형 효과들을 촉진시킬 수 있다.

임의적으로 주어진 속성 프로파일이 특정 실시예에 적합하게 재단될 수 있다. 가령, 조성, 방위각, 변조기의 정렬 상태 등을 제어함으로서 맞춤형으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포트를 구성하는 물질을 변화시킴으로서, 어떤 특정 전파 파동 컴포넌트에 인플루언서가 영향을 미치는 정도를 변경시키거나 트랜스포트의 영향능력을 변화시킬 수 있다. 그러나 이는 조성 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 선호되는 실시예의 변조기는 여러 다른 도파 채널들이 서로 다른 감쇠 프로파일을 가지도록 감쇠 평활화(attenuation smoothing)를 구현할 수 있다. 예를 들어 편광 측에 좌우되는 감쇠 프로파일을 가진 일부 구현예에서, 변조기는 우측 편광 파동 컴포넌트들에 대해 제 2 트랜스포트의 보완형 도파 채널용으로 사용되는 감쇠 프로파일과는 다른 감쇠 프로파일을 가진 좌측 편광 파동 컴포넌트들을 트랜스포트에 제공할 수 있다.

트랜스포트에 대해 서로 다른 물질 조성을 제공하는 상기 내용에 추가하여 감쇠 프로파일을 조정하는 메커니즘이 추가적으로 존재한다. 일부 실시예에서, 파동 컴포넌트 발생/수정은 WAVE_IN으로부터 WAVE_OUT까지 전파 복사선이 가로지르는 변조기(4100) 소자들의 순서에 따라, 엄격한 "교환가능한(commutative)" 방식이 아닐 수 있다. 이러한 사례에서, 비-교환형 소자들의 서로 다른 순서배열을 제공함으로서 감쇠 프로파일을 변경할 수 있다. 그러나 이는 구성 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 다른 실시예에서는, 각 도파 채널에 대한 회전 바이어스를 서로 달 리 구축함으로서, 서로 다른 감쇠 프로파일을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 트랜스포트들은 입력 편광자와 출력 편광자/분석기 간에 지정 방위각으로 구성된다. 예를 들어, 이 각은 0도("정규 온" 채널)일 수도 있고, 90도("정규 오프" 채널)일 수도 있다. 임의의 주어진 채널이 다양한 각도 변위 영역에서 서로 다른 응답을 가질 수 있다. 여러 다른 채널들이 서로 다른 변위 영역으로 바이어스되고, 인플루언서는 이 바이어스된 회전에 관해 전파되는 파동 컴포넌트에 영향을 미친다. 이는 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 다수의 도파 채널들을 가지며 이 채널들에 대한 감쇠 프로파일들을 재단/매칭/보완하는 이유는, WAVE_OUT의 전력 절감, 효율, 균일성을 포함한다.

서로 반대의 편광(실렉터) 소자들에 의해 가려질 때, 가변 패러데이 회전자나 패러데이 감쇠기는 광 경로의 방향으로 가변 필드를 발생시켜서, 이러한 소자가 편광 벡터를 회전시키게 한다(가령, 0도에서 90도로). 이에 따라, 제 1 편광자를 투과한 입사광의 증강 부분이 제 2 편광자를 통과하게 된다. 어떤 필드도 공급되지 않을 때, 제 1 편광자를 통과하는 광은 제 2 편광자에 의해 완벽하게 차단된다. 적정 "최대" 필드가 공급되면, 100%의 광이 적정 회전 각으로 회전하며, 100%의 광이 제 2 편광 소자를 통과한다.

위에서 개시한 본 발명의 선호 실시예들은 이 시스템, 시스템의 컴포넌트, 제작 및 조립 방법, 그리고 바람직한 동작 모드들을 이용하여, 매우 얇고 컴팩트한, 그러면서 가요성이거나 견고형인 구조를 제공하며, 제작 비용이 저렴하고 우수한 시야각, 해상도, 밝기, 콘트래스트를 가진다. 일반적으로 말해서 우수한 성능 특성을 가진다. 본원에서 기술한 방법 및 구조는 본 발명의 실시예의 범위를 제한하는 것이 아니며, 광섬유 소자에서 일체형 패러데이 감쇠 및 칼라 선택을 포함하는 광섬유 기반의 자기광학형 디스플레이의 컴포넌트들을 직물 방식으로 조립함에 있어서 필요에 따라 3차원 직조 스위칭 매트릭스의 직물 제작에 관한 모든 변형들을 포함한다.

본원에 의해 개시되는 일체형 광섬유 광전자 컴포넌트 장치들의 중요성에 대하여 이루어진 이전의 관찰사항을 확대시키기 위해, 일체형 광전자 연산을 위한 대안의 기법을 이러한 일체형 구성의 3차원 직물 조립이 제시한다는 것은 큰 중요성을 가진다. 이는 파동 분할 멀티플렉싱(WDM) 시스템용의 스위칭 매트릭스로 직접 적용될 수 있으며, 좀 더 폭넓게 이야기하자면, 포톤 및 반도체 전자 컴포넌트들을 최적으로 조합하는 LSI 및 VLSI 스케일링의 대안의 IC 기법으로 적용될 수 있다.

이와 같이, 본원 선호 실시예의 장치 및 그 제작 방법은 폭넓은 응용 범위를 가진다. 게다가 본 선호 실시예는 또다른 방식으로 쓰여질 수 있다. 직물 광섬유 매트릭스는 디스플레이 출력 표면 어레이를 형성하도록 구성된 3차원 광섬유 직물 구조 일체형 회로 장치로 또한 형성된다. 디스플레이의 엄격한 필드 바깥에 있는 본 발명의 선호 실시예의 응용예는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같이 구성되는 직물 광섬유 매트릭스일 것이다. 소자들을 일체화시키기 위한 3차원 직물 구조의 조합된 장점들은, 포톤형 장치 및 전자 장치를 최적으로 조합시키고, 각각의 장치는 그 강도에 따라 구현된다. 반도체 소자 및 포톤형 소자용으로 고인장강도 자체 기판으로 IC 섬유를 이용할 수 있고, 포톤형 코어 둘레로 연속 표면을 형 성하도록 깊이 및 둘레에 따라 모놀리식 구조를 구현하는 다층 클래딩 및 코팅들이 있다. 이들 모두의 효율과, 광전자 직물 블록을 형성함에 있어 직물 직조의 제작 비용 장점,그리고 섬유들의 대형 묶음 방식 제작의 비용 장점들은 평면형 반도체 웨이퍼 기법에 대한 중요한 대안을 제시한다.

본 발명의 선호되는 광섬유 실시예에 의해 제시된 새로운 기법에 따르면, 3차원 마이크로직물 매트릭스에서 광섬유 및 그외 다른 전도성의 IC 구조 섬유와 필라멘트를 조합할 수 있다. 대형 직경의 섬유들은 일체형으로 제작되는 인터-클래딩 및 인트라-클래딩 완성형 마이크로프로세서 장치들을 가질 수 있다. 포톤형 결정 섬유와 그외 다른 광섬유 구조, 특히 단일 모드 섬유들이 나노-스케일 직경에 접근함에 따라, 개별 섬유들은 원통형 길이를 따라 2~4개의 IC 특징부/소자들만을 통합할 수 있다. 따라서, 복합적 마이크로직물 매트릭스가 가변적 직경의 광섬유들로 직조되어 다른 필라멘트들과 조합된다(나노 섬유 포함). 이 필라멘트들은 전도성일 수 있고, 이들은 주기적인 IC 소자의 인터-클래딩이나 인트라-클래딩으로 제작될 수 있다. 섬유들은 대형 포톤형 서큘레이터 구조의 소자들일 수 있으며, 합쳐지거나 꼬아져서 마이크로광학 네트워크로 만들어질 수 있다.

이러한 마이크로 직물 매트릭스의 섬유들은 동일한 굴절률을 가진 코어 및 클래딩으로 제작될 수 있다. 가령, 코일폼/자계 발생 소자, 전극, 트랜지스터, 커패시터 등등을 포함하는 투과성 IC 구조로 제작될 수 있다. 따라서, 직조된 직물 구조가 졸과 합쳐져, 졸이 자외선에 의해 경화될 때, 필수 차이 굴절률을 가져서, 인터-섬유/인터-필라멘트 졸이 개별 클래딩들을 대체하게 된다.

이러한 과정은 나노입자의 정전형 자체 조립의 용액으로 마이크로 직물 구조를 포화시킴으로서 추가적으로 발전될 수 있다. 개별적인 필라멘트 갈래들에 대한 루밍 과정은 직조될 때 섬유 및 필라멘트들의 패턴처리를 촉진시킬 수 있다. 하지만, 직조 이전에, 또는 섬유나 필라멘트가 반(semi)-평행 조합 상태에 있을 때 패턴형성하는 것이 좀더 가요성이 클 것이다. 섬유 정션들 간 광 태핑(light-tapping) 및 포톤 밴드갭 스위칭이 크게 촉진되도록(미국특허 6,278,105 호 참조), 당 분야에 잘 알려진 이러한 방법 및 기타 방법들을 통해 인터-섬유 졸의 구조를 제어할 가능성은 명확하다고 말할 수 있을 것이다. 이러한 IC구조에 메모리 소자로 구현되는 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유는, LSI 및 VLSI 스케일의 구조에 캐시 방식으로 구현될 수 있다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)는 이러한 IC 구조 기법에 대한 폭넓은 구현 영역을 제시한다.

광섬유들의 파동 안내를 파괴하지 않으면서 최대 구부림각이 개선됨에 따라, 광섬유 및 그외 다른 마이크로필라멘트들로 직조된 마이크로 직물 구조의 가용한 복잡도가 증가할 것이다. 심해 유기물에 의해 성장되는 얇은 모세관형 광섬유의 성질에 대해 최근에 보고된 연구결과는 재합사(doubling back)의 지점까지 트위스트되고 구부러질 수 있는 광학적 안내 구조를 보여준다. 본원에서 제시되는 마이크로직물 IC 시스템 종류의 3차원 직조는 비-선형 직조를 포함할 것이다. 가령, 당 분야에 잘 알려진 복합 직조 터빈 구조에서 보여지는 바와 같이 화합물에 의해 곡면을 형성하는 3차원 직조를 예로 들 수 있다. 일반적으로, 마이크로직물 장치 클래스 및 그 제작 방법은 당 분야에 알려진, 그리고 차후로 발전될, 3차원 정밀 직조 형태의 전체 범위를 포괄한다.

(Zyvex Corporation 사와 Arryx 사의) 상용화된 나노 어셈블리 방법을 이용하여 작은 직경의 섬유 및 필라멘트들로 마이크로 직물 기법이 추가적으로 발전할 것으로 기대되고 있다. Zyvex 사의 나노-매니퓰레이터 기술은 "나노룸(nanoloom)" 시스템으로 구현될 수 있고, Arryx 사의 나노-스케일 광학 트위저는 마이크로-직조 제작 공정에 적합하며, 부가적으로 효율적인 기계적/광학적 루밍 기법에서 Zyvex 나노-매니퓰레이터와 조합하여 사용된다. 그 동작은 Albany International Techniweave 사에서 제시한 방법 및 장비에 대한 마이크로 또는 나노 스케일로 패턴형성될 수 있다.

전도성 매질에서 전자와 광학적 투과성 매질에서의 광간에 잘 알려진 1000:1의 속도 차이는 전자 및 포톤형 소자를 구성함에 있어서 자유도의 차이를 제시하며, (이러한 마이크로직물 IC 구조에 의해 구현가능한) 반도체 특징부들의 크기를 감소시키는 데 초점을 맞춤으로서 일부 제약사항을 느슨하게 한다. 결과적으로, 전자 및 포톤형 스위칭과 회로 경로 소자의 최적 혼합을 가능하게 한다. 따라서, 일부 섬유들은 다수의 반도체 소자 인터-클래딩 및 인트라-클래딩를 지원하기 위해 큰 직경으로 제작될 수 있다. 반면에 다른 소자들은 몇가지 전자적 컴포넌트들만을 포함시킴으로서 매우 작은 직경을 가질 수 있다. 또한 일부 소자들은 전부 광학적 컴포넌트들만을 가질 수도 있다. 포톤 계열의 경로 소자의 수를 최대화시킴으로서, 포톤 경로에 의해 연결되는 최적 스케일 섬유들에 제작되는 작은 마이크로프로세서 구조들이 가능하며, 따라서, 최적화 가능성의 논리적 출력을 얻을 수 있 다.

제시되는 마이크로직물 IC 큐브(또는 다른 3차원 마이크로직물 구조)는 크고 작은 광섬유들과 그외 다른 필라멘트(전도성이고 미세모세관형이며, 순환 유체로 충진되어 구조물을 냉각시킬 수 있음)들의 임의의 조합으로 구성될 수 있고, 이들은 순수한 구조적 구성일 수도 있고, 전도성 구성일 수도 있다.

도 9은 본 발명의 선호 실시예에 따른 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션 시스템(900)의 개략도이다. 시스템(900)은 아래 설명되는 바와 같이 도파관 내 한 쌍의 포트(915, 920)를 이용하여 한 도파관 채널(905)의 복사선 전파를 또다른 측방향 도파관 채널(910)에게로 리디렉션시키는 메커니즘을 제시한다. 제 1 채널(905)은 인플루언서 세그먼트(925)(즉, 일체형 코일폼)와 부가적인 제 1 경계 영역(930) 및 제 2 경계 영역(935)을 포함하도록 구성된다. 추가적으로, 제 1 채널(905)은 편광자(940)와 이에 대응하는 분석기(945)를 포함한다. 제 1 채널은 제 2 경계 영역(935)에 제공되는 포트(915)에 인접한 위치에서 제 1 경계 영역(930)의 일부분에 측방향 편광 분석기 포트(950)를 포함한다. 정션을 통한 손실을 개선시키기 위해 정션에서 채널(905) 및 채널(910)을 둘러싸는 부가적 물질(955)이 제공된다. 물질(955)은 경화된 졸일 수 있고, 나노-자체 조립 전용 물질일 수 있으며, 요망 굴절률을 가지는 기타 물질일 수 있다. 이는 신호 손실을 감소시키고 포트(915) 및 포트(920)의 요망 정렬을 보장한다. 인플루언서(925)는 분석기 포트(950)의 관통축에 대한 상대적 편광각에 기초하여, 포트(915)를 통과하는 복사선의 양과 제 1 채널(905)을 통해 전파하는 복사선의 편광을 제어한다. 시스템(900)의 추가적인 구조 및 동작이 아래에 기술된다.

포트(915) 및 포트(920)는 아래 설명되는 용웅 섬유 스타터 방법을 통해 구현되는 경계 영역의 안내 구조에 해당하며, GRIN 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 이 포트들은 경계 영역 내 정확한 위치에 배치될 수 있고, 또는, 포트들이 채널의 길이를 따라 주기적으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 경계 영역들 중 하나의 전체 부분들은, 요망 속성(편광이나 포트) 구조를 가질 수 있고, 정션 위치에서 다른 경계 영역에서 한개 이상의 대응하는 구조를 가질 수 있다.

편광자(940)와 분석기(945)는 채널(905) 아래로 전파되는 복사선의 진폭을 제어하는 부가적 구조이다. 편광자(940)와 분석기는 이 세그먼트에 대한 부가적 인플루언서 요소를 포함하는 것으로서, 인플루언서(925)와 협력하여, 채널(905)과 채널(910) 간의 복사선 신호 전파를 제어한다.

이러한 마이크로-직물 구조에서 인터-섬유 방식의 스위칭은, 일체형 마이크로-패러데이 감쇠기 광섬유 소자의 "횡방향" 변형에 의해 촉진될 수 있다. 직물 매트릭스에서 수직으로 배치되는 섬유들 간의 정션 지점/접촉점은 섬유들 간에 새로운 종류의 광 탭(light tap)의 장소에 해당한다. 광발명의 선호 실시예에 따른 광섬유 마이크로-패러데이 감쇠기의 클래딩 1에서, 클래딩은 편광 필터링(NanoOpto Corporation 사의 서브파장 나노 그리드 참조)되도록, 또는 편광 비대칭이도록 주기적 굴절률 변화로 미세 구성된다. 동일 섹션에서, 굴절률은 코어의 굴절률과 같도록 변경되었다(이온 충돌, 전기적 에너지, 가열, 광학적 반응 등에 의해). 이에 대한 대안으로, 전체 클래딩 1이 동일한 굴절률을 가지도록 구성될 수 있다.추가적 으로, 서로 다른 굴절률에 의해 달성되는 안내 및 편광 경계에 추가하여, 구조-기하적 구성(가령, 포톤형 결합과, 서브파장 구멍-공동/그리드 시스템 이용)이 본 발명의 범위 내에 또한 포함된다. 설명을 단순화하기 위해, 굴절률 차이를 이용하여 안내 및 경계부가 설명된다. 그러나 이 경우에는 구조-기하적 구성의 이용이 또다시 사용될 수 있다.

Gemfire Corporation 사의 광-탭처럼, 모든 다른 기존의 "광-탭(light-taps)"으로부터 기본적으로 차별화된다는 점이 본 일체형 패러데이-감쇠기의 본 변형의 본질에 해당한다. 이 경우에 도파관은 반도체 광학 도파관을 연결하기 위해 자체적으로 붕괴된다. 도파 구조의 붕괴는 포톤형 또는 전자포톤적 스위칭 기법이나 네트워크의 효력있는 컴포넌트가 파괴됨을 의미하고, 이는 채널간 광학 신호의 효율적 전송을 보장한다. 모든 다른 종류의 광-탭들처럼 코어-영역 사이에 안내받지 못한 신호들을 제어하기 위해 추가적이고 복잡한 보상을 필요로하지 않는 광탭은 훨씬 간단하고 효율적이다.

따라서, 공지 기술에서의 다른 광-탭들과는 달리, 스위칭 메커니즘은 격자 구조에 영향을 미치기 위해 극 영역(poled region)을 활성화하는 것이 아니고, 전극들의 어레이를 활성화는 것도 아니다. 차라리, 본 인-라인 패러데이 감쇠기 스위치는 코어를 통해 전파되는 광의 편광각을 회전시키며, 효과적인 편광 필터인 클래딩의 섹션과 상기 스위치를 조합함으로서, 출력 및 입력 섬유의 클래딩들의 횡방향 안내 구조를 통해 신호의 정밀하게 제어된 부분을 전환시키는 결과를 도출한다. 이 스위치의 속도는 패러데이 감쇠기의 속도에 해당하며, 이는 캐소드 및 애노드에 의 해 커버되는 비교적 폭넓은 영역의 화학적 특성을 변화시키는 속도에 반한다.

코어(와 선택적 클래딩 1)에서의 전반사를 구현하기 위해 코어(와 선택적 클래딩 1)와는 충분히 다른 굴절률을 가진 클래딩 2에서, 다음의 두 구조 중 한가지가 제작된다.

a) 본원 타부분에서 개시되는 방법에 따라 제작되어, 섬유축에 직각에 가깝게 광학축을 가진, 클래딩 내 점진형 굴절률(GRIN) 렌즈 구조: 그 초점 경로는 광섬유의 축에 직각으로 배향되거나 약간의 오프셋을 가져서, 제 1 채널(905) 로부터 GRIN 렌즈를 통과하는 광이 제 2 채널(910)과의 접촉점에서 연결될 것이고, 제 2 채널(910)의 축에 또한 직각으로 삽입될 것이며, 또는 선호되는 방향으로 제 2 채널(910) 내로 한 각도로 삽입될 것이다.

b) 이온 주입, 제작 공정에서의 전극간 전압 공급, 가열, 또는 그외 다른 시스템 등에 의해 제작되는 코어(와 부가적 클래딩 1)와 동일한 굴절률을 가진 간단한 광학 채널: 이 간단한 도파 채널의 축은 직각이거나 약간의 오프셋을 가진다.

이러한 마이크로 패러데이 감쇠기 기반의 광-탭의 동작은, 좀 더 정확하게 규정하자면, 횡방향 섬유간(도파관간) 패러데이 감쇠기 스위치는, 활성화된 일체형 마이크로패러데이 감쇠기 섹션을 통과함으로서 편광 각이 회전할 때, 그래서 광섬유 '광-탭'의 동작에 따라, 클래딩 1을 통해 클래딩 2의 GRIN 렌즈 구조나 이보다 간단한 광학 채널로 안내될 때(이를 누출(leak)이라 표현함), 그리고 출력 채널로부터 제 2 채널로 연결될 때, 구현된다.

제 2 채널(910)은 평행 구조에 의해 제 1 채널(905)로부터 수신되는 광을 편 광 필터링 또는 비대칭 클래딩 1에게로, 그리고 다시 제 2 채널(910)의 코어로 최적으로 연결하도록 제작된다. 섬유간 매트릭스를 둘러싸는 것은, 직물 구조에 주입되는 경화 졸이며, 이 졸은 섬유들 사이에서 안내되는 광을 국한시키는 굴절률 차이를 가지며, 연결 효율을 보장한다.

클래딩들을 미세 구조형성하는 신규한 방법은 MCVD/PMCVD/PCVD/OVD 프리폼 제작 방법의 신규한 수정사항을 제시함으로서 달성될 수 있다.

도 10은 도 9에 도시되는 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션(900)에 대한 일련의 제작 단계들의 개략도이다. 제작 시스템(1000)은, 다수의 도파 채널들을 가진 물질 블록(1005)의 형성을 포함하며, 블록(1005)의 얇은 섹션이 제거된 상태로 도시된다. 섹션(1010)은 스타터 월 시트(1015)를 형성하기 위해 연화되어 제조된다. 시트(1015)는 롤링되어 실리카 스타터 튜브(1020)를 형성하며, 이에 따라, 인발을 위한 요망 프리폼을 생성한다.

본 신규한 방법에 따르면, 실리카 튜브에 유연들이 증착되어 프리폼이 성장하게 되는 데, 이 실리카 튜브는 롤링된 그리고 용융된 융용 실리카 단면들의 얇은 시트로 제작되는 실린더 형태를 취한다. 즉, 서로 다른 굴절률과 서로 다른 광전자 성질을 가진 얇은 섬유 섹션들의 격자들을 구현하기 위해 이렇게 서로 다르게 최적화되는 섬유들을 교대로 하여, 클래딩 및 코어들의 적절한 도핑 특성을 위해 선택된 서로 다른 특성을 가진 광섬유들이 융용된다. 그리고 용융 섬유 매트릭스의 섹션들이 얇은 시트로 잘려나간다.

이 시트들은 균일하게 가열되고 연화되어, 가열된 성형 핀 둘레로 구부러진 다. 따라서, 공지된 프리폼 제작 공정에 따라 얇은 프리폼을 제작하기 위한 스타터로 적합한 얇은 벽체를 가진 실린더를 도출한다.

용융 섬유 시트에 사용되는 섬유들의 크기는, 인발되는 섬유의 클래딩 내 결과적인 횡방향 구조의 최적 크기를 도출하도록 선택된다. 그러나 일반적으로, 이 용도를 위한 섬유들은 가능한 최소 제작 크기(코어 및 클래딩)를 가지며, 구조 직경은 이에 따라 제작되는 프리폼으로부터 인발 중 효과적으로 증가할 것이다. 이러한 섬유 크기는 개별 섬유로 단일 모드 이용을 위해선 너무 작을 수 있다. 그러나, 용융 섬유 섹션이나 슬라이스에 대한 두께를 적절하게 선택할 경우, 결과적인 인발 섬유에서 연속적으로 패턴형성된 횡방향 도파 구조의 크기는, 횡방향 구조가 요망 (단일 모드, 멀티-모드) 코어 및 클래딩 크기를 가지도록, 제어될 수 있다.

마이크로 구조에 적합한 크기를 구현하기 위해, 더 작은 조합의 섬유들이 용융, 연화, 인발되고, 최종 섬유 어레이들이 길이에 따라 용융되기 전에 다시 다른 섬유들과 용융되며, 그후 시트로 잘려져 실린더로 형성된다.

본 발명의 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 이러한 섬유간 변형을 구현함에 있어서 가요성을 촉진시키기 위해, 입력단과 출력단에서 광섬유 1의 코어 및 클래딩 1의 편광 섹션들은 당 분야에 잘 알려진 자외선 여기에 의해, 또는 본원 발명 타부분에서의 방법에 따라 인터-/인트라-클래딩 상에 제작되는 전극 구조들에 의해 스위칭가능하게 유도될 수 있다. 이러한 자외선 신호는 인터-/인트라-클래딩으로 제작되는 소자들에 의해 발생될 수 있다. 전극 구조에 의해, 편광 필터링이나 비대칭 상태의 스위칭이 광전자적인 것으로 설명될 수 있고, 또는, 자외선 신호에 의할 경우, 모두 광학적인 것으로 설명될 수 있다.

자외선에 의해 활성화되는 본원의 변형은 특정 구현예에서 선호되는 다른 실시예들과 마찬가지로 가장 선호되는 실시예에 해당한다.

이러한 편광 필터링이나 코어 및 클래딩의 비대칭 섹션들은 "전이(transient)"라는 용어로 설명될 수 있다. 이에 관하여 미국특허 5,126,874 호를 참고할 수 있다. 이에 따르면, 필터나 비대칭 소자들이 일체형 패러데이 감쇠기의 가변 강도 스위칭 소자로서의 동작에 따라 활성화되거나 동작정지되고, 스위칭 온되거나 스위칭 오프될 수 있다.

클래딩 1은 코어와 동일한 굴절률을 가질 수 있고, 클래딩 2는 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 클래딩 단독의 비대칭 구조나 편광 필터링에 의해, 잘못된 편광의 코어에 대한 국한(confinement)이 이루어진다. 따라서, 클래딩 1의 디폴트 설정이 온일 경우 편광 필터/비대칭에 의해 광을 코어에 국한시키게 되고, 오프일 경우 광을 코어 및 클래딩 1 내로 안내하고 클래딩 2에 의해서만 국한시킨다. 그후 광은 전극이나 자외선 활성화 소자들이 구성된 섹션 내에 놓일 수 있다. 이는 디폴트의 반대의 설정으로 스위칭될 수 있다.

마이크로직물 3차원 IC의 동작을 특성화시키기 위한 한가지 방법에서는 광섬유가, 마이크로-안내 구조 인트라 및 인터-클래딩과, 인트라 및 인터-클래딩을 이 채널들과 일체형으로 구성하는 IC 소자 및 트랜지스터들과, 이 구조의 주기적 요소로 제작되는 일체형 인-라인 및 횡방향 패러데이 감쇠기 장치와 함께 횡방향으로 구성되며, 이 광섬유가 코어 내 WDM 타입의 멀티-모드 펄스 신호들을 버스로서, 클 래딩 내 횡방향 안내 구조를 통해, 클래딩 내 반도체 및 포톤형 구조까지 운반할 수 있고, 이러한 클래딩 내 반도체 및 포톤형 구조는 버스나 그외 다른 전자포톤 컴포넌트로 기능한다.

일부 섬유들은 인트라/인터-클래딩 방식으로 제작되는 단일 소자들을 가진 나노-스케일 및 단일 모드형일 수 있다. 또는, 클래딩들 간에, 클래딩들 내에, 또는 클래딩 상에 매우 많은 반도체 소자들을 이용하여 효과적으로 제작되는 큰 직경의 멀티 또는 단일 모드형일 수 있다. 섬유들은 전체 마이크로 직물 구조에서 조합 내에서, 섬유 내의 마이크로 구조 IC 소자들과 조합으로, 버스나 개별 스위칭 또는 메모리 소자로 기능할 수 있다. 따라서 스위칭은 섬유 코어들 내에서, 코어와 클래딩 사이에서, 클래딩 내 소자들 사이에서, 그리고 섬유들 사이에서 이루어진다.

사파이어 테이퍼(saphire taper) 주위로 글래스 섬유를 감고 가열하며 그후 비교적 고속으로 인발하는 간단한 공정에 의해, 스파이더 실크의 두배 내지 다섯배 인장 강도와, 원자 레벨의 매끄러운 표면을 가지도록 제작되는 50nm 광학 나노와이어에 관한 Harvard University의 Eric Marzur, Limin Tong의 제안은, 마이크로 직물 구조에 구현하기에 매우 적합하다. 가시광선에서 근적외선 파장이 광학 섬유 도파관 타입의 이러한 서브파장 직경 변화에서 안내되며, 코어 내에 국한시키는 대신에, 안내되는 광을 표면을 따라 내부적으로 반-소실 방식으로 이동하게 한다. 섬유간의 광학적 소실 결합에 의해 낮은 손실로 광이 연결될 수 있다.

이러한 나노와이어 사이에 편광 경계/필터의 클래딩 및 코팅을 주사된 졸을 통해 삽입하고, 그후 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 횡방향 변형을 통해 조작을 행함으로서, 경로간 추가적으로 단순화된 스위칭/정션 장치를 제공할 수 있다. 마이크로-직물 IC 구조는 와이어의 가요성으로 인한 광학 나노와이어의 성질에 의해 특히 촉진된다. 이는 IC 구조를 직각으로 휘어지게 하고, IC 구조를 트위스트시키거나 매듭으로 묶는다.

The California Institute of Technology 사의 Kerry Vahala 의 보완 작업은 수십 미크론 직경의 광학 와이어의 제작에 관한 것으로서, 실리카 마이크로-비드(micro-bead)와 미크론 스케일 광학 와이어로 구성된 초소형, 초저 임계값 Raman 레이저를 제시하는 Vahala의 관련 작업에 또한 관련된 사항이며, 마이크로 직물 구조에 특히 유용하다. 마이크로 직물 구조에 산재된 마이크로-비드들은 마이크로 직물 구조 소자에 의해 제위치에 유지되며, 광학 와이어에 연결되어, 3차원 IC 구조에서의 조작 및 신호 발생을 위한 추가적인 옵션을 구현한다.

포톤 및 전자 스위칭 소자, 인터-섬유, 인트라-클래딩, 등등의 최적 결합과 조합된, 인라인 및 횡방향 패러데이 감쇠기 스위치/정션들의 속성은, 광학 펄스 영역에 대해 일정한 광학 신호 및 변화하는 편광 상태를 이용하여 이진 로직을 구현하는 새로운 방법을 제시한다. 이러한 이진 로직 시스템은 따라서, 항상 온 상태인 광학 경로를 포함한다. 이때의 로직 상태는 신호의 편광 각을 이용하여 조작되고 검출된다. 이는 고속으로 변할 수 있다. 혼합형 광전자 마이크로 직물 IC 구조에서 전개되는 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 공개된 변형들은, 이러한 이진 로직 기법을 명확하게 구현할 수 있어서, 마이크로프로세서 및 광학 통신 동작의 속도 및 효율을 증가시킬 수많은 가능성을 제시한다.

이러한 일례의 구현들은 본 디스플레이 발명의 신규한 직물 구조 및 스위칭 구조를 폭넓게 활용할 수 있도록 구축하는 기능을 하며, 가령, 포톤 및 반도체 전자 소자들을 최적화하는 파동 분할 멀티플렉싱 스위칭 매트릭스와, LSI 및 VLSI IC 설계를 그 예로 들 수 있을 것이다.

위에서의 설명은 광섬유같은 개별적인 도파관 채널들을 이용하는 본 발명의 선호 실시예에 중점을 두었다. 이 설명에서, 박막 어셈블리로부터 제조되거나 기판이나 그외 다른 구조 내에 한 덩어리로(in bulk) 형성되는 도파관들처럼, 다른 도파관 채널들의 이용에 관한 주기적인 기준들(references)이 포함된다. 다음의 내용은 반도체 도파 채널용의 선호 실시예 일부에 관하여 중점을 둔다.

광섬유 실시예와, 하이브리드 광섬유 실리콘 웨이퍼 실시예들은 비용 측면의 경제성과, "비디오 디스플레이"나 프로젝터로 불리는 새로운 응용 장치에 관하여 기재하며, 다른 디스플레이 종류에 비해 디스플레이되는 이미지의 전체 품질의 개선사항에 관하여 기재한다. 그 중 일부 특징들은 LCD, 가스-플라즈마, 그리고 그외 다른 구축된 기술의 특성을 가진 반도체 제작에 의해 도출되는 프로세스에 비해, 광섬유 직물같은 혁신적 제작 기법의 결과에 해당한다.

본 발명은 여러 종류의 자기광학 디스플레이 및 프로젝터들을 생성하기 위해 한개 이상의 복사 신호의 경로 및 특성을 정밀하게 제어하는 구현예를 포함한ㄴ다. 이 장치들의 중요한 요소는, 일반적인 도파 방식의 이용과, 도파 구조에 일체형으로 제작되는 인플루언서 구조(가령, 패러데이 감쇠기)를 이용하는 과정을 포함한다. 이에 따라, 특정 구현예에 관계없이, 본원의 모든 실시예 및 제작 모드의 장점 들을 도파 기반 자기광학 디스플레이에 제공할 수 있다. 이 원칙들은 개별 도파관 채널들에 대해 앞서 설명한 바 있다. 이 원리들은 반도체 및 박막 도파관 채널과 같은 다른 종류의 도파관 채널에도 적용된다.

반도체 웨이퍼 제작 기법 내에서, 반도체 도파관 기반 자기광학 디스플레이들은, 마이크로-신(micro-thin) 디스플레이 "아플리케(applique`) 시스템 및 방법이라 알려진 전용 실시예 및 프로젝터 실시예와, "HDTV 디스플레이 온 칩"을 포함하는 소형 디스플레이에 특히 적합하다. 제작시 진공에서 압력-밀폐 컴포넌트나 액체를 포함하지 않은 고상 반도체 구조로서, 본원의 반도체 도파관 실시예들은 LCD 나 가스 플라즈마 디스플레이에 비해 저렴하고 우수한 성능을 구현할 수 있는 잠재력을 가진다.

물론, 비-소형 디스플레이를 위한 반도체 도파 기반 FPD의 선택은, 대형 디스플레이의 반도체 웨이퍼 제작의 잘 알려진 비용 상의 제한점으로 인해, 광섬유 기반 자기광학 기초 FPD의 선택에 비해 훨씬 안좋을 수 있다. 그러나, 이것이 항상 진실에 해당하는 것은 아니며, 반도체 도파 기반 시스템들이 소형의 얇은 응용예로 반드시 제한될 필요는 없다.

소형 디스플레이 및 프로젝터 장비의 경우처럼, 일부 경우에는 본 발명의 반도체 도파관 기반 실시예의 장점들은 상당하다. 특정 실시예를 지원하는 반도체 구조의 표면에 대한 도파관 채널 축에 따라 반도체 도파관 기반 실시예들은 크게 두분류로 나누어진다. 일반적으로, 도파관 채널 통과축은 표면에 평행하거나 표면에 수직일 수 있다.

Hammer에게 1997년 1월 28일자로 특허된 미국특허 5,598,492 호, "Metal-Ferromagnetic Optical Waveguide Isolator"와, Belouet에게 특허된 미국특허 6,103,010 호, "Method of Depositing a Ferromagnetic Film on a Waveguide And a Magneto-Optic Component Comprising a Thin Ferromagnetic Film Deposited by the Method"를 참고할 수 있다. 두 특허는 평면형 반도체 광학 도파관 패러데이 회전자를 기재하고 있으며, 그 내용은 본원에서 참고로 인용된다.

두 그룹의 반도체 웨이퍼 시스템을 이용할 때, 본 발명의 선호 실시예에서는 디스플레이/프로젝터 시스템의 두가지 기본적 변형이 존재한다. 즉, 1) 패시브형 또는 액티브형 매트릭스에 의해 스위칭되는, 기판에 제작된 "수직-형성" 반도체 도파관 및 패러데이 감쇠기 구조의 어레이와, 2) 입사 평면광을 디스플레이 시스템으로 편향시키기 위한 "편향 메커니즘"과 조합된, 도파관 구조를 가진 일체형 평면 컴포넌트로 패러데이 감쇠기 구조를 포함하는 평면 반도체 도파관이 존재한다. 후자의 경우에 각각의 도파관 출력이 화소나 서브화소를 생성한다. 위 두 예는 단지 예에 불과하며, 본 발명을 제한하는 용도로 제시된 것이 아니다.

수직형과 평면형인 반도체 도파관 요소들의 효율적 제작을 위한 방법으로는, 미국, 텍사스 Austin에 소재한 Molecular Imprints Corporation 사에서 상용화한 "스텝 및 플래시(step and flash)" 마이크로-몰드 임프린트 방법, Nano-Optic 사의 포톤 서브파장 돋을새김-에칭 소싱(경계형성, 칼라 필터링, 편광 필터링, 관리 등등을 위함), 그리고 NanoSonic Corporation 사에서 상용화한 나노-스케일 자체 조립 제작 방법이 있다. 위 방법들 및 이와 유사한 "나노-테크날로지" 제작 방법이 본 발명의 선호되는 반도체 실시예에서 특히 선호된다.

제작 프로세스들 측면에서, Petrov에게 2003년 11월 18일 특허된 미국특허 6,650,819 호, "Methods for forming separately optimized waveguide structures in optical materials"를 참고할 수 있다. 이 특허에서는 단일 기판에 서로 다르게 구성된 여러 다른 반도체 도파관 컴포넌트들을 최적화시키는 멀티-스테이지 어닐링 프로톤 교환(APE) 방법이 개시되어 있다. 이 내용은 아래 기술되는 수직형, 그리고 평면형 도파관 구조의 제작에 유용하며, 달리 명시되지 않을 경우, 마스킹/에칭 프로세스의 선호되는 제작 방법은 상용 멀티-스테이지 어닐링 프로톤 교환 프로세스이다. '819 특허의 내용은 본원에서 참고로 인용된다.

도 11은 수직 디스플레이 시스템(1100)의 개략도이다. 디스플레이 시스템(1100)은 다수의 웨이퍼 스트립(1105)들을 포함한다. 이 스트립(1105)들은 수직으로 적층되어, 각 스트립(1105)의 에지로부터 생성되는 화소/서브화소들의 매트릭스로부터 집합적 디스플레이 표면(1110)을 형성한다. 각 화소/서브화소는 트랜스포트 채널 세그먼트에 연결된 다수의 구조 및 정렬 변조기로 만들어지며, 이 트랜스포트와 변조기들은 각 스트립(1105)에 일체형으로 구성되고, 각 트랜스포트와 변조기는 본원 및 관련 출원에서 제시되는 기능 및 배열을 가질 수 있다. 디스플레이 시스템(1100)은 각 스트립(1105)이 웨이퍼 표면에 평행한 내장 도파관 채널들을 가진 웨이퍼로 형성되는 방식의 하이브리드 종류에 해당한다. 이때, 이 스트립들은 수직으로 적층되어 디스플레이 시스템을 형성한다.

시스템(1100)은 각각 수천개의 패러데이 감쇠기 도파관 채널들로 구성되는 병렬 어레이들의 평면형 도파관의 적층형 스트립을 제작함으로서 구현된다. 이때, 각각의 스트립은 상-하부로 함께 적층된 R, G, B 다이-도핑 또는 칼라 필터링 채널들을 구비하여, "수직" 디스플레이 구조에 도파관 코어들을 가진 적층형 스트립들의 시트를 형성한다. 이러한 평면형 패러데이 감쇠기 도파관 채널들의 적층 스트립들은 편향없이, 출력단을 통해 디스플레이 어레이를 형성하며, 이 디스플레이 표면은 바깥쪽을 향하도록 도파관 구조를 한쪽에서 바라봄으로서 형성된다. 얇은 기판과 이를 둘러싸는 매트릭스는 개별 패러데이 감쇠기 도파관 채널들을 분리시키는 것들이다. 시스템(1100)은 각 화소/서브화소 소자의 트랜스포트 세그먼트에 일체형으로 형성되거나 디스플레이 표면(1110) 맞은편에 배치되는 조명원을 이용한다.

도 12는 도 11에 도시된 한개의 스트립(1105)의 일부분에 대한 상세도이다. 도 12를 확대하면, 입력단(1210)으로부터 출력단(1215)까지 측방으로 뻗어가는 다수의 트랜스포트 세그먼트(1205)들이 도시된다. 이때, 각각의 세그먼트(1205)는 표면(1220)에 평행하다. 인플루언서 소자(1225)가 각 세그먼트(1205)에 연결되어 변조기를 생성하며, 각각의 변조기는 X-Y 어드레싱 그리드에 따라 반응한다(X(1230) 및 Y(1235)로 도시되는 단일 소자). 도 12에 도시되는 스트립(1105)의 일부분은 두개의 화소를 포함하며, 각각의 화소는 선호되는 칼라 모델(본 경우에 R, G, B 서브채널)의 복사 신호들을 생성하는 세개의 서브화소들을 가진다.

도 13은 반도체 구조의 수직형 도파관 채널들을 이용하여 수직 솔루션으로 반도체 도파관 디스플레이/프로젝터를 구현하는 디스플레이 시스템(1300)의 대안의 선호 실시예에 해당한다. 디스플레이 시스템(1300)은 융용 섬유 투과성 기판(1305) 을 포함하며, 이 기판(1305)에는 다수의 수직 도파관 채널(1310)들이 배치된다. 각각의 채널(1310)은, 기존 광섬유들과 유사하게 구현될 때, 한개 이상의 경계 영역을 포함한다. 구체적으로, 부가적인 제 1 경계 영역(1315)과 제 2 경계 영역(1320)을 포함한다. 제 1 경계 영역(1315)은 서로 다른 굴절률을 가진 물질로서 영구 자석 물질로 도핑된 물질이다. 제 2 경계 영역(1320)은 서로 다른 굴절률을 가진 물질이며, 페리/강자성 도펀트로 도핑된다. 층 커플러(1330)에 의해 상호연결되는 코일폼 층으로, 조합된 인플루언서 소자(1325)가 제작된다. 각 인플루언서 소자(1325)의 독립적 연결/제어를 위해 X-Y 어드레싱 그리드(1335)가 배치된다.

표준 반도체 증착, 마스킹, 그리고 에칭에 의한 이러한 구조의 형성은 다음과 같다. 투과성 용융 실리카 기판에는 도핑된 실리카 물질이 증착된다. 투과성 물질의 증착이 먼저 이루어지고, RGB 원색들 중 한가지 칼라인 다이로 도핑되며, 그리고 광학적-활성 도펀트로 도핑된다. 그후 마스킹이 구현되는 데, 이때, 원형 필라(circular pillars)의 행들은 그대로 유지된다. 남아있는 모든 행에 대해, 두 행 사이에서 기판까지 에칭이 이루어진다. 도핑된 물질의 각각의 필라는 용융 섬유 면판의 광섬유 바로 위에 위치하며, 이러한 섬유들은 역시 다이-도핑되고, 실리 필라의 크기는 코어와 같다. 필라들의 행을 형성하는 과정이 반복되어, RGB 행들의 세트가 일련의 증착 및 에칭에 의해 형성된다.

그후, 또다른 세트의 증착 및 에칭이 수행되어, 원 필라의 굴절률과는 다른 굴절률을 가진 각각의 필라를 둘러싸는 도핑된 물질의 실린더를 제작한다. 이에따라, 도파 구조가 제작되어 용융 섬유 기판으로부터 입력된 광을 투과성 필라 내로 국한시킨다. 이러한 "클래딩"은 영구적으로 자화가능한 강자성 물질(단일 분자 자석이 선호됨)로 또한 도핑되며, 그후 광-채널의 축에 직각으로 설정된 강한 자기장에 노출된다. 그렇지 않을 경우, 광섬유 실시예에서 언급한 바와 같이 페리/강자성 물질로 도핑되며, 이는 주변 코일폼에 의한 자화시 잔여 플럭스를 가질 것이다.

"클래딩" 구조가 영구 자화가능 물질로 도핑될 경우, 이러한 제 1 "클래딩" 실린더를 위해 제공된 내용에 따라 제 2 클래딩 실린더가 제작된다. 이 클래딩은 페리/강자성 물질로 앞서 기술한 바와 같이 도핑된다.

그후, 일련의 증착 및 에칭이 교대로 수행되어, 도핑된 도파관 구조를 둘러싸는 코일폼을 형성한다. 도 14에서는 코일폼 패턴을 구성하는 두개의 층들을 도시하고 있다. 제 1 층에서 실린더 월을 형성하는 부분 원은 동일한 전도성 물질에서 수직으로, 그 위에 증착되는 매우 얇은 제 2 층에 연결된다. 제 2 층에는 전도성 물질의 원형의 매우 작은 세그먼트만이 마스킹되어 에칭 이후에 남게된다. 따라서, 매우 얇은 절연층이 그 둘레로 증착된다.

이 공정은 반복되어, 다음 층 위에 부분 원을 증착하고, 이 원은 하부 층의 실린더 슬라이스나 원과 거의 동일하다. 이러한 새로운 부분 원이나 실린더-월 슬라이스는 절연층의 실린더 월의 작은 호의 공통 전도성 물질을 통해 아래의 층에 수직으로 연결된다. 이 프로세스를 반복함으로서, 도파관 필라 둘레로 거의 완전한 전도성 링을 가진 한 층과, 도파관 둘레로 전류 흐름을 유지시키는 동일한 전도성 물질의 작은 연결 세그먼트만을 가진 위에 놓인 또다른 층들이 교대로 형성되어, 다음 층 위에 매우 얇은 작은 세그먼트까지, 그리고 이 세그먼트 위의 층까지 도파 관 필러 둘레로 거의 완전한 원을 가지면서 형성된다.

여러 "칼라(collar)" 층들이 제작됨에 따라, 용융 섬유 기판을 통과하는 광의 편광각을 최대 파워로(즉, 90도로) 회전시키는 데 충분한 강도의 필드를 발생시키기 위해 필요한 바와 같이, 층들 사이에서 전류를 운반하는 데 전도성 물질의 "스팟(spot)"만을 가진 얇은 절연층으로 산재되어, 수많은 "칼라(collar)" 층들이 제작된다. 최적으로 기능하는 광학적 활성 도펀트들의 현재 구축된 성능으로부터, 이는 소수의 권선이나 칼라층들만으로 달성될 수 있다.

그후, 표준 방법에 의해 전도성 그리드가 형성된다. 가령, 딥-펜 나노리소그래피같은 새로운 방법들을 이용하여 기판에 전도성 그리드가 형성되어, 패러데이 감쇠기 도파관 구조들 각각의 '베이스'를 처리하여, 부분 원의 입력 지점에서 가장 하부의 원과 접촉한다.

그후, 반도체로 제작된 패러데이 감쇠기 구조들 간의 얇은 간격에 블랙 매트릭스가 증착된다. 포톤형 결정 물질들이 이용될 경우, 그 차이는 밴드갭 구조가 광을 채널링한다는 점과, 광을 국한시키는 데 클래딩의 굴절률 차이가 필요하지 않다는 점이다. 광 채널 둘레로 페리/강자성 물질의 도핑된 실린더로만 필요하다. 부가적으로, 영구적으로 자화가능한 물질의 도핑된 실린더로 필요한 것이다.

마지막으로, 상부 어드레싱 그리드가 도파관 구조들 사이에서 블랙 매트릭스에 증착된다. 필요할 때, 블랙 매트릭스가 수직 도파관 구조 윗부분에 대해 높게 증착되어, 전도성 어드레싱 그리드에 의해 어드레싱되는 트랜지스터가 도파관 구조의 측부를 따라, 수직으로-정렬된 반도체 컴포넌트로 형성되게 된다. 그리고 코일 폼 구조에 요구되는 교대형성 층들 간에 바람직하게 제작된다. 그후, 추가적인 블랙(즉, 불투명) 매트릭스가 어드레싱 그리드 및 부가적인 수직-배치 트랜지스터 위에 증착되어, 반도체 웨이퍼 구조가 같은 높이를 형성하게 된다. 마지막으로, 수직 도파관 구조의 출력 지점에 광학적 산란 구조가 증착될 수 있어서, 도파관 구조로부터의 우수한 분산각을 더욱 개선시키게 된다.

도 15는 반도체 구조에서 평면형 도파관 채널들을 이용하는 평면형 솔루션으로 반도체 도파관 디스플레이/프로젝터를 구현하는 디스플레이 시스템(1500)의 대안의 선호 실시예에 해당한다. 시스템(1500)은 각 서브화소에 균일한 조명을 제공하기 위해 매우 많은, 그리고 폭이 극도로 좁은 도파관 채널들을 공급하는 시스템(1500)의 에지에 한개 이상의 조명원(도시되지 않음)을 포함한다. 시스템(1500)은 다수의 기능층들을 포함한다. 즉, 입력층, 회전자층, 그리고 디스플레이 층을 포함한다. 하부층에서는 각각의 서브화소 행(X 축 및 Y 축으로부터)이, 폭이 극도로 좁은 매우 많은 수의 도파관 채널들을 공급하여 각각의 서브화소에 균일한 조명을 제공한다. 따라서 선호 실시예에서, Y 축으로부터 각각의 행은 (폭 3000에 대해) 1500개의 도파관 채널들을 가지며, 각각의 채널은 상기 행의 서브화소에서 종료된다. X 축 및 Y축은 교대로 대응하는 서브화소들을 어드레싱한다. X축으로부터, 각각의 행은 1350개의 채널들을 가지며, 이때, X축 및 Y 축은 각각 개별적인 층에 놓인다. 선호 실시예에서, 도파관 채널들은 0.02 미크론 또는 그이하의 크기로 제작되는 포톤형 결정 구조 도파관이다. 각각의 도파관은 서브화소 위치에서 종료되며, 서브화소에 대한 요망 위치에 출력 위치를 배치하기 위해 복잡한 경로를 규정 할 수 있다. 출력 위치에 편향 메커니즘이 제공되어, 전파 평면으로부터의 전파된, 그리고 진폭제어된 복사 신호를 디스플레이 평면으로 리디렉션시킨다. 도시되는 바와 같이, 디스플레이 표면은 전파 평면에 대해 수직이다. 각각의 도파관 채널을 따라, 한개 이상의 인플루언서/변조기 부분/층들이 제공되어 전파 복사 신호의 요망 진폭 제어를 구현한다. 도파관 채널의 출력은, 도파관 채널이 서브화소 직경보다 훨씬 작기 때문에, 유효 크기를 증가시키기 위한 분산 소자 또는 그외 다른 광학 소자를 포함한다.

디스플레이의 표면에 평행한 연속 웨이퍼에서의 반도체 도파관: 각각의 서브화소 도파관 회전자 소자에 대해, 평행 상태로부터 디스플레이 표면까지 광을 편향시키는 45도 미러 단말이나 포톤형 결정 벤드(10미크론 직경)이 존재하여, 표면으로부터 외향으로 나타나 서브화소를 형성하게 된다.

디스플레이 어레이와 조합된, 패러데이 감쇠기 장치의 평면형 반도체 광학 도파관 실시예는, 평면형 광학 도파관에 평행하게 측부로부터 조명원이 제공되는, 매우 얇은 피층 반도체 프로세스 디스플레이 구조를 제작할 때 이용할 수 있다. 조명원은 RGB 반도체 레이저, VCSEL, 또는 에지-발광의 평행한 행들처럼, 극도로 컴팩트한 형태일 수 있다. 원칙적으로, 이 구조가 견고형 또는 가요성 기판에 두꺼운 필름 형태(가령, 폴리머로 밀폐된 직물 구조)로 제작될 수 있도록 하는 형태일 수 있다. 두꺼운 필름으로 구현되는 디스플레이로서, 이 디스플레이는 아플리케(applique) 방식으로 공급될 수 있어서, 얇은 디스플레이 물질을 가진 곡면 기하 표면들을 타일화한다.

주로 반도체에 의해 제작되는 층은, 조명원으로부터 광을 채널화하는 다수의 평면형 도파관들로 구성된다. 도 16은 복사 신호(1605)를 전파시키기 위한 반도체 구조에 일체형으로 구성된 트랜스포트/인플루언서 시스템(1600)의 단면도로서, 수평면으로부터 수직면까지 도파관/인플루언서에 의해 판을 통해 조절되는(즉, valved) 광을 리디렉션시키는 편향 메커니즘(1610)과의 조합된 구성을 도시한다.

대표적인 제작 공정이 아래와 같이 세부적으로 표현될 수 있다.

기판에 두꺼운 필름 물질이 증착되고, 이때, 두꺼운 필름은 자체 기판이 될 정도로 인장 강도에 충분히 견고하게 증착된다. 그리고 작업 기판으로부터 제거될 때에도 그 일체성을 유지한다. 반도체 리소그래피 프로세스를 통해, 광학적으로 투명한 그러나 다이-도핑된 물질이 두꺼운 필름 기판에 증착된다. 이러한 첫번째 증착은, YIG나 Tb, 또는 최적 기능 도펀트 등의 광학적 활성 물질로 또한 도핑된다. 모든 물질들은 두꺼운 필름 기판과 같은 영의 계수를 가짐으로서 가요성인 것이 바람직하다.

채널들은 마스킹되며, 증착되는 물질의 대부분은 제거되어, 물질들의 라인을 남긴다. 딥-펜 나노리소그래피가 이용되어, 반사를 얻기 위해 적정 굴절률 차이를 가진 물질로부터 45도 편향 요소를 스트레오-프린트한다. 대안으로, 분자 임프린트(Molecular Imprint)의 '스텝 앤드 플래시(step and flash)' 스테리오-임프린트 방법이 이용될 수 있다. 그외 다른 방법들도 당 분야에 잘 알려져 있다.

그후, 채널의 광학적 활성 도핑된 물질과 다이의 열(column)이 증착되고 에칭되어, 45도 편향 요소 바로 위에 열을 남긴다. 이는 인접한 광 채널을 따라 패러 데이 감쇠기 장치에 의해 스위칭되어 45도 편향 요소에 의해 편향되는 광에 대하여, 디스플레이 표면의 평면으로부터 탈출점을 형성한다.

그후, 원본 라인들 및 그외 다른 제작 요소들을 둘러싸는 물질이 증착된다. 이 물질은 동일한 굴절률 차이를 가진다. 이는 "클래딩 물질"이라 불린다. 45도 편향 요소나 포톤형 결정 벤드(즉, 휘어짐)에 인접한 도파 채널의 세그먼트 위에서, 다음을 위해 앞서 증착된 물질로부터 공간이 에칭된다: 즉, 광 채널 위에 평행하게 전도성 라인들이 수평 밴드들에 어드레싱할 수 있게 하며, 이때, 상기 수평 밴드들은 광 채널 위에 그 축에 직각으로 제작될 것이다. 이 밴드들을 위한 전도성 물질 증착 공간과, 페리/강자성 물질로 도핑될 아래의 물질층이 또한 에칭된다. 이 물질 아래의 공간은, 영구적으로 자화가능한 물질로 도핑된 물질의 증착을 위해 부가적으로 남아 있으며, 그 기능은 본원 타부분에서 상세하게 설명된다.

그후, 일련의 마스킹 및 에칭과 딥-펜 나노리소그래피에 의해 아래의 물질이 증착된다. 즉, 필드 발생 밴드들에 어드레싱하기 위한 광 채널에 평행한 라인들의 전도성 물질; 상기 광 채널 위에 남은 클래딩 물질 위의 영구적으로 자화가능한 부가적 물질층; 필드 발생 소자에 의해 임시로 자화되어 잔여 플럭스를 통해 회전을 유지하는 페리/강자성 물질; 그리고 광 채널의 축에 대해 직각으로 배치되는 필드 발생 전도성 물질의 밴드가 증착된다. 현재의 도펀트 성능에 기초하여 몇개의 밴드만이 필요할 수 있다.

마지막으로, 여러개의 두꺼운 필름으로 만들어진 반도체-제작형 구조의 표면이 밀폐되어 균등해지도록 클래딩 물질이 더 증착된다. 부가적으로, 패러데이 감쇠 기의 필드 발생 구조의 어드레싱 직전에, 전도성 어드레싱 라인과 인-라인 방식으로 트랜지스터가 제작될 수 있다. 박막 물질들을 적절하게 선택함으로서, 견고한 폴리머-밀폐 직물 구조에 전체적으로 두꺼운 필름 디스플레이 구조가 형성될 수 있고, 또는 기판으로부터 제거되어 두꺼운 필름 에폭시에 의해 또다른 최종 지지 디스플레이 표면에 부착될 수 있다.

도 17은 도 15에 도시되는 디스플레이 시스템(1500)의 개략도로서, 단일 화소를 생성하는 세개의 서브화소 채널들을 추가적으로 도시한다. 각각의 채널은 시스템(1500)의 표면에서 병합되도록 독립적으로 제어되고 편향된다.

도 18은 시스템(1800)의 도파관 경로 구조의 부가적 구현을 위한 선호 실시예의 개략도이다. 화소(1805)의 직경 사이에서 회전이 구현되어야 하는 평면형 변조기 기법의 국한된 크기를 보상하기 위해, 도파관(1810)에 신규한 "스위치백" 기법이 이용된다. 결함 생성에 의해 포톤형 결정 구조가 광 경로의 90도 휨을 달성하는 경우에, 일련의 스위치백으로 서브미크론 폭의 광 경로를 폴딩하는 기법이 방정식 1의 d 크기를 증가시킨다. 이에 따르면, 광선이 이동하는 거리가, 너무 긴 장치를 유발하지 않으면서, 영향 존 내에서 영향 효과(가령, 자기장)를 받는다. 실제로, 표준 반도체 제작 처리를 통해 형성된 선호 실시예의 스위치백을 따라 회전자/감쇠기 소자를 연속적으로 전개함으로서, 긴 d 크기를 이용하여 매우 낮은 전력 소모를 도출하게 된다. 채널의 크기가 너무 작을 경우, 회전자/감쇠기 소자의 전체 크기가 기존 도파관 예에 비해 훨씬 작을 것이며, 서브화소의 최대 크기보다 훨씬 작을 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 여기서와 같이 도시되는 마이크로스케일 수 준의 스위치백이 "복사 신호 조절(radiation signal baffling)"이라 불린다. 쇄선은 회귀 존을 지닌 영향 존을 나타낸다. 패러데이 효과 시스템으로 이용하기 위한 자기장 발생기를 인플루언서가 포함할 경우, 기판형 도파관 채널들의 긴 길이에 평행하게 자기장이 공급된다.

도 11 내지 도 18에 도시되는 선호 실시예는 트랜스포트, 변조, 그리고 디스플레이 구조, 기능, 동작을 구현하는 기판형 도파관 채널들을 설명한다. 본 실시예들은 광섬유 및 포톤형 결정 섬유처럼, 기판과 독립형/개별적 도파관 채널들에 형성/배치/배열되는 도파관 채널들 간의 치환성을 강조한다. 이러한 치환 중 한가지가 도 9 및 도 10에 도시된 트랜스버스 스위치를 이용하는 것이다. 본 선호 실시예가 섬유간 스위칭을 포함하지만, 도 9의 원리는 도파관간 스위칭에 적용될 수 있으며, 특히, 공통 기판에 배치된 도파관들 간에 적용될 수 있다. 일부 구현예에서, 스위칭은 적정 관계로 배열되는 서로 다른 기판들의 도파관 사이에서 이루어진다. 추가적으로, 복사 신호 조절은 도파관 채널들의 배열에서 한개의 회귀 루프를 생성하기 위해 도파관간 스위칭을 이용할 수 있다. 이 경우에, 도파관 채널들의 적절하게 배향된 한개 이상의 세그먼트들이 "재사용"되어, 조그만 물리적 비용을 댓가로 하여 복사 조절 효과를 크게 증가시킬 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 태양들을 구현하는 트랜스포트, 변조기, 그리고 시스템의 성능 속성들은, 다음의 사항들을 포함한다.

* 서브화소 직경: 100 미크론 미만 또는 50미크론 미만.

* 서브화소 요소 길이: 100 미크론 미만, 또는 50 미크론 미만

* 단일 서브화소에 대한 90도 회전 구현을 위한 구동 전류: 0-50 mAmps.

* 응답 시간: 패러데이 회전자의 경우 매우 높음(즉, 1ns 가 제시됨).

전체 디스플레이 전력 요건의 기본적 이해사항으로서, 실제 전력 요건들이 서브화소들이 총 수 곱하기 90도 회전에 요구되는 최대 전류의 선형 배수에 기초하여 연산되는 것이 아니라는 점이 중요하다. 실제 평균 및 피크 전력 요건들은 다음의 요인들을 고려하여 연산되어야 한다.

감마 및 평균 칼라 서브화소 이용: 둘 모두 100%보다 훨씬 작다. 따라서 평균 회전은 90도보다 훨씬 작다.

감마: 컴퓨터 모니터가 백색 배경을 디스플레이하고, 모든 서브화소들을 이용할 경우, 매 서브화소마다 최대 감마를 필요로하지 않거나 임의의 서브화소를 필요로하지 않는다. 그러나, 적절한 이미지 디스플레이를 위해 본질적인 것은 디스플레이, 화소, 그리고 서브화소 간의 상대적 강도이다.

최대 감마 및 최대 회전은 가장 극단의 콘트래스트를 필요로하는 경우에만 요구될 것이다. 가령, 태양으로 향하는 광선을 예로 들 수 있다.

따라서, 디스플레이용 평균 감마는 통계적으로, 최대 감마의 일정 비율에 해당할 것이다. 이는 컴퓨터 모니터의 일정한 백색 배경의 편안한 관찰을 위해, 패러데이 회전이 최대에 있지 않는 이유에 해당한다. 요약하자면, 임의의 주어진 서브화소를 구동하는 어떤 주어진 패러데이 감쇠기도 최대 회전에 도달할 필요가 거의 없으며, 따라서, 최대 전력을 거의 요구하지 않는다.

칼라: 순수한 백색만이 한 클러스터 내 RGB 서브화소들의 동등 강도 조합을 필요로하기 때문에, 칼라나 그레이 스케일 이미지의 경우, 한번에 어드레싱되는 것은 디스플레이 서브화소들의 일정 비율이다. RGB 조합에 의해 추가적으로 형성되는 칼라들은 다음의 사항들을 제시한다. 일부 칼라 화소들은 (가변 강도에서) 단 하나의 서브화소만(가령, R, G, B 중 하나)이 온되는 것을 필요로하고, 일부 화소들은 (가변 강도에서) 두개의 서브화소들이 온되는 것을 요구할 것이며, 일부 화소들은 (가변 강도에서) 세개의 서브화소들이 온 되는 것을 필요로할 것이다. 순수 백색 화소들은 모든 세 서브화소들이 온 되는 것을 요구할 것이다. 이때, 패러데이 감쇠기들은 동등 강도를 구현하도록 회전한다.

서브화소 클러스터들에 대한 칼라 및 그레이 스케일 이미징 수요를 고려할 때, 평균 프레임에 대하여, 실제 어드레싱되어야할 필요가 있는 것은 모든 디스플레이 서브화소들의 일부분일 것이며, 평균 강도는 최대보다 훨씬 작을 것이다. 이는 RGB 보강 칼라 기법에서 서브화소들의 함수로 인한 것이며, 절대 감마의 고려사항에 부가된, 추가적인 요인이다.

통계적인 분석에 따라, 이러한 고려사항으로 인한 FLAT의 액티브 매트릭스/연속-어드레싱 장치의 전력 수요 프로파일을 결정할 수 있다. 어떤 경우에도, 이 프로파일은, 최대 페러데이 회전에서 동시적인 디스플레이의 각 서브화소의 가상 최대값보다 훨씬 작게 된다. 어떤 주어진 프레임에 대해서도 모든 서브화소들이 온인 경우가 없으며, 이러한 온에 대한 강도들은 다양한 이유로, 최대값에 대한 비교적 작은 비율을 가진다. 최소 사양에서 0-90도 회전에 대한 전류 0-50mAmp: 0-90도 회전에 대한 일례의 전류 범위가 기존 패러데이 감쇠기 장치의 성능 사양으로부터 제시되고 있다(0-50mAmp). 그러나 이러한 성능 사양은, 광학 통신용 기존 장치들에 의해 이미 능가된 최소값으로 제공된다. 이는 본 발명에서 명시한 신규한 실시예들을 반영하지 않는다. 가령, 개선된 방법 및 재료 기술로부터 도출되는 장점들을 반영하지 않는다. 언급되는 사양의 개선점들이 계속하여 가속되고 있기 때문에 성능 계속은 계속 진행 중이다.

본 출원에서 기재한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 가령, CPU, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 시스템 온 칩(SOC), 또는 그외 다른 프로그래머블 장치 내에서, 또는 이에 연결되어 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 추가적으로, 이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들이 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 가령, 소프트웨어를 저장하도록 구성된 컴퓨터 이용가능형(가령, 판독형) 매체에 배치되는 컴퓨터 판독형 코드, 프로그램 코드, 명령이나 데이터(가령, 소스, 객체, 또는 머신 언어)를 들 수 있다. 예를 들어, 이는 일반적인 프로그래밍 언어(가령, C, C++), GDSII 데이터베이스, 하드웨어 기술 언어(HDL) 등을 포함하며, 그외 다른 가용 프로그램, 데이터베이스, 나노처리, 그리고 회로 캡처 툴을 이용하여 구현될 수 있다. HDL의 예로는 Verilog HDL, VHDL, AHDL(Altera HDL), 등이 있다. 이러한 소프트웨어는 반도체, 자기 디스크, 광학 디스크(가령, CD-ROM, DVD-ROM, 등)과 를 포함하는 컴퓨터에 의해 이용가능한 매체에 저장될 수 있고, 또는, 컴퓨터로 이용가능한 전송 매체(가령, 반송파, 또는, 디지털 매체, 광학 매체, 아날로그 기반 매체에 포함된 그외 다른 매체)에 구현된 컴퓨터 데이터 신호로 표현될 수도 있다. 이와 같이, 소프트웨어는 인터넷과 인트라넷을 포함한 통신 네트워크를 통해 전송될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 반도체 지적 재산 코어(가령, HDL로 구현됨)에 포함될 수 있고, 집적 회로 제작시 하드웨어로 변환될 수 있다. 추가적으로, 본원에서 기재한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.

가령, 스위칭 제어를 위한, 본 발명의 한가지 선호 실시예는 컴퓨터 동작 중 컴퓨팅 시스템의 메모리에 상주하는 프로그래밍 단계나 명령들로 구성되는 운영 체제의 한가지 루틴이다. 컴퓨터 시스템이 요구할 때까지, 프로그램 명령은 또다른 판독형 매체에 저장될 수 있다. 가령, 디스크 드라이브나 탈착형 메모리, 가령, 플라피 디스크나 광학 디스크에 저장될 수 있다. 더우기, 프로그램 명령들은 본 발명의 시스템에 이용하기 전에 또다른 컴퓨터의 메모리에 저장될 수 있고, 본 발명의 사용자가 필요로 할 때, 인터넷같은 LAN이나 WAN을 통해 전송될 수 있다. 본 발명을 제어하는 프로세스들은 다양한 형태의 컴퓨터 판독형 매체에 분포될 수 있다.

본 발명의 루틴들을 구현하기 위해 임의의 적합한 프로그래밍 언어들이 사용될 수 있다. 가령, C, C++, Java, 어셈블리어 등이 사용될 수 있다. 절차지향형이나 객체지향형의 여러 다른 프로그래밍 기술들이 이용될 수 있다. 이 루틴들은 단일 처리 장치나 다중 프로세서를 이용하여 수행될 수 있다. 그 단계, 동작, 연산들이 특정 순서로 제시될 수 있지만, 그 순서가 실시예마다 달라질 수 있다. 일부 실시예에서는 본 명세서에서 순차적으로 표현된 다수의 단계들이 동시에 실행될 수 있다. 본원에서 제시된 동작들의 시퀀스가 인터럽트되거나, 중지되거나, 또는 또다른 프로세스(가령, 운영 체제, 커널, 등)에 의해 제어될 수 있다. 이 루틴들은 시스템 프로세싱의 전부 또는 순차적 부분을 점유하는 독립형 루틴들로, 또는 운영 체제 환경에서 동작할 수 있다.

본 발명의 실시예들을 완전히 이해할 수 있도록 수많은 세부사항들(가령, 컴포넌트 및 방법들)이 제공된다.

컴퓨터 판독형 매체는 예를 들어, 전자식, 자기식, 광학식, 전자기식, 적외선식, 또는 반도체 시스템, 장치, 시스템, 소자, 전파 매체, 또는 컴퓨터 메모리에 해당한다.

프로세서나 프로세스는 데이터, 신호, 또는 그외 다른 정보를 처리하는 사람, 하드웨어/소프트웨어 시스템, 메커니즘,또는 컴포넌트를 포함한다.

발명의 실시예들은 전용 직접 회로, 프로그래머블 게이트 로직 장치, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 화학적, 생물학적, 양자/나노 시스템, 컴포넌트, 그리고 메커니즘을 이용함으로서, 프로그래밍된 디지털 범용 디지털 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.

Claims

- 일체형 도파관 구조를 지지하는 반도체 기판으로서, 상기 도파관 구조는 복사 신호를 입력으로부터 출력까지 전파시키기 위한 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하는 특징의 상기 반도체 기판,

- 제어 신호에 따라 반응하고 상기 도파관 구조에 연결되어, 영향 존 내에서 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성을 독립적으로 제어하는 인플루언서 시스템, 그리고

- 상기 복사 신호를 상기 영향 존 내로 주기적으로 복귀시켜서 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치는 회귀 시스템

을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 회귀 시스템은 상기 도파관의 길게 뻗어가는 영향 부분 사이에서 일련의 90도 도파관-보존 리디렉션을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 영향 존은 상기 도파관의 전파축에 평행하게 배열되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 2 항에 있어서, 상기 도파관의 상기 영향 부분들 각각은 평행한 전파축을 가지며, 상기 영향 존은 상기 도파관의 상기 영향 부분들의 상기 전파축에 평행하게 배열되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 도파관이 포톤형 결정 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 출력은 디스플레이 화소에 연결되고, 이때, 상기 영향 존은 상기 디스플레이 화소의 면적에 대응하는 길이 및 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 인플루언서 시스템은 상기 도파관 구조의 일부분에 일체형으로 구성되는 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 상기 도파관 구조에 대해 배열되는 다수의 추가적인 도파관 구조들을 지지하며, 이때, 모든 상기 도파관 구조들은 도파관간 스위칭 시스템들을 포함하여, 한 도파관 구조로부터 다음 도파관 구조까지 상기 복사 신호를 스위칭가능하게 리디렉션시킬 수 있고, 상기 회귀 시스템은 회귀 루프를 포함하고, 이때, 상기 영향 존 내의 상기 도파관 구조의 한 세그먼트가 주기적으로 상기 복사 신호를 전파시키는 것을 특징으로 하는 트랜스포트.
a) 기판에 도파관 구조를 배치하는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하여 복사 신호를 입력부로부터 출력부로 전파시키는 단계,

b) 제어 신호에 따라, 도파관 구조에 인플루언서 시스템을 인접 배치하여, 영향 존 내에서 복사 신호의 진폭-영향 속성을 독립적으로 제어하는 단계, 그리고

c) 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 하기 위해 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키도록 도파관 구조의 경로를 배열하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 회귀 시스템은 상기 도파관의 길이방향 영향 부분 사이에서 일련의 90도 도파관-유지 리디렉션을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 영향 존은 상기 도파관의 전파축에 평행하게 배치되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 도파관의 상기 영향 부분들 각각은 평행한 전파축을 가지며, 상기 영향 존은 상기 도파관의 상기 부분의 전파축에 평행하게 배열되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 도파관은 포톤형 결정 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 출력은 디스플레이 화소에 연결되고, 이때, 상기 영향 존은 상기 디스플레이 화소의 면적에 대응하는 길이 및 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 인플루언서 시스템은 상기 도파관 구조의 일부분에 일체형으로 구성된 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 기판은 상기 도파관 구조에 대해 배열되는 다수의 추가적인 도파관 구조들을 지지하며, 이때, 모든 상기 도파관 구조들은 도파관간 스위칭 시스템들을 포함하여, 한 도파관 구조로부터 다음 도파관 구조까지 상기 복사 신호를 스위칭가능하게 리디렉션시킬 수 있고, 상기 회귀 시스템은 회귀 루프를 포함하고, 이때, 상기 영향 존 내의 상기 도파관 구조의 한 세그먼트가 주기적으로 상기 복사 신호를 전파시키는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
아래의 단계들을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터-판독형 매체.

a) 기판에 도파관 구조를 배치하는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하여 복사 신호를 입력부로부터 출 력부로 전파시키는 단계,

b) 제어 신호에 따라, 도파관 구조에 인플루언서 시스템을 인접 배치하여, 영향 존 내에서 복사 신호의 진폭-영향 속성을 독립적으로 제어하는 단계, 그리고

c) 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 하기 위해 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키도록 도파관 구조의 경로를 배열하는 단계.
제 17 항에 있어서, 상기 회귀 시스템은 상기 도파관의 길이방향 영향 부분 사이에서 일련의 90도 도파관-유지 리디렉션을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 17 항에 있어서, 상기 영향 존은 상기 도파관의 전파축에 평행하게 배치되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 18 항에 있어서, 상기 도파관의 상기 영향 부분들 각각은 평행한 전파축을 가지며, 상기 영향 존은 상기 도파관의 상기 부분의 전파축에 평행하게 배열되는 제어가능한 자기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 17 항에 있어서, 상기 도파관은 포톤형 결정 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 17 항에 있어서, 상기 출력은 디스플레이 화소에 연결되고, 이때, 상기 영향 존은 상기 디스플레이 화소의 면적에 대응하는 길이 및 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 17 항에 있어서, 상기 인플루언서 시스템은 상기 도파관 구조의 일부분에 일체형으로 구성된 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
제 17 항에 있어서, 상기 기판은 상기 도파관 구조에 대해 배열되는 다수의 추가적인 도파관 구조들을 지지하며, 이때, 모든 상기 도파관 구조들은 도파관간 스위칭 시스템들을 포함하여, 한 도파관 구조로부터 다음 도파관 구조까지 상기 복사 신호를 스위칭가능하게 리디렉션시킬 수 있고, 상기 회귀 시스템은 회귀 루프를 포함하고, 이때, 상기 영향 존 내의 상기 도파관 구조의 한 세그먼트가 주기적으로 상기 복사 신호를 전파시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독형 매체.
a) 기판에 지지되는 도파관 구조를 통해 복사 신호를 전파시키는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 입력부로부터 출력부까지 복사 신호를 전파시키기 위해 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 구비하는 단계, 그리고,

b) 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
아래의 단계들을 실행시키는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터-판독형 매체.

a) 기판에 지지되는 도파관 구조를 통해 복사 신호를 전파시키는 단계로서, 이때, 상기 도파관 구조는 입력부로부터 출력부까지 복사 신호를 전파시키기 위해 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 구비하는 단계, 그리고,

b) 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 영향을 미치도록 영향 존을 통해 복사 신호를 회귀시키는 단계.
- 기판에 지지되는 도파관 구조를 통해 복사 신호를 전파시키는 수단으로서, 이때, 상기 도파관 구조는 입력으로부터 출력까지 상기 복사 신호를 전파시키기 위해 한개의 안내 채널과 한개 이상의 경계 영역을 포함하는 특징의 상기 수단,

- 상기 복사 신호의 진폭-영향 속성에 주기적으로 명향을 미치도록 영향 존을 통해 상기 복사 신호를 회귀시키는 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.