KR20070028335A - 성능-개선 경계 영역을 포함하는 도파관에 대한 장치, 방법및 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독형 매체 - Google Patents

성능-개선 경계 영역을 포함하는 도파관에 대한 장치, 방법및 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독형 매체 Download PDF

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KR20070028335A
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Abstract

본 발명의 도파관은 도파관의 축을 정의하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들과; 그리고 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하며, 상기 영역들 중 하나 이상의 영역(하나 이상의 경계 영역들)에 배치되는 복수의 자기 구성요소들을 포함한다. 복사 신호를 전송하는 도파관을 동작시키는 방법은 a) 상기 도파관을 통해 상기 복사 신호를 전송하는 단계를 포함하며, 상기 단계에서 상기 도파관은 도파관의 축을 정의하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하며; 그리고 b) 하나 이상의 상기 영역들에 배치된 복수의 자기 구성요소들을 이용하여 상기 도파관의 축에 대하여 수직인 자기장을 발생하는 단계를 포함한다.

Description

성능-개선 경계 영역을 포함하는 도파관에 대한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독형 매체{Apparatus, Method, and Computer Program Product For Structured Waveguide Including Performance-Enchancing Bounding Region}
본 발명은 복사선을 전파시키기 위한 트랜스포트(transport)에 관한 발명으로서, 특히, 외부 영향에 대한 도파관의 복사-영향 성질의 반응성을 개선하는 광학적으로 활성화된 구성요소들을 포함하는 도파 채널을 가지는 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 상수(arc minutes cm-1 Gauss- 1 의 단위를 가짐)라 불리며, B는 자기장, d는 자기장에 속한 전파 거리(propagation distance)이다. 양자역학적 측면에서, 패러데이 회전은 자기장의 공급이 에너지 레벨을 변경시키기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다.
광학적 분리기로 사용되는 패러데이 회전자(rotator)로, 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 분리기(isolator)는 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 또 다른 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 자기광 학 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 두 개의 카테고리로 분류될 수 있다. 즉, (a)플랫 패널 디스플레이(FPD)와 (b)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 디스플레이 기술에 나타난 한가지 주된 요구사항은 비용 문제이다. 즉, 지배적인 CRT 디스플레이 기술에 비해 비용이 비싸다(CRT 디스플레이와 비교할 때, "평판"은 "평평함" 또는 "얇음"을 의미하며, 표준 깊이가 디스플레이 영역의 넓이와 거의 같다).
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 정 밀한 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. 이와 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 증폭기(Direct Drive Image Light Amplifier)는 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.
DLPTM 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 폭의 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 세개 는 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 가 진 시스템에 이용하도록 설계된다는 점을 고려할 때 54 미터 경로 길이는 수용가능하다.
광섬유 분야에서 패러데이 효과를 위한 또 다른 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, 킬로미터 단위 길이의 광섬유 채널에 대해 감쇠 및 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 프리폼(blank preform)이 형성되어, 냉각 및 테스트된 후, 프리폼은 그래파이트 로(graphite furnace) 근처의 상부에 프리폼을 가진 섬유 인발 타워(fiber drawing tower) 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 가느다란 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), 대 역폭, 단색 분산, 동작 온도 범위, 감쇠에 대한 온도 의존성, 그리고 물속에서의 광 전달 능력을 포함한다.
1996년에, 포톤 결정 섬유(PCF:photonic crystal fibers)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 전반사(MTIR)에 의해 고체 코어 내에서 광을 전파한다. 전반사는 마이크로스트럭처 공기-충진 영역의 저굴절률에 의해 야기된다.
저굴절률(low index) 도파 광섬유는 포톤 밴드갭(PBG:photonic bandgap) 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.
더욱이, 동일 두께의 단일층 비스무스 철 가넷 필름보다 748nm에서 140% 큰 패러데이 회전을 디스플레이하는 자기광학적 포톤 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 자 기장 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 개선할 수 있는, 공지 기술에 대해 장점을 제공하는 대안의 도파관 기술이 필요하다.
본 발명의 도파관은 도파관의 축을 정의하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들과; 그리고 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하며, 상기 하나 이사의영역들(하나 이상의 경계 영역들)에 배치되는 복수의 자기 구성요소들을 포함한다. 복사 신호를 전송하는 도파관을 동작시키는 방법은 a) 상기 도파관을 통해 상기 복사 신호를 전송하는 단계를 포함하며, 상기 단계에서 상기 도파관은 도파관의 축을 정의하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하며; 그리고 b) 하나 이상의 상기 영역들에 배치된 복수의 자기 구성요소들을 이용하여 상기 도파관의 축에 대하여 수직인 자기장을 발생하는 단계를 포함한다.
본 발명의 선호 실시예에서, 도파관 제조 방법은 a) 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑 영역을 형성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 상기 도파관의 하나 이상의 영역들에 도핑하는 단계를 포함하고, 상기 단계에서, 상기 채널 영역은 상기 도파관에 대해 도파관 축을 정의하는 것을 특징으로 하며; 그리고 b) 상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하는 복수의 자기 구성요소들의 하위 집합을 영구적으로 자화시키도록 상기 도핑된 영역을 자기장에 노출하는 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 구성요소들을 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, 한 개의 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. 도핑된 영역(즉, 도핑된 경계 영역)은 상기 투과축에 수직인 자기장을 발생한다. 투과축에 수직인 자기장은 인플루언서에 의해 유도되는 요망 편광 변화를 변경하지 않으면서 성능을 개선한다(예를 들면, 광학적 손실 감소 및/또는 인플루언서 응답 개선을 위해 채널 영역의 도메인들을 포화시키는 방법 사용).
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 개선하는, 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 4은 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 8는 본 발명의 선호 실시예를 구성하기 위한 대표적 섬유 인발 시스템의 개략도.
본 발명은 유닛 비용을 감소시키면서, 높은 가공성, 재현성, 균일성, 그리고 신뢰성을 구현할 수 있도록, 외부 영향에 대한 도파관의 복사 영향 성질의 반응성을 개선하기 위한, 공지 기술에 비해 우월한 장점들을 제공하는 도파관 기술에 관한 발명이다.
다음에서 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 본 발명을 만들고 이용할 수 있도록 기술되며, 발명의 응용 및 필수요소들에 대한 내용을 제공한다. 본 발명의 선호 실시예에 대한 다양한 변경 및 여기에 깃루된 일반 원리 및 특징들은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며 여기에 기술된 원리 및 특징에 맞는 가장 넓은 범위에 따라 이해되어야 한다.
다음의 내용에서, 세가지 용어, 즉, 1) 광학 트랜스포트(optical transport), 2) 성질 인플루언서(property influencer), 그리고 3) 소멸(extinguishing)이 특별한 의미를 가진다. 본 발명의 활용을 위해, 광학 트랜스포트는 복사선의 요망 속성들을 보존하면서 인플루언서의 특성에 영향을 미치는 성 질들을 개선시키도록 고안된 도파관이다. 선호되는 실시예에서, 영향받는 도파관의 성질은 그 편광 회전 상태를 포함하고, 인플루언서는 광학 트랜스포트의 전파 축에 평행하게 전파되는 제어가능한 가변 자기장을 이용하여 편광 각도를 제어하는 데 패러데이 효과를 이용한다. 광학 트랜스포트는 매우 짧은 광학 경로에 대해 낮은 자기장 강도를 이용하여 편광을 신속하게 제어할 수 있도록 구성된다. 일부 특정 구현에서, 광학 트랜스포트는 전파되는 복사선의 파장에 대해 높은 버데트 상수를 가진 광섬유를 포함하며, 이와 동시에 광섬유의 도파 속성을 보존한다. 그렇지 않을 경우, 성질 인플루언서의 효율적 구성을 제공하고, 성질 인플루언서에 의해 복사 성질의 협조적 영향을 제공한다.
성질 인플루언서는 광학 트랜스포트에 의해 전파되는 복사선의 성질 제어를 구현하는 구조이다. 선호 실시예에서, 성질 인플루언서는 광학 트랜스포트에 광학적으로 연결된다. 한개의 코어와 한개 이상의 클래딩 층을 가진 광섬유에 의해 형성되는 광학 트랜스포트를 위한 한가지 구현예에서, 상기 성질 인플루언서는, 광학 트랜스포트의 도파 속성에 악영향을 미치지 않으면서, 클래딩 층들 중 한개 이상의 층에 일체형으로 구성된다. 전파되는 복사선의 편광 성질을 이용하는 선호 실시예에서, 성질 인플루언서의 선호 구현은 코일이나 코일폼 같은 편광 영향 구조에 해당하며, 한개 이상의 자기장을 이용하여 광학 트랜스포트의 자계를 제공하는 패러데이 효과를 지원 및 생성하는 일체형가능한 그외 다른 구조에 해당한다.
본 발명에 따른 이러한 구조의 도파관은 전파되는 복사선의 진폭을 제어하는 변조기에서 트랜스포트로 기능할 수 있다. 변조기에 의해 방출되는 복사선은 광학 트랜스포트에 대한 성질 인플루언서의 상호작용에 의해 제어되는, 최대 복사 진폭과 최소 복사 진폭을 가질 것이다. "소멸"이란, "오프" 또는 "다크" 상태로 분류될 수 있는 충분히 낮은 레벨의 최소 복사 진폭을 의미한다. 또는 복사선이 없음을 표시하는 그외 다른 분류에 해당할 수 있다. 다시 말해서, 일부 응용예에서, 충분히 낮지만 검출가능한/식별가능한 복사 진폭이 "소멸" 상태로 적절하게 인식될 수 있다(이 레벨이 특정 구현이나 실시예를 위한 매개변수와 일치할 경우). 본 발명은 도파관 제작 중 안내 영역에 배치되는 광학적으로 활성인 구성요소들을 이용함으로서 인플루언서에 대한 도파관의 응답을 개선시킨다.
도 1는 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 한 개의 안내 영역과 한 개 이상의 경계 영역(코어와 한개 이상의 클래딩층)을 포함하는 안내 채널을 가진 전용 광섬유(통상적인 광섬유나 PCF)일 수 있다. 또는, 트랜스포트(105)가 한 개 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 편광자 같은 또 다른 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 평 행하게 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 주어진 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 컴포넌트 의 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 영향받았는지에 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 편광같은, 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(crossed)"란, 종래의 편광 필터에 대한 투과축에 대해 90도만큼 오정렬된 회전각을 의미한다.
더욱이, 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, 우측 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 여러 개의 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 2은 도 1에 도시된 선호 실시예의 특정 구현의 상세도이다. 이 구현은 설 명을 단순화시키도록 의도된 것으로서, 본 예에 제한되어서는 안될 것이다. 도 1에 도시된 패러데이 구조의 도파관 변조기(100)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 3 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 코어(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:singel-molecule magnet)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 복사선의 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 구 현에에서, 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 행할 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 네 가지 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. 대안의 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 성 질(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- 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 깊이 있게 형성되는 채널이나 영역)이 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이 도파 소자들은 디스플레이의 기본적 이미징 구 조이며, 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(약 20mm 정도이거나 더 짧음)으며, 유효한 버데트 상수 값이 증가하거나/증가하며 자기장 강도가 증가함에 따라 지속적으로 짧아질 수 있다. 디스플레이의 실제 깊이는 채널 길이의 함수일 수 있으나, 광학 트랜스포트는 도파관이므로, 경로는 소스로부터 출력까지(경로 길이) 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. 이에 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(4900xy)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 도 우넛형 디스플레이가 가능하다. 또 다른 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 이점을 취할 수 있다. 복사원(410)의 경우에, 일부 실시예에서, 대형 극장 스크린을 조명하기 위해 통상적으로 요구되는 고진폭광의 종류들에 의해 생성되는 열 때문에 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 스크린을 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 맞닿는 형태로 배열되거나 접착되는 도파관 스트립의 모놀리식 구조는 각각 한 스트립에 수천 개씩의 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 제 작에서 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(500)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 포톤 결점 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 구성요소들을 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 구성요소들에 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 구성요소들은 서로 다른 응용예에 대해 최적화되는 것으로서, 도파관의 통신 이용을 크게 저하시킬 수 있다. 구성요소의 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 구성요소들에 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(60)에서, 회전 크기는 자기장의 강도, 일부분(600)의 길이, 그리고 일부분(600)의 버데트 상수에 따라 좌우된다. 이 구성요소들은 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 굴절률을 가진 코어를 제공함으로서 이 광섬유들이 광을 안내하였다. 그외 다른 섬유 종류들은 또다른 안내 메커니즘을 제공한다. 본원에서의 한가지 관심 대상은 광섬유는 상술한 바와 같이 포톤 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.
구성요소들은, 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 구성요소(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. 종 래 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 방법들은 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 구성요소들을 포함하는 그외 다른 버블러(705)들은 도시되는 구성요소들에 추가하여 사용될 수 있다.
공정 중 믹스처의 조성을 변화시킴으로서, 프리폼의 구성요소 프로파일과 굴절률 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 산호의 흐름은 믹싱 밸브(715)들에 의해 제어되며, 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 8와 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 시스템들은 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 8는 도 7에 도시된 시스템(700)으로부터 제작되는 프리폼 같은, 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 구성요소들을 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. 이 러한 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 개시한다. 도펀트들의 농도 증가에 성공함으로서, 도핑된 코어의 선형 버데트 상수와 도핑된 코어의 성능을 개선시킬 수 있어서 비선형 효과들을 촉진시킬 수 있다.
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 우수 한 시야각, 해상도, 밝기, 콘트래스트를 가진다. 일반적으로 말해서 우수한 성능 특성을 가진다.
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.
여기 및 관련 응용 특허에 포함된 구조, 컴포넌트 그리고 기술들은 시스템 및 디스플레이 과정 등에 대한 예로서, 본 발명의 선호 실시예의 내용으로 기술되었다. 그러나, 구조, 컴포넌트 및 기술들(일부는 관련된 응용 특허들에서 지정됨) 다른 응용성을 가진다. 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.
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, 포톤 장치 및 전자 장치를 최적으로 조합시키고, 각각의 장치는 그 강도에 따라 구현된다. 반도체 소자 및 포톤 소자용으로 고인장강도 자체 기판으로 IC 섬유를 이용할 수 있고, 포톤 코어 둘레로 연속 표면을 형성하도록 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 유연한 도파관 채널들의 실시예(예,광섬유 실시예)에 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. 포톤 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 포톤 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 과정(looming action)은 직조될 때 섬유 및 필라멘트들의 패턴처리를 촉진시 킬 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 사(텍사스, 리차드슨, 1321 노스 플라노 로드)의 나노-매니퓰레이터 기술은 "나노룸(nanoloom)" 시스템으로 구현될 수 있고, Arryx 사(일리노이, 시카고, 스위트 CL20, 316 노스 미시간 에비뉴)의 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 포톤 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 포톤 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 최대화시킴으로써, 포톤 경로에 의해 연결되는 최적 스케일 섬유들에 제작되는 작은 마이크로프로세서 구조들이 가능하며, 따라서, 최적화 가능성의 논리적 출력을 얻을 수 있다.
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.
일반적으로, 본 발명의 태양들을 구현하는 트랜스포트, 변조기, 그리고 시스템의 성능 속성들은, 다음의 사항들을 포함한다.
서브화소 직경(광학적 활성물에 인접한 필드 발생 소자를 포함): 100 미크론 미만 또는 50미크론 미만.(상기 다른 실시예에서, 다이-도핑 광 채널들은 하나의 복합 도파관 구조로 구현되어 RGB 화소 디멘션에 네트 감소 효과를 나타낸다).
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 필요로 하지 않거나 임의의 서브화소를 필요로 하지 않는다. 그러나, 적절한 이미지 디스플레이를 위해 본질적인 것은 디스플레이, 화소, 그리고 서브화소 간의 상대적 강도이며, (주면 광 레벨 변화를 보 여주는 필요 기본 디스플레이 광도로 주어짐), 이는 적절한 이미지 디스플레이를 위해 중요하다.
최대 감마(또는 이에 가까운) 및 최대 회전(모든 동작 범위에 걸친)은 가장 극단의 콘트래스트를 필요로 하는 경우에만 요구될 것이다. 가령, 태양과 같은 밝은 광원으로 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 최대가 아닌 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 필요로 하고, 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. (칼라 및 백색 화소들은 칼라가 포화되지 않도록 병렬로 배치될 수 있다; 본 발명의 다른 일 실시예에서, 클러스터의 추 가적인 서브화소는 포화를 더욱 효과적으로 제어할 수 있도록 하기 위해 균형을 맞춘 백색광일 수 있다).
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 개선은 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. 본 발명과 대응하는 분야의 당업자는 본 발명의 실 시예가 다른 세부사항 없이도 구현될 수 있으며 다른 기구, 시스템, 부품, 방법, 컴포넌트, 물질, 부분 등을 사용하여 본 발명 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다. 다른 예에서, 본 발명의 실시예의 특징들을 희석하지 않도록 공지의 구조, 물질 또는 동작들은 구체적으로 도시되거나 상세히 기술되지 않는다.
본 발명의 실시예를 위한 컴퓨터 판독형 매체는 지시 수행 시스템, 기구, 시스템 또는 장치에 의해 또는 관계되어 사용되는 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파, 또는 전송할 수 있는 매체이다. 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. 프로세서는 일반적인 목적의 중앙 처리 장치를 포함하는 시스템, 다중 처리 유닛, 기능성을 위해 목적 회로 또는 다른 시스템들을 포함할 수 있다. 처리는 지리적 위치에 제한되지 않으며 시간적인 제한을 가지지 않는다. 예를 들어, 프로세서는 기능을 실시간, 오프라인, 또는 배치 모드 등에서 수행할 수 있다. 처리의 일부는 다시 시간 및 다른 지역에서 다른(또는 같은) 처리 시스템에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 일 실시예, 실시예, 선호 실시예 또는 특정 실시예는 실시예에 대하여 기술된 특징, 특별한 구조 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 포함되었다는 것을 의미하며 모든 실시예들에 포함되어야 할 필요는 없다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 명세서 전체에 걸쳐 다양하게 쓰이는 일 실시예 에서, 실시예에서, 또는 특정 실시예에서와 같은 개별적인 구문들은 동일한 실시예에 관한 것일 필요가 없다. 더구나, 본 발명의 각각의 실시예의 특별한 특징, 구조 또는 특성들은 알맞은 방법으로 둘 이상의 실시예들에 결합될 수 있다. 여기에 도시되고 기술된 본 발명의 실시예들의 다른 변경 및 변형예들을 여기에 간략히 암시할 수 있으며 본 발명의 사상 및 범위 내에서 이루어진 것으로 간주될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 프로그램되며 일반적인 목적의 디지털 컴퓨터를 사용하거나, 응용 특성 집적 회로를 사용하여 구현할 수 있으며, 프로그램 가능한 로직 장치들, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이들, 광학적, 화학적, 생물학적, 양자 또는 나노엔지니어링 시스템들, 컴포넌트 그리고 기계장치들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 기능은 종래 기술에 의해 수단을 이용하여 달성할 수 있다.
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. 분배된 또는 네트워크화된 시스템, 컴포넌트 및 회로들이 이용될 수 있다. 데이터의 통신 또는 전송은 유선, 무선 또는 다른 방법으로 이루어질 수 있다.
도면에 나타낸 둘 이상의 구성요소들은 분리 또는 집적하여 구현할 수 있으며, 어떤 경우에는 제거되거나 동작하지 않도록 할 수 있고, 특정한 응용 목적에 따라 사용되도록 구현할 수 있다. 컴퓨터가 상술한 방법들 중 하나를 수행하도록 기계 판독형 매체에 저장될 수 있는 프로그램 또는 코드를 구현하는 것 또한 본 발 명의 사상 및 범위 내에서 이루어진다.
또한, 도면에 도시된 신호 화살표들은 예시적인 것이며 특별한 언급이 없는 한 제한되지 않는다. 여기에 사용된 "또는" 이라는 용어는 지정되지 않는 한 일반적으로 "및/또는"을 의미한다. 용어상, 분리 또는 조합 가능성이 불분명한 것으로 예측되는 경우에, 컴포넌트 또는 단계들의 조합(결합)이 언급된 것으로 간주된다.
여기에 기술된바 및 청구항 전체에서, 일, 하나, 상기는 내용에서 다른 것을 명확히 언급하지 않는 이상 복수 참조를 포함한다. 또한, 여기에 기술된바 및 청구항 전체에서, "안에"의 의미는 내용에서 명확하게 다른 것을 언급하지 않는 한 "안" 및 "상부에"의 의미를 포함한다.
요약을 포함하여 본 발명의 실시예들을 묘사하기 위해 계속되는 표현은 여기에 포함된 실시 형태들로 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 특정 실시예 및 예시들은 단지 묘사를 목적으로 할 것이며, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 발명과 동등하게 다양한 변형을 할 수 있으며 이는 당업자에게 자명하다. 지적한 바와 같이, 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 계속되는 기술에서 본 발명에 대한 변형이 이루어질 수 있으며 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함된다.
따라서, 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명이 기술됨과 동시에, 변경 및 다양한 변화 그리고 하위 구성이 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예의 몇몇 예시와 특징이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서, 다른 특징을 이용하지 않고 구현될 수 있다. 따라서,특정한 상황 및 물질을 본 발명의 사상 및 범위에 적용하기 위해 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 다음의 청구항들 및/또는 본 발명 을 실시하기 위한 최상 모드로써 포함된 구체적인 실시예에 사용되는 특정 용어에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 부가된 청구항들의 범위 내의 모든 실시예 및 동등 물을 포함한다.
따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 결정된다.

Claims (37)

  1. 도파관의 축을 정의하는 채널 영역 및 하나 이상의 경계 영역들과; 그리고
    상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하며, 상기 영역들 중 하나 이상의 영역에 배치되는 복수의 자기 구성요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관은 섬유이고,
    상기 채널 영역은 코어이며,
    상기 하나 이상의 경계 영역들은 상기 코어의 클래딩 영역들인 것을 특징으로 하는 도파관.
  3. 제 1 항에 있어서,
    인플루언서는 상기 도파관의 축에 평행한 상기 도파관에 자기장을 인가하여 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사선의 편광을 변화시기며,
    상기 자기 구성요소들은 상기 편광에 영향을 미치지 않는 것을 특징으로 하는 도파관.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 단일 분자 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 도 파관.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 강한 자기장인 가해지거나 상기 자석 물질들이 제거될 때 특정 자성을 유지하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 복수의 자기 도메인들을 포함하며,
    상기 특정 자성은 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사선의 광학적 손실이 감소하도록 상기 채널 영역의 상기 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 것을 특징으로 하는 도파관.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널 영역은 복수의 자기 도메인들을 포함하며,
    상기 특정 자성은, 상기 도파관의 축에 평행한 제 2 자기장에 대한 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사선의 자기 응답이 증가하도록 상기 채널 영역의 상기 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 것을 특징으로 하는 도파관.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 채널 영역들은 복수의 자기 도메인들을 포함하며,
    상기 특정 자성은 상기 도파관의 축에 평행한 제 2 자기장에 대한 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사선의 자기 응답이 증가하도록 상기 채널 영역의 상기 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 것을 특징으로 하는 도파관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도파관의 축을 따라 전파되는 상기 복사선은 특정 자성을 포함하며,
    상기 자기 응답은 상기 편광의 변화인 것을 특징으로 하는 도파관.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 광학 섬유 제작 과정 중의 고온에 상기 특정 자성을 유지하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 영역들은 결정 구조를 가지며,
    상기 결정 구조를 가지는 자기 구성요소들은 상기 요망 자기장을 발생하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  12. 복사 신호를 전송하는 도파관을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    a) 상기 도파관을 통해 상기 복사 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 단계에서 상기 도파관은
    도파관의 축을 정의하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하며; 그리고
    b) 하나 이상의 상기 영역들에 배치된 복수의 자기 구성요소들을 이용하여 상기 도파관의 축에 대하여 수직인 자기장을 발생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도파관은 섬유이고,
    상기 안내 영역은 코어이며,
    상기 하나 이상의 경계 영역들은 상기 코어의 클래딩인 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    c) 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 상기 복사 신호의 편광이 변하도록 상기 도파관의 축에 평행한 상기 도파관에 자기장을 인가하는 단계를 더 포함하되,
    상기 자기 구성요소들은 상기 편광에 영향을 미치지 않는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 단일 분자 자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 자기장이 인가되거나 상기 자기 물질들이 제거되는 경우에 특정 자성을 유지하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 채널 영역은 복수의 자기 도메인들을 포함하며,
    c) 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사 신호의 광학적 손실이 감소되도록 상기 채널 영역의 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 채널 영역은 복수의 자기 도메인들을 포함하되,
    c) 상기 도파관의 축에 평행한 제 2 자기장에 대한 상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사 신호의 응답이 증가하도록 상기 채널 영역의 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 c) 단계는 상기 도파관의 축에 평행한 제 2 자기장에 대한 상기 도파 관의 축을 따라 전파되는 복사 신호의 응답이 증가하도록 상기 채널 영역의 복수의 자기 도메인들의 수량을 포화시키는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 도파관의 축을 따라 전파되는 복사선은 특정 편광을 포함하며,
    상기 자기 응답은 상기 특정 편광의 변화인 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기 구성요소들은 광학 섬유 제작 과정 중의 고온에서 상기 특정 편광을 유지하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  22. 제 12 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 경계 영역들은 결정 구조를 가지며,
    상기 결정 구조를 가지는 자기 구성요소들은 상기 요망 자기장을 생성하는 것을 특징으로 하는 도파관 동작 방법.
  23. a) 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑 영역을 형성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 상기 도파관의 하나 이상의 영역들에 도핑하는 단계를 포함하고,
    상기 단계에서, 상기 채널 영역은 상기 도파관에 대해 도파관 축을 정의하는 것을 특징으로 하며; 그리고
    b) 상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하는 복수의 자기 구성요소들의 하위 집합을 영구적으로 자화시키도록 상기 도핑된 영역을 자기장에 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 도핑 단계 a)는 도파관에 형성되는 공정 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 노출 단계 b)는 도파관에 생성되는 공정 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 노출 단계 b)는 프리폼으로부터 상기 도파관을 인발하는 공정 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 노출 단계 b)는 프리폼으로부터 상기 도파관을 인발하는 공정 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 도파관이 인발되고, 도포되며, 저장 구조상에서 트위스트된 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  29. 제 23항에 있어서,
    상기 노출 단계 b)는 상기 하나 이상의 도핑된 경계 영역과 상기 채널 영역의 연결에 앞서 상기 하나 이상의 도핑된 영역에 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 도파관은 섬유이고,
    상기 섬유는 섬유 인발 장치를 사용하는 프리폼으로부터 인발되며, 그리고
    상기 노출 단계 b)는 상기 섬유 인발 장치의 일부로 포함되는 전자기장에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도핑된 경계 영역은 상기 자기장에 기여하는 복수의 자기 구성요소들의 대부분을 포함하는 결정 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도핑 영역에 대한 결정 구조 내의 상기 복수의 자기 구성요소들의 이온 충격은 상기 복수의 자기 구성요소들의 상기 하부집합이 상기 하나 이상의 도핑된 경계 영역에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  33. a) 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑 영역을 형성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 상기 도파관의 하나 이상의 영역들에 도핑하는 단계를 포함하고,
    상기 단계에서, 상기 채널 영역은 상기 도파관에 대해 도파관 축을 정의하는 것을 특징으로 하며; 그리고
    b) 상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 영구적으로 생성하도록 상기 구성요소들을 공통 자화 방향으로 배열하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 제조 방법.
  34. 도파관을 통하여 복사 신호를 전송하는 수단을 포함하되,
    상기 도파관은 도파관의 축을 정의 하는 채널 영역과 하나 이상의 경계 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하며; 그리고
    하나 이상의 영역들에 배치된 복수의 자기 구성요소들을 이용하여 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 발생하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사 신호를 전송하는 도파관.
  35. 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑된 영역들을 생성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 하나 이상의 상기 도파관에 도핑하는 수단과; 그리고
    상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 생성하는 복수의 자기 구성요소들의 하위 집합을 영구적으로 자화시키도록 상기 도핑된 경계 영역을 자기장에 노출시키는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  36. 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑 영역을 형성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 상기 도파관의 하나 이상의 영역들에 도핑하는 수단을 포함하고,
    상기 채널 영역은 상기 도파관에 대해 도파관 축을 정의하는 것을 특징으로 하며; 그리고
    b) 상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 영구적으로 생성하도록 상기 구성요소들을 공통 자화 방향으로 배열하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
  37. 컴퓨터 시스템에 의해 수행되며, 트랜스포트 제작 방법을 수행하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독형 매체에 있어서,
    상기 제작 방법은:
    a) 상기 도파관의 채널 영역에 연결되는 하나 이상의 도핑 영역을 형성하기 위해 복수의 자기 구성요소들을 상기 도파관의 하나 이상의 영역들에 도핑하는 단계로서, 상기 채널 영역은 상기 도파관에 대해 도파관 축을 정의하는 상기 도핑 단계와; 그리고
    b) 상기 도파관의 축에 평행한 자계 강도 없이 상기 도파관의 축에 수직인 자기장을 영구적으로 생성하도록 상기 구성요소들을 공통 자화 방향으로 배열하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독형 매체.
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