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多层 光子结构

阅读：47发布：2024-02-16

专利汇可以提供多层光子结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于改善光子器件的VLSI的系统和方法，例如通过改进的体积填充密度来保持和/或增强光子操作和功能。光学通孔分布在多层光子器件中。这些光学通孔与不同类型的路径光学器件光学通信，以允许光子信息被分布在各层上的光子处理元件访问，处理和传输。，下面是多层光子结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多层光子结构，包括：
基底；以及
N个层，堆叠在所述基底上，N>1，；
其中每个所述层包括设置在间隔材料中的光子元件组。
2.如权利要求1所述的多层光子结构，其中所述间隔材料包括约等于空气的低折射率。
3.如权利要求2所述的多层光子结构，其中所述间隔材料包括气凝胶。
4.如权利要求1所述的多层光子结构，其中每个所述层具有相邻的覆盖层，所述层包括覆板。
5.如权利要求1所述的多层光子结构，其中N>2，其中第一层设置在第二层上，并且其中所述第二层包括设置在所述第二层和所述层之间的覆板。
6.如权利要求2所述的多层光子结构，其中N>2，其中第一层设置在第二层上，并且其中所述第二层包括设置在所述第二层和所述层之间的覆板。
7.如权利要求3所述的多层光子结构，其中N>2，其中第一层设置在第二层上，并且其中所述第二层包括设置在所述第二层和所述层之间的覆板。
8.如权利要求1所述的多层光子结构，其中所述光子元件组包括光子功能器件。
9.如权利要求1所述的多层光子结构，其中所述光子元件组包括一对光子功能元件和设置在所述一对光子功能元件之间的路径光学器件，所述路径光学器件配置成在所述一对光子功能元件之间引导和路由光子。
10.如权利要求9所述的多层光子结构，其中所述路径光学器件包括选自由介电镜结构、镜子结构、棱镜结构、点偏转器结构、光路重定向结构组成的组中的一个或多个结构或其组合。
11.如权利要求5所述的多层光子结构，其中所述第一层的所述光子元件组包括第一组光子元件，其中所述第二层的所述光子元件组包括第二组光子元件，并且其中所述第一组光子元件独立于所述第二组光子元件。
12.如权利要求11所述的多层光子结构，其中所述第一组光子元件和所述第二组光子元件各自包括一对光子功能元件和设置在所述一对光子功能元件之间的路径光学器件，所述路径光学器件配置成在所述一对光子功能元件之间引导和路由光子。
13.如权利要求12所述的多层光子结构，其中所述路径光学器件包括选自由介电镜结构、镜子结构、棱镜结构、点偏转器结构、光路重定向结构组成的组中的一个或多个结构或其组合。
14.如权利要求5所述的多层光子结构，其中所述第一层的所述光子元件组包括第一组光子元件，其中所述第二层的所述光子元件组包括第二组光子元件，其中光学通孔设置在所述第一层和所述第二层之间，并且其中所述第一组光子元件通过所述光学通孔光学耦合到所述第二组光子元件。
15.如权利要求14所述的多层光子结构，其中所述第一组光子元件包括第一光子功能元件和第一路径光学器件，其中所述第二组光子元件包括第二光子功能元件和第二路径光学器件，其中所述第一路径光学器件与所述第一光子功能元件光学连通，其中所述第二光子功能元件路径光学器件与所述第二光子功能元件光学连通，其中所述路径光学器件通过所述光学通路彼此光学连通，并且其中每个所述路径光学器件配置为在其自身与光学传递的所有其他光子元件之间引导和路由光子。
16.如权利要求15所述的多层光子结构，其中每个所述路径光学器件包括选自由介电镜结构、镜子结构、棱镜结构、点偏转器结构、光路重定向组成的组中的一个或多个结构或其组合。
17.如权利要求1所述的多层光子结构，还包括设置在所述基底中的光学通孔，所述光学通孔靠近设置在特定层内的特定光子元件，并且其中所述光学通孔包括从所述特定光子元件延伸穿过所述基底的第一光子传输路径，并且通过所述特定层和所述基底之间的任何中间层。
18.如权利要求17所述的多层光子结构，其中所述第一光子传输路径包括从输入路径、输出路径或通过所述基底的双向输入/输出路径中选择的第一有向路径。
19.如权利要求17所述的多层光子结构，其中所述特定层包括第二光子传输路径，所述第二光子传输路径从所述特定光子元件延伸到所述特定层的边缘处通过所述特定层的出口。
20.如权利要求19所述的多层光子结构，其中所述第二光子传输路径包括从输入路径、输出路径或通过所述特定层的双向输入/输出路径中选择的第二有向路径。
21.根据权利要求1所述的多层光子结构，其中特定层包括第一光子传输路径，所述第一光子传输路径从特定光子元件延伸到所述特定层的边缘处通过所述特定层的出口。
22.如权利要求21所述的多层光子结构，其中所述第一光子传输路径包括从输入路径、输出路径或通过所述特定层的双向输入/输出路径中选择的第一有向路径。
23.一种用于制造多层光子结构的方法，包括：
形成基底层；以及
在所述基底层上堆叠N个层，N>1；
其中每个所述层包括设置在间隔材料中的光子元件组。
24.如权利要求23所述的方法，还包括：
在一个或多个所述层内或通过一个或多个所述层生成一组传输路径。
25.如权利要求24所述的方法，还包括：
在所述层内生成光学通孔组，其中通过一个或多个所述层的传输路径延伸通过所述光学通孔组的至少一个所述光学通路。
26.基本上如本文所公开的装置。
27.基本上如本文所公开的方法。

说明书全文

多层光子结构

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2017年3月13日提交的美国专利申请No.15/457,980和2016年3月15日提交的美国专利申请No.62/308,687的权益，并且本申请与2009年2月13日提交的美国专利申请No.12/371,461有关并且与2016年3月15日提交的美国专利申请No.62/308,585有关，其全部内容为了所有目的通过引用全部明确地并入本文。

技术领域

[0003] 本发明一般涉及器件体积结构效率，更具体地但非排他地，涉及改善光子器件，结构，集成和组件的操作密度。本发明一般还涉及信号和数据处理设备，包括“计算机芯片”，电信信号处理设备，传感器设备和显示设备以及所有其他数据/信号处理设备的一般领域，更具体地说，但不仅仅是，三维(3D)或多层设备，其中数据处理和计算以及信号处理和传输，更改，操作和修改在设备的多个平面级别上处理，并且这些数据可以在这些设备之间传递层以及从设备本身到其他设备，连接，网络或系统的输入和输出。

背景技术

[0004] 背景技术部分中讨论的主题不应仅仅因为在背景技术部分中提及而被认为是现有技术。类似地，不应假设在背景技术部分中提到的或与背景技术部分的主题相关的问题先前已在现有技术中被认识到。背景技术部分中的主题仅代表不同的方法，这些方法本身也可以是发明。

[0005] 在光子集成电路领域中，存在以半导体电子器件的规模实现VLSI集成的问题，因为在晶片的给定区域上封装大量光子元件受到这些单个元件的较大尺寸的限制。(平均而言，与半导体电子逻辑元件的尺寸相比)和连接这些元件的光学结构(波导和无源结)所需的面积，尤其是在实现除了相同器件的简单重复阵列之外的任何其他方面。

[0006] 然而，多个较低密度光子晶片的3D集成提供了实现VLSI的另一途径，并且原则上提供光子学优于用于3D VLSI的纯电子器件的优势。与电子互连相比，在层之间传递的光信号在没有电阻或制造复杂性的情况下完成，因为必须采用导电通孔作为3D电子半导体结构通过单片集成构建或组装，而层之间的光学耦合可以基本上是自由空间或低损耗无源光学器件，不需要在层之间沉积固体材料通孔。

[0007] 但是，为了实现3D集成方案，其中光耦合是层之间的主要互连(除了设备的边缘之外)，需要通过PIC架构中的调制器和设备在平面内处理的信号的外耦合，以及现在还没有一种系统可以有效地系统地将信号从平面内移动到平面外。

[0008] 类似地，可用于空间光调制器的光电调制技术存在当前的限制，因为光子学中性能最佳的调制器通常是平面调制器，其中调制结构和表面大致垂直于该装置的平面，用于耦合平行于平面传输的光，而没有有效的方法或系统将来自这些调制器的信号耦合到平面之外。同类最佳的平面调制器包括IBM的小尺寸Mach-Zehnder调制器，环形谐振器调制器，以及平面磁光和磁光调制器。

[0009] 因此，默认情况下，用于光学介质的图像投影和显示，电信和读写阵列的SLM的主要调制方法是MEMS型调制器或LCoS(硅上液晶)，其中调制元件与器件的平面平行，而不是垂直。在这些系统中，没有办法耦合平行于器件平面传输的光，只有将光反射出平面的装置(或通过透明光学基板传输光，如LC SOG(系统开启)玻璃)微型显示器的尺寸与LCoS相当。

[0010] 除了MEMS和LCoS SLM之外，还有由Inoue等人开发的MOSLMS(磁光空间光调制器)。并且由EUwood(本公开的发明人)Inoue，美国专利6,762,872；EUwood美国公开号
20050201654)。但是这两种类型的MOSLM都被限制为使用平面磁光厚膜或平面磁光子周期薄膜叠层(ID光子带隙结构)。

[0011] MO厚膜，其最高质量包括BIG膜(铋-取代的YIG，钇铁石榴石)，目前通过液相外延(LPE)制造，并且可从诸如FDK或Integrated Photonics的公司商购获得。

[0012] 但是，由于LPE不能制造薄膜，这些最高质量的MO薄膜不能用作这种配置中的光子带隙结构，根据定义，它太厚而不能实现用于大多数MO层的λ/4厚度。

[0013] 然而，虽然MO薄膜已经通过脉冲激光沉积或RF 磁控溅射制造，但是对于ID周期性PBG薄膜叠层所需的厚度，这些薄膜的质量和畴磁化的取向与所需的90度相反。用于有效构建在线MO调制器。

[0014] 另外，整个晶片用于制造几层到几十层的堆叠的连续膜，这为膜中的缺陷带来了许多机会。如果要集成和沉积其他结构(场生成结构，寻址，潜在逻辑)，这会引入更多复杂性并提高潜在的缺陷率。

[0015] 在实现PIC的3D集成和消除可用于SLM的调制技术的限制方面，解决这两个限制所需要的是一种转换从平面的规则和不规则阵列传输和调制的信号的方法。光子器件，例如平面调制器，在平面外。这种解决方案既可以实现最佳的调制技术(比MEMS或LC更便宜，更快，更环保)，也可以用于SLM，并为光子学提供3D VLSI。

[0016] 所需要的是一种用于利用3D或多层设备以及在这些设备的层之间以及进出该背板，前平面和这些设备的侧面的有效信号处理和切换的系统和方法，尤其是用于光子信号的高效，集成和高密度集成，包括像素信号和数据信号，用于计算或电信信号处理或图像显示和像素信号处理，从而有效地实现平面光子和光电子器件的使用对于诸如显示器和空间光调制之类的功能，它们之前是不切实际或不可能使用的，并且因此也能够实现诸如“准透射”和“半透反射”显示器和SLM'之类的设备类型；并且通常支持异构设备，光子集成电路以及用于本领域已知的所有类别中的数据信号处理的各种混合设备和系统的更大集成度，更低成本和效率。

[0017] 所需要的是一种用于改善光子器件的VLSI的系统和方法，例如通过改进的体积填充密度来保持和/或增强光子操作和功能。

发明内容

[0018] 公开了一种用于改善光子器件的VLSI的系统和方法，例如通过改进的体积填充密度来保持和/或增强光子操作和功能。提供以下发明内容是为了便于理解与用于光子器件的改进的VLSI相关的一些技术特征，并且不旨在作为本发明的完整描述。通过将整个说明书，权利要求书，附图和摘要作为一个整体，可以获得对本发明的各个方面的全面理解。除了光子编码器，SLM和其他光子处理器，传感器，切换器和分配结构之外，本发明还可应用于其他功能组件。

[0019] 提出了一类新的单片“通道耦合”或光学通道化结构(包括“光学通道化间隔物-控制器”)。这些结构在接收从平面光子带隙反射表面和点缺陷光子带隙弯曲反弹的信号时比现有技术更有效。这些结构允许3D耦合装置将来自平面光子元件的平面信号可逆地耦合到自由空间或其他通道化结构中。这种光学信道化光子晶片和光学信道化间隔控制器的方案，按顺序连接或制造或连接在一起并可能连续重复多层，实现了多层3D PIC架构，具有SLM自由空间输出和输入在最顶层或最底层启用耦合。显着地启用显示像素信号处理，光子电信信息信号和光子集成电路通用计算数据处理。

[0020] 本文描述的任何实施方案可以单独使用或以任何组合彼此一起使用。本说明书中包含的发明还可以包括在本简要概述或摘要中仅部分提及或暗示或未提及或暗示的实施方案。尽管本发明的各种实施例可能受到现有技术的各种缺陷的驱动，这些缺陷可在说明书的一个或多个地方讨论或暗示，但本发明的实施例不一定解决任何这些缺陷。换句话说，本发明的不同实施例可以解决可以在说明书中讨论的不同缺陷。一些实施例可以仅部分地解决一些缺陷或仅可以在说明书中讨论的一个缺陷，并且一些实施例可能不解决这些缺陷中的任何缺陷。

[0021] 通过阅读本公开(包括说明书，附图和权利要求)，本发明的其他特征，益处和优点将是显而易见的。

附图说明

[0022] 附图中，相同的附图标记在各个视图中指代相同或功能相似的元件，并且包含在说明书中并形成说明书的一部分，进一步说明了本发明，并与本发明的详细描述一起，用于解释本发明的原理。

[0023] 图1示出了可用于实现的成像架构本发明的实施例；和

[0024] 图2示出了多层光子结构的侧剖视图。

具体实施方式

[0025] 本发明的实施例提供了一种用于改善光子器件的VLSI的系统和方法，例如通过改进的体积封装密度来保持和/或增强光子操作和功能。呈现以下描述以使得本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其要求的背景下提供以下描述。

[0026] 对于本领域技术人员来说，对优选实施例的各种修改以及这里描述的一般原理和特征将是显而易见的。因此，本发明不限于所示的实施例，而是与符合本文所述的原理和特征的最宽范围相一致。

[0027] 定义

[0028] 除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明总体构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的。或过于正式的意义，除非在此明确定义。

[0029] 以下定义适用于关于本发明的一些实施例描述的一些方面。这些定义同样可以在此扩展。

[0030] 如本文所使用的，术语“或”包括“和/或”，并且术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。诸如“至少一个”之类的表达，当在元素列表之前时，修饰整个元素列表而不修改列表的各个元素。

[0031] 如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数术语“一”，“一个”和“该”包括复数指示物。因此，例如，除非上下文另有明确规定，否则对对象的引用可包括多个对象。

[0032] 此外，如本文的描述和随后的权利要求中所使用的，“在...中”的含义包括“在...中”和“在......上”，除非上下文另有明确规定。应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，或者可以在它们之间存在中间元件。相反，当一个元素被称为“直接在”另一个元素上时，不存在中间元素。

[0033] 如本文所使用的，术语“集合”指的是一个或多个对象的集合。因此，例如，一组对象可以包括单个对象或多个对象。集合的对象也可以称为集合的成员。集合的对象可以相同或不同。在某些情况下，集合的对象可以共享一个或多个公共属性。

[0034] 如本文所用，术语“相邻”是指接近或邻接。相邻的物体可以彼此间隔开或者可以彼此实际或直接接触。在一些情况下，相邻的物体可以彼此连接或者可以彼此一体地形成。

[0035] 如本文所使用的，术语“连接”，“连接”和“连接”是指直接附件或链接。如上下文所示，连接的对象没有或没有实质的中间对象或对象集。

[0036] 如本文所使用的，术语“耦合”，“耦合”和“耦合”指的是操作连接或链接。耦合对象可以彼此直接连接或者可以间接地彼此连接，例如通过中间对象集。

[0037] 术语“约”的使用适用于所有数值，无论是否明确指出。该术语通常是指本领域普通技术人员认为是与所述数值的合理偏差量(即，具有等效函数或结果)的数字范围。例如，该术语可以被解释为包括给定数值的+10％的偏差，条件是这样的偏差不会改变最终函数或值的结果。因此，约1％的值可以解释为0.9％至1.1％的范围。

[0038] 如本文所用，术语“基本上”和“实质上”是指相当程度或程度。当与事件或情况一起使用时，术语可以指事件或情况恰好发生的情况以及事件或情况发生的近似情况，例如考虑典型的容忍水平或可变性。这里描述的实施例。

[0039] 如本文所用，术语“任选的”和“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件或情况发生的实例和事件或情况不发生的实例。

[0040] 如本文所用，术语“尺寸”是指物体的特征尺寸。因此，例如，球形物体的尺寸可以指物体的直径。在非球形物体的情况下，非球形物体的尺寸可以指相应球形物体的直径，其中相应的球形物体表现出或具有特定的一组可导出或可测量的特性，这些特性基本上是与非球形物体相同。因此，例如，非球形物体的尺寸可以指相应的球形物体的直径，该球形物体表现出光散射或与非球形物体的光散射或其他特性基本相同的其他特性。替代地或结合地，非球形物体的尺寸可以指物体的各种正交尺寸的平均值。因此，例如，作为球形的物体的尺寸可以指物体的长轴和短轴的平均值。当将一组对象称为具有特定大小时，可以预期对象可以具有围绕特定大小的大小分布。因此，如本文所使用的，一组对象的大小可以指尺寸分布的典型大小，例如平均大小，中值大小或峰值大小。

[0041] 如本文所使用的，术语“信号”指的是来自信号发生器的输出，例如显示图像基元前体，其在产生信号时传达关于信号发生器的状态的信息。在成像系统中，每个信号是显示图像基元的一部分，当在预期条件下由人类视觉系统感知时，产生图像或图像部分。在这个意义上，信号是编码消息，即，编码消息的通信信道中的显示图像基元前体的状态序列。来自一组显示图像基元前体的同步信号的集合可以定义图像的帧(或帧的一部分)。每个信号可以具有可以与来自一个或多个其他信号的一个或多个特征组合的特征(颜色，频率，幅度，定时，但不具有手性)。

[0042] 如本文所使用的，术语“人类视觉系统”(HVS)是指伴随对来自多个离散显示图像基元(直接视图或投影)的图像的感知和可视化的生物和心理过程。这样，HVS在接收传播的显示图像基元的合成并且基于接收和处理的那些基元来制定图像的概念时暗示人眼，视神经和人脑。对于每个人来说，HVS并不完全相同，但是人口的显着百分比有一般的相似之处。

[0043] 图1示出了可用于实现本发明的实施例的成像架构100。本发明的一些实施例设想使用人类视觉系统(HVS)形成人类可感知图像-来自大量信号生成结构包括架构100.架构100包括：包括多个显示图像的图像引擎105原始前体(DIPP)110i，i＝1到N(N可以是从1到数十，到数百，到数千个DIPP的任何整数)。适当地操作和调制每个DIPP 110i以产生多个图像组成信号115i，i＝1到N(来自每个DIPP110i的单独图像组成信号115i)。处理这些图像构成信号115i以形成多个显示图像基元(DIP)120j，j＝1至M，M小于，等于或大于N的整数.DIP
120j的集合/集合(诸如此类作为占据相同空间和横截面区域的一个或多个图像构成信号
115i，当由HVS感知时将形成显示图像125(或者例如用于动画/运动效果的一系列显示图像)。当以合适的格式呈现时，HVS从DIP 120j重建显示图像125，例如以显示器上的阵列或屏幕，墙壁或其他表面上的投影图像。这是HVS从小的形状(例如“点”)的不同颜色或灰度阴影的阵列感知图像的熟悉现象，其相对于到观看者(和HVS)的距离足够小。因此，显示图像基元前体110i将对应于当参考从非复合颜色系统产生图像组成信号的设备时通常被称为像素的结构，并且因此将对应于通常被称为当参考从复合颜色系统产生图像组成信号的设备时的子像素。许多熟悉的系统采用复合颜色系统，例如RGB图像组成信号，来自每个RGB元件的一个图像组成信号(例如，LCD单元等)。不幸的是，在成像系统中使用术语像素和子像素来指代许多不同的概念-例如硬件LCD单元(子像素)，从单元发射的光(子像素)，以及当HVS感知到信号时(通常这些子像素已被混合在一起并且被配置为在用于观看的一组条件下对用户来说是不可察觉的)。架构100区分这些各种“像素或子像素”，因此采用不同的术语来指代这些不同的组成元件。

[0044] 架构100可以包括混合结构，其中图像引擎105包括用于DIPP 110的一个或多个子集的不同技术。也就是说，DIPP的第一子集可以使用第一颜色技术，例如复合颜色技术，以产生图像组成信号的第一子集，并且DIPPS的第二子集可以使用与第一颜色技术不同的第二颜色技术，例如，不同的复合颜色技术或非复合颜色技术)以产生第二图像子集组成信号。这允许使用各种技术的组合来产生一组显示图像基元和显示图像125，其可以优于当从任何单一技术产生时。

[0045] 架构100还包括信号处理矩阵130，其接收图像组成信号115i作为输入并在输出处产生显示图像基元120j。根据本发明实施例的任何特定实现的适合性和目的，矩阵130有许多可能的布置(一些实施例可以包括单维阵列)。通常，矩阵130包括多个信号通道，例如通道135通道160.对于矩阵130的每个通道存在许多不同的可能布置。每个通道与其他通道充分隔离，例如由离散光纤产生的光隔离因此，对于实现/实施例，一个信道中的信号不会干扰超过串扰阈值的其他信号。每个通道包括一个或多个输入和一个或多个输出。每个输入从DIPP 110接收图像组成信号115.每个输出产生显示图像基元120.从输入到输出，每个通道指示纯信号信息，并且在通道中的任何点处的纯信号信息可包括原始图像成分。信号115，一组一个或多个处理的原始图像组成信号的分解，和/或一组一个或多个处理的原始图像组成信号的聚合，每个“处理”可以包括一个或多个聚合或分解一个或多个信号。

[0046] 在这种情况下，聚合是指将来自SA编号SA>1的信道(这些聚合信号本身可以是原始图像组成信号，处理信号或组合)的信号组合成TA编号(1

[0047] 图1中描绘了许多代表性通道。通道135示出了具有单个输入和单个输入的通道。通道135接收单个原始图像组成信号115k并产生单个显示图像基元120k。这并不是说通道
135可以不执行任何处理。例如，处理可以包括物理特性的变换。信道135的输入的物理尺寸尺寸被设计成匹配/补充其相应/相关联的DIPP 110的有效区域，其产生图像组成信号
115k。输出的物理尺寸不需要与输入的物理尺寸尺寸相匹配-也就是说，输出可以是相对锥形或扩展的，或者圆形周边输入可以变成直线周边输出。其他变换包括信号的重新定位-虽然图像构成信号115i可以在图像构成信号1152附近开始，但是由通道135产生的显示图像基元1201可以位于由先前“远程”图像产生的显示图像基元120x的旁边。组成信号115x。这允许交错信号/基元与其生产中使用的技术分离的极大灵活性。对于个体或集体物理变换的这种可能性是矩阵130的每个信道的选择。

[0048] 信道140示出了具有一对输入和单个输出的信道(聚合该对输入)。例如，信道140接收两个原始图像组成信号，信号1153和信号1154，并产生单个显示图像基元1202。信道140允许添加两个幅度，使得基元1202具有比任一组成信号更大的幅度。信道140还允许通过交织/多路复用组成信号来改善定时。例如，每个组成信号可以以30Hz操作，但是所得到的图元可以以60Hz操作。

[0049] 通道145示出了具有单个输入和一对输出的通道(分解输入)。例如，信道140接收单个原始图像组成信号，信号1155，并产生一对显示图像基元-基元1203和基元1204.信道145允许再现单个信号，例如分成具有许多信号的两个并行信道。除了幅度之外，分解信号的特征。当振幅不是所希望的时，如上所述，可以通过聚合来增加振幅，然后分解可以产生足够强的信号，如图2所示的其他代表性通道所示。1。

[0050] 通道150示出了具有三个输入和单个输出的通道。包括信道150以强调实际上可以将任何数量的独立输入聚合成单个信道中的处理信号，以产生例如单个基元120s。

[0051] 信道155示出了具有单个输入和三个输出的信道。包括信道150以强调单个信道(以及其中的信号)可以分别分解成几乎任何数量的独立但相关的输出和基元。在另一方面，信道155与信道145不同-即从输出产生的基元120的幅度。在信道145中，每个幅度可以被分成相等的幅度(尽管一些分解结构可以允许可变的幅度分离)。在信道155中，基元1206可以不等于基元1207和1208的振幅(例如，基元1206可以具有大约是基元1207和基元1208的振幅的两倍的振幅，因为不需要在同一节点处分解所有信号。)。对于基元1207和基元1208中的每一个，第一除法可以导致信号产生基元1206的一半，并且得到的一半信号进一步被分成两半。

[0052] 信道160示出了包括三个输入的聚合和解聚成一对输出的信道。包括信道160以强调单个信道可以包括信号的聚合和信号的分解。因此，在必要或期望的情况下，信道可以具有多个聚合区域和多个分解区域。

[0053] 因此，矩阵130凭借处理阶段170的物理和信号特征操纵(包括聚合和分解)而成为信号处理器。

[0054] 在一些实施例中，矩阵130可以通过限定通道的物理结构的精确编织工艺来产生，例如用于一组光纤的提花编织工艺，其共同限定数千到数百万个通道。

[0055] 概括地说，本发明的实施例可以包括耦合到基元生成系统(例如，矩阵130)的图像生成级(例如，图像引擎105)。图像生成阶段包括N个显示图像基元前体110.每个显示图像基元前体110i生成相应的图像组成信号115i。这些图像构成信号115i被输入到图元生成系统中。基元生成系统包括具有M个输入通道的输入级165(M可以等于N但不需要匹配-在图1中，例如一些信号不输入到矩阵130中)。输入通道的输入从单个显示图像基元前体110x接收图像组成信号115x。在图1中如图1所示，每个输入通道具有输入和输出，每个输入通道将其单个原始图像组成信号从其输入引导到其输出，输入级165有M个输入和M个输出。原始生成系统也是包括具有P个分配信道的分配级170，每个分配信道包括输入和输出。通常M＝N和P可以根据实施方式而变化。对于一些实施例，P小于N，例如，P＝N/2。在那些实施例中，分配信道的每个输入耦合到来自输入信道的唯一输出对。对于一些实施例，P大于N，例如P＝N*2.在那些实施例中，输入通道的每个输出耦合到分配通道的唯一输入对。因此，基元生成系统缩放来自显示图像基元前体的图像组成信号-在一些情况下，多个图像组成信号在分配通道中被组合作为信号，并且其他时候单个图像组成信号被分割并呈现为多个分配通道。。矩阵130，输入级165和分配级170存在许多可能的变化。

[0056] 图2示出了多层光子结构200的侧剖视图。结构200可用于实现图1的成像架构。除了成像架构之外，结构200可以用在其他实施例中，包括感测，路由，调制，发射，发送，处理，切换，放大，编码，生成，检测和操纵光子信息，以及与其一起使用的其他数据。光子信息，光子信号，光子等，或者与光子信息，光子信号，光子等相关联。与集成电路一样，一些实现受到物理平面区域的限制。改善“封装”密度光子结构提供了许多优点。除了其他优点之外，结构200的实施例可以提供改进的密度。

[0057] 结构200包括衬底205和数量N，N>1的层210.如图所示，结构200包括i个层，i＝1到5或更多。每个层210x包括一组光子元件，例如光子功能元件215，包括例如波特性调制设备(例如，法拉第效应设备等)。存在许多可能的特定光子功能元件215，有源或无源。

[0058] 其他光子元件可以包括路径光学器件O，其在层内和层间引导和路由光子。路径光学器件可包括特殊结构或材料，包括电介质或其他材料镜，棱镜，点缺陷或其他光路重定向结构。

[0059] 间隔物材料220围绕每个层210x上的该组光子元件。间隔物材料可包括例如低折射率材料，例如气凝胶。每个特定层210x的超级225将特定层210x与相邻层210x+1分开。

[0060] 一些实施例可以包括一组独立的多层平面堆叠，每层包括其光子元件组。如图1中所示。然而，如图2所示，衬底205和层210x中的一个或多个每个包括一个或多个光学通孔230.每个光学通孔230提供光子通过衬底205和层210x中的一个或多个的传输路径。如图所示，该组光学通孔230的适当取向使得光子元件能够进行多层协作。一层210j的光子元件可以包括在进入的光子集合上操作的第一组函数，并产生第一组输出光子。光通路230允许第一输出处理光子组被传送到另一层210k-层210k的光子元件可包括第二组功能(其可包括或不包括，或部分包括第一组功能中的一些功能)在第一组处理光子上操作的函数集合，以产生第二组处理光子输出。处理后的光子的第二输出组可以被引导到结构200的另一部分以进行进一步处理(其可以被传送到另一层或同一层的另一部分)或者可以从结构200退出。

[0061] 一些实施例可以另外在一个或多个层210x上包括非光子功能元件。这些非光子功能元件可以支撑光子功能元件，并且它们可以是无源或有源的。结构200的元件，例如动力元件，可以使用无线传输或有线传输来接收电力，例如通过设置在一个或多个层中或在基板中的传统通孔或导体。2015年6月17日提交的美国专利申请No.62/181,143和2015年9月30日提交的美国专利申请No.62/234,942包括可用于无线实现的无线电力传输和无线寻址的讨论；出于所有目的，这两个专利申请的全部内容通过引用明确地并入本文。

[0062] 提出了一种3D通道耦合光子器件结构和系统，包括以下元件：

[0063] 1)一种有效的光子光路偏转或弯曲装置，其优选地是在与平面器件表面的平面成约45度的材料楔的楔形物中或上形成的光子带隙或周期性电介质(光栅)结构。接收来自z轴(垂直于平面)的输入光束或信号以在平面内耦合，或者从xy平面接收光束或信号以耦合到z轴(垂直于平面)。优选的光子带隙并且可以是ID，2D或3D周期性结构，其中3D周期性结构在带宽中是最有效的-选择性地反射光束或信号。45偏转器可以是简单的单独“窗格”，或者它可以是部分大致圆形阵列中的小平面。

[0064] 可以采用本领域已知的各种制造方法来制造ID光栅结构，但是优选的方法是采用压印光刻方法，例如可从Molecular Imprints或HP商购获得。在一些情况下，主“模”可以优选地通过FIB(聚焦离子束)制造。

[0065] 可以制造这种有效光束偏转装置的阵列以实现“纯”空间光调制器阵列，或者更复杂的光子学电路设计可以在选定的连接点处使用这些xyx偏转装置，其中需要信号耦合到xy设备平面从平面外部，或从xy设备平面到z轴，在自由空间中。

[0066] 有效光束或信号偏转装置的另一个优选方法是在介电材料中制造的光子带隙点缺陷，其迫使光子从一点到另一点的隧穿，并且在到达点缺陷时，实现接近90-当光子传播到下一个缺陷时弯曲度(John D.Joannopoulos，MIT；并入Ab-initio Research Group网站http://ab-initio.mit.edu/photons/bends.html)。通过这种方法，可以通过仔细设计缺陷间距，折射率和尺寸，采用本领域已知的制造方法[引用-离子注入等]来制造“掩埋”沟道。通过将耦合点缺陷定位在内部(弯曲点)缺陷上方来实现平面内和平面外的耦合，其中第三点缺陷基本上位于与弯曲缺陷相同的x-y平面中。

[0067] 有效光束或信号偏转装置的最终有效方法是由归一化的环形谐振器组实现的，包括至少一个z轴环形谐振器，其制造并沿z轴输入通道垂直对准，具有至少一个xy平面制造并与至少一个z轴环形谐振器成直角对准的谐振器，使得z轴和x平面谐振器彼此谐振耦合，从而实现平面内或平面外的有效光束或信号传输，无论是来自平面内还是平面外。

[0068] “非有效的”未优化(宽带有效，未调谐到带)光束偏转装置的示例包括与xy平面成45度制造的金属化或抛光平面镜，如发明人提出的那样。在美国公开No.20050201654中公开了用于偏转来自平面磁光调制器的光束的公开，并且由密歇根技术大学的Miguel Levy博士在由本公开的发明人资助的程序下证明和制造。

[0069] 有效光学信号或光束偏转装置的一个重要变体是相对于单个调制器存在输入和输出光束的装置。这是SLM的重要要求。

[0070] 因此，源自x-y器件平面外部的z轴上的输入光束通过第一有效光学信号或光束偏转装置耦合到平面调制器中，该光学信号或光束偏转装置将信号传递到调制器。在信号从调制器传递到下一个功能级的程度上，光束被传递到第二有效光信号或光束偏转装置，其将光耦合出平面。

[0071] 存在这种输入-输出有效光学信号或光束偏转设置的两种变体，其中输入信号和输出信号源自xy设备平面的同一侧(整体“反射”SLM配置，在本发明的SLM实施例的情况，以及输入信号源自xy器件平面的一侧并且输出信号传递到xy器件平面的另一侧的情况。

[0072] 在本公开的SLM实施例中，第二种情况可以表征为“透射”SLM配置。

[0073] 在3D PIC配置中，多个xy器件层被信道化间隔物单片集成和分离，这种xy器件配置允许从底部xy器件层传递的信号由平面光子学(调制器等)处理。当前层，然后传递到当前层上方的xy设备层，或者传递到自由空间，作为SLM或准SLM输出。

[0074] 无论是“透射”SLM配置还是3D PIC“直通”配置，在这种情况下，xy设备平面的基板必须被信道化，即，以允许输入信号的方式构造“通过“将基板耦合成有效的光信号或光束偏转装置，然后将这些信号传递给平面光子调制器或其他元件。下面在本公开中提供了这种沟道化晶片的结构化和制造的表征和方法。

[0075] 输入和输出偏转器之间通常存在差异，如在下面的后续部分中扩展的那样。但简而言之，输入偏转器尺寸通常更大(在平角光栅的情况下更宽)，以增加从输入通道耦合的容易性。

[0076] 2)3D通道耦合光子学装置和系统的第二个基本要素包括光学通道化的间隔物控制器，它们是光束引导和尺寸调整装置，固定在相邻或粘合到至少一个xy光子器件平面上，实现了整体组合结构，具有消除灰尘和xy阵列污染的优点，同时有效地隔离z轴上的入射和出射耦合光束，并光学控制它们的路径和光束直径。

[0077] 在从平面调制器阵列输出的规则阵列的z轴光束的情况下，其将光学像素信号或光束(由每个调制器单独调制)传递到分配给每个的有效光学信号或光束偏转装置。调制器，常规阵列SLM。在这种情况下，规则间隔并且在大多数情况下，相同尺寸的光学通道结构用于引导和调整x轴，输出和耦合的光学信号或光束。

[0078] 在更复杂的xy光子逻辑设计的情况下，x轴外耦合信号是否旨在输入到另一个xy设备平面层，或者简单地外耦合到自由空间以由其他分立设备接收。在信道化间隔物-控制器结构的xy平面中，用于引导和确定光学信号或光束尺寸的光学通道结构可以彼此不规则地分开。

[0079] 在“透射SLM”或3D PIC“通过”配置的情况下，与“反射”SLM配置相反，通道在大多数情况下垂直于xy平面设备的平面，即，垂直于器件平面并彼此平行。

[0080] 然而，在“反射SLM”配置的情况下，输入光学信号或光束将根据需要(在整个SLM的整体照明中用于图像显示目的)或者最常见的是，需要输入和输出通道。在轴或路径上分开。(不需要光学I/O轴分离的特殊情况实施例在下面的其他地方公开)。

[0081] 在大多数用于显示器应用的SLM中，输入照明从一个角度指向SLM阵列，并且以另一个角度从典型反射或干涉光栅角度反射。这隔离了光路并减少了干扰或串扰。

[0082] 这里公开的固态方法在通道化间隔物-控制器形状的特殊变体中提供输入和输出通道，在垂直截面中，大致呈不规则五边形的形式，其中固态光输入通道与光输出通道的角度相等且相反。

[0083] 关于xy器件层上的平面调制器的取向，如果可以任意地使调制器平行于x轴，则由输入和输出通道形成的平面由yz轴形成因此，输入和输出通道在“下方”的xy平面上的投影将形成与调制器的x轴成直角的线。

[0084] 如果z轴被视为由xy平面产生的“树干”，并且我们面向与树干平行的zy平面，则输入通道可被视为一侧的所有分支树木的输出通道是树木另一侧的所有树枝。

[0085] 注意到输入通道与由一组有效的光信号/光束偏转装置形成的复合装置的一个“末端”对齐，该装置构成调制器(或调制器加其它装置)，输出通道与相对的“末端”对齐，由输入和输出通道形成的平面可以看作彼此交替。

[0086] 然后可以将调制器看作x-y地面上的线，与由z轴树干的交替的左右分支形成的交替平面成直角。

[0087] 因此，信道化结构中的输入和输出信道是交织的。

[0088] 在另一个实施例中，它们当然可以与xy平面上的调制器的轴对齐，但是优选实施例允许在制造输入和输出通道时具有更大的自由度，包括提供3D编织纺织方法(如美国公开号20050201674中所公开的)，用于制造和实现固态光学信道化间隔物控制器。

[0089] 如果输出通道的远端和输入通道的末端一起终止以形成两个相对平滑的平面，则我们具有用于空间光调制器和输出表面的输入表面光学器件，在空间上彼此分开以允许有效的操作。

[0090] 用于制造通道化结构的优选方法包括采用光纤作为光学引导结构的3D织物制造方法，如美国公开号20050201674的发明人所公开的。

[0091] 在该方法中，“细胞”中的单根纤维或纤维组通过结构纤维或细丝保持在适当位置。通常没有电信所需的环境包层并仅剥离到可操作的光学层的光纤形成通道，具有结构xy细丝或纤维(并且可能是结构细丝或纤维平行于光纤或对角地位于整个纺织品内)结构体)。

[0092] 取决于光纤的尺寸，xy结构织物和整个结构的一部分可以仅在光纤的一部分长度上实现，使得光纤端部逐渐变细到紧密包装束，直径小于固定纤维的织物结构部分。可以使用围绕纤维端部的带状元件，具有或不具有粘合材料(浸渍和固化的溶胶)或环氧树脂或热熔合)，以将纤维端部保持在闭合位置。

[0093] 如此分组的光纤端部可任选地进行热处理并拉到一起以形成锥形，如光纤面板领域所公知的。

[0094] 可以采用所引用的公开内容的方法来实现整体制造的光学部件，该光学部件不是单独的“纺织品结构”部件，而是实现采用纺织结构预成型件的光学部件，该预成型件随后变形，通常通过热加工和拉伸和压缩的组合(拉伸，如在纤维拉伸中，这只是通过变形减少特征的一个例子)来实现具有更大设计宽容度，优化的材料成分和特征尺寸控制的通道化结构。

[0095] 所引用的公开内容的方法可以用于实现整体制造的光学部件，其不是单独的“织物结构”部件，而是实现采用织物结构预制件的光学部件，然后通常通过组合使其变形。热处理和拉伸和压缩(拉伸，如在纤维拉伸中，这只是通过变形减少特征的一个例子)，以实现具有更大设计宽容度，优化的材料成分和特征尺寸控制的通道化结构。

[0096] 虽然光学通道化间隔物控制器的许多版本将要求或将受益于这种紧密堆积，例如SLM，但是通过本公开的另外的新颖提议可以放宽这种间隔公差，具体地，通过增加或者修改SLM调制器阵列中调制器的尺寸或方向。因此，如果光纤尺寸需要它，或者纺织结构的空间控制器是成本和其他制造效率的首选，那么每组调制器偏转器的占位面积可以增加，以更好地匹配尺寸。光纤阵列。

[0097] 本公开的一个简单实施例，其中可以进行本文提出的这种新颖优化，其可以使用或不使用平面调制器和偏转器(即，适用于垂直LC，OLED或VCSEL等)，这是在直视微型显示器SLM中不可能，例如用于移动设备的LCD，或用于图像投影的DMD或LCoS芯片，导致LC或OLED单元的填充因子增加而不是减少。

[0098] 通过光纤的织物制造形成的与微显示器集成的非常基本的通道化间隔物控制器可以与专门优化的LC或OLED或混合阵列或调制器-偏转器通过一体地结合。(“透射”)数组。特别优化的像素调制阵列未针对非介导直视的传统最小填充因子进行优化，但针对与光纤尺寸的有效耦合进行了优化。

[0099] 填充因子要求的这种放宽具有额外的益处，因为存在可用于其他功能的晶片不动产，包括寻址逻辑，散热结构和其他设备功能，否则其受到主要填充因子的约束。最小化要求。因此，通过放宽对传统直视“SLM”阵列的填充因子要求，可以实现针对其他功能的更有效的解决方案。

[0100] 用于制造和实现光学通道化间隔物控制器的其他优选方法包括来自美国加利福尼亚州的Collimated Holes公司的市售产品。Collimated Holes通过玻璃拉伸和蚀刻的组合制造具有规则阵列毛细孔的固体常规光学材料。

[0101] 通过使用气凝胶和气凝胶复合材料，发现了另一种形成光学通道化间隔物-控制器的优选方法。

[0102] 已经使用气凝胶来获得半导体电子器件(来自Cabot Corporation和其他公司的商业涂层)中的一些气凝胶的优异电绝缘性能。

[0103] 用于本公开的气凝胶的益处是压缩中的结构强度和目前可用于气凝胶的定制性质的组合，包括通过最近努力将纳米颗粒注入气凝胶基质中而成的那些。

[0104] 包含二氧化硅气凝胶和CNT气凝胶(碳纳米管)的不同气凝胶的复合材料可以实现不同的热，电和磁功能，包括相反和导电性质，从而导电或绝缘可以与xy装置协同工作的通道层。

[0105] 气凝胶中的光学通道可以通过交替具有不同折射率的气凝胶和气凝胶复合物来实现，或者通过蚀刻气凝胶来实现周期性空隙，从而通过带隙或改进的总折射率(气凝胶光子晶体)实现引导。经典的二氧化硅气凝胶具有最接近空气的折射率，因此从固体气凝胶层蚀刻出来的气凝胶的“支柱”被更高折射率的材料或之后沉积或生长的材料(包括另一种气凝胶)所包围，可以实现显着优异，结构坚固的光学通道间隔控制器。

[0106] 光纤可以与气凝胶结合使用以形成强复合材料。美国科罗拉多州Aspen Aerogels等公司展示了气凝胶和其他纤维的新型商业复合材料，消除了与气凝胶长期相关的断裂问题。此外，可以在xy器件层上沉积一层气凝胶并进行平面化，其中纤维阵列(织物结构阵列，熔融阵列或固结光学部件通过织物结构化和加工的预制件)粘合到气凝胶上，或用平面装置和纤维阵列原位制造的气凝胶。

[0107] 气凝胶对平面光子器件和无源光子带隙元件具有进一步的益处，其部分地由光栅结构形成。与空气作为电介质相比，作为层涂层制造并使光栅结构绝缘的气凝胶的几乎如此低空气折射率保持接近相同的器件效率，同时提供结构和其他功能性益处先前描述过。

[0108] 已经证明渐逝耦合的光学纳米纤维可以用于低折射率气凝胶基质中作为替代的混合光纤-气凝胶结构。

[0109] 光学信道化间隔物控制器的关键功能特征是提供有效平面偏转器和通道(输入或输出)之间的有效耦合。

[0110] 在该元件的优选实施例中，输入通道端面向输入偏转器的尺寸比(一个或多个面板，包括直到近(粗)圆，小于1：1。输入偏转器尺寸应大于输入通道的出口，以实现更高效(低损耗)的光耦合。

[0111] 相反，从平面调制器接收光信号或光束的输出偏转器应小于输出通道的发射端的尺寸。

[0112] 与气凝胶掩埋偏转器接触的充气通道或气凝胶填充通道具有非常低的折射率，是特别有利的。因此，空心光子晶体光纤是特别有用的，或气凝胶芯纤维或通道化气凝胶或来自Collimated Holes的“毛细孔”固体光学部件。

[0113] 因此，包括调制器的平面元件的特征尺寸的持续减小与偏转器尺寸与输入和输出通道之间的比率的该优化标准协同工作。最佳的平面调制器已经制造成尺寸基本上小于大多数光纤的尺寸，因此输入偏转光栅可以容易地制造得大于光纤端部的尺寸。

[0114] 先前提出的新型复合光学信道化间隔物-控制器，结合嵌入气凝胶基质中的光学纳米线，提供了替代的有效耦合范例，包括通过将纳米线直接接触到在x-y器件平面的表面上制造的肋状波导。从x-y平面结构生长垂直细丝是该范例内的另一种制造选择。

[0115] 由信道化空间控制器执行的基本功能是不仅引导来自x-y设备平面上的原始设备的每个光信号或波束，而且还提供波束大小。

[0116] 在结构的长度上，通道化结构本身的尺寸将改变光束直径。在SLM应用中，这与最终可视像素尺寸的解耦(如先前公开的，其中丢弃填充因子约束优化其他设备功能)调制器尺寸。

[0117] 为此目的扩展，SLM应用中的信道化阵列可以受益于整体扩展，其中各个信道的直径扩大。通过结合的US'461申请中公开的纤维间耦合，也通过本公开的发明人，像素缩放教导了完全通过纤维纺织方法扩展像素尺寸的方法。

[0118] 本发明人先前提到的3D纺织品预制件公开可以应用于通过在热-热变形期间固结的相同折射率材料的连续编织层的工艺来实现增加直径的通道。

[0119] 熔融光纤锥形可以将像素缩放到大约5：1或1：5的比例，但是它们遭受制造费用和光纤中引入的缺陷的更高发生率。它不太适合于在x-y器件层之间路由数字光信号的PIC应用，因为光纤的效率和引导特性可能受到损害。

[0120] 在3D PIC应用中，不需要缩放到可视像素尺寸；相反，如果采用较大孔径的通道来实现有效的外耦合，则通常缩小到PIC尺寸是所需的。

[0121] 可以采用用于像素放大的相同方法来实现像素缩小，除了光纤面板锥形被向下拉到较小的面对光纤端区域，因此不适合PIC应用。在本发明提出的夹层结构中，其中有利地具有相同面积的多个xy器件层通过光学通道化间隔物控制器统一和集成。

[0122] 显然，通道尺寸与偏转器尺寸的选择都确保了有效的耦合并提供了改变光束尺寸的手段。

[0123] 然而，在一些应用中可能需要或期望额外的光束整形装置，其可以是光学通道化间隔物控制器中的光学结构，x-y装置层表面上的光学结构或两者的修改。

[0124] 3)附加光束整形：用于诸如直视SLM之类的应用，例如微显示器或实际上任何尺寸的直视显示器，包括高达和超出壁尺寸，采用主平面调制器本公开的范例，或本申请的元件的辅助应用于垂直调制器(其实例在上面公开，LCD，OLED，MO等)，将希望光束从最终输出显着偏离光学通道间隔控制器的表面，以实现最大视角。

[0125] 为此目的，扩散材料，优选由美国加利福尼亚州的Luminit公司制造的非周期性材料，提供来自窄直径源的有效扩散。一片这样的材料可以在有或没有透明间隔层(例如光学环氧树脂或气凝胶)的情况下粘合到主要间隔物上，或者非周期性扩散结构可以通过压花或者在预成形材料层上制造。其他表面纹理转移方法，到底漆层。

[0126] 可以采用另外的光学策略，包括在美国公开号20090231358中公开的那些-本公开的发明人所结合的'461申请，包括采用侧向漏光纤维的全光纤方法。纤维末端本身也可以进行改性以增加分散，并且是可商购的并且是本领域公知的。

[0127] 其他图像显示SLM应用，以及用于光学存储介质(例如全息存储盘)的SLM到电信OOO(全光学)切换和读写阵列的应用需要相反类型的光束整形，包括进一步聚焦光束，或至少零色散。

[0128] 光栅结构，包括菲涅耳型光栅，制造在设置在光学通道化间隔物-控制器的面上的光学层或涂层上；或在这些材料或材料三明治上制造的小透镜；或改进的纤维末端(包括纤维上的小透镜)；本发明的发明人在先前并入的申请中公开的全纺织纤维光学锥形下降方法，或者在与主要间隔物结合的层上制造的具有负折射率的左手基于超材料的透镜结构；或全息图结构，类似地制造；通过单独或组合地采用本领域已知的任何这些和其他方法，以在光学信号或光束离开光学信道化间隔物-控制器时实现进一步的光束整形和控制，无论是用于SLM应用还是3D PIC实施例需要与那些SLM应用相同的控制或波束尺寸减小。

[0129] 4)通道化晶片。

[0130] 为了实现xy器件层(例如芯片或更大器件)的两侧的光学耦合，这是“透射SLM”和多器件层3D PIC都需要的，通道必须不仅在有源器件层，其中制造光子器件，例如平面调制器，但也通过衬底制造。

[0131] 无论是在CMOS材料方案中，SOG材料方案，采用诸如用于磁光或磁光子的GGG之类的材料的光子学材料方案，还是另一种“纯”或混合平台，许多(如果不是大多数)方法可以采用公开的方法制造光学通道化的间隔物-控制器部件。

[0132] 复合晶片型结构可以用区域和扇区实现，直到元件级，在一种t型矩阵中熔化不同器件方案的材料。通过这种方法，可以有效且灵活地实现孔或折射率对比固态引导通道，或光子带隙或改进的总折射率“多孔”或分层电介质耦合。

[0133] 在更传统的制造系统中，可以采用通过诸如Collimate Holes采用的光学基板的方法制造孔，或者传统的深蚀刻方法，包括为制造导电通孔而开发的方法，以及本领域已知的其他方法。实现气孔，具有阶跃折射率引导的填充孔，以及本文先前参考和本领域已知的其他类型。

[0134] 除了3D PIC可以侧装的情况之外，大多数3D PIC实施例将具有不需要信道化的底部基板。但是3D PIC结构中的任何其他器件层将需要至少薄的结构衬底，其必须被沟道化。气凝胶可再次用于提供具有优异器件性能的结构增强，减小为器件制造所需的常规衬底保留的衬底的厚度，并通过本文先前公开的方法进行沟道化。

[0135] 薄膜基材，或编织基材，或其他复合材料和混合基材也可以通过本公开的系统的方法整合。

[0136] 在侧面安装3D PIC或SLM或SLM/PIC器件的应用中，复合器件的两个面可以具有光学通道化的空间控制器作为外表面，与外部xy器件集成(芯片或更大的)，自由空间或光纤设备耦合或两者往返任一面。

[0137] 在许多3D PIC实施例中，为了简化制造并且作为3D架构的特定设计解决方案，可能仅需要层之间的几个通道，并且在这种情况下，少数通道成为紧凑的更高密度通信总线。光纤层之间的电信型网络。

[0138] 通道化晶片也可以用于“反射SLM”的替代解决方案，实现另一个独特的实施例。

[0139] 与用于SLM的光学信道化间隔物控制器的更一般情况相反，存在这样的特殊情况：可以在不使用发散轴或路径用于光学输入和输出到SLM的情况下实施SLM应用，其中SLM应用通过本公开的3D PIC型器件实现，具有至少两层，其中至少一层是沟道化的直通芯片/器件/层。

[0140] 一个x-y器件层包含平面调制器，例如Mach-Zehnder调制器，环谐振器调制器，或磁光或磁光调制器，或这些或其他调制器的混合组合。并行输入和输出通道构造在通道化间隔元件中，输入通道与输入有效光学信号或光束偏转装置对准，输出通道与输出有效光学信号或光束偏转装置对准。

[0141] 第二面向xy器件层(面向调制器层相对“向下”或“在”处)由多组像素化照明元件组成，例如LED或VCSEL，与输入通道对齐，位于任一端其中输入有效的光信号或光束偏转装置。这些照明元件或装置与xy装置层中的通道配对，该通道允许输出光信号或光束被xy调制器阵列的有效输出偏转装置偏转，并在与输出偏转装置对准的空间中传递到输出通道。。

[0142] 最终的沟道化间隔物控制层粘合或制造或机械固定并对准照射器/穿通xy器件层的“顶部”，使得输出的光学信号或光束是通过的。为所需的SLM应用程序控制和调整大小。

[0143] 因此，这是通过光学信道化芯片或晶片或器件层实现的SLM的示例，而不需要本文其他地方公开的I/O路径分离的信道化结构。

[0144] ***

[0145] 通常，所提出的3D PIC架构不限于所描述的特定实施例或示例性方法。

[0146] 此外，应理解，本发明的精神和一般原理具有实现一类新的实际3D PIC器件的组合效果，其通常为PIC和3D集成电路提供VLSI的替代和补充路径。同时，新的系统和方法，器件类型和结构将提供一种方法，通过该方法可以使用平面光子调制器和平面光子学实现SLM，这对于SLM来说通常是前所未有的，但是否则是最好的-优于目前的垂直SLM，如LC，OLED和MEMS。拟议的新型3D PIC/SLM器件将为电子，计算，光学存储介质的读写阵列以及图像显示和投影提供决定性的优质产品，从微显示器到墙壁尺寸。从两个维度解放平面光子学将为计算，数据存储，电信和几乎所有类型的图像显示提供更高的速度，环境稳健性，易用性和制造成本，更低的功耗，轻便性和更好的光学控制。

[0147] 已经一般性地描述了上述系统和方法，以帮助理解本发明优选实施例的细节。在本文的描述中，提供了许多具体细节，例如组件和/或方法的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。本发明的一些特征和益处以这种模式实现，并且在每种情况下都不是必需的。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下实施，或者与其他装置，系统，组件，方法，部件，材料，部件和/或喜欢。在其他情况下，没有具体示出或描述公知的结构，材料或操作以避免模糊本发明的实施例的各方面。

[0148] 本说明书中对“一个实施例”，“实施例”或“特定实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。发明并且不一定在所有实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”或“在特定实施例中”不一定是指同一实施例。此外，本发明的任何特定实施例的特定特征，结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其他实施例组合。应当理解，根据本文的教导，本文描述和说明的本发明实施方案的其他变化和修改是可能的，并且被认为是本发明的精神和范围的一部分。

[0149] 还应当理解，附图/图中描绘的元件中的一个或多个也可以以更分离或集成的方式实现，或者甚至在某些情况下被移除或呈现为不可操作，如根据特定应用有用。。

[0150] 另外，除非另外特别指出，否则附图/图中的任何信号箭头应仅被视为示例性而非限制性的。组件或步骤的组合也将被认为是注意到的，其中术语被预见为使得分离或组合的能力不清楚。

[0151] 本发明的所示实施例的前述描述，包括摘要中所描述的内容，并非旨在穷举或将本发明限制于本文所公开的精确形式。虽然本文仅出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识和理解的，在本发明的精神和范围内可以进行各种等同修改。如所指出的，根据本发明的所示实施例的前述描述，可以对本发明进行这些修改，并且这些修改将包括在本发明的精神和范围内。

[0152] 因此，虽然本文已经参考其特定实施例描述了本发明，但是在前述公开内容中意图进行修改，各种改变和替换的范围，并且应当理解，在某些情况下，实施例的一些特征是在不脱离所阐述的本发明的范围和精神的情况下，将采用本发明而无需相应地使用其他特征。因此，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的基本范围和精神。本发明不限于在以下权利要求中使用的特定术语和/或作为实施本发明的最佳方式公开的特定实施例，而是本发明将包括任何和所有实施例和等同物。所附权利要求的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。

标题	发布/更新时间	阅读量
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多层光子结构

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