CN114257329B - 光信号发射设备、光信号接收设备以及光信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种光信号发射设备、光信号接收设备以及光信号传输系统，用于通过模式转换器实现多路传输的光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。在光信号发射设备中，模式转换器将多路传输的初始光信号进行相位转换为单路传输的第一目标光信号，其中，初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为第二波长的第三光信号，第一目标光信号包括第三光信号、以第一模式传输的第一光信号、以第二模式传输的第二光信号，且第一波长不同于所述第二波长。
Description
技术领域
本申请涉及光信号传输领域，尤其涉及一种光信号发射设备、光信号接收设备以及光信号传输系统。
背景技术
随着OM5多模光纤的推广，以及40G/100G数据中心传输网络的大规模部署，短波长分复用(short wavelength division multiplexing，SWDM)技术逐渐开始得到应用。其中，SWDM短波波分复用就是借鉴单模光纤的波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)技术，扩展传输时所用的波长范围，从传统的多模光纤所用的850纳米(nm)扩展至850nm-950nm。
目前，应用SWDM技术的数据传输过程中，利用性价比高的短波的垂直腔面发射激光(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)光源，在一根多模光纤上可以支持多个波长传输数据，同时提高多模光纤的有效模式带宽(effective modal bandwidth，EMB)，延长传输距离。一般地，由于VCSEL的波长漂移为20nm，为了避免多个波长之间的传输干扰，当前SWDM技术采用的工作波长从850nm开始，每隔30nm增加一个波长，即：850nm，880nm，910nm和940nm。
然而，上述SMWD技术的实现受限于VCSEL材料本身的技术限制，面临扩容挑战，当前亟需在光纤的数据传输领域中，实现波分复用的基础上的扩容方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种光信号发射设备、光信号接收设备以及光信号传输系统，用于通过模式转换器实现多路传输的光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
本申请实施例第一方面提供了一种光信号发射设备，包括：光发射器、模式转换器；在该光信号发射设备中，光发射器用于向该模式转换器发射初始光信号，该初始光信号为多路传输的光信号，其中，该初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为第二波长的第三光信号，且该第一波长不同于该第二波长；该模式转换器用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号，该第一目标光信号为单路传输的光信号，其中，该第一目标光信号包括该第三光信号、以第一模式传输的第一光信号、以第二模式传输的第二光信号，且该第一模式不同于该第二模式。
基于上述技术方案，光信号发射设备中的模式转换器将多路传输的初始光信号进行相位转换为单路传输的第一目标光信号，其中，初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为第二波长的第三光信号，第一目标光信号包括第三光信号、以第一模式传输且波长为第一波长的所述第一光信号、以第二模式传输的且波长为第一波长的第二光信号，且第一波长不同于所述第二波长、第一模式不同于第二模式，即，光信号发射设备通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
需要说明的是，光发射器所发射的初始光信号中，存在同一波长的至少两路光信号，本实施例及后续实施例中，该同一波长的至少两路光信号可以是相同的传输模式，例如同为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式，也可以是不同的传输模式，例如为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式中不同的模式，此处不做限定。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第一相位图案和第一薄膜滤波片TFF、第二相位图案和第二TFF，该第一TFF用于反射该第一波长并透射该第二波长的光信号，该第二TFF用于反射该第二波长并透射该第一波长的光信号；该第一相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第二目标光信号，并将该第二目标光信号反射至该第一TFF之后，该第一TFF将入射的该第二目标光信号沿着第一轴线进行反射，其中，该第二目标光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号；该第二相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第三光信号，并将该第三光信号反射至该第二TFF之后，该第二TFF将入射的该第三光信号沿着该第一轴线向该第一TFF进行反射。
基于上述技术方案，模式转换器可以根据初始光信号中第一波长和第二波长的不同，分别通过第一相位图案和第二相位图案实现初始光信号的模分复用，得到第二目标光信号和第三光信号；再通过第一波长对应的第一TFF和第二波长对应的第二TFF实现将第二目标光信号和第三光信号沿着同一个第一轴线汇聚进行反射，得到第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过多个相位图案和多个TFF实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该第一相位图案中的至少一个相位图案与该第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第一相位图案中的至少一个相位图案可以与第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。即不同相位图案中，各自存在至少部分相位图案可以集成在同一相位板上实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号发射设备的体积得以减小。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板，即相位图案和TFF可以集成在同一相位板实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号发射设备的体积得以减小。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第三相位图案和合波器；该第三相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到第三目标光信号，并将该第三目标光信号反射至该合波器，其中，该第三目标光信号为多路传输的光信号，该第三目标光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；该合波器用于将入射的该第三目标光信号进行合波处理，得到并反射该第一目标光信号。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第三相位图案实现初始光信号的模分复用，得到第三目标光信号；再通过合波器实现将第三目标光信号在合波器中汇聚进行反射，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过相位图案和合波器实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该第三相位图案中相位图案的数量为该初始光信号对应的波长数量的整数倍。
基于上述技术方案，模式转换器中第三相位图案中可以包含有多个相位图案，其中，可以按照初始光信号中波长的不同，通过一个或多个相位图案实现不同的波长的光信号的模分复用，即可以按照初始光信号中波长的不同实现相位图案的灵活配置。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第四相位图案，该第四相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用，提供了在模式转换器中，通过相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第五相位图案和第六相位图案；其中，该第五相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到第四目标光信号，并将该第四目标光信号反射至该第六相位图案，其中，该第四目标光信号为多路传输的光信号，该第四目标光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第六相位图案用于将入射的该第四目标光信号进行合波处理，得到并反射该第一目标光信号。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第五相位图案和第六相位图案，通过第五相位图案将初始光信号进行相位转换得到第四目标光信号，并通过第六相位图案将第四目标光信号进行合波处理，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第五相位图案和第六相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第七相位图案和第八相位图案；其中，该第七相位图案用于将入射的该初始光信号进行合波处理，得到第五目标光信号，并将该第五目标光信号反射至该第八相位图案，其中，该第五目标光信号为单路传输的光信号，该第五目标光信号包括波长均为该第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为该第二波长的第三光信号；此外，该第八相位图案用于将该第五目标光信号进行相位转换，得到并反射该第一目标光信号。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第七相位图案和第八相位图案，通过第七相位图案将初始光信号进行合波处理得到第五目标光信号，并通过第八相位图案将第五目标光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第七相位图案和第八相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第一方面的一种可能的实现方式中，在该初始光信号中，该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号相互平行。
基于上述技术方案，光信号发射设备中，光发射器所发射的初始光信号中所包含的不同的光信号之间可以是相互平行的，从而可以避免在初始光信号中所包含的不同光信号之间的光信号干扰，提升光信号的传输效率。
本申请实施例第二方面提供了一种光信号接收设备，包括：模式转换器、光接收器；在该光信号接收设备中，模式转换器用于将入射的初始光信号进行相位转换，得到第一目标光信号，并向该光接收器反射该第一目标光信号；其中，该初始光信号为单路传输的光信号，且该初始光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号，其中，该第一波长不同于该第二波长，且该第一模式不同于该第二模式；该第一目标光信号为多路传输的光信号，且该第一目标光信号包括第三光信号、波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号。
需要说明的是，光接收器所接收的第一目标光信号中，存在同一波长的至少两路光信号，本实施例及后续实施例中，该同一波长的至少两路光信号可以是相同的传输模式，例如同为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式，也可以是不同的传输模式，例如为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式中不同的模式，此处不做限定。
基于上述技术方案，光信号接收设备中的模式转换器将单路传输的初始光信号进行相位转换为多路传输的第一目标光信号，其中，初始光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号，其中，该第一波长不同于该第二波长，且该第一模式不同于该第二模式；该第一目标光信号为多路传输的光信号，且该第一目标光信号包括第三光信号、波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，即，光信号接收设备通过模式转换器实现单路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第一相位图案和第一薄膜滤波片TFF、第二相位图案和第二TFF，该第一TFF用于反射该第一波长并透射该第二波长的光信号，该第二TFF用于反射该第二波长并透射该第一波长的光信号；该第一TFF通过第一轴线接收该初始光信号，并将该初始光信号反射至该第一相位图案之后，该第一相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第二目标光信号，并将该第二目标光信号反射至该光接收器，其中，该第二目标光信号为多路传输的光信号，且该第二目标光信号包括波长均为该第一波长的第一光信号和第二光信号；该第二TFF通过该第一轴线接收该初始光信号，并将该初始光信号反射至该第二相位图案之后，该第二相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第三目标光信号，并将该第三目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第一波长对应的第一TFF和第二波长对应的第二TFF，通过第一轴线接收得到初始光信号，进行过滤之后分别反射至第一相位图案和第二相位图案；再分别通过第一相位图案和第二相位图案将过滤之后的初始光信号，分解为第二目标光信号和第三光信号，以使得光接收器根据第二目标光信号和第三光信号得到第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过多个相位图案和多个TFF实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该第一相位图案中的至少一个相位图案与该第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第一相位图案中的至少一个相位图案可以与第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。即不同相位图案中，各自存在至少部分相位图案可以集成在同一相位板上实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号接收设备的体积得以减小。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板，即相位图案和TFF可以集成在同一相位板实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号接收设备的体积得以减小。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第三相位图案和分波器；其中，该分波器用于将入射的该初始光信号进行分波处理，得到第三目标光信号，并向该第三相位图案反射该第三目标光信号，其中，该第三目标光信号为多路传输的光信号，该第三目标光信号包括该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号；此外，该第三相位图案用于将入射的该第三目标光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过分波器将初始光信号分解为多路传输的第三目标光信号，并将第三目标光信号反射至第三相位图案；再经过第三相位图案实现第三目标光信号的模分复用，进行相位转换得到该第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过分波器和相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该第三相位图案中相位图案的数量为该初始光信号对应的波长数量的整数倍。
基于上述技术方案，模式转换器中第三相位图案中可以包含有多个相位图案，其中，可以按照初始光信号中波长的不同，通过一个或多个相位图案实现不同的波长的光信号的模分复用，即可以按照初始光信号中波长的不同实现相位图案的灵活配置。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第四相位图案，该第四相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用，提供了在模式转换器中，通过相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第五相位图案和第六相位图案；其中，该第五相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到第四目标光信号，并将该第四目标光信号反射至该第六相位图案，其中，该第四目标光信号为单路传输的光信号，该第四目标光信号包括波长为该第一波长的该第一光信号和该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第六相位图案用于将入射的该第四目标光信号进行分波处理，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第五相位图案和第六相位图案，通过第五相位图案将初始光信号进行相位转换得到第四目标光信号，并通过第六相位图案将第四目标光信号进行分波处理，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第五相位图案和第六相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第七相位图案和第八相位图案；其中，该第七相位图案用于将入射的该初始光信号进行分波处理，得到第五目标光信号，并将该第五目标光信号反射至该第八相位图案，其中，该第五目标光信号为多路传输的光信号，该第五目标光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第八相位图案用于将入射的该第五目标光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第七相位图案和第八相位图案，通过第七相位图案将初始光信号进行分波处理得到第五目标光信号，并通过第八相位图案将第五目标光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第七相位图案和第八相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在本申请实施例第二方面的一种可能的实现方式中，在该第一目标光信号中，该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号相互平行。
基于上述技术方案，光信号接收设备中，模式转换器处理得到的第一目标光信号中所包含的不同的光信号之间可以是相互平行的，从而可以避免在第一目标光信号中所包含的不同光信号之间的光信号干扰，提升光信号的传输效率。
本申请实施例第三方面提供了一种光信号传输系统，其特征在于，包括如前述第一方面及其任意一种可能的实现方式中所述的光信号发射设备，和/或，如前述第二方面及其任意一种可能的实现方式中所述的光信号接收设备。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：光信号发射设备中的模式转换器用于将多路传输的初始光信号进行相位转换为单路传输的第一目标光信号，其中，所述初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为第二波长的第三光信号，且所述第一波长不同于所述第二波长，所述第一目标光信号包括所述第三光信号、以第一模式传输的所述第一光信号、以第二模式传输的所述第二光信号。即，光信号发射设备可以通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
附图说明
图1为多面光转换器MPLC实现的一种示意图；
图2为本申请实施例中光信号发射设备的一种示意图；
图3为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图4为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图5为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图6为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图7为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图8为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图9为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图10为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图11为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图12为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图13为本申请实施例中光信号发射设备的另一种示意图；
图14为本申请实施例中光信号接收设备的一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
随着OM5多模光纤的推广，以及40G/100G数据中心传输网络的大规模部署，短波长分复用(short wavelength division multiplexing，SWDM)技术逐渐开始得到应用。其中，SWDM短波波分复用就是借鉴单模光纤的波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)技术，扩展传输时所用的波长范围，从传统的多模光纤所用的850纳米(nm)扩展至850nm-950nm。
一般地，波分复用(WDM)指的是将两种或多种不同波长的光信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。类似的，在光信号传输领域中，模分复用可以指示在同一根光纤中同时传输两个或众多不同模式的光信号的技术，其中，光信号的不同模式可以包括高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式。
下面将结合附图介绍传统的波分复用技术和模分复用技术的应用。
目前，在应用SWDM技术的数据传输过程中，利用性价比高的短波的垂直腔面发射激光(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)光源，在一根多模光纤上可以支持多个波长传输数据，同时提高多模光纤的有效模式带宽(effective modal bandwidth，EMB)，延长传输距离。一般地，由于VCSEL的波长漂移为20nm，为了避免多个波长之间的传输干扰，当前SWDM技术采用的工作波长从850nm开始，每隔30nm增加一个波长，即：850nm，880nm，910nm和940nm。在短波波分复用模块中，4个VCSEL产生4个不同波长的光信号，复用到单条链路上，所有的VCSEL和光耦合在光模块中进行。在模块的接收端，信号被解复用，并转化为平行的电信号。采用并行的两根光纤，即可完成一发一收的数据传输。
但是现有SWDM技术面临扩容挑战，若未来4个波长不够用则需要增加波长，以VCSEL为例，由于VCSEL的波长漂移本身有20nm，因此波长间隔为30nm，再向上增加波长则会到1000nm左右，低成本的砷化镓(GaAs)材料工艺极限在900nm左右，再增加波长会超过GaAs材料的极限值，通常会掺杂其他材料如铟(In)，这就会造成短波长与长波长的生产工艺不同，从而造成芯片成本的增加。
传统的模分复用技术可以通过多平面光转换器(multi-plane light converter，MPLC)实现，其中，MPLC为一种常用的可实现模式复用/解复用器件，如图1所示，并行的光纤阵列通过多个相位平面在输出端可以转化为多个模式的同轴传输，相位平面为光刻器件，MPLC分为串行式和反射式。一种为串行实现，即并行的光线阵列通过多个相位平面转化为多个模式同轴输出，尺寸较大；另一种小型化的MPLC为反射式，如图1在光学集成基板上，双反射光刻器件(例如在玻璃片上)光刻有不同图样的相位阵列，如P2、P4和P1、P3分别光刻在同一片玻璃片的不同位置，其中，同一波长的二维光纤阵列通过微透镜阵列得到光纤阵列(Fiber array)，然后通过P1、P2、P3、P4四个平面的相位转换后输出同轴的不同LP传输模式，再经过微透镜向少模光纤中传输。但是这种方法当前的研究仅局限于部分应用场景，例如同一波长在少摸光纤中的模分复用传输，目前尚未有涉及使用MPLC应用于多种波长的应用。
综上所述，上述SMWD技术的实现受限于VCSEL材料本身的技术限制，面临扩容挑战，上述模分复用技术的实现仅能实现单一波长的模分复用，当前亟需在光纤的数据传输领域中，同时实现波分复用和模分复用的扩容方案。
为此，本申请实施例提供了一种光信号发射设备、光信号接收设备以及光信号传输系统，用于通过模式转换器实现多路传输的光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。下面将结合附图对本申请实施例进行进一步详细的描述。
请参阅图2，本申请实施例提供了一种光信号发射设备，包括：
光发射器、模式转换器；
在该光信号发射设备中，光发射器用于向该模式转换器发射初始光信号(光路a、光路b、光路c)，该初始光信号为多路传输的光信号，其中，该初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号(光路a)和第二光信号(光路b)，以及波长为第二波长的第三光信号(光路c)，且该第一波长不同于该第二波长(图示中以光路a和光路b所在的实线表示第一波长，以光路c所在的虚线表示第二波长)；该模式转换器用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号(光路abc)，该第一目标光信号为单路传输的光信号，其中，该第一目标光信号包括该第三光信号、以第一模式传输的该第一光信号、以第二模式传输的该第二光信号。
其中，模式转换器可以将得到的第一目标光信号(光路abc)直接反射至光纤进行传输，或者是将得到的第一目标光信号(光路abc)进行其它的聚焦、降噪等处理之后再发射至光纤进行传输，此处不做限定。
本实施例中，光信号发射设备中的模式转换器将多路传输的初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换为单路传输的第一目标光信号(即光路abc)，即，光信号发射设备通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
具体地，光发射器所发射的初始光信号(光路a、光路b、光路c)中，存在同一波长的至少两路光信号，本实施例及后续实施例中，该同一波长的至少两路光信号可以是相同的传输模式，例如同为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式，也可以是不同的传输模式，例如为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式中不同的模式，此处不做限定。此外，初始光信号在经过模式转换器处理得到第一目标光信号的过程中，初始光信号中各个光信号的波长保持不变，即在第一目标光信号中，以第一模式传输的该第一光信号和以第二模式传输的该第二光信号的波长均为该第一波长，第三光信号的波长为该第二波长。
需要说明的是，在图2所示示意图中，光发射器可以发射至少三路光信号至模式转换器，在该至少三路光信号中存在波长相同的至少两路光信号。例如当该至少三路光信号为8路光信号时，在8路光信号中可以存在7个波长的光信号，即存在两个光信号的波长为同一波长，进而通过模式转换器得到单路传输的光信号；在8路光信号中可以存在4个波长的光信号，每个波长对应其中的两路光信号，进而通过模式转换器得到单路传输的光信号。在本实施例及后续实施例中，以光发射器发射的至少三路光信号中的三路(光路a、光路b、光路c)进行示例性说明，显然，光发射器还可以发射更多路的光信号，进而通过模式转换器得到单路传输的光信号，此处不再赘述。
此外，在本实施例及后续实施例中，光发射器中还可以包括准直透镜组(collimating lens group)、聚焦透镜组(focusing lens group)和/或其它的器件对发射的初始光信号进行处理之后再发射至模式转换器，此处不做限定。
在图2所示光信号发射设备中，模式转换器可以通过多种器件的不同组合实现初始光信号的模分复用和波分复用，下面将通过具体的示例进行说明。
一、模式转换器通过相位图案和薄膜滤波片(thin film filter，TFF)实现。
在一种可能的实现方式中，模式转换器可以通过多个相位图案以及多个TFF实现初始光信号的模分复用和波分复用。
需要说明的是，本实施例及后续实施例中，“相位图案”可以是承载在任意一种图案生成技术所形成指定图案的相位板上，例如通过MPLC、液晶相位片，超表面结构或者是其它的技术实现，此处不对该技术的实现进行限制。
以图3所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图3中，第一目标光信号(光路abc)包括第二目标光信号(光路ab)和第三目标光信号(光路c)，其中，该第二目标光信号(光路ab)和该第三目标光信号(光路c)均为单路传输的光信号，且该第二目标光信号(光路ab)包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号(光路a)、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号(光路b)；该第三目标光信号包括波长为该第二波长的该第三光信号(光路c)；
模式转换器包括第一相位图案(11)和第一薄膜滤波片TFF(21)、第二相位图案(12)和第二TFF(22)，该第一TFF(21)用于反射该第一波长并透射该第二波长的光信号，该第二TFF(22)用于反射该第二波长并透射该第一波长的光信号；
第一相位图案(11)用于将入射的该初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换，得到该第二目标光信号(光路ab)，并将该第二目标光信号(光路ab)反射至该第一TFF(21)之后，该第一TFF(21)将入射的该第二目标光信号(光路ab)沿着第一轴线进行反射；
第二相位图案(12)用于将入射的该初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换，得到该第三目标光信号(光路c)，并将该第三目标光信号(光路c)反射至该第二TFF(22)之后，该第二TFF(22)将入射的该第三目标光信号(光路c)沿着该第一轴线向该第一TFF(21)进行反射。由于第一TFF(21)用于反射该第一波长并透射该第二波长的光信号，因此，使得第三目标光信号(光路c)可以通过第一TFF(21)进行透射，最终通过模式转换器在同一个第一轴线上进行汇聚，反射出第一目标光信号(光路abc)。
本实施例中，通过图3所示装置的实现，模式转换器可以根据初始光信号(光路a、光路b、光路c)中第一波长和第二波长的不同，分别通过第一相位图案(11)和第二相位图案(12)实现初始光信号的模分复用，得到第二目标光信号(光路ab)和第三目标光信号(光路c)；再通过第一波长对应的第一TFF(21)和第二波长对应的第二TFF(22)实现将第二目标光信号(光路ab)和第三光信号(光路c)沿着同一个第一轴线汇聚进行反射，得到第一目标光信号(光路abc)。即，光信号发射设备通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
在图3所示装置实现中，以第一相位图案和第二相位图案为单独一个相位图案作为示例进行描述。在另一种可能的实现过程中，第一相位图案和第二相位图案可以通过多个相位图案实现，请参阅图4。
以图4所示装置作为实现的一种示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图4中，第一相位图案(11)可以通过三个相位图案实现，第二相位图案(12)也可以通过三个相位图案实现，并且经过三个相位图案的相位转换得到最终的输出为第一目标光信号(光路abc)。
示例性地，在图4所示第一相位图案(11)的三个相位图案，各自可以通过单个或两个、或者大于三个的相位图案进行实现，此处不做限定。仍以图4为例进行说明，若通过三个相位图案中的单个相位图案实现第一相位图案(11)，则另外两个可以为空白的相位图案，仅实现光信号的反射功能，即角度调整；若通过三个相位图案中的两个相位图案实现第一相位图案(11)，则另外一个可以为空白的相位图案，仅实现光信号的反射功能，即角度调整。类似的，在第二相位图案的三个相位图案中，也可以参考第一相位图案的三个相位图案的多种实现方式加以实现，此处不再赘述。
显然，可以根据不同场景的应用，设定对应数量的相位图案以实现初始光信号的模分复用和波分复用，此处不再赘述。此外，也可以设定不同数量的TFF以适配于不同数量的相位图案加以实现，其实现过程可参考图4的实现，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第一相位图案(11)中的至少一个相位图案可以与第二相位图案(12)中的至少一个相位图案集成在同一相位板。即不同相位图案中，各自存在至少部分相位图案可以集成在同一相位板上实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号发射设备的体积得以减小。
以图5所示装置作为实现的一种示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图5中，将第一相位图案(11)和第二相位图案(12)集成在同一个相位板上实现，然后分别经过第一TFF(21)和第二TFF(21)进一步反射处理得到第一目标光信号(光路abc)，并进行反射输出。
在一种可能的实现方式中，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第二相位图案(12)中的至少一个相位图案可以与该第一TFF(21)集成在同一相位板，即相位图案和TFF可以集成在同一相位板实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号发射设备的体积得以减小。
以图6所示装置作为实现的一种示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图6中，将第二相位图案(12)和第一TFF(21)集成在同一相位板上实现，初始光信号(光路a、光路b、光路c)经过处理后得到第一目标光信号(光路abc)，并进行反射输出。
下面以初始光信号为8路，且波长分别为不同的λ1、λ2、λ3、λ4为例进行说明。以图7所示装置作为实现的一种示例，该装置包括光发射器和模式转换器。
在图7中，在光发射器所发射的初始光信号中，包括波长为λ1的光路a1、光路a2；波长为λ2的光路b1、光路b2；波长为λ3的光路c1、光路c2；波长为λ4的光路d1、光路d2。在模式转换器中，包括8个相位板(10)和4个TFF(20)。
在8个相位板(10)中，以用于传输光路a1、光路a2的两个相位板(10)为例，光路a1、光路a2在该两个相位板(10)中至少经过三个相位图案，以该三个相位图案为P1、P2、P3为例进行说明。具体在图7中，光路a1和光路a2对应波长λ1，打入第一片相位板P1位置，P1、P2、P3为光刻在相位板(10)的图案，光路a1和光路a2两个通道的λ1经过P1反射到P2再反射到P3，从P3反射的光经过3次相位的叠加可以转换为同轴传输的两种模式(例如0阶模Lp01和1阶模Lp11)，波长为λ1的LP01模式和Lp11模式打入TFF(20)后反射得到光路a，后续可以直接打入光纤。
此外，类似于图4所示内容，该三个相位图案中可以包括一个或两个空白的相位图案，仅实现光信号的反射功能，即角度调整。
在四个TFF(20)中，光路a对应的TFF(20)为反射λ1透射λ2λ3λ4功能的薄膜滤波片，此功能可以通过镀膜或贴片在第二片相位板实现；光路b1、光路b2对应波长λ2，打入第二片相位板，同样在第二片相位板也有不同图案的光刻，通过3次在相位面的反射转换为波长为λ2的同轴传输Lp01和Lp11模式，光路b对应的TFF(20)为反射λ2透射λ3λ4功能的薄膜滤波片，λ2的同轴传输Lp01和Lp11模式经过光路b对应的TFF(20)反射，并经过光路a对应的TFF(20)透射进入透镜耦合进光纤，实现了λ1的Lp01和Lp11模式和λ2的Lp01和Lp11模式复用，其他路同理，最终可实现多个波长复用和模式复用的合波。
本实施例中，相位板可以通过MPLC实现，其中，MPLC双面光刻，两个面可以同时转换两个不同波长的模式，行程多路级联的MPLC结构；TFF可以贴装在MPLC上，也可以通过首先在玻璃上光刻相位图案，然后使用掩模板保护MPLC区域，在同一玻璃片上镀薄膜滤波片的方式实现，使得光发射器所发射出来的多路传输的光信号进行处理得到单路传输的光信号，即通过多路传输的光信号的模分复用与波分复用，实现光信号传输系统的容量扩充。
二、模式转换器通过相位图案和合波器实现。
在一种可能的实现方式中，模式转换器可以通过一个或多个相位图案以及合波器实现初始光信号的模分复用和波分复用。
需要说明的是，本实施例及后续实施例中，“相位图案”可以是承载在任意一种图案生成技术所形成指定图案的相位板上，例如通过MPLC、液晶相位片，超表面结构或者是其它的技术实现，此处不对该技术的实现进行限制。此外，合波器可以通过多种类型实现，例如通过包含有TFF器件的合波器实现，也可以是包含有其它器件的合波器实现，例如光纤熔融拉锥、阵列波导光栅和光学梳状滤波器等，此处不做限定。
以图8所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图8中，该模式转换器包括第三相位图案(13)和合波器；该第三相位图案(13)用于将入射的初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换，得到第三目标光信号(光路ab、光路c)，并将该第三目标光信号(光路ab、光路c)反射至该合波器，其中，该第三目标光信号(光路ab、光路c)为多路传输的光信号，该第三目标光信号(光路ab、光路c)包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号(光路ab中的光路a)、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号(光路ab中的光路b)、以及波长为该第二波长的该第三光信号(光路c)；该合波器用于将入射的该第三目标光信号(光路ab、光路c)进行合波处理，得到并反射该第一目标光信号(光路abc)。
其中，模式转换器可以将得到的第一目标光信号(光路abc)直接反射至光纤进行传输，或者是将得到的第一目标光信号(光路abc)进行其它的聚焦、降噪等处理之后再发射至光纤进行传输，此处不做限定。此外，在模式转换器包括第三相位图案和合波器的实现过程中，可以先通过图8所示装置将初始光信号经过第三相位图案进行相位转换后，反射至合波器进行合波处理得到第一目标光信号，也可以先通过将初始光信号经过合波器进行合波处理后，反射至第三相位图案进行相位转换处理得到第一目标光信号，此处不做限定，
本实施例中，通过图8所示装置的实现，模式转换器可以通过第三相位图案(13)实现初始光信号(光路a、光路b、光路c)的模分复用，得到第三目标光信号(光路ab、光路c)；再通过合波器实现将第三目标光信号(光路ab、光路c)在合波器中汇聚进行反射，得到并反射第一目标光信号(光路abc)，即，光信号发射设备通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
在一种可能的实现方式中，第三相位图案中相位图案的数量可以为初始光信号中不同波长的波长数量的整数倍，即第三相位图案(13)可以对应不同的波长设置相应数量的相位图案。例如，当初始光信号中仅对应两个波长，即第一波长和第二波长时，可以分别为不同波长的光信号设定数量为n的相位图案，此时，第三相位图案(13)中的相位图案数量为2n，n可以为大于0的任一整数。显然，在初始光信号中若对应多个波长，即除了第一波长和第二波长之外，还存在第三波长、第四波长或者是更多不同的波长时，若初始光信号对应的波长数量为m，则第三相位图案(13)中的相位图案数量为m与n的乘积，其中，m为大于1的整数，n可以为大于0的任一整数。
在一种可能的实现方式中，如图8所示，模式转换器中第三相位图案(13)中可以包含有多个相位图案，其中，可以按照初始光信号中波长的不同，通过一个或多个相位图案实现不同的波长的光信号的模分复用，即可以按照初始光信号中波长的不同实现相位图案的灵活配置。第三相位图案的具体实现可以参考图9所示示例。
以图9所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在光发射器所发射的初始光信号中，包括波长为λ1的光路a1、光路a2；波长为λ2的光路b1、光路b2；波长为λ3的光路c1、光路c2；波长为λ4的光路d1、光路d2。在模式转换器中，包括相位板(91)、相位板(92)和合波器，其中，相位板(91)包括相位图案P1和相位图案P3，相位板(92)包括相位图案P2和相位图案P4。
以波长为λ1的光路a1、光路a2为例进行说明。其中，光路a1、光路a2两个通道的λ1经过P1反射到P2反射到P3再反射到P4的光经过多次相位的叠加可以转换为同轴传输的两种模式Lp01和Lp11模式输出进合波器，同理其他6路(即波长为λ2的光路b1、光路b2；波长为λ3的光路c1、光路c2；波长为λ4的光路d1、光路d2)，经过多相位转换输出对应3个波长的Lp01和Lp11的光分别进空间合波器，之后，合波器将4路波长合波，最终可实现多个波长复用和模式复用的合波。
三、模式转换器通过相位图案实现。
在一种可能的实现方式中，模式转换器可以通过一个或多个相位图案实现初始光信号的模分复用和波分复用。
需要说明的是，本实施例及后续实施例中，“相位图案”可以是承载在任意一种图案生成技术所形成指定图案的相位板上，例如通过MPLC、液晶相位片，超表面结构或者是其它的技术实现，此处不对该技术的实现进行限制。
以图10所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在图10中，该模式转换器包括第四相位图案(14)，该第四相位图案(14)用于将入射的初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换，得到并反射第一目标光信号(光路abc)。
其中，模式转换器可以将得到的第一目标光信号(光路abc)直接反射至光纤进行传输，或者是将得到的第一目标光信号(光路abc)进行其它的聚焦、降噪等处理之后再发射至光纤进行传输，此处不做限定。
本实施例中，通过图10所示装置的实现，模式转换器可以通过第四相位图案(14)实现初始光信号的模分复用与波分复用。即，光信号发射设备通过模式转换器实现多路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
在一种可能的实现方式中，基于图10所示装置中模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案，在该第四相位图案中包含有多个相位图案时，可以进一步对多个相位图案进行功能性的划分。下面将分别通过图11和图12所示装置进行描述。
以图11所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。其中，模式转换器中的第四相位图案包括第五相位图案(15)和第六相位图案(16)；其中，该第五相位图案(15)用于将入射的该初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换，得到第四目标光信号(光路ab、光路c)，并将该第四目标光信号(光路ab、光路c)反射至该第六相位图案(16)，其中，该第四目标光信号(光路ab、光路c)为多路传输的光信号，该第四目标光信号(光路ab、光路c)包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号(光路ab中的光路a)、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号(光路ab中的光路b)、以及波长为该第二波长的该第三光信号(光路c)；此外，该第六相位图案(16)用于将入射的该第四目标光信号(光路ab、光路c)进行合波处理，得到并反射该第一目标光信号(光路abc)。
基于图11所示装置，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第五相位图案(15)和第六相位图案(16)，通过第五相位图案(15)将初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行相位转换得到第四目标光信号(光路ab、光路c)，并通过第六相位图案(16)将第四目标光信号(光路ab、光路c)进行合波处理，得到并反射第一目标光信号(光路abc)。
以图12所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。其中，模式转换器中的第四相位图案包括第七相位图案(17)和第八相位图案(18)；其中，该第七相位图案(17)用于将入射的该初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行合波处理，得到第五目标光信号(光路abc)，并将该第五目标光信号(光路abc)反射至该第八相位图案(18)，其中，该第五目标光信号(光路abc)为单路传输的光信号，该第五目标光信号包括波长均为该第一波长的第一光信号(光路abc中的光路a)和第二光信号(光路abc中的光路b)，以及波长为该第二波长的第三光信号(光路abc中的光路c)；此外，该第八相位图案(18)用于将该第五目标光信号(光路abc)进行相位转换，得到并反射该第一目标光信号(光路abc)。
基于图12所示装置，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第七相位图案(17)和第八相位图案(18)，通过第七相位图案(17)将初始光信号(光路a、光路b、光路c)进行合波处理得到第五目标光信号(光路abc)，并通过第八相位图案(18)将第五目标光信号(光路abc)进行相位转换，得到并反射第一目标光信号(光路abc)。
在一种可能的实现方式中，如图10、图11和图12所示，模式转换器中第四相位图案(14)中可以包含有多个相位图案，其中，可以按照初始光信号中波长的不同，通过一个或多个相位图案实现不同的波长的光信号的模分复用，即可以按照初始光信号中波长的不同实现相位图案的灵活配置。具体实现可以参考图13所示示例。
以图13所示装置作为实现的一个示例，该装置包括光发射器和模式转换器。在光发射器所发射的初始光信号中，包括波长为λ1的光路a1、光路a2；波长为λ2的光路b1、光路b2；波长为λ3的光路c1、光路c2；波长为λ4的光路d1、光路d2。在模式转换器中，包括相位板(131)、相位板(132)和合波器，其中，相位板(131)包括相位图案P1和相位图案P3，相位板(132)包括相位图案P2和相位图案P4。
以波长为λ1的光路a1、光路a2为例进行说明。其中，光路a1、光路a2两个通道的λ1经过P1反射到P2反射到P3再反射到P4的光经过多次相位的叠加可以转换为同轴传输的两种模式Lp01和Lp11模式进行反射输出；同理其他6路(即波长为λ2的光路b1、光路b2；波长为λ3的光路c1、光路c2；波长为λ4的光路d1、光路d2)，经过多相位转换输出对应3个波长的Lp01和Lp11的光信号进行反射输出。与图9所示装置类似，不同的是通过各路的图样设计相位反射，使得4路波长在最后一次反射位置达到同一个P4相位点，在最后一次反射实现同轴传输，最终可实现多个波长复用和模式复用的合波。
在一种可能的实现方式中，在前述图2至图13所示装置中，光信号发射设备中，光发射器所发射的初始光信号中所包含的不同的光信号(即第一光信号、第二光信号和第三光信号)之间可以是相互平行的，从而可以避免在初始光信号中所包含的不同光信号之间的光信号干扰，提升光信号的传输效率。
请参阅图14，本申请实施例提供了一种光信号接收设备，包括：
光接收器、模式转换器；
在该光信号接收设备中，模式转换器用于将入射的初始光信号(光路abc)进行相位转换，得到第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)，并向该光接收器反射该第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)；其中，该初始光信号(光路abc)为单路传输的光信号，且该初始光信号(光路abc)包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号(光路abc中的光路a)、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号(光路abc中的光路b)、以及波长为该第二波长的该第三光信号(光路abc中的光路c)；该第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)为多路传输的光信号，且该第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)包括波长均为第一波长的第一光信号(光路a)和第二光信号(光路b)，以及波长为第二波长的第三光信号(光路c)；该第一波长不同于该第二波长。
本实施例中，光信号接收设备中的模式转换器将单路传输的初始光信号(光路abc)进行相位转换为多路传输的第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)。即，光信号接收设备通过模式转换器实现单路传输的初始光信号的模分复用与波分复用，从而实现光信号传输系统的容量扩充。
具体地，光接收器所接收的第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)中，存在同一波长的至少两路光信号，本实施例及后续实施例中，该同一波长的至少两路光信号可以是相同的传输模式，例如同为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式，也可以是不同的传输模式，例如为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式中不同的模式，此处不做限定。此外，初始光信号在经过模式转换器处理得到第一目标光信号的过程中，初始光信号中各个光信号的波长保持不变，即在第一目标光信号中，该第一光信号和该第二光信号的波长均为该第一波长，该第三光信号的波长为该第二波长。
具体地，基于光路可逆原理，图14所示光信号接收设备中，对单路传输的初始光信号进行转换得到多路传输的第一目标光信号的过程，与图2所示光信号发射设备中，对多路传输的初始光信号进行转换得到单路传输的第一目标光信号的过程类似。即图14所示光信号接收设备还可以实现如图2所示光信号发射设备所实现的其它扩展方案，即可以实现如图3至图13所示实施例，并且实现图3至图13对应实施例的有益效果。
此外，光接收器所接收的第一目标光信号(光路a、光路b、光路c)中，存在同一波长的至少两路光信号，本实施例及后续实施例中，该同一波长的至少两路光信号可以是相同的传输模式，例如同为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式，也可以是不同的传输模式，例如为高阶模、低阶模、基模或者是其它的模式中不同的模式，此处不做限定。
其中，参考图3至图13所示实施例，图14所示光信号接收设备至少还可以实现如下技术方案：
在一种可能的实现方式中，该第一目标光信号包括第二目标光信号和第三目标光信号，其中，该第二目标光信号和该第三目标光信号均为多路传输的光信号，且该第二目标光信号包括波长均为该第一波长的第一光信号和第二光信号；该第三目标光信号包括波长为该第二波长的该第三光信号；其中，该模式转换器包括第一相位图案和第一薄膜滤波片TFF、第二相位图案和第二TFF，该第一TFF用于反射该第一波长并透射该第二波长的光信号，该第二TFF用于反射该第二波长并透射该第一波长的光信号；该第一TFF通过第一轴线接收该初始光信号，并将该初始光信号反射至该第一相位图案之后，该第一相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第二目标光信号，并将该第二目标光信号反射至该光接收器；该第二TFF通过该第一轴线接收该初始光信号，并将该初始光信号反射至该第二相位图案之后，该第二相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第三目标光信号，并将该第三目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第一波长对应的第一TFF和第二波长对应的第二TFF，通过第一轴线接收得到初始光信号，进行过滤之后分别反射至第一相位图案和第二相位图案；再分别通过第一相位图案和第二相位图案将过滤之后的初始光信号，分解为第二目标光信号和第三目标光信号，以使得光接收器根据第二目标光信号和第三目标光信号得到第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过多个相位图案和多个TFF实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在一种可能的实现方式中，该第一相位图案中的至少一个相位图案与该第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第一相位图案中的至少一个相位图案可以与第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。即不同相位图案中，各自存在至少部分相位图案可以集成在同一相位板上实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号接收设备的体积得以减小。
在一种可能的实现方式中，该第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板。
基于上述技术方案，在模式转换器通过多个相位图案和多个TFF实现的场景中，第二相位图案中的至少一个相位图案与该第一TFF集成在同一相位板，即相位图案和TFF可以集成在同一相位板实现，从而，可以优化模式转换器内部的空间布局，进而使得光信号接收设备的体积得以减小。
在一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第三相位图案和分波器；其中，该分波器用于将入射的该初始光信号进行分波处理，得到第三目标光信号，并向该第三相位图案反射该第三目标光信号，其中，该第三目标光信号为多路传输的光信号，该第三目标光信号包括波长均为该第一波长的第一光信号和第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第三相位图案用于将入射的该第三目标光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过分波器将初始光信号分解为多路传输的第三目标光信号，并将第三目标光信号反射至第三相位图案；再经过第三相位图案实现第三目标光信号的模分复用，进行相位转换得到该第一目标光信号。提供了在模式转换器中，通过分波器和相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在一种可能的实现方式中，该第三相位图案中相位图案的数量为该初始光信号对应的波长数量的整数倍。
基于上述技术方案，模式转换器中第三相位图案中可以包含有多个相位图案，其中，可以按照初始光信号中波长的不同，通过一个或多个相位图案实现不同的波长的光信号的模分复用，即可以按照初始光信号中波长的不同实现相位图案的灵活配置。
在一种可能的实现方式中，该模式转换器包括第四相位图案，该第四相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器可以通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用，提供了在模式转换器中，通过相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第五相位图案和第六相位图案；其中，该第五相位图案用于将入射的该初始光信号进行相位转换，得到第四目标光信号，并将该第四目标光信号反射至该第六相位图案，其中，该第四目标光信号为单路传输的光信号，该第四目标光信号包括波长为该第一波长的该第一光信号和该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第六相位图案用于将入射的该第四目标光信号进行分波处理，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第五相位图案和第六相位图案，通过第五相位图案将初始光信号进行相位转换得到第四目标光信号，并通过第六相位图案将第四目标光信号进行分波处理，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第五相位图案和第六相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在一种可能的实现方式中，该第四相位图案包括第七相位图案和第八相位图案；其中，该第七相位图案用于将入射的该初始光信号进行分波处理，得到第五目标光信号，并将该第五目标光信号反射至该第八相位图案，其中，该第五目标光信号为多路传输的光信号，该第五目标光信号包括以第一模式传输且波长为该第一波长的该第一光信号、以第二模式传输的且波长为该第一波长的该第二光信号、以及波长为该第二波长的该第三光信号；此外，该第八相位图案用于将入射的该第五目标光信号进行相位转换，得到该第一目标光信号，并将该第一目标光信号反射至该光接收器。
基于上述技术方案，模式转换器在通过第四相位图案实现初始光信号的模分复用与波分复用的方案中，该第四相位图案可以包括第七相位图案和第八相位图案，通过第七相位图案将初始光信号进行分波处理得到第五目标光信号，并通过第八相位图案将第五目标光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号。提供了在模式转换器中，第四相位图案通过第七相位图案和第八相位图案实现的一种具体实现方式，提升方案的可实现性。
在一种可能的实现方式中，在该第一目标光信号中，该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号相互平行。
基于上述技术方案，光信号接收设备中，模式转换器处理得到的第一目标光信号中所包含的不同的光信号之间可以是相互平行的，从而可以避免在第一目标光信号中所包含的不同光信号之间的光信号干扰，提升光信号的传输效率。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (21)
1.一种光信号发射设备，其特征在于，包括：光发射器、模式转换器；
所述光发射器用于向所述模式转换器发射初始光信号，所述初始光信号为多路传输的光信号，其中，所述初始光信号包括波长均为第一波长的第一光信号和第二光信号，以及波长为第二波长的第三光信号，且所述第一波长不同于所述第二波长；
所述模式转换器用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号，所述第一目标光信号为单路传输的光信号，其中，所述第一目标光信号包括所述第三光信号、以第一模式传输的所述第一光信号、以第二模式传输的所述第二光信号，且所述第一模式不同于所述第二模式。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述模式转换器包括第一相位图案和第一薄膜滤波片TFF、第二相位图案和第二TFF，所述第一TFF用于反射所述第一波长并透射所述第二波长的光信号，所述第二TFF用于反射所述第二波长并透射所述第一波长的光信号；
所述第一相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到第二目标光信号，并将所述第二目标光信号反射至所述第一TFF之后，所述第一TFF将入射的所述第二目标光信号沿着第一轴线进行反射，其中，所述第二目标光信号为单路传输的光信号，所述第二目标光信号包括所述以第一模式传输的所述第一光信号和以所述第二模式传输的所述第二光信号；
所述第二相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到所述第三光信号，并将所述第三光信号反射至所述第二TFF之后，所述第二TFF将入射的所述目标光信号沿着所述第一轴线向所述第一TFF进行反射。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一相位图案中的至少一个相位图案与所述第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述第二相位图案中的至少一个相位图案与所述第一TFF集成在同一相位板。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模式转换器包括第三相位图案和合波器；
所述第三相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到第三目标光信号，并将所述第三目标光信号反射至所述合波器，其中，所述第三目标光信号为多路传输的光信号，所述第三目标光信号包括所述第三光信号、以第一模式传输的所述第一光信号、以第二模式传输的所述第二光信号；
所述合波器用于将入射的所述第三目标光信号进行合波处理，得到并反射所述第一目标光信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第三相位图案中相位图案的数量为所述初始光信号对应的波长数量的整数倍。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模式转换器包括第四相位图案，所述第四相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到并反射第一目标光信号。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第四相位图案包括第五相位图案和第六相位图案；
所述第五相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到第四目标光信号，并将所述第四目标光信号反射至所述第六相位图案，其中，所述第四目标光信号为多路传输的光信号，所述第四目标光信号包括所述第三光信号、以第一模式传输的所述第一光信号、以第二模式传输的所述第二光信号；
所述第六相位图案用于将入射的所述第四目标光信号进行合波处理，得到并反射所述第一目标光信号。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第四相位图案包括第七相位图案和第八相位图案；
所述第七相位图案用于将入射的所述初始光信号进行合波处理，得到第五目标光信号，并将所述第五目标光信号反射至所述第八相位图案，其中，所述第五目标光信号为单路传输的光信号，所述第五目标光信号包括所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号；
所述第八相位图案用于将所述第五目标光信号进行相位转换，得到并反射所述第一目标光信号。
10.根据权利要求1至3以及5至9任一项所述的设备，其特征在于，在所述初始光信号中，所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号相互平行。
11.一种光信号接收设备，其特征在于，包括：模式转换器、光接收器；
所述模式转换器用于将入射的初始光信号进行相位转换，得到第一目标光信号，并向所述光接收器反射所述第一目标光信号；
其中，所述初始光信号为单路传输的光信号，且所述初始光信号包括以第一模式传输且波长为第一波长的第一光信号、以第二模式传输的且波长为所述第一波长的第二光信号、以及波长为第二波长的第三光信号，所述第一波长不同于所述第二波长，且所述第一模式不同于所述第二模式；所述第一目标光信号为多路传输的光信号，且所述第一目标光信号包括所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，
所述模式转换器包括第一相位图案和第一薄膜滤波片TFF、第二相位图案和第二TFF，所述第一TFF用于反射所述第一波长并透射所述第二波长的光信号，所述第二TFF用于反射所述第二波长并透射所述第一波长的光信号；
所述第一TFF通过第一轴线接收所述初始光信号，并将所述初始光信号反射至所述第一相位图案之后，所述第一相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到第二目标光信号，并将所述第二目标光信号反射至所述光接收器，其中，所述第二目标光信号为多路传输的光信号，且所述第二目标光信号包括所述第一光信号和所述第二光信号；
所述第二TFF通过所述第一轴线接收所述初始光信号，并将所述初始光信号反射至所述第二相位图案之后，所述第二相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到所述第三光信号，并将所述第三光信号反射至所述光接收器。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述第一相位图案中的至少一个相位图案与所述第二相位图案中的至少一个相位图案集成在同一相位板。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述第二相位图案中的至少一个相位图案与所述第一TFF集成在同一相位板。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述模式转换器包括第三相位图案和分波器；
所述分波器用于将入射的所述初始光信号进行分波处理，得到第三目标光信号，并向所述第三相位图案反射所述第三目标光信号，其中，所述第三目标光信号为多路传输的光信号，所述第三目标光信号包括所述第三光信号、以所述第一模式传输的所述第一光信号、以所述第二模式传输的所述第二光信号；
所述第三相位图案用于将入射的所述第三目标光信号进行相位转换，得到所述第一目标光信号，并将所述第一目标光信号反射至所述光接收器。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第三相位图案中相位图案的数量为所述初始光信号对应的波长数量的整数倍。
17.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述模式转换器包括第四相位图案，所述第四相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到所述第一目标光信号，并将所述第一目标光信号反射至所述光接收器。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述第四相位图案包括第五相位图案和第六相位图案；
所述第五相位图案用于将入射的所述初始光信号进行相位转换，得到第四目标光信号，并将所述第四目标光信号反射至所述第六相位图案，其中，所述第四目标光信号为单路传输的光信号，所述第四目标光信号包括所述第一光信号、所述第二光信号，以及所述第三光信号；
所述第六相位图案用于将入射的所述第四目标光信号进行分波处理，得到所述第一目标光信号，并将所述第一目标光信号反射至所述光接收器。
19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述第四相位图案包括第七相位图案和第八相位图案；
所述第七相位图案用于将入射的所述初始光信号进行分波处理，得到第五目标光信号，并将所述第五目标光信号反射至所述第八相位图案，其中，所述第五目标光信号为多路传输的光信号，所述第五目标光信号包括所述第三光信号、以所述第一模式传输的所述第一光信号、以所述第二模式传输的所述第二光信号；
所述第八相位图案用于将入射的所述第五目标光信号进行相位转换，得到所述第一目标光信号，并将所述第一目标光信号反射至所述光接收器。
20.根据权利要求11至13以及15至19任一项所述的设备，其特征在于，在所述第一目标光信号中，所述第一光信号、所述第二光信号和所述第三光信号相互平行。
21.一种光信号传输系统，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的光信号发射设备，和/或，如权利要求11至20任一项所述的光信号接收设备。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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