CN116560111A - 偏振无关器件及装置、光网络系统 - Google Patents

Abstract

一种偏振无关器件及装置、光网络系统，属于光技术领域。偏振无关器件包括：叠加的液晶层和调整层；液晶层用于在电场的作用下对经过的第一偏振方向的光分量进行第一相位调整。调整层用于基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量，得到第一光束和第二光束；其中，第一光束在调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整；第二光束在调整层中未经过第二相位调整和偏振方向调整。第一光束的偏振方向垂直于第一光束经过偏振方向调整之前的偏振方向；第一光束和第二光束在经过液晶层后的传播方向不同。本申请可以解决端口间的串扰的问题，本申请用于对光进行调整。

Description

偏振无关器件及装置、光网络系统

本申请要求于2022年01月27日提交的申请号为202210101340.8、发明名称为“偏振无关器件及装置、光网络系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及光技术领域，特别涉及一种偏振无关器件及装置、光网络系统。

背景技术

波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)是光网络系统中常见的一种装置，WSS具有入端口和多个出端口，WSS可以将入端口输入的光切换至任意出端口输出。

偏振无关器件是WSS中的重要组成部分，偏振无关器件包括：叠加的液晶层和调整层。从入端口射向偏振无关器件的光会沿液晶层、调整层和液晶层这一路径传输至出端口。其中，从入端口射向偏振无关器件的光包括：具有第一偏振方向的第一光分量和具有第二偏振方向的第二光分量，该第一偏振方向垂直于第二偏振方向。液晶层能够在电场的作用下对经过的第一偏振方向的光分量进行相位的调整，因此，在第一光分量和第二光分量经过液晶层时，液晶层能够对第一光分量进行相位调整，且不对第二光分量进行相位调整。经过液晶层的第一光分量和第二光分量在到达调整层后，调整层能够对这些光分量均进行偏振方向调整，并向液晶层传输偏振方向调整后的这些光分量。其中，偏振方向调整后的第一光分量的偏振方向由第一偏振方向变为第二偏振方向，偏振方向调整后的第二光分量的偏振方向由第二偏振方向变为第一偏振方向。偏振方向调整后的第一光分量和偏振方向调整后的第二光分量在经过液晶层时，液晶层能够对偏振方向调整后的第二光分量进行相位调整，且不对偏振方向调整后的第一光分量进行相位调整。可见，第一光分量和第二光分量虽然偏振方向不同，但偏振无关器件都能够采用液晶层对这两种光分量进行一次相位的调整，因此，偏振方向并不会影响相位的调整。并且，在经过相位调整后，光分量的传播方向发生改变，第一光分量和第二光分量在偏振无关器件中经过一次相位的调整后，能够射向出端口。

但是，由于调整层存在制造缺陷，使得调整层无法对入射的所有第一光分量或所有第二光分量进行偏振方向的调整。如果调整层未对部分第一光分量进行偏振方向的调整，那么这部分第一光分量再次到达液晶层时，会被液晶层再次调整相位，从而使得需要射向某一出端口的这些第一光分量可能会射向其他出端口，造成端口间的串扰。

发明内容

本申请提供了一种偏振无关器件及装置、光网络系统，可以解决端口间的串扰的问题，所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种偏振无关器件，所述偏振无关器件包括：叠加的液晶层和调整层；其中，液晶层用于在电场的作用下对经过的第一偏振方向的光分量进行第一相位调整；调整层用于基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量，得到第一光束和第二光束，并向液晶层传输第一光束和第二光束；其中，第一光束在调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整，但第二光束在调整层中未经过第二相位调整和偏振方向调整；该偏振方向调整用于使偏振方向改变90度，因此，第一光束的偏振方向垂直于第一光束经过偏振方向调整之前的偏振方向(经过调整层前的第一光束的偏振方向)；第一光束和第二光束在经过液晶层后的传播方向不同。

本申请实施例提供的偏振无关器件中，调整层可以基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量，向液晶层传输经过第二相位调整和偏振方向调整的第一光束，以及未经过第二相位调整和偏振方向调整的第二光束；并且，第一光束和第二光束在经过液晶层后的传播方向不同。可见，经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在偏振无关器件中经过不同的调整，从而使得经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件中射出时具有不同的传播方向，在空间上将这两种光进行隔离，能够避免未经过偏振方向调整的第一偏振方向的光分量对光调整装置造成的影响。

可选地，会有至少一种偏振方向的光分量从液晶层远离调整层一侧射入液晶层，液晶层用于在电场的作用下，对该至少一种偏振方向的光分量中第一偏振方向的光分量进行第一相位调整。对于射入调整层的经过液晶层的该至少一种偏振方向中每个偏振方向的光分量，调整层可以基于该光分量得到两种光束，并向液晶层传输这两种光束。这两种光束中，一种光束在调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整，另一种光束在调整层中未经过第二相位调整和偏振方向调整，并且，该偏振方向调整用于使偏振方向改变90度，这两种光束在经过液晶层后的传播方向不同。可以理解的是，当该至少一种偏振方向包括除第一偏振方向之外的其他偏振方向时，调整层也可以不用于基于射入的经过液晶层的该其他偏振方向的光分量向液晶层传输这两种光束，本申请对此不作限定。

进一步地，调整层向液晶层传输的上述两种光束在调整层中经过不同的相位调整。可选地，这两种光束中未经过第二相位调整和偏振方向调整的光束也可以在调整层中经过除第二相位调整和偏振方向调整之外的其他调整。比如，该光束可以在调整层中经过与第二相位调整不同的第三相位调整，本申请对此不作限定。示例地，上述第二光束可以在调整层中经过与第二相位调整不同的第三相位调整，本申请对此不作限定。

进一步地，本申请提供的偏振无关器件中的调整层可以有多种实现方式。示例地，调整层可以包括：沿远离液晶层的方向依次叠加的功能层和反射层，反射层的反射面朝向功能层；上述第二相位调整和偏振方向调整发生在功能层。光分量在经过液晶层之后会沿功能层、反射层、功能层的顺序传输并再次到达液晶层，在此过程中，第一偏振方向的光分量两次经过功能层，此时，该第二相位调整可以包括：第一偏振方向的光分量在第一次经过功能层的过程中的一次相位调整，以及第一偏振方向的光分量在第二次经过功能层的过程的另一次相位调整。该偏振方向调整可以包括：第一偏振方向的光分量在第一次经过功能层的过程中由第一线偏光变为圆偏光，以及第一偏振方向的光分量在第二次经过功能层的过程中由该圆偏光变为第二线偏光，并且，第一线偏光的偏振方向垂直于第二线偏光的偏振方向。

进一步地，上述液晶层采用第一相位调整的方式调整第一偏振方向的光分量的传播方向，调整层采用第二相位调整的方式调整第一偏振方向的光分量的传播方向。该过程中对光的幅度不作调整，因此光的能量损失较小。

进一步地，上述调整层中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分(如上述功能层)可以具有多种实现方式，以下将以其中的一种实现方式为例进行讲解。

示例地，所述调整层中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分包括间隔排布的多个调整结构，该多个调整结构可以形成超表面结构或者与超表面结构不同的其他结构。可选地，所述第二相位调整和所述偏振方向调整均与所述调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式中的至少一种参数相关。在设计该调整层中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分时，可以根据调整层需要实现的功能，设置该至少一种参数。

可选地，调整层中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分包括：间隔排布的多个调整结构。该多个调整结构包括：沿第一方向交替排布的第一调整结构组和第二调整结构组。第一方向可以垂直于在未被施加电场时液晶层中液晶的长轴方向，该第一方向也可以是其他方向，本申请对此不作限定。第一调整结构组中调整结构的最长中心轴与第二调整结构组中调整结构的最长中心轴的夹角的范围为[80度，100度]。比如，第一调整结构组中调整结构的最长中心轴垂直于第二调整结构组中调整结构的最长中心轴。

需要说明的是，调整结构具有中心轴，调整结构可以关于该中心轴对称(完全对称)或大致对称(非完全对称)。调整结构可以具有一个或多个中心轴，本申请对此不作限定。但该一个或多个中心轴中具有最长的中心轴。示例地，调整结构可以呈棒状(如长方体、圆柱、椭圆柱)或椭球状(或者其他形状)。调整结构具有各向异性的特点，调整结构的最长的中心轴可以称为长轴，最短的中心轴可以称为短轴。调整结构可以呈规则形状，也可以呈不规则形状，本申请对此不作限定。

可选地，第一调整结构组和第二调整结构组包括：沿第一方向依次排布的至少两个调整结构，该至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量递增或递减。本申请中该至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量的变化范围可以为[0，2π]，可选地，该变化范围也可以不是[0，2π]，比如该变化范围为[0，π]、[0，3π/2]或[π，2π]等。需要说明的是，上述至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量可以是线性递增或线性递减，也可以是非线性递增或非线性递减。相比上述至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量非线性递增或非线性递减，在上述至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量线性递增或线性递减时，从偏振无关器件射出的光的能量较高。

在上述至少两个调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量递增或递减时，在第一方向上，这些调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量形成相位梯度。该相位梯度可以使得光的相位改变，实现对经过调整层之前的第一光束进行第二相位调整。示例地，sinθ＝P/K。其中，θ＝α-β，α表示偏振无关器件对从液晶层远离调整层一侧射入的经过液晶层之前的第一光束的传播方向的调整角度；β表示偏振无关器件中除调整层之外的部分对经过液晶层之前的第一光束的传播方向的调整角度。换句话说，θ可以看做是引入调整层后，偏振无关器件对从液晶层远离调整层一侧垂直入射的经过液晶层之前的第一光束的传播方向的调整角度的变化角度。sinθ表示θ的正弦，P表示相位梯度，K表示光波矢。

进一步地，偏振无关器件还可以满足以下至少一个条件：第一调整结构组和第二调整结构组中调整结构的数量相同；第一调整结构组和第二调整结构组中相同次序的调整结构具有相同的尺寸；以及，对于第一调整结构组和第二调整结构组中的一个调整结构组，在调整结构组中调整结构的数量大于1时，调整结构组中不同调整结构的尺寸不同。本申请中以偏振无关器件同时满足这些条件为例。

可以理解的是，第一调整结构组和第二调整结构组中调整结构的数量也可以不同；和/或，第一调整结构组和第二调整结构组中相同次序的调整结构也可以具有不同的尺寸；和/或，对于第一调整结构组和第二调整结构组中的一个调整结构组，在调整结构组中调整结构的数量大于1时，调整结构组中不同调整结构的尺寸也可以相同。另外，调整结构的材质可以包括金、银、铝、硅、氮化镓、氧化钛等材质。调整结构可以包括一种材质，也可以包括多种材质。并且，第一调整结构组中调整结构中外层的材质与第二调整结构组中调整结构中外层的材质的折射率可以相同或不同。

进一步地，对于第一调整结构组和第二调整结构组中的一个调整结构组，调整结构组中调整结构的数量可以为1，也可以大于1。

可选地，在上述多个调整结构包括沿垂直于第一方向的方向排布的一些调整结构时，这些调整结构中的不同调整结构对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量相同。可以理解的是，沿方向排布的不同调整结构对第一光束的相位延迟量也可以不同。多个调整结构也可以不包括沿垂直于第一方向的方向排布的不同调整结构，比如，多个调整结构仅包括沿第一方向排布的一行调整结构，本申请对此不作限定。

可选地，调整结构的最长中心轴与液晶层中液晶在未被施加电场时的长轴方向的夹角的范围为[40度，50度]，且调整结构在其最长中心轴的延伸方向上和在垂直于该延伸方向的方向上(两个正交方向)上，对经过调整层之前的第一光束的相位延迟量之差的范围为[0.9π，1.1π]。此时，调整结构能够实现对第一光束进行上述偏振方向调整。示例地，该相位延迟量之差可以为π，和/或，该夹角可以为45度。

本申请中可以通过设计调整结构的材料、尺寸、形状、排布方式(与调整结构的最长中心轴、排布顺序、相邻调整结构的中心的距离等相关)等参数，使调整层具有第二相位调整和偏振方向调整的功能。

进一步地，无论调整结构如何排布，调整结构的最大长度可以小于入射光的波长，该调整结构可以称为亚波长结构。通常光的波长是纳米级的长度，因此，调整结构的最大长度小于光的波长时，调整结构的尺寸较小，调整结构所在的调整层的厚度较小，整个偏振无关器件的厚度较小，用于驱动液晶层的驱动电压较小，驱动液晶层偏转的功耗较小。本申请中以调整结构的最大长度为纳米级长度为例，可选地，调整结构的最大长度也可以是微米级长度等，本申请对此不作限定。在调整结构具有微米级尺寸或纳米级尺寸时，调整结构可以称为微纳结构。

可选地，调整层中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分可以包括：多个子层，每个子层包括上述多个调整结构。

需要说明的是，上述内容中对调整层利用多个调整结构进行上述第二相位调整和偏振方向调整为例，可以理解的是，当调整层还需要进行除上述第二相位调整和偏振方向调整之外的其他调整(如上述第二光束可能经过的第三相位调整)时，该其他调整也可以利用多个调整结构实现。可以根据多个调整结构需要具有的功能，对调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式等参数中的至少一种参数进行设计。

进一步地，液晶层可以在电场的作用下偏转，以对具有第一偏振方向的光分量进行相位的调整，该电场可以由电场施加组件向该液晶层施加。该电场施加组件可以位于偏振无关器件内，也可以位于偏振无关器件外，或者，该电场施加组件的一部分位于偏振无关器件内，且另一部分位于偏振无关器件外。

示例地，当调整层包括功能层和反射层时，偏振无关器件还可以包括：透明电极层和液晶驱动电路，透明电极层位于液晶层远离反射层的一侧，液晶驱动电路位于反射层远离液晶层的一侧；反射层导电；液晶驱动电路用于：向透明电极层和反射层施加电压，以使透明电极层和反射层之间形成电场。液晶层中的液晶能够在该电场的作用下偏转。

进一步地，偏振无关器件还包括其他结构，比如，偏振无关器件还包括：第一配向层、第二配向层、平坦层、钝化层。在偏振无关器件中，透明电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、平坦层、功能层、钝化层、反射层和液晶驱动电路依次叠加。第一配向层和第二配向层用于对液晶层进行配向，使在未被施加电场时液晶层中各个液晶的长轴方向相互平行(或者趋于相互平行)。平坦层起到将功能层的表面平坦化的作用，从而支持后续液晶层的封装工艺。

第二方面，提供了一种光调整装置，所述光调整装置包括：第一方面中任一设计所述的偏振无关器件，所述光调整装置用于利用所述偏振无关器件对光的相位进行调整。示例地，该光调整装置可以是任一种能够对光的相位进行调整的装置，如WSS、WSS所在的可重构全光分插复用器(reconfigurable optical add/drop multiplexer，ROADM)、空间光调制器或显示装置等。

可选地，光调整装置还包括：多个端口(包括入端口和多个出端口)。其中，入端口用于向偏振无关器件中液晶层所在的一侧提供光；偏振无关器件用于将经过液晶层后的第一光束(从液晶层远离调整层一侧射出液晶层的经过液晶层后的第一光束)射向出端口，以及将经过液晶层后的第二光束(从液晶层远离调整层一侧射出液晶层的经过液晶层后的第二光束)射向偏离出端口的方向。换句话说，在光调整装置包括入端口和多个出端口时，可以对出端口的位置进行设计，以使从偏振无关器件射向出端口的光束在偏振无关器件中进行了第一相位调整、第二相位调整和偏振方向调整，而在偏振无关器件中未进行第二相位调整和偏振方向调整的光束不会射向出端口，这样就能避免未经过调整层调整偏振方向的光束射向出端口而造成端口串扰。

进一步地，根据上述第一方面可知，第一偏振方向的光分量在经过液晶层前后的传播路径均位于第一平面，第一光束和第二光束在从调整层射向液晶层的传播路径均位于第二平面。第一平面和第二平面共面，或者第一平面和第二平面的夹角大于零度。

在第一种可实现方式中，当第一平面和所述第二平面共面时，入端口和多个出端口沿平行于第一平面和偏振无关器件的方向依次排列，并且偏振无关器件垂直于第一平面。需要说明的是，偏振无关器件是由多个膜层叠加得到的器件，偏振无关器件垂直于第一平面是指：该多个膜层均垂直于第一平面，该多个膜层的叠加方向平行于该第一平面。此时多个出端口位于入端口的一侧。在入射光中，在偏振无关器件中进行了第一相位调整、第二相位调整和偏振方向调整的光束会射向入端口一侧的出端口，而在偏振无关器件中未进行第二相位调整和偏振方向调整的光束会射向入端口，或入端口远离出端口的一侧。

在第二种可实现方式中，当第一平面和第二平面的夹角大于零度(如该夹角为90度)时，上述多个端口沿平行于第一平面和参考平面的方向依次排列，该参考平面垂直于第一平面；并且偏振无关器件相对参考平面旋转-θ/2；θ＝α-β，α表示偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整角度；β表示偏振无关器件中除调整层之外的部分对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整角度。

在第二种可实现方式中，偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整与三个因素相关，这三个因素包括：(1)液晶层在电场的作用下对第一偏振方向的光分量的第一相位调整；(2)调整层的第二相位调整；(3)偏振无关器件相对参考平面的旋转角度。偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第二光束的传播方向的调整与因素(1)和(3)相关。

在液晶层未被施加电场时，偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整与因素(2)和(3)相关。因素(2)会使该传播方向的改变角度θ，因素(3)会使该传播方向的改变角度-θ，因此，因素(2)和(3)使该传播方向的改变角度相互抵消。在液晶层被施加电场时，一方面，对于依次经过液晶层和调整层之前的第一光束，由于因素(2)和因素(3)相互抵消，因此，该光束在射出偏振无关器件时的传播方向与因素(1)相关，该光束可以在液晶层的作用下传输至出端口。另一方面，对于依次经过液晶层和调整层之前的第二光束，该光束在射出偏振无关器件时的传播方向与因素(1)和因素(3)相关，该光束可以在因素(1)和因素(3)的影响下传输至多个端口在色散方向上的任一侧，从而避免未经过偏振方向调整的光束射向出端口。

进一步地，光调整装置还可以包括其他结构，比如，所述光调整装置还包括：位于所述偏振无关器件和所述多个端口之间的透镜(如凸透镜)。

第三方面，提供了一种光网络系统，所述光网络系统包括：第二方面中任一设计所述的光调整装置。示例地，光网络系统利用光进行通信，光调整装置可以利用其中的偏振无关器件对光的相位进行调整，以实现光的端口交换。

第二方面和第三方面的效果可以参考第一方面中相应设计的效果，本申请在此不做赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种偏振无关器件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光分量的传输示意图；

图3为本申请实施例提供的一种第一光分量的偏振方向示意图；

图4为本申请实施例提供的一种第二光分量的偏振方向示意图；

图5为本申请实施例提供的一种第一光分量的传播方向示意图；

图6为本申请实施例提供的一种WSS的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种偏振无关器件的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种液晶的偏振情况示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种偏振无关器件的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种WSS中光分量的传输示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种WSS中光分量的传输示意图；

图12为本申请实施例提供的一种光分量的传播路径示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种偏振无关器件的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的一种多个调整结构的分布情况示意图；

图15为本申请实施例提供的另一种多个调整结构的分布情况示意图；

图16为本申请实施例提供的另一种多个调整结构的分布情况示意图；

图17为本申请实施例提供的另一种多个调整结构的分布情况示意图；

图18为本申请实施例提供的另一种多个调整结构的分布情况示意图；

图19为本申请实施例提供的另一种多个调整结构的分布情况示意图；

图20为本申请实施例提供的另一种偏振无关器件的结构示意图；

图21为本申请实施例提供的另一种偏振无关器件的结构示意图；

图22为本申请实施例提供的另一种WSS的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的原理和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

偏振无关器件是光领域较为常见的一种器件，如图1所示，偏振无关器件包括：叠加的液晶层01和调整层02。这种偏振无关器件也称为硅基液晶(liquid crystal onsilicon，LCoS)。液晶层01中的液晶可以是向列型液晶或铁电液晶等，本申请实施例中以向列型液晶为例。调整层02可以包括：二分之一波片(half-wave plate，HWP)02和反射层022，反射层022的反射面朝向HWP 021。光在从液晶层01远离调整层02一侧射入液晶层01后，会沿液晶层01、HWP 021、反射层022、HWP 021和液晶层01这一路径传输。

如图2所示，从液晶层01远离调整层02一侧射入的光包括：具有第一偏振方向P的第一光分量，以及具有第二偏振方向S的第二光分量。第一偏振方向P垂直于第二偏振方向S。在射入的光为偏振光的情况下，第一光分量或第二光分量可能为零，此时，从液晶层01远离调整层02一侧射入的光包括第一光分量或第二光分量。可选地，本申请实施例中以第一偏振方向P平行于液晶层01中的液晶在未被施加电场时的长轴方向为例，可选地，第一偏振方向P也可以不平行于该长轴方向，本申请实施例不对第一偏振方向进行限定。

请继续参考图2，液晶层01中的液晶能够在电场的作用下偏转(如图2所示)，以使液晶层01对经过的第一偏振方向P的光分量进行相位的调整，且不对经过的不具有第一偏振方向P的光分量进行相位的调整。并且，在经过相位调整后，光分量的传播方向发生改变。其中，液晶层01被施加电场可以称为液晶层01加载相位图。由于上述第一光分量具有第一偏振方向P，因此，液晶层01会在电场的作用下对经过的第一光分量进行相位的调整，以使第一光分量的传播方向发生改变。由于上述第二光分量的第二偏振方向S与第一偏振方向P不同，因此，液晶层01会不会在电场的作用下对经过的第二光分量进行相位的调整，因此第二光分量的传播方向保持不变。

经过液晶层01的第一光分量和第二光分量在到达调整层02后，调整层02能够对这些光分量均进行偏振方向调整，并向液晶层01传输偏振方向调整后的这些光分量。其中，偏振方向调整后的第一光分量的偏振方向由第一偏振方向P变为第二偏振方向S，偏振方向调整后的第二光分量的偏振方向由第二偏振方向S变为第一偏振方向P。示例地，调整层02包括上述HWP 021和反射层022，经过液晶层01的第一光分量和第二光分量在到达HWP 021后，HWP 021用于对第一光分量和第二光分量进行偏振方向的调整，并在反射层022的作用下将这些光分量从HWP 021射向液晶层01。如图3所示，在液晶层01未被施加电场的情况下，经过液晶层01的第一光分量在从液晶层01射向HWP 021时具有第一偏振方向P，但经过调整层02后的第一光分量在从HWP 021射向液晶层01时具有与第一偏振方向P垂直的第二偏振方向S。如图4所示，在液晶层01未被施加电场的情况下，经过液晶层01的第二光分量在从液晶层01射向HWP 021时具有第二偏振方向S，但经过调整层02后的第二光分量在从HWP 021射向液晶层01时具有与第二偏振方向S垂直的第一偏振方向P。

经过调整层02的第一光分量和第二光分量再次到达液晶层01时，由于经过调整层02的第一光分量的偏振方向为第二偏振方向S，且经过调整层02的第二光分量的偏振方向为第一偏振方向P，因此，液晶层01会在电场的作用下对经过调整层02的第二光分量进行相位的调整，但不会对经过调整层02的第一光分量进行相位的调整(附图中并未示出这一过程)。

可见，第一光分量和第二光分量虽然偏振方向不同，但偏振无关器件都能够采用液晶层01对这两种光分量进行一次相位的调整，因此，偏振方向并不会影响相位的调整，从而偏振方向也不会影响从偏振无关器件射出的光分量的传播方向。

但是，由于调整层02(如调整层02中的HWP 021)存在制造缺陷，因此调整层02无法对入射的所有光分量进行偏振方向的调整。如果调整层02未对经过液晶层01的部分第一光分量进行偏振方向的调整，那么经过调整层02的这部分第一光分量到达液晶层01时，依然具有第一偏振方向P。由于液晶层01中的液晶能够在电场的作用下偏转，以对具有第一偏振方向P的光分量进行相位的调整，因此，这部分第一光分量再次到达液晶层01时，会被液晶层01再次调整相位。可见，这部分第一光分量会被液晶层02两次调整传播方向。示例地，如图5所示，假设第一光分量在偏振无关器件中经过液晶层01调整一次相位后具有传播方向1，第一光分量在偏振无关器件中经过液晶层01调整两次相位后具有传播方向2，传播方向1和传播方向2不同。

进一步地，偏振无关器件可以应用在光调整装置中，如WSS、WSS所在的ROADM、空间光调制器、显示装置等。若第一光分量在偏振无关器件中进行两次相位的调整，则会影响光调整装置的正常工作。

比如，在WSS中，WSS包括偏振无关器件之外，还包括入端口和多个出端口(入端口和出端口均可以是光纤的端口)。若某些第一光分量在偏振无关器件经过两次相位的调整，则会使需要射向某一出端口的这些第一光分量可能会射向其他出端口，造成端口间的串扰。如图6所示，WSS包括：入端口、多个出端口、透镜和偏振无关器件。从偏振无关器件射出的光中，在偏振无关器件中经过一次相位调整的第一光分量(具有第二偏振方向S)会射向出端口1，在偏振无关器件中经过两次相位调整的第一光分量(具有第一偏振方向P)会射向出端口2，从而使得出端口1和2之间存在串扰。

又比如，在空间光调制器中，若存在第一光分量在偏振无关器件中经过两次相位调整，则无法实现对第一光分量的有效调制。在显示装置中，若存在第一光分量在偏振无关器件中经过两次相位调整，则会影响显示装置的显示效果。

另外，调整层02中的上述HWP 021通常是利用固化的液晶材料或者具有双折射特性的微纳材料制成。当HWP 021采用固化的液晶材料制成时，需要采用微米量级厚度的液晶材料才能制成HWP，导致HWP较厚，偏振无关器件较厚，限制了偏振无关器件的应用场景。

另外，如图7所示，通常偏振无关器件还可以包括透明电极03和液晶驱动电路04(如硅基液晶驱动电路)，透明电极03位于液晶层01远离调整层02的一侧，液晶驱动电路04位于调整层02远离液晶层01的一侧。反射层022导电，液晶驱动电路04与透明电极03和反射层022连接。液晶驱动电路04用于向透明电极03和反射层022施加电压，以使透明电极03和反射层022之间形成电场，以及液晶层01中的液晶在该电场的作用下偏转，从而使得液晶层01在电场的作用下，对第一偏振方向P的光分量进行相位的调整。示例地，在透明电极03和反射层022之间形成电场时，图7中液晶层01中液晶的偏转情况可以如图8所示。请参考图8，液晶层01可以在电场的作用下形成全息闪耀光栅，以对第一偏振方向P的光分量进行相位的调整。

在偏振无关器件中，当HWP较厚时，透明电极和反射层之间的距离较大，此时，若需要通过透明电极和反射层向液晶层施加电场，则液晶驱动电路需要向透明电极和反射层施加较高的驱动电压，导致偏振无关器件的功耗较高，且限制了偏振无关器件的应用场景。

本申请实施例提供了一种偏振无关器件，该器件能够使经过偏振方向调整的光与未经过偏振方向调整的光具有不同的传播方向，从而在空间上将这两种光进行隔离，避免未经过偏振方向调整的光对光调整装置造成的影响。并且，本申请实施例提供的偏振无关器件中用于调整偏振方向的膜层厚度较小，液晶驱动电路无需向透明电极和反射层施加较高的驱动电压，因此偏振无关器件的功耗较小。

示例地，图9为本申请实施例提供的一种偏振无关器件的结构示意图，如图9所示，该偏振无关器件包括：叠加的液晶层11和调整层12。

液晶层11用于在电场的作用下对经过的第一偏振方向的光分量进行第一相位调整。液晶层11的功能可以参考前述液晶层01的功能，本申请实施例在此不做赘述。示例地，液晶层11能够接收液晶层11远离调整层12一侧入射的光，该光具有第一偏振方向和第二偏振方向的光分量，第一偏振方向垂直于第二偏振方向；液晶层11可以在电场的作用下，对其中第一偏振方向的光分量进行第一相位调整，但可以不对第二偏振方向的光分量进行第一相位调整。

调整层12用于基于射入的经过液晶层11的第一偏振方向的光分量，得到第一光束和第二光束，并向液晶层11传输第一光束和第二光束。其中，第一光束在调整层12中经过第二相位调整和偏振方向调整，第二光束在调整层12中未经过第二相位调整和偏振方向调整。偏振方向调整用于使偏振方向改变90度，因此，第一光束的偏振方向垂直于经过偏振方向调整之前的第一光束的偏振方向(经过调整层前的第一光束的偏振方向)。第一光束和第二光束在经过液晶层11后的传播方向不同，也即第一光束和第二光束在从调整层12射向液晶层11并经过液晶层11后的传播方向不同。

可见，对于射入调整层12的第一偏振方向的光分量，调整层能够对该光分量中的部分光束进行第二相位调整和偏振方向调整，从而得到第一光束和第二光束，其中，第一光束是经过第二相位调整和偏振方向调整后的光束，而第二光束是并未经过第二相位调整和偏振方向调整的光束。第一光束和第二光束中，经过偏振方向调整的光束也经过了第二相位调整，而未经过偏振方向调整的光束也并未经过第二相位调整。因此，第一光束和第二光束经过不同的相位调整，第一光束和第二光束在从调整层12射向液晶层11时具有不同的传播方向，从而实现对第一光束和第二光束的分离。

相比图1所示的偏振无关器件，图9所示的偏振无关器件包括调整层12，且该调整层12不仅可以进行偏振方向调整，还可以进行第二相位调整。此时，偏振无关器件中能够对光进行相位调整的部件不仅包括用于执行第一相位调整的液晶层11，还包括用于执行该第二相位调整的调整层12。这样一来，经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件射出时的传播方向不仅与液晶层11的第一相位调整相关，还与调整层12的第二相位调整相关。而未经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件射出时的传播方向与液晶层11的第一相位调整相关，但与调整层12的第二相位调整无关。可见，经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件射出时的传播方向具有液晶层11和调整层12两处控制点，而未经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件射出时的传播方向具有液晶层11一处控制点。所以，经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在偏振无关器件中进行了不同的相位调整，使得经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在从液晶层11远离调整层12一侧射出时的传播方向不同。

综上所述，本申请实施例提供的偏振无关器件中，调整层可以基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量，向液晶层传输经过第二相位调整和偏振方向调整的第一光束，以及未经过第二相位调整和偏振方向调整的第二光束；并且，第一光束和第二光束在经过液晶层后的传播方向不同。可见，经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在偏振无关器件中经过不同的调整，从而使得经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件中射出时具有不同的传播方向，在空间上将这两种光进行隔离，能够避免未经过偏振方向调整的第一偏振方向的光分量对光调整装置造成的影响。

比如，在光调整装置为WSS时，如图10所示，以从入端口射向偏振无关器件的第一偏振方向P的光分量为例。可以设计调整层基于经过液晶层的该光分量所得到的第一光束在射出偏振无关器件后，射向出端口N-1(N＞1)；而调整层基于经过液晶层的该光分量所得到的第二光束在射出偏振无关器件后，射向偏离出端口的方向。从而避免未经过偏振方向调整的第二光束在射出偏振无关器件后，射向出端口而造成的端口间的串扰。

第一光束在从偏振无关器件射出后的相位不仅与液晶层11相关，还与调整层12相关，而第二光束在从偏振无关器件射出后的相位不仅与液晶层11相关，且与调整层12无关。假设向列型液晶未被施加电场时，如图11所示，在调整层12的第二相位调整的作用下，从偏振无关器件射出的光中，第一光束(经过偏振方向调整和第二相位调整)在从偏振无关器件中射出后会射向端口N，而第二光束(未经过偏振方向调整和第二相位调整)在从偏振无关器件中射出后会原路返回至入端口。在液晶层被施加电场时，液晶层可以使得图11中从偏振无关器件射出的光向上偏转一个端口的距离。这样一来，便可以使得从偏振无关器件射出的光具有如图10所示的传输情况。

可以理解的是，从液晶层远离调整层一侧射入液晶层的光分量除了包括上述第一偏振方向的光分量之外，还可以包括与第一偏振方向不同的其他偏振方向(如垂直于第一偏振方向的第二偏振方向等)的光分量。液晶层可以用于在电场的作用下，不对该其他偏振方向的光分量进行上述第一相位调整，该其他偏振方向的光分量在经过液晶层并射入调整层后，调整层还可以用于基于射入的经过液晶层的该其他偏振方向的光分量，得到第三光束和第四光束，并向液晶层传输第三光束和第四光束。其中，第三光束在调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整，但第四光束在调整层中未经过第二相位调整和偏振方向调整；该偏振方向调整用于使偏振方向改变90度，因此，第三光束的偏振方向垂直于第三光束经过偏振方向调整之前的偏振方向(经过调整层前的第三光束的偏振方向)；第三光束和第四光束在经过液晶层后的传播方向不同。这样一来，也能够避免未经过偏振方向调整的其他偏振方向的光分量对光调整装置造成的影响。

换句话说，会有至少一种偏振方向的光分量从液晶层远离调整层一侧射入液晶层，液晶层用于在电场的作用下，对该至少一种偏振方向的光分量中第一偏振方向的光分量进行第一相位调整。对于射入调整层的经过液晶层的该至少一种偏振方向中每个偏振方向的光分量，调整层可以基于该光分量得到两种光束，并向液晶层传输这两种光束。这两种光束中，一种光束在调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整，另一种光束在调整层中未经过第二相位调整和偏振方向调整，并且，该偏振方向调整用于使偏振方向改变90度，这两种光束在经过液晶层后的传播方向不同。这样一来，也能够避免未经过偏振方向调整的各个偏振方向的光分量对光调整装置造成的影响。

可选地，当该至少一种偏振方向包括除第一偏振方向之外的其他偏振方向时，调整层也可以不用于基于射入的经过液晶层的该其他偏振方向的光分量向液晶层传输上述第三光束和第四光束，本申请对此不作限定。

调整层基于射入的经过液晶层的每个偏振方向的光分量得到第三光束的相关解释，可以参考调整层基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量得到第一光束的相关解释；调整层基于射入的经过液晶层的每个偏振方向的光分量得到第四光束的相关解释，可以参考调整层基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量得到第二光束的相关解释；本申请在此不做赘述。

进一步地，调整层向液晶层传输的上述两种光束在调整层中经过不同的相位调整。可选地，这两种光束中未经过第二相位调整和偏振方向调整的光束也可以在调整层中经过除第二相位调整和偏振方向调整之外的其他调整。比如，该光束可以在调整层中经过与第二相位调整不同的第三相位调整，本申请对此不作限定。示例地，上述第二光束和/或第四光束可以在调整层中经过与第二相位调整不同的第三相位调整，本申请对此不作限定。

进一步地，上述液晶层采用第一相位调整的方式调整第一偏振方向的光分量的传播方向，调整层采用第二相位调整的方式调整第一偏振方向的光分量的传播方向。该过程中对光的幅度不作调整，因此光的能量损失较小。

另外，第一偏振方向的光分量在经过液晶层11前后的传播路径(如图12中的传播路径1和传播路径2)均位于第一平面(如图12中的纸面)，第一光束和第二光束在从调整层12射向液晶层11的传播路径(如图12中的传播路径3和传播路径4)均位于第二平面(如图12中的纸面)(上述第三光束和第四光束在从调整层12射向液晶层11的传播路径也可以均位于第二平面)。图12中以第一平面和第二平面共面为例。可选地，也可以是第一平面和第二平面的夹角大于零度。比如，该夹角可以为90度，或者该夹角小于90度(如该夹角为80度、85度等)。

进一步地，本申请实施例提供的偏振无关器件中的调整层12可以有多种实现方式。

示例地，如图13所示，调整层12可以包括：沿远离液晶层11的方向依次叠加的功能层121和反射层122，反射层122的反射面朝向功能层121；上述第二相位调整和偏振方向调整发生在功能层121。对于从液晶层11远离调整层12一侧射入的光分量，光分量在经过液晶层11之后会沿功能层121、反射层122、功能层121的顺序传输并再次到达液晶层11，在此过程中，第一偏振方向的光分量两次经过功能层121，此时，该第二相位调整可以包括：第一偏振方向的光分量在第一次经过功能层121的过程中的一次相位调整，以及第一偏振方向的光分量在第二次经过功能层121的过程的另一次相位调整。该偏振方向调整可以包括：第一偏振方向的光分量在第一次经过功能层121的过程中由第一线偏光变为圆偏光，以及第一偏振方向的光分量在第二次经过功能层121的过程中由该圆偏光变为第二线偏光，并且，第一线偏光的偏振方向垂直于第二线偏光的偏振方向。功能层121对第一偏振方向的光分量的偏振方向调整可以参考上述HWP 021对光分量的偏振方向调整。功能层121可以用于实现上述HWP 021的功能。

又示例地，调整层12也可以包括上述功能层121，且不包括上述反射层122，此时，需要对该功能层121进行反射功能的设计，以使功能层121能够将基于第一偏振方向的光分量得到的第一光束和第二光束传输至液晶层11。

进一步地，调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分(如上述功能层121)可以有多种实现方式。

示例地，调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分可以包括多个调整结构，该多个调整结构可以形成超表面结构或者与超表面结构不同的其他结构。调整层12可以利用该多个调整结构对光进行相位调整和偏振方向调整。上述第二相位调整和偏振方向调整与调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式中的至少一种参数相关。在设计该调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分时，可以根据调整层12需要实现的功能，设置该至少一种参数。调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式中的至少一种参数可以参考后续实施例中的相关介绍。

又示例地，如图14所示，调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分包括：间隔排布的多个调整结构1211。该多个调整结构1211包括：沿第一方向Q交替排布的第一调整结构组21和第二调整结构组22。图14中仅示出了一个第一调整结构组21和一个第二调整结构组22，可以理解的是，该多个调整结构1211也可以包括多个第一调整结构组21和多个第二调整结构组22，此时，第一调整结构组21和第二调整结构组22也是沿第一方向Q交替排布。第一调整结构组21中调整结构1211的最长中心轴L11与第二调整结构组22中调整结构1211的最长中心轴L12的夹角的范围为[80度，100度]。比如，图14中以第一调整结构组21中调整结构1211的最长中心轴L11垂直于第二调整结构组22中调整结构1211的最长中心轴L12为例。

需要说明的是，调整结构1211具有中心轴，调整结构1211可以关于该中心轴对称(完全对称)或大致对称(非完全对称)。调整结构1211可以具有一个或多个中心轴，本申请实施例对此不作限定。但该一个或多个中心轴中具有最长的中心轴(如上述L11和L12)。示例地，调整结构1211可以呈棒状(如长方体、圆柱、椭圆柱)或椭球状(或者其他形状)，图14中以调整结构1211呈长方体为例。调整结构1211具有各向异性的特点，调整结构1211的最长的中心轴可以称为长轴，最短的中心轴可以称为短轴。调整结构1211可以呈规则形状，也可以呈不规则形状，本申请实施例对此不作限定。

可选地，第一调整结构组21和第二调整结构组22包括：沿第一方向Q依次排布的至少两个调整结构1211，该至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束(是一种从液晶层11射向调整层12的光束)的相位延迟量递增或递减。图14中以第一方向Q垂直于在未被施加电场时液晶层11中液晶的长轴方向L2为例，该第一方向Q也可以是其他方向，本申请实施例对此不作限定。如图14所示，第一调整结构组21和第二调整结构组22包括：该至少两个调整结构1211，且在从左到右的方向上，该至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量依次为0、π/2、π、3π/2，这些相位延迟量依次增大。本申请实施例中该至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量的变化范围为[0，2π]，可选地，该变化范围也可以不是[0，2π]，比如该变化范围为[0，π]、[0，3π/2]或[π，2π]等。另外，本申请实施例中以在第一方向Q上相邻调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量相差π/2为例，可选地，在第一方向Q上相邻调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量之差也可以不是π/2，比如，在第一方向Q上相邻调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量相差π等。

上述至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量可以是线性递增或线性递减，也可以是非线性递增或非线性递减，图14中以在从左到右的方向上，至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量线性递增为例。相比上述至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量非线性递增或非线性递减，在上述至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量线性递增或线性递减时，从偏振无关器件射出的光的能量较高。

在上述至少两个调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量递增或递减时，在第一方向Q上，这些调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量形成相位梯度。该相位梯度可以使得光的相位改变，实现对经过调整层12之前的第一光束进行第二相位调整。示例地，sinθ＝P/K。其中，θ＝α-β，α表示偏振无关器件对经过液晶层11之前的第一光束的传播方向的调整角度；β表示偏振无关器件中除调整层之外的部分对经过液晶层11之前的第一光束的传播方向的调整角度。换句话说，θ可以看做是引入调整层12后，偏振无关器件对垂直入射的经过液晶层11之前的第一光束的传播方向的调整角度的变化角度。sinθ表示θ的正弦，P表示相位梯度，K表示光波矢。

进一步地，偏振无关器件还可以满足以下至少一个条件：第一调整结构组21和第二调整结构组22中调整结构1211的数量相同；第一调整结构组21和第二调整结构组22中相同次序的调整结构1211具有相同的尺寸；以及，对于第一调整结构组21和第二调整结构组22中的一个调整结构组，在调整结构组中调整结构1211的数量大于1时，调整结构组中不同调整结构的尺寸不同。图14以偏振无关器件同时满足这些条件为例。

可以理解的是，第一调整结构组21和第二调整结构组22中调整结构1211的数量也可以不同；和/或，第一调整结构组21和第二调整结构组22中相同次序的调整结构1211也可以具有不同的尺寸；和/或，对于第一调整结构组21和第二调整结构组22中的一个调整结构组，在调整结构组中调整结构1211的数量大于1时，调整结构组中不同调整结构的尺寸也可以相同。

示例地，如图15所示，第一调整结构组21和第二调整结构组22中调整结构1211的数量不同，比如，第一调整结构组21包括三个调整结构1211，第二调整结构组22包括两个调整结构1211。第一调整结构组21和第二调整结构组22中的各个调整结构1211的尺寸相同，且第一调整结构组21中调整结构1211的最长中心轴L11垂直于第二调整结构组22中调整结构1211的最长中心轴L12。

又示例地，如图16所示，在图15的基础上，第一调整结构组21的各个调整结构1211的尺寸相同，第二调整结构组22中的各个调整结构1211的尺寸相同，且第一调整结构组21中调整结构1211的尺寸与第二调整结构组22中调整结构1211的尺寸不同。

又示例地，如图17所示，在图15的基础上，第一调整结构组21和第二调整结构组22中调整结构1211的数量相同，比如这两个调整结构组均可以包括三个调整结构1211。

又示例地，如图18所示，在图16的基础上，第一调整结构组21和第二调整结构组22中调整结构1211的数量相同，比如这两个调整结构组均可以包括三个调整结构1211。

另外，调整结构1211的材质可以包括金、银、铝、硅、氮化镓、氧化钛等材质。调整结构1211可以包括一种材质，也可以包括多种材质。并且，第一调整结构组21中调整结构1211中外层的材质与第二调整结构组中调整结构中外层的材质的折射率可以相同或不同。比如，在图14、图15、图16、图17、图18的基础上，第一调整结构组21中调整结构1211中外层的材质与第二调整结构组中调整结构中外层的材质的折射率可以不同。

进一步地，对于第一调整结构组21和第二调整结构组22中的一个调整结构组，调整结构组中调整结构1211的数量可以为1，也可以大于1，图14、图15、图16、图17、图18中以该数量大于1为例。示例地，当该数量为1时，多个调整结构可以如图19所示。

可选地，在上述多个调整结构1211包括沿垂直于第一方向Q的方向(如上述长轴方向L2)排布的一些调整结构1211时，这些调整结构1211中的不同调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量相同。比如，可以将图14中沿方向L2排布的不同调整结构1211可以具有相同的尺寸，和/或，沿垂直于所述第一方向的方向排布的不同调整结构具有相互平行的最长中心轴，以使这些调整结构1211对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量相同。可以理解的是，沿方向L2排布的不同调整结构1211对第一光束的相位延迟量也可以不同。多个调整结构1211也可以不包括沿垂直于第一方向Q的方向排布的不同调整结构1211，比如，多个调整结构1211仅包括图14中的一行调整结构1211，本申请实施例对此不作限定。

上述多个调整结构1211可以阵列排布(如图14所示)，当然，也可以不阵列排布。

可选地，调整结构1211的最长中心轴(如L11和L12)与图9中液晶层11中液晶在未被施加电场时的长轴方向L2的夹角的范围为[40度，50度]，且调整结构1211在其最长中心轴的延伸方向上和在垂直于该延伸方向的方向上(两个正交方向)上，对经过调整层12之前的第一光束的相位延迟量之差的范围为[0.9π，1.1π]。此时，调整结构1211能够实现对第一光束进行上述偏振方向调整。示例地，该相位延迟量之差可以为π，和/或，该夹角可以为45度。需要说明的是，调整结构1211的最长中心轴可以相对长轴方向L2顺时针旋转45度，也可以逆时针旋转45度，本申请实施例对此不作限定。

本申请实施例中可以通过设计调整结构1211的材料、尺寸、形状、排布方式(与调整结构1211的最长中心轴、排布顺序、相邻调整结构1211的中心的距离等相关)等参数，使调整层12具有第二相位调整和偏振方向调整的功能。

示例地，在图14所示的示例中，调整结构1211的最大长度(如最长中心轴的长度)的范围可以是：[500纳米，1000纳米]，调整结构1211的最大宽度(调整结构的宽度可以垂直于上述最长中心轴)的范围可以是[100纳米，300纳米]，相邻调整结构1211的中心的距离的范围可以是[600纳米，1000纳米]。

进一步地，无论调整结构1211如何排布，调整结构1211的最大长度可以小于入射光的波长，该调整结构1211可以称为亚波长结构。通常光的波长是纳米级的长度，因此，调整结构1211的最大长度小于光的波长时，调整结构1211的尺寸较小，调整结构1211所在的调整层12的厚度较小，整个偏振无关器件的厚度较小，用于驱动液晶层的驱动电压较小，驱动液晶层偏转的功耗较小。

本申请实施例中以调整结构1211的最大长度为纳米级长度为例，可选地，该调整结构1211的最大长度也可以是微米级长度等，本申请实施例对此不作限定。在调整结构1211具有微米级尺寸或纳米级尺寸时，调整结构1211可以称为微纳结构。

上述实施例中以调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分包括多个调整结构1211为例，该多个调整结构1211可以属于一层调整结构1211，该层调整结构1211包括多个元胞，每个元胞的结构均可以包括上述第一调整结构组和第二调整结构组，该多个元胞可以沿第一方向依次排布的至少两个元胞，可选地，该多个元胞还可以包括沿垂直于第一方向的方向依次排布的至少两个元胞。

可选地，调整层12中用于进行第二相位调整和偏振方向调整的部分可以包括：多个子层，每个子层包括上述多个调整结构1211。每个子层中的多个调整结构1211均可以参考上述实施例中的多个调整结构1211，本申请实施例在此不做赘述。

需要说明的是，上述实施例中对调整层利用多个调整结构进行上述第二相位调整和偏振方向调整为例，可以理解的是，当调整层还需要进行除上述第二相位调整和偏振方向调整之外的其他调整(如上述第二光束可能经过的第三相位调整)时，该其他调整也可以利用多个调整结构实现。可以根据多个调整结构需要具有的功能，对调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式等参数中的至少一种参数进行设计。

进一步地，液晶层可以在电场的作用下偏转，以对具有第一偏振方向P的光分量进行相位的调整，该电场可以由电场施加组件向该液晶层施加。该电场施加组件可以位于偏振无关器件内，也可以位于偏振无关器件外，或者，该电场施加组件的一部分位于偏振无关器件内，且另一部分位于偏振无关器件外。

示例地，如图20所示，当调整层12包括功能层121和反射层122时，在12B的基础上，偏振无关器件还可以包括：透明电极层13和液晶驱动电路14，透明电极层13位于液晶层11远离反射层122的一侧，液晶驱动电路14位于反射层122远离液晶层11的一侧；反射层122导电；液晶驱动电路14用于：向透明电极层13和反射层122施加电压，以使透明电极层13和反射层122之间形成电场。上述电场施加组件包括：透明电极层13、反射层122和液晶驱动电路14。上述透明电极层13可以是透明导电材质，如氧化铟锡等。反射层122可以包括阵列排布且相互间隔的多个反射块(图20中未示出)，每个反射块和透明电极层13之间存在电场。

进一步地，偏振无关器件还包括其他结构，比如，请参考图21，偏振无关器件还包括：第一配向层15、第二配向层16、平坦层17、钝化层18。在偏振无关器件中，透明电极层13、第一配向层15、液晶层11、第二配向层16、平坦层17(也称包覆层)、功能层121、钝化层18、反射层122和液晶驱动电路14依次叠加。第一配向层15和第二配向层16用于对液晶层11进行配向，使在未被施加电场时液晶层11中各个液晶的长轴方向相互平行(或者趋于相互平行)。平坦层17起到将功能层121的表面平坦化的作用，从而支持后续液晶层11的封装工艺。

偏振无关器件还可以包括衬底19，液晶驱动电路14可以位于衬底19上，透明电极层13、第一配向层15、液晶层11、第二配向层16、平坦层17、功能层121、钝化层18、反射层122和液晶驱动电路14可以沿靠近衬底19的方向依次排布。

综上所述，本申请实施例提供的偏振无关器件中，调整层可以基于射入的经过液晶层的第一偏振方向的光分量，向液晶层传输经过第二相位调整和偏振方向调整的第一光束，以及未经过第二相位调整和偏振方向调整的第二光束；并且，第一光束和第二光束在经过液晶层后的传播方向不同。可见，经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在偏振无关器件中经过不同的调整，从而使得经过偏振方向调整的光和未经过偏振方向调整的光在从偏振无关器件中射出时具有不同的传播方向，在空间上将这两种光进行隔离，能够避免未经过偏振方向调整的第一偏振方向的光分量对光调整装置造成的影响。

基于本申请实施例提供的偏振无关器件，本申请实施例提供了一种包括该偏振无关器件的光调整装置。光调整装置用于利用偏振无关器件对光的相位进行调整。示例地，该光调整装置可以是任一种能够对光的相位进行调整的装置，如WSS、ROADM、空间光调制器或显示装置等。

可选地，光调整装置还包括：多个端口(包括入端口和多个出端口)。其中，入端口用于向偏振无关器件中液晶层所在的一侧提供光；偏振无关器件用于将经过液晶层后的第一光束(从液晶层远离调整层一侧射出的经过液晶层后的第一光束)射向出端口，以及将经过液晶层后的第二光束(从液晶层远离调整层一侧射出的经过液晶层后的第二光束)射向偏离出端口的方向。换句话说，在光调整装置包括入端口和多个出端口时，可以对出端口的位置进行设计，以使从偏振无关器件射向出端口的光束在偏振无关器件中经过第一相位调整、第二相位调整和偏振方向调整，而在偏振无关器件中未经过第二相位调整和偏振方向调整的光束不会射向出端口，这样就能避免未经过偏振方向调整的光束量射向出端口而造成端口串扰。

进一步地，根据以上实施例可知，第一偏振方向的光分量在经过液晶层前后的传播路径均位于第一平面，第一光束和第二光束在从调整层射向液晶层的传播路径均位于第二平面；第一平面和第二平面共面，或者第一平面和第二平面的夹角大于零度。

在第一种可实现方式中，当第一平面和所述第二平面共面时，入端口和多个出端口沿平行于第一平面和偏振无关器件的方向依次排列，并且偏振无关器件垂直于第一平面。需要说明的是，偏振无关器件是由多个膜层叠加得到的器件，偏振无关器件垂直于第一平面是指：该多个膜层均垂直于第一平面，该多个膜层的叠加方向平行于该第一平面。

如图11所示，第一平面和第二平面均为纸面，此时多个出端口位于入端口的一侧。在偏振无关器件中进行了第一相位调整、第二相位调整和偏振方向调整的光束会射向入端口一侧的出端口，而在偏振无关器件中未进行第二相位调整和偏振方向调整的光束会射向入端口(如图11所示)，或入端口远离出端口的一侧。

在第二种可实现方式中，当第一平面和第二平面的夹角大于零度(如该夹角为90度)时，上述多个端口沿平行于第一平面和参考平面的方向依次排列，该参考平面垂直于第一平面；并且偏振无关器件相对参考平面旋转-θ/2；θ＝α-β，α表示偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整角度；β表示偏振无关器件中除调整层之外的部分对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整角度。依次经过液晶层和调整层之前的第一光束也称初始光束，第一光束由初始光束依次经过液晶层和调整层得到。

如图22所示，第一平面N垂直于纸面，第二平面为纸面，参考平面M垂直于第一平面N，端口的色散方向为图22中的上下方向；多个端口(图22中仅示出了一个出端口)的排布方向为图22中垂直纸面的方向，该排布方向平行于第一平面N和参考平面M。此时，多个出端口可以位于入端口的一侧或两侧。并且，偏振无关器件相对参考平面M旋转-θ/2。比如，假设θ＝-30°(表示逆时针旋转30°)，那么，-θ/2＝15°(表示顺时针旋转15°)，偏振无关器件相对参考平面M顺时针旋转15度。

在第二种可实现方式中，偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整与三个因素相关，这三个因素包括：(1)液晶层在电场的作用下对第一偏振方向的光分量的第一相位调整；(2)调整层的第二相位调整；(3)偏振无关器件相对参考平面M的旋转角度。偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第二光束的传播方向的调整与因素(1)和(3)相关。

在液晶层未被施加电场时，偏振无关器件对依次经过液晶层和调整层之前的第一光束的传播方向的调整与因素(2)和(3)相关。因素(2)会使该传播方向的改变角度θ，因素(3)会使该传播方向的改变角度-θ，因此，因素(2)和(3)使该传播方向的改变角度相互抵消。

在液晶层被施加电场时，一方面，对于依次经过液晶层和调整层之前的第一光束，由于因素(2)和因素(3)相互抵消，因此，该光束在射出偏振无关器件时的传播方向与因素(1)相关，该光束可以在液晶层的作用下传输至出端口，可见，经过偏振方向调整的第一光束在射出偏振无关器件后能够射向出端口。另一方面，对于依次经过液晶层和调整层之前的第二光束，该光束在射出偏振无关器件时的传播方向与因素(1)和因素(3)相关，该光束可以在因素(1)和因素(3)的影响下传输至多个端口在色散方向上的任一侧，从而避免未经过偏振方向调整的第二光束在射出偏振无关器件后射向出端口。

进一步地，光调整装置还可以包括其他结构，比如，如图11或图22所示，光调整装置还包括：位于偏振无关器件和多个端口之间的透镜(如凸透镜)。

本申请实施例提供的光调整装置可以用于光网络系统中，基于此，本申请实施例还提供了一种包括该光调整装置的光网络系统。示例地，光网络系统利用光进行通信，光调整装置可以利用其中的偏振无关器件对光的相位进行调整，以实现光的端口交换。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (29)

1.一种偏振无关器件，其特征在于，所述偏振无关器件包括：叠加的液晶层和调整层；

所述液晶层用于在电场的作用下对经过的第一偏振方向的光分量进行第一相位调整；

所述调整层用于基于射入的经过所述液晶层的所述第一偏振方向的光分量，得到第一光束和第二光束，并向所述液晶层传输所述第一光束和所述第二光束；

其中，所述第一光束在所述调整层中经过第二相位调整和偏振方向调整，所述第二光束在所述调整层中未经过所述第二相位调整和所述偏振方向调整；所述第一光束的偏振方向垂直于所述第一光束经过偏振方向调整前的偏振方向；所述第一光束和所述第二光束在经过所述液晶层后的传播方向不同。

2.根据权利要求1所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整层中用于进行所述第二相位调整和所述偏振方向调整的部分包括：间隔排布的多个调整结构，所述多个调整结构包括：沿第一方向交替排布的第一调整结构组和第二调整结构组；

所述第一调整结构组中调整结构的最长中心轴与所述第二调整结构组中调整结构的最长中心轴的夹角的范围为[80度，100度]。

3.根据权利要求2所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第一调整结构组中调整结构的最长中心轴垂直于所述第二调整结构组中调整结构的最长中心轴。

4.根据权利要求2或3所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整结构呈棒状或椭球状。

5.根据权利要求2至4任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第一调整结构组和所述第二调整结构组包括：沿第一方向依次排布的至少两个调整结构，所述至少两个调整结构对经过所述调整层之前的所述第一光束的相位延迟量递增或递减。

6.根据权利要求5所述的偏振无关器件，其特征在于，所述至少两个调整结构对经过所述调整层之前的所述第一光束的相位延迟量线性递增或线性递减。

7.根据权利要求2至6任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述偏振无关器件满足以下至少一个条件：

所述第一调整结构组和所述第二调整结构组中调整结构的数量相同；

所述第一调整结构组和所述第二调整结构组中相同次序的调整结构具有相同的尺寸；

对于所述第一调整结构组和所述第二调整结构组中的一个调整结构组，在所述调整结构组中调整结构的数量大于1时，所述调整结构组中不同调整结构的尺寸不同。

8.根据权利要求2至7任一所述的偏振无关器件，其特征在于，沿垂直于所述第一方向的方向排布的不同调整结构对经过所述调整层之前的所述第一光束的相位延迟量相同。

9.根据权利要求8所述的偏振无关器件，其特征在于，沿垂直于所述第一方向的方向排布的不同调整结构的最长中心轴平行，和/或，沿垂直于所述第一方向的方向排布的不同调整结构的尺寸相同。

10.根据权利要求2至9任一所述的偏振无关器件，其特征在于，对于一个所述调整结构，所述调整结构在其最长中心轴的延伸方向上和在垂直于所述延伸方向的方向上，对经过所述调整层之前的所述第一光束的相位延迟量之差的范围为[0.9π，1.1π]；所述调整结构的最长中心轴与在未被施加电场时所述液晶层中液晶的长轴的夹角的范围为[40度，50度]。

11.根据权利要求10所述的偏振无关器件，其特征在于，所述相位延迟量之差为π，和/或，所述调整结构的最长中心轴与在未被施加电场时所述液晶层中液晶的长轴的夹角为45度。

12.根据权利要求2至11任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整结构的最大长度小于光的波长。

13.根据权利要求12所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整结构的最大长度为纳米级长度。

14.根据权利要求2至13任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整层中用于进行所述第二相位调整和所述偏振方向调整的部分包括：多个子层，所述子层包括所述多个调整结构。

15.根据权利要求2至14任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整层中用于进行所述第二相位调整和所述偏振方向调整的部分包括：间隔排布的多个调整结构，所述第二相位调整和所述偏振方向调整均与所述调整结构的材料、尺寸、形状和排布方式中的至少一种参数相关。

16.根据权利要求15所述的偏振无关器件，其特征在于，所述多个调整结构形成超表面结构。

17.根据权利要求1至16任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第一偏振方向的光分量在经过所述液晶层前后的传播路径均位于第一平面，所述第一光束和所述第二光束在从所述调整层射向所述液晶层的传播路径均位于第二平面；

所述第一平面和所述第二平面共面，或者，所述第一平面和所述第二平面的夹角大于零度。

18.根据权利要求17所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面的夹角为90度。

19.根据权利要求1至18任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第二光束在所述调整层中经过与所述第二相位调整不同的第三相位调整。

20.根据权利要求1至19任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述第一偏振方向平行于在未被施加电场时所述液晶层中液晶的长轴。

21.根据权利要求1至20任一所述的偏振无关器件，其特征在于，所述调整层包括：沿远离所述液晶层的方向依次叠加的功能层和反射层，所述反射层的反射面朝向所述功能层；所述第二相位调整和所述偏振方向调整发生在所述功能层。

22.根据权利要求21所述的偏振无关器件，其特征在于，所述偏振无关器件还包括：透明电极层和液晶驱动电路，所述透明电极层位于所述液晶层远离所述反射层的一侧，所述液晶驱动电路位于所述反射层远离所述液晶层的一侧；所述反射层导电；

所述液晶驱动电路用于：向所述透明电极层和所述反射层施加电压，以使所述透明电极层和所述反射层之间形成所述电场。

23.根据权利要求22所述的偏振无关器件，其特征在于，所述偏振无关器件包括：依次叠加的所述透明电极层、第一配向层、所述液晶层、第二配向层、平坦层、所述功能层、钝化层、所述反射层和所述液晶驱动电路。

24.一种光调整装置，其特征在于，所述光调整装置包括：权利要求1至23任一所述的偏振无关器件，所述光调整装置用于利用所述偏振无关器件对光的相位进行调整。

25.根据权利要求24所述的光调整装置，其特征在于，所述光调整装置还包括：多个端口；

所述多个端口包括入端口和多个出端口，所述入端口用于向所述偏振无关器件中液晶层所在的一侧提供光，所述偏振无关器件用于将经过所述液晶层后的所述第一光束射向所述出端口，以及将经过所述液晶层后的所述第二光束射向偏离所述出端口的方向。

26.根据权利要求25所述的光调整装置，其特征在于，所述第一偏振方向的光分量在经过所述液晶层前后的传播路径均位于第一平面，所述第一光束和所述第二光束在从所述调整层射向所述液晶层的传播路径均位于第二平面；所述第一平面和所述第二平面共面；

所述入端口和所述多个出端口沿平行于所述第一平面和所述偏振无关器件的方向依次排列，所述偏振无关器件垂直于所述第一平面。

27.根据权利要求25所述的光调整装置，其特征在于，所述第一偏振方向的光分量在经过所述液晶层前后的传播路径均位于第一平面，所述第一光束和所述第二光束在从所述调整层射向所述液晶层的传播路径均位于第二平面，所述第一平面和所述第二平面的夹角大于零度；

所述多个端口沿平行于所述第一平面和参考平面的方向依次排列，所述参考平面垂直于所述第一平面；所述偏振无关器件相对所述参考平面旋转-θ/2；θ＝α-β，α表示所述偏振无关器件对依次经过所述液晶层和所述调整层之前的所述第一光束的传播方向的调整角度；β表示所述偏振无关器件中除所述调整层之外的部分对依次经过所述液晶层和所述调整层之前的所述第一光束的传播方向的调整角度。

28.根据权利要求24至27任一所述的光调整装置，其特征在于，所述光调整装置还包括：位于所述偏振无关器件和所述多个端口之间的透镜。

29.一种光网络系统，其特征在于，所述光网络系统包括：权利要求24至28任一所述的光调整装置。