CN117826453A - 光调制装置、波长选择开关和光通信设备 - Google Patents

光调制装置、波长选择开关和光通信设备 Download PDF

Info

Publication number
CN117826453A
CN117826453A CN202211183240.0A CN202211183240A CN117826453A CN 117826453 A CN117826453 A CN 117826453A CN 202211183240 A CN202211183240 A CN 202211183240A CN 117826453 A CN117826453 A CN 117826453A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
layer
light beam
optical
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211183240.0A
Other languages
English (en)
Inventor
李腾浩
李世强
韩荦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Peng Cheng Laboratory
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Peng Cheng Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd, Peng Cheng Laboratory filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202211183240.0A priority Critical patent/CN117826453A/zh
Priority to PCT/CN2023/104940 priority patent/WO2024066614A1/zh
Publication of CN117826453A publication Critical patent/CN117826453A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本申请公开了一种光调制装置、WSS和光通信设备，属于光调制技术领域。该光调制装置包括空间光调制器和光学调节层；空间光调制器包括阵列布置的多个调制单元；光学调节层包括阵列布置的多个调节单元；多个调节单元中的第一调节单元被配置为在激励信号作用下在第一状态和第二状态之间切换；第一调节单元用于在第一状态下将接收到的第一光束导向第一调制单元，第一调制单元用于对第一光束进行调制，以及将调制后的第一光束沿第一方向出射；或者，第一调节单元用于在第二状态下，将接收到的第二光束沿该第一方向出射。第二光束与第一光束波长相同，且第二光束与第一光束入射至第一调节单元的入射角不同。

Description

光调制装置、波长选择开关和光通信设备
技术领域
本申请涉及光调制技术领域，特别涉及一种光调制装置、波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)和光通信设备。
背景技术
空间光调制技术是一种能够对光的空间分布进行调制的技术，通常采用光调制装置实现。在外部信号的控制下，光调制装置能够改变空间上光分布的振幅(或强度)、相位或者偏振态等。
相关技术中，光调制装置通常包括空间光调制器。空间光调制器包括阵列布置的多个调制单元，每个调制单元均可以在外部信号的控制下对接收到光束进行调制。当波长相同的第一光束和第二光束以不同的入射角同时入射至同一个调制单元时，调制后的第一光束和第二光束会向不同的方向出射。
该光调制装置可以通过改变调制单元的调制相关参数，来控制调制后的第一光束和第二光束的出射方向，控制方式比较单一。
发明内容
本申请提供了一种光调制装置、WSS和光通信设备，能够增加光束的出射方向的控制方式。
一方面，本申请提供了一种光调制装置。光调制装置包括空间光调制器和光学调节层。所述空间光调制器包括阵列布置的多个调制单元。所述光学调节层包括阵列布置的多个调节单元，所述多个调节单元分别与所述多个调制单元中的一个调制单元对应。所述多个调节单元中的第一调节单元被配置为在激励信号作用下在第一状态和第二状态之间切换，所述第一调节单元为所述多个调节单元中的任一个。所述第一调节单元用于在所述第一状态下，将接收到的第一光束导向第一调制单元，所述第一调制单元为所述多个调制单元中与所述第一调节单元对应的调制单元。所述第一调制单元用于对来自所述第一调节单元的所述第一光束进行调制，以及将调制后的第一光束沿第一方向出射；或者，所述第一调节单元用于在所述第二状态下，将接收到的第二光束沿所述第一方向出射。其中，所述第二光束的波长与所述第一光束的波长相同，且所述第二光束入射至所述第一调节单元的入射角与所述第一光束入射至所述第一调节单元的入射角不同。
在第一调制单元的调制相关参数不变的情况下，通过控制第一调制单元对应的第一调节单元的状态，将波长相同但入射角度不同的第一光束和第二光束中的一个沿第一方向出射。这样，可以根据需要灵活地控制第一光束或第二光束沿第一方向出射。本申请提供的光调制装置除了通过控制第一调制单元的调制相关参数来控制光束的出射方向之外，还可以通过控制第一调节单元的状态来控制光束的出射方向，增加了光束的出射方向的控制方式。
在一些示例中，所述第一调节单元还用于在所述第一状态下，将接收到的第二光束导向所述第一调制单元。所述第一调制单元还用于对来自所述第一调节单元的所述第二光束进行调制，以及将调制后的第二光束沿第二方向出射。由于第一光束和第二光束的波长相同，因此，在相同的调制相关参数下，调制后的第一光束和调制后的第二光束的偏转角度相同，但是由于第一光束和第二光束的入射角不同，所以调制后的第一光束和调制后的第二光束的出射方向不同。
当第一调节单元处于第一状态时，如果第二光束入射至光调制装置，该第二光束会被从不同于第一方向的第二方向出射，避免影响沿第一方向出射的第一光束。因此，光调制装置可以在第二光束始终入射的情况下工作，以便在需要将第二光束出射至第一方向时快速将第二光束切换至从第一方向出射。避免在需要将第二光束出射至第一方向时，再将第二光束入射到光调制装置而导致等待时间过长。
在一些示例中，第一状态为透射状态，第二状态为反射状态。在另一些示例中，第一状态为反射状态，第二状态为透射状态。在本申请中，透射状态和反射状态是相对的，透射状态下第一调节单元的透过率高于反射状态下第一调节单元的透过率，且透射状态下第一调节单元的反射率高于反射状态下第一调节单元的反射率。考虑到光效，透射状态下的透过率越接近100％越好，而反射状态下的反射率越接近100％越好。
在一些示例中，所述第一调节单元包括衍射光栅结构，所述衍射光栅结构包括层叠在所述空间光调制器上的折射率可变层和光介质层。所述折射率可变层被配置为当所述第一调节单元在所述第一状态时具有第一折射率，当所述第一调节单元在所述第二状态时具有第二折射率，所述第一折射率和所述第二折射率不同。所述光介质层的折射率与所述第一折射率或者所述第二折射率匹配。
折射率可变层包括阵列布置的多个第一块状结构，所述光介质层包括阵列布置的多个第二块状结构，所述第二块状结构与所述第一块状结构一一对应连接。
在一些示例中，当所述光介质层的折射率与所述折射率可变层的折射率相匹配时，所述光介质层和所述折射率可变层形成反射式衍射光栅；而当所述光介质层的折射率与所述折射率可变层的折射率不匹配时，所述光介质层和所述折射率可变层形成透射式衍射光栅。
在另一些示例中，当所述光介质层的折射率与所述折射率可变层的折射率相匹配时，所述光介质层和所述折射率可变层形成透射式衍射光栅；而当所述光介质层的折射率与所述折射率可变层的折射率不匹配时，所述光介质层和所述折射率可变层形成反射式衍射光栅。
在一些示例中，第一折射率和第二折射率的差值在0.5以上。该折射率差值可以使得衍射光栅结构在反射式衍射光栅和透射式衍射光栅之间切换，从而使得第一调节单元在第一状态和第二状态之间切换。
在一些示例中，光介质层和所述折射率可变层形成为一维光栅结构。这种情况下，所述多个第一块状结构一维阵列布置，所述第一块状结构和所述第二块状结构均为长条形结构，所述第一块状结构的长度方向与所述多个第一块状结构的排列方向垂直，且与所述折射率可变层和所述光介质层的层叠方向垂直。
在另一些示例中，光介质层和所述折射率可变层形成为二维光栅结构。这种情况下，所述多个第一块状结构二维阵列布置，所述第一块状结构和所述第二块状结构均为柱状结构，所述第一块状结构的长度方向与所述多个第一块状结构的任一排列方向垂直，且与所述折射率可变层和所述光介质层的层叠方向平行。
在一些示例中，所述折射率可变层采用相变材料形成，相变材料的相态变化引起折射率可变层的折射率变化。可选地，所述相变材料选自以下材料中的任一种：硒化锑、硫化锑、硫化碲、锗锑碲、三碲化七锑、锗碲硫、锗砷硫、锗碲硒和锗锑硒碲。相变材料的相态变化的速度快，有利于实现调节单元的工作状态(即前述第一状态和第二状态)的快速切换。
在一种可能的实施方式中，所述光介质层采用透明导电材料制成。当光介质层采用透明导电材料时，在激励信号作用下，光介质层产生热量，使得相变材料的相态变化，从而使得折射率可变层的折射率变化。这种实施方式中，光介质层即作为衍射光栅结构的一部分，又起到导电的作用，有利于简化调节单元的结构。
在该实施方式中，光介质层可以采用石墨烯、氧化铟锡或者掺杂的硅等材料制成。
在另一种可能的实施方式中，所述光介质层采用透明绝缘材料制成。所述调节单元还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述光介质层的表面或者位于所述折射率可变层的表面。透明导电层在激励信号作用下，产生热量，热量传导至折射率可变层使得相变材料的相态变化，从而使得折射率可变层的折射率变化。
在该实施方式中，所述光介质层可以采用以下任一种材料制成：硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。
可选地，所述光学调节层还包括基底，所述多个调节单元阵列布置在所述基底的第一表面。该基底的第二表面与空间光调制器直接或者间接连接。先在基底上制作调节单元，然后再将基底与空间光调制器连接，制作方便，并且可以避免在调节单元的制作过程中，对空间调制器产生不良影响。
可选地，所述光学调节层还包括覆盖层，所述覆盖层填充于任意相邻的两个所述第一块状结构和任意相邻的两个所述第二块状结构之间且覆盖所述折射率可变层。该覆盖层可以起到保护折射率可变层和光介质层的作用，并且，覆盖层的表面平坦，便于与其他表面连接。
可选地，所述光学调节层还包括增透膜层，所述增透膜层位于所述覆盖层上。该增透膜层用于提高入射光束所属光通信波段(例如C波段、L波段或者S波段)的透射率。
在一种可能的实施方式中，所述第一状态为透射状态，所述第二状态为反射状态。所述光学调节层与所述空间光调制器的表面连接。
在另一种可能的实施方式中，所述第一状态为反射状态，所述第二状态为透射状态。所述光调制装置还包括转折棱镜和反射元件，所述转折棱镜位于所述第一光束和所述第二光束的入射光路上。所述转折棱镜的第一表面与所述空间光调制器的表面连接，所述转折棱镜的第二表面与所述光学调节层连接，所述反射元件和所述空间光调制器分别位于所述光学调节层的两侧。
示例性地，转折棱镜为直角棱镜，转折棱镜的第一表面为一个直角面，转折棱镜的第二表面为斜面。
可选地，所述光调制装置还包括：偏振分束器和反射式波片。所述偏振分束器位于所述第二光束的入射光路上，所述偏振分束器用于将所述第二光束透射至所述光学调节层。其中，所述第一光束为具有第一偏振方向的线偏振光。所述偏振分束器还用于将第四光束分为所述第一光束和第三光束，所述第一光束为具有所述第一偏振方向的线偏振光，所述第三光束为具有第二偏振方向的线偏振光；将所述第一光束向所述光学调节层出射，将所述第三光束向所述反射式波片出射，所述反射式波片用于将所述第三光束转换为具有所述第一偏振方向的线偏振光后向所述空间光调制器出射。
由于光信号经过光纤长距离传输后，偏振态会发生随机变化，因此，当第四光束为经过光纤长距离传输后的光信号时，先通过偏振分束器将第四光束分为偏振方向不同的线偏振光，将具有第一偏振方向的线偏振光直接向空间光调制器出射，并利用反射式波片将具有第二偏振方向的线偏振光转换为具有所述第一偏振方向的线偏振光后向所述空间光调制器出射，能够对第四光束进行偏振复用处理，简化光学设计。
可选地，所述空间光调制装置还包括预偏转层，所述预偏转层包括阵列布置的多个偏转单元，所述多个偏转单元与所述多个调节单元一一对应。所述多个偏转单元中与所述第一调节单元的第一偏转单元位于所述第一调节单元和所述第一调制单元之间的光路上，所述第一偏转单元用于将所述第一调节单元的光偏转设定角度后出射至所述第一调制单元。
示例性地，所述多个偏转单元中的任一偏转单元包括闪耀光栅、衍射光学元件(diffraction of element，DOE)、间距渐变的光栅结构或者占空比渐变的光栅结构。
可选地，所述空间光调制器为硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)调制器和微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)调制器和液晶(liquidcrystal，LC)调制器中的任一种。
另一方面，本申请提供了一种WSS，所述波长选择开关包括接口单元、分波单元和光调制装置。所述接口单元包括M个输入端口和N个输出端口，所述M个输入端口和所述N个输出端口阵列布置，其中，M和N均为整数，且M和N中的至少一个大于1。所述光调制装置为前述任一种光调制装置。所述分波单元用于将来自所述M个输入端口的光束进行分波，得到多个波长的光束，以及将不同波长的光束输出至所述光调制装置的不同调节单元；将所述光调制装置沿所述第一方向出射的光束输出至所述N个输出端口中的一个。
可选地，所述分波单元还用于将所述光调制装置沿所述第二方向出射的光束输出至所述N个输出端口之外的位置，使得光调制装置沿所述第二方向出射的光束不能从WSS出射。
又一方面，本申请提供了一种光通信设备。所述光通信设备包括假光光源和前述任一种WSS，所述假光光源与所述WSS的第一输入端口连接，所述假光光源用于提供假光，所述假光的波长范围与所述波长选择开关的工作波长范围至少部分重叠，所述第二光束为所述假光的一部分。
在一些示例中，所述假光的波长范围包括WSS的工作波长范围。这样，当与WSS连接的任一输入端口掉波时，均能够采用假光光源提供的对应波长的假光进行填充。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种光调制装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种光学调节层的俯视结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种调节单元的放大结构示意图；
图4是图3所示调节单元的一种截面结构示意图；
图5是本申请实施例提供的另一种调节单元的放大结构示意图；
图6是图5所示的调节单元的一种截面结构示意图；
图7是本申请实施例提供的又一种调节单元的放大结构示意图；
图8是图7所示的调节单元的一种截面结构示意图；
图9是本申请实施例提供的另一种光调制装置的结构示意图；
图10是本申请实施例提供的一种预偏转层的俯视结构示意图；
图11是本申请实施例提供的一种偏转单元的放大结构示意图；
图12是本申请实施例提供的一种偏转单元的截面结构示意图；
图13是本申请实施例提供的另一种偏转单元的截面结构示意图；
图14是本申请实施例提供的又一种偏转单元的截面结构示意图；
图15是图9所示的光调制装置在第一状态下的工作过程示意图；
图16是图9所示的光调制装置在第二状态下的工作过程示意图；
图17是本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图；
图18是本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图；
图19是本申请实施例提供的又一种偏转单元的截面结构示意图；
图20是图18所示的光调制装置在第一状态下的工作过程示意图；
图21是图18所示的光调制装置在第二状态下的工作过程示意图；
图22是本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图；
图23是本申请实施例提供的又一种偏转单元的截面结构示意图；
图24是图22所示的光调制装置在第一状态下的工作过程示意图；
图25是图22所示的光调制装置在第二状态下的工作过程示意图；
图26是本申请实施例提供的再一种光调制装置的结构示意图；
图27是图26所示的光调制装置在第一状态下的工作过程示意图；
图28是图26所示的光调制装置在第二状态下的工作过程示意图；
图29是本申请实施例提供的WSS在一种工作状态下的示意图；
图30是图29的侧视图；
图31是本申请实施例提供的WSS在另一种工作状态下的示意图；
图32是图31的侧视图；
图33是本申请实施例提供的又一种光通信设备的结构示意图；
图34是本申请实施例提供的又一种光通信设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种光调制装置，通过将光学调节层与空间光调制器结合，改变光学调节层的状态，灵活控制光束的出射位置。
图1是本申请实施例提供的一种光调制装置的结构示意图。如图1所示，该光调制装置包括：空间光调制器10和光学调节层20。
空间光调制器10包括阵列布置的多个调制单元10a。可选地，空间光调制器10中的多个调制单元10a可以一维阵列布置，例如排成一行多列，或者一列多行；或者，空间光调制器10中的多个调制单元10a可以二维阵列布置，例如排列成多行多列。
光学调节层20包括阵列布置的多个调节单元20a。多个调节单元20a与多个调制单元10a一一对应。即多个调节单元20a的排列方式与多个调制单元10a的排列方式相同，且每个调节单元20a对应一个调制单元10a。
每个调节单元20a均被配置为在激励信号作用下在第一状态和第二状态之间切换。示例性地，激励信号包括但不限于电信号或者热信号等。
以第一调节单元为例，第一调节单元为光学调节层中的任一调节单元。第一调节单元用于在第一状态下，将接收到的第一光束B1导向第一调制单元，第一调制单元为多个调节单元中与第一调节单元对应的调制单元。第一调制单元用于对来自对应的第一调节单元的第一光束B1进行调制，以及将调制后的第一光束B1沿第一方向P1出射。或者，第一调节单元用于在第二状态下，将接收到的第二光束B2沿第一方向P1出射。其中，第二光束B2的波长与第一光束B1的波长相同，且第二光束B2入射至第一调节单元的入射角α2与第一光束B1入射至第一调节单元的入射角α1不同。
在图1所示实施例中，第一状态为透射状态，第一调节单元将第一光束B1透射至第一调制单元；第二状态为反射状态，第一调节单元将第二光束B2沿第一方向反射出去。
在第一调制单元的调制相关参数不变的情况下，通过控制第一调制单元对应的第一调节单元的状态，将波长相同但入射角度不同的第一光束和第二光束中的一个沿第一方向出射。这样，可以根据需要灵活地控制第一光束或第二光束沿第一方向出射。本申请提供的光调制装置除了通过控制第一调制单元的调制相关参数来控制光束的出射方向之外，还可以通过控制第一调节单元的状态来控制光束的出射方向，增加了光束的出射方向的控制方式。
在本申请实施例中，第一调节单元还用于在第一状态下将接收到的第二光束B2导向第一调制单元。第一调制单元还用于将调制后的第二光束B2沿第二方向P2出射，第二方向P2与第一方向P1不同。由于第一光束和第二光束的波长相同，因此，在相同的调制相关参数下，调制后的第一光束和调制后的第二光束的偏转角度相同，但是由于第一光束和第二光束的入射角不同，所以调制后的第一光束和调制后的第二光束的出射方向不同。
当第一调节单元处于第一状态时，如果第二光束B2入射至光调制装置，该第二光束B2会被从不同于第一方向P1的第二方向P出射，避免影响沿第一方向P1出射的第一光束。因此，光调制装置可以在第二光束B2始终入射的情况下工作，以便在需要将第二光束出射至第一方向时快速将第二光束B2切换至从第一方向出射。避免在需要将第二光束B2出射至第一方向时，再将第二光束B2入射到光调制装置而导致等待时间过长。
空间光调制器是一种对光的空间分布进行调制的器件，在外部信号(电驱动信号)的控制下，改变空间上光分布的振幅(或强度)、相位、偏振态等。本申请实施例中的空间光调制器10主要用于改变空间上光分布的相位，可以被称为相位型空间光调制器。
可选地，空间光调制器10包括反射式空间光调制器和透射式空间光调制器。图1中以反射式空间光调制器为例进行了示例。在其他实施例中，空间光调制器10也可以为透射式空间光调制器。
反射式空间光调制器包括但不限于LCOS调制器和MEMS调制器。透射式空间光调制器包括但不限于LC调制器等。
需要说明的是，在其他实施例中，第一状态为反射状态，第一调节单元将第一光束反射至第一调制单元；第二状态为透射状态，第一调节单元将第二光束向第一方向透射。
还需要说明的是，在其他实施例中，空间光调制器10所包含的调制单元10a的数量可以多于光学调节层20中调节单元20a的数量，只要保证每个调节单元20a均对应有一个调制单元10a即可。这里，调节单元20a与调制单元10a对应，是指相对应的调节单元20a和调制单元10a之间的位置关系能够满足，当光束入射至第一状态下的调节单元20a时，调节单元20a能够将该光束导向对应的调制单元10a。
在本申请实施例中，透射状态和反射状态是相对的，透射状态下第一调节单元的透过率高于反射状态下第一调节单元的透过率，且透射状态下第一调节单元的反射率高于反射状态下第一调节单元的反射率。考虑到光效，透射状态下的透过率越接近100％越好，而反射状态下的反射率越接近100％越好。透射状态下的透过率和反射状态下的反射率由调节单元中的膜层结构参数和折射率参数决定。例如由下文中的光介质层的结构参数和折射率参数、折射率层可变层的结构参数和折射率参数决定。
图2是本申请实施例提供的一种光学调节层的俯视结构示意图。如图2所示，光学调节层20包括沿第一方向排列的多个调节单元20a。每个调节单元20a的状态均可以单独控制。
在本申请实施例中，每个调节单元20a用于入射不同波长的入射光束。例如，假设光学调节层20包括M个调节单元20a，则入射到每个调节单元20a的入射光束的波长分别为λ1～λM。其中，M为整数且大于1。图2中每个调节单元20a中的椭圆形表示不同波长的入射光束形成的光斑。从图2可以看出，不同波长的入射光束形成的光斑的排列方向与多个调节单元20a的排列方向相同，因此，第一方向也可以被称为波长排列方向。
在光通信系统中，波段1260nm～1625nm属于低损耗波长区域。波长在这个波长区域内的光适合在光纤中传输。这个波长区域被划分为五个波段，分别为常规(conventional，C)波段、长波长(long-wavelength，L)波段、短波长(short-wavelength，S)波段、原始(orignal，O)波段和扩展(extended，E)波段。其中，C波段表现出的损耗最低，通常为1530nm～1565nm。L波段是损耗第二低的波段，通常为1565nm～1625nm。S波段通常为1460nm～1530nm。O波段通常为1260nm～1360nm。E波段通常为1360nm～1460nm。本申请实施例中，入射光束的波长可以属于该波段1260nm～1625nm。
图3是本申请实施例提供的一种调节单元的放大结构示意图。如图3所示，调节单元20a包括衍射光栅结构。该衍射光栅结构包括层叠的折射率可变层21和光介质层22。
当调节单元20a在第一状态时折射率可变层21具有第一折射率，当调节单元20a在第二状态时折射率可变层21具有第二折射率，第一折射率和第二折射率不同。也即是，在激励信号的作用下，折射率可变层21的折射率发生改变，折射率可变层21的折射率与光介质层22的折射率之间的关系也随之发生变化，从而使得调节单元20a的状态在第一状态和第二状态之间切换。
光介质层22的折射率与第一折射率或者第二折射率相匹配。在本申请实施例中，A的折射率与B的折射率相匹配是指A的折射率与B的折射率相同或者相近。例如，A的折射率与B的折射率之差与A的折射率的比值在10％之内，例如5％之内。
在一些示例中，当光介质层的折射率与折射率可变层的折射率相匹配时，光介质层和折射率可变层形成反射式衍射光栅；而当光介质层的折射率与折射率可变层的折射率不匹配时，光介质层和折射率可变层形成透射式衍射光栅。
在另一些示例中，当光介质层的折射率与折射率可变层的折射率相匹配时，光介质层和折射率可变层形成透射式衍射光栅；而当光介质层的折射率与折射率可变层的折射率不匹配时，光介质层和折射率可变层形成反射式衍射光栅。
在本申请实施例中，第一折射率和第二折射率的差值的绝对值的取值范围为0.5～10，该折射率差值可以使得折射率可变层的折射率发生变化时，衍射光栅结构在反射式衍射光栅和透射式衍射光栅之间切换，从而调节单元的状态能够相应发生变化。在一些示例中，第一折射率和第二折射率的差值的绝对值可以在0.7以上，甚至在1.0以上。而第一折射率和第二折射率的差值的绝对值的上限由材料的能力限制。
在本申请实施例中，折射率可变层21可以采用相变材料(phase changematerial，PCM)制成，即折射率可变层采用PCM制成。PCM具有结晶态(crystalline，简称C态)和非晶态(又称无定型态(amorphous，简称A态))。当PCM处于C态时具有第一折射率，当PCM处于A态时具有第二折射率，且第一折射率大于第二折射率。
PCM由C态切换为A态的速度非常快，当PCM由C态切换为A态对应下文中的假光填充状态时，可以实现亚ms的快速切换。
在本申请实施例中，每个调节单元包括一个波长像素或者包括阵列布置的多个波长像素，其中，波长像素可以理解为对光束进行单独调节的最小分辨率，每个波长像素对应一个最小波长范围。
假设每个调节单元包括一个波长像素，每个波长像素对应的PCM的总面积为19200μm。每个像素波长中的PCM由C态切换至A态的响应时间约1μs，功耗约2.5W；而每个像素波长中的PCM由A态切换至C态的响应时间约300ms，功耗约0.5W。
假设共有2400个波长像素，瞬态功耗10W。如果2400个波长像素均需要从透射状态切换到反射状态，则需要将2400个波长像素中的PCM均从C态转换为A态，共需要0.6ms(2400÷(10W÷2.5W)*1μs。如果2400个波长像素均需要从反射状态切换到透射状态，则需要将2400个调节单元中的PCM均从A态转换为C态，共需要36s(2400÷(10W÷0.5W)*300ms)。可见，调节单元从透射状态切换为反射状态的速度非常快。并且，由于PCM具有双稳态特性，仅在C态和A态的切换过程中消耗能量。而在非切换过程中无需消耗能量即可维持状态，并且具有较好的热稳定性(即在不同温度环境下可以保持稳态)，所以有利于节省光调制装置的功耗。
可选地，PCM可以采用以下材料中的任一种硒化锑(Sb2Se3)、硫化锑(Sb2S3)、硫化碲(TeS2)、锗锑碲(GST，例如Ge2Sb2Te5等)、三碲化七锑(Sb7Te3)、锗碲硫、锗砷硫、锗锑硒(GSSE，例如GeSbSe)、锗碲硒和锗锑硒碲(GSST，即GeSbSeTe)。
在一些示例中，PCM为硒化锑，当硒化锑处于C态时，折射率约为4.1。当硒化锑处于A态时，折射率约为3.3。光介质层的材料为硅，硅的折射率为3.5。当硒化锑处于A态时，折射率与硅的折射率相匹配。
在另一些示例中，PCM为GSST，当GSST处于C态时，折射率在5.1左右。当GSST处于A态时，折射率为3.4左右。光介质层的材料为硅，硅的折射率在3.5。当GSST处于A态时，折射率与硅的折射率相匹配。
需要说明的是，本申请对PCM的种类和光介质层的材料不做限制，只要能够满足PCM在A态(或者C态)时，PCM的折射率与光介质层的折射率相匹配；且PCM在C态(或者A态)时，PCM的折射率与光介质层的折射率相差较大即可。
PCM在受热时相态发生改变，例如，从C态切换至A态，或者从A态切换至C态。本申请实施例中，光介质层在电信号的作用下产生热量，从而使得PCM的相态发生变化。
在该实施例中，光介质层22可以采用透明导电材料制成，例如石墨烯、ITO、IZO和掺杂的硅材料等。这样，可以直接利用光介质层在激励信号的作用产生热量，使得相变材料的相态变化，从而使得折射率可变层的折射率变化。这种实施方式中，光介质层即作为衍射光栅结构的一部分，又起到导电的作用，有利于简化调节单元的结构。
图4为图3所示调节单元的沿A-A线的截面结构示意图。结合图3和图4，折射率可变层21包括阵列布置的多个第一块状结构211。示例性地，多个第一块状结构211采用一维阵列布置，且多个第一块状结构211沿第一方向排列。光介质层22包括阵列布置的多个第二块状结构221，多个第二块状结构221同样沿第一方向排列。多个第一块状结构211的排列方向与多个调节单元20a的排列方向相同，例如，均为左右排列。第一块状结构211和第二块状结构221均为长条形结构。第一块状结构211和第二块状结构221的长度方向一致，且第一块状结构211的长度方向与多个第一块状结构211的排列方向垂直。
第二块状结构221与第一块状结构211一一对应连接，第一块状结构211的宽度与第二块状结构221的宽度相等。第一方向与折射率可变层21和光介质层22的层叠方向垂直。这里，宽度是指第一方向上的尺寸。
在一些示例中，光介质层22的折射率与第二折射率相匹配。当第一块状结构的折射率为第一折射率时，第一块状结构的折射率大于第二块状结构的折射率，调节单元处于透射状态。当第一块状结构的折射率为第二折射率时，第一块状结构的折射率基本等于第二块状结构的折射率，调节单元处于反射状态。
在另一些示例中，光介质层22的折射率与第一折射率相匹配。当第一块状结构的折射率为第一折射率时，第一块状结构的折射率基本等于第二块状结构的折射率，调节单元处于透射状态。当第一块状结构的折射率为第二折射率时，第一块状结构的折射率小于第二块状结构的折射率，调节单元处于反射状态。
可选地，光介质层22还包括两个连接条222，多个第二块状结构221的一端与一个连接条222连接，多个第二块状结构221的另一端与另一个连接条222连接。可替代地，在其他实施例中，可以将第X-1个第二块状结构221的第一端和第X个第二块状结构221的第一端通过一个连接条连接，将第X个第二块状结构221的第二端与第X+1个第二块状结构221的第二端通过另一个连接条连接。通过连接条将同一调节单元中的所有第二块状结构连接在一起，以便于与电信号输入端(例如图中的VCC和GND)连接。
可替代地，在其他实施例中，光介质层22采用透明绝缘材料制成。调节单元20a还包括透明导电层(图未示)，透明导电层可以位于光介质层的表面或者位于折射率可变层的表面。透明导电层在激励信号作用下，产生热量，热量传导至折射率可变层使得相变材料的相态变化，从而使得折射率可变层的折射率变化。
示例性地，透明绝缘材料包括但不限于硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。
当透明导电层位于光介质层的表面时，透明绝缘材料可以采用传热性能较好的材料，以便快速将透明导电层产生的热量传导至折射率可变层。
如图3和图4所示，光学调节层20还包括基底23，多个调节单元20a阵列布置在基底23的第一表面。该基底的第二表面与空间光调制器直接或者间接连接。
示例性地，基底23可以采用硅或者二氧化硅等材料制成。
先在基底23上制作调节单元20a，然后再将基底23与空间光调制器10连接，制作方便，并且可以避免在调节单元20a的制作过程中，对空间调制器10产生不良影响。
在一些示例中，基底23的材料与第二块状结构221的材料相同，例如均为硅。这种情况下，基底23与第二块状结构221可以为一体结构。例如，通过对硅片的表面进行图案化处理得到具有凸起结构的基底23，该凸起结构即为第二块状结构221。
在另一些示例中，基底23的材料可以与空间光调制器10中的盖板的材料相同，例如均为二氧化硅，这样，可以减少从光在基底23和空间光调制器10的界面上的反射。
在其他实施例中，基底23还可以采用其他的透明材料制成。
在其他实施例中，折射率可变层和光介质层可以直接形成在空间光调制器10的表面，即光学调节层不包括基底23。
如图4所示，光学调节层20还包括覆盖层24，覆盖层24填充于调节单元20a中相邻的第一块状结构211以及相邻的第二块状结构221之间且覆盖折射率可变层21，覆盖层24还填充于相邻的调节单元20a之间。该覆盖层可以起到保护折射率可变层和光介质层的作用，并且，覆盖层的表面平坦，便于与其他表面连接。
该覆盖层24为可选结构，在一些示例中，光学调节层20可以不包括覆盖层24，由空气填充在相邻的第一块状结构211以及相邻的第二块状结构221之间。
示例性地，覆盖层24的折射率与第一折射率之间的差值的绝对值大于0.5和/或覆盖层24的折射率与第二折射率之间的差值的绝对值大于0.5，以形成衍射光栅结构。例如，覆盖层24的材料可以为二氧化硅等。
可选地，光学调节层20还包括增透膜层25，增透膜层25位于覆盖层24上。该增透膜层用于提高入射光束所属光通信波段(例如C波段、L波段或者S波段)的透射率。示例性地，增透膜层可以为多层介质材料膜。
示例性地，折射率可变层21的厚度大于0且不大于150nm，例如20nm～30nm。光学介质层22的厚度不大于1.5μm。例如，450nm～500nm。光栅周期小于调节单元对应的波长，例如约为750nm，占空比可以为5％～95％，在一些示例中，占空比可以为30～70％，例如50％。
这一些示例中，所有调节单元20a中衍射光栅结构的形状和尺寸均相同，以简化光学调节层的制作工艺。在另一些示例中，不同波长对应的调节单元20a中衍射光栅结构的形状和/或尺寸不同，以提高光学调节层的控制精度。
图5是本申请实施例提供的另一种调节单元的俯视结构示意图。图6是图5所示调节单元沿B-B线的截面结构示意图。如图5和图6所示，该调节单元20a中的多个第一块状结构211的排列方向与多个调节单元20a的排列方向垂直。如图2所示，多个调节单元20a的排列方向沿左右方向，而图5中多个第一块状结构211的排列方向为上下方向。第一块状结构211的长度方向与多个调节单元20a的排列方向一致。该调节单元20a的截面结构与图4相同，在此不再详细描述。
图7是本申请实施例提供的又一种调节单元的俯视结构示意图。图8为图7中的调节单元沿C-C线的截面结构示意图。如图7和图8所示，多个第一块状结构211采用二维阵列布置，即呈矩阵布置。
如图8所示，第一块状结构211和第二块状结构221均为柱状结构，第一块状结构221的长度方向(即图8中的上下方向)与多个第一块状结构221的第一排列方向和第二排列方向均垂直，且与折射率可变层21和光介质层22的层叠方向平行。该第一排列方向和第二排列方向分别为矩阵的行方向和列方向。
图8中调节单元20a的层级结构与图4相比去除了增透膜层25，其他结构与图4基本相同，在此不再详细描述。
需要说明的是，在图3至图8所示实施例中，均以光介质层22和折射率可变层21依次层叠在基底23上为例进行了说明，在其他实施例中，也可以是折射率可变层21和光介质层22依次层叠在基底23上，只要能够保证在折射率可变层21具有不同的折射率时，与光介质层22配合能够分别形成反射式衍射光栅和透射式衍射光栅即可。
图9为本申请实施例提供的另一种光调制装置的结构示意图。如图9所示，光调制装置包括空间光调制器10和光学调节层20。光学调节层20与空间光调制器10的表面连接。
在图9中，空间光调制器10为LCOS调制器。该空间光调制器10包括依次层叠的背板11、第一电极层12、液晶层13、第二电极层14和透明盖板15。
背板11包括阵列布置的多个驱动电路(图未示)。第一电极层12包括多个第一电极121(又称像素电极)。一个调制单元对应一个第一电极121或者对应阵列布置的多个第一电极121。每个第一电极121与一个驱动电路连接，第二电极层14包括多个第二电极，多个第二电极为一体结构。例如，第二电极层14为整面结构。每个驱动电路用于向所连接的第一电极提供电压，以改变该第一电极与第二电极之间的电场，使得液晶分子的偏转方向发生变化，从而改变了液晶的有效折射率来改变光经过的光程的大小，达到相位调制的目的。
其中，第一电极层12和第二电极层13均为透明的导电材料层，例如氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)层、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)层等。示例性地，透明盖板15为玻璃盖板和塑料盖板等。
可选地，如图9所示，该光调制装置还包括预偏转层30。该预偏转层30位于空间光调制器10和光学调节层20之间。该预偏转层30用于对入射光束的传播方向进行设定角度的偏转。在一些示例中，该预偏转层30可以对所有入射光束的入射角进行相同角度的偏转，或者，按照波长对入射光束的入射角进行不同角度的偏转。
图10为本申请实施例提供的一种预偏转层的俯视结构示意图。如图10所示，该预偏转层30包括阵列布置的多个偏转单元30a。多个偏转单元30a与多个调节单元20a一一对应。与第一调节单元的第一偏转单元位于第一调节单元和第一调节单元之间的光路上，第一偏转单元用于将第一调节单元的光偏转设定角度后出射至第一调制单元。示例性地，该设定角度大于0°小于10°。
图11为本申请实施例提供的一种偏转单元的放大结构示意图。如图11所示，该偏转单元30a为周期结构，偏转单元30a中的多个周期30b的排列方向垂直于多个偏转单元30a的排列方向。每个周期30b包括沿偏转单元30a的排列方向延伸的条形结构。
图12为图11所示的偏转单元的截面结构示意图。如图12所示，该偏转单元30a包括第一介质层31和第二介质层32。其中，第一介质层31的折射率不等于第二介质层32的折射率。例如，第一介质层31的折射率大于第二介质层32的折射率，或者，第一介质层31的折射率小于第二介质层32的折射率。
第一介质层31为闪耀光栅。闪耀光栅的每个楔形凸起为周期结构中的一个周期。
示例性地，第一介质层31的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和碳化硅等，第二介质层32的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和碳化硅等。为了满足第一介质层31和第二介质层32的折射率不同，第一介质层31和第二介质层32通常采用不同的材料形成。
图13为本申请实施例提供的另一种偏转单元的截面结构示意图。如图13所示，与图12所示的偏转单元的区别在于，第一介质层31包括平行布置的多个条形结构。每个周期中的多个条形结构的间距渐变，形成间距渐变的光栅结构。
这里，间距渐变的光栅结构是指，光栅中相邻两个条形结构之间的间距是不相等且逐渐变化的(例如线性变化等)。例如，在图13中，按照从上到下的方向，每个非等间隔光栅中相邻两个条形结构之间的间距是逐渐减小的。
可替代地，每个周期中的多个条形结构还可以形成非等占空比光栅结构。这里，非等占空比光栅结构是指，光栅中的条形结构的宽度与所在光栅周期的比值是不相等的。
图14为本申请实施例提供的有一种偏转单元的截面结构示意图。如图14所示，与图12所示的偏转单元的区别在于，第一介质层31包括多个DOE，多个DOE的排列方向与多个偏转单元30a的排列方向垂直。每个DOE均为多层台阶结构。每个DOE为周期结构中的一个周期。
例如，在图14中，按照从上到下的方向，每个DOE的台阶的层数是逐渐增大的。图14中以4个台阶为例进行了示意，但本申请实施例对台阶的数量不做限制，可以根据需要设置。
在一些示例中，每个偏转单元30a中的第一介质层31具有相同的形貌，在忽略色散的情况下，可以对所有波长的光束进行相同角度的偏转。在另一些示例中，不同偏转单元30a中的第一介质层31具有与波长对应的形貌，不同波长对应的形貌不同，从而可以对不同波长的光束进行不同角度的偏转。
图15为图9所示光调制装置在光学调节层处于第一状态下的光的传播路径的示意图。如图15所示，第一光束B1入射至光学调节层20的第一调节单元。光学调节层20处于透射状态，将第一光束B1透射至预偏转层30。预偏转层30将第一光束B1偏转一定角度后出射至空间光调制器10。空间光调制器10对第一光束B1进行相位调制后反射，第一光束B1对应的反射光束依次经过预偏转层30和光学调节层20后出射至第一方向P1。
第二光束B2入射至光学调节层20的第一调节单元，光学调节层20处于透射状态，将第二光束B2透射至预偏转层30。预偏转层30将第二光束B2偏转一定角度后出射至空间光调制器10。空间光调制器10对第二光束B2进行相位调制后反射，第二光束B2对应的反射光束再次经过预偏转层30偏转相同角度后，经过光学调节层20出射至第二方向P2。
需要说明的是，图15中显示的是第一光束B1和第二光束B2在偏转相同角度后的传播方向到达空间光调制器10，例如，均向左偏转一定角度后到达空间光调制器。而由空间光调制器10出射的第一光束B1和第二光束B2也向左偏转相同角度后经过光学调节层20出射。
图16为图10所示的光调制装置在光学调节层处于第二状态下的光的传播路径的示意图。如图16所示。第二光束B2入射至光学调节层20的第一调节单元。第一调节单元处于反射状态，第一调节单元将第一光束B1反射至第一方向P1。
图17是本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图。如图17所示，预偏转层位于透明盖板15和第二电极层14之间。可替代地，在其他实施例中，透明盖板为双层结构，预偏转层可以夹设于两层盖板之间。
图18是本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图。如图18所示，该光调制装置还包括转折棱镜40和反射元件50，转折棱镜40的第一表面与空间光调制器10的表面连接，转折棱镜40的第二表面与光学调节层20连接，反射元件50和空间光调制器10分别位于光学调节层20的两侧。转折棱镜40的第三表面为入射光束的入射面。
示例性地，转折棱镜40为直角棱镜，第一表面为直角棱镜的一个直角面，第二表面为直角棱镜的斜面，第三表面为直角棱镜的另一个直角面。
在图18所示的光调制装置中，第一状态为反射状态，第二状态为透射状态。
在图18中，反射元件50与预偏转层30集成在一起。例如，反射元件50为位于预偏转层30的远离光学调节层20的表面的反射层。
图19为图18中的预偏转层的一个偏转单元的一种截面结构示意图。如图19所示，该偏转单元30a包括第一介质层31和反射层。第一介质层31具有闪耀光栅的形貌。也即是，第一介质层31的表面具有多个长条形凸棱，每个长条形凸棱的长度方向均与多个偏转单元30a的排列方向平行。每个长条形凸棱均包括相连的第一表面和第二表面。多个长条形凸棱的第一表面相互平行，且多个长条形凸棱的第二表面相互平行。反射层覆盖在第二表面。
示例性地，第一介质层31可以为二氧化硅层、硅层、氮化硅层、氮氧化硅层和碳化硅层。反射层50为金属层，尤其是在光通信波段(例如1550nm波段)高反射的金属层，例如Al层、Ag层和Au层等。
图20为图18所示的光调制装置在在光学调节层处于第一状态下的光的传播路径的示意图。如图20所示，转折棱镜40位于第一光束B1和第二光束B2的入射光路上，第一光束B1和第二光束B2透过转折棱镜40入射至光学调节层20。光学调节层20中的各个调节单元均处于反射状态，光学调节层20将第一光束B1反射至空间光调制器10。空间光调制器10将第一光束B1经过角度偏转后，出射至光学调节层20，经光学调节层20反射后沿第一方向P1出射。空间光调制器10将第二光束B2经角度偏转后，出射至光学调节层20，经光学调节层20反射后沿第二方向P2出射。
图21为图18所示的光调制装置在光学调节层处于第二状态下的光的传播路径的示意图。如图21所示。第二光束B2透过转折棱镜40入射至光学调节层20。光学调节层20中的对应的调节单元处于透射状态，光学调节层20将第二光束B2透射至预偏转层30。第二光束B2经过预偏转层30偏转以及反射元件50反射后，沿第一方向P1出射。
图22为本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图。如图22所示，该光调制装置的结构与图18中的光调制装置的结构基本相同，区别在于，图22中的光调制装置还包括另一转折棱镜60。该另一转折棱镜60的一个表面与光学调节层20连接，该另一转折棱镜60的另一个表面与预偏转层30连接。且该预偏转层30所在的表面与入射面相对。
图23为图22中的预偏转层的一个偏转单元的另一种截面结构示意图。如图20所示，该偏转单元30a包括第一介质层31和反射层50。该第一介质层31具有第一表面和第二表面，第一表面为平面，且与该另一转折棱镜60的表面连接，第二表面与第一表面呈夹角。反射层50位于第二表面。
图24为图22中的光调制装置在在光学调节层处于第一状态下的光的传播路径的示意图。如图24所示，第一光束B1和第二光束B2透过转折棱镜40入射至光学调节层20。光学调节层20中的各个调节单元均处于反射状态，光学调节层20将第一光束B1和第二光束B2反射至空间光调制器10。空间光调制器10将第一光束B1经过角度偏转后，出射至光学调节层20，经光学调节层20反射后沿第一方向P1出射。空间光调制器10将第二光束B2经角度偏转后，出射至光学调节层20，经光学调节层20反射后沿第二方向P2出射。
图25为图22所示的光调制装置在光学调节层处于第二状态下的光的传播路径的示意图。如图25所示，第二光束B2透过转折棱镜40入射至光学调节层20。光学调节层20中的对应的调节单元处于透射状态，光学调节层20将第二光束B2透射至预偏转层30。第二光束B2经过预偏转层30偏转以及反射元件50反射后，沿第一方向P1出射。
图26为本申请实施例提供的又一种光调制装置的结构示意图。如图26所示，在图22的基础上，该光调制装置还包括偏振分束器70和反射式波片80，偏振分束器70位于转折棱镜40的入射面，即位于第二光束B2的入射光路上。偏振分束器70与空间光调制器10连接。反射式波片80位于偏振分束器70的与空间光调制器10所在面相对的表面。
图27为图26中的光调制装置在光学调节层处于第一状态下的光的传播路径的示意图。如图27所示，偏振分束器70用于将第二光束B2透射至光学调节层20。其中，第二光束B2为具有第一偏振方向的线偏振光，能够直接透过偏振分束器70，经过转折棱镜40后入射至光学调节层20。
偏振分束器70还用于将第四光束分为第一光束B1和第三光束B3，第一光束B1为具有第一偏振方向的线偏振光，第三光束B3为具有第二偏振方向的线偏振光；将第一光束B1向光学调节层20出射，将第三光束B3向反射式波片80出射，反射式波片80用于将第三光束B3转换为具有第一偏振方向的线偏振光后向空间光调制器10出射，该空间光调制器10还用于将第三光束B3沿第一方向出射。第一光束B1和第二光束B2在到达空间光调制器10后的传播路径参见图24。
该第四光束可以为经过长距离光纤传输后的信号光。经过长距离光纤传输后，信号光的偏振态会发生随机变化。先通过偏振分束器将第四光束分为偏振方向不同的线偏振光，将具有第一偏振方向的线偏振光直接向空间光调制器出射，并利用反射式波片将具有第二偏振方向的线偏振光转换为具有所述第一偏振方向的线偏振光后向所述空间光调制器出射，能够对第四光束进行偏振复用处理，简化光学设计。
示例性地，第一偏振方向和第二偏振方向垂直，例如，第一偏振方向的线偏振光为P光，第二偏振方向的线偏振光为S光。反射式波片为1/4波片。
图28为图26所示的光调制装置在光学调节层处于第二状态下的光的传播路径的示意图。如图28所示，第二光束B2入射至光学调节层20。光学调节层20中的对应的调节单元处于透射状态，光学调节层20将第二光束B2透射至预偏转层30。第二光束B2经过预偏转层30偏转以及反射元件50反射后，沿第一方向P1出射。
本申请实施例提供的光调制装置不包含机械结构和有机材料，器件寿命和可靠性较高。该光调制装置可以集成在WSS中，插损小、结构简单且成本低。下面对集成有光调制装置的WSS的结构进行详细说明。
本申请实施例还提供了一种WSS。图29为本申请实施例提供的一种WSS的结构示意图。图30是图29的侧视图。如图29和图30所示，该WSS包括接口单元1、分波单元2和光调制装置3。光调制装置3为前述调制装置中的任一种。
其中，接口单元1包括M个输入端口和N个输出端口，所述M个输入端口和所述N个输出端口阵列布置，其中，M和N均为整数，且M和N中的至少一个大于1。每个端口与一根光纤连接。每根光纤中传播的光信号均采用波分复用的方式，即每个光纤均支持多个波长的光通道。不同的输入端口中传输的信号光的波长可以不同。
示例性地，接口单元1中包括M个输入端口和1个输出端口，且M个输入端口和1个输出端口并排布置。这里，接口单元1中的各个端口的排列方向与前述波长排列方向垂直。例如，图29中，接口单元1包括3个输入端口(分别为端口IN0～IN2)和1个输出端口(端口OUT)。端口的排列方向为平行于纸面的上下方向，而波长排列方向为垂直于纸面的方向。
如图29和图30所示，分波单元2包括分波器件2a和光路调整器件2b。其中分波器件2a用于将各个输入端口输入的光按照波长进行分光，并将分光后得到的各个波长的光束导向光路调整器件2b。光路调整器件2b用于将各个波长的光束导向光调制装置3中波长对应的调节单元。
示例性地，分波器件2a可以包括衍射光栅等。光路调整器件2b可以包括球面镜等。
图29和图30中的光调制装置为图1所示结构为例进行了示意，在其他实施例中，也可以采用前述任一种光调制装置。
如图29所示，3个输入端口中的输入端口IN1和IN2分别与一个节点连接；输入端口IN0与假光光源连接。其中，输入端口IN1中传输的信号光的波长为λ1和λ3，输入端口IN2中传输的信号光的波长为λ2。
当WSS处于正常工作状态时，光学调节层20的各个调节单元均处于透射状态。合波信号通过接口单元1中的输入端口到达分波单元2。分波单元2中的分波器件2a对来自各个输入端口的合波信号按照波长进行分光，并将各个波长的光经由光路调整器件2b传输至光调制装置3中对应的调节单元。由于调节单元处于透射状态，所以各个波长的光透过光学调节层，进一步传输至空间光调制器。空间光调制器的各个调制单元控制液晶分子的排列，形成特定的相位型衍射光栅，从而对相应波长的光束进行偏转后反射。反射光束回到分波单元2的光路调整器件2b，角度偏转转换为位置移动，经过光路调整器件2b后由分波器件2a对各个波长的光束进行合波，并将合波后的光束从输出端口OUT输出。同时，输入端口IN0输入的波长为λ1、λ2和λ3的假光，均输出至非端口位置。这里，输出端口OUT与前述第一方向对应，非端口位置与前述第二方向对应。其中，不同波长的假光可以出射至不同的非端口位置，例如，图29中，波长λ1和λ3的假光出射至非端口位置X1，波长λ2的假光出射至非端口位置X2。
图31为图29所示的WSS的另一种工作状态示意图。图32是图31的侧视图。WSS的该工作状态可以被称为假光填充状态。如图31和图32所示，输入端口IN2中输入的波长为λ2的信号光突发中断，则控制光学调节层20中与波长λ2对应的调节单元从透射状态切换为反射状态，波长为λ2的假光被对应的调节单元反射至分波单元2。光学调节层20中的其他调节单元仍然保持透射状态，因此，输入端口IN1输入的波长为λ1和λ3的信号光的传播路径以及从输入端口IN0输入的波长为λ1和λ3的假光的传播路径与图29相同。
分波单元2将波长为λ2的假光和波长为λ1和λ3的一起从输出端口OUT输出，使得输出端口OUT仍然保持波长λ1、λ2和λ3的满波状态，抑制受激拉曼散射(stimulated Ramanscattering，SRS)和对应的烧孔效应，保持各个波长的光信号的功率稳定。
从图29中可以看出，输入端口IN0、输入端口IN1以及输入端口IN2、输出端口OUT关于主光轴对称布置，当光调制装置不包括预偏转层且光学调节层处于反射状态时，假光的0级衍射光会直接入射到输出端口OUT中，端口隔离度较差。
当光调制装置3包括预偏转层时，例如光调制装置3为图9或者图17所示的光调制装置时，该预偏转层可以对到达空间光调制器的光束进行预偏转，使得假光的0级衍射光不再直接入射到输出端口OUT中，提高WSS的端口隔离度。
本申请实施例还提供了一种光通信设备。图33是本申请实施例提供的一种光通信设备的结构示意图。如图33所示，该光通信设备300包括假光光源301和WSS 302。其中，假光光源301与WSS 302的第一输入端口连接。
该假光光源301用于发射假光(dummy light)，该假光通常为未经调制的光信号。该假光为提供宽谱光信号，假光的波长范围与WSS的工作波长范围至少部分重叠。假光的波长范围至少包括前述第二光束的波长。
在一些示例中，假光的波长范围包括WSS的工作波长范围。这样，无论哪个波长的信号光发生掉波，均可以实现假光填充。
示例性地，该光通信设备包括可重构光分插复用器(reconfigurable opticaladd-drop multiplexer，ROADM)、光交叉互连(optical cross connect，OXC)或者其他类型的光交换/光调度设备。
图34是本申请实施例提供的又一种光通信设备的结构示意图。如图34所示，该光通信设备300包括假光光源301、WSS 302、本地上波模块303和光放大器304。WSS 302的一个输入端口与假光光源301连接。WSS302的其他输入端口分别与其他节点和本地上波模块303连接。WSS 302的输出端口与光放大器304的输入端口连接，光放大器304的输出端口与光纤连接。该光通信设备300与其他节点一起构成一个前向传输网络。
当节点1与WSS 302的输入端口之间的光纤中断时，来自节点1的光信号掉波。此时光放大器304对应波长信号突发缺失，由于SRS效应存在，会引起其他波长信号的功率波动，造成信号损伤。此时，利用假光光源301提供的相应波长的假光对掉波的光信号进行填充，以避免信号损伤。
实现时，可以通过光功率检测装置对WSS的各个输入端口的光信号进行监测，以便及时发现光信号掉波的情况。
在本申请实施例中，为了方便区分，图中采用虚线表示第二光束和假光，采用实现表示第一光束和信号光。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“A和/或B”表示存在以下三种情况：A、B、以及A和B。
以上仅为本申请一个实施例，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 (19)

1.一种光调制装置，其特征在于，包括：空间光调制器和光学调节层；
所述空间光调制器包括阵列布置的多个调制单元；
所述光学调节层包括阵列布置的多个调节单元，所述多个调节单元分别与所述多个调制单元中的一个调制单元对应；
所述多个调节单元中的第一调节单元被配置为在激励信号作用下在第一状态和第二状态之间切换，所述第一调节单元为所述多个调节单元中的任一个；
所述第一调节单元用于在所述第一状态下，将接收到的第一光束导向第一调制单元，所述第一调制单元用于对来自所述第一调节单元的所述第一光束进行调制，以及将调制后的第一光束沿第一方向出射；或者，所述第一调节单元用于在所述第二状态下，将接收到的第二光束沿所述第一方向出射；
其中，所述第一调制单元为所述多个调制单元中与所述第一调节单元对应的调制单元，所述第二光束的波长与所述第一光束的波长相同，且所述第二光束入射至所述第一调节单元的入射角与所述第一光束入射至所述第一调节单元的入射角不同。
2.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于，所述第一调节单元还用于在所述第一状态下，将接收到的所述第二光束导向所述第一调制单元；
所述第一调制单元还用于对来自所述第一调节单元的所述第二光束进行调制，以及将调制后的第二光束沿第二方向出射。
3.根据权利要求1或2所述的光调制装置，其特征在于，所述第一调节单元包括衍射光栅结构，所述衍射光栅结构包括层叠在所述空间光调制器上的折射率可变层和光介质层；
所述折射率可变层包括阵列布置的多个第一块状结构，所述光介质层包括阵列布置的多个第二块状结构，所述第二块状结构与所述第一块状结构一一对应连接；
所述折射率可变层被配置为当所述第一调节单元在所述第一状态时具有第一折射率，当所述第一调节单元在所述第二状态时具有第二折射率，所述第一折射率和所述第二折射率不同，所述光介质层的折射率与所述第一折射率或者所述第二折射率匹配。
4.根据权利要求3所述的光调制装置，其特征在于，所述第一调节单元中，所述第一块状结构和所述第二块状结构采用以下结构中的任一种：
所述多个第一块状结构一维阵列布置，所述第一块状结构和所述第二块状结构均为长条形结构，所述第一块状结构的长度方向与所述多个第一块状结构的排列方向垂直，且与所述折射率可变层和所述光介质层的层叠方向垂直；
所述多个第一块状结构二维阵列布置，所述第一块状结构和所述第二块状结构均为柱状结构，所述第一块状结构的长度方向与所述多个第一块状结构的任一排列方向垂直，且与所述折射率可变层和所述光介质层的层叠方向平行。
5.根据权利要求3或4所述的光调制装置，其特征在于，所述光学调节层还包括基底，所述多个调节单元阵列布置在所述基底的第一表面。
6.根据权利要求3至5任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述光学调节层还包括覆盖层，所述覆盖层填充于任意相邻的两个所述第一块状结构和任意相邻的两个所述第二块状结构之间且覆盖所述折射率可变层。
7.根据权利要求6所述的光调制装置，其特征在于，所述光学调节层还包括增透膜层，所述增透膜层位于所述覆盖层上。
8.根据权利要求1至7任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述第一状态为透射状态，所述第二状态为反射状态；
所述光学调节层与所述空间光调制器的表面连接。
9.根据权利要求1至7任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述第一状态为反射状态，所述第二状态为透射状态；
所述光调制装置还包括转折棱镜和反射元件，所述转折棱镜位于所述第一光束和所述第二光束的入射光路上，所述转折棱镜的第一表面与所述空间光调制器的表面连接，所述转折棱镜的第二表面与所述光学调节层连接，所述反射元件和所述空间光调制器分别位于所述光学调节层的两侧。
10.根据权利要求9所述的光调制装置，其特征在于，所述光调制装置还包括：偏振分束器和反射式波片；
所述偏振分束器位于所述第二光束的入射光路上，所述偏振分束器用于将所述第二光束透射至所述光学调节层，其中，所述第一光束为具有第一偏振方向的线偏振光；
所述偏振分束器还用于将第四光束分为所述第一光束和第三光束，所述第一光束为具有所述第一偏振方向的线偏振光，所述第三光束为具有第二偏振方向的线偏振光；将所述第一光束向所述光学调节层出射，将所述第三光束向所述反射式波片出射，所述反射式波片用于将所述第三光束转换为具有所述第一偏振方向的线偏振光后向所述空间光调制器出射。
11.根据权利要求1至10任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述空间光调制装置还包括预偏转层，所述预偏转层包括阵列布置的多个偏转单元，所述多个偏转单元与所述多个调节单元一一对应；
所述多个偏转单元中与所述第一调节单元的第一偏转单元位于所述第一调节单元和所述第一调制单元之间的光路上，所述第一偏转单元用于将所述第一调节单元的光偏转设定角度后出射至所述第一调制单元。
12.根据权利要求11所述的光调制装置，其特征在于，所述多个偏转单元中的任一偏转单元包括闪耀光栅、衍射光学元件、间距渐变的光栅结构或者占空比渐变的光栅结构。
13.根据权利要求3至7任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述第一折射率和所述第二折射率的差值的绝对值的取值范围为0.5～10。
14.根据权利要求3至7中任一项或者权利要求13所述的光调制装置，其特征在于，所述折射率可变层采用相变材料形成，所述相变材料选自以下材料中的任一种：硒化锑、硫化锑、硫化碲、锗锑碲、三碲化七锑、锗碲硫、锗砷硫、锗碲硒和锗锑硒碲。
15.根据权利要求14所述的光调制装置，其特征在于，所述光介质层采用透明导电材料制成；
或者，所述光介质层采用透明绝缘材料制成，所述调节单元还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述光介质层的表面或者位于所述折射率可变层的表面。
16.根据权利要求3至7中任一项或者权利要求13至15中任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述光介质层的材料选自以下任一种：透明导电材料、硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅。
17.根据权利要求1至16任一项所述的光调制装置，其特征在于，所述空间光调制器为硅基液晶LCOS调制器、微机电系统MEMS调制器和液晶调制器中的任一种。
18.一种波长选择开关，其特征在于，所述波长选择开关包括接口单元、分波单元和光调制装置；
所述接口单元包括M个输入端口和N个输出端口，所述M个输入端口和所述N个输出端口阵列布置，其中，M和N均为整数，且M和N中的至少一个大于1；
所述光调制装置为如权利要求1至16任一项所述的光调制装置；
所述分波单元用于将来自所述M个输入端口的光束进行分波，得到多个波长的光束，将不同波长的光束输出至所述光调制装置的不同调节单元；以及将所述光调制装置出射至所述第一方向的光束输出至所述N个输出端口中的一个。
19.一种光通信设备，其特征在于，所述光通信设备包括假光光源和如权利要求18所述的波长选择开关，所述假光光源与所述波长选择开关的第一输入端口连接，所述假光光源用于提供假光，所述假光的波长范围与所述波长选择开关的工作波长范围至少部分重叠，所述第二光束为所述假光的一部分。
CN202211183240.0A 2022-09-27 2022-09-27 光调制装置、波长选择开关和光通信设备 Pending CN117826453A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211183240.0A CN117826453A (zh) 2022-09-27 2022-09-27 光调制装置、波长选择开关和光通信设备
PCT/CN2023/104940 WO2024066614A1 (zh) 2022-09-27 2023-06-30 光调制装置、波长选择开关和光通信设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211183240.0A CN117826453A (zh) 2022-09-27 2022-09-27 光调制装置、波长选择开关和光通信设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117826453A true CN117826453A (zh) 2024-04-05

Family

ID=90475918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211183240.0A Pending CN117826453A (zh) 2022-09-27 2022-09-27 光调制装置、波长选择开关和光通信设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117826453A (zh)
WO (1) WO2024066614A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001036142A (ja) * 1999-07-16 2001-02-09 Yazaki Corp 光通信システム用光源及び光通信システム
CN106772813A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 中央民族大学 基于相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关及控制方法
CN114070450B (zh) * 2020-07-30 2023-02-07 华为技术有限公司 光传输的方法、装置、计算设备和存储介质
CN112415785A (zh) * 2020-10-10 2021-02-26 浙江大学 一种基于相变材料的空间光调制系统
CN114765477A (zh) * 2021-01-14 2022-07-19 华为技术有限公司 产生假光信号的装置、方法以及可重构光分插复用器
CN216310318U (zh) * 2021-12-10 2022-04-15 中央民族大学 一种折叠型m×n端口波长选择开关

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024066614A1 (zh) 2024-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7231110B2 (en) Wavelength selector switch
JP4986582B2 (ja) 液晶光変調素子、液晶光変調装置、および液晶光変調素子の駆動方法
JP5730526B2 (ja) 光スイッチ
JP4458494B2 (ja) 導波路型波長選択スイッチ
CN104204916B (zh) 光学设备与方法
JP5692865B2 (ja) 波長クロスコネクト装置
US8437634B2 (en) Wavelength selective optical switch device
US8346086B2 (en) Optical signal processing device
JP5718016B2 (ja) 光操作装置
JP2013101201A (ja) 波長選択光スイッチ装置
JP2011248196A (ja) 光可変フィルタアレイ装置
JP4949355B2 (ja) 波長選択スイッチ
JP2011232695A (ja) 光可変フィルタアレイ装置
JP4842226B2 (ja) 波長選択スイッチ
JP2005525604A (ja) 可変光減衰器の方法及びデバイス
JP2010509639A (ja) ビーム案内素子及び関連するマニホールド光ファイバスイッチ方法及びモニタリング方法
JP2009042557A (ja) 波長選択スイッチ
CN117826453A (zh) 光调制装置、波长选择开关和光通信设备
JP2014197154A (ja) 光操作装置
US7209607B2 (en) Optical space-switching matrix
CN113985531B (zh) 波长选择开关及其温漂补偿方法
Sorimoto et al. Polarization insensitive wavelength selective switch using LCOSs and monolithically integrated multi-layered AWG
CN102804051A (zh) 液晶波长选择路由器
US20030152314A1 (en) Optical cross connection switch using voltage-controlled interferometeric optical switching elements
CN102301547A (zh) 波长变换激光系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication