光学数据传输的制作方法

1.本公开总体上涉及光学数据传输。


背景技术：

2.光波导是一种可以通过全内反射引导光束的光学元件。在具有物理尺寸足以支持一系列“模式”(即，针对给定通道，通过波导的空间路径，例如，与不同的传播方向对应)的意义上，波导可以是“多模”。这与简单的单模光波导(诸如光纤系统中使用的细光纤)形成对比，该单模光波导的目的是将进入光纤的光限制在基本上单一的传播模式。单模光波导只能使用幅度、相位或频率调制来传输数据，而多模光波导允许通过波导内的角度变化来传达更多数据(例如，具有潜在数百万像素的整个图像)。换句话说，多模波导通过增大的角度和/或空间分集来提供更大的带宽，方法是为任何给定通道提供从发射器到检测器的多条光路(不同的路径与不同的传播模式对应)。
3.例如，多模波导已广泛用于头戴式显示器(hmd)和基于波导的显示系统中。在这种情况下，多模波导通常会将图像从显示器或光引擎运载到用户的眼睛，其形式使得图像可以由眼睛的光学系统重建，从而被人类用户感知。微分光学可用于提供光束扩展并确保进入和离开波导的光束保留原始图像，使得眼睛可以重建它。


技术实现要素：

4.提供本发明内容来以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决本文提到的任何或所有缺点的实施方式。
5.本文的第一方面提供了一种光学数据传输系统。光束调制器被配置为将数据集嵌入到输入光束中。多模光波导网络具有用于接收输入光束的入耦区域。多模光波导网络被配置为将输入光束引导到多模光波导网络的出耦区域。空间相干检测器被配置为在多个位置测量输出光场的相位和幅度。输出光场至少部分地由输入光束限定，因此展现出由光束通过多模波导网络引起的失真效应。至少一个处理器耦合到空间相干检测器并被配置为对空间相干检测器的输出应用信号处理，以补偿所述失真效应，从而从空间相干检测器的输出中恢复嵌入在输入光束中的数据集。
6.这具有显着增大光学数据传输容量的优势，并行传输潜在的大量数据(例如，具有数百万像素的图像)以及利用潜在的复杂波导网络(例如，提供空间复用)的能力。因为可以将更有效的失真补偿应用于输出光场的测量相位和幅度，所以相干检测的使用通过为波导失真提供足够的弹性来实现这一点。本波导网络的一个示例应用是在全息数据存储/检索系统中，以将光束运载到全息记录介质/从全息记录介质运载光束。在这种情况下，可以使用(多个)波导的多模能力，例如，同时读取/写入整个图像，以及有效补偿空间相干检测器的输出中的波导失真的能力增大了系统的容量和鲁棒性。
7.其他示例包括光学通信或光学计算、任何其他使用多模(多个)波导的光数据传输环境，并且其中数据嵌入光束中并随后恢复。
附图说明
8.为了更好地理解本公开，并且为了显示本公开的实施例可以如何实施，仅通过示例的方式参照以下附图，其中：
9.图1a和图1b示出全息记录介质的示意透视图；
10.图2a示出了包括一组波导的全息存储系统的示意性透视图，其可用于将光束引导到全息记录介质的不同子卷/从全息记录介质的不同子卷引导光束以在介质上提供空间复用；图2b、图2c和图2d分别示出了在写入间隔期间系统的平面图和备选侧视图；图2e-图2g示出了读取间隔期间的平面图和备选侧视图；
11.图3a-图3d示出了各种配置的有源光导管的示意性侧视图；图3e和图3f示出了有源光导管的平面(横截面)视图；
12.图4a和图4b示出了(部分)光波导网络的备选侧视图；
13.图5示出了用于在多个全息存储介质片段上多路复用的多波导网络示例的示意图；
14.图6a示出了用于在全息存储系统中提供输入和参考光束的发射系统的示例；图6b示出了具有简化光学器件的发射系统的变体；
15.图7示出了使用空间相干检测来测量输出光束的光场和信号处理以减轻测量光场中的波导失真的数据检索系统的示例；
16.图8示出了表示在全息存储系统内执行的功能的功能框图；
17.图9示出了另一种全息存储系统，在该系统中至少一个波导网络用于在二维全息记录介质板上进行空间多路复用；
18.图10a和图10b示出了如何利用无源引导元件实现空间复用，其中空间复用是通过调制(多个)光束特性来实现的；
19.图11a和图11b示出了具有不同频率响应的无源滤波器的光导管；以及
20.图12示出了具有三个层级的波导网络的示例。
具体实施方式
21.本文教导的波导网络的一个示例应用是全息存储。全息存储是计算机存储的一种形式，在该全息存储中信息通过将介质暴露于光学图案而被记录在光敏全息记录介质中。例如，介质的区域(子卷)可能暴露于由参考光束和嵌入数据集的输入光束之间的干涉引起的光学干涉图案。例如，光束可以是使用单个激光器和分束器生成的激光束。空间光调制(slm)可用于将数据集嵌入到输入光束中，例如可以将对该数据集进行编码的图像空间调制到输入光束中。为避免疑义，本文中的术语“光”、“光学”等不限于可见光。例如，可以使用电磁光谱的不可见部分内的红外或紫外光束来实现全息存储。
22.在足够的光束功率和曝光时间的情况下，光学干涉图案导致子卷内的持续状态变化(此时，干涉图案在本文中被称为持续记录或写入子卷)。子卷的改变状态使得在稍后将子卷暴露于基本匹配的参考光束时，匹配的参考光束和子卷之间的干涉产生与原始输入光
束基本匹配的输出光束，在这个意义上，最初嵌入输入光束中的数据集可以从输出光束中恢复(这在本文中可以被称为读取记录的图案)。
23.单个干涉图案可以对大量(例如数百万)位进行编码，而不是将单个位存储为离散单元。例如，数据集可以是嵌入在输入光束中的百万像素图像。此外，通过利用特定形式的全息记录介质对参考光束角度的微小变化的敏感性，可以将许多这样的图案(例如数百或数千个)记录到相同的子卷中。对于这样的介质，当在给定角度使用参考光束创建干涉图案时，只能使用与最初用于创建它的参考光束非常匹配的参考光束来读取记录的图案。可以利用这种效应以不同的参考光束角度将多个图案(编码不同的数据集)记录到相同的子卷。从理论上讲，数据存储容量仅受光束波长的限制，红光可能达到每立方毫米数百兆字节，紫外线则可能达到数十千兆字节。在实践中，可能存在其他限制因素，但高密度数据存储仍有巨大潜力。
24.为了在一个或多个全息存储介质上实现空间复用，以减少或消除对机械运动的需要的方式，可以使用“有源”光导管、“无源”光导管或有源和无源光导管的组合。注意，术语“波导”和“光导管”在本文中可互换使用。
[0025]“有源光导管”是指具有一个或多个附接到波导表面或波导主体内的有源开关元件或其他引导元件的波导，它们又可配置(即，具有可变的光学特性)以实现“一对多”光学传输，即在光从第一表面区域被引导到多个可能的第二表面区域中的一个的情况下(在这种情况下，第一表面区域用作入耦区域，并且第二区域用作出耦区域)，或“多对一”光学传输，即在光可以从任何一个第二表面区域(现在用作入耦区域)引导到相同的第一表面区域(现在用作出耦区域)的情况下。术语“无源光导管”是指具有引导元件的光导管，具有不同的光学灵敏度(例如，不同的波长和/或偏振灵敏度)，使得可以通过改变(多个)光学特性或光束来实现类似的效果(例如，改变其波长、偏振等，以使其通过具有不同波长/偏振响应等的引导元件沿着不同的路线引导；例如，使用可调谐激光器)。术语“无源光导”只是一个方便的标签，与以下事实一致，在这种情况下，引导元件不需要是有源的—-然而，具有不同光学灵敏度(例如，不同波长和/或偏振灵敏度等)可以在这种情况下使用(即，引导元件可以是有源的并且具有不同的光学灵敏度)。
[0026]
数字图像(或编码为数字图像的数据)可以作为光束沿着有源或无源光导管传播。有源光导管的引导元件可以单独被控制以透射或反射入射光束。
[0027]
许多这样的光导管(有源、无源或两种类型的组合)可以被组合成各种几何形状，以创建切换网络，该网络可用于将光束和图像引导到一个或多个空间维度中的许多可寻址位置之一。例如，可以使用空间光调制器(slm)创建光导管的输入，并在ccd(电荷耦合器件)上读取输出。可以使用光学和计算技术的组合来校正相位干扰和噪声，包括机器学习技术，这将涉及从训练数据中学习一个或多个信号处理参数。特定实施例结合此类技术使用相干检测以提供更有效的波导失真缓解。
[0028]
与传统上用于光数据通信的那种光开关和光纤相比，所描述的实施例使用能够一次传输整个图像的光导管。这利用了当今可用的光学设备的高分辨率，诸如slm和数码相机。这些设备具有数百万像素，可以对数兆字节的数据进行编码和解码。即使在slm、相机和有源光导管元件(在有源光导管的情况下)或光束(多个)光学特性(在无源光导管的情况下)的适度切换速率下，这也允许高带宽传输。此外，应用(诸如全息存储)需要多个光束之
间的干涉，其中至少一个光束利用图像被调制。在全息存储中，使用有源光导管，可以在全息存储介质中的任何所需位置有效地控制光束和图像，并使其干涉。如前所述，使用无源光导管可以实现更简单的好处，其中开关被应用在发射器级。
[0029]
在具有足以支持一系列“模式”(即，针对给定通道，通过波导的空间路径，例如，对应于不同的传播方向)的物理尺寸的意义上，下面描述的光导管是“多模”波导。这与简单的单模光波导(诸如光纤系统中使用的细光纤)形成对比，其目的是将进入光纤的光限制在基本上单一的传播模式。单模光波导只能使用幅度、相位或频率调制来传输数据，而多模光波导允许通过波导内的角度变化来传输更多数据(例如，具有潜在数百万像素的整个图像)。换句话说，多模波导通过增大角度和/或空间分集来提供更大的带宽，方法是为任何给定通道提供从发射器到检测器的多条光路(不同的路径对应于不同的传播模式)。
[0030]
本文公开的另一方面是一种全息数据存储系统，其使用一个或多个波导网络在全息记录介质上进行空间复用(即从介质的不同子卷读取/向介质的不同子卷写入)而不需要介质之间的任何相对机械运动和波导网络。下面描述了这种系统的示例，它使用了有源和/或无源光导管。在描述的示例中，多模波导可以用于同时将整个数字图像运载到全息记录介质/从全息记录介质运载整个数字图像，或者以多个可能的角度之一运载参考光束。
[0031]
然而，本文教导的光波导网络不限于它们对全息存储的应用。其他应用包括例如光通信和光计算。
[0032]
有源光导管：
[0033]
图3a-图3d示出了具有特定物理结构的有源光导管300的示例形式的示意性侧视图。如将理解的，这仅仅是可提供所需光学可配置性的合适物理结构的一个示例。下面考虑进一步的示例。
[0034]
有源光导管300被示为具有至少第一表面区域300-0和可切换布拉格光栅(sbg)形式的多个有源开关，其可以在表面上或体嵌入。在该示例中，在波导300的第一表面300-s1上示出了两个这样的sbg 300-1、300-2，但是应当理解，可以在波导300和/或嵌入波导300的主体内的表面300-s1的合适位置处设置更多数量的sbg。可以单独控制每个sbg 300-1、300-2以改变其反射/透射特性，从而透射或反射入射光束。sbg 300-1、300-2形成有源光导管300的相应表面区域，根据如何使用波导300的，光可以在该表面区域进入波导300(入耦)或离开波导300(出耦)。
[0035]
第一表面区域300-0是波导300的端部区域，波导的第一侧表面300-s1从该端部区域沿波导300的轴301延伸。
[0036]
图3e和图3f各自示出了波导300的横截面图，在该示例中，可以看出波导300的横截面具有矩形形状，具有沿波导300的轴301延伸的四个侧表面300-s1、300-s2、300-s2、300-s4。在该示例中，如图中所示，sbg 300-1、300-2都位于沿第一侧表面300-si的位置，尽管通常这样的sbg视应用而定，可以将其附接到波导300的多个表面。
[0037]
sbg 300-1、300-2位于沿着波导300-s1的第一侧表面的位置，距离第一区域300-0越来越远，第一sbg300-1位于最靠近第一区域300-0的位置。
[0038]
图3a、图3b和图3e描绘了“一对多”用例，其中第一表面区域300-0用作入耦区域，而sbg 300-1、300-2的第二表面区域用作出耦区域。作为示例，图3示出了经由入耦区域300-0耦合到波导300中的第一光线304。在该示例中，第一表面区域300-0相对于侧表面
300-s1、...、300-s4成角度，使得第一光线304可以穿过第一表面区域300-0进入波导主体300以足以在波导300内的每个侧表面300-1、...、300-4处实现全内反射的角度。
[0039]
sbg 300-1、300-2中的每个都可配置为在反射状态和透射状态之间改变它。图3a示出了一种配置，其中第一sbg 300-1处于反射状态，导致入射光线300从其反射，回到波导300，并沿波导300引导直到到达第二sbg 300-2。sbg300-2被示为处于透射状态，导致光线304通过第二sbg300-2衍射出波导300，从而通过第二sbg300的表面区域耦合出波导300-2。sbg300-1、300-2的这种配置在第一表面区域300-0和第二sbg300-2的表面区域之间创建了通过波导300的“通道”。
[0040]
相比之下，图3b示出了处于透射状态的第一sbg300-1。因此，第一光线304在到达第一sbg 300-1时，反而通过第一sbg300-1衍射出波导300，从而通过第一sbg 300-1的表面区域耦合出波导300。这种配置在第一表面区域300-0和第一sbg300-1的表面区域之间创建了通过波导300的通道。
[0041]
以这种方式，可以引导第一光线304从第一区域300-0穿过波导300并在sbg 300-1、300-2中的任何一个的表面区域处离开波导300。尽管为了简单起见仅关于两个sbg 300-1、300-2进行了描述，但是应当理解，相同的原理可以应用于更多数量的sbg。
[0042]
图3e示出了当在横截面中观察时，第一光线304如何根据第一光线304的角度经由tir从侧表面300-s1、...、300-s4中的一些或全部传播。
[0043]
如图3c、图3d和图3f所示，使用所描绘的有源光导管300进行多对一光学传输同样可行。
[0044]
图3c示出了与图3a相同的sbg配置。唯一的区别是如何使用波导300：现在显示了从外部源(未示出)入射到第二sbg 300-2上的第二光线308。当第二sbg处于透射状态时，第二光线308通过第二sbg(现在在其表面区域提供入耦)被衍射到波导300中，其从第二sbg被引导通过波导300到达第一表面区域300-0(现在是出耦区域)；这包括来自当前处于反射状态的第一sbg 300-1的反射。第一sbg 300-1的反射状态防止光线308经由第一sbg 300-1离开波导。此外，可能碰巧入射到第一sbg 300-1上的任何外部光线309将基本上被反射离开它，因此不会进入波导300。
[0045]
图3d示出了与图3b相同的配置，但是现在第二光线308从外部源入射到第一sbg 300-1上。在第一sbg 300-1处于透射状态的情况下，第三光线310通过衍射进入其处的波导300，并被引导至第一表面区域300-0。
[0046]
图3f示出了第二光线308如何在波导300内传播的横截面，并且适用与图3e相同的描述，但是光线方向相反。
[0047]
以上描述假设sbg在透射/反射状态下具有完美的反射率/透射率。如将理解的，这在实践中不是绝对要求，并且系统将对sbg300-1、300-2和波导300中更普遍的缺陷具有一些容限。稍后描述用于补偿在波导300内引入的失真的合适的信号处理技术。
[0048]
尽管描述为单独的元件，sbg 300-1、300-2实际上可以是在第一侧表面300-s1的全部或大部分上延伸的单个大sbg的单独的、独立可控的区域。
[0049]
sbg只是有源开关元件的一种可能形式。例如，对于偏振光束，可以使用附接到波导300的表面或嵌入波导主体内的可控偏振滤波器来实现相同的效果。sbg和可控偏振滤波器是非机械有源开关的示例，它们可以通过非机械效应改变波导300的光学特性。引导元件
的其他示例包括诸如微镜装置或其他微机电系统(mem)的可控镜，后者是机械引导元件的示例。
[0050]
当使用偏振滤波器作为引导元件时，sbg 300-1、300-2可以用无源衍射元件代替，偏振滤波器用于根据需要以可控方式引导光束进出无源衍射元件，而无需重新配置衍射元件。
[0051]
注意，即使引导元件本身是机械的，这仍然避免了对整个波导300的机械运动的需要。
[0052]
有源光导管网络
[0053]
这里，“波导网络”可以采用单个波导或多个相互耦合的波导网络的形式。具有多个有源光导管的波导网络在灵活的光学数据传输方面具有特殊的优势。
[0054]
图4a和图4b示出了包括第一有源光导管400和第二有源光导管420的波导网络(部分)的备选侧视图。第二光导管420具有位于与对应的第一光导管400的表面区域相邻并对齐的第一表面区域420-0，该第一光导管400用于通过第一表面区域400-0接收来自第二波导420的光束或将光束引导至第二波导420。仅作为示例，光线404被示为通过第一波导400传播到与第二波导420的第一表面区域420-0相邻的第一波导400的对应表面区域。光线404经由连接到第一波导400的相邻表面区域的sbg400-1被出耦第一波导400，并且经由第一表面区域400-0进入第二波导420。从那里，它可以以一对多的方式被引导到第二波导420的多个sbg 420-1、420-2中的任何一个。相同的布置可用于以多对一的方式将另一方向的光束从第二波导420引导到第一波导400，其中光线方向相反。
[0055]
尽管该示例考虑了两个相互耦合的波导400、402，但这些原理可以应用于更多数量的相互耦合的波导，以允许通过波导网络进行灵活的数据路由。
[0056]
更一般地，介质的表面区域可以以其他方式光学耦合到波导的相应表面区域，例如通过空中接口或一个或多个其他光学组件(其本身可以是可以或不可以提供有源或无源开关功能的波导)。
[0057]
全息存储
[0058]
现在将描述有源光导管在全息存储中的应用。
[0059]
图1a和图1b示出全息记录介质102的示意性透视图，该介质是相对厚的卷，感光材料能够持久地存储光学图案作为体现在全息记录介质102内的“全息图”(为了简洁起见，其可以被称为只是介质102)。全息图是通过将介质102的子卷110(区域)暴露于光学图案来创建的，该光学图案会导致该子卷110内的持续状态变化。全息图由该状态改变将光学图案记录到介质102上用子卷110被创建，使得以后可以从那里再现光学图案。全息图是持久的，因为一旦创建，介质102就不需要电力来维持它。介质102的组成和结构可以使得全息图一旦创建就不能被擦除，因此提供了“一次写入多次读取”(worm)存储的形式，或者可以是全息图可以被擦除和替换(但仍然存在除非并且直到它们被擦除)。
[0060]
单个全息图可以记录编码非常大量(例如，数百万)位的光学图案，从而允许并行(同时)向全息记录介质102写入/读取大量数据。全息存储的另一个好处是可以将许多全息图写入全息记录介质102的同一子卷110，这大大增加了全息记录介质102每单位卷的数据存储容量。
[0061]
更详细地，图1a示出了为了将数据集写入介质102，输入光束104和参考光束106如
何分别通过介质102的第一侧表面102-4和第二侧表面102-6被引导到子卷110中。这产生了由输入光束104和参考光束106之间的干涉引起的干涉图案形式的光学图案。假设光束104、106具有足够的功率并且子卷110暴露足够的持续时间，则干涉由干涉光束104、106产生的图案将作为全息图被持久地记录在子卷110内。数据集嵌入在输入光束104中，并且可以从如下所述的所得全息图中恢复。以这种方式，编码的数据集被写入子卷110。在下面的示例中，数据集被编码为数字图像，然后通过空间调制被嵌入到输入光束104中。
[0062]
如图1b所示，为了从子卷110读取数据，匹配的参考光束116通过介质102的第二侧表面102-6被引导到子卷110中，在该子卷里它与全息图交互以创建输出光束108，该输出光束108将基本上匹配用于写入全息图的输入光束104，到嵌入的数据可从输出光束110恢复的程度。输出光束108经由介质102的第三侧面102-8传播出子卷110。
[0063]
用于读取数据的参考光束116与最初用于写入数据的参考光束106基本匹配，并且特别是以与原始参考光束106的角度非常匹配的角度(或更一般地，方向)定向。这是因为读取全息图的能力(即，产生可以从全息图中恢复数据的输出光束108)对分别用于写入和读取全息图的参考光束106、116之间的角度偏差高度敏感。正是这种灵敏度可以用来在同一子卷110内记录多个全息图——每个全息图都是使用不同的参考光束角度创建的，并且可以利用参考光束角度只有轻微的差异来创建两个不同的全息图。以此方式，可以将大量(例如，数百或数千)全息图写入相同的子卷110，每个都对大量(例如，数百万)位进行编码。
[0064]
图2a示出了包含本公开的特定原理的示例全息存储系统200的示意性透视图。在该特定示例中，三个单独的波导204、206和208用于运载输入光束104、参考光束116、126和输出光束118，并且可以分别称为输入波导204、参考波导206和输出波导208。如上所述，术语“光波导”和“光导管”在本文中可互换使用。波导204、206和208中的每个在它可以将信号引导到全息记录介质102内的多个子卷中的任何一个(在输入和参考波导204、206的情况下)或从全息记录介质102内的多个子卷中的任何一个引导信号(在输出波导208的情况下)的意义上提供空间复用。这提供了跨全息记录介质102的卷的空间复用，而不需要任何波导204、206、208相对于全息记录介质102的任何机械运动。为了避免对这种机械运动的需要，引导元件位于每个波导204、206、208之上或之内，并且可配置为改变波导204、206、208的光学特性，以便将信号引导到介质102的不同子卷或从介质102的不同子卷引导信号。也就是说，如所需要的，在波导204、206、208内创建不同的通道。在该特定示例中，引导元件采用有源光开关元件(开关)的形式。开关可以采用多种形式。在该示例中，开关采用位于波导204、206、208的不同表面区域中的sbg的形式，总体布置与图3a-图3e相同。也就是说，波导204、206和208均采用有源光导管的形式，并且波导204、206、208中的每个具有与图3a-图3e的有源光导管300相同的一般物理结构。
[0065]
每个波导204、206、208被布置成使其第一表面(即，其sbg位于的表面)与介质102的不同侧表面相邻，使得其sbg沿着介质102的该侧表面延伸。第二每个波导204、206、208的第一sbg和第二sbg分别由附图标号204-1、204-2；206-1、206-2；和208-1、208-2表示，所有这些都可以按照上述方式进行配置。进一步的sbg在没有参考数字的情况下被描绘，并且sbg的数量可以被选择以适应任何尺寸的全息记录介质102。为了简洁，以下描述指的是每个波导204、206、208的第一sbg和第二sbg，但是它将是意识到该描述适用于更多数量的sbg。
[0066]
图2b到图2d示出了输入波导204和参考波导206如何用于以一对多的方式将数据写入介质102。图2b示出了系统200的示意性平面图，并且图2c和图2d示出了备选侧视图，其中输入波导204和参考波导206分别可见。输入波导404用于以上述方式经由输入波导204的sbg 404-1、404-2中的任意一个将输入光束104引导到介质102的多个子卷中的任意一个。参考波导406被配置为将参考光束106同时引导到相同的子卷，以便创建将要写入该子卷的期望干涉图案。在所描绘的示例中，输入波导204和参考206两者当前被配置为经由每个波导204、206的第二sbg 204-2、206-2将输入光束104和参考光束106引导到由参考数字110表示的子卷。
[0067]
图2e到图2g示出了参考波导206和输出波导208如何用于从介质102读取数据。图2e是平面图，图2f和图2g示出了备选侧视图，其中参考波导204和输出波导206可见。参考波导206的使用方式与图2b至图2d中所描绘的完全相同，但是现在将参考光束116引导到要从中读取全息图的任何子卷——在这种情况下是子卷110。输出波导208以一对多的方式用于引导来自子卷110的所得输出光束108并通过直通波导208用于后续检测。
[0068]
例如，每个子卷110可以具有沿任何侧表面测量的几毫米的高度和宽度，这通常足以存储每个数据“页”(例如，多路复用角度)的几百万像素——在这种情况下，子卷的卷足以存储(百万像素)*(#复用角度)。
[0069]
输入波导204和参考波导206(本示例中的sbg)的引导元件根据需要被配置为针对输入光束104和参考光束106、116提供从将要读取的光束源(发射系统)到子卷108的通道。对于sbg，这是根据需要将sbg设置为透射或反射状态以创建通道的情况。类似地，输出波导208的引导元件(在该示例中也是sbg)被类似地设置为提供从被读取的子卷108到检测器的通道。为了提供额外的上下文，这将在下面参照图5中描绘的多波导网络进行更详细的描述。然而，关于特定示例图5描述的原理更普遍地适用于其他波导网络拓扑、两者更简单的网络(例如单个波导)或更复杂的波导网络。
[0070]
如上所述，这允许在介质102上进行空间复用，而介质102相对于波导204、206、208没有任何机械运动。无论引导元件采取何种形式都为真(如上所述，引导元件本身可以是机械的或非机械的)。
[0071]
使用多波导网络的全息存储
[0072]
图5示出了包含图4所示类型的多波导网络的全息存储系统的示例。
[0073]
输入波导网络被示为包括第一输入光导管203(“父”波导)，多个第二输入光导管204a、204b(“子”波导)耦合到该第一输入光导管203。来自发射器系统504的输入光束104经由其入耦区域耦合到第一输入波导203中，并且可以从那里被引导到第二输入波导204a、204b中的任何一个中。
[0074]
参考波导网络被示为包括第一参考波导205，多个第二参考波导206a、206b耦合到第一参考波导205。来自发射器系统504的参考光束106、116类似地耦合到第一参考波导205中，并且可以被引导到第二参考波导206a、206b中的任何一个。
[0075]
输出波导网络被示为包括第一输出波导207，多个第二输出波导208a、208b耦合到该第一输出波导207。
[0076]
所描绘的布置允许将光束引导至多片全息存储介质102a、102b的不同子卷/从多片全息存储介质102a、102b的不同子卷引导光束。
[0077]
尽管图4示出了输入光束104、参考光束106、116和输出光束108，但应了解，子卷通常会在不同时间以上面参照图2a-图2g的方式被写入以及读取。
[0078]
第一组第二波导204a、204b、204c(输入、参考和输出中的每个)位于第一片段全息存储介质102a(第一介质)周围，并且第二组第二波导204b、206b、208b位于第二片段102b(第二介质)周围，每个介质具有与图2a-图2g相同的总体布置。因此，输入光束104和参考光束106、116可以通过以下操作被引导到任何介质102a、102b的任何子卷：首先将这些光束分别引导到输入网络和参考网络的期望的第二波导，卷，然后引导到相邻的期望的波导的介质片的期望子卷。
[0079]
输出波导网络可用于将来自任何介质片段102a、102b的任何子卷的输出光束108从适用的第二输出波导208a、208b引导到第一输出波导207，并从那里经由第一输出波导207的出耦区域到检测器508。为了从特定子卷读取，sbg被配置为提供从该子卷到检测器的通道；因此，在这种情况下，sbg 204a-2和207a-1设置为透射状态，输出波导网络的其他sbg根据需要设置为反射状态，以便为检测器508提供用于输出光束108的通道(例如，在这种情况下，第一输出波导207的sbg 207-2被设置为反射式以防止输出光束104传播到波导207-2中)。输出波导网络的其他sbg可以被设置为反射到防止任何不需要的光传输所需的程度，即从同一介质片段102a的其他区域或从(多个)不同的介质片段102b的“泄漏”(例如，在此示例中，靠近正在读取的子卷的sbg 204a-1显示为设置为反射以防止不希望的泄漏)。
[0080]
尽管在上述示例中，三个单独的波导网络用于输入光束104、参考光束106、116和输出光束、108，但这不是必需的。例如，可以使用相同的波导网络来运载输入光束104和参考光束106、116和/或可以使用相同的波导网络来运载输入光束104和输出光束108和/或可以使用相同的波导网络波导来承载输出光束108和输入光束104。通常期望具有三个单独的网络将提供最佳性能，但是仍然存在仅使用一个或两个波导网络的完全可行的实现。
[0081]
尽管未在任何图中描绘，但第四波导网络可用于将光束运载到介质片段108a、108b的剩余侧表面。例如，第四网络可用于将擦除光束运载到所需的子卷，适用于从其中擦除至少全息图(在可擦除全息存储的情况下)。
[0082]
图9示出了备选物理结构，其中使用全息介质102的单个“板”代替图5的单片段102a、102b。描述了输入波导网络，它具有基本相同的物理配置，但第二输入波导204a、204b现在被配置为将输入光束104引导到相同板102的不同子卷。而在图5中，每个第二输入波导204a、204b沿不同的单片段介质102a、102b的长度在单个维度上提供多路复用，在图9中，第二波导204a、204b在全息介质102的板上提供二维空间复用(每个波导单独提供一维复用，但在板102上作为整体提供2d复用)。
[0083]
图9的系统限于最多两个波导网络(板102的每侧一个)。如上所述，这仍然是一种可行的安排，因为可以使用相同的网络来承载多个波束。
[0084]
数据编码
[0085]
图6a示出了提供输入光束104和参考光束106两者的发射器系统504的示例。输入光束是扩展的、空间调制的激光束。激光器600发射相干的窄激光束，使用分束器604将其分束。
[0086]
来自分束器602的光束的一部分被用作参考光束106。在该示例中，可控参考光束操控元件612用于将参考光束106以期望的角度转向参考波导106。通过在参考光束106耦合
到参考波导206之前改变参考光束106的角度，可以以上述方式将不同的全息图写入到介质的相同子卷/从介质的相同子卷读取不同的全息图。
[0087]
可备选选地或除了光束角复用之外，可以将多个图案存储到具有参考光束106、116的不同相位的相同子卷并从其读取(相位复用)。因此，逻辑地址可以与特定的参考光束角度和/或相位特性对应。所有关于参考光束角度调制的描述同样适用于相位调制。
[0088]
来自分束器602的光束的另一部分使用光束扩展器604扩展，扩展的光束通过空间光调制器(slm)606。编码器610接收将要编码的数据集并将其编码为数字图像然后通过slm606将数字图像调制成扩展光束。使用耦合输入光学器件——在这种情况下，傅里叶透镜608的位置使得slm 606的平面基本位于傅里叶透镜608的焦平面中—被用于将扩展光束分离成不同的传播模式；在该示例中，模式对应于唯一的传播方向，每个模式现在对应于slm 606平面中的特定点。不同的传播模式耦合到输入波导202中，通过输入波导202，它们以如下方式引导如上所述。使用入耦光学器件608，数据在输入光束内被“角度编码”，在某种意义上，数字图像内的点基本上对应于唯一的传播方向，即输入光束104的唯一传播模式。这类似于来自遥远对象的光线被认为是无限远的。图6a的角度编码的输入光束104是“多模”光信号多传播模式(即，沿不同方向传播的分量)的一个示例，并且这种布置提供了一种角度分集形式。
[0089]
注意，术语“多模”不一定暗示使用这种入耦光学器件608，也不要求每个图像点唯一地对应于给定的传播方向。也就是说，多模不一定表示传播模式和图像点/数据点之间的一一对应关系。例如，图6b示出了另一种可行的发射器系统，其中空间调制光束直接耦合到输入波导204。在这种情况下，仍然存在多种模式(即，对于任何给定通道，多个空间路径通过波导)，但是没有传播方向和图像点之间的一一对应关系，也可能没有图像/数据点和模式之间的任何一一对应关系。这通过slm 606的多个像素和空间相干检测器508的检测器阵列提供了一种基于mimo(多输入多输出)传输形式的空间分集形式。
[0090]
数据解码
[0091]
图7示出了用于测量输出光束108的光场的空间相干检测器508。与传统的“直接检测”相比，空间相干检测器508包括像素阵列(或更一般地，检测器元件)，每个像素被配置为测量该像素位置处光场的幅度和相位(而不仅仅是强度)。这些可以测量，例如，使用空间相干检测器508的本地振荡器712。像素阵列因此能够测量光场在时间和空间上的相位和幅度的变化，并因此提供测量光场的模拟或数字表示。在这种情况下，测量的光场是通过输出波导208引导到空间相干检测器208的输出光束108的光场。
[0092]
尽管仅描绘了单个阵列，但实际上可能有多个物理阵列作为单个“逻辑阵列”协作。例如，这个逻辑阵列可以被划分成两个物理相机。
[0093]
物理检测器阵列可以采用单个相机(每个检测器元件是相机的像素或像素集)或多个相机的形式。在极端情况下，每个检测器元件可以是单独的相机，在这种情况下，逻辑检测器阵列可能会被划分为非常多的物理检测器。
[0094]
如所指出的，从光束进入波导网络的特定入耦区域到其离开波导网络的特定出耦区域(那些区域可以在相同或不同的波导中)的路径可以在本文中被提及作为“通道”。如前所述，在多模波导网络中，单个通道将包含多个空间路径。输出光束108将通过输出波导网络的特定通道被引导，即从其特定的入耦区域到输出波导208的出耦区域。此外，它将由使
用从输入波导网络的入耦区域引导到其特定出耦区域的输入光束创建的全息图生成。全息图将使用参考光束创建和读取，参考光束类似地通过参考波导网络通过特定通道引导。输入光束104、参考光束106、116和输出光束108都容易受到相关波导网络内的失真的影响，该相关波导网络特定于它们被引导的通道。信号处理组件700将模拟信号处理和/或数字信号处理应用于测量场的表示以补偿这种失真；它使用与当前正在从中读取的子卷(即产生输出光束108的子卷)相关联的通道模型来做到这一点。与特定子卷相关联的通道模型不仅对输出光束108被引导到检测器508的通道建模，而且对用于写入全息图的输入光束104被引导到该子卷的通道卷以及用于写入/读取全息图的参考光束106、116被引导至该子卷的通道建模。
[0095]
例如，每个通道模型可以采用传递函数(直接对通道建模)或逆传递函数(根据通道的近似逆对通道建模)的形式。请注意，传递函数应用于测量光场的表示，即其在不同空间点的测量相位和幅度，而不仅仅是光的强度。空间相干检测为消除或减少这种通道失真提供了更大的范围，目的是充分准确地恢复原始数字图像，以促进解码器704从恢复的图像中对编码数据进行解码。
[0096]
例如，信号处理700可以使用光学和计算技术的组合来校正相位干扰和噪声，这些技术可以例如包括机器学习技术。
[0097]
使用学习方法，从发射器系统504到空间相干检测器508的路径被视为要建模的通道。可以根据要学习的反转通道失真效应的函数(例如逆传递函数)对通道进行建模。这种函数的输入是通过空间相干检测测量的输出光束的失真场(相位和幅度)，而这种函数的输出是输入光束的未失真场(相位和幅度)。给定足够数量的训练示例，即(扭曲的输出场，干净的输入场)对，可以训练一个模型来逼近这个反函数，即，当给定一个扭曲的输出场(相位和幅度)作为输入时，训练的模型将大致恢复原始输入字段。因为这样的模型能够从足够的训练示例集进行泛化，所以情况就是这样，即使模型在训练期间没有遇到那种精确形式的失真输出场。例如，输出和输入字段可以表示为卷积神经网络(cnn)的输入和输出张量，并且cnn可以在损失函数上进行训练，对于每个训练示例，该损失函数会惩罚输出张量之间的差异(如通过将cnn应用于该训练示例的输入张量生成)和该训练示例的已知相应输入字段。如将理解的，这种方法不仅可以应用于全息存储，而且可以应用于输出场展现出波导失真的任何环境，只要可以收集这样的训练示例。
[0098]
尽管在全息存储的上下文中进行了描述，但是这种信号处理700与空间相干检测的组合的使用在这方面不受限制，并且可以应用于其他上下文，诸如光通信或光学计算，或任何其他上下文(接收到的输出光束容易受到一个或多个波导网络中引入的失真的影响)。
[0099]
图7示出了被布置成基本上反转图6b的入耦光学器件608的效果的出耦光学器件715，即将每个传播模式解析为基本上是空间相干检测器508平面内的单个点。同样，这不是必需的，并且对于图6b的备选发射系统，可以省略出耦光学器件715。
[0100]
尽管未在图6a或图6b中描绘，但在数字图像被调制到输入光束104之前，可以对数字图像应用某种级别的预处理。这可以降低检测器侧所需的补偿程度。即使使用这样的预处理，也可以应用一定量的检测器侧处理，以考虑不同通道之间的不同失真效应。
[0101]
动态调度
[0102]
图8示出了控制器，其形式为调度器800，其可以在上述类型的全息存储系统内调
度读取和写入操作。为了促进有效的调度，介质108内或每片段介质108a、108b内的子卷被分配唯一地址。这提供了一种可寻址全息存储形式，类似于更传统的可寻址电子存储形式。然而，与传统寻址相比，存在许多区别。
[0103]
首先，如上所述，单个子卷可以存储多个不同参考光束角度的全息图。为了适应这一点，每个地址唯一地对应于结合特定参考光束方向的特定子卷，即，每个可用元组被分配一个唯一地址，其中表示介质102内的特定子卷或其中一片段介质102a、102b和表示特定的参考光束方向(例如，定义光束方向的一个角度或多个角度的集合；术语“角度”可以用作指代参考光束方向的简写，尽管将可以理解，该方向实际上可以根据系统的配置由多个角度来定义)。因此，子卷可能与可能大量的地址相关联，对应于不同的参考光束角度。元组定义了一个逻辑存储位置，多个逻辑存储位置在物理级别由不同参考光束角度的相同子卷提供。每个逻辑存储位置都有一个唯一的地址(addr)。该符号被用作表示与子卷和参考光束角度对应的地址的简写，尽管应该理解这并不意味着地址的任何特定表示。可以使用唯一标识这种性质的逻辑存储位置的任何地址空间和寻址机制。
[0104]
其次，与传统存储相比，每个逻辑存储位置都可以存储整个图像，因此单个逻辑存储位置可以潜在地存储大量(例如，数千或数百万)位。
[0105]
调度器800在逻辑存储级别操作并且在适当的时间间隔内调度与不同地址有关的收入读取和写入操作。
[0106]
参考标号804、806和808分别用于表示输入波导网络、参考波导网络和输出光波导网络。如上所述，每一个都是单波导网络或多波导网络(例如，如图5所示)，具有一个或多个可配置的引导元件(例如，sbg或其他有源开关元件)，可用于创建通向不同片段(或多片段)全息存储介质的卷的子卷的通道卷。
[0107]
在调度与特定地址有关的写入操作的时间间隔期间(写入时间间隔)，输入波导网络804和参考波导网络806内的引导元件被设置为分别通过输入网络804和参考网络806针对输入光束104和参考光束106创建发射器系统504到相应的子卷的通道分别卷；另外，参考光束操控元件612被设置为将参考光束106在相应方向上引导到参考网络806中。这导致以参考光束角在子卷内创建所需的干涉图案，这反过来又导致该干涉图案被持久地存储为全息图，前提是子卷暴露于干涉图案足够长的持续时间。
[0108]
在调度与特定地址有关的读取操作的间隔期间(写入间隔)，参考网络806和输出808内的引导元件被类似地设置为通过参考网络806针对参考光束116创建到子卷的通道卷以及通过输出网络808针对输出光束108创建从子卷到检测器508的通道；参考光束操控612类似地设置为将参考光束116在相应方向上引导到参考网络806中，以便在子卷和参考光束角度读取预期的全息图。
[0109]
备选波导网络：
[0110]
图10a和图10b示出了备选系统，其中空间复用通过调制输入和参考光束104、106、116的一个或多个光学特性来实现。在这样的系统中，可以使用无源(不可切换)引导元件代替前面图中的有源(可切换)引导元件。
[0111]
图10a的示例考虑了频率(或等效地，波长)调制。在这种情况下，(多个)光导管本身(它们本身)可以是无源的，具有静态波长相关的出耦(例如连续更长通二向色干涉滤波器，或变化的中心波长带通滤波器)。
[0112]
图11a示出了具有外表面1100-s的光导管1100，多个无源滤光器1100-1、1100-2沿该外表面放置。除了滤波器1100-1、1100-2代替sbg 300-1、300-2这一事实之外，光导管1100的配置与图3a-图3d的配置相同。滤波器1100-1、1100-2具有不同的频率响应(即它们用作频率滤波器)。更具体地，每个滤波器1100-1、1100-2对于相对窄的光频率范围基本上是透射的，并且对于该范围之外的频率基本上是反射的。图11a示出了具有在第二滤波器1100-2的范围内但在第一滤波器1100-1的范围之外的频率的入耦光束1104。因此，光束1104从前者反射，但通过后者传输(从而在该位置离开光导管1100)。图11b示出了不同频率的光束1104'，现在在第一滤波器1100-1的范围内，因此通过第一滤波器1100-1传输。
[0113]
这样的光导管1100可以用来代替上述的有源光导管，并且以上描述同样适用于系统的以下修改。
[0114]
图10a示出了调度器800通信地耦合到发射器系统的激光器600，用于改变输入光束104和参考光束106、116的频率(或等效地，波长)。在这种情况下，任一光束可以被引导到通过相应地设置频率来获得期望的全息存储区域。不同的光束频率现在对应于通过波导网络的不同路径(由无源滤波器的不同频率特性定义)，并且可以将频率设置为对应于任何所需的路径。
[0115]
在这种情况下，波长被用作切换维度。激光器600是用作有源元件的可快速调谐的激光器。
[0116]
在这样的实现中，切换可以仅在一个空间维度中(即，沿着单个管道)。然而，使用具有足够范围和线窄的激光器，第一光导管可以粗略地滤波(即在相对较宽的波长范围内)，随后的光导管可以更精细地采样(即在较窄的波长范围内)。限制线的另一因素是需要相对较长的相干长度，因此线在任何情况下都可能足够窄。为了实现将输入字段复制到全息存储上下文中的2d输出空间中的可寻址位置，该实现可以例如与使用不同可切换参数(例如，极化)的第二实现相结合。
[0117]
在读取操作的情况下，输出光束108的频率将与用于读取特定子卷的参考光束116的频率相匹配，并且可以应用相同的原则使用输出波导网络808中的合适滤波器将其引导回检测器。
[0118]
图10b示出了具有可控偏振元件601的这种实现的示例，其可用于改变输入光束104和参考光束106、116的偏振。这可以与光导管上或光导管内的无源偏振滤波器组合。这可以作为图10a的示例中的无源频率滤波器的备选或补充来实现。这种偏振调制将提供两条独立的路径，并且可以有效地组合，例如，具有无源波长滤波和/或(多个)有源光导管。光束的偏振调制也可以与(多个)有源偏振滤波器组合。
[0119]
请注意，上述所有各种“无源”和“有源”实现可以单独或组合实现，例如，可以使用有源和无源引导元件的组合。也就是说，波导可以同时具有无源和有源元件和/或有源和无源波导可以组合在同一网络中。
[0120]
其他层级：
[0121]
上述示例考虑了具有父波导和子波导两个层次“级别”的波导网络。然而，多波导网络可以具有三个级别(父级、子级、孙级)或更多。请注意，术语“子”、“父”和“祖父”不一定暗示直接的层次关系，即术语子或孙可以分别指代低于父波导或子波导的任何层次级别的任何波导；也就是说，子/孙波导可以光耦合到父/子波导，而不仅仅是通过例如空中接口
(直接后代)，但也通过其一个或多个其他子/孙波导(间接后代)。
[0122]
图12示出了具有三个层次结构的波导网络示例。父波导1200具有以上述方式光学耦合到其的两个直接子波导网络1202a、1202b，并且那些子波导1202a/1202b中的每个具有两个以相同的方式与其光学耦合的孙网络1204a-a、1204a-b/1204b-a、1204b-b。
[0123]
极端的示例是“二叉树”架构，其中每个波导正好有两个直接子代，可能有超过三个级别的波导。然而，在实践中，也可能存在这样的情况，即最好增加直接子代的数量以减少所需的层级数量。
[0124]
图8、图10a和图10b中所示的调度器800是系统的功能组件。类似地，编码器610、解码器704和信号处理组件700是功能组件。此类组件可以在软件中实现(即作为在一个或多个可编程硬件处理器(诸如cpu、加速器，例如gpu等)上执行的程序代码)，或使用其他形式的处理器硬件(诸如现场可编程门阵列和/或专用集成电路)。信号处理组件700执行的信号处理可以是模拟或数字信号处理，或它们的任意组合。这样的程序代码和其他数据(例如通道模型702)可以被编码在计算机可读存储中。计算机可读存储的示例包括光学、磁性和/或固态存储，其中代码、数据等可以以非暂时性形式存储。这与诸如暂时性信号载体的暂时性介质形成对比。
[0125]
本文的第一方面提供了一种光学数据传输系统，包括：光束调制器，被配置为将数据集嵌入到输入光束中；输入波导网络，由一个或多个多模光波导形成，输入波导网络具有用于接收输入光束的入耦区域，输入波导网络配置为将输入光束引导到输入波导的出耦区域网络；空间相干检测器，被配置为在多个位置测量输出光场的相位和幅度，输出光场至少部分地由输入光束限定，因此展现出至少部分地由输入光束穿过输入波导网络的传递引起的失真效应；至少一个处理器，耦合到空间相干检测器并配置为对空间相干检测器的输出应用信号处理，以补偿所述失真效应，从而从空间相干检测器的输出中恢复嵌入在输入光束中的数据集。
[0126]
在实施例中，光学数据传输系统可以包括至少一个全息记录区域，输入波导网络被配置为将输入光束引导到全息记录区域，以用于经由输入光束与参考光束之间的干涉将嵌入的数据存储在该区域内记录的图案中，输出光场随后经由记录的图案与参考光束之间的干涉被创建，以便从该全息记录区域读取嵌入的数据。
[0127]
光学数据传输系统可以被配置为通过以下之一将参考光束引导到全息记录区域：输入波导网络，以及由一个或多个另外的多模光波导形成的参考波导网络，其中由参考光束穿过输入波导网络或参考波导网络的传递也可以对由信号处理补偿的所述失真效应有所贡献。
[0128]
光学数据传输系统可以被配置为通过一个或多个另外的多模光波导形成的输入波导网络、以上参考波导网络和输出波导网络之一将至少部分地由输入光束限定的输出光束引导到空间相干检测器，其中输出光束穿过输入波导网络、参考波导网络或输出波导网络的传递也可以对由信号处理补偿的所述失真效应有所贡献。
[0129]
输入波导网络、以上参考波导网络和以上输出波导网络中的至少一个可以包括至少一个引导元件，该引导元件可配置和/或响应于至少一个光束特性，从而可以实现不同的通道选择通过重新配置至少一个引导元件和/或调制至少一个波束特性来用于至少一个波导网络，其中至少一个处理器可以被配置为根据与输出光场相关联的通道选择来应用所述
信号处理。
[0130]
至少一个处理器可以被配置为从与不同通道选择对应的多个通道模型中选择与相关联通道选择对应的通道模型，并且根据所选择的通道模型应用信号处理。
[0131]
每个通道模型可以包括针对相应通道选择学习的信号处理参数集。
[0132]
本文的第二方面提供了一种光学数据传输系统，包括：光束调制器，被配置为将数据集嵌入输入光束中；空间相干检测器，并被配置为在多个位置测量输出光束的光场的相位和幅度，输出光束至少部分地由输入光束限定；输出波导网络，由一个或多个多模光波导形成，输出波导网络具有用于接收输出光束的入耦区域，并且被配置为将输出光束引导到输出波导网络的出耦区域以用于在空间相干检测器处接收；至少一个处理器，耦合到空间相干检测器并被配置为对空间相干检测器的输出施加信号处理，以补偿至少部分由输出光束穿过输出波导网络的传递引起的失真效应，从而从空间相干检测器的输出、嵌入在输入光束中的数据集中恢复。
[0133]
光学数据传输系统可以包括多个全息记录区域，输出光波导网络具有至少一个引导元件，该引导元件可配置和/或响应于至少一个光束特性，通过重新配置至少一个引导元件和/或调制至少一个光束特性以将输出光束从选定的全息记录区域引导到空间相干检测器，使用相同的空间相干检测器，使得可以选择从多个全息记录区域中的任何一个读取，其中至少一个处理器被配置为根据正被读取的全息记录区域应用所述信号处理。
[0134]
每个全息记录区域可以与至少一个通道模型相关联，并且至少一个处理器可以被配置为使用与正被读取的全息记录区域相关联的通道模型来应用所述信号处理。
[0135]
每个全息记录区域可以具有至少一个逻辑地址，并且通道模型可以基于与当前读取操作相关联并且识别正被读取的全息记录区域的逻辑地址被选择。
[0136]
光学数据传输系统可以被配置为通过以下之一将参考光束引导至选定的全息记录区域之一：输出波导网络，以及由一个或多个另外的多模光波导形成的参考波导网络，其中参考光束穿过输出波导网络或参考波导网络的传递也可以对由信号处理补偿的所述失真效应有所贡献。
[0137]
光学数据传输系统可以被配置为通过以下之一将输入光束引导到选定的全息记录区域之一：输出波导网络，以及由另外一个或多个多模光波导形成的输入波导网络，其中输入光束穿过输出波导网络或输入波导网络的传递可以对由信号处理补偿的所述失真效应有所贡献。
[0138]
本文的第三方面提供了一种光学数据传输系统，包括：光束调制器，被配置为将数据集嵌入到输入光束中；空间相干检测器，被配置为测量输出光场多个位置的相位和幅度，输出光场至少部分地由输入光束和参考光束限定；参考波导网络，由一个或多个多模光波导形成，参考波导网络具有用于接收参考光束的入耦区域，参考波导网络被配置为将参考光束引导到参考波导网络的出耦区域用于定义输出光场；至少一个处理器，耦合到空间相干检测器并被配置为对空间相干检测器的输出应用信号处理，以补偿至少部分由参考光束穿过参考波导网络的传递引起的失真效应，从而从空间相干检测器的输出中恢复嵌入输入光束中的数据集。
[0139]
光通信系统或光计算系统可以包括至少一个这样的光数据传输系统。
[0140]
在以上特定实施例中，可以使用如下所述的(多个)波导网络。
[0141]
多模光波导网络可以包括：父波导；以及多个子波导；其中父波导和子波导中的每个是多模光波导，具有第一表面区域、多个第二表面区域和附接到波导表面或嵌入波导内的至少一个引导元件，第二表面区域中的每个父波导光学耦合到相应的一个子波导的第一表面区域；并且其中父波导的至少一个引导元件被布置成将来自其第一表面区域的光束引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将来自其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域的光束引导到其第一表面区域，所述光束被耦合到或接收自其第一表面区域通过父波导的第二表面区域和对应子波导的第一表面区域光学耦合到父波导的第二表面区域的对应子波导，每个子波导的至少一个引导元件被布置成将光束从其第一表面区域引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将光束从其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域引导到其第一表面区域，其中每个波导的至少一个引导元件可配置用于选择该波导的第二表面区域和/或响应于至少一种光束特性，以用于通过调制至少一个光束特性选择该波导的第二表面区域。
[0142]
多模光波导网络可以包括多个孙波导，每个孙波导是多模光波导，具有第一表面区域、多个第二表面区域和附接到孙波导的表面或嵌入孙波导内的至少一个引导元件，每个子波导的每个第二表面区域被光学耦合到相应一个孙波导的第一表面区域；其中每个孙波导的至少一个引导元件可以被布置为将光束从其第一表面区域引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将光束从其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域引导到其第一表面区域，通过孙波导的第一表面区域和子波导的第二表面区域与其光学耦合，光束被入耦或出耦该孙波导，每个孙波导的至少一个引导元件可配置用于选择该孙波导的第二表面区域和/或响应于至少一个光束特性，用于通过调制至少一个光束特性来选择该孙波导的第二表面区域。
[0143]
每个波导可以具有至少一个可配置用于选择该波导的第二表面区域的有源引导元件。
[0144]
每个波导可以具有响应于至少一个光束特性的至少一个引导元件，用于经由调制至少一个光束特性来选择该波导的第二表面区域。
[0145]
至少一个波导可以具有至少一个可配置用于选择该波导的第二表面区域的有源引导元件，并且至少另一波导可以具有响应于至少一个光束特性的至少一个引导元件，用于通过调制至少一个光束特性来选择另一波导的第二表面区域。
[0146]
父波导之一和子波导之一可以具有至少一个波长响应引导元件，使得第一波长范围内的光束从其第一表面区域被引导到第一子波导或孙波导或从第一子波导或孙波导被引导到其第一表面区域第一，并且使得第二波长范围内的光束从其第一表面区域被引导到第二子波导或孙波导或从第二子波导或孙波导被引导到其第一表面区域；其中第一子波导或孙波导可以具有至少一个波长响应引导元件，使得在第一波长范围的第一子范围内的光束从其第一表面区域被引导到其第二表面区域或从其第二表面区域被引导到其第一表面区域，并且使得第一波长范围的第二子范围内的光束从其第一表面区域被引导至其另一第二表面区域或从其另一第二表面区域被引导到其第一表面区域；并且其中第二子波导或孙波导可以具有至少一个波长-响应引导元件，使得在第二波长范围的第一子范围内的光束从其第一表面区域被引导其第二表面区域中的一个或从其第二表面区域中的一个被引导到其第一表面区域，并且使得在第二波长范围的第二子范围内的光束从其第一表面区域被
引导到其另一第二表面区域或从其另一第二表面区域被引导到其第一表面区域。
[0147]
有源引导元件或每个有源引导元件可以具有以下至少之一：可配置的透射率或反射率，或可配置的折射率。
[0148]
有源引导元件或每个有源引导元件可以是可切换的光栅或光栅区域。
[0149]
引导元件中的至少一个可以是具有固定或可配置的波长响应和/或固定或可配置的偏振轴的波长和/或偏振滤波器。
[0150]
至少一个波导可以具有两个或更多个引导元件和三个或更多个第二表面区域，可以通过配置两个或更多个引导元件中的一个或两个和/或调制至少一个光束特性来选择任何一个波导。
[0151]
包含这种(多个)波导网络的光学系统可以包括：第一光学系统组件；多个第二光学系统组件；根据任何上述方面或实施例的至少一个多模光波导网络，该多模光波导网络被布置成将光束从第一光学系统组件引导到多个第二光学系统组件的任何选定的第二光学系统组件或将光束从多个第二光学系统组件的任何选定的第二光学系统组件引导到第一光学系统组件；控制器，被配置为选择多个第二光学系统组件中的第二光学系统组件，并通过配置多模光波导网络的引导元件的中至少一个和/或调制至少一个光束特性使光束从被引导到选定的第二光学系统组件或从选定的第二光学系统组件被引导到第一光学系统组件。
[0152]
第一系统组件可以包括：发射器系统，光束从该发射器系统发射并被引导到选定的第二系统组件，或检测器阵列，光束从选定的第二系统组件被引导到该检测器阵列。
[0153]
光学系统可以包括一种或多种全息记录介质，其中第二系统光学组件中的至少一些可以是一种或多种全息记录介质的相应子卷。
[0154]
光学系统可以包括根据以上方面或实施例中的任何一个的第二多模光波导网络，并且控制器可以被配置为通过配置第二多模光波导网络的引导元件中的至少一个和/或调制至少一个光束特性，使第二光束从第一光学系统组件被引导到相同选择的第二光学系统组件或使第二光束从相同选择的第二光学系统组件被引导到第一光学系统组件。
[0155]
光学系统可以包括根据以上方面或实施例中的任何一个的第三多模光波导网络，并且控制器可以被配置为通过配置第三多模光波导网络的引导元件中的至少一个和/或调制至少一个光束特性，使第三光束从第一光学系统组件被引导到相同选择的第二光学系统组件或使第三光束从相同选择的第二光学系统组件被引导到第一光学系统组件。
[0156]
在例如在光通信或光计算上下文中，第一和/或第二光学系统组件的至少一个光学系统组件可以包括：信号转换器，被配置为将光束转换为电信号或反之亦然，或者光学处理器。
[0157]
在以上特定实施例中，可以使用如下所述的(多个)波导网络。
[0158]
多模光波导网络可以包括：父波导；以及多个子波导；其中父和子波导中的每个是多模光波导，具有第一表面区域、多个第二表面区域和附接到波导表面或嵌入波导内的至少一个引导元件，第二表面区域中的每个父波导光学耦合到相应的一个子波导的第一表面区域；并且其中父波导的至少一个引导元件被布置成将光束从其第一表面区域引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将光束从其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域引导到其第一表面区域，所述光束被耦合到相应的子波导或从相应的子波
导被接收，该子波导的第一表面区域通过父波导的第二表面区域和相应的子波导的第一表面区域光学耦合到父波导的第二表面区域，每个子波导的至少一个引导元件被布置成将光束从其第一表面区域引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将光束从其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域引导到其第一表面区域，其中每个波导的至少一个引导元件可配置用于选择该波导的第二表面区域和/或响应于至少一种光束特性，用于通过调制至少一个光束特性来选择该波导的第二表面区域。
[0159]
多模光波导网络可以包括多个孙波导，每个孙波导是多模光波导，具有第一表面区域、多个第二表面区域和附接到孙波导的表面或嵌入孙波导内的至少一个引导元件，每个第二表面区域中的每个子波导被光学耦合到孙波导中的相应一个的第一表面区域；其中每个孙波导的至少一个引导元件可以被布置为将光束从其第一表面区域引导到其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域或将光束从其多个第二表面区域的任何选定的第二表面区域引导到其第一表面区域，通过孙波导的第一表面区域和子波导的第二表面区域与其光学耦合，光束被入耦或出耦该孙波导，每个孙波导的至少一个引导元件可配置用于选择该孙波导的第二表面区域和/或响应于至少一个光束特性，用于通过调制至少一个光束特性来选择该孙波导的第二表面区域。
[0160]
每个波导可以具有至少一个可配置用于选择该波导的第二表面区域的有源引导元件。
[0161]
每个波导可以具有至少一个引导元件，响应于至少一种光束特性，用于通过调制至少一种光束特性来选择该波导的第二表面区域。
[0162]
至少一个波导可以具有至少一个有源引导元件，可配置用于选择该波导的第二表面区域，并且至少另一波导可以具有至少一个引导元件，响应于至少一种光束特性，用于通过调制至少一种光束特性来选择另一波导的第二表面区域。
[0163]
父波导之一和子波导之一可以具有至少一个波长响应引导元件，使得第一波长范围内的光束从其第一表面区域被引导到第一子波导或孙波导或从第一子波导或孙波导被引导到其第一表面区域，并且使得第二波长范围内的光束从其第一表面区域被引导到第二子波导或孙波导或从第二子波导或孙波导被引导到其第一表面区域；其中第一子波导或孙波导可以具有至少一个波长响应引导元件，使得第一波长范围的第一子范围内的光束从其第一表面区域被引导到其第二表面区域或从其第二表面区域被引导到其第一表面区域，并且使得第一波长范围的第二子范围内的光束从其第一表面区域被引导至其另一第二表面区域或从其另一第二表面区域被引导至其第一表面区域；并且其中第二子波导或孙波导可以具有至少一个波长-响应引导元件，使得在第二波长范围的第一子范围内的光束从其第一表面区域被引导到其第二表面区域或从其第二表面区域被引导到其第一表面区域，并且在第二波长范围的第二子范围内的光束从其第一表面区域被引导到其另一第二表面区域或从其另一第二表面区域被引导到其第一表面区域。
[0164]
有源引导元件或每个有源引导元件可以具有以下至少之一：可配置的透射率或反射率，或可配置的折射率。
[0165]
有源引导元件或每个有源引导元件可以是可切换的光栅或光栅区域。
[0166]
引导元件中的至少一个可以是具有固定或可配置的波长响应和/或固定或可配置的偏振轴的波长和/或偏振滤波器。
[0167]
至少一个波导可以具有两个或更多个引导元件和三个或更多个第二表面区域，可以通过配置两个或更多个引导元件中的一个或两个和/或调制至少一种光束特性来选择其中的任何一个。
[0168]
包含这种(多个)波导网络的光学系统可以包括：第一光学系统组件；多个第二光学系统组件；根据任何以上方面或实施例的至少一个多模光波导网络，该多模光波导网络被布置成将光束从第一光学系统组件引导到多个第二光学系统组件的任何选定的第二光学系统组件或将光束从多个第二光学系统组件的任何选定的第二光学系统组件引导到第一光学系统组件；以及控制器，被配置为选择多个第二光学系统组件中的第二光学系统组件，并通过配置多模光波导网络的引导元件中的至少一个和/或调制至少一个光束特性，使光束从第一光学系统组件被引导到选择的第二光学系统组件或从选择的第二光学系统组件被引导到第一光学系统组件。
[0169]
第一系统组件可以包括：发射器系统，光束从该发射器系统发射并被引导到选定的第二系统组件，或检测器阵列，光束从选定的第二系统组件被引导到检测器阵列。
[0170]
光学系统可以包括一种或多种全息记录介质，其中第二系统光学组件中的至少一些可以是一种或多种全息记录介质的相应子卷。
[0171]
光学系统可以包括根据以上方面或实施例中的任何一个的第二多模光波导网络，并且控制器可以被配置为通过配置第二多模光波导网络的引导元件中的至少一个和/或调制至少一个光束特性，使第二光束从第一光学系统组件被引导到相同选择的第二光学系统组件或从相同选择的第二光学系统组件被引导到。
[0172]
光学系统可以包括根据以上方面或实施例中的任何一个的第三多模光波导网络，并且控制器可以被配置为通过配置第三多模光波导网络的引导元件中的至少一个和/或调制至少一个光束特性，使第三光束从第一光学系统组件被引导到相同选择的第二光学系统组件或从相同选择的第二光学系统组件被引导到第一光学系统组件，。
[0173]
在例如在光通信或光计算上下文中，第一和/或第二光学系统组件的至少一个光学系统组件可以包括：信号转换器，被配置为将光束转换为电信号或反之亦然，或者光学处理器。
[0174]
请注意，以上实施例仅通过示例的方式进行描述。一旦给出本文的公开，所公开技术的其他变体或用例可以对该领域的技术人员变得显而易见。公开的范围不受所描述的实施例的限制，而仅受所附的权利要求的限制。