[发明专利]用于在远程通信中进行光束路由的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于采用全息技术在远程通信装置中路由光束的方法和设备。在特定方面中，本发明涉及在LCOS(硅上液晶)装置上显示相息图。 

背景技术

全息技术，特别是相息图(纯相位全息图)在远程通信中的使用带来了特有的问题，特别是由于与显示应用相比的高信噪比(SNR)/低串扰要求。例如，在显示应用中，噪声/串扰的水平可以约为1∶300，而在远程通信装置中，噪声/串扰的水平可以约为1∶10000。可能出现的其它特有问题如下： 

·在1.5微米的长波长处的操作使得厚液晶层(与可见光装置相比)的使用变得必要，从而使得液晶中的像素阵列图案的精确再现更加困难。 

·需要高的衍射效率和非常低的串扰。 

·与通过照相平版印刷过程产生的固定相息图相比，在LCOS装置上呈现的可重构动态像素化相息图存在特有的问题。所述相息图具有相对较大的像素尺寸，像素阵列的尺寸受到限制，并且所述相息图遭受与液晶层相关的假象。 

·在一些情况中，需要相对快速地计算像素图案以例如用于适应地调整光束或构造新的切换结构。 

可以在US5,617,227；US5,416,616；WO03/021341；US7,457,547；J.S.Liu和M.R.Taghizadeh的论文″Iterative algorithm for the design of diffractive phase elements for laser beam shaping″(OPTICS LETTERS，2002年8月15日，Vol.27，No.16，第1463页)；Georgiou A.G.等人的论文″Hologram Optimisation Using Liquid Crystal Modelling″(Molecular Crystals and Liquid Crystals，2005，vol 434，第511-526页)；和“Fresnel ping-pong  algorithm for two-plane computer-generated hologram display”(APPLIED OPTICS，1994年2月10日，Vol.33，No.5，第869页)中获得背景技术。 

发明内容

根据本发明，因此提供了一种LCOS(硅上液晶)远程通信光束路由装置，光束路由装置包括：光学输入；多个光学输出；位于所述光学输入和所述光学输出之间的光路中的LCOS空间光调制器(SLM)，所述LCOS空间光调制器用于显示相息图；数据处理器，所述数据处理器耦合至所述SLM，被配置以提供用于在所述SLM上显示所述相息图的相息图数据；其中所述相息图数据限定相息图，所述相息图将来自所述光学输入的光束路由至选定的所述光学输出；其中所述数据处理器被配置以输入用于限定所述选定的光学输出的路由数据并响应于所述路由数据计算用于路由所述光束的所述相息图数据；并且其中所述数据处理器被配置以通过下述方式计算所述相息图数据：确定所述相息图的初始相位图案；计算所述相位图案的重放场；修改所述重放场的振幅分量以表示用于所述光束路由的目标重放场，保持所述重放场的相位分量以提供经过更新的重放场；对所述经过更新的重放场执行空间频率转换以确定用于所述相息图的经过更新的相位图案；重复所述重放场的所述计算和更新以及所述空间频率转换的所述执行，直到用于显示的所述相息图被确定为止；以及输出用于显示在所述LCOS SLM上的所述相息图数据。 

在实施例中，采用上述过程即使在具有大量输出和/或其中全息图具有大量像素的系统中也使得能够进行实时相息图计算。例如，可以在几十毫秒内计算相息图，特别是在其中将空间频率转换执行为硬件快速傅里叶变换时。该过程的实施例还便于将多种附加技术用于减少串扰和改善信噪比，这对远程通信来说是重要的。 

因此，在一种优选实施例中，数据处理器被配置为在计算相位图案的重放场之前响应于限定LCOS空间光调制器的响应的模型的数据修改所述相息图的所述相位图案。一般地说，这使得能够进行快速的计算，其中物理液晶材料的响应被建模，使得可以在相息图计算过程的一个或多个后续迭代中校正不理想的响应。这便于提供更精确的信息和减少串扰。在 Georgio等人(同上)中描述的用于补偿液晶的相位响应的过程，并且在这里也可以采用这种过程。