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具有高频多模式通信能力的电子设备的制作方法

具有高频多模式通信能力的电子设备
1.本专利申请要求2022年5月27日提交的美国专利申请no.17/827,120以及2021年9月21日提交的美国临时专利申请no.63/246,719的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线电路的电子设备。

背景技术：

3.电子设备可具备无线能力。具有无线能力的电子设备具有包括一个或多个天线的无线电路。无线电路用于使用由天线传送的射频信号执行通信。
4.由于电子设备上的软件应用程序随着时间变得更加数据密集，因此对支持以更高数据速率进行无线通信的电子设备的需求已经增加。然而，由电子设备支持的最大数据速率受到射频信号的频率的限制。另外，可能期望电子设备能够使用多个数据流进行通信并且/或者一次与多个外部设备进行通信。

技术实现要素：

5.无线通信系统可包括中央光学处理器和接入点。该中央光学处理器可在光纤上生成光学信号。该光学信号可包括光学本地振荡器(lo)信号，以及在频率上与该光学lo信号偏移的一个或多个载波。该中央光学处理器可调制该光学信号的横向光学模式、轨道角动量、偏振和/或载波频率的不同组合以同时传送相应无线数据流。这些横向光学模式、该轨道角动量、该偏振和该载波频率的正交性可允许许多无线数据流被调制到该光学信号上并且在该光纤上被独立于彼此同时发射和传播，以用于发射到一个或多个外部设备。
6.可通过光纤向接入点提供该光学信号。该光学信号可在接入点处照亮光电二极管。每个光电二极管可使用天线辐射元件基于光学lo信号和光学信号的横向光学模式、轨道角动量、偏振和/或载波频率的相应组合来产生无线信号。换句话说，每个光电二极管可发射承载无线数据流中的相应无线数据流的无线信号。无线信号可处于由光学lo信号的频率和对应的载波频率之间的差确定的频率。例如，可以大于或等于100ghz的频率来发射无线信号。
7.本公开的一个方面提供了一种通信系统。该通信系统可包括光学部件，这些光学部件被配置为生成光学信号，该光学信号具有调制到该光学信号的第一横向模式上的第一数据流，并且具有调制到该光学信号的第二横向模式上的第二数据流，该第二横向模式与该第一横向模式正交。该通信系统可包括光源，该光源被配置为将光学本地振荡器(lo)信号添加到该光学信号。该通信系统可包括第一天线辐射元件。该通信系统可包括耦接到第一天线辐射元件的第一光电二极管，该第一光电二极管被配置为通过第一天线辐射元件基于光学lo信号和光学信号的第一横向模式来发射第一无线信号。该通信系统可包括第二天线辐射元件。该通信系统可包括耦接到第二天线辐射元件的第二光电二极管，该第二光电
二极管被配置为通过第二天线辐射元件基于光学lo信号和光学信号的第二横向模式来发射第二无线信号。
8.本公开的一个方面提供了一种通信系统。该通信系统可包括光纤。该通信系统可包括光学部件，这些光学部件被配置为在光纤上生成光学信号，该光学信号具有调制到该光学信号上的第一数据流和第二数据流，该第一数据流由该光学信号的第一轨道角动量承载，并且该第二数据流由该光学信号的第二轨道角动量承载，该第二轨道角动量与该第一轨道角动量相反。该通信系统可包括光源，该光源被配置为在该光学信号中生成光学本地振荡器(lo)信号。该通信系统可包括第一天线辐射元件。该通信系统可包括耦接到第一天线辐射元件的第一光电二极管，该第一光电二极管被配置为通过第一天线辐射元件基于光学lo信号和光学信号的第一轨道角动量来发射第一无线信号。该通信系统可包括第二天线辐射元件。该通信系统可包括耦接到第二天线辐射元件的第二光电二极管，该第二光电二极管被配置为通过第二天线辐射元件基于光学lo信号和光学信号的第二轨道角动量来发射第二无线信号。
9.本公开的一方面提供了一种操作通信系统的方法。该方法可包括将第一无线数据流调制到处于载波频率的光学信号的第一横向模式上。该方法可包括将第二无线数据流调制到处于载波频率的光学信号的第二横向模式上，该第二横向模式与该第一横向模式正交。该方法可以包括：利用一个或多个光纤，使用光学信号的第一横向模式和光学本地振荡器(lo)信号照亮第一光电二极管，并且使用该光学信号的第二横向模式和该光学lo信号照亮第二光电二极管。该方法可包括：利用第一光电二极管，通过第一天线辐射元件使用光学信号的第一横向模式和光学lo信号以大于或等于100ghz的频率将第一无线数据流发射到第一设备。该方法可包括：利用第二光电二极管，通过第二天线辐射元件使用光学信号的第二横向模式和光学lo信号以该频率将第二无线数据流发射到第二设备。
附图说明
10.图1为根据一些实施方案的具有带有至少一个天线的无线电路的例示性电子设备的框图，该至少一个天线传送处于大于约100ghz的频率的无线信号。
11.图2为根据一些实施方案的基于光学本地振荡器(lo)信号发射处于大于约100ghz的频率的无线信号的例示性天线的顶视图。
12.图3为根据一些实施方案的示出图2所示类型的例示性天线可如何基于光学lo信号将处于大于约100ghz的频率的接收的无线信号转换为中频信号的顶视图。
13.图4为根据一些实施方案的示出图2和图3所示类型的多个天线可如何堆叠以覆盖多个偏振的顶视图。
14.图5为示出可如何将图4所示类型的堆叠天线集成到相控天线阵列中以用于在对应信号波束内传送处于大于约100ghz的频率的无线信号的顶视图。
15.图6为根据一些实施方案的具有天线的例示性无线电路的电路图，该天线发射处于大于约100ghz的频率的无线信号并且接收处于大于约100ghz的频率的无线信号，以用于转换到中频，然后转换到光域。
16.图7为根据一些实施方案的在对应信号波束内传送处于大于约100ghz的频率的无线信号的例示性相控天线阵列的电路图。
17.图8为示出根据一些实施方案的例示性中央光学控制器可如何向一个或多个接入点提供光学信号的图，该一个或多个接入点以大于约100ghz的频率传送多个无线信号流。
18.图9为根据一些实施方案的传播具有不同横向光学模式的光学信号的例示性光纤的图。
19.图10为根据一些实施方案的产生光学信号的例示性中央光学控制器的图，这些光学信号具有不同横向光学模式，以用于同时通过同一光纤传送不同的无线数据流。
20.图11为根据一些实施方案的例示性光学信号的信号功率与频率的函数关系的绘图，该例示性光学信号具有多个横向光学模式，以用于传送不同的无线数据流。
21.图12为根据一些实施方案的可使用具有不同横向光学模式的光学信号来传送无线信号的一个例示性接入点的图。
22.图13为示出根据一些实施方案的例示性光学信号可如何设置有不同轨道角动量以用于同时传送不同的无线数据流的图。
23.图14为根据一些实施方案的例示性操作的流程图，这些例示性操作可涉及使用具有不同正交特征的光学信号以大于或等于约100ghz的频率传送多个无线数据流。
具体实施方式
24.图1的电子设备10(在本文中有时被称为电-光学设备10)可以是：计算设备，诸如膝上型计算机、台式计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备；较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、嵌入在眼镜中的设备、护目镜；或者佩戴在用户头部上的其他装备；或者其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备安装在信息亭或汽车中的系统)、连接无线互联网的语音控制的扬声器、家庭娱乐设备、遥控设备、游戏控制器、外围用户输入设备、无线或接入点、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的装备；或者其他电子装备。-25.如图1中的功能框图所示，设备10可包括位于电子设备外壳诸如外壳12上或其内的部件。外壳12(有时可以称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝、金属合金等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部分或全部可由介电或其他低电导率材料(例如，玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
26.设备10可包括控制电路14。控制电路14可包括存储装置，诸如存储电路16。存储电路16可包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。存储电路16可包括集成在设备10内的存储装置和/或可移动存储介质。
27.控制电路14可包括处理电路，诸如处理电路18。处理电路18可用于控制设备10的操作。处理电路18可包括一个或多个处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等。控制电路14可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可以存储在存储电路16(例如，存储电路16可以包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为程序
指令、软件、数据、指令、或代码。存储在存储电路16上的软件代码可由处理电路18来执行。
28.控制电路14可用于运行设备10上的软件，诸如卫星导航应用程序、互联网浏览应用程序、互联网语音协议(voip)电话呼叫应用程序、应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部装备进行交互，控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网(wlan)协议(例如，ieee 802.11协议——有时被称为)、诸如协议或其他无线个域网(wpan)协议等用于其他短距离无线通信链路的协议、ieee 802.11ad协议(例如，超宽带协议)、蜂窝电话协议(例如，3g协议、4g(lte)协议、3gpp第五代(5g)新无线电(nr)协议、第六代(6g)协议、次thz协议、thz议等)、天线分集协议、卫星导航系统协议(例如，全球定位系统(gps)协议、全球导航卫星系统(glonass)协议等)、基于天线的空间测距协议、光学通信协议或任何其他期望的通信协议。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(rat)相关联，该无线电接入技术指定用于实现该协议的物理连接方法。
29.设备10可包括输入-输出电路20。输入-输出电路20可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可用于允许将数据供应给设备10并且允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备22可包括用户接口设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备22可包括触摸传感器、显示器(例如，触敏显示器和/或力敏显示器)、发光部件诸如没有触摸传感器能力的显示器、按钮(机械、电容、光学等)、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、运动传感器(加速度计、陀螺仪和/或检测运动的罗盘)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)、温度传感器等。在一些配置中，键盘、耳机、显示器、指向设备诸如触控板、鼠标和操纵杆以及其他输入-输出设备可使用有线或无线连接耦接至设备10(例如，输入-输出设备22中的一些输入-输出设备可为经由有线或无线链路耦接到设备10的主处理单元或其他部分的外围设备)。
30.输入-输出电路20可包括无线电路24以支持无线通信。无线电路24(在本文中有时被称为无线通信电路24)可包括一个或多个天线30。
31.无线电路24还可包括收发器电路26。收发器电路26可包括发射器电路、接收器电路、调制器电路、解调器电路(例如，一个或多个调制解调器)、射频电路、一个或多个无线电、中频电路、光学发射器电路、光学接收器电路、光学光源、其他光学部件、基带电路(例如，一个或多个基带处理器)、放大器电路、诸如一个或多个本地振荡器和/或锁相环的时钟电路、存储器、一个或多个寄存器、过滤器电路、切换电路、模数转换器(adc)电路、数模转换器(dac)电路、射频发射线、光纤和/或用于使用天线30发射和/或接收无线信号的任何其他电路。收发器电路26的部件可在一个集成电路、芯片、片上系统(soc)、裸片、印刷电路板、基板或封装件上实现，或者收发器电路26的部件可跨两个或更多个集成电路、芯片、soc、印刷电路板、基板和/或封装件分布。
32.图1的示例仅仅是例示性的。虽然为了清楚起见，在图1的示例中，控制电路14被示出为与无线电路24分开，但是无线电路24可包括处理电路(例如，一个或多个处理器)和/或存储电路，该处理电路形成处理电路18的一部分，该存储电路形成控制电路14的存储电路16的一部分(例如，控制电路14的各部分可在无线电路24上实现)。作为一个示例，控制电路14可包括基带电路(例如，一个或多个基带处理器)、数字控制电路、模拟控制电路和/或形
成无线电路24的一部分的其他控制电路。基带电路可例如访问控制电路14(例如，存储电路20)上的通信协议栈以：在phy层、mac层、rlc层、pdcp层、sdap层和/或pdu层，执行用户平面功能；以及/或者在phy层、mac层、rlc层、pdcp层、rrc层和/或非接入层，执行控制平面功能。
33.收发器电路26可通过相应信号路径28耦接到无线电路24中的每个天线30。每个信号路径28可包括一个或多个射频发射线、波导、光纤和/或用于在收发器电路26与天线30之间传送无线信号的任何其他期望线/路径。可使用用于传送无线信号的任何期望天线结构形成天线30。例如，天线30可包括具有谐振元件的天线，这些天线由偶极子天线结构、平面偶极子天线结构(例如，蝶形天线结构)、缝隙天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、倒f形天线结构、平面倒f形天线结构、螺旋形天线结构、单极子天线、偶极子、这些设计的混合等形成。可调整滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路和/或其他天线调谐部件以调整天线30随时间的频率响应和无线性能。
34.如果需要，可将天线30中的两个或更多个天线集成到相控天线阵列(在本文中有时被称为相控阵列天线)中，在该相控天线阵列中，这些天线中的每个天线传送具有随时间而调整的相应相位和量值的无线信号，因此无线信号相长和相消干涉以在给定指向方向上产生(形成)信号波束。如本文所用，术语“传送无线信号”意指无线信号的发射和/或接收(例如，用于执行与外部无线通信装备的单向和/或双向无线通信)。天线30可通过将信号辐射到自由空间中(或通过居间设备结构诸如介电覆盖层辐射到自由空间)来发射无线信号。除此之外或另选地，天线30可(例如，通过居间设备结构诸如介电覆盖层)从自由空间接收无线信号。天线30对无线信号的发射和接收各自涉及由天线的操作频带内的无线信号对天线中的天线谐振(辐射)元件上的天线电流的激励或谐振。
35.收发器电路26可使用天线30发射和/或接收无线信号，这些无线信号在设备10与外部无线通信装备(例如，一个或多个其他设备，诸如设备10、无线接入点或等)之间传送无线通信数据。无线通信数据可双向地或单向地传送。无线通信数据可例如包括已编码到对应数据包中的数据，诸如与电话呼叫相关联的无线数据、流媒体内容、互联网浏览、与在设备10上运行的软件应用程序相关联的无线数据、消息等。
36.除此之外或另选地，无线电路24可使用天线30执行无线感测操作。感测操作可允许设备10检测(例如，感测或识别)设备10外部对象的存在、位置、取向和/或速度(运动)。控制电路14可使用外部对象的所检测到的存在、位置、取向和/或速度执行任何期望的设备操作。作为示例，控制电路14可使用外部对象的所检测到的存在、位置、取向和/或速度识别用于在设备10上运行的一个或多个软件应用程序的对应用户输入，诸如由用户的手或其他身体部位执行或由外部触控笔、游戏控制器、头戴式设备或其他外围设备或附件执行的手势输入，以确定一个或多个天线30何时需要被禁用或设置有降低的最大发射功率电平(例如，以用于满足对射频暴露的监管限制)，以确定如何导引(形成)由用于无线电路24的天线30产生的射频信号波束(例如，在天线30包括天线30的相控阵列的情况下)，以映射或建模设备10周围的环境(例如，以产生设备10所位于的房间的软件模型以供由增强现实应用程序、游戏应用程序、地图应用程序、家居设计应用程序、工程应用程序等使用)、以检测在设备10附近(例如，周围)或在设备10的用户的运动方向上障碍物的存在等。
37.无线电路24可在电磁频谱的对应频带(在本文中有时被称为通信带或简称为“带”)内发射和/或接收无线信号。通信电路26所处置的频带可包括：无线局域网(wlan)频
带(例如，(ieee 802.11)或其他wlan通信带)诸如2.4ghz wlan频带(例如，2400mhz至2480mhz)、5ghz wlan频带(例如，5180mhz至5825mhz)、6e带(例如，5925mhz-7125mhz)和/或其他带(例如，1875mhz-5160mhz)；无线个域网(wpan)频带诸如2.4ghz带或其他wpan通信带；蜂窝电话频带(例如，约600mhz至约5ghz的带、3g带、4g lte带、低于10ghz的5g新无线电频率范围1(fr1)带、介于20ghz与60ghz之间的5g新无线电频率范围2(fr2)带等)；介于10ghz-100ghz之间的其他厘米波或毫米波频带；近场通信频带(例如，13.56mhz)；卫星导航频带(例如，1565mhz至1610mhz的gps带、全球卫星导航系统(glonass)带、北斗卫星导航系统(bds)带等)；在ieee 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议下操作的超宽带(uwb)频带；属于3gpp无线通信标准系列的通信带；属于ieee 802.xx标准系列的通信带；和/或任何其他期望的感兴趣的频带。
38.随时间推移，电子设备(诸如设备10)上的软件应用程序已变得越来越数据密集。因此，电子设备上的无线电路需要以越来越高的数据速率支持数据传输。一般来讲，由无线电路支持的数据速率与由无线电路传送的无线信号的频率成比例(例如，与较低频率相比，较高频率可支持更高数据速率)。无线电路24可传送厘米和毫米波信号以支持相对高的数据速率(例如，因为厘米和毫米波信号处于介于约10ghz与100ghz之间的相对高频率)。然而，由厘米和毫米波信号支持的数据速率仍然可能不足以满足设备10的所有数据传输需求。为了支持甚至更高数据速率，诸如高达5gbps-10gbps或更高的数据速率，无线电路24可传送处于大于100ghz的频率的无线信号。
39.如图1所示，无线电路24可发射处于大于约100ghz的频率的无线信号32并且可接收处于大于约100ghz的频率的无线信号34。无线信号32和34在本文中有时可被称为极高频(thf)信号32和34、次thz信号32和34、thz信号32和34或次毫米波信号32和34。thf信号32和34可处于次thz频率或thz频率诸如介于100ghz与1thz之间、介于100ghz与10thz之间、介于100ghz与2thz之间、介于200ghz与1thz之间、介于300ghz与1thz之间、介于300ghz与2thz之间、介于300ghz与10thz之间、介于100ghz与800ghz之间、介于200ghz与1.5thz之间等的频率(例如，在次thz、thz、thf或次毫米频带诸如6g频带内)。由这些频率支持的高数据速率可由设备10利用，以执行蜂窝电话语音和/或数据通信(例如，同时支持空间多路复用以提供另外的数据带宽)，以执行空间测距操作诸如雷达操作来检测在设备10外部的对象的存在、位置和/或速度，以执行汽车感测(例如，具有增强的安全性)，以对设备10的用户或另一个人执行健康/身体监测，以执行气体或化学检测，以在设备10与另一个设备或外围设备之间形成高数据速率无线连接(例如，以在设备10上的显示驱动器与显示超高分辨率视频的显示器之间形成高数据速率)，以形成远程无线电头(例如，灵活的高数据速率连接)，以在设备10内形成支持高数据速率的thf芯片到芯片连接(例如，其中设备10中第一芯片上的一个天线30将thf信号32发射到设备10中第二芯片上的另一个天线30)和/或以执行任何其他期望的高数据速率操作。
40.在电子设备(诸如，设备10)内，空间非常宝贵。在一些情况下，用于发射thf信号32的天线30与用于接收thf信号34的天线30不同。然而，使用不同天线30处置thf信号32的发射和thf信号34的接收可消耗设备10内的过量空间和其他资源，因为将需要两个天线30和信号路径28处置发射和接收两者。为了最小化设备10内的空间和资源消耗，同一天线30和信号路径28可用于发射thf信号32和接收thf信号34。如果需要，无线电路24中的多个天线
30可发射thf信号32并且可接收thf信号34。天线可被集成到相控天线阵列中，该相控天线阵列在所选择波束指向方向上取向的对应信号波束内发射thf信号32并且接收thf信号34。
41.将部件结合到在这些高频率下支持无线通信的无线电路24中可能具有挑战性。如果需要，收发器电路26和信号路径28可包括光学部件，这些光学部件传送光学信号以便以空间和资源高效的方式支持thf信号32的发射和thf信号34的接收。光学信号可用于发射处于thf频率的thf信号32并且接收处于thf频率的thf信号34。
42.图2是可用于使用光学信号发射thf信号32和接收thf信号34的例示性天线30的图。天线30可包括一个或多个天线辐射(谐振)元件，诸如辐射(谐振)元件臂36。在图2的示例中，天线30是具有两个相对辐射元件臂36(例如，蝶形臂或偶极子臂)的平面偶极子天线(有时被称为“蝶形”天线)。这仅为例示性的，并且一般来讲，天线30可以是具有任何期望天线辐射元件架构的任何类型的天线。
43.如图2所示，天线30包括耦接在辐射元件臂36之间的光电二极管(pd)42。包括具有光电二极管42的天线30的电子设备(诸如设备10)有时也可被称为电光学设备(例如，电光学设备10)。光电二极管42可以是可编程光电二极管。例如，本文描述了光电二极管42是可编程单行载波光电二极管(utc pd)的示例。因此，光电二极管42在本文中有时可被称为utc pd42或可编程utc pd 42。这仅为例示性的，并且一般来讲，光电二极管42可包括将处于光学频率的电磁能转换为辐射元件臂36上的处于thf频率的电流和/或反之亦然的任何期望类型的可调整/可编程光电二极管或部件。每个辐射元件臂36可例如具有位于utc pd 42处的第一边缘和与第一边缘相对的宽于第一边缘的第二边缘(例如，在天线30是蝶形天线的具体实施中)。如果需要，可使用其他辐射元件。
44.utc pd 42可具有接收一个或多个控制信号v
偏置
的偏置端子38。控制信号v
偏置
可包括设置在一个或多个电压电平处的偏置电压和/或用于控制utc pd 42的操作的其他控制信号，诸如用于调整utc pd 42的输出阻抗的阻抗调整控制信号。控制电路14(图1)可以不同设置(例如，值、量值等)提供(例如，施加、供应、断言等)控制信号v
偏置
，以随时间动态地控制(例如，编程或调整)utc pd 42的操作。例如，控制信号v
偏置
可用于控制天线30是发射thf信号32还是接收thf信号34。当控制信号v
偏置
包括在第一电平或量值下断言的偏置电压时，天线30可被配置为发射thf信号32。当控制信号v
偏置
包括在第二电平或量值下断言的偏置电压时，天线30可被配置为接收thf信号34。在图2的示例中，控制信号v
偏置
包括在第一电平下断言的偏置电压以将天线30配置为发射thf信号32。如果需要，控制信号v
偏置
还可调整为控制thf信号的波形(例如，作为保存对入射光学信号的调制的平方函数、线性函数等)，以对由天线30传送的信号执行增益控制和/或以调整utc pd 42的输出阻抗。
45.如图2所示，utc pd 42可光学地耦接到光学路径40。光学路径40可包括一个或多个光纤或波导。utc pd 42可通过光学路径40从收发器电路26(图1)接收光学信号。光学信号可包括第一光学本地振荡器(lo)信号lo1和第二光学本地振荡器信号lo2。光学本地振荡器信号lo1和lo2可由收发器电路26(图1)中的光源生成。光学本地振荡器信号lo1和lo2可处于光学波长(例如，介于400nm与700nm之间)、紫外光波长(例如，近紫外光波长或极紫外光波长)和/或红外波长(例如，近红外波长、中红外波长或远红外波长)。光学本地振荡器信号lo2可在波长上与光学本地振荡器信号lo1偏移波长偏移量x。波长偏移量x可等于由天线30传送的thf信号的(例如，介于100ghz与1thz(1000ghz)之间、介于100ghz与2thz之间、介
于300ghz与800ghz之间、介于300ghz与1thz之间、介于300ghz与400ghz之间等的)波长。
46.在信号发射期间，可将无线数据(例如，无线数据分组、符号、帧等)调制到光学本地振荡器信号lo2上以产生调制的光学本地振荡器信号lo2’。如果需要，光学本地振荡器信号lo1可设置有光学相移s。光学路径40可利用光学本地振荡器信号lo1(加上施加时的光学相移s)和调制的光学本地振荡器信号lo2’照亮utc pd 42。如果需要，透镜或其他光学部件可插置在光学路径40与utc pd 42之间，以帮助将光学本地振荡器信号聚焦到utc pd 42上。
47.utc pd 42可将光学本地振荡器信号lo1和调制的本地振荡器信号lo2’(例如，两个光学本地振荡器信号之间的节拍)转换为沿辐射元件臂36的周边流动的天线电流。天线电流的频率等于本地振荡器信号lo1与调制的本地振荡器信号lo2’之间的频率差。天线电流可将thf信号32辐射(发射)到自由空间中。控制信号v
偏置
可控制utc pd 42以将光学本地振荡器信号转换为辐射元件臂36上的天线电流，同时将调制以及因此无线数据保存在调制的本地振荡器信号lo2’上(例如，通过向信号施加平方函数)。thf信号32将由此携载所调制的无线数据以用于由外部无线通信装备接收和解调。
48.图3为示出(例如，在将控制信号v
偏置
的设置从图2的发射状态改变为接收状态之后)天线30可如何接收thf信号34的图。如图3所示，thf信号34可入射到天线辐射元件臂36上。入射的thf信号34可产生围绕辐射元件臂36的周边流动的天线电流。utc pd 42可使用光学本地振荡器信号lo1(加上应用时的光学相移s)、光学本地振荡器信号lo2(例如，没有调制)和控制信号v
偏置
(例如，在第二电平处断言的偏置电压)将所接收thf信号34转换为输出到中频信号路径44上的中频信号sigif。
49.中频信号sigif的频率可等于thf信号34的频率减去光学本地振荡器信号lo1的频率与光学本地振荡器信号lo2的频率之间的差。例如，中频信号sigif可与thf信号32和34相比处于更低频率，诸如介于10ghz与100ghz之间、介于30ghz与80ghz之间、约60ghz等的厘米或毫米波频率。如果需要，当从发射切换到接收或反之亦然时，收发器电路26(图1)可改变光学本地振荡器信号lo1和/或光学本地振荡器信号lo2的频率。utc pd 42可将thf信号34的数据调制保存在中间信号sigif中。收发器电路26(图1)中的接收器可解调中频信号sigif(例如，在进一步降频转换之后)以从thf信号34恢复无线数据。又如，无线电路24可在恢复无线数据之前将中频信号sigif转换到光域。又如，可省略中频信号路径44，并且utc pd 42可将thf信号34转换到光域中以用于随后的解调和数据恢复(例如，在光学信号的边带中)。
50.图2和图3的天线30可利用给定偏振(例如，线性偏振诸如竖直偏振)支持thf信号32的发射和thf信号34的接收。如果需要，无线电路24(图1)可包括用于覆盖不同偏振的多个天线30。图4是示出无线电路24可如何包括用于覆盖不同偏振的多个天线30的一个示例的图。
51.如图4所示，无线电路可包括第一天线30，诸如用于覆盖第一偏振(例如，第一线性偏振诸如竖直偏振)的天线30v，并且可包括第二天线30，诸如用于覆盖不同于或正交于第一偏振的第二偏振(例如，第二线性偏振诸如水平偏振)的天线30h。天线30v可具有utc pd 42，诸如耦接在对应的一对辐射元件臂36之间的utc pd 42v。天线30h可具有utc pd 42，诸如耦接在对应的一对辐射元件臂36之间的utc pd 42h，该对应的一对辐射元件臂与天线
30v中的辐射元件臂36非并行(例如，正交)地取向。这可允许天线30v和30h以相应(正交)偏振发射thf信号32，并且可允许天线30v和30h以相应(正交)偏振接收thf信号32。
52.为了最小化设备10内的空间，天线30v可竖直地堆叠在天线30h上方或下方(例如，其中utc pd 42v与utc pd 42h部分或完全重叠)。在该示例中，天线30v和30h两者可形成在相同基板，诸如刚性或柔性印刷电路板上。基板可包括多个堆叠电介质层(例如，陶瓷、环氧树脂、柔性印刷电路板材料、刚性印刷电路板材料等的层)。天线30v中的辐射元件臂36可与天线30h中的辐射元件臂36形成在单独基板层上，或者天线30v中的辐射元件臂36可与天线30h中的辐射元件臂36形成在相同基板层上。utc pd 42v可与utc pd 42h形成在相同基板层上，或者utc pd 42v可与utc pd 42h形成在单独基板层上。utc pd 42v可与天线30v中的辐射元件臂36形成在相同基板层上，或者可与天线30v中的辐射元件臂36形成在单独基板层上。utc pd 42h可与天线30h中的辐射元件臂36形成在相同基板层上，或者可与天线30h中的辐射元件臂36形成在单独基板层上。
53.如果需要，可将天线30或图4的天线30h和30v集成在相控天线阵列内。图5是示出可如何将天线30h和30v集成在相控天线阵列内的一个示例的图。如图5所示，设备10可包括以行和列的矩形网格布置的堆叠天线30h和30v的相控天线阵列46。相控天线阵列46中的这些天线中的每个天线可形成在相同基板上。这仅是例示性的。一般来讲，相控天线阵列46(有时被称为相控阵列天线)可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的天线30v和30h(或非堆叠天线30)。相控天线阵列46中的这些天线中的每个天线可设置有相应的光学相移s(图2和图3)，该相应的光学相移将天线配置为共同地发射thf信号32和/或接收thf信号34，这些thf信号相加以在期望的波束指向方向上形成thf信号的信号波束。波束指向方向可被选择用于将信号波束朝向外部通信装备、朝向期望的外部对象、远离外部对象等指向。
54.相控天线阵列46可占据设备10内的相对较小空间。例如，每个天线30v/30h可具有长度48(例如，如从一个辐射元件臂的端部到相对辐射元件臂的相对端部所测量的)。长度48可大约等于thf信号32和34的波长的一半。例如，长度48可小至0.5mm或更小。相控天线阵列46中的每个utc-pd42可占据100平方微米或更小的侧向面积。这可允许相控天线阵列46占据设备10内的非常小面积，从而允许相控天线阵列集成在设备10的不同部分内，同时仍然允许其他空间用于设备部件。图2至图5的示例仅为例示性的，并且一般来讲，每个天线可具有任何期望的天线辐射元件架构。
55.图6为示出给定天线30和信号路径28(图1)可如何用于基于光学本地振荡器信号发射thf信号32和接收thf信号34的电路图。在图6的示例中，utc pd 42将接收到的thf信号34转换为中频信号sigif，这些中频信号然后被转换到光域以用于从所接收thf信号恢复无线数据。
56.如图6所示，无线电路24可包括通过信号路径28(例如，在本文中有时被称为光学信号路径28的光学信号路径)耦接到天线30的收发器电路26。utc pd 42可耦接在天线30的辐射元件臂36与信号路径28之间。收发器电路26可包括光学部件68、放大器电路诸如功率放大器76和数模转换器(dac)74。光学部件68可包括光学接收器(诸如光学接收器72)和光学本地振荡器(lo)光源(发射体)70。lo光源70可包括两个或更多个光源，诸如激光光源、激光二极管、光学锁相环或在相应波长下发出光(例如，光学本地振荡器信号lo1和lo2)的其他光学发射体。如果需要，lo光源70可包括单个光源，并且可包括用于将由光源发出的光拆
分成不同波长的光学部件。信号路径28可通过光学路径66耦接到光学部件68。光学路径66可包括一个或多个光纤和/或波导。
57.信号路径28可包括分光器诸如分光器(os)54、光学路径诸如光学路径64和光学路径62、光学组合器诸如光学组合器(oc)52以及光学路径40。光学路径62可以是光纤或波导。光学路径64可以是光纤或波导。分光器54可具有耦接到光学路径66的第一(例如，输入)端口、耦接到光学路径62的第二(例如，输出)端口以及耦接到光学路径64的第三(例如，输出)端口。光学路径64可将分光器54耦接到光学组合器52的第一(例如，输入)端口。光学路径62可将分光器54耦接到光学组合器52的第二(例如，输入)端口。光学组合器52可具有耦接到光学路径40的第三(例如，输出)端口。
58.光学相移器(诸如光学相移器80)可(光学地)在光学路径64上或沿该光学路径插置。光学调制器(诸如光学调制器56)可(光学地)在光学路径62上或沿该光学路径插置。光学调制器56可以是例如马赫-曾德尔调制器(mzm)，并且因此有时可被称为mzm 56。mzm 56包括沿光学路径62并行插置的第一光学臂(分支)60和第二光学臂(分支)58。沿mzm 56的臂60和58传播光学本地振荡器信号lo2可在存在施加到一个或两个臂的电压信号的情况下允许在将信号重组在mzm的输出端处之前对每个臂施予不同光学相移(例如，其中在这些臂上产生的光学相位调制在mzm 56的输出端处被转换成强度调制)。当施加到mzm 56的电压包括无线数据时，mzm 56可将无线数据调制到光学本地振荡器信号lo2上。如果需要，作为光学相移器80的补充或替代，在mzm 56处执行的相移可用于执行波束形成/导引。mzm 56可接收施加到臂58和60中的一者或两者的一个或多个偏置电压w
偏置
(在本文中有时被称为偏置信号w
偏置
)。控制电路14(图1)可提供具有不同量值的偏置电压w
偏置
，以将mzm 56置于不同操作模式中(例如，抑制光学载波信号的操作模式、不抑制光学载波信号的操作模式等)。
59.中频信号路径44可将utc pd 42耦接到mzm 56(例如，臂60)。放大器(诸如低噪声放大器82)可插置在中频信号路径44上。中频信号路径44可用于使中频信号sigif从utc pd 42传递到mzm 56。dac 74可具有耦接到收发器电路26的发射器中的上转换电路、调制器电路和/或基带电路的输入端。dac 74可接收数字数据以通过天线30进行发射，并且可将数字数据转换成模拟域(例如，作为数据dat)。dac 74可具有耦接到发射数据路径78的输出端。发射数据路径78可将dac 74耦接到mzm 56(例如，臂60)。沿信号路径28的部件中的每个部件可允许同一天线30发射thf信号32和接收thf信号34(例如，使用沿信号路径28的相同部件)，从而最小化设备10内的空间和资源消耗。
60.lo光源70可产生(发出)光学本地振荡器信号lo1和lo2(例如，在由thf信号32/34的波长分开的不同波长处)。光学部件68可包括透镜、波导、光学耦接器、光纤和/或将所发出光学本地振荡器信号lo1和lo2经由光学路径66朝向分光器54引导的其他光学部件。分光器54可拆分光学路径66上的光学信号(例如，按照波长)以将光学本地振荡器信号lo1输出到光学路径64上，同时将光学本地振荡器信号lo2输出到光学路径62上。
61.控制电路14(图1)可向光学相移器80提供相位控制信号ctrl。相位控制信号ctrl可控制光学相移器80以向光学路径64上的光学本地振荡器信号lo1施加光学相移s。相移s可被选择用于在期望的指向方向上导引thf信号32/34的信号波束。光学相移器80可将已相移的光学本地振荡器信号lo1(指代为lo1+s)传递到光学组合器52。在光域中(例如，使用光学相移器80)而不是在thf域中执行信号波束导引，因为不存在以与thf信号32和34的频率
一样高的频率操作的令人满意的相移电路部件。光学组合器52可通过光学路径62接收光学本地振荡器信号lo2。光学组合器52可将光学本地振荡器信号lo1和lo2组合到光学路径40上，该光学路径将这些光学本地振荡器信号引导到utc pd 42上以用于在信号发射或接收期间使用。
62.在thf信号32的发射期间，dac 74可接收数字无线数据(例如，数据分组、帧、符号等)以用于通过thf信号32进行发射。dac 74可将数字无线数据转换成模拟域，并且可将数据作为数据dat输出(发射)到发射数据路径78上(例如，以用于经由天线30发射)。功率放大器76可放大数据dat。发射数据路径78可将数据dat传递到mzm 56(例如，臂60)。mzm 56可将数据dat调制到光学本地振荡器信号lo2上以产生调制的光学本地振荡器信号lo2’(例如，在光学本地振荡器信号lo2的频率/波长下的但被调制为包括由数据dat识别的数据的光学本地振荡器信号)。光学组合器52可在光学路径40处将光学本地振荡器信号lo1与调制的光学本地振荡器信号lo2’组合。
63.光学路径40可利用(使用)光学本地振荡器信号lo1(例如，以及由光学相移器80施加的相移s)和调制的光学本地振荡器信号lo2’照亮utc pd 42。控制电路14(图1)可向utc pd 42施加控制信号v
偏置
，该控制信号将天线30配置用于发射thf信号32。utc pd 42可将光学本地振荡器信号lo1和调制的光学本地振荡器信号lo2’转换为辐射元件臂36上的处于thf信号32的频率的天线电流(例如，当被编程用于使用控制信号v
偏置
进行发射时)。辐射元件臂36上的天线电流可辐射thf信号32。thf信号32的频率由光学本地振荡器信号lo1与调制的光学本地振荡器信号lo2’之间的频率差给出。控制信号v
偏置
可控制utc pd 42，以将来自调制的光学本地振荡器信号lo2’的调制保存在所辐射的thf信号32中。接收thf信号32的外部装备由此将能够从由天线30发射的thf信号32提取数据dat。
64.在接收thf信号34期间，mzm 56不会将任何数据调制到光学本地振荡器信号lo2上。光学路径40因此利用光学本地振荡器信号lo1(例如，以及相移s)和光学本地振荡器信号lo2照亮utc pd 42。控制电路14(图1)可向utc pd 42施加控制信号v
偏置
(例如，偏置电压)，该控制信号将天线30配置用于接收thf信号32。utc pd 42可使用光学本地振荡器信号lo1和lo2将所接收thf信号34转换为输出到中频信号路径44上的中频信号sigif(例如，在被编程用于使用偏置电压v
偏置
进行接收时)。中频信号sigif可包括来自所接收thf信号34的调制数据。低噪声放大器82可放大中频信号sigif，这些中频信号然后被提供给mzm 56(例如，臂60)。mzm 56可将中频信号sigif作为光学信号lorx转换到光域(例如，通过将中频信号sigif中的数据调制到这些光学本地振荡器信号中的一个光学本地振荡器信号上)，并且可将这些光学信号传递到光学部件68中的光学接收器72，如由箭头63所示(例如，经由光学路径62和66或其他光学路径)。控制电路14(图1)可使用光学接收器72将光学信号lorx转换成其他格式并且从光学信号恢复(解调)由thf信号34携载的数据。以此方式，相同天线30和信号路径28可用于发射和接收thf信号，同时还执行波束导引操作。
65.图6的其中中频信号sigif被转换到光域的示例仅为例示性的。如果需要，收发器电路26可接收并解调中频信号sigif，而无需首先将这些信号传递到光域。例如，收发器电路26可包括模数转换器(adc)，中频信号路径44可耦接到adc的输入端，而不是耦接到mzm 56，并且adc可将中频信号sigif转换到数字域。又如，可省略中频信号路径44，并且控制信号v
偏置
可控制utc pd 42以将thf信号34与光学本地振荡器信号lo1和lo2一起直接采样到光
域。例如，utc pd 42可使用所接收thf信号34和控制信号v
偏置
在光学路径40上产生光学信号。光学信号可具有带有边带的光学载波，这些边带与光学载波分开固定频率偏移量(例如，30ghz-100ghz、60ghz、50ghz-70ghz、10ghz-100ghz等)。边带可用于携载来自所接收thf信号34的调制数据。信号路径28可将由utc pd 42产生的光学信号引导(传播)到光学部件68中的光学接收器72(例如，经由光学路径40、64、62、66、63和/或其他光学路径)。控制电路14(图1)可使用光学接收器72将光学信号转换成其他格式并且从光学信号(例如，从光学信号的边带)恢复(解调)由thf信号34携载的数据。
66.图7为示出可如何将多个天线30集成到相控天线阵列88中的一个示例的电路图，该相控天线阵列通过对应信号波束传送thf信号。在图7的示例中，为了清楚起见，图6的mzm 56、中频信号路径44、数据路径78和光学接收器72已被省略。相控天线阵列88中的这些天线中的每个天线可另选地将接收到的thf信号直接采样到光域中，或者可将中频信号sigif传递到收发器电路26中的adc。
67.如图7所示，相控天线阵列88包括n个天线30，诸如第一天线30-0、第二天线30-1和第n天线30-(n-1)。相控天线阵列88中的天线30中的每个天线可经由相应光学信号路径(例如，图6的光学信号路径28)耦接到光学部件68。n个信号路径中的每个信号路径可包括相应光学组合器52，该相应光学组合器52耦接到对应天线30的utc pd 42(例如，天线30-0中的utc pd 42可耦接到光学组合器52-0，天线30-1中的utc pd 42可耦接到光学组合器52-1，天线30-(n-1)中的utc pd 42可耦接到光学组合器52-(n-1)等)。n个信号路径中的每个信号路径还可包括相应光学路径62和相应光学路径64，这些相应光学路径耦接到对应光学组合器52(例如，光学路径64-0和62-0可耦接到光学组合器52-0，光学路径64-1和62-1可耦接到光学组合器52-1，光学路径64-(n-1)和62-(n-1)可耦接到光学组合器52-(n-1)等)。
68.光学部件68可包括lo光源70，诸如第一lo光源70a和第二lo光源70b。用于相控天线阵列88中的天线30中的每个天线的光学信号路径可共享一个或多个分光器54，诸如第一分光器54a和第二分光器54b。lo光源70a可生成(例如，产生、发出、发射等)第一光学本地振荡器信号lo1，并且可经由光学路径66a向分光器54a提供第一光学本地振荡器信号lo1。分光器54a可通过光学路径64(例如，光学路径64-0、64-1、64-(n-1)等)将第一光学本地振荡器信号lo1分配到相控天线阵列88中的utc pd 42中的每个utc pd。类似地，lo光源70b可生成(例如，产生、发出、发射等)第二光学本地振荡器信号lo2，并且可经由光学路径66b向分光器54b提供第二光学本地振荡器信号lo2。分光器54b可通过光学路径62(例如，光学路径62-0、62-1、62-(n-1)等)将第二光学本地振荡器信号lo2分配到相控天线阵列88中的utc pd 42中的每个utc pd。
69.相应光学相移器80可沿每个光学路径64(在其上)插置(例如，第一光学相移器80-0可沿光学路径64-0插置，第二光学相移器80-1可沿光学路径64-1插置，第n光学相移器80-(n-1)可沿光学路径64-(n-1)插置等)。每个光学相移器80可接收控制信号ctrl，该控制信号控制由该光学相移器提供给光学本地振荡器信号lo1的相位s(例如，第一光学相移器80-0可向提供给天线30-0的光学本地振荡器信号lo1施予零度/弧度的光学相移，第二光学相移器80-1可向提供给天线30-1的光学本地振荡器信号lo1施予δφ的光学相移，第n光学相移器80-(n-1)可向提供给天线30-(n-1)的光学本地振荡器信号lo1施予(n-1)δφ的光学相移。通过调整由n个光学相移器80中的每个光学相移器施予的相位s，控制电路14(图1)可
控制相控天线阵列88中的天线30中的每个天线，以在形成的信号波束83内发射thf信号32和/或接收thf信号34。信号波束83可在特定波束指向方向(角度)84(例如，信号波束83的峰值增益的方向)上取向。由相控天线阵列88传送的thf信号可具有正交于波束指向方向84的波前86。例如，控制电路14可随时间调整波束指向方向84以朝向外部通信装备或外部对象指向或远离外部对象指向。
70.相控天线阵列88可能够在有源模式下操作，在该有源模式下阵列使用光学本地振荡器信号lo1和lo2(例如，使用提供给每个天线元件的相移导引信号波束83)发射和/或接收thf信号。如果需要，相控天线阵列88也可能够在无源模式下操作，在该无源模式中阵列并不发射或接收thf信号。相反，在无源模式中，相控天线阵列88可被配置为形成反射thf信号或入射到设备10上的其他电磁波的无源反射器。在无源模式下，相控天线阵列88中的utc pd 42并未被光学本地振荡器信号lo1和lo2照亮，并且收发器电路26不对入射的thf信号执行调制/解调、混合、滤波、检测、调制和/或放大。
71.天线辐射元件臂36和utc pd 42(图6)有时可在本文中被统称为接入点(ap)45(例如，thf接入点)。在一些实施方案中，单个接入点45用于与单个外部设备(例如，另一个设备，诸如设备10、无线或接入点或其他无线(thf)通信装置)进行通信。如果需要，收发器26可使用跨一个或多个位置分布的多个接入点来通过一个或多个无线信号流(例如，图1的thf信号32和34)与一个或多个外部设备同时进行通信。
72.如图8所示，无线通信系统95(在本文中有时被称为thf系统95、无线系统95、通信系统95或简称为系统95)可包括一个或多个接入点，诸如接入点45。接入点45可包括耦接到对应天线30的至少一个光电二极管42。
73.无线通信系统95还可包括集中式光学控制器，诸如中央光学控制器90。中央光学控制器90有时也可被称为中央机构90、中央芯片90、光学控制器90或光学处理器90。中央光学控制器90可包括控制电路，诸如图1的控制电路14。图6的无线电路24的部件可分布在图8的接入点45和中央光学控制器90之间。例如，中央光学控制器90可包括图6的收发器26和信号路径28。中央光学控制器90可能够通过光学信号路径诸如光学路径92通信地耦接到接入点45。例如，光学路径92可包括一个或多个光纤。
74.中央光学控制器90可与接入点45协同定位，或者可设置在与接入点45分开的位置处。例如，中央光学控制器90、光学路径92和接入点45可全部被包封在电子设备外壳诸如外壳102(例如，外壳诸如图1的外壳12)内。当以这种方式配置时，中央光学控制器90、光学路径92和接入点45可全部形成对应设备10(例如，单个膝上型计算机、蜂窝电话、平板计算机、腕表设备、便携式媒体播放器、家庭娱乐控制台、台式计算机、游戏控制器、头戴式设备等)的部件。在这些示例中，接入点45可跨设备10上的多个位置分布(例如，分布在设备外壳的相应拐角中、在设备外壳的不同侧处等)。例如，单个设备诸如平板计算机或蜂窝电话可包括中央光学控制器90、每个拐角处的一个或多个接入点(例如，一个或多个天线)，以及将中央光学控制器90耦接到该一个或多个接入点的介电波导或其他光学路径。作为另一示例，中央光学控制器90可被包封在第一外壳诸如外壳96(例如，外壳诸如图1的外壳12)内，而接入点45被包封在第二外壳100(例如，外壳诸如图1的外壳12)内。当以这种方式配置时，中央光学控制器90可位于第一设备10内，而接入点45位于第二设备10内。
75.换句话说，无线通信系统95可位于单个设备10内或者可跨多个设备10分布。在无
线通信系统95的部件位于单个设备10内的示例中，接入点45可在该设备内与中央光学控制器90分开或协同定位，并且光学路径92可具有大约数英寸、数厘米或数米的长度。在无线通信系统95的部件位于不同设备10内的示例中，中央光学控制器90可与接入点45位于同一房间中或同一建筑物的不同房间中或不同建筑物中，或者可与接入点45位于不同的地理区域中(例如，光学路径92的长度可长达几km、几十km、几百km或几千km)。如果需要，光学路径92可包括使用光学耦接器、光学增压器/放大器、光学继电器等串联地耦接在一起的多个光纤。
76.中央光学控制器90可生成用于接入点45的光学信号(例如，光学lo信号)。中央光学控制器90可通过光学路径92发射光学信号。接入点45可使用光学信号发射无线信号94(例如，图1的thf信号32)。为了使利用设备10执行的thf通信的总体数据速率和/或灵活性最大化，设备10可使用thf信号32/34(图1)同时传送多个无线数据流。为了支持多个无线数据流(在本文中有时被称为无线数据流)的同时传输，用于控制接入点45发射thf信号的光学信号需要具有两个或更多个正交自由度(例如，以防止在到达接入点处的thf域之前数据流之间存在干扰)。每个自由度可与单独的无线数据流相关联。作为示例，自由度可包括波长(频率)、电磁偏振(例如，竖直线性偏振、水平线性偏振、其他偏振等)、横向光学模式和轨道角动量。
77.无线通信系统95中的该一个或多个接入点可使用m组不同的thf信号94(例如，第一thf信号94-1、第m thf信号94-m等)同时传送多个无线数据流。例如，接入点45可执行多用户(mu)和/或单用户(su)多输入和多输出(mimo)通信。在mu mimo中，接入点使用无线信号94并行地向多个外部设备98(例如，m个外部设备98，诸如第一设备98-1、第m设备98-m等)同时传送多个无线数据流。在su mimo中，接入点使用无线信号94向单个外部设备98同时传送多个无线数据流。每个外部设备98可以是另一个设备，诸如设备10、无线或接入点等。
78.由接入点45发射的m个thf信号94中的每个thf信号可传送多个无线数据流中的相应无线数据流。这意味着m个thf信号94中的每个thf信号由无线通信系统95使用光学路径92上具有相应正交自由度组合的光学信号来生成。例如，thf信号94-1(例如，发射到第一外部设备98-1的thf信号)可使用光纤92上具有第一载波波长λ1、第一偏振pol1、第一(横向)光学模式mod1和/或第一轨道角动量oam1的光学信号来生成，而thf信号94-m(例如，发射到第m外部设备98-m的thf信号)可使用光学路径92上具有第m载波波长λm、第m偏振polm、第m(横向)光学模式modm和/或第m轨道角动量oamm的光学信号来生成。通常，用于通过光学路径92传送光学信号的自由度越多，由无线通信系统95支持的同时/并行的无线数据流更多。这些正交自由度中的一个或多个正交自由度(例如，光学波长、偏振、横向光学模式、轨道角动量等)可用于支持附加的并行无线数据流，以最大化可一次进行通信的外部设备98的数据速率和/或数量。图8的示例仅为例示性的。无线通信系统95还可接收传送并行无线数据流并由一个或多个外部设备98使用类似的光学自由度来生成的thf信号。
79.图9为示出无线通信系统95中的光纤可如何支持使用不同横向光学模式(例如，图8的光学模式mod)传播的光学信号的图。如图9所示，无线通信系统95可包括光纤，诸如光纤110。光纤110可用于在无线通信系统95中形成光学路径92(图8)和/或其他光学路径。
80.光纤110可包括高折射率芯诸如芯114，并且可包括低折射率包覆层，诸如包裹(包
覆)在芯114周围的包覆层112。包覆层112可具有第一折射率n1。芯114可具有第二折射率n2。折射率n2可大于折射率n1。这可将光纤110配置为经由全内反射将光(光学信号124)沿着该光纤的长度传播。
81.在折射率n1在芯114上均匀地分布的阶跃折射率光纤中，任何引导模式的传播常数β通过(n1k0,n2,k0)来界定，其中k0是真空中的光传播常数。芯和包覆层之间的相对折射率差δ被定义为δ＝(n1–
n2)/n1。对于光学通信，相对折射率差δ通常小于10-2
。因此，光纤模式是弱引导的。依据弱引导近似，可使用线性偏振(lp)模式来简化光纤的矢量模式。
82.如图9所示，光纤110可以是具有沿着光纤长度增加的圆形横截面积的阶跃折射率光纤。这可将光纤110配置为传送光学信号124，这些光学信号使用多个横向(正交)光学模式诸如线性偏振模式lp(有时在本文中被称为光学模式lp、正交光学模式lp、横向光学模式lp或传播模式lp)来传播。每个光学模式lp横向于光纤110中的其他光学模式lp(例如，光学模式诸如lp
02
、lp
11
、lp
12
、lp
21
、lp
22
、lp
23
、lp
13
、lp
03
、lp
04
、lp
31
、lp
32
、lp
41
、lp
42
、lp
51
、lp
61
、lp
71
和/或更高阶模式)并且因此与这些其他光学模式lp在数学上正交。光学模式lp的第一下标和第二下标分别描述了径向和方位角变化。因此，每个光学模式可用于传送相应的无线数据流(例如，以用于产生图8的m个无线信号94中的对应无线信号)。
83.光纤110可支持用于光学信号124的基本(横向)光学模式lp
01
。图9的曲线图116示出了光学信号124在沿着光纤110进行传播时在基本光学模式lp-01
下的横截面能量(强度)分布(例如，如在箭头122的方向上观察到的)。如曲线图116所示，在物理空间中，基本光学模式lp
01
涉及以光纤110的中心为中心的单个强度对称叶。在基本光学模式lp
01
下沿着光纤110传送的光学信号124可通过对应的传播常数β
01
和归一化的模式分布ψ
01
(r,θ)来表征，使得在该模式下包含的功率a
01
ψ
01
(r,θ)exp(-j(ωt-β
01
z)等于|a
01
|2，其中a
01
是常数，r和θ是极坐标，j是-1的平方根，t是时间，ω是角频率，并且z是传播距离。
84.当光纤110的直径增加至光纤的数量v(由等式1限定)大于2.405时，光纤可在基本模式lp
11
的下一个更高阶光学模式下引导光。
[0085][0086]
在等式1中，a是芯114的半径。更高阶光学模式lp
11
通过其传播常数β
11
和归一化的模式分布ψ
11
(r,θ)来表征。光学模式lp
11
具有两倍简并性。即，光纤110可支持两个正交的光学模式lp
11
诸如(横向)光学模式lp
11a
和光学模式lp
11b
，其中光学模式lp
11b
相对于光学模式lp
11a
以90度旋转(例如，其中光学模式lp
10
、lp
11a
和lp
11b
全部彼此在数学上正交并且在几何上正交)。
[0087]
图9的曲线图118示出了光学信号124在(横向)光学模式lp-11a
下的横截面能量(强度)分布，并且曲线图120示出了光学信号124在沿着光纤110传播时在(横向)光学模式lp-11b
下的横截面能量(强度)分布(例如，如在箭头122的方向上观察到的)。如曲线图118和120所示，在物理空间中，光学模式lp
11
各自涉及具有相反极性(被表示为+和-)且以光纤110的中心为中心的两个对称强度叶。如曲线图118和120所示，光学模式lp
11a
取向成垂直(正交)于光学模式lp
11b
。换句话说，基本光学模式lp
01
、光学模式lp
11a
和光学模式lp
11b
各自与彼此正交。光学信号124可在横向光学模式lp
01
、lp
11a
和lp
11b
中的每一者下沿着光纤110同时传播(例如，其中光学模式lp
01
、lp
11a
和lp
11b
在相同体积的光纤110内叠加)。因此，光学模式
lp
01
、lp
11a
和lp
11b
可各自用于向接入点45传送相应的无线数据流(例如，中央光学控制器90可将单独的数据流调制到横向模式lp
01
、lp
11a
和lp
11b
上，以便生成至少三个不同的thf信号94，以用于发射到一个或多个外部设备98)。图9的示例仅仅是例示性的，并且如果需要，光纤110可支持多于三个光学模式lp、仅两个光学模式lp和/或其他光学模式lp(例如，甚至更高阶的模式)。
[0088]
图10为示出中央光学处理器90(图8)可如何产生具有多个同时的光学模式lp的光学信号124(例如，以用于传送多个正交无线数据流)的一个示例的图。如图10所示，中央光学控制器90可包括光源，诸如光源130、132和134(例如，光源诸如图6的光源70)。作为示例，光源130、132和134可包括发光二极管或激光器。
[0089]
光源130可发射光142，光源132可发射光140，并且光源134可发射光154(例如，光学本地振荡器信号)。例如，光可由处于相同波长的光源中每个光源发射。中央光学控制器90可包括光学组合器146和150(例如，部分反射镜)。相位板诸如相位板144可光学地插置在光源130和光学组合器146之间。准直透镜诸如透镜136可光学地插置在相位板144和光源130之间。光学调制器诸如光学调制器135可光学地插置在透镜136和光源130之间。准直透镜诸如透镜138可光学地插置在光学组合器146和光源132之间。光学调制器诸如光学调制器137可光学地插置在透镜138和光源132之间。光学组合器150可光学地插置在光学组合器146和输出透镜诸如透镜160之间。相位板诸如相位板156可光学地插置在光源134和光学组合器150之间。准直透镜诸如透镜152可光学地插置在光源134和相位板156之间。光学调制器诸如光学调制器139可光学地插置在透镜152和光源134之间。
[0090]
光学调制器135可将第一无线数据流调制到光142上。光学调制器137可将第二无线数据流调制到光140上。光学调制器139可将第三无线数据流调制到光154上。作为一个示例，光学调制器135、137和139可包括mzm。由光源132发射(并由光学调制器137调制)的光140可处于基本光学模式lp
01
。准直透镜138可将光140引导到光学组合器146上。
[0091]
例如，由光源130发射(并由光学调制器135调制)的光可处于基本光学模式。准直透镜136可将光142引导到相位板144上。相位板144可将光142的基本光学模式变换为更高阶模式，从而输出处于与基本光学模式诸如光学模式lp
11b
正交的更高阶模式的光142。相位板144可以是例如具有预先确定的折射率空间分布和/或厚度的薄玻璃板，使得光142透射穿过该相位板，同时输出处于光学模式lp
11b
的光。相位板的相位结构与期望的模式分布的空间相位分布匹配。因为光纤模式分布类似于其傅里叶变换，所以相位板可放置在透镜136的图像平面或傅里叶平面处。光学组合器146可将(处于基本光学模式lp
01
的)光140与(处于光学模式lp
11b
的)光142组合以产生组合光148。组合光148可包括由光学调制器135产生的在光学模式lp
11b
下传播的第一无线数据流，该第一无线数据流与由光学调制器137在光学模式lp
01
下产生的无线数据流叠加。由于光学模式正交，因此无线数据流将不会彼此干扰。
[0092]
同时，例如，由光源134发射(并由光学调制器139调制)的光可处于基本光学模式。准直透镜152可将光154引导到相位板156上。相位板156可将光154的基本光学模式变换为更高阶模式，从而输出处于与基本光学模式正交并且与光学模式lp
11b
诸如光学模式lp
11a
正交的更高阶模式的光154(例如，相位板156可取向成垂直于相位板144，或者可以垂直于相位板144的操作的方式对灯154进行操作)。相位板156可以是例如具有预先确定的折射率空间分布和/或厚度的薄玻璃板，使得光154透射穿过该相位板，同时输出处于光学模式lp
11a
的光。相位板的相位结构与期望的模式分布的空间相位分布匹配。因为光纤模式分布类似于其傅里叶变换，所以相位板可放置在透镜152的图像平面或傅里叶平面处。图10的示例仅为例示性的。如果需要，相位板144和/或相位板156可用可调谐空间光调制器、硅基液晶(lcos)面板和/或被配置为赋予入射光特定横向光学模式(例如，光学模式lp
11a
和lp
11b
)的任何其他期望的光学部件来替换。
[0093]
光学组合器150可将(处于光学模式lp
11a
的)光154与(处于光学模式lp
01
和lp
11b
的)组合光148组合以产生输出光124。输出光124可包括由光学调制器135产生的在光学模式lp
11b
下传播的第一无线数据流，该第一无线数据流与由光学调制器137在光学模式lp
01
下产生的第二无线数据流叠加，并且与由光学调制器139在光学模式lp
11a
下产生的第三无线数据流叠加。由于光学模式彼此正交，因此这三个无线数据流将不会彼此干扰。输出透镜160可将输出光124耦接到光纤(例如，图8的光学路径92)上，以用于分配到一个或多个接入点45。
[0094]
图10的示例仅为例示性的。多于三个光源和/或另外的光学路径可用于生成甚至更高阶的光模式以用于传送另外的无线数据流(例如，光学路径92中的光纤可以是具有m个光学模式的少模光纤(fmf)，从而允许同时发射m个无线数据流)。不同的偏振和/或载波频率(波长)也可用于传送另外的同时且正交的无线数据流。如果需要，可以使用其他复用器诸如基于光斑的复用器，而不是光学组合器146和150，以减少来自光学组合器的插入损耗。
[0095]
图11为可通过图10的中央光学控制器90在图8的光学路径92上产生的例示性输出信号124(例如，光学本地振荡器信号)的曲线图。图11的曲线图绘制了信号功率与频率的函数关系。如图11所示，中央光学控制器90可(例如，使用附加光源)将处于对应的本地振荡器频率f_
lo
的光学lo信号170添加到输出信号124。输出信号124可包括处于载波频率a(例如，由图10的光源130、132和134发射的光142、140和154的频率)的已调制载波174。
[0096]
已调制载波174可同时承载(传送)处于基本光学模式lp
01
的第一无线数据流(例如，如由光源132和光学调制器137所产生的)、处于横向光学模式lp
11b
的第二无线数据流(例如，由光源130、光学调制器135和相位板144所产生的)，以及处于光学模式lp
11a
的第三无线数据流(例如，如由光源134、光学调制器139和相位板156所产生的)。已调制载波174可与本地振荡器频率f
lo
相差频率thf1。使用光学lo信号170和已调制载波174的光学模式中的一个光学模式来传送thf信号的接入点45将由此以频率thf1传送thf信号。
[0097]
如果需要，中央光学控制器90可包括频率梳生成器，该频率梳生成器生成处于频率fa、fb、fc、fd等的n个均匀间隔的载波(光谱线)的集合172。已调制载波174可以是例如已经用无线数据调制的集合172中的载波中的一个载波。集合172有时也可被称为光学频率梳172。光学频率梳172中的每个载波可处于相应的载波频率，并且可与一个或两个相邻载波相差频率fr。光学频率梳172中的载波在本文中有时也可被称为光学载波、频率梳载波、频率梳部件、光谱峰、线或光学调(例如，集合172可形成各自处于相应载波频率的光学调的梳状图案，并且与集合172中的一个或两个其他光学调相差相同的频率fr)。
[0098]
如果需要，可用另外的无线数据流来调制来自光学频率梳172的多于一个载波(例如，以执行波长复用)。如果需要，类似于已调制载波174，可用处于两个或更多个横向光学模式的无线数据来调制每个载波。被调制的光学频率梳172中的每个载波可用于增加由输出信号124传送并用于产生图8的无线信号94的同时无线数据流的总数量。
[0099]
可通过将不同光学偏振复用到光学频率梳172中的载波中的一个或多个载波和/或不同光学模式中的一个或多个不同光学模式上，来进一步增加同时无线数据流的数量。可通过将不同轨道角动量复用到载波中的一个或多个载波、光学模式中的一个或多个光学模式和/或不同偏振中的一个或多个偏振上，来甚至更进一步增加同时无线数据流的数量。也可使用时分双工。如果需要，可使用接入点45中的光源(例如，在输出信号已穿过光学路径92之后)来将光学lo信号170添加到输出信号124。
[0100]
光学路径92(图8)可将输出信号124传送到一个或多个接入点45以用于发射无线信号94。图12为示出接入点45可如何使用输出信号124来传送多个无线数据流的一个示例的图。在图12的示例中，输出信号124包括六个并行无线数据流，这些并行无线数据流使用两个不同偏振pol1和pol2(例如，分别是线性水平偏振和竖直偏振)和三个光学模式(例如，基本光学模式lp
01
、光学模式lp
11a
、光学模式lp
11b
)来复用到单个已调制载波频率(例如，图11的已调制载波174)上。
[0101]
如图12所示，接入点45可包括分光器188和198、相位板202和210、透镜186、204和212，以及光学路径206、214和194。透镜186可通过光学路径92从中央光学处理器90接收输出信号124。透镜186可将输出信号124引导到分光器188上。分光器188可将输出信号124中的基本光学模式lp
01
的两个偏振与更高阶光学模式lp
11a
和lp
11b
的两个偏振分开。分光器188可朝向透镜192引导基本光学模式lp
01
，如箭头190所示。分光器188可将更高阶光学模式lp
11a
和lp
11b
引导到分光器98，如箭头196所示。透镜192可将基本光学模式lp
01
引导到光纤194上(例如，单模光纤(smf))。
[0102]
分光器198可将光学模式lp
11a
的两个偏振与光学模式lp
11a
的两个偏振分开。分光器198可通过相位板202朝向透镜204引导光学(横向)模式lp
11a
，如箭头200所示。分光器198可通过相位板210朝向透镜212引导光学(横向)模式lp
11b
，如箭头208所示。相位板202可将处于光学模式lp
11a
的光转换为基本光学模式lp
01
。透镜204可将光学模式lp
01
引导到光学路径206(例如，smf)上。类似地，相位板210可将处于光学模式lp
11b
的光转换为基本光学模式lp
01
。透镜212可将光学模式lp
01
引导到光学路径214(例如，smf)上。以此方式，接入点45可反转由中央光学处理器90执行的光学模式复用，以在光学路径206、214和194上产生三个光学信号，每个光学信号处于相应独立的基本光学模式lp
01
。
[0103]
在图12的示例中，光学路径206、214和194上的光学信号中的每个光学信号还包括多路复用到基本光学模式lp
01
上的两个光学偏振pol1和pol2。如图12所示，接入点45可包括一个或多个偏振分离器，诸如偏振分离器(ps)216。偏振分离器216可在光学路径214上接收处于基本模式lp
01
的光学信号，并且可将该光学信号分成光学路径218上的第一偏振pol1光学信号和光学路径220上的第二偏振pol2光学信号(例如，其中第一光学信号和第二光学信号传送相应独立的无线数据流)。
[0104]
光学路径218上的光学信号可照亮光电二极管182(例如，utc pd，诸如图6的utc pd 42)。这可能使光电二极管182通过耦接到光电二极管182的一组对应天线180发射对应的thf信号(例如，图8的无线信号94)。thf信号的频率可由处于频率f_lo的光学lo信号170和该光学信号中处于频率fa(例如，图11的频率thf1)的已调制载波174之间的频率差(例如，频隙)给出。一组天线180可包括共享单个光电二极管182的一个或多个天线辐射元件臂36(图6)。如果需要，一组天线180可形成相控天线阵列。
[0105]
类似地，光学路径220上的光学信号可照亮光电二极管184(例如，utc pd，诸如图6的utc pd 42)。这可能使光电二极管184通过耦接到光电二极管184的一组对应天线180发射对应的thf信号(例如，图8的无线信号94)。thf信号的频率可由处于频率f_lo的光学lo信号170和该光学信号中处于频率fa(例如，图11的频率thf1)的已调制载波174之间的频率差(例如，频隙)给出。一组天线180可包括共享单个光电二极管184的一个或多个天线辐射元件臂36(图6)。如果需要，耦接到光电二极管182的一组天线180可形成图4的天线30v，而耦接到光电二极管184的一组天线180形成图4的天线30h。由光电二极管182发射的thf信号可处于第一偏振，而由光电二极管184发射的thf信号处于第二偏振。
[0106]
接入点45可包括类似的光电二极管和天线，以用于基于光学路径206和194上的光学信号的两个偏振来发射thf信号(例如，接入点45可包括总共六个光电二极管用于传送六个独立的无线数据流，每个光电二极管对应于偏振pol1/pol2和光学模式lp
01
/lp
11a
/lp
11b
的相应组合)。例如，光学路径206上的光学信号可用于将thf信号发射到第一外部设备98，光学路径214上的光学信号可用于将thf信号发射到第二外部设备98，并且光学路径194上的光学信号可以用于将thf信号发射到第三外部设备98。
[0107]
图12的示例仅为例示性的。接入点45可使用输出信号124等效地在同时并行无线数据流中接收thf信号(例如，其中该输出信号未用无线数据调制)。输出信号124可包括任何期望数量的频率(例如，图11的光学频率梳172中的频率)、偏振(例如，偏振pol1和pol2)和/或光学模式(例如，光学模式lp
01
、lp
11a
、lp
11b
和/或更高阶模式)的任何期望的组合。每个组合可对应于可由接入点45并行传送的相应无线数据流。通常，接入点45可包括用于每个无线数据流的相应光电二极管和一组天线180。如果需要，光学路径206、214和194可包括波导。例如，将用于并行无线数据流的光学复用卸载到中央光学控制器90可用于最小化接入点45所消耗的资源和功率。
[0108]
如果需要，可通过将不同的轨道角动量(oam，有时也被称为aom)复用到光学信号上(例如，单独使用oam复用或与波长、偏振和/或光学模式复用组合使用)，来进一步增加由无线通信系统95处理的同时无线数据流(光学自由度)的数量。oam光束可具有无限数量的状态，并且有时被称为扭曲oam光束。如果需要，无线数据可被映射成更高阶调制格式，诸如正交相移键控(qpsk)和正交幅度调制(qam)。
[0109]
由于正交性，oam与具有相反拓扑电荷的另一个模式的叠加可允许生成与其他oam状态正交的具有瓣状横向强度分布的新模式。具有不同|l|的oam模式的合成物可进一步用作与其他状态正交的独立数据载波。oam光纤模式可被表示为oam
l,m
，其中l是方位角索引，并且m是这些模式的横向强度分布中同心径向环的数量。oam光纤模式可被表示为混合he或eh模式的函数，如等式2和3所示。
[0110][0111][0112]
在等式2和3中，下标是指圆形偏振态的旋转的旋向。和是简并的(例如，具有相同的有效折射率)，这意味着线性组合模式
还是光纤的固有模式并且可用作独立数据载波。
[0113]
oam仅是完整的拉盖尔高斯(laguerre gaussian，lg)模式基的子空间。lg光束形成完整的正交基，并且通过方位角索引l和径向索引p来表征，其中前者是oam的原因。lg模式由等式4来描述。
[0114][0115]
图13为可用于沿着光学路径92(图8)同时传送相应的无线数据流的两个例示性正交oam模式的透视图。如图13所示，光学信号230具有l＝-1的第一oam，其中该信号的强度遵循围绕传播方向(轴线)232的右旋螺旋形状，如箭头234所示。光学信号236具有l＝+1的第二oam，其中该信号的强度遵循围绕传播方向232的左旋螺旋形状，如箭头238所示。光学信号230和236正交并且可在相同体积的光纤上(例如，在光学路径92中)叠加以独立地传送相应无线数据流。接入点45可包括光学结构，这些光学结构将光学信号230与光学信号236分开(例如，通过oam分开这些光学信号)以生成相应的thf信号(例如，图8的无线信号94)。这种oam复用可以是由无线通信系统95使用的唯一复用，或者可与波长复用、偏振复用和/或光学模式复用组合，以增加该系统所支持的并行无线数据流的数量。
[0116]
图14为可由无线通信系统98和一个或多个外部设备10执行以使用多个无线数据流进行通信的例示性操作的流程图。
[0117]
在操作240处，中央光学控制器90可在光学路径92上输出光学信号。光学信号可包括用于发射到一个或多个外部设备98(例如，如图8所示的m个外部设备98)的多个无线数据流。中央光学控制器90可在光学路径92中利用关于光纤的一个或多个正交自由度的复用，以独立地传送无线数据流。例如，中央光学控制器90可生成输出信号124，这些输出信号具有调制到光学模式(例如，光学模式lp
01
、lp
11a
、lp
11b
等)、(例如，图11的光学频率梳172内的)载波波长、偏振(例如，图12的pol1和pol2)和/或轨道角动量(例如，使用如图13所示的l＝-1的光学信号230和l＝+1的光学信号236)的不同相应组合上的无线数据流。换句话说，中央光学控制器90可对输出信号124执行光学模式复用、波长复用、oam复用和/或偏振复用。如果需要，这些因素的每个组合可具有其自身的相应调制顺序。如果需要，中央光学控制器90还可执行无线数据的时分双工(tdd)。中央光学控制器90可通过光学路径92向一个或多个接入点45提供输出信号124。
[0118]
在操作242处，一个或多个接入点45可以由光学lo信号频率f_lo和输出信号124中的一个或多个载波频率之间的频率差给出的thf频率发射无线信号94(图8)。接入点45可发射相应的无线信号，这些无线信号承载了与输出信号124中的光学模式、载波波长、偏振和/或轨道角动量的每个组合(在光域中)对应的无线数据流中的每个无线数据流(在thf域中)。接入点45可(例如，使用su mimo方案或mu mimo方案)将无线信号发射到一个或多个外部设备98。换句话说，接入点可在thf域中使用相应的光电二极管和对应的天线以及波长、偏振和/或时间资源的相应组合来(从光域)发射每个无线数据流。
[0119]
在操作246处，一个或多个外部设备98可接收由一个或多个接入点45发射的无线
数据流中的每个无线数据流。例如，可存在m个外部设备98，这些外部设备各自接收传送相应无线数据流的相应无线信号94。一个或多个外部设备98可接收多个无线数据流。图14的示例仅仅是例示性的，并且如果需要，可不调制光学信号(例如，以在无线通信系统95处接收多个thf信号流)。
[0120]
设备10可收集和/或使用个人可识别信息。众所周知，使用个人可识别信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。如果需要，本文描述的光学部件(例如，mzm调制器、波导、相移器、utc pd等)可在等离激元技术中实现。
[0121]
上文结合图1至图13描述的方法和操作(例如，图10和图13的操作)可由设备10的部件使用软件、固件和/或硬件(例如，专用电路或硬件)来执行。用于执行这些操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上，该非暂态计算机可读存储介质存储在设备10的部件中的一个或多个部件上(例如，图1的存储电路16)。该软件代码有时可被称为软件、数据、指令、程序指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括驱动器、非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、可移动闪存驱动器或其他可移动介质、其他类型的随机存取存储器等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可由设备10的部件中的一个或多个部件上的处理电路(例如，图1的处理电路18等)来执行。处理电路可包括微处理器、中央处理单元(cpu)、具有处理电路的专用集成电路或其他处理电路。
[0122]
根据实施方案，提供了一种通信系统，该通信系统包括：光学部件，该光学部件被配置为生成光学信号，该光学信号具有调制到该光学信号的第一光学模式上的第一数据流，并且具有调制到该光学信号的第二光学模式上的第二数据流，该第二光学模式与该第一光学模式正交；光源，该光源被配置为将光学本地振荡器(lo)信号添加到该光学信号；第一天线辐射元件；第一光电二极管，该第一光电二极管耦接到该第一天线辐射元件，该第一光电二极管被配置为通过该第一天线辐射元件基于该光学lo信号和该光学信号的该第一光学模式来发射第一无线信号；第二天线辐射元件；和第二光电二极管，该第二光电二极管耦接到该第二天线辐射元件，该第二光电二极管被配置为通过该第二天线辐射元件基于该光学lo信号和该光学信号的该第二光学模式来发射第二无线信号。
[0123]
根据另一个实施方案，该第一光学模式包括该光学信号的基本模式，并且该第二光学模式包括该光学信号的比该基本模式更高阶的模式。
[0124]
根据另一个实施方案，该光学信号具有调制到该光学信号的第三光学模式上的第三数据流，该第三光学模式与该第一光学模式和该第二光学模式正交。
[0125]
根据另一个实施方案，该第三光学模式包括该光学信号的比该基本模式更高阶的该模式。
[0126]
根据另一个实施方案，该通信系统包括第三天线辐射元件和第三光电二极管，该第三光电二极管耦接到该第三天线辐射元件，该第三光电二极管被配置为通过该第三天线辐射元件基于该光学lo信号和该光学信号的该第三光学模式来发射第三无线信号。
[0127]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式和该第二光学模式被调制到载波上，该载波在频率上与该光学lo信号相差大于或等于100ghz的间隙频率，该第一光电
二极管被配置为以该间隙频率发射该第一无线信号，并且该第二光电二极管被配置为以该间隙频率发射该第二无线信号。
[0128]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式被调制到第一载波上，该第一载波在频率上与该光学lo信号相差大于或等于100ghz的第一间隙频率，并且该光学信号的该第二光学模式被调制到第二载波上，该第二载波在频率上大于该第一载波。
[0129]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式和该第一无线信号处于第一偏振，并且该光学信号的该第二光学模式和该第二无线信号处于与该第一偏振正交的第二偏振。
[0130]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式具有第一轨道角动量，并且该光学信号的该第二光学模式具有与该第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。
[0131]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式具有第一轨道角动量，并且该光学信号的该第二光学模式具有与该第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。
[0132]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式和该第一无线信号处于第一偏振，并且该光学信号的该第二光学模式和该第二无线信号处于与该第一偏振正交的第二偏振。
[0133]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式具有第一轨道角动量，并且该光学信号的该第二光学模式具有与该第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。
[0134]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一光学模式具有第一轨道角动量，并且该光学信号的该第二光学模式具有与该第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。
[0135]
根据另一个实施方案，这些光学部件包括：第一附加光源和相位板，该第一附加光源和该相位板被配置为生成该光学信号的该第一光学模式；第二附加光源，该第二附加光源被配置为生成该光学信号的该第二光学模式；和光学组合器，该光学组合器被配置为将该光学信号的该第一光学模式与该光学信号的该第二光学模式组合。
[0136]
根据实施方案，提供了一种通信系统，该通信系统包括：光学路径；光学部件，这些光学部件被配置为在该光学路径上生成光学信号，该光学信号具有调制到该光学信号上的第一数据流和第二数据流，该第一数据流由该光学信号的第一轨道角动量承载，并且该第二数据流由该光学信号的第二轨道角动量承载，该第二轨道角动量与该第一轨道角动量相反；光源，该光源被配置为在该光学信号中生成光学本地振荡器(lo)信号；第一天线辐射元件；第一光电二极管，该第一光电二极管耦接到该第一天线辐射元件，该第一光电二极管被配置为通过该第一天线辐射元件基于该光学lo信号和该光学信号的该第一轨道角动量来发射第一无线信号；第二天线辐射元件；和第二光电二极管，该第二光电二极管耦接到该第二天线辐射元件，该第二光电二极管被配置为通过该第二天线辐射元件基于该光学lo信号和该光学信号的该第二轨道角动量来发射第二无线信号。
[0137]
根据另一个实施方案，该第一数据流和该第二数据流被调制到该光学信号的载波上，该载波在频率上与该光学lo信号偏移至少100ghz。
[0138]
根据另一个实施方案，该第一光电二极管包括第一单行载波光电二极管(utc pd)，并且该第二光电二极管包括第二utc pd。
[0139]
根据实施方案，提供了一种操作通信系统的方法，该方法包括：将第一无线数据流调制到处于载波频率的光学信号的第一横向模式上；将第二无线数据流调制到处于该载波
频率的该光学信号的第二横向模式上，该第二横向模式与该第一横向模式正交；利用一个或多个光学路径，使用该光学信号的该第一横向模式和光学本地振荡器(lo)信号照亮第一光电二极管，并且使用该光学信号的该第二横向模式和该光学lo信号照亮第二光电二极管；利用该第一光电二极管，通过第一天线辐射元件使用该光学信号的该第一横向模式和该光学lo信号以大于或等于100ghz的频率将该第一无线数据流发射到第一设备；以及利用该第二光电二极管，通过第二天线辐射元件使用该光学信号的该第二横向模式和该光学lo信号以该频率将该第二无线数据流发射到第二设备。
[0140]
根据另一个实施方案，该第一横向模式包括该光学路径的基本模式，并且该第二横向模式包括该光学路径的比该基本模式更高阶的模式。
[0141]
根据另一个实施方案，该光学信号的该第一横向模式具有偏振，并且该光学信号的该第二横向模式具有该偏振。
[0142]
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

技术特征：

1.一种通信系统，所述通信系统包括：光学部件，所述光学部件被配置为生成光学信号，所述光学信号具有调制到所述光学信号的第一光学模式上的第一数据流，并且具有调制到所述光学信号的第二光学模式上的第二数据流，所述第二光学模式与所述第一光学模式正交；光源，所述光源被配置为将光学本地振荡器lo信号添加到所述光学信号；第一天线辐射元件；第一光电二极管，所述第一光电二极管耦接到所述第一天线辐射元件，所述第一光电二极管被配置为通过所述第一天线辐射元件基于所述光学lo信号和所述光学信号的所述第一光学模式来发射第一无线信号；第二天线辐射元件；和第二光电二极管，所述第二光电二极管耦接到所述第二天线辐射元件，所述第二光电二极管被配置为通过所述第二天线辐射元件基于所述光学lo信号和所述光学信号的所述第二光学模式来发射第二无线信号。2.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述第一光学模式包括所述光学信号的基本模式，并且所述第二光学模式包括所述光学信号的比所述基本模式更高阶的模式。3.根据权利要求2所述的通信系统，其中所述光学信号具有调制到所述光学信号的第三光学模式上的第三数据流，所述第三光学模式与所述第一光学模式和所述第二光学模式正交。4.根据权利要求3所述的通信系统，其中所述第三光学模式包括所述光学信号的比所述基本模式更高阶的所述模式。5.根据权利要求4所述的通信系统，还包括：第三天线辐射元件；和第三光电二极管，所述第三光电二极管耦接到所述第三天线辐射元件，所述第三光电二极管被配置为通过所述第三天线辐射元件基于所述光学lo信号和所述光学信号的所述第三光学模式来发射第三无线信号。6.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式和所述第二光学模式被调制到载波上，所述载波在频率上与所述光学lo信号相差大于或等于100ghz的间隙频率，所述第一光电二极管被配置为以所述间隙频率发射所述第一无线信号，并且所述第二光电二极管被配置为以所述间隙频率发射所述第二无线信号。7.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式被调制到第一载波上，所述第一载波在频率上与所述光学lo信号相差大于或等于100ghz的第一间隙频率，并且所述光学信号的所述第二光学模式被调制到第二载波上，所述第二载波在频率上大于所述第一载波。8.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式和所述第一无线信号处于第一偏振，并且所述光学信号的所述第二光学模式和所述第二无线信号处于与所述第一偏振正交的第二偏振。9.根据权利要求8所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式具有第一轨道角动量，并且所述光学信号的所述第二光学模式具有与所述第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。
10.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式具有第一轨道角动量，并且所述光学信号的所述第二光学模式具有与所述第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。11.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式和所述第一无线信号处于第一偏振，并且所述光学信号的所述第二光学模式和所述第二无线信号处于与所述第一偏振正交的第二偏振。12.根据权利要求11所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式具有第一轨道角动量，并且所述光学信号的所述第二光学模式具有与所述第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。13.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述光学信号的所述第一光学模式具有第一轨道角动量，并且所述光学信号的所述第二光学模式具有与所述第一轨道角动量相反的第二轨道角动量。14.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述光学部件包括：第一附加光源和相位板，所述第一附加光源和所述相位板被配置为生成所述光学信号的所述第一光学模式；第二附加光源，所述第二附加光源被配置为生成所述光学信号的所述第二光学模式；和光学组合器，所述光学组合器被配置为将所述光学信号的所述第一光学模式与所述光学信号的所述第二光学模式组合。15.一种通信系统，所述通信系统包括：光学路径；光学部件，所述光学部件被配置为在所述光学路径上生成光学信号，所述光学信号具有调制到所述光学信号上的第一数据流和第二数据流，所述第一数据流由所述光学信号的第一轨道角动量承载，并且所述第二数据流由所述光学信号的第二轨道角动量承载，所述第二轨道角动量与所述第一轨道角动量相反；光源，所述光源被配置为在所述光学信号中生成光学本地振荡器lo信号；第一天线辐射元件；第一光电二极管，所述第一光电二极管耦接到所述第一天线辐射元件，所述第一光电二极管被配置为通过所述第一天线辐射元件基于所述光学lo信号和所述光学信号的所述第一轨道角动量来发射第一无线信号；第二天线辐射元件；和第二光电二极管，所述第二光电二极管耦接到所述第二天线辐射元件，所述第二光电二极管被配置为通过所述第二天线辐射元件基于所述光学lo信号和所述光学信号的所述第二轨道角动量来发射第二无线信号。16.根据权利要求15所述的通信系统，其中所述第一数据流和所述第二数据流被调制到所述光学信号的载波上，所述载波在频率上与所述光学lo信号偏移至少100ghz。17.根据权利要求15所述的通信系统，其中所述第一光电二极管包括第一单行载波光电二极管utc pd，并且所述第二光电二极管包括第二utc pd。18.一种操作通信系统的方法，所述方法包括：
将第一无线数据流调制到处于载波频率的光学信号的第一横向模式上；将第二无线数据流调制到处于所述载波频率的所述光学信号的第二横向模式上，所述第二横向模式与所述第一横向模式正交；利用一个或多个光学路径，使用所述光学信号的所述第一横向模式和光学本地振荡器lo信号照亮第一光电二极管，并且使用所述光学信号的所述第二横向模式和所述光学lo信号照亮第二光电二极管；利用所述第一光电二极管，通过第一天线辐射元件使用所述光学信号的所述第一横向模式和所述光学lo信号以大于或等于100ghz的频率将所述第一无线数据流发射到第一设备；以及利用所述第二光电二极管，通过第二天线辐射元件使用所述光学信号的所述第二横向模式和所述光学lo信号以所述频率将所述第二无线数据流发射到第二设备。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一横向模式包括所述光学路径的基本模式，并且所述第二横向模式包括所述光学路径的比所述基本模式更高阶的模式。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述光学信号的所述第一横向模式具有偏振，并且所述光学信号的所述第二横向模式具有所述偏振。

技术总结

本公开涉及“具有高频多模式通信能力的电子设备。”本发明公开了一种无线系统，所述无线系统可包括中央处理器和接入点。该中央处理器可在光纤上生成光学信号。该光学信号可包括光学本地振荡器(LO)信号和一个或多个载波。该中央处理器可调制该光学信号的横向光学模式、轨道角动量、偏振和/或载波频率的不同组合以同时传送相应无线数据流。这些横向光学模式、该轨道角动量、该偏振和该载波频率的正交性可允许许多无线数据流被调制到该光学信号上并且在该光纤上被独立于彼此同时发射和传播，以用于发射到一个或多个外部设备。于发射到一个或多个外部设备。于发射到一个或多个外部设备。