可縮放光學(xué)交換器及交換模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明呈現(xiàn)電信交換器，所述電信交換器包含可擴(kuò)展光學(xué)交換器，所述可擴(kuò)展光學(xué)交換器允許將N個(gè)輸入×M個(gè)輸出的交換器任意擴(kuò)展為新數(shù)目N個(gè)輸入及/或新數(shù)目M個(gè)輸出。本發(fā)明還提供具有控制信號(hào)旁路線的內(nèi)部交換器塊的交換器，其中這些交換器對于所述可擴(kuò)展交換器為有用的。
【專利說明】可縮放光學(xué)交換器及交換模塊
[0001]相關(guān)申請案交叉參考
[0002]本申請案主張以下同在申請中的美國臨時(shí)申請案的優(yōu)先權(quán):沃洛別伊黑克(Vorobeichik)等人于2011年10月28日提出申請、標(biāo)題為“可縮放光學(xué)交換器及交換模塊(Scalable Optical Switches and Switching Modules) ”的美國臨時(shí)申請案 61/552, 616 ;韋(Way)等人于2012年2月3日提出申請、標(biāo)題為“可縮放光學(xué)交換器及交換模塊(ScalableOptical Switches and Switching Modules) ” 的美國臨時(shí)申請案 61/594, 539 ;及韋等人于2012年5月3日提出申請、標(biāo)題為“可縮放光學(xué)交換器及交換模塊(Scalable OpticalSwitches and Switching Modules) ”的美國臨時(shí)申請案61/642，280,所述美國臨時(shí)申請案三者全部以引用方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】涉及一種可縮放光學(xué)交換器系統(tǒng)，所述光學(xué)交換器系統(tǒng)基于以模塊化形式構(gòu)造以用于擴(kuò)展所述交換器系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)光學(xué)通信系統(tǒng)的所要交換能力的光學(xué)交換器裝置。本發(fā)明進(jìn)一步涉及并入有可擴(kuò)展模塊化光學(xué)交換能力的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)代光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)普遍地用于互連用于引導(dǎo)眾多不同的電話語音、數(shù)字視頻、因特網(wǎng)及其它類型數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的流的遠(yuǎn)距、區(qū)域及都會(huì)通信樞紐。此意味著，為最高效且經(jīng)濟(jì)地管理對這些網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)增加的能力及速度需求，將許多通信信道聚合成若干流，每一流攜載高達(dá)每秒10個(gè)千兆位，目前出現(xiàn)每秒40及100個(gè)千兆位且未來預(yù)期每經(jīng)聚合數(shù)據(jù)流每秒數(shù)百個(gè)千兆位。數(shù)十個(gè)這些數(shù)據(jù)流利用波長劃分多路復(fù)用(WDM)通過網(wǎng)絡(luò)中的每一光纖同時(shí)發(fā)射，其中每一流通過具有稍微不同于光纖中的其它流的所有其它波長但可完全與其區(qū)分開的光學(xué)波長的光學(xué)信號(hào)攜載。常規(guī)地，這些光學(xué)流視情況通過光纖鏈路的每一端處的各種眾所周知的光學(xué)濾光器組件組合及分離。
[0005]這些光學(xué)網(wǎng)絡(luò)包含其中光纖在“節(jié)點(diǎn)”處相交的許多位置。這些節(jié)點(diǎn)在許多方面類似于復(fù)雜公路系統(tǒng)的相交點(diǎn)。大量業(yè)務(wù)沿著光纖中的每一者來到節(jié)點(diǎn)，但并非任何光纖上的所有業(yè)務(wù)必需前往相同目的地。業(yè)務(wù)中的一些業(yè)務(wù)可前往在節(jié)點(diǎn)本地的目的地，可存在在節(jié)點(diǎn)本地始發(fā)的新業(yè)務(wù)，且其它業(yè)務(wù)可需要在從節(jié)點(diǎn)的各種傳出光纖當(dāng)中獨(dú)立地重新路由。實(shí)現(xiàn)這些節(jié)點(diǎn)處的業(yè)務(wù)的必需重新配置由交換器提供。
[0006]直到最近，用以提供此交換的主要構(gòu)件將為電子的。為實(shí)現(xiàn)此目的，每一光纖中的每一波長將經(jīng)分離成個(gè)別物理信道，且接著那些波長中的每一者中的數(shù)據(jù)將通過光學(xué)接收器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制電數(shù)據(jù)。一旦所有數(shù)據(jù)呈電形式，便可將其用管道輸送到呈眾多可能配置中的任一者的電子交換矩陣中，且經(jīng)重新組織到多個(gè)輸出信道上的適當(dāng)群組中。接著，每一輸出信道中的數(shù)據(jù)通過具有特定預(yù)定波長的每一輸出處的光學(xué)發(fā)射器轉(zhuǎn)換回到光學(xué)數(shù)據(jù)且前往每一輸出光纖的不同波長上的數(shù)據(jù)流被重新多路復(fù)用且插入到所述光纖中。也可存在與可與使用交換矩陣上的額外端口通過節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集成的本地業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)的輸入及輸出數(shù)據(jù)流。在每一波長中使用的數(shù)據(jù)速率下，與純光學(xué)調(diào)度相比，電光接收器及發(fā)射器是相對昂貴、大型且耗電的。此外，在電交換器矩陣內(nèi)，需要功率來推送每一位數(shù)據(jù)經(jīng)過矩陣，且每秒可存在數(shù)千億或數(shù)萬億個(gè)位移動(dòng)經(jīng)過矩陣。原則上，電子交換可在于數(shù)據(jù)的路徑上發(fā)送數(shù)據(jù)之前提供重新配置、格式化、同步化及以其它方式優(yōu)化數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)的最大靈活性。然而，針對通過現(xiàn)代節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量，以電子方式交換所有項(xiàng)目無疑地完全不可行，且提供基本硬件的經(jīng)濟(jì)性也無法支持。此外，通過節(jié)點(diǎn)的帶寬僅預(yù)期隨時(shí)間增加。
[0007]在本申請案之前的大約十年中，已出現(xiàn)補(bǔ)充電子交換同時(shí)且實(shí)際上實(shí)現(xiàn)通過節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的帶寬的增加的光學(xué)交換技術(shù)。光學(xué)交換通常將每一波長視為粘著(cohesive)單元且將每一波長透明地傳遞到所述節(jié)點(diǎn)內(nèi)的其目的地(輸出光纖或與本地業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)的波長信道)。透明光學(xué)交換器有效地建立用于將線性或直接地傳遞到所要輸出光纖或本地端口的指定輸入光纖上的指定波長下的光的物理路徑。此交換器基本上傳遞任何光學(xué)數(shù)據(jù)(不論格式或內(nèi)容)，只要光學(xué)數(shù)據(jù)在針對所述光學(xué)信道指定的光學(xué)波長范圍內(nèi)即可。由于光學(xué)交換器不能修改光學(xué)波長內(nèi)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，因此其不如電子交換器一樣靈活。但更顯著地，交換所述波長的數(shù)據(jù)所需的功率僅為通過交換器建立及維持光學(xué)路徑所需的電量，其通常小于電子交換相同數(shù)據(jù)所需的數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí)。由于功率消耗通常為可由節(jié)點(diǎn)管理的帶寬的限制因素，因此光學(xué)交換不僅便于遠(yuǎn)程配置，而且明顯實(shí)現(xiàn)光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前及未來性能等級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]電子交換借以提供實(shí)用可縮放性的一種廣泛接受方法是完全模塊化擴(kuò)展。提供支持對適度大小交換器的需要的基本交換模塊。當(dāng)需要較大大小的交換器時(shí)，代替形成提供新的所要交換器大小的額外組件，可互連可擴(kuò)展交換器的多個(gè)模塊且所述模塊之間的通信使得所述組模塊能夠充 當(dāng)較大交換器。在本發(fā)明之前，光學(xué)交換組件不能夠提供有用類似能力。光學(xué)交換組件通?？赏ㄟ^將一個(gè)組件的標(biāo)準(zhǔn)輸出連接到額外組件的標(biāo)準(zhǔn)輸入而級(jí)聯(lián)。然而，此僅提供幾何擴(kuò)展，即，可在單個(gè)I X 8交換器之外級(jí)聯(lián)8個(gè)I X 8交換器以形成I X 64交換器。此幾何級(jí)數(shù)變得過大過快而無多大用處，且并不實(shí)際上提供模塊化可擴(kuò)展交換器所需的擴(kuò)展。本發(fā)明的目的是提供用以支持集成光學(xué)交換陣列及模塊的線性擴(kuò)展的構(gòu)件。這些創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)揭示用于光學(xué)交換元件的主光學(xué)電路的示意圖外圍上的小部分額外光學(xué)電路元件可提供允許以線性配置互連多個(gè)模塊的擴(kuò)展端口，且這些擴(kuò)展端口使得光學(xué)交換組件之間所需通信能夠使線性擴(kuò)展變得實(shí)際。可應(yīng)用本文中所描述的創(chuàng)新的原理來為各種常見光學(xué)交換架構(gòu)提供擴(kuò)展能力。因此本發(fā)明的創(chuàng)新針對本文中所描述的基本種類光學(xué)交換器架構(gòu)中的任一者從可線性擴(kuò)展光學(xué)交換模塊實(shí)現(xiàn)可縮放光學(xué)交換系統(tǒng)。本發(fā)明的本文中所描述的架構(gòu)的應(yīng)用為示范性的，且從這些教示獲益的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于其它光學(xué)交換器架構(gòu)配置中。
[0009]在第一方面中，本發(fā)明涉及一種具有擴(kuò)展連接的光學(xué)交換裝置，所述光學(xué)交換裝置包括光子集成電路。所述光子集成電路可包括:N個(gè)輸入光學(xué)端口，其中N > I ;輸入光路徑，其與每一輸入端口相關(guān)聯(lián);M個(gè)光學(xué)輸出端口，其中M > I ;輸出光路徑，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；旁路光學(xué)交換器塊，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；P個(gè)擴(kuò)展輸入端口，其中P ^ I;擴(kuò)展光路徑，其與每一擴(kuò)展輸入端口相關(guān)聯(lián)且與相關(guān)聯(lián)旁路交換器塊連接；多個(gè)光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)光路徑，其形成所述輸入光路徑與關(guān)聯(lián)于輸出光路徑的旁路交換器塊之間的連接網(wǎng)絡(luò)。
[0010]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種具有擴(kuò)展連接的光學(xué)交換裝置，所述光學(xué)交換裝置包括光子集成電路。所述光子集成電路可包括:N個(gè)輸入光學(xué)端口，其中N ^ I ;輸入光路徑，其與每一輸入端口相關(guān)聯(lián);M個(gè)光學(xué)輸出端口，其中M > I ;輸出光路徑，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；旁路光學(xué)交換器塊，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；Q個(gè)擴(kuò)展輸出端口，其中Q ^ I ;擴(kuò)展光路徑，其與每一擴(kuò)展輸出端口相關(guān)聯(lián)且與相關(guān)聯(lián)旁路交換器塊連接；多個(gè)光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)光路徑，其形成關(guān)聯(lián)于輸入光路徑的所述旁路交換器塊與所述輸出端口之間的連接網(wǎng)絡(luò)。
[0011]在額外方面中，本發(fā)明涉及一種可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其用于動(dòng)態(tài)地配置選定數(shù)目個(gè)光學(xué)輸入端口與M個(gè)光學(xué)輸出端口之間的互連。所述交換器裝置可包括Z個(gè)光學(xué)交換模塊(Z ^ 2)，所述光學(xué)交換模塊具有光學(xué)互連以形成具有初始模塊、終點(diǎn)模塊及任選中間模塊的配置，每一光學(xué)交換模塊L包括Nlj個(gè)輸入端口及M個(gè)輸出端口以及所述輸入端口與所述輸出端口之間的所要交換能力，其中隊(duì)的和等于輸入端口的所述選定數(shù)目。并非初始模塊的每一光學(xué)交換模塊可具有通過旁路交換器耦合到相應(yīng)輸出端口的一組擴(kuò)展輸入端口且并非終點(diǎn)模塊的每一光學(xué)模塊可具有耦合到另一模塊的擴(kuò)展輸入端口的一組輸出端口。
[0012]在其它方面中，本發(fā)明涉及一種可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其用于動(dòng)態(tài)地配置N個(gè)光學(xué)輸入端口與選定數(shù)目個(gè)光學(xué)輸出端口之間的互連，其中所述交換器裝置包括Z個(gè)光學(xué)交換模塊(z ^ 2)，所述光學(xué)交換模塊具有光學(xué)互連以形成具有初始模塊、終點(diǎn)模塊及任選中間模塊的配置。每一光學(xué)交換模塊L可包括N個(gè)輸入端口及Mlj個(gè)輸出端口以及所述輸入端口與輸出端口之間的所 要交換能力，其中A的和等于輸出端口的所述選定數(shù)目。并非終點(diǎn)模塊的每一光學(xué)交換模塊可具有通過旁路交換器耦合到相應(yīng)輸入端口的一組擴(kuò)展輸出端口且并非初始模塊的每一光學(xué)模塊可具有耦合到另一模塊的擴(kuò)展輸出端口的一組輸入端口。
[0013]此外，本發(fā)明涉及一種光學(xué)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其包括:多個(gè)節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)不同光學(xué)環(huán)，其連接到所述節(jié)點(diǎn)；及每一節(jié)點(diǎn)處的光學(xué)分支，其提供每一光學(xué)環(huán)與N個(gè)輸出光學(xué)線之間的光學(xué)連接，其中所述光學(xué)分支包括:兩個(gè)IXN光學(xué)交換器，其中每一 IXN光學(xué)交換器連接到相應(yīng)環(huán)；及N個(gè)2X I旁路交換器，其連接所述相應(yīng)I XN光學(xué)交換器與所述N個(gè)光學(xué)線。
[0014]此外，本發(fā)明涉及一種光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括:N個(gè)光學(xué)路徑；N' XW交叉連接交換器(OXC) '及}i” XM"多播交換器(MCS);—組旁路交換器；及一組旁路光路徑，其在OXC輸出與旁路交換器之間，且其中旁路交換器還連接到MCS輸出。
[0015]在進(jìn)一步方面中，本發(fā)明涉及一種光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括:N個(gè)輸入光路徑、下路排及爭用緩解結(jié)構(gòu)，其中所述下路排包括多播交換器(MCS)且所述爭用緩解結(jié)構(gòu)包括選擇性光學(xué)交換器，其中來自所述選擇性光學(xué)交換器的輸出通過光信道引導(dǎo)到所述MCS的輸入，其中所述N個(gè)輸入光路徑被劃分成將輸入提供到所述爭用緩解結(jié)構(gòu)的子組及將輸入提供到所述下路排的另一子組。
【專利附圖】

【附圖說明】[0016]圖1描繪具有N個(gè)輸入及M個(gè)輸出的光學(xué)交換器；
[0017]圖2描繪具有配備擴(kuò)展端口的至少一個(gè)交換器的交換器組合件；
[0018]圖3描繪具有配備擴(kuò)展端口的至少一個(gè)交換器的交換器組合件的替代實(shí)施例；
[0019]圖4描繪經(jīng)互連以提NXM交換器的四個(gè)模塊；
[0020]圖5描繪可擴(kuò)展交換模塊；
[0021]圖6描繪具有多個(gè)旁路線的可擴(kuò)展交換器；
[0022]圖7描繪組裝在一起的可擴(kuò)展交換器群組；
[0023]圖8描繪可擴(kuò)展多播交換器；
[0024]圖9描繪可擴(kuò)展多播交換器組合件；
[0025]圖10描繪圖8的交換器的子區(qū)段；
[0026]圖11是用于多播交換器的替代可擴(kuò)展4X I電路；
[0027]圖12是用于多播交換器的另一替代可擴(kuò)展4X I電路；
[0028]圖13是可擴(kuò)展4X3平面光波電路(PLC)交叉連接的概念布置；
[0029]圖14是可擴(kuò)展PLC的布局的實(shí)施例；
[0030]圖15是可擴(kuò)展交換器的功能圖；
[0031]圖16是圖15的交換器的光學(xué)模塊的功能圖；
[0032]圖17是圖15的交換器的模塊的連接的功能圖；
[0033]圖18A是卡的前側(cè)的模型的透視圖；
[0034]圖18B是圖18A的卡的后側(cè)的透視圖；
[0035]圖19是圖18A的卡的子組合件的平面圖；
[0036]圖20是圖18A的卡的子組合件的透視圖；
[0037]圖21是圖18A的卡的子組合件的透視圖；
[0038]圖22是圖18A的卡的子組合件的透視圖；
[0039]圖23是圖18A的卡的可擴(kuò)展交換器的布局的俯視圖；
[0040]圖24a是多播交換器的實(shí)施例；
[0041]圖24b是多播交換器的替代實(shí)施例；
[0042]圖25是CR處的所接收光學(xué)功率的曲線圖；
[0043]圖26是具有交越交換器負(fù)載平衡器的多播ROADM的實(shí)施例；
[0044]圖27是使用不同多播交換器類型及下路比率的ROADM成本的條形圖；
[0045]圖28描繪使用8個(gè)可編程分裂器的ROADM的經(jīng)改進(jìn)架構(gòu)。
[0046]圖29描繪基于MZI的可編程分裂器及示范性規(guī)格；
[0047]圖30描繪針對其中初始業(yè)務(wù)流量僅來自一個(gè)方向的情況的MCS ；
[0048]圖31描繪針對其中初始業(yè)務(wù)流量一致地來自所有方向的情況的MCS ；
[0049]圖32描繪針對其中提供完全自動(dòng)靈活性的情況的MCS ；
[0050]圖33是各種硬件爭用緩解選項(xiàng)的示意圖；
[0051]圖34是具有爭用緩解的⑶架構(gòu)的示意圖；
[0052]圖35是具有連接一組節(jié)點(diǎn)的并行光學(xué)路徑的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的概念圖；且
[0053]圖36描繪節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的實(shí)例?！揪唧w實(shí)施方式】
[0054]可縮放光學(xué)交換器模塊提供用于可包括大量光學(xué)路徑的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)交換功能。交換器模塊可包括可致動(dòng)1:2光學(xué)交換器元件、2:2光學(xué)交換器、分裂器及組合器的陣列，且可提供到用于一個(gè)維度中的集成能力的三組光學(xué)線的連接或到用于兩個(gè)維度中的集成能力的四組光學(xué)線的連接。定義交換功能的兩個(gè)基本維度涉及輸入光學(xué)線及輸出光學(xué)線。在一些實(shí)施例中，光學(xué)交換模塊可具有旁路交換器以提供光學(xué)電路元件串的旁路以在集成到模塊陣列中時(shí)如果未對模塊內(nèi)的特定輸入/輸出線執(zhí)行交換功能那么減少來自通過所述交換器元件的發(fā)射的對應(yīng)損耗。在具有減少損耗的光學(xué)交換器模塊的可用性的情況下，可設(shè)計(jì)可更大利用可縮放的光學(xué)交換功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。因此，基于可縮放的光學(xué)交換器的使用，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的更簡單縮放?；谑褂眉児鈱W(xué)交換器來執(zhí)行大規(guī)模光學(xué)交換的能力，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的光/電換能器的數(shù)目可顯著減少，此導(dǎo)致資本支出的顯著降低以及功率消耗的顯著降低。可擴(kuò)展交換器可以平面光電路的形式方便地構(gòu)造，但設(shè)計(jì)也可有效地由自由空間組件(例如與光纖連接的1X2或2X2交換器)構(gòu)造?？蓴U(kuò)展交換器可以平面光電路的形式方便地構(gòu)造，但設(shè)計(jì)也可有效地由自由空間組件(例如與光纖連接的1X2或2X2交換器)構(gòu)造。
[0055]如同所有通信網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)網(wǎng)絡(luò)集成交換功能以提供用以提供發(fā)射路由的各種連接。舉例來說，較長范圍發(fā)射路徑與用以在與發(fā)送者及接收者相關(guān)聯(lián)的最終路徑之間引導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的分支連接。特定通信或其部分的分離可基于經(jīng)由較長范圍主干(即，組合式信號(hào))線發(fā)送的組合式發(fā)射內(nèi)的波長及/或時(shí)間差異。在網(wǎng)絡(luò)上的某位置處，光學(xué)帶可經(jīng)分裂以隔離所述帶內(nèi)用于路由的特定信號(hào)，且類似地，個(gè)別通信經(jīng)組合以用于經(jīng)由組合式信號(hào)線發(fā)射。可通過借助適當(dāng)接收器首先將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)而使用電子交換來執(zhí)行光學(xué)交換功能。然而，如果可在減少將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的情況下執(zhí)行高效光學(xué)交換，那么成本最終可顯著降低，且/或交換能力顯著增加。本文中所描述的光學(xué)交換模塊通過沿著平面光學(xué)電路連同光學(xué)電路元件陣列的多個(gè)維度提供光學(xué)連接而提供所要的可縮放性。
[0056]如果光學(xué)交換不能適當(dāng)縮放，那么光學(xué)交換可僅用于有限網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。因此，已將網(wǎng)狀光學(xué)網(wǎng)絡(luò)描述為基于4度交換節(jié)點(diǎn)而提供交換功能性。參見以引用方式并入本文中的帕拉桑納(Prasanna)等人的“基于無色且無向WSS的ROADM架構(gòu)的多功能性(Versatilityof a Colorless and Directionless WSS Based ROADM Architecture) ” (C0MSNET2009 會(huì)議，2009年I月，印度班加羅爾(Bangalore，India))。已將平面光學(xué)電路設(shè)計(jì)為在單個(gè)晶片上容納16X16光學(xué)矩陣交換。參見以引用方式并入本文中的高(Goh)等人的“使用基于硅土的平面光波電路技術(shù)的6輸入晶片上的低損耗且高消光比嚴(yán)格地?zé)o阻塞16X16熱光矩陣交換器(Low Loss and High Extinction Ratio Strictly Non-Blocking 16X16Thermooptical Matrix Switch on a 6-1n Wafer Using Silica-Based Planar LightwaveCircuit Technology)”(光波技術(shù)期刊，1^(3)，第 371 到 379 頁(2001 年 3 月))。然而，高等人所描述的16X16光學(xué)交換器的設(shè)計(jì)并不提供任何簡單縮放。本文中所描述的光學(xué)交換電路通過在所述電路內(nèi)引入額外連接層而提供高度可縮放性，其中每一個(gè)別光學(xué)電路提供nXm交換器陣列。所述nXm陣列可與η個(gè)輸入光學(xué)端口及m個(gè)輸出光學(xué)端口相關(guān)聯(lián)。交換功能可指代用以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供所要交換的N個(gè)輸入線及M個(gè)輸出線，且NXM交換功能可通過個(gè)別模塊的nXm交換功能的適當(dāng)集成而實(shí)現(xiàn)。
[0057]光學(xué)交換與電子交換在交換節(jié)點(diǎn)中彼此互補(bǔ)。然而改進(jìn)仍然發(fā)生，電子交換的基本特性得以良好地建立。然而，光學(xué)交換的技術(shù)仍出現(xiàn)且光學(xué)交換裝置仍需要各種創(chuàng)新來開始完全解決其預(yù)期域的問題。目前及即將存在的光學(xué)交換系統(tǒng)通常歸屬于幾個(gè)基本架構(gòu)類別。雖然這些類別之間不存在嚴(yán)格的普遍接受的界限，但通常其因此為:基本可重新配置光學(xué)上路-下路多路復(fù)用器(ROADM);波長選擇性交換器(WSS);光學(xué)交叉連接(0XC，或較不常見地OCX);簡單分支(1XN，NX1);及多播交換器(MCS)。這些類別中的每一者的基本操作特性經(jīng)良好地建立。
[0058]概括地說，基本ROADM提供針對輸入光纖中的每一波長獨(dú)立地確定所述波長將是將路由到對應(yīng)輸出光纖還是下路到本地端口或不同光纖對的能力。另外，在基本ROADM中，經(jīng)下路且因此未直接路由到輸出的任何波長可用于將來自本地端口或其它光纖對的新光學(xué)數(shù)據(jù)流引入到輸出光纖。光學(xué)連網(wǎng)技術(shù)的遺憾情形為存在稱作“R0ADM”的兩個(gè)極不同項(xiàng)目。ROADM組件如前文中所描述，但也存在可用于在大量輸入/輸出光纖對當(dāng)中通過個(gè)別波長選擇性地下路或路由的較高度ROADM系統(tǒng)。最初，ROADM系統(tǒng)僅為ROADM組件與將其系結(jié)在一起的控制系統(tǒng)的集合且常用名稱不會(huì)引起問題。然而，這些較高階ROADM已演進(jìn)且常常包括一些其它類別光學(xué)交換器，包含(舉例來說)WSS、0XC及MCS。遺留ROADM組件仍存在，但ROADM術(shù)語現(xiàn)在更通常指代較高階系統(tǒng)。隨后，除非特定來說引用“R0ADM組件”，否則術(shù)語ROADM應(yīng)指代較高層級(jí)ROADM系統(tǒng)。下文呈現(xiàn)可擴(kuò)展OXC及MCS連同并入有可擴(kuò)展MCS的ROADM的特定實(shí)施例。
[0059]當(dāng)前WSS類別交換器具有單個(gè)輸入及數(shù)個(gè)輸出且所述輸入上的每一波長可獨(dú)立地路由到所述輸出中的任一者且每一輸出可適應(yīng)輸入光纖上的任何數(shù)目個(gè)波長。如同大多數(shù)類別的透明光學(xué)交換器，所述WSS針對從輸入傳播到輸出或從相同輸出傳播到輸入的光學(xué)信號(hào)同等良好地提供輸入與輸出之間的連接。因此，術(shù)語“輸入”及“輸出”僅用作為描述操作原理提供便利，但實(shí)際上其可如所描述使用或可沿相反方向使用。目前也存在對未來WSS類別交換器的許多考慮，其中單個(gè)組件可在多個(gè)輸入及多個(gè)輸出當(dāng)中路由波長，但迄今為止，提供例如使用多個(gè)離散組件的較高層級(jí)系統(tǒng)的能力是唯一切實(shí)可行的。
[0060]OXC在通常相等數(shù)目個(gè)輸出端口(但更通常不同數(shù)目個(gè)輸出端口)當(dāng)中提供輸入端口序列的任意排列，如下文所描述。此可(舉例來說)將其中每一端口僅攜載來自一個(gè)特定光纖的一個(gè)特定波長的一組輸入端口轉(zhuǎn)變成其中每一輸出端口可經(jīng)編程以攜載來自任何光纖的任何波長的一組輸出端口。簡單分支交換器提供基本I XN交換，其中單個(gè)輸入端口中的所有光學(xué)信號(hào)經(jīng)一起路由到N個(gè)輸出端口中的一者。此交換器也為可逆的，其中N個(gè)單獨(dú)光學(xué)信號(hào)進(jìn)入到N個(gè)端口且所述交換器從那些端口中的僅一者選擇信號(hào)以路由到作為輸出操作的單個(gè)“輸入”端口。
[0061]MXN多播交換器在M個(gè)輸入信道處使用M個(gè)IXN分裂器來將每一輸入端口中的所有光學(xué)信號(hào)朝向N個(gè)輸出中的每一者分布。N個(gè)輸出中的每一者具有其自身的MX I選擇器交換器以將信號(hào)與所要輸入端口隔離。MCS具有不具有光學(xué)濾光的基本優(yōu)勢，因此其不僅對每一波長中的數(shù)據(jù)透明，而且其對波長組配置自身透明(“無色”)，即，波長信道不必符合任何特定波長柵格規(guī)格或信道帶寬。此添加的透明性的主要代價(jià)是由于輸入級(jí)上的光學(xué)分裂所致的信號(hào)功率的減少，且一些應(yīng)用中的MCS涉及用以提升信號(hào)電平且補(bǔ)償每一輸入的額外損耗的光學(xué)放大器陣列。
[0062]通信網(wǎng)絡(luò)中的光學(xué)節(jié)點(diǎn)可包括來自這些類別中的一或多者的光學(xué)交換組件中的一或多者。隨著網(wǎng)絡(luò)變得較大且較復(fù)雜，可縮放性通?？蔀橹匾獑栴}且關(guān)于交換能力是尤其重要的。所要光學(xué)節(jié)點(diǎn)經(jīng)構(gòu)造為無色、無向且無爭用的，如隨后進(jìn)一步描述。這些網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)是這些節(jié)點(diǎn)中的每一者的標(biāo)稱最佳配置存在顯著變化。光學(xué)交換組件的目前技術(shù)水平使得每一產(chǎn)品往往支持特定端口計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)提供不同端口計(jì)數(shù)的類似組件需要單獨(dú)產(chǎn)品開發(fā)。這阻礙了將最適當(dāng)?shù)亟鉀Q對各種光學(xué)節(jié)點(diǎn)的需要的多樣化且迫使節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)針對于較不高效的一體適用的方法。目前明確需要用以使用基本光學(xué)交換類別中的任何一或多者來較靈活地調(diào)適光學(xué)交換矩陣的大小的構(gòu)件。本文中所描述的可擴(kuò)展交換器提供用于可調(diào)適節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一重要且創(chuàng)新性組件。
[0063]本文中所描述的光學(xué)交換功能可通過將個(gè)別交換模塊集成到由個(gè)別光學(xué)電路模塊組裝的有效較大交換陣列中而得以縮放。用以提供可縮放性的模塊的集成可在一個(gè)維度或兩個(gè)維度中執(zhí)行。為在一個(gè)維度中執(zhí)行集成，光學(xué)電路可設(shè)計(jì)有一組額外端口，所述組額外端口對應(yīng)于η個(gè)輸入光學(xué)端口以形成具有維度(b.η) Xm交換的有效擴(kuò)展陣列或?qū)?yīng)于m個(gè)輸出光學(xué)端口以形成具有維度nX(C*m)交換的有效擴(kuò)展陣列。參數(shù)b是相對于輸入線互連以形成擴(kuò)展交換陣列的nXm光學(xué)電路的數(shù)目，且類似地，參數(shù)c是相對于輸出線互連以形成擴(kuò)展交換陣列的nXm光學(xué)電路的數(shù)目。關(guān)于兩個(gè)維度中的光學(xué)集成，光學(xué)電路模塊形成有4組光學(xué)端口，其中兩組為η個(gè)端口且兩組為m個(gè)端口。這些光學(xué)電路可接著組裝成具有(b.η) X (c.m)交換能力 的擴(kuò)展陣列。參數(shù)η可等于但不必等于參數(shù)m。
[0064]個(gè)別光學(xué)電路可包括連接η個(gè)輸入與m個(gè)輸出的(2X2或2X1)光學(xué)交換器的陣列。每一 2X2(或2X1)光學(xué)交換器在輸入線與輸出線之間提供可致動(dòng)交換器。下文進(jìn)一步描述適合的可致動(dòng)光學(xué)交換器，且通常，可致動(dòng)光學(xué)交換器以電子方式控制以在互連配置之間雙態(tài)切換交換器。在模塊中的可致動(dòng)光學(xué)交換器陣列的情況下，與η個(gè)輸入端口中的一者相關(guān)聯(lián)的信號(hào)可通過經(jīng)過所述可致動(dòng)光學(xué)交換器陣列的通道而路由到m個(gè)輸出端口中的一者。通過將另一組η個(gè)端口連接到第二光學(xué)電路的輸入端口而與另一光學(xué)電路的集成提供對nXm(2X2或2X1)個(gè)光學(xué)交換器的第二陣列的存取以使得可在集成擴(kuò)展陣列中有效地存取另外m個(gè)輸出端口。所述集成可繼續(xù)。類似地，通過一組額外m個(gè)端口與另一光學(xué)電路的集成可提供集成擴(kuò)展陣列中m個(gè)輸出端口對第二組η個(gè)輸入端口的存取。繼續(xù)所述集成可導(dǎo)致(b.nXc.m)可縮放性,其中參數(shù)b、c或b與c兩者大于I。在集成擴(kuò)展陣列中，存在連接b.η個(gè)輸入與c.πι個(gè)輸出的可致動(dòng)光學(xué)交換器的有效陣列。因此,可擴(kuò)展光學(xué)電路設(shè)計(jì)提供大的可縮放性能力。為使光學(xué)電路模塊的縮放匹配目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)交換功能，通常(b-Ι).η < N≤b.η且(c_l).m < M≤c.m，其中N為網(wǎng)絡(luò)輸入且M為網(wǎng)絡(luò)輸出。類似推理可展示，數(shù)目‘η’與‘m’在經(jīng)由可實(shí)現(xiàn)配置提供更大靈活性的擴(kuò)展陣列的所有組件當(dāng)中不需要是相同的。
[0065]可將可致動(dòng)光學(xué)交換元件的任何合理設(shè)計(jì)組裝到所述陣列中，如下文進(jìn)一步所描述。盡管針對交換裝置設(shè)計(jì)有一組或兩組額外光學(xué)端口的光學(xué)電路提供非常合意的縮放能力，但通過2 X 2或2 X I光學(xué)交換器的擴(kuò)展陣列傳遞信號(hào)可導(dǎo)致不合意的光學(xué)損耗電平。特定來說，通過可致動(dòng)光學(xué)交換器傳遞光學(xué)信號(hào)通常導(dǎo)致一些光學(xué)損耗，即使所述交換器處于“貫通”或非交換模式中。在經(jīng)縮放集成交換器中，光學(xué)信號(hào)可通過顯著數(shù)目的可致動(dòng)交換器，即使交換僅在所述可致動(dòng)光學(xué)交換器中的一者處執(zhí)行。因此，在一些實(shí)施例中，平面光學(xué)電路或其它可擴(kuò)展交換器設(shè)計(jì)包括旁路光學(xué)路徑，所述旁路光學(xué)路徑提供如果特定輸入或輸出線在此時(shí)在特定模塊內(nèi)未經(jīng)受任何交換那么繞過一組可致動(dòng)光學(xué)交換器以減少對應(yīng)損耗的能力。對光學(xué)信號(hào)的方向替代地沿著旁路路徑或經(jīng)交換路徑的控制可借助單個(gè)IX2光學(xué)交換器自身控制。針對輸入線、輸出線或其兩者可建立旁路能力。
[0066]在對可致動(dòng)交換器的布局的拓?fù)涞拿枋鲋?，術(shù)語陣列以其一般意義使用且不必針對于矩陣布局。下文更詳細(xì)地描述兩個(gè)特定實(shí)施例?？蓴U(kuò)展交叉連接交換器的實(shí)施例具有呈交叉連接nXm可擴(kuò)展交換器的邏輯或拓?fù)洳季值?X2交換器矩陣。在另一實(shí)施例中，關(guān)于分裂器的分支布局描述可擴(kuò)展多播交換器，所述分裂器滿足2X1交換器陣列以將經(jīng)擴(kuò)展的nXm個(gè)分裂輸入耦合到m個(gè)輸出中，其中所述交換器陣列并不布置成矩陣配置。當(dāng)然，實(shí)際裝置的物理布局由于縱橫比、裝填及其它實(shí)際考慮事項(xiàng)而不類似裝置的拓?fù)洳季帧?br> [0067]可縮放光學(xué)交換器可經(jīng)設(shè)計(jì)以用于集成到無色、無向且無爭用(CDC)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。對無色的提及指代在任何端口處使特定光波長下路或上路的能力。對無向的提及指代從本地發(fā)射應(yīng)答機(jī)連接到所有方向的能力，其中每一“方向”直接對應(yīng)于連接到節(jié)點(diǎn)的特定傳入/傳出光纖對。對無爭用的提及指示節(jié)點(diǎn)可解決兩個(gè)不同光學(xué)信號(hào)在不同光纖上會(huì)聚于所述節(jié)點(diǎn)上但含有相同波長且前往共同光學(xué)路徑的問題。這通常通過將所述波長中的一者重新路由到本地業(yè)務(wù)(其中其可經(jīng)電子交換到另一可用波長且經(jīng)重新插入到通常連接到傳出光纖的所要路徑中)來解決。本文中所描述的可縮放交換器裝置通常滿足這些特征且可對應(yīng)地集成到⑶C網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。
[0068]圖1中示意性地展示光學(xué)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的NXM光學(xué)交換交叉連接(OXC)的示意圖。NXM光學(xué)交換器100光學(xué)連接到N個(gè)輸入光學(xué)線102 (例如，光纖)及M個(gè)輸出線104 (例如，光纖)。N(輸入線的數(shù)目)可或可不等于M(輸出線的數(shù)目)。由于如本文中所描述的光學(xué)交換功能的可縮放性，N及M通?？上鄬Υ螅以谔貏e關(guān)注的實(shí)施例中，N及M獨(dú)立地各自為至少約8，在進(jìn)一步實(shí)施例中至少約16且在其它實(shí)施例中至少約32或更大或中間偶數(shù)或奇數(shù)整數(shù)值。關(guān)于輸入及輸出線范圍的類似注解適用于本文中所描述的其它交換實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，預(yù)期在上述明確范圍內(nèi)的額外光學(xué)線范圍且其在本發(fā)明內(nèi)。
[0069]一般來說，光學(xué)交換裝置可置于光學(xué)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何方便位置處。從那個(gè)角度來說，個(gè)別輸入線及輸出線內(nèi)所發(fā)射的信號(hào)可或可不既定攜載個(gè)別通信，且這些信號(hào)可為在波長帶內(nèi)攜載的組合信號(hào)。在一些實(shí)施例中，光學(xué)交換器與MUX/DeMUX能力相關(guān)聯(lián)以分裂及/或組合光學(xué)帶內(nèi)的光學(xué)信號(hào)。此處，表達(dá)MUX及deMUX分別用于多路復(fù)用功能及多路分用功能，如此項(xiàng)技術(shù)中所普遍接受。MUX功能及DeMUX功能可借助平面陣列波導(dǎo)光柵(AWG)或其它所要分散元件執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，輸入信號(hào)可包括既定用于一組用戶的信號(hào)，且輸出線表示引導(dǎo)到特定用戶的光學(xué)分支，此對應(yīng)于在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的末端處使用交換元件來將信號(hào)引導(dǎo)到最終用戶。輸入及輸出名稱在信號(hào)可通過交換器沿任一方向引導(dǎo)的意義上可為任意的，以使得交換功能是光學(xué)可逆的。但輸入及輸出名稱用于描述在彼此之間路由的光學(xué)線的分組，而不論發(fā)射的方向如何。在其它實(shí)施例中，交換器可用于沿著光學(xué)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)分支處的經(jīng)多路復(fù)用或組合信號(hào)遠(yuǎn)離任何用戶。
[0070]雖然本發(fā)明可用于改進(jìn)光學(xué)交換的各種構(gòu)件，但如本文中所描述的可縮放光學(xué)交換器是對光學(xué)電路組合件的示范。所述光學(xué)電路對應(yīng)地設(shè)計(jì)有適當(dāng)連接性以提供可縮放性。所述光學(xué)電路經(jīng)互連為模塊以提供所要光學(xué)交換層級(jí)。本發(fā)明可在光學(xué)電路集成為平面光學(xué)電路時(shí)是尤其有利的。
[0071]在圖2中以在一些特定實(shí)施例的背景中詳細(xì)敘述的概念框架示意性地展示用以提供相對于輸入線的縮放的兩個(gè)光學(xué)電路的互連。舉例來說，光學(xué)交換功能通過組合件108來實(shí)現(xiàn)，組合件108具有:第一交換器109，其具有光學(xué)電路110 ;及第二交換器111，其具有光學(xué)電路112。電路110包括N個(gè)輸入端口 107、M個(gè)輸出端口 121及M個(gè)擴(kuò)展輸入端口123。類似地，電路112包括N個(gè)輸入端口 118及M個(gè)輸出端口 120。電路110、112互連，其中第一交換器109的M個(gè)擴(kuò)展輸入端口通過光學(xué)互連114 (例如光纖或其它適合光學(xué)連接)與第二交換器111的M個(gè)輸出端口連接。N1個(gè)輸入光學(xué)線116連接到平面光學(xué)電路110，且N2個(gè)輸入光學(xué)線117連接到平面光學(xué)電路112。電路110的M個(gè)端口 121具有輸出線125。因此，共同地，光學(xué)電路110、112的組合件108提供NJN2輸入端口與M個(gè)輸出之間的交換。此示意圖示范其中總輸入的數(shù)目(NfN2)大于經(jīng)交換輸出的總數(shù)目的情況。此實(shí)施例示范擴(kuò)展輸入端口可如何用于借助可個(gè)別地具有較低容量的可用特定大小交換器來有效地?cái)U(kuò)展輸入的數(shù)目。舉例來說，在組合件中交換器與擴(kuò)展端口的一起使用將4X 6交換器改變成8 X 6交換器，此使經(jīng)交換輸入的數(shù)目加倍。
[0072]圖3中示意性地展示相對于輸出線的可縮放性。在圖3的實(shí)施例中，光學(xué)交換通過具有交換器128及129的集成的組合件127提供。交換器128包括光學(xué)電路130。交換器129包括光學(xué)電路132。電路130包括N個(gè)輸入端口 134、M個(gè)輸出端口 136及M個(gè)擴(kuò)展輸出端口 138。類似地，電路132包括N個(gè)輸入端口 140及M個(gè)輸出端口 142。電路130、132互連，其中擴(kuò)展輸出端口 138通過光學(xué)互連144去往輸入140。N2個(gè)光學(xué)輸入線146及M2個(gè)光學(xué)輸出線148也連接到電路130。Ml個(gè)輸出線150進(jìn)一步連接到電路132。此實(shí)施例示范其中總輸出(MJM2)的數(shù)目大于輸入餌或隊(duì))的總數(shù)目的情況，但替代實(shí)施例可涉及輸出相對于輸入的較大數(shù)目或相等數(shù)目。此實(shí)施例也示范可如何使用擴(kuò)展輸出端口來擴(kuò)展有效數(shù)目個(gè)輸出。具體來說，交換器與擴(kuò)展端口的一起使用用于將4X6交換器改變成4X12交換器，此使經(jīng)交換輸出的數(shù)目加倍。
[0073]圖4描繪四個(gè)模塊149、151、153、155的連接,每一模塊包括提供關(guān)于輸入線及輸出線兩者的可縮放性的光學(xué)電路。交換功能由光學(xué)電路150、152、154、156提供。光學(xué)電路150 (例如光學(xué)電路)借助數(shù)目N1個(gè)連接而光學(xué)連接到光學(xué)電路152且借助數(shù)目M1個(gè)連接而光學(xué)連接到光學(xué)電路154。數(shù)目N1及M1分別從Nli到Nlt及從Mli到Mlt不等。光學(xué)電路154借助N2個(gè)連接而光學(xué)連接到光學(xué)電路156，且光學(xué)電路152借助M2個(gè)連接而光學(xué)連接到光學(xué)電路156。數(shù)目N2及M2分別從N2i到N2t及從M2i到M2t不等。如果N是用戶輸入連接的總數(shù)目，那么NJN2 = N,或如果集成模塊具有過量未使用容量，那么NfN2大于N。類似地，如果M是輸出連接的總數(shù)目，那么MfM2 = M，或如果集成模塊具有過量且未使用容量，那么MJM2大于M。光學(xué)電路150提供N1個(gè)輸入線與M1個(gè)光學(xué)輸出線之間的光學(xué)交換，且光學(xué)電路152提供N1個(gè)光學(xué)輸入線與M2個(gè)光學(xué)輸出線之間的光學(xué)交換。對應(yīng)地，光學(xué)電路154提供N2個(gè)輸入線與M1個(gè)光學(xué)輸出線之間的光學(xué)交換，且平面光學(xué)電路156提供N2個(gè)光學(xué)輸入線與M2個(gè)光學(xué)輸出線之間的光學(xué)交換。因此，共同地，光學(xué)電路150、152、154、156 (其可為平面光學(xué)電路)提供N個(gè)輸入光學(xué)路徑與M個(gè)輸出光學(xué)路徑之間的交換。模塊的可縮放互連方面提供，N與M可獨(dú)立選擇，例如，N = M、N > M*N < M。盡管圖4描繪4個(gè)可擴(kuò)展光學(xué)電路，但擴(kuò)展能力提供，額外光學(xué)電路可對應(yīng)地互連以進(jìn)一步增加輸入能力、輸出能力或輸入能力與輸出能力兩者。
[0074]圖2到4示意性地展示圖1的光學(xué)交換器100的背景內(nèi)的光學(xué)交換的可縮放性。特定來說，平面光學(xué)交換器經(jīng)設(shè)計(jì)以用于集成為模塊以適應(yīng)相對于輸入線的數(shù)目及/或輸出線的數(shù)目的擴(kuò)展。盡管圖2到4針對于揭示相對于輸入維度中的兩個(gè)模塊及/或輸出維度中的兩個(gè)模塊的集成，但可縮放性可在輸入維度及/或輸出維度中類似地?cái)U(kuò)展以在每一維度中包含兩個(gè)以上交換模塊，例如三個(gè)模塊、四個(gè)模塊等等。關(guān)于圖2到4，已示意性地描繪個(gè)別交換模塊。
[0075]交換模塊的實(shí)例是光學(xué)交換器陣列。在這些實(shí)施例中，交換模塊各自通常包括(2X2)個(gè)可致動(dòng)光學(xué)交換器的nXm陣列，所述可致動(dòng)光學(xué)交換器提供從輸入光學(xué)線到輸出光學(xué)線的任選交換。圖5描繪交換模塊502，交換模塊502具有四個(gè)輸入信道504a、504b、504c、504d ;四個(gè)下游擴(kuò)展輸出信道506a、506b、506c及506d ;及三個(gè)下路端口 508a、508b及508c。輸入信道504a、504b、504c及504d分別通過路徑510a、510b、510c及510d連接到下游擴(kuò)展輸出信道506a、506b、506c及506d。輸入信道504a、504b、504c及504d中的每一者通過路徑512a、512b及512c以可交換方式連接到下路端口 508a、508b及508c中的每一者。交叉點(diǎn)交換器516位于路徑510a、510b、510c及510d與路徑512a、512b及512c交叉的點(diǎn)處。
[0076]基本交換器矩陣的操作是簡單的。交叉點(diǎn)交換器516可經(jīng)設(shè)計(jì)以通常允許光學(xué)路徑彼此不受影響地交叉，且針對任何給定配置，矩陣中的大部分交換器可處于此狀態(tài)中。當(dāng)特定輸入信道504a、504b、504c或504d經(jīng)選擇以路由到特定下路端口 508a、508b或508c時(shí)，那兩個(gè)波導(dǎo)的單個(gè)交叉點(diǎn)處的交換器516經(jīng)激活以重新路由所述輸入信道。針對交叉連接交換器的任何有效配置，任何行或任何列中不超過一個(gè)交換器處于經(jīng)完全交換狀態(tài)中，如圖5中所展示。當(dāng)所述交換器處于經(jīng)交換狀態(tài)中時(shí)，來自用于所述下路端口的輸入的信號(hào)已經(jīng)重新路由到所述輸入信道的下游部分，因此在功能上所述裝置可同時(shí)執(zhí)行上路及下路兩者。此行為可由大多數(shù)任何光學(xué)交換解決方案提供，但其幾乎從未被提供，因此其大概通常為不合意的。此行為也可支持較復(fù)雜交換組合件中的某些其它功能。
[0077]在一些實(shí)施例中，可擴(kuò)展交換器具有多個(gè)旁路線。旁路線的一個(gè)優(yōu)勢是信號(hào)可繞過交換器/接合點(diǎn)以減少信號(hào)損耗。旁路線的一個(gè)實(shí)施例提供:1X2(或2X1)個(gè)旁路交換器置于輸入線及/或下路線上以當(dāng)針對特定電路中的特定線不發(fā)生交換時(shí)提供電路的旁路。針對平面光學(xué)電路，旁路1X2光學(xué)交換器陣列可置于與NXM可擴(kuò)展交換器相同的光學(xué)電路芯片上或置于單獨(dú)光學(xué)電路芯片上。如果用于所述輸入信道的既定下路端口在目前模塊上，那么信號(hào)將照例經(jīng)路由到交換器行。如果不在當(dāng)前模塊上，那么信號(hào)信道將通過越過所有交換器的旁路信道經(jīng)路由到擴(kuò)展輸出端口。同樣地，每一下路端口可通過2 X I交換器連接。如果既定用于所述下路端口的輸入信道在目前模塊上，那么2 X I交換器將為所述端口選擇來自交叉點(diǎn)交換器列的波導(dǎo)。如果不在目前模塊上，其將選擇來自繞過交叉點(diǎn)交換器列的擴(kuò)展輸入端口的信道。
[0078]圖6中描繪具有多個(gè)旁路線的可擴(kuò)展交換器的實(shí)施例?？蓴U(kuò)展交換器600包括置于輸入信道可選擇線606與下路線608的交叉點(diǎn)處的光學(xué)交叉點(diǎn)交換器604的陣列602。在所描繪的實(shí)施例中，信道可選擇線606及下路線608通過多個(gè)交叉點(diǎn)交換器604，交叉點(diǎn)交換器604具有用于允許可選擇線606及/或下路線608中的信號(hào)通過未經(jīng)交換的交叉點(diǎn)交換器的位置?？舍槍σ换蚨鄠€(gè)信道線及/或一或多個(gè)下路線提供一或多個(gè)旁路線。在圖6中，存在信道旁路線610及下路旁路線612。輸入1X2交換器614提供用以連接到交換器614的輸入線615以使得交換器614可操作以將來自輸入線615的光交換到信道旁路線610或信道可選擇線606。下路2X I交換器618允許選擇下路線608或下路旁路線612且將其傳遞到輸出線617?；蛘撸商峁┚哂羞B續(xù)可調(diào)整性的交換器以使得交換器可在限制下弓I導(dǎo)輸入信號(hào)以不選擇任何線或選擇兩個(gè)線。旁路線可在一端處連接于擴(kuò)展端口處且在另一端處連接到旁路交換器。信道旁路線606在擴(kuò)展輸出端口 620處具有連接性或提供用于連接到另一可擴(kuò)展交換器或某一其它裝置的其它連接性裝置。下路旁路線612在擴(kuò)展輸入端口 622處具有用以接收輸入的連接性。在使用中，一或多個(gè)可擴(kuò)展交換器600與擴(kuò)展輸出端口 620連接，擴(kuò)展輸出端口 620與輸入線615及/或輸出線617光學(xué)通信，輸入線615及/或輸出線617與擴(kuò)展輸入線622光學(xué)通信。在多個(gè)擴(kuò)展交換器的組裝之后，進(jìn)入交換器614的信號(hào)在所要下路端口在所述交換器上的情況下被路由到下路端口，或經(jīng)由旁路線傳遞到另一交換器。針對具有在任一方向上傳遞光的交換器的裝置，輸入線與下路線的名稱為任意的:因此，可反轉(zhuǎn)輸入線與下路線。為簡化圖式，等效組件的僅一部分標(biāo)記有參考編號(hào)。
[0079]圖7描繪組裝在一起的可擴(kuò)展交換器群組。交換器組合件700具有可擴(kuò)展交換器模塊720、740、760、780?？蓴U(kuò)展交換器模塊720、740、760、780包括置于輸入信道可選擇線726、746、766、786 與下路線 728、748、768、788，信道旁路線 730、750、770、790 與下路旁路線732、752、772、792的交叉點(diǎn)處的光學(xué)交叉點(diǎn)交換器724、744、764、784的陣列722、742、762、782。輸入1X2交換器733、753、773、793經(jīng)連接以將來自輸入線734、754、774、794的光信號(hào)交換到信道旁路線730、750、770、790或信道可選擇線726、746、766、786。下路2X I交換器735、755、775、795允許選擇下路線728、748、768、788或下路旁路線732、752、772、792且將其傳遞到輸出線736、756、776、796?；蛘?，可提供提供連續(xù)范圍交換功能的交換器。
[0080]信道旁路線730、770分別光學(xué)連接到輸入線754、794。下路2X I交換器735、755經(jīng)光學(xué)連接以將信號(hào)傳遞到下路旁路線772、792。提供用于連接到用戶裝置及/或其它可擴(kuò)展模塊的端口(示意性地展示為與光學(xué)路徑相交的交換器的邊緣)。術(shù)語“用戶裝置”是廣泛術(shù)語，其囊括網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)、特定裝置、網(wǎng)絡(luò)通信裝置及最終用戶裝置。入口端口提供到輸入線734、754、774、794的光學(xué)連接；在此實(shí)施例中，線734及774可用于連接到用戶裝置且用于輸入線774及794的端口連接到其它擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展輸入端口提供到下路旁路線732、752、772、792的光學(xué)可連接性；在此實(shí)施例中，線732為休眠的且線772可用于接收來自擴(kuò)展輸入端口的光學(xué)信號(hào)以提供將信號(hào)從輸入734引導(dǎo)到輸出776。擴(kuò)展輸出端口提供到信道旁路線730、750、770、790的光學(xué)可連接性；在此實(shí)施例中，線750及790為休眠的且用于線730及770的端口分別通過擴(kuò)展輸出端口連接到交換器740及780的輸入端□。
[0081]在實(shí)際芯片布局中，輸入端口上的交換器添加一個(gè)級(jí)且下路端口上的交換器也添加一個(gè)級(jí)。以此方式，可任意地(至少在功能幾何結(jié)構(gòu)方面)從單個(gè)共同模塊搭設(shè)較大交換器矩陣。
[0082]還考慮，可將1X2交換器集成于交換器模塊的擴(kuò)展輸出端子上以使得每一模塊能夠連接到兩個(gè)下游下路模塊且同樣地?cái)U(kuò)展輸入端子可具有2X I交換器且因此每一模塊可從兩個(gè)額外信道塊轉(zhuǎn)發(fā)下路信道。此將允許沿著樹狀幾何結(jié)構(gòu)的分支而非順序布局從單個(gè)模塊類型構(gòu)建矩陣，從而可能改進(jìn)整個(gè)光學(xué)效率。此外，擴(kuò)展端口上的交換器將與輸入端口及下路端口上的交換器重疊且因此將不給平面集成模塊中的物理布局添加任何級(jí)，因此強(qiáng)加平面芯片的大小的極少增加。
[0083]圖8描繪可擴(kuò)展多播交換器的實(shí)施例。交換器的組件經(jīng)布置以圖解說明其互連及可如何使路徑、交換器及分裂器協(xié)作以在多播應(yīng)用中提供可擴(kuò)展性。審閱此圖解說明的技術(shù)人員將能夠做出如下文進(jìn)一步所描述的物理裝置布局。可擴(kuò)展多播交換器800具有分裂器樹802及交換區(qū)段804。分裂器樹802使光學(xué)輸入a、b、c、d倍增以使得每一者連接到每一光學(xué)輸出線Xl到X8。提供輸入端口(未展示)以提供從裝置接口到輸入a到d的光學(xué)連接。分裂器樹802具有三個(gè)層級(jí)以適當(dāng)?shù)貙⑿盘?hào)分裂成適當(dāng)數(shù)目個(gè)光學(xué)路徑，但取決于輸入線的數(shù)目及到特定輸出光學(xué)線的所要多播而可使用不同數(shù)目的層級(jí)。層級(jí)I具有在每一輸入上的光學(xué)分裂器，其中分裂器811a、811b、811c、811d分別將輸入線a、b、c、d分裂以借此針對每一輸入實(shí)現(xiàn)2個(gè)分支，總計(jì)8個(gè)分支。經(jīng)分裂信號(hào)傳遞到層級(jí)2分裂器821a、821b、821c、821d、822a、822b、822c、822d，所述分裂器針對到所述層級(jí)的每一輸入將信號(hào)分裂成2個(gè)分支，針對輸入a到d中的每一者總計(jì)16個(gè)分支且總計(jì)4個(gè)信號(hào)。經(jīng)分裂信號(hào)接著被傳遞到層級(jí) 3 分裂器 831a、831b、831c、831d、831a,、831b'、831c' ,831d/、832a、832b、832c,832d,832a; ,832b ; ,832c ; ,832d,833a,833b,833c,833d,833a; ,833b ; ,833c ;、833d,834a,834b,834c,834d,834a;、834b'、834c' ,831d/，每一分裂器將信號(hào)分裂成 2個(gè)分支，借此針對輸入a到d中的每一者實(shí)現(xiàn)32個(gè)分支且總計(jì)8個(gè)信號(hào)。交換區(qū)段804具有連接到經(jīng)標(biāo)記的旁路線806的擴(kuò)展輸入端口(示意性地展示為對應(yīng)光學(xué)路徑的末端)，所述旁路線連接到如下文所述的旁路交換器。標(biāo)記為Xl到X8的輸出線808各自光學(xué)連接到輸出端口(示意性地展示為輸出線的末端)。交換塊841、841'、842、842'、843、843'、844,844;提供從分裂器樹802到輸出線808的可交換連接。每一交換塊將輸入a到d連接到旁路交換器851、85 、852、852'、853、853' >854,854/，所述旁路交換器經(jīng)光學(xué)連接以在用于傳遞到輸出線808的來自旁路線806的分裂器樹802的信號(hào)之間交換。具體來說針對塊841，例如，光學(xué)交換器841ab提供用以選擇的輸入a或b，其中經(jīng)選擇的信號(hào)a/b被傳遞到提供a/b或c之間的交換的交換器841bc，其中經(jīng)選擇信號(hào)a/b/c被傳遞到提供a/b/c與d之間的交換的交換器841cd。交換塊841接著將信號(hào)a到d中的一者傳遞到旁路交換器851，旁路交換器851提供a/b/c/d與標(biāo)記為B8的旁路路徑806之間的選擇。由旁路交換器851選擇的信號(hào)接著傳遞到標(biāo)記為X8的輸出線808。在使用中，一或多個(gè)可擴(kuò)展交換器可與標(biāo)記為Xl到X8的輸出連接，所述輸出與標(biāo)記為BI到B8的擴(kuò)展輸入端口光學(xué)通信。輸入a到d可用于交換以使得任何出口 Xl到X8可攜載輸入a到d中的任一者。出口 Xl到X8可替代地?cái)y載從擴(kuò)展輸入端口接收的信號(hào)。在使用中，實(shí)現(xiàn)到一或多個(gè)擴(kuò)展輸入端口、一或多個(gè)輸入端口及一或多個(gè)出口端口的光學(xué)連接。傳遞到輸入端口及/或擴(kuò)展輸入端口中的信號(hào)經(jīng)選擇以傳遞出任何輸出808。還應(yīng)注意，不存在對旁路交換器851的限制，從而提供連續(xù)范圍的交換以支持其中需要輸入信號(hào)與擴(kuò)展輸入信號(hào)的額外組合的應(yīng)用。
[0084]盡管展示圖8具有特定數(shù)目個(gè)輸入光學(xué)線及輸出光學(xué)線，但其它實(shí)施例可類似地經(jīng)設(shè)計(jì)有不同數(shù)目個(gè)輸入及輸出?？蓪?yīng)地改變分裂器樹，且如果方便分裂器樹提供比輸出線的數(shù)目大的數(shù)目個(gè)光學(xué)線，那么可形成冗余經(jīng)分裂光學(xué)線。冗余光學(xué)線可為休眠的且僅導(dǎo)引任何光學(xué)信號(hào)遠(yuǎn)離任何干涉?zhèn)鞑?。下文描述交換塊的替代設(shè)計(jì)。
[0085]圖9描繪終點(diǎn)可擴(kuò)展交換器模塊920與初始可擴(kuò)展交換器模塊910的組合件900，每一可擴(kuò)展交換器模塊基本上是如圖8中所描述的實(shí)施例。初始模塊910的輸出913借助光路徑902光學(xué)耦合到終點(diǎn)模塊920的對應(yīng)擴(kuò)展輸入端口 922?？蓴U(kuò)展交換器模塊910及920可(舉例來說)為光子集成電路(PIC)中的共同平面襯底上的個(gè)別設(shè)計(jì)單元且互連光路徑902可為相同襯底上的光學(xué)波導(dǎo)。在另一實(shí)例中，可擴(kuò)展交換器模塊910及920可(舉例來說)為基于單獨(dú)PIC的經(jīng)個(gè)別封裝的交換器模塊且互連光路徑可為作為一組個(gè)別股或作為光纖帶的單模光纖。輸出組923中的每一輸出可經(jīng)配置以通過將924a到924g中的相關(guān)聯(lián)旁路交換器設(shè)定為連接到如圖8的描述中所詳述的本地輸入中的一者而選擇性地連接到終點(diǎn)模塊920的輸入921中的一者?；蛘?，輸出組923中的每一輸出可經(jīng)配置以通過以下步驟而選擇性地連接到初始模塊910的輸入911中的一者:將924a到924g中的相關(guān)聯(lián)的旁路交換器設(shè)定為連接到如圖8的描述中所詳述的相關(guān)聯(lián)的擴(kuò)展輸入端口，接著進(jìn)一步將交換器模塊910中的適當(dāng)交換器元件設(shè)定為將來自輸入911的選定輸入連接到輸出913中的連接到擴(kuò)展輸入端口 922中的對應(yīng)擴(kuò)展輸入端口的輸出。借此，4X8可擴(kuò)展MCS920可通過將第二 4X8MCS910附接到擴(kuò)展輸入端口 922從而形成提供與專用8X8MCS相同功能性的兩個(gè)4X8交換器模塊的組合件900而升級(jí)。
[0086]圖10是描繪將分裂樹與旁路交換器接合在一起的交換塊841、841 '的圖8的子部分的放大視圖。箭頭a、b、c、d描繪從分裂樹的層級(jí)3傳遞的輸入。在此實(shí)施例中，每一交換塊接收來自四個(gè)潛在可用輸入a到d中的每一者的I個(gè)輸入。每一旁路交換器提供輸出a到d中的一者或旁路線中的信號(hào)的選擇。交換塊布置成串行配置以在來自經(jīng)添加光學(xué)線的信號(hào)之間循序選擇。
[0087]圖11是可擴(kuò)展交換器的替代子部分。交換塊1102、1104被布置成樹狀配置且是圖10的交換塊841及841'的功能等效替代方案。在塊1102中，交換器1106可在a輸入與b輸入之間交換以提供輸出a/b且交換器1108可在c輸入與d輸入之間選擇以提供輸出c/d。交換器1110可在a/b與c/d之間選擇以將輸出a/b/c/d提供到旁路交換器1112，旁路交換器1112又可在a/b/c/d或旁路BI信號(hào)之間選擇。交換器1114、1116、1118、1120經(jīng)類似地配置以提供a到d中的任一者與B2之間的選擇性。
[0088]圖12是可擴(kuò)展交換器的替代子部分。交換塊1208、1210被布置成樹狀配置且描繪圖11中的交換塊1102與1104的替代分布式布局。交換塊1208具有與旁路交換器1214相關(guān)聯(lián)的交換器1210、1211、1212。交換塊1215具有與旁路交換器1222相關(guān)聯(lián)的交換器1216、1218及1220。交換器1210可在a與b之間選擇以將a/b傳遞到交換器1212。交換器1211可在c與d之間選擇以提供經(jīng)傳遞到交換器1212的輸出c/d，交換器1212又在a/b與c/d之間選擇。相關(guān)聯(lián)的旁路交換器1214可在a/b/c/d與BI之間選擇。交換塊1214及相關(guān)聯(lián)的旁路交換器1222可類似地選擇以將a/b/c/d/B2引導(dǎo)到輸出1224。
[0089]圖13中展示可擴(kuò)展4X3平面光波電路(PLC)交叉連接的概念布置?？蓴U(kuò)展4X3PLC交叉連接1300具有Ni個(gè)輸入1302及Ne個(gè)擴(kuò)展輸入1303。交換器1300具有M。個(gè)輸出1308及Me個(gè)擴(kuò)展輸出1309。旁路交換器1312、1314分別服務(wù)輸入1302及1308。應(yīng)注意的顯著特征是，在緊密布置中，波導(dǎo)陣列的長度支持一系列交換級(jí)，其中級(jí)的數(shù)目為M+N-1。基于當(dāng)前特征大小，大于4X4的交換器將涉及將波導(dǎo)纏繞在PLC芯片上。8 X 8PLC交叉連接交換器描述于高等人的“使用基于硅土的平面光波電路技術(shù)的6輸入晶片上的低損耗且高消光比嚴(yán)格地?zé)o阻塞16 X 16熱光矩陣交換器(Low Loss and High Extinction RatioStrictly Nonblocking 16x16 Thermooptic Matrix Switch on a6_in Wafer Using SilicaBased Planar Lightwave Circuit Technology) ”(光波技術(shù)期刊，19 (3)，371 到 379 (2001 年3月))中。圖14中展示如本文中所描述的大約遵循高文獻(xiàn)中所闡明的布局的PLC的大致布局。交換器1400具有輸入1402及輸出1404，其中交換/干涉模塊1406具有標(biāo)記#1到#15。提供一組旁路交換器1408以交換輸入1402且在輸出1404附近提供輸出旁路1410。如先前所描述，在將本發(fā)明應(yīng)用于此類型的物理布局時(shí)，本發(fā)明的擴(kuò)展波導(dǎo)及旁路交換器可鄰近于現(xiàn)有波導(dǎo)及交換器路由，從而保持現(xiàn)有分級(jí)，借此對集成芯片的所需大小強(qiáng)加少許或不強(qiáng)加增加。
[0090]多播交換器(MCS)設(shè)計(jì)
[0091]已開發(fā)可方便地置于適當(dāng)介接的兩個(gè)平面光波電路上的所要MCS交換器設(shè)計(jì)。此外，可通過針對到線的每一上路輸入或下路而使用(任選地)I X 2交換器或I X 2光學(xué)分裂器來使這些MCS交換器設(shè)計(jì)為可擴(kuò)展的。將經(jīng)交換或經(jīng)分裂信號(hào)引導(dǎo)到單獨(dú)MCS交換器系統(tǒng)。此提供輸出線上的可縮放性。類似地，輸入線可通過將所述線分裂而經(jīng)縮放以輸入到單獨(dú)MCS交換器系統(tǒng)，且接著可將來自不同MCS交換器系統(tǒng)的對應(yīng)輸出耦合回在一起。
[0092]圖15到23中展示所要MCS設(shè)計(jì)。為簡單起見，圖15上僅展示可縮放性特征。關(guān)于這些特征的設(shè)計(jì)(舉例來說)展示兩個(gè)光學(xué)多播交換器功能1502(每一者由光學(xué)分裂器陣列1054及光學(xué)交換器陣列1506及所述兩者之間的互連1508組成)、32個(gè)光學(xué)分接耦合器1510、32個(gè)光電二極管1512、32個(gè)光電二極管、32個(gè)光學(xué)隔離器1514、16個(gè)增益平坦化濾波器1516、16個(gè)摻雜鉺的光纖卷軸1518、兩個(gè)1X8可調(diào)諧分裂器1520、所有以上功能與電控制電子器件之間的互連?？刹捎媒粨Q器/分裂器1522(圖15)，其中多個(gè)MCS1500在其下游。在所述圖中所展示的實(shí)施例中，將所述功能高效地分割成單獨(dú)模塊1530、1540、1550，其中在其之間具有光纖互連1552、1552'。一個(gè)模塊1530包括光學(xué)功能的基于平面光波電路(PLC)的單體式集成、光電二極管混合集成及電控制。第二模塊1540包括以使得允許第一模塊與第二模塊之間的高效光纖互連的方式排列的離散組件。第三模塊1550可包括波長劃分多路復(fù)用器，例如，陣列波導(dǎo)光柵等及可調(diào)諧分裂器(TSPL)。圖18到23展示對形成裝置的經(jīng)組裝模塊的實(shí)施例的各種視圖的描繪。
[0093]一般來說，圖1到13中示意性地展示的可擴(kuò)展交換元件可使用與光纖連接的自由空間光學(xué)組件有效地形成。適合個(gè)別交換器、光學(xué)分裂器、光纖連接器及其它附帶組件可商業(yè)購得且經(jīng)改進(jìn)版本在繼續(xù)開發(fā)中。然而，可需要將所述裝置作為平面光學(xué)電路集成于適當(dāng)芯片上。因此，可擴(kuò)展交換器可借助適當(dāng)封裝而形成為個(gè)別平面裝置，且適合連接器可用于連接多個(gè)交換器以利用擴(kuò)展能力。平面芯片上的大量連接的布局是用以獲得具有所有可用功能性的適當(dāng)小占用面積的技術(shù)。圖23中展示此布局的實(shí)例。
[0094]可使用CVD、CVD的變化形式、火焰水解或其它適當(dāng)沉積方法將用于形成PLC的材料沉積于襯底上。適合襯底包含(舉例來說)具有較高處理溫度的適當(dāng)容限的材料，例如硅、陶瓷(例如硅土或氧化鋁)等。在一些實(shí)施例中，可引入適合二氧化硅前驅(qū)物，且可摻雜硅土玻璃以提供所要折射率及處理性質(zhì)?？山柚饪袒蚱渌m合圖案化技術(shù)執(zhí)行圖案化。舉例來說，供用作用于PLC的頂部包覆層的基于等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)而摻雜有Ge、P及B的硅土玻璃的形成描述于鐘(Zhong)等人的標(biāo)題為“用于平面光波電路的GEBPSG頂部包層(GEBPSG Top Clad for a Planar Lightwave Circuit) ”的美國專利 7, 160, 746 中，所述美國專利以引用方式并入本文中。類似地，光學(xué)平面波導(dǎo)的芯的形成描述于(舉例來說)張(Zhang)等人的標(biāo)題為“用于平面光波電路的GEPSG芯(GEPSG Core for a Planar LightwaveCircuit)”的美國專利6，615，615中，所述美國專利以引用方式并入本文中。用于形成適當(dāng)波導(dǎo)陣列的參數(shù)在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的?？墒褂肕P玻璃或其它光學(xué)玻璃材料執(zhí)行類似處理。
[0095]一般來說，通過交換器的光學(xué)信號(hào)可具有衰減信號(hào)。盡管本文中的擴(kuò)展設(shè)計(jì)可減少此衰減，但可需要使可擴(kuò)展交換器與適當(dāng)光學(xué)放大器相關(guān)聯(lián)。因此，可需要層化耦合到交換器的輸入中的光學(xué)放大器陣列，但精確結(jié)構(gòu)可視所述系統(tǒng)的情況而設(shè)計(jì)。特定來說，下文在ROADM的背景中描述一些結(jié)構(gòu)。
[0096]具有多播交換器的ROADM架構(gòu)
[0097]所要的無色、無向、無爭用且靈活柵格ROADM架構(gòu)基于MxN多播交換器及OXC負(fù)載平衡器?；诳焖俾窂?express path)中的廣播(經(jīng)由IXN光學(xué)耦合器)及選擇(經(jīng)由MX I波長選擇性交換器(WSS))架構(gòu)的多度無色且無向ROADM已經(jīng)部署多年[1，2]。然而，關(guān)于本地上路/下路路徑，目前僅已部署有色波長(λ)或有限數(shù)目的無色λ。由于快速業(yè)務(wù)增長，需要用以使大量無色、無向且無爭用(CDC)波長[2]動(dòng)態(tài)上路/下路的多度中央辦公室(CO)節(jié)點(diǎn)。作為實(shí)例，考慮具有來往于其8個(gè)方向中的每一者的96個(gè)λ的8度CO，50%上路/下路比率將需要CO上路/下路96.8.50% = 384個(gè)λ。為使此大量λ上路/下路，相信模塊化及可縮放MXN多播交換器(MCS)提供現(xiàn)今最經(jīng)濟(jì)的解決方案。本文中，呈現(xiàn)用以優(yōu)化基于MCS靈 活柵格CDC ROADM的架構(gòu)以使得其成本最小化的方法。圖18到23中展示一個(gè)實(shí)施例。
[0098]圖18Α描繪基于MCS的靈活柵格⑶C ROADM卡1800，所述卡具有前側(cè)1802、散熱器1804、線路卡1806、多播交換器模塊1808、隔離器/EDF托盤1810、光纖管理托盤1812及覆蓋光纖管理托盤1814。圖18Β是卡1800的另一側(cè)視透視圖，其進(jìn)一步展示光纖1816、光纖管理托盤1818及保護(hù)器光纖拼接件1820。圖19是卡1800的子組合件1801的平面圖，其展示禁用區(qū)域1822。圖20是子組合件1801的透視圖，其展示在禁用區(qū)域1822上方的適當(dāng)位置中的多播交換器模塊1808。圖21是具有隔離器/GFF/EDF托盤1824、光纖1816及保護(hù)器光纖拼接件1820的子組合件1801的平面圖。圖22展示具有光纖管理托盤1818的子組合件1801。散熱器1804置于卡的頂部附近。輸入/輸出光纖在MCS/TSPL模塊的底部上以一角度出現(xiàn)且被路由到面板隔板。圖23描繪平面集成4Χ 16可擴(kuò)展MCS的大致布局，其包含一些可能相對尺寸及其它大致細(xì)節(jié)，但特定布局通常涉及設(shè)計(jì)者的特定偏好。
[0099]某于MXN多播奪換器的某本CDC ROADM架構(gòu)
[0100]作為實(shí)例，圖24a的灰卡中展示基本MXN MCS2400 [3]，其中M = 8且N = 16。8個(gè)MCS輸入端口 2402中的每一者連接到八個(gè)方向中的一者。MCS為外部相干接收器(CR)提供無需預(yù)濾波的“無色”下路，所述外部相干接收器具有用作本地振蕩器的內(nèi)置可調(diào)諧激光器，或替代地，外部可調(diào)諧信道濾光器可隔離將提供到標(biāo)準(zhǔn)直接檢測接收器的單個(gè)波長信道?？烧{(diào)諧信道濾光器可顯著增加總成本，除非可開發(fā)極低成本技術(shù)，且因此將僅側(cè)重于相干系統(tǒng)。MCS是“無向”的，因?yàn)槿魏屋敵龆丝诳山?jīng)由I XM選擇交換器使任何輸入信號(hào)從任何方向下路。MCS也是“無爭用”的，因?yàn)槊恳?I XM交換器可僅從特定方向選擇信號(hào)，因此針對經(jīng)定義操作，排除來自不同方向的相同色彩的λ彼此沖突。最后，MCS也具有“靈活柵格”的特征，此歸因于CR的無濾光器特征，此也使基于MCS的ROADM固有地低成本。
[0101]獨(dú)立MCS由于數(shù)種原因而不能完成多度⑶C上路/下路功能。首先，I XN分裂器的損耗可通過摻雜鉺的光纖放大器(EDFA)補(bǔ)償。其次，由于每MCS有限輸出端口(使用現(xiàn)今的平面光波電路或MEMS技術(shù)，NS 24)，多個(gè)MCS卡必須以按需付費(fèi)方式添加。針對總計(jì)384個(gè)λ，需要使用384/16 = 24個(gè)8X16MCS卡。因此，在每一下路光纖與24MCS卡之間，
IX 24WSS可用于將來自每一方向的傳入的96個(gè)λ分裂至其24個(gè)輸出端口中，且最重要地，控制每輸出端口的λ的最大數(shù) 目(Nwss,max)?；綜DC ROADM架構(gòu)可具有8個(gè)I X 24WSS的頂部層、192個(gè)EDFA的第二層及24個(gè)8X 16MCS卡的底部層以在無爭用的情況下實(shí)現(xiàn)使384個(gè)λ從8個(gè)方向中的任一者下路?？赏ㄟ^將額外經(jīng)放大MCS卡添加到圖24a來實(shí)現(xiàn)熱備用保護(hù)，以使得在作用中經(jīng)放大MCS卡中的任一者出故障的情況中，頂部層WSS可將對應(yīng)業(yè)務(wù)重新路由到保護(hù)卡。添加方向需要類似架構(gòu)。注意，在此基本架構(gòu)中，大量EDFA及大端口計(jì)數(shù)WSS可導(dǎo)致成本、空間及功率消耗問題。
[0102]以上提及的參數(shù)Nwss,_必須滿足以下條件:⑴NwssiniaxSNra，其中Nck是在可接受最低OSNR損失的情況下可由CR處置的一致λ的最大數(shù)目[4]-需要此條件是因?yàn)樗蠳wss,max個(gè)λ將由CR接收。(ii)Nwss, max = Nsplit，其中Nsplit是EDFA后分裂端口的總數(shù)目(在圖24a中Nsplit = 16)-需要此條件以當(dāng)λ從僅一個(gè)方向到達(dá)經(jīng)放大MCS且每一 CR選擇獨(dú)特波長時(shí)處理最糟不均勻業(yè)務(wù)。如果Nwss,_> Nsplit，那么其意味著(NWSS,MX-Nsplit)個(gè)λ無輸出端口出去,而Nwss, max < Nsplit意味著當(dāng)傳入λ繼續(xù)從僅一個(gè)方向流入時(shí),甚至當(dāng)原始卡中仍保留有空端口時(shí)也仍必須添加新的經(jīng)放大MCS卡。因此，理想條件是Nwss, max = Nsplit。(iii)每一 EDFA應(yīng)在CR處為Nwss,max個(gè)λ提供每λ足夠光學(xué)功率(Pra)，所述CR針對100GDP-QPSK具有-20dBm的典型接收器敏感度。組合條件(i)及(ii)，可得到表達(dá)式:
[0103]Nsplit = Nffssjmax ( Nck，對于經(jīng)放大 MCS 卡中的所有 EDFA (I)
[0104]根據(jù)條件(iii)，因此:
[0105]Prec — Pedfa-10.log (Nwss,max)-10.1g(Nsplit)-1Lexcess (2)
[0106]其中Pedfa是每一 EDFA的總輸出功率，且ILexeess是超過10.1g(N)的MCS過量損耗，其可介于從3dB到6dB的范圍內(nèi)。方程式(I)及⑵意味著圖24中的每一 EDFA經(jīng)設(shè)計(jì)以處置最糟情況的不均勻業(yè)務(wù)(即，λ的Nwss,max個(gè)信道)，且因此需要較高功率的EDFA及較高成本。不均勻業(yè)務(wù)的效應(yīng)可以不均勻業(yè)務(wù)對均勻業(yè)務(wù)比率Π來表達(dá)。舉例來說，在圖19a中，具有50%下路比率的均勻業(yè)務(wù)給出Nwss, max = 96.50% /24 = 2，且因此η = Nwss,
max/NffSS,unif = 16/2 = 8。
[0107]基于MXN多播交換器的⑶C MOADM架構(gòu)
[0108]圖24展示8度50 %下路CDC ROADM:圖24a使用8個(gè)I X 24WSS2404及24個(gè)經(jīng)放大8X16MCS2406 ;圖24b通過在EDFA2411與雙重MCS2414之間插入1X2分裂器2412而使用8個(gè)IX 12WSS2408及12個(gè)經(jīng)放大雙重8X 16卡。標(biāo)記為CR =的塊描繪相干接收器。如下描述針對成本及大小減少的對圖24a中的基本架構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)。從成本觀點(diǎn)來看，⑶C ROADM中的每上路/下路端口成本給出為:
[0109]每上路/下路端口成本=每MCS上路/下路端口成本+EDFA成本/J+WSS端口成本/K⑶
[0110]在圖24a中所示的實(shí)例中，J = 2(每8個(gè)EDFA對應(yīng)于16個(gè)MCS上路/下路端口)且K = 2(每8個(gè)WSS上路/下路端口對應(yīng)于16個(gè)MCS上路/下路端口。現(xiàn)在問題是J與K是否可通過增加Nsplit而進(jìn)一步增加，以使得更多MCS上路/下路端口可分擔(dān)較高層EDFA及WSS成本。一種方法是增加MCS的上路/下路端口計(jì)數(shù)，但現(xiàn)今每MCS最大端口計(jì)數(shù)為≤24。另一方法是在EDFA與MCS之間插入IX 2l(L = 1、2、3、...)個(gè)分裂器(以使得Nsplit = NX2L)，如圖1b中所示(L = I)。應(yīng)注意，圖24b中的I X2分裂器層的添加有效地使經(jīng)放大的MCS成為8 X 32模塊，此使得經(jīng)放大MCS卡及WSS端口的數(shù)目能夠減少50%，如通過比較圖24a與24b可觀察到。另一方面,Nsplit不可過大-其上限可通過使Nsplit = Nwss,且Pedfa = 21 dBm而從方程式(2)獲得且結(jié)果展示于圖25中。假定PM。= -16dBm(此針對典型CR給出4dB邊限)，看出Nsplit可為≤32 (例如，將雙重8X 16MCS與1X2分裂器一起使用)或≤48 (例如，將雙重8 X 24MCS與I X 2分裂器一起使用)，此取決于MCS過量損耗。
[0111]現(xiàn)今典型K 12~16，且因此方程式⑴中的Nra對Nsplit實(shí)際上設(shè)定比方程式
(2)嚴(yán)格的約束-即使此約束可經(jīng)由未來專屬數(shù)字信號(hào)處理算法而放松。方程式(I)也指示Nsplit與Nwss, _緊緊耦合以使得每次Nsplit加倍，Prec減少6dB而非3dB。然而,存在幾種用以放松由方程式(I)對Nsplit設(shè)定的約束的架構(gòu)方法。第一種方法是在MCS與CR之間使用可調(diào)諧濾光器陣列(TFA)以確保在CR處所接收的λ的數(shù)目是≤N。,，即使Nsplit = Nwss,max為大的[5]。此方法的缺點(diǎn)是TFA的成本直接添加到每下路端口成本，且TFA的~2dB插入損耗可實(shí)際上增加EDFA成本。第二種方法是使經(jīng)放大MCS卡中的EDFA經(jīng)由可調(diào)諧IXM分裂器共用一或兩個(gè)泵激光器，以使得多數(shù)EDFA不必放大Nwss,_個(gè)λ的全負(fù)載，因此節(jié)省成本[3]。此方法的缺點(diǎn)是難以針對動(dòng)態(tài)λ上路/下路靈活地調(diào)整EDFA當(dāng)中的泵共用。此外，此方法不允許大Nsplit增加方程式(3)中的K。本發(fā)明方法是將Nsplit與方程式(I)中的Nwss,_解耦，因此可獨(dú)立地增加Nsplit。如圖26中所展示，其描繪具有OXC負(fù)載平衡器(100%下路)2448的基于MCS的CDC ROADM, NXN(N = 64)個(gè)光學(xué)交叉連接(OXC) 2450插入于WSS層2452與EDFA層2452之間，且Nsplit動(dòng)態(tài)地增加到4X 24 = 96。OXC用作“負(fù)載平衡器”(LB)，即，甚至在前96個(gè)λ從僅一個(gè)方向(所述方向?yàn)槲?到達(dá)時(shí)，負(fù)載平衡器將使8個(gè)西WSS輸出端口(其中每端口 12個(gè)λ)重新混洗到前行以使得需要使用僅一個(gè)而非多個(gè)經(jīng)放大MCS卡。圖26中的ROADM具有以下特征:(a)其允許100%上路/下路以使得其成本可由高達(dá)784個(gè)上路/下路端口分擔(dān)；(b)其呈現(xiàn)極佳的單位η ；(c)其在CR處使用少量一致信道(Nwss,_= 12)且其插入損耗~2dB可由后面的EDFA在不增加成本的情況下容易地補(bǔ)償；(d)其使EDFA后分裂顯著增加到96，但仍以合理1^。= _15dBm(從方程式⑵獲得，其中Pedfa = 21 dBm且ILexeess = 5dB)操作。此外，方程式⑴中的J及K現(xiàn)在增加到12，此導(dǎo)致最低總材料成本，如圖27中所示(見“8X96+LB”)。圖27中也展示使用具有50%上路/下路的常規(guī)方法的其它類型的MCS的相對成本。負(fù)載平衡器可使基于8X16MCS的ROADM的總成本減少~70%的主要原因是由于在下路方向中192個(gè)15dBm EDFA減少到64個(gè)21dBm EDFA，且WSS端口的數(shù)目從192減少到64。針對圖27中的公平比較，8 X 12及8 X 16MCS不能完全實(shí)現(xiàn)50 %上路/下路，因?yàn)镮 X 32及32 X 24WSS現(xiàn)今不可用，而8X24及8X32MCS可由于其Nwss, max超過現(xiàn)今的12?16的Nra的事實(shí)而遭遇某些OSNR損失。
[0112]圖28描繪集成到各種網(wǎng)絡(luò)配置中的R0ADM?？蓴U(kuò)展多播交換器的使用提供所要路由靈活性。R0ADM2800具有可編程以避免將光學(xué)功率分布到休眠信道中及相關(guān)聯(lián)浪費(fèi)的可編程分裂器2802?？删幊谭至哑?802可針對(例如)單方向業(yè)務(wù)2804動(dòng)態(tài)地重新配置功率分布，其中2802a描繪分裂效應(yīng)。分裂器2802可編程以用于(例如)均勻地來自所有方向的業(yè)務(wù)2806，其中2802b、2802b'描繪示范性信號(hào)流。分裂器2802可編程以用于任意業(yè)務(wù)2808，其中2802c、2802c'、2802c"描繪示范性信號(hào)流。
[0113]圖29描繪用作可編程分裂器的連續(xù)交換器的實(shí)施例?；贛ZI的可編程分裂器2900具有在16個(gè)輸出2804當(dāng)中動(dòng)態(tài)分裂的輸入N2902。此分裂器可用作用于多播交換器的分裂器樹，例如針對以上所描述的特定實(shí)施例。一般來說，連續(xù)范圍光學(xué)交換器可(即)由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀構(gòu)成,所述干涉儀將連續(xù)范圍的驅(qū)動(dòng)電壓接受到其移相器。用于本文中所描述的架構(gòu)的光學(xué)交換器(例如1X2、2X1及2X2交換器)可類似地基于馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)。替代光學(xué)交換器設(shè)計(jì)可基于MEM技術(shù)及/或其它機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如，基于壓電的結(jié)構(gòu)、電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、其組合等)。一般來說，光學(xué)交換器設(shè)計(jì)是此項(xiàng)技術(shù)中已知的且在繼續(xù)進(jìn)一步開發(fā)中。
[0114]圖30描繪圖24a的ROADM設(shè)計(jì)的替代實(shí)施例。在此實(shí)施例中，R0ADM3000包括置于波長選擇性交換器(WSS) 3004與MCS電路3006之間的可插拔放大器卡3002。MCS電路3006包括分裂器3008及交換器排3010。放大器可將每一輸入信號(hào)放大到MCS中。圖31描繪本實(shí)施例的變化形式，其中低功率放大器供與具有均勻地來自所有方向的業(yè)務(wù)(參考圖28)的網(wǎng)絡(luò)一起使用。
[0115]圖32描繪ROADM的實(shí)施例，其中連接到輸入3021的一組8個(gè)1X20WSS3020將輸入提供到OXC交叉連接交換器3022中以用于負(fù)載平衡。可插拔放大器池3024提供對來自WSS的信號(hào)的放大。在一些實(shí)施例中，來自0XC3020的輸出3030的一部分可引導(dǎo)到MCS3028的輸入端口，且OXC的輸出3032的第二部分可引導(dǎo)到MCS的擴(kuò)展輸入端口 3034，所述擴(kuò)展輸入端口連接到通到旁路交換器3038的旁路光路徑3036。此實(shí)施例包含提供完全自動(dòng)且靈活交換。
[0116]圖33中描繪在ROADM內(nèi)使用替代路由的ROADM設(shè)計(jì)。將圖片(C)的架構(gòu)與具有基于圖片(a)中示意性描繪的預(yù)安裝的大量DWDM發(fā)射器應(yīng)答機(jī)及光學(xué)輸送網(wǎng)絡(luò)交換器端口且基于圖片(b)的客戶端側(cè)光纖交叉連接的爭用緩解的ROADM進(jìn)行對比。盡管本文中所描述的可擴(kuò)展交換器可有效地用于這些架構(gòu)中的任一者中，但圖片(c)中的設(shè)計(jì)涉及通過爭用減少交換器排重新路由以將爭用緩解而降到小后果的概率。圖34中展示ROADM的實(shí)施例的架構(gòu)。
[0117]如圖34中所示，爭用減少排可包括高達(dá)N-1個(gè)爭用緩解(CM)交換器結(jié)構(gòu)，其中N是到ROADM中的輸入的數(shù)目。每一 CM交換器結(jié)構(gòu)可包括NXM個(gè)交換器，例如交叉連接交換器或其它類似交換器功能。如圖34中所示，每一交換器結(jié)構(gòu)包括提供交叉連接功能的1X8個(gè)功率耦合器及1X16個(gè)功率交換器。ROADM進(jìn)一步包括M個(gè)下路排。如圖34中所示，來自WSS的輸出行進(jìn)到M個(gè)(IXN)功率耦合器，所述功率耦合器將輸入提供到MCS交換器中，且來自爭用排的輸出也被引導(dǎo)到MCS輸入。在基于本文中所描述的可擴(kuò)展MCS交換器設(shè)計(jì)的替代實(shí)施例中，來自爭用排的輸出可被引導(dǎo)到MCS交換器的擴(kuò)展輸入端口且WSS的輸出可在不使用耦合器的情況下直接引導(dǎo)到MCS交換器的輸入。隨所提供負(fù)載而變的阻塞率可借助大量爭用排(具體來說，5到7個(gè)爭用排)而實(shí)際上無爭用，例如，比10_7小得多的阻塞率。
[0118]環(huán)形光學(xué)網(wǎng)絡(luò)可提供顯著的穩(wěn)健性，因?yàn)槿绻l(fā)生線路的斷裂，那么信號(hào)發(fā)射可替代地通過并行環(huán)發(fā)生而不論斷裂的位置如何。圖35中展示具有連接一組節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)并行光學(xué)路徑的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的概念圖。此環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可(舉例來說)用作常規(guī)地具有每節(jié)點(diǎn)4到8個(gè)端口、88個(gè)DWDM波長、具有無色ROADM的都會(huì)網(wǎng)絡(luò)邊緣。在一些實(shí)施例中，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可用作具有主節(jié)點(diǎn)及相關(guān)聯(lián)子節(jié)點(diǎn)的集中式環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。圖36中展示潛在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
[0119]參考圖36，節(jié)點(diǎn)3602包括用于執(zhí)行上路及下路功能的兩個(gè)并行結(jié)構(gòu)。每一并行光學(xué)線3604及3606借助1X2WSS連接到節(jié)點(diǎn)的上路側(cè)3608,3610及下路側(cè)3612、3614。節(jié)點(diǎn)的上路側(cè)包括分別連接到WSS3608、3610的兩個(gè)MCS3620、3622，且MCS3620、3622連接在一組2X I旁路交換器2624處。類似地，節(jié)點(diǎn)的下路側(cè)包括分別連接到WSS3612、3614的兩個(gè)MCS3640、3642，且MCS3640、3642連接在一組2 X I旁路交換器2644處。如果使用集成可擴(kuò)展MCS，那么來自所述MCS對中的一者(3620+3622或3640+3642)的輸出可被引導(dǎo)到另一MCS交換器的擴(kuò)展輸入端口以利用可擴(kuò)展交換器的旁路交換器來提供所要功能性。
[0120]上述實(shí)施例既定為說明性而非限制性。額外實(shí)施例在權(quán)利要求書內(nèi)。另外，雖然已參考特定實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下做出形式及細(xì)節(jié)的改變。以對上述文件的引用方式的任何并入是受限制的以使得并不并入與本文中的明確揭示內(nèi)容相反的標(biāo)的物。
[0121]以引用方式并入本文中的參考文獻(xiàn):[1]M.費(fèi)爾巴哈(M.Feuer)等人，光纖電信(Optical Fiber Telecommunications), B 卷,系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)(Systems and Networks)，第 8 章，2008 年；[2]S.格蘭杰(S.Gringeri)等人，IEEE Comma Mag.，第 40 頁，2010 年 7 月；[3]S.鐘(S.Zhong)與J.保(J.Bao)，美國專利申請公開案US2009/0067845 ;[4]L.尼爾遜(L.Nelson)等人，光波技術(shù)期刊，第2933頁，2010年；[5]T.渡邊(T.Watanabe)等人，OFC/NFOEC, paper 0TuD3,2011 年。
【權(quán)利要求】
1.一種具有擴(kuò)展連接的光學(xué)交換裝置，所述光學(xué)交換裝置包括光子集成電路，所述光子集成電路包括:N個(gè)輸入光學(xué)端口，其中N > I ;輸入光路徑,其與每一輸入端口相關(guān)聯(lián);M個(gè)光學(xué)輸出端口，其中I ;輸出光路徑，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；旁路光學(xué)交換器塊，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)#個(gè)擴(kuò)展輸入端口，其中PSl ;擴(kuò)展光路徑，其與每一擴(kuò)展輸入端口相關(guān)聯(lián)且與相關(guān)聯(lián)的旁路交換器塊連接；多個(gè)光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)的光路徑，其形成所述輸入光路徑與關(guān)聯(lián)于輸出光路徑的旁路交換器塊之間的連接網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)交換裝置，其中P= mM，其中m為> 2的整數(shù)且其中所述旁路光學(xué)交換器塊包括(m+1) X I光學(xué)交換裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的光學(xué)交換裝置，其中P= M且其中旁路光學(xué)交換塊包括2X1光學(xué)交換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其進(jìn)一步包括光學(xué)分裂器及相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光學(xué)光路徑的樹狀結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)光學(xué)交換元件組織成若干群組，其中每一交換器群組與關(guān)聯(lián)于輸出光路徑的所述旁路交換器相關(guān)聯(lián)，其中經(jīng)分裂光學(xué)光路徑將輸入提供到所述交換器群組中，且其中到交換器群組的每一輸入連接到與不同分裂器樹相關(guān)聯(lián)的光路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)交換裝置，其中每一輸入連接到K個(gè)分支，其中K> M，其中如果K > M，那么K-M個(gè)光學(xué)路徑為休眠的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)交換裝置，其中每一輸入連接到K個(gè)分支，其中K< M，且其中所述交換元件經(jīng)配置以將來自輸入的信號(hào)選擇性地引導(dǎo)到K個(gè)輸出的子組。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6 中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置,其中關(guān)聯(lián)于與輸出連接的特定旁路交換器的交換塊包括N-1個(gè)經(jīng)循序?qū)?zhǔn)的2X1光學(xué)交換元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到6中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置,其中關(guān)聯(lián)于與輸出連接的特定旁路交換器的交換塊包括2X1光學(xué)交換元件的L{L =≥1g2(N)的最小整數(shù)}個(gè)連續(xù)層級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其中所述多個(gè)光學(xué)交換兀件及相關(guān)聯(lián)的光路徑具有提供每一輸入光路徑與每一輸出光路徑之間的連接的概念性矩形交換器矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其進(jìn)一步包括:一組Q個(gè)擴(kuò)展輸出光學(xué)端口 ；擴(kuò)展輸出光路徑，其與每一擴(kuò)展輸出端口相關(guān)聯(lián)；及旁路光學(xué)交換器，其連接輸入光路徑與擴(kuò)展輸出光路徑以及光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)的光路徑的所述網(wǎng)絡(luò)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其中所述旁路交換器為可連續(xù)調(diào)整的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換器裝置，其中所述光子集成電路包括平面襯底上的波導(dǎo)集成光學(xué)電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換器裝置，其中所述光學(xué)交換兀件包括2X1光學(xué)交換器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換器裝置，其中所述光學(xué)交換元件包括2 X 2光學(xué)交換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其進(jìn)一步包括光學(xué)耦合到輸入線或輸出線的光學(xué)放大器。
16.一種具有擴(kuò)展連接的光學(xué)交換裝置，所述光學(xué)交換裝置包括光子集成電路，所述光子集成電路包括:N個(gè)輸入光學(xué)端口，其中NSl ;輸入光路徑,其與每一輸入端口相關(guān)聯(lián);M個(gè)光學(xué)輸出端口，其中M > I ;輸出光路徑,其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；旁路光學(xué)交換器塊，其與每一輸出端口相關(guān)聯(lián)；0個(gè)擴(kuò)展輸出端口，其中Q ^ I ;擴(kuò)展光路徑，其與每一擴(kuò)展輸出端口相關(guān)聯(lián)且與相關(guān)聯(lián)的旁路交換器塊連接；多個(gè)光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)的光路徑，其形成關(guān)聯(lián)于輸入光路徑的所述旁路交換器塊與所述輸出端口之間的連接網(wǎng)絡(luò)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)交換裝置,其中所述多個(gè)光學(xué)交換兀件及相關(guān)聯(lián)的光路徑具有提供每一輸入光路徑與每一輸出光路徑之間的連接的概念性矩形交換器矩陣。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)交換裝置，其進(jìn)一步包括光學(xué)組合器及相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光學(xué)光路徑的樹狀結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)光學(xué)交換元件組織成若干群組，每一交換器群組與連接到輸入端口的光路徑相關(guān)聯(lián)，其中交換器群組的每一輸出耦合到不同光學(xué)組合器樹的分支。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到18中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其中P= M且其中旁路光學(xué)交換塊包括2X I光學(xué)交換器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16到19中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其中所述旁路交換器為可連續(xù)調(diào)整的。
21.根據(jù)權(quán)利要求16到20中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換器裝置，其中所述光子集成電路包括平面襯底上的波導(dǎo)集成光學(xué)電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求16到21中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置，其進(jìn)一步包括光學(xué)耦合到輸入線或輸出線的光學(xué)放大器。
23.一種可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其用于動(dòng)態(tài)地配置選定數(shù)目個(gè)光學(xué)輸入端口與M個(gè)光學(xué)輸出端口之間的互連，所述交換器裝置包括Z個(gè)光學(xué)交換模塊(Z ^ 2)，所述光學(xué)交換模塊具有光學(xué)互連以形成具有初始模塊、終點(diǎn)模塊及任選中間模塊的配置，每一光學(xué)交換模塊L包括隊(duì)個(gè)輸入端口及M個(gè)輸出端口以及所述輸入端口與所述輸出端口之間的所要交換能力，其中隊(duì)的和等于輸入端口的所述選定數(shù)目，其中并非初始模塊的每一光學(xué)交換模塊具有通過旁路交換器耦合到相應(yīng)輸出端口的一組擴(kuò)展輸入端口，且其中并非終點(diǎn)模塊的每一光學(xué)模塊具有耦合到另一模塊的擴(kuò)展輸入端口的一組輸出端口。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其中每一交換模塊進(jìn)一步包括光學(xué)分裂器及相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光路徑的樹狀結(jié)構(gòu)，且多個(gè)光學(xué)交換元件及相關(guān)聯(lián)的光路徑形成光學(xué)分裂器與所述旁路交換器之間的連接網(wǎng)絡(luò)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可擴(kuò)展光學(xué)交換器，其中光學(xué)交換模塊包括根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換器裝置。
26.—種可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其用于動(dòng)態(tài)地配置N個(gè)光學(xué)輸入端口與選定數(shù)目個(gè)光學(xué)輸出端口之間的互連，所述交換器裝置包括Z個(gè)光學(xué)交換模塊(Z ^ 2)，所述光學(xué)交換模塊具有光學(xué)互連以形成具有初始模塊、終點(diǎn)模塊及任選中間模塊的配置，每一光學(xué)交換模塊L包括N個(gè)輸入端口及埯個(gè)輸出端口以及所述輸入端口與輸出端口之間的所要交換能力，其中埯的和等于輸出端口的所述選定數(shù)目，其中并非終點(diǎn)模塊的每一光學(xué)交換模塊具有通過旁路交換器耦合到相應(yīng)輸入端口的一組擴(kuò)展輸出端口，且其中并非初始模塊的每一光學(xué)模塊具有耦合到另一模塊的擴(kuò)展輸出端口的一組輸入端口。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可擴(kuò)展光學(xué)交換器裝置，其中光學(xué)交換模塊包括根據(jù)權(quán)利要求16到22中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置。
28.一種光學(xué)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其包括:多個(gè)節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)不同光學(xué)環(huán)，其連接到所述節(jié)點(diǎn)；及每一節(jié)點(diǎn)處的光學(xué)分支，其提供每一光學(xué)環(huán)與N個(gè)輸出光學(xué)線之間的光學(xué)連接，其中所述光學(xué)分支包括:兩個(gè)I X N光學(xué)交換器，其中每一 I X N光學(xué)交換器連接到相應(yīng)環(huán)；及N個(gè)2 X I旁路交換器，其連接所述相應(yīng)I X N光學(xué)交換器與所述N個(gè)光學(xué)線。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學(xué)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其中每一IXN光學(xué)交換器包括光學(xué)分裂器及相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光學(xué)光路徑的樹狀結(jié)構(gòu)，且多個(gè)光學(xué)交換元件組織成若干群組，其中交換器群組中的每一成員與連接于光學(xué)分裂器結(jié)構(gòu)與旁路交換器之間的光路徑相關(guān)聯(lián)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學(xué)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到22中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置。
31.—種光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括:N個(gè)光學(xué)光路徑；N' XW交叉連接交換器OXC;及N" XM"多播交換器MCS;—組旁路交換器；及一組旁路光路徑，其在OXC輸出與旁路交換器之間，且其中旁路交換器還連接到MCS輸出。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到22中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置。
33.一種光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括:N個(gè)輸入光路徑、下路排及爭用緩解結(jié)構(gòu)，其中所述下路排包括多播交換器MCS且所述爭用緩解結(jié)構(gòu)包括選擇性光學(xué)交換器，其中來自所述選擇性光學(xué)交換器的輸出通過光信道被引導(dǎo)到所述MCS的輸入,其中所述N個(gè)輸入光路徑被劃分成將輸入提供到所述爭用緩解結(jié)構(gòu)的子組及將輸入提供到所述下路排的另一子組。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到22中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)交換裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其中所述MCS包括:輸出光路徑；擴(kuò)展輸入端口 ；旁路光路徑，其連接到所述擴(kuò)展輸入端口 ；及旁路交換器，其光學(xué)連接到所述旁路光路徑及所述輸出光路徑以將光學(xué)信號(hào)選擇性地發(fā)送到輸出光路徑，且其中所述選擇性光學(xué)交換器包括光學(xué)連接到所述MCS的所述擴(kuò)展輸入端口的輸出光路徑。
36.根據(jù)權(quán)利要求33或權(quán)利要求35所述的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，其中所述選擇性光學(xué)交換器包括光學(xué)稱合到所述MCS的輸入端口的擴(kuò)展輸出端口。
【文檔編號(hào)】G02B6/35GK104024917SQ201280061235
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】安東尼·J·蒂克納, 伊利婭·沃羅別伊齊克, 溫斯頓·韋 申請人:尼歐光量子學(xué)公司