BRPI0821180B1

BRPI0821180B1 - chave opto-eletrônica e elemento de chave opto-eletrônica

Info

Publication number: BRPI0821180B1
Application number: BRPI0821180A
Authority: BR
Inventors: l davis Alan; Ho Ahn Jung; Mclaren Moray; L Binkert Nathan; P Jouppi Norman
Original assignee: Hewlett Packard Entpr Dev Lp; Hewlett Packard Entpr Development L P; Hewlett Packard Development Co
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2019-01-22
Also published as: WO2009113977A1; JP2011518344A; EP2252906A4; EP2252906B1; US20110069963A1; BRPI0821180A2; CN102027399B; CN102027399A; KR20100135791A; KR101465293B1; US8938139B2; JP5357903B2; EP2252906A1

Abstract

chave opto-eletrónica e elemento de chave optoeletrónica as configurações da presente invenção se relacionam achaves opto-eletrónicas de rede. em urna c.o, nfiguração, urna chave opto-eletrónica (100) inclui um conjunto de guias de onda de entrada aproximadamente paralelos (102- 109) e conjunto de guias de onda de saída aproximadamente paralelos (110-117), dispostos aproximadamente perpendicularmente aos gulas de onda de entrada. cada um dos guias de onda de saída cruza o crossbar do conjunto de guias de onda de entrada. a chave opto-eletrónica inclui pelo menos um elemento de chave (128) configurado para chavear um ou mais sinais ópticos transmitidos em um ou mais guias de onda de entrada em um ou mais guias de onda de saída transversais.

Description

CHAVE OPTO-ELETRÔNICA E ELEMENTO DE CHAVE OPTOELETRÔNICA

Campo da Invenção

As configurações da presente invenção se relacionam 5 a dispositivos opto-eletrônicos e, particularmente, a chaves opto-eletrônicas.

Histórico da Invenção

Redes de chave são empregadas para encaminhar dados de portas de saida a portas de entrada a nós de vários tipos 10 incluindo processadores, memórias, placas de circuito, servidores de armazenamento, conectores de rede, ou outros dispositivos de processamento, armazenamento, ou transmissão de dados. Em sistemas computacionais de grande porte, redes escaláveis de chaves de pacote são 15 usadas para conectar um número de portas. Para construir redes escaláveis de chaves para atender um grande número de portas é desejável que o componente de chave básico <tenha tantas entradas e saídas quanto possível. Isto significa uma rede de chave que englobe todas portas e 20 inclua um número menor de estágios. Em redes de chaves com características de crescimento Nlog(N), tal como redes Cios - roteador de raiz (radix) alta - uma vez que componentes de chave de grande porte reduzem o termo de crescimento logarítmico na complexidade de rede.

Em lugares onde são usados dispositivos eletrônicos para prover chaveamento, a largura de banda global de cada componente de chave é restringida, que obriga o projetista do sistema assumir um compromisso entre o número de canais ligados e desligados e a largura de 30 banda dos canais. Por exemplo, a mesma tecnologia de silício pode implementar uma chave 64x64, sendo que cada canal opera a 40 Gbits/s ou uma chave 16x16 onde cada canal opera a 160 Gbit/s, elevando o número máximo de conexões de sinal para um pacote e taxa de dados para os 35 próprios sinais, sendo que a taxa de dados de sinal é determinada levando em conta a integridade de sinal e potência.

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Redes de chaves frequentemente se constituem em gargalo no processamento de dados em ambientes computacionais. Uma típica rede de chave, por exemplo, pode limitar o escopo de condição de ambiente computacional para lidar 5 com a necessidade de transmissão e processamento de dados de muitas aplicações, em razão de muitas redes serem fabricadas para acomodar taxa de portas dia e contagem de portas dia, e não para acomodar larguras de banda maiores_ que podem vir a ser necessárias para acomodar 10 futuras aplicações. Em particular, a quantidade e freqüência com que os dados são trocados entre certas portas, podem ser maiores para certas portas, e o uso <de latência baixa e linhas de metal-sinal empregado pela maior parte das redes de chaves provê uma largura de 15 banda limitada. Daí, a quantidade de dados que pode ser transmitida entre portas não combina com a necessidade de transferência de dados das portas empregadas por um certo aplicativo em cada instante, que frequentemente resulta em atrasos de processamento e/ou transmissão. Redes de 20 chave têm um grande número de conexões intrachip de linha de sinal longo, que advêm da necessidade de conectar uma entrada a qualquer saída. Estas linhas de sinal longo demandam uma quantidade apreciável de energia nos repetidores, que se fazem necessários para compensar 25 as perdas de transmissão.

número de questões associadas a sinais eletrônicos transmitidos por linhas de sinal pode ser muito reduzido, quando se codifica a mesma informação em comprimentos de banda ou canais de luz que são transmitidos em guias de 30 onda. Em primeiro lugar, a taxa de transmissão de dados pode aumentar significativamente em razão da largura de banda muito maior provida pelas guias de onda. Em segundo lugar, a degradação (perda por unidade de comprimento) é muita menor para luz transmitida em guias de onda 35 que sinais eletrônicos transmitidos por linhas de sinal.

Por conseguinte, o consumo de potência per bit é mais baixo transmitindo luz através de guias de onda que sinais eletrônicos através de linhas de sinal.

Componentes ópticos de chaveamento vêm sendo construídos usando uma variedade de diferentes tecnologias, tal como sistemas micro-eletromecânico e efeito magneto-óptico.

No entanto, estas chaves são todas chaves de circuito, onde a configuração da chave é realizada por um plano de controle separado geralmente plano. Uma chave de pacote se diferencia de uma chave de circuito pelo fato de fazer conexões de acordo com a informação de roteamento 10 incorporada no fluxo de dados de entrada. Uma chave de pacote tipicamente permite acumulação dos dados de entrada, quando a saida requerida se encontra em uso. Construiu-se uma quantidade de chaves eletrônicas de pacote. No entanto, estas chaves são limitadas com 15 respeito à condição de aumentar de tamanho e capacidade para atender a demanda futura, quando são previstos processadores, mais poderosos e rápidos- Há dois fatores limitantes - o primeiro diz respeito ao fato de a largura de banda ligada/des1igada de chips roteadores ser 20 limitada, em termos de número de entradas/saídas, pela tecnologia de empacotamento, e velocidade de entrada/ saída (por questões de integridade de sinal) . Em segundo lugar, a potência requerida para comunicação interchip/ intrachip aumenta significativamente com número de 25 entradas/ saídas e taxa de dados.

Engenheiros reconhecem a necessidade de chaves de rede rápidas que acomodem dados codificados de luz como meio para transmitir quantidades massivas de dados entre vários tipos de dispositivos de processamento, 30 armazenamento, e transmissão de dados.

Sumário da Invenção

Configurações da presente invenção se relacionam a chaves opto-eletrônicas de rede. Em uma configuração, uma chave opto-eletrônica inclui um conjunto de guias—de onda de 35 entrada aproximadamente paralelas e um conjunto de guias de onda de saída aproximadamente paralelas. Cada guia de onda de saída atravessa o conjunto de guias de onda de entrada. A chave opto-eletrônica inclui pelo menos um elemento de chave configurado para chavear um ou mais sinais ópticos transmitidos em um ou mais guias de onda de entrada em um ou mais guias de onda de saída 5 transversais.

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 mostra uma representação esquemática de uma primeira chave opto-eletrônica de rede configurada _____ de acordo com configurações da presente invenção; _ 10 A figura 2A mostra uma representação esquemática e operação de um primeiro elemento de chave de circuito configurado de acordo com configurações da presente invenção;

As figuras 3A a 3B mostram uma representação esquemática 15 e operação de elemento de chave de pacote configurado de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 4 mostra uma representação esquemática de uma segunda chave opto-eletrônica de rede configurada de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 5 mostra uma representação esquemática de um elemento de chave de pacote 2x2, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 6 mostra elementos de chave lxl e um elemento único de chave 2x2, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 7A mostra uma vista isométrica explodida de elemento de chave em duas camadas ópticas separadas, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 7B mostra uma vista isométrica de um elemento de 30 chave em uma única camada óptica, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 8A mostra uma vista isométrica de um ressonador de micro-anel e uma porção de um guia de onda de sulco (ridge waveguide) adjacente configurado - de acordo—com 35 configurações da presente invenção;

A figura 8B mostra um gráfico de transmitância versus comprimento de onda para um micro-anel, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 9A mostra o ressonador de micro-anel usado como fotodetector, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 10 mostra uma representação esquemática e vista de topo de regiões dopadas envolvendo um micro-anel e guia de onda de sulco, de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 11 mostra uma vista isométrica de uma cavidade 10 ressonante configurada de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 12A mostra uma vista isométrica de uma cavidade ressonante configurada de acordo com configurações da presente invenção;

A figura 12B mostra uma vista em seção transversal de uma primeira cavidade ressonante eletronicamente sintonizável configurada de acordo com configurações da presente invenção; e

A figura cavidade

12C mostra em seção transversal eletronicamente ressonante uma segunda sintonizável configurada de acordo invenção.

Descrição Detalhada Várias configurações direcionadas a chaves configurações aumentam entrada/ saída usando com da configurações da presente invenção de rede.

são presente opto-eletrônicas grandemente a largura de banda de interconectores nanofotônicos para

Tais interconexões chip a chip em banda larga. Em adição, configurações da presente invenção empregam multiplexação 30 de divisão de banda densa (DWDM) para conectar numerosos sinais ópticos a um dispositivo. A DWDM consiste em uma multiplexação de sinais ópticos de vários comprimentos de onda em um único guia de onda. As chaves de rede incluem elementos de chave que conectam numerosos sinais ópticos 35 em um único guia de onda. As chaves de rede incluem elementos de chave que conectam guias de onda de entrada a guias de onda de saida e distribuem sinais ópticos a múltiplas portas. Configurações da presente invenção exploram a condição de conexões eletrônicas internas longas. Além de uma certa distância, a comunicação óptica por chip é mais eficiente que uma comunicação eletrônica, 5 em razão de perdas de transmissão mais baixas proporcionadas por guias ópticas para uma dada distância reduzirem o número de repetidores.

Na descrição das configurações da presente invenção, o termo sinal óptico se refere a uma radiação 10 eletromagnética, tendo um certo comprimento de onda modulado ou ligado/ desligado, que é usada para codificar dados. Por exemplo, porções alta/baixa de amplitude de sinais ópticos correspondem a bits 1 e 0, respectivamente. Os sinais ópticos não se limitam a guias de onda na porção visível do espectro eletromagnético, mas também podem quantum fora da infravermelho IR porções ou de de componentes estruturalmente similares compreendendo os 20 mesmos materiais foi provido com os mesmos números de referência e, com propósito de brevidade, omitiu-se a explicação destas estruturas e suas funções.

A figura 1 mostra uma representação esquemática de uma chave opto-eletrônica de rede 100, de acordo com configurações da presente invenção. A chave optoeletrônica de rede 100 inclui um conjunto de oito guias de onda de entrada verticais 102-109, um conjunto de oito guias de onda de saída horizontais 110-117, e um conjunto de oito guias de onda de potência óptica horizontais

118-125, que são aproximadamente paralelos aos guias de onda de saída 110-117. Os guias de onda de potência 118-125 são opticamente acoplados a um guia de onda de fonte 126, acoplado opticamente a uma fonte de potência óptica 127. Os guias de onda de entrada 102-109 são orientados aproximadamente perpendicularmente ao guias de onda de saída e potência 110-125, sendo que cada guia de onda de entrada cruza os guias de onda de saída e potência 110-125 e é opticamente acoplado a cada guia de onda de saída através de um elemento de chave, tal como elemento de chave 128, como representado na figura 1 por linhas tracejadas. Como na figura 1, a chave inclui 5 um arranjo 8x8 de elementos de chave, sendo que cada elemento de chave inclui um guia de onda de entrada que cruza o guia de onda de saída. Por exemplo, o elemento de chave 128 inclui um guia de onda de entrada 107 que cruza o guia de onda de saida 113. As configurações de elemento 10 de chave serão descritas em detalhes com referência às figuras 2-3.

Os guias de onda 102-126 são capazes de transportar múltiplos sinais ópticos usando DWDM. A fonte de potência óptica 127 emite um número de ondas de luz continuas (amplitude e comprimento de onda não-modulado ou aproximadamente constante) no guia de onda fonte 126 usando DWDM, sendo que cada onda de luz tem um diferente comprimento de é acoplada a de modo que porção cada guia as guias de onda de onda de de de cada onda potência potência de luz

118-125 transportem da fonte de transmitidas mesmo conjunto de potência óptica 127. ao longo dos guias ondas de

As ondas de onda luz de a partir luz são

118-125 na direção identificada pela seta direcional 129. Os guias

25 de	onda	de	entrada	102-109	são acoplados separados
às	portas	de	entrada	132-139,	respectivamente, e os guias
de	onda	de	saída	118-125	são acoplados separados
às	portas	de	saída	140-147,	, respectivamente. Sinais

ópticos de entrada são colocados nos guias de onda de 30 entrada 102-109 pelas correspondentes portas de entrada

132-139 e transmitidos na direção identificada pela seta direcional 130. Sinais ópticos de saída são colocados nos guias de onda de saída 110-117 por elementos de chave e transmitidos na direção identificada pela seta*direcional

131. Os sinais ópticos de entrada e saída são sinais ópticos de dados codificados (amplitude modulada). As portas de entrada e saída 132-147 podem ser conectadas a processadores, memórias, placas de circuito, servidores de armazenamento, conectores de rede externa, outras chaves, e outros dispositivos de processamento, armazenamento, e transmissão de dados.

A chave 100 pode ser operada como chave de circuito. Supõe-se que a chave 100 seja direcionada para transmitir dados da porta de entrada 137 para porta de saída 143. Um controle de chave externo (não mostrado) aciona o elemento de chave 128. A porta de entrada 137 coloca 10 sinais ópticos de entrada, codificando os dados no guia de onda de entrada 107 na direção 130. O elemento de chave 128 extrai os sinais ópticos de entrada e ondas de luz transmitidas ao longo do guia de onda de potência 121 na direção 129. O elemento de chave 128 então codifica 15 os dados codificados nos sinais ópticos de entrada nas ondas de luz extraídas modulando ou ligando/desLigando as ondas de luz para produzir sinais ópticos de saída, que são transmitidos na direção 131 no guia de onda 113 para a porta de saída 143.

Configurações de se limitam à chave configurações, elementos de chave de opto-eletrônica rede não quadrada 8x8 100. Em outras de colunas e de rede número chave pode ser ampliado as necessidades. Em geral, da presente invenção incluem chaves de de acordo com fileiras de ou reduzido configurações rede NxN, onde

N é um número inteiro positivo, que representa o mesmo número de fileiras e colunas de elementos de chave. Em outras configurações de chave de rede, o número de fileiras pode ser diferente do número de colunas. 30 Em geral, configurações de chave de rede podem ser MxN, onde M e N são números inteiros positivos que representam o número de fileiras e colunas.

A figura 2A mostra uma representação esquemática de um primeiro elemento de chave de circuito 200, configurado de acordo com configurações da presente invenção. O elemento de chave 200 inclui um guia de onda de entrada 202, guia de onda de saída 204, e guia de onda de potência 206. 0 guia de onda de entrada 202 é opticamente acoplado a seis ressonadores de entrada 207-212, e o guia de onda de potência 206 é opticamente acoplado a seis ressonadores de saída 214-219, que também 5 são opticamente acoplados ao guia de onda de saída 204.

Os seis ressonadores de entrada 207-219 são opticamente acoplados a detectores, que são eletronicamente acoplados ao receptor 220. Os detectores absorvem sinais ópticos de entrada presos nos ressonadores de entrada 207-212 e_ geram os correspondentes sinais eletrônicos de dados codificados, que são transmitidos para o receptor 220, que transmite sinais eletrônicos para um transmissor 226 através de um interconector eletrônico. As conexões elétricas diretas são representadas por setas direcionais, tal como seta 224. Um controlador de estado de chave 228 mantém dados de configuração para o elemento de chave, e determina qual entrada conectar a qual saída.

Os ressonadores de entrada 207-212 e saída 214-219 são eletronicamente sintonizáveis e configurados para 20 ressonarem com um particular comprimento de onda, quando da aplicação de uma voltagem apropriada. Quando se diz que o ressonador está ligado. Cada ressonador ligado extrai através de um acoplamento evanescente pelo menos uma porção da luz provinda do guia de onda, e prende 25 a luz extraída no ressonador por um certo período de tempo. Quando a voltagem é desligada, o comprimento de onda do ressonador se propaga sem ser afetado ao longo do guia de onda opticamente acoplado, passando o ressonador. Neste caso, diz-se que o ressonador está desligado. 30 Configuração e operação dos ressonadores de entrada 207-212 e saída 214-219 estão descritas em detalhes nas subseções Microring Resonators and Ridge Waveguides e Photonic Crystals and Resonant Cavities.

A operação do elemento de chave 200 será agora descrita 35 fazendo referência a um exemplo particular. Na descrição a seguir, uma onda de luz de um certo comprimento de onda é representada por λ, e um sinal óptico de entrada/saída de dado codificado tendo o mesmo comprimento de onda é representado por λ^--. Em adição, todos sinais ópticos de entrada são usados para transportar dados, e todos sinais de potência são usados para emitir sinais ópticos 5 de saida codificando os mesmos dados. Os ressonadores de entrada 207-212 e saída 214-219 são configurados para ressonarem com um dos seis comprimentos de onda Àl, À2, À3, À4, À5, À6, respectivamente, quando ligados. Como na figura 2A, o guia de onda de potência 2 0 6 _transporta seis ondas de luz, que sãc óptica (não mostrada). Os são ligados e acoplam ópticos de entrada Àl~, respectivamente, a partir sinais ópticos de entrada emitidas da fonte de potência seis sinais ópticos de entrada evanescentemente seis sinais

À2” À3””, À4^_, À5^_, λ6^__, do guia de onda 202. Os seis codificam os dados destinados

porta de saída

204 .

Detectores

nos ressonadores enviados ao transmissor por conexões elétricas diretas .·

Uma lógica de resincronização 230 é usada para sincronizar a chegada dos sinais eletrônicos no transmissor, em razão de os sinais de entrada terem diferentes fases quando estes sinais de entrada são extraídos do guia de onda de entrada 202. O transmissor 226 codifica os dados nas seis ondas de luz Àl, À2, λ3, λ4, λ5, λ6 para produzir seis sinais ópticos de saída λΓ\ À2“, À3'“, À4“, À5^-', À6~~ que são transmitidos ao longo do guia de onda de saída 204.

A codificação de dados nas seis ondas de luz pode ser feita ligando/desligando os ressonadores de saída 214-219 de acordo com bits 0 e 1 dos sinais eletrônicos que são transmitidos para os ressonadores 214-219. Por exemplo, quando o ressonador de saída 214 é ligado por-um período de tempo correspondente ao bit 0, o ressonador de saída 214 acopla evanescentemente pelo menos uma porção das ondas de luz Àl do guia de onda de potência 206 no guia i

de onda de saída 204, e quando o ressonador de saída 214 é desligado pelo período de tempo correspondente ao bit 1, as ondas de luz λΐ passam o ressonador de saída 214 sem serem afetadas. O resultado 232 é uma amplitude 5 modulada ou sinal óptico de saida Àl”” ligado e desligado que codifica o dado transportado pelo sinal óptico de entrada.

Deve notado que, em certas configurações, os comprimentos de onda dos sinais ópticos de entrada podem corresponder 10 a comprimentos de onda dos sinais ópticos de saida, enquanto, em outras configurações, os comprimentos de onda dos sinais ópticos de entrada não precisam corresponder aos comprimentos de onda dos sinais ópticos de saida. Por exemplo, em certas configurações, os dados 15 transportados pelo sinal óptico À2^_“ de entrada podem ser codificados na onda de luz À2 para produzir o sinal de saída Ã2 transportando os mesmos dados, enquanto, em outras configurações, o sinal óptico de entrada À2 pode ser codificado na onda de luz Â4 para produzir 20 o sinal de saída À4 transportando os mesmos dados.

A figura 2B mostra uma representação esquemática de um segundo elemento de chave de circuito 250 configurado de acordo com configurações da presente invenção.

O elemento de chave 250 é quase idêntico ao elemento de 25 chave 200, exceto pelo fato de o elemento de chave 250 incluir um crossbar eletrônico 252, que é eletronicamente acoplado ao receptor 220 e transmissor 226. O crossbar eletrônico 252 é controlado pelo controlador de estado de chave 228 para encaminhar (route) os sinais ópticos 30 emitidos do receptor 220 para o transmissor 226.

O elemento de chave 250 pode ser usado para transferir os sinais elétricos produzidos pelo dado codificado em todos seis sinais ópticos de entrada para produzir dados codificados em todos seis sinais de saída, como descrito 35 em conexão com a figura 2A. Em outras configurações, ao invés de receber dados em todos seis sinais ópticos de entrada e usar todos sinais ópticos de saída, o elemento de chave 250 codificados em entrada e dados pode ser usado para receber dados certo número de sinais ópticos de em um diferente número de sinais um de saída ópticos de saída.

Por exemplo, uma porta de entrada sinais ópticos de entrada no guia de onda de entrada 202. Os dois sinais entrada À2“~ (não mostrada) coloca os

À2“ e À4” ópticos de destinados ao guia de quando os ópticos acoplados à porta de onda de saída ressonadores de entrada a partir do e À4 são codificados com dados

208 e

Ã2~e

I acoplada f igura_2B,__

210 estão ligados, os sinais À4 são

Como mostrado na evanescentemente de onda guia

Detectores correspondentes convertem os entrada X2~~ e À4 em sinais eletrôr de entrada 202.

sinais ópticos de os mesmos dados ao receptor 220.

eletrônicos do e transmitindo os sinais eletrônicos receptor 220 e o transmissor 226. Como os tempos óptico de entrada podem não o elemento de chave 200 pode resincronização 230 para sincronizar a sinais eletrônicos ao transmissor 26. O estar incluir codifica os dados nas três ondas produzir sinais ópticos de saída transmitidos

Deve notado elemento de de chave 250 pelo que chave sincronizados, uma lógica transmissão transmissor de dos

226 de luz λΐ, λ2, λ3, para λΐ , λ2 , λ3 , que são guia de onda de a interconexão

200 e crossbar saída 204.

eletrônica direta do eletrônico do elemento muitos diferentes são apenas dois dos de interconectores elétricos, que podem ser usados transmitir sinais elétricos do receptor

220 tipos para para o transmissor 226.

Em geral, configurações de elemento configuradas para receber dados em sinais ópticos de entrada, e emitir os dados enrum número qualquer de sinais ópticos de saída. Dissimilarmente ao exemplo descrito acima, com referência à figura 2, em certas configurações, os ressonadores de um elemento de chave qualquer podem ser número de de chave podem ser configurados para receber sinais ópticos de entrada com um conjunto de comprimentos de onda, e podem produzir sinais ópticos de saída com um conjunto de comprimentos de onda diferente. Em adição, 5 as configurações de chave não se limitam a seis ressonadores de entrada e seis ressonadores de saída,

1'0 sendo que, em outras configurações, qualquer de entrada ressonadores o número de ressonadores número de do número de

A chave 100 ressonador de e saída pode ser de entrada pode ser saída.

usado, e diferente de pacote ser operada como chave cada elemento de chave com dados. Pode se fazer uso também pode de dados, configurando buffer de pacote de arbitragem para selecionar qual dos múltiplos pacotes entrada deve saída. As esquemática configurado um de de ser transmitido para uma particular porta figuras 3A-3B mostram uma representação de um elemento de chave de pacote 300 oara transmitir pacotes de dados de acordo de com configurações da presente invenção. O elemento de chave 300 é quase idêntico ao elemento de chave 250, exceto pelo fato de o interconector eletrônico 252 ser substituído por interconector eletrônico e buffer de pacote 302 combinados. 0 buffer de pacote 302 pode ser um espaço de memória adicional reservado para armazenar um pacote que aguarda sua transmissão para uma porta de saída. Na primeira fase, como na figura 3A, a arbitragem

304 define que o elemento de chave ligue o ressonador

207. 0 sinal óptico Al' é evanescentemente acoplado do guia de onda de entrada 202 no micro-anel 207, e o elemento de chave 300 se prepara para receber sinais ópticos de entrada ligando os ressonadores remanescentes 208-212. Na segunda fase, como na figura 3B, os sinais ópticos de entrada Al, A2, A3 , A4, A5, A6 são evanescentemente acoplados aos ressonadores 207-212, e o elemento de chave emite os mesmos pacotes nos sinais ópticos de saída Al, A2, A3~, A4, A5, A6^__, como descrito acima com referência à figura 2A. Em outras configurações, o pacote de dados pode ser transmitido usando certos sinais ópticos de entrada com os mesmos (ou diferentes) sinais ópticos de saída, como descrito acima com referência à figura 2B.

Em certas configurações, quando a porta de saída não está ocupada, o pacote pode ser imediatamente encaminhado para a porta de saída usando a técnica cut-through.

Alternativamente, quando a porta de saída estiver sendo usada por outra porta de entrada, o pacote é armazenado no buffer de pacote, e transmitido quando a porta de saída estiver disponível. A arbitragem 304 é usada para selecionar entre quaisquer dos elementos de chave possíveis que solicitem o pacote.

Voltando para a figura 1, em certas configurações, os dados podem ser enviados em duas fases, visando reduzir o consumo de energia óptica. Na primeira fase, cada um dos elementos de chave liga um ressonador diferente, e aguarda o correspondente sinal óptico em um primeiro período de tempo. Todos elementos de chave recebem o mesmo sinal óptico, identificando a porta de saída. No entanto, o sinal óptico ressona com um ressonador do elemento de chave acoplado à porta de saída selecionada. O elemento de chave responde se preparando para receber os dados codificados em um número de sinais ópticos de entrada durante a segunda fase. Em razão de os elementos de chave não ligarem os ressonadores para igualar a ressonância do sinal óptico, estes elementos de chave não recebem o sinal óptico no primeiro período de tempo e respondem desligando seus ressonadores, e aguardam que os dados sejam transmitidos na segunda fase. Cada ressonador corresponde a um dos oito sinais ópticos com comprimentos de onda λΐ, λ2, λ3, λ4, λ5, λ 6, λ 7, À8, supondo que a porta de entrada 136 esteja prestes a transmitir um dado para a porta de saída 145\ A porta de entrada 136 emite um único sinal óptico, tal como um pulso, no comprimento de onda que ressona com o ressonador ligado pelo elemento 155. Quando recebe o sinal óptico, o elemento de chave 155 responde ligando os respectivos ressonadores, e aguarda os sinais ópticos de entrada provindos da porta de entrada 136, enquanto os elementos remanescentes 150-154, 156, e 157 desligam os respectivos ressonadores de entrada. Na segunda fase, a porta de entrada 136 transmite os sinais ópticos de entrada recebidos pelo elemento de chave 155 e transmitidos para a porta de saída 145.

Em outras configurações de chave, um único sinal óptico

- de -endereço é usado para acionar o elemento de chave acoplado à porta de saida pretendida. Por exemplo, na primeira fase, a cada porta de saida 140-147 se designa um endereço especifico. Todos elementos de chave 150-157 podem ligar o ressonador com ressonância tendo comprimento de onda do sinal óptico de endereço e aguardar o sinal óptico de endereço. A porta de entrada transmite o endereço da porta de saida 145 no guia de onda 106 no sinal óptico de endereço. O elemento de chave

155 recebe o sinal óptico de endereço e se prepara para receber sinais ópticos de entrada. Os elementos remanescentes 150-154, 156, 157 também recebem o sinal óptico de endereço, mas como o endereço não coincide com o endereço de suas portas de saída opticamente os elementos de chave remanescentes 150-154 acopladas,

156, 157 respondem desligando seus ressonadores de entrada.

Na segunda fase, a porta de entrada 136 transmite entrada os sinais ópticos de chave 155 e transmitidos para recebidos pelo elemento de a porta de saida 145.

As configurações de chave de rede opto-eletrônica não se limitam a empregar um único elemento de chave em cada sinal cruzando guias de onda de entrada e saída. Um esquema hierárquico, no qual pode ser usado um chaveamento de curta distância, é feito eletronicamente para reduzir o número de ressonadores, -receptores, transmissores, ainda mantendo o mesmo número de guias de onda de entrada e saída.

A figura 4 mostra uma representação esquemática de uma segunda chave opto-eletrônica de rede 400 configurada de acordo com configurações da presente invenção. A chave opto-eletrônica de rede 400 inclui os mesmos guias de onda 102-126, fonte de potência óptica 127, e portas

132-147 da chave 100 descrita acima com referência à figura 1. Similarmente à chave 100, os elementos de chave da chave 400 também chaveiam sinais ópticos de saída recebidos nos guias de onda de entrada 102-109 em sinais ópticos de saída transportados pelos guiasde onda 10 1.10-117. No 'entanto, ao invés de empregar um único elemento de chave para chavear sinais ópticos de entrada transportados por um dos dois guias de onda de entrada nos sinais ópticos de saída transportados pelo guia de onda de saída, a chave 400 emprega elementos de chave 2x2 15 para chavear os sinais ópticos de entrada transportados por um dos dois guias de onda nos sinais ópticos de receber entrada de saída. Por exemplo, o ópticos de saída guia de sinais <

sinais no guia de : onda de entrada 105, e ópticos de saída no guia

114 e guia de onda de saída 115.

mostra uma representação esquemática de um 500 configurado de acordo invenção. O elemento de guias de onda de entrada

104 ou colocar correspondentes de saída

A figura elemento de onda receptores 510 de saída 506 e e 512,

508 são de seis ressonadores que são onda de potência eletronicamente a um conjunto acoplados a guias respectivamente, 518 e de respectivamente. descrito acima, chave 500 inclui de chave de pacote 2x2 com configurações da presente chave de pacote 500 inclui dois

502 e 504 e dois guias de onda de saída 506 e 508 que são opticamente acoplados a um conjunto de seis ressonadores eletronicamente acoplados aos respectivamente. Os guias de onda também eletronicamente acoplados opticamente

514 e 516, acoplados aos transmissores

Os ressonadores são operados como com referência à figura 2. O elemento de um interconector eletrônico 2x2 e um

520 buffer de pacote 524 que recebe pacotes eletrônicos dos receptores 510 e 512, armazena os pacotes de dados no buffer de pacote, e transmite os pacotes a quer transmissor 518 ou transmissor 520. Os pacotes são codificados em ondas de luz pelos transmissores 518 e 520, como descrito acima com referência à figura 2.

10Em outras configurações, o elemento de chave de pacote 2x2 500 pode ser modificado por chaves de circuito, eliminando o buffer de pacote e incluindo uma lógica de resincronização entre cada um dos transmissores 518 e 520 e interconector eletrônico 2x2 e buffer de pacote 524, e estado de configuração de chave, como descrito acima, com referência à figura 2.

A figura 6 mostra quatro elementos de chave lxl 601-606 e um único elemento de chave 2x2, de acordo com configurações da presente invenção. Os quatro elementos de chave lxl representam esquematicamente quatro elementos de chave de pacote 300 adjacentes, descritos acima com referência à figura 3.

Deve ser notado que cada elemento de chave lxl

601-604 inclui correspondentes conjuntos de ressonadores de entrada e saída, receptor, transmissor, e buffer de pacote, totalizando quatro receptores, quatro transmissores, quatro interconectores eletrônicos, e um total de 48 ressonadores. Em contraste, a figura 6 revela um único elemento de chave 2x2 606 que esquematicamente representa quer um elemento de chave de circuito ou elemento de chave de pacote 2x2 500. 0 único elemento de chave 2x2 600 pode realizar a mesma operação de chaveamento executada pelos quatro elementos de chave lxl 601-604, mas com metade dos muitos ressonadores, receptores, e transmissores.

Configurações de elemento de chave da presente invenção não se limitam aos elementos de chave 2x2 descritos acima. Na prática, o tamanho do elemento de—chave^- ’é determinado pelo ponto de intersecção na eficiência entre comunicação intrachip óptica e eletrônica. Em outras configurações, elementos de chave podem ser ampliados de modo a incluírem elementos de chave 3x3, 4x4, 5x5 ou elementos de chave maiores. Em geral, um elemento de chave MxN tem MxN receptores, Mxn transmissores, e para chaves de rede de pacote, cada árbitro precisa 5 multiplexar M entradas. Substituindo uma chave de rede

MxN com uma chave PxQ para o mesmo número de guias de onda de entrada e saída, onde M> Q e N> Q, de modo que P divide M e Q divide N, o número de receptores é reduzido para N/Q, e cada árbitro precisa multiplexar 10 _ entre M/P - entradas/ A chave de rede NxM usa NxM/P receptores e MxN/Q transmissores. Na chave de rede de buffer, um único interconector eletrônico também permite compartilhar recursos de buffer com um interconector eletrônico, reduzindo requisito de buffer MxN da chave 15 de rede MxN.

Em certas configurações de chave opto-eLetrônica de rede, o conjunto de guias de onda de entrada e o conjunto de guias de onda de saída podem ser fabricados em duas camadas ópticas separadas. A figura 7A mostra uma vista 20 isométrica explodida do elemento de chave 200 formado em duas camadas ópticas separadas de acordo com configurações da presente invenção. O guia de onda de entrada 202 e os ressonadores 207-212 opticamente acoplados são implementados em uma primeira camada óptica 25 702, e o guia de onda de saída 204, guia de onda de potência 206, e ressonadores de saída 214-219 são implementados em uma segunda camada óptica 704. Como mostrado na figura 7A, o guia de onda de entrada 202, o guia de onda de saída 204 e o guia de onda de potência 30 206 são implementados usando ressonadores de micro-anel que serão descritos detidamente. Em outras configurações, conjunto de guias de onda de entrada e conjunto de guias de onda de saída podem ser implementados em uma única camada óptica. A figura 7B mostra uma vista isométrica do 35 elemento de chave 200 na única camada óptica 706, de acordo com configurações da presente invenção. Uma pequeno cruzamento de linha ocorre nas interseções

708, 710, entre o guia de onda de entrada 202, o guia de onda de saída 204, e o guia de onda de potência 206, respectivamente.

As configurações de chave da presente invenção podem ser estendidas a larguras de banda e tamanhos maiores que das chaves puramente eletrônicas, usando estruturas ópticas integradas IO para comunicação interchip. Isto permite consumir menos potência que entrada e saída de equipamentos eletrônicos equivalentes operando com a 10 mesma taxa de dados. O uso de estruturas internas hierárquicas usando arranjos de chaves menores conectadas a interconectores ópticos em chip, dispensa a necessidade de extensas interconexões eletrônicas em chip, enquanto otimiza o uso de conversores de óptico para eletrônico e 15 eletrônico para óptico. Em comparação com chaves de rede puramente ópticas, as chaves de rede opto-eletrônicas da presente invenção são mais flexíveis devido à condição de implementar um chaveamento de pacote e acumulação (buffering) - que se trata de um requisito para 20 aplicações de computação.

Ressonadores Micro-anel e Guias de Onda de Sulco

Em certas configurações de sistema, os guias de onda 202, 204, 206 são guias de onda de sulco e são ressonadores de micro-anel. A figura 8A mostra uma vista isométrica de um 25 ressonador de micro-anel 802 e uma porção de guia de onda de sulco adjacente 804 na superfície de um substrato 806, configurados de acordo com configurações da presente invenção. Sinais ópticos transmitidos ao longo do guia de onda 804 são evanescentemente acoplados do guia de onda 30 804 no micro-anel 802, quando os sinais ópticos satisfazem a condição de ressonância:

n_effC⁼ mÀ onde n_eff é o índice refrativo efetivo do micro-anel 802, C a circunferência do micro-anel 802, m número inteiro/ e 35 λ comprimento de onda de um sinal óptico. Em outras palavras, sinais ópticos com comprimentos de onda que são inteiros múltiplos do comprimento de onda λ são acoplados evanescentemente do guia de onda 804 no micro-anel 802.

A figura 8B mostra o gráfico - transmitância versus comprimento de onda - para micro-anel 802 e guia de onda 804 da figura 8A. A linha horizontal 808 representa o eixo de comprimento de onda e a linha vertical 810 representa o eixo de transmitância, e a curva 812 representa a transmitância de sinais ópticos que passam o micro-anel 802 em uma faixa de comprimentos de onda. A transmitância de um sinal óptico., passando pelo-microanel 802 é dada por:

T ^— lout/lin onde I_in é a intensidade do sinal óptico que se propaga ao longo do guia de onda 804 antes de alcançar o microanel 802, e I_out é a intensidade do sinal óptico que se propaga ao longo do guia de onda 804 depois de passar o micro-anel 802. As mínimas 814 e 816 da curva de transmitância 812 correspondem à transmitância zero para sinais ópticos tendo comprimentos de onda mÀ e (m+l)À e representam apenas duas mínimas regularmente espaçadas. Diz-se que estes sinais ópticos que satisfazem a condição de ressonância acima têm uma forte ressonância com o micro-anel 802, e são evanescentemente acoplados do guia de onda 804 no micro-anel 802. Nas regiões estreitas de comprimentos de onda em torno dos comprimentos de onda mÀ e (m+l)À, a curva de transmitância 812 revela um aumento acentuado na transmitância, a medida que o comprimento de onda de um sinal óptico se afasta dos comprimentos de onda mÀ e (m+l)À. Em outras palavras, a potência da ressonância diminui e a porção do sinal óptico acoplada do guia de onda 804 no micro-anel 802 diminui a medida que o comprimento de onda do sinal óptico se afasta de um número inteiro múltiplo do guia de onda À. Sinais ópticos tendo comprimentos de onda nas regiões 818-820 passam o micro-anel'802 substancialmente sem serem afetados.

Em razão das propriedades de acoplamento evanescente de ressonadores micro-anel, ressonadores de micro-anel podem ser usados para detectar sinais ópticos particulares transmitindo ao longo de um guia de onda adjacente, ou ressonadores de micro-anel podem ser usados para acoplar sinais ópticos de um certo comprimento de onda de um guia 5 de onda adjacente em outro guia de onda adjacente.

A figura 9A mostra o ressonador de micro-anel 802 sendo usado como fotodetector, de acordo com configurações da presente invenção. Um sinal óptico com comprimento de onda ressonante com o micro-anel 8 02 é evanescentemente 10 acoplado do guia de onda 804 no micro-anel 802 e permanece preso por um período de tempo, enquanto circula no guia de ondâ 802. 0 detector 902 absorve o sinal óptico circulando no micro-anel 802, e converte o sinal óptico em sinal eletrônico, que pode ser transmitido por 15 linhas de sinal a dispositivos eletrônicos. O detector

902 pode compreender Germânio (Ge) ou um outro elemento sinal óptico onda 904, invenção. ressonante absorvedor micro-anel do guia de acordo

Um sinal com evanescentemente do sinal óptico é evanescentemente de de luz. A figura 9B mostra

802 que é usado para ac : onda 804 em um segundo com configurações da com comprimento 802, é óptico, micro-anel guia de onda circula no acoplado

804 no micro-anel micro-anel

802

802 .

Deve ser notado que do guia de onda 804 acoplado no guia de onda acoplado no o sinal em uma

904 .

guia de onda é transmitido ao longo sinal óptico na direção óptico direção, e que o

904 é transmitido oposta.

0 micro-anel 802 pode ser eletronicamente sintonizado dopando regiões do substrato 806 que envolvem o microanel 802 e guia de onda 804 com átomos doadores de elétrons, átomos recebedores de elétrons e impurezas. A figura 10 mostra uma representação esquemática e vista de topo das regiões dopadas que envolvem o micro-anel 802 e guia de onda de sulco 804 de acordo com configurações da presente invenção. Em certas configurações, o micro anel 802 compreende um semicondutor intrínseco. Uma região semicondutora tipo-p 1001 pode ser formada no substrato semicondutor interno do micro-anel 802, e regiões semicondutoras tipo-n 802 e 803 podem ser 5 formadas no substrato semicondutor 806, que envolve a parte de fora do micro-anel 802 no lado oposto do guia de onda 804. A região tipo-p 1001 e regiões tipo-n 1002 e 1003 formam junção p-i-n em torno do micro-anel 802.

Em outras configurações, os dopantes podem ser_invertidos— para formar uma região semicondutora tipo-p 1001 no substrato interno do micro-anel 802 e regiões semicondutoras tipo-p 10002 e 1003 no substrato que envolve a parte de fora do micro-anel 802.

O micro-anel eletronicamente sintonizável 802 pode ser configurado para acoplar evanescentemente ou desviar a luz de um guia de onda adjacente, quando uma voltagem apropriada for aplicada às regiões que envolvem o microanel. Por exemplo, o micro-anel controlado eletronicamente 8 02 pode ser configurado com uma circunferência C e índice refrativo efetivo n_eff', de modo que um sinal óptico com comprimento de onda λ que se propaga ao longo do guia de onda 804 não satisfaça a condição de ressonância como abaixo:

n ' _eff Ψ mÀ

Este sinal óptico passa o micro-anel 802 sem ser afetado, e diz-se que o micro-anel 802 se encontra desligado.

De outro lado, o micro-anel 802 pode ser formado com materiais adequados, de modo que, quando uma voltagem é aplicada ao membro 802, o índice refrativo efetivo n’_eft muda para o valor refrativo n_eff, e o sinal óptico satisfaz a condição de ressonância:

n_effC⁼ mÀ

O sinal óptico agora é acoplado do guia de onda 804 no micro-anel 802, e diz-se que o micrõ-anèl 8Ò2 se encontra ligado. Quando a voltagem é subsequentemente desligada, o índice refrativo efetivo do micro-anel 802 muda de volta para o valor n_eff, e o mesmo sinal óptico se propaga ao longo do guia de onda 804 sem ser afetado.

Cristais Fotônicos e Cavidades Ressonantes

Em certas configurações, a rede opto-eletrônica pode ser implementada usando cristais fotônicos bidimensionais, guias de onda são guias de onda de cristal onde os fotônico e os ressonadores são cavidades ressonantes.

Cristais fotônicos são dispositivos compreendem dois ou mais materiais propriedades dielétricas que combinadas fotônicos diferentes que com em um padrão regular podem modificar características de propagação dos sinais ópticos. Cristais fotônicos bidimensionais podem compreender um reticulado regular de furos cilíndricos fabricados em uma placa dielétrica ou semicondutora.

Os furos cilíndricos cheios com material dielétrico da placa.

podem ser furos de ar ou furos dielétrico diferente do material

Cristais fotônicos bidimensionais podem ser projetados de modo a refletirem sinais ópticos em uma banda de freqüência específica. Em consequência, um cristal fotônico bidimensional pode ser projetado e fabricado como filtro de banda de freqüência para evitar a propagação de sinais ópticos com freqüências no espaço de banda fotônica do cristal fotônico.

Geralmente, o tamanho e espaçamento relativo de furos cilíndricos controlam quais comprimentos de onda de sinais ópticos serão proibidos de propagar no bidimensional. No entanto, podem defeitos no reticulado dos furos cristal fotônico ser introduzidos cilíndricos para produzir certos componentes localizados. Em particular, uma cavidade ressonante - defeito de ponto - pode ser fabricada para produzir um ressonador que temporariamente prende uma faixa de guia de onda estreita de sinais ópticos. Um guia de onda - defeito de linha - pode ser fabricado para transmitir sinais ópticos com comprimentos de onda em uma faixa de comprimentos de onda de um espaço de banda fotônico.

A figura 11 mostra uma vista de topo de um guia de onda de cristal fotônico 1102, e uma cavidade ressonante 1104 formada em uma placa 1106, de acordo com configurações da presente invenção. Uma cavidade ressonante 1108 representa furos que abrangem a altura da placa 1106.

Uma cavidade ressonante pode ser criada omitindo, aumentando, ou diminuindo o tamanho de um certo furo cilíndrico. Em particular, a cavidade ressonante 1104 é criada omitindo um furo cilíndrico. Guias de onda de cristal fotônico são trajetórias de transmissão óptica que podem ser usadas para direcionar sinais ópticos em 10 uma particular faixa de comprimento de onda do espaço de banda de cristal fotônico. Guias de onda podem ser fabricados mudando o diâmetro de certos furos cilíndricos em uma coluna ou fileira de furos cilíndricos, ou omitindo uma coluna inteira de furos cilíndricos. Os furos em torno da cavidade ressonante 1104 e guia de onda 1102 forma um espelho Bragg bidimensional que prende temporariamente os sinais ópticos na faixa de freqüência em ressonadores trajetórias diferentes através do cristal fotônico. O diâmetro de um sinal eletromagnético que se propaga ao longo de um guia de onda é tão pequeno quanto λ/3η, onde n é o índice refrativo da placa, e o volume de modo harmônico da cavidade ressonante pode ser tão pequeno quanto 2λ/3η.

Guias de onda e cavidades ressonantes podem ser menos que 100% efetivas em impedir que sinais ópticos escapem para área cavidades uma faixa imediatamente ressonantes.

de ao fração no longo do na região circundante dos guias de onda e Por exemplo, sinais ópticos em fotônica, que espaço de banda guia de onda, que circunda se propaga a se espalhar

Sinais ópticos que entram na área que 1102 ou cavidade ressonante 1104 decaimento exponencial em amplitude, chamado também tendem guia de onda, circunda o guia experimentam um em um processo evanescência. Por conseguinte, ã cavidade ressonante 1102 fica próxima do guia de onda 1102 para permitir que certos comprimentos de onda de sinais ópticos transportados pelo guia de onda 1104 sejam

		evanescentemente	acoplados,	como	representado	pela seta
		direcional	1110,	do guia	de	onda 1104	na	cavidade
		ressonante	1104 .	Dependendo do	fator Q	da	cavidade
»		ressonante	1104,	um sinal	óptico extraído	pode ficar
	5	preso na cavidade	ressonante	1104	e ressonar	um	tempo.

Ά figura 12Α mostra uma cavidade ressonante 1202 e uma porção de placa 1204 configurada, de acordo com configurações da presente invenção. A cavidade ressonante 1202 é criada omitindo um furo cilíndrico. Diâmetro da cavidade ressonante 1202, arranjo, e diâmetro dos furos cilíndricos que circundam a cavidade ressonante 1202, tal como furo cilíndrico 1206, podem ser selecionados de modo a prender temporariamente um certo comprimento de onda de sinal óptico na cavidade ressonante 1202. A placa 15 1204 é disposta no topo de um substrato de vidro 1208.

Como na figura 12.A, em certas configurações, a placa 1204 pode compreender uma camada intrínseca 1210 sanduichada entre uma camada semicondutora tipo-p formando semicondutora ressonante de

A figura cavidade de acordo

A cavidade eletrodos

12B e camada tipo-n 1214, junção p-i-n 1202.

uma cavidade mostra em seção transversal uma ressonante eletronicamente primeira sintoni zável, com configurações da presente invenção, ressonante 1202 fica sanduichada entre dois

1220 e 1222.

as camadas de compreender ou uma única camada pode

1214,

A placa 1204 também junção p-i-n 1210, 1212, dielétrica ou semicondutora.

A aplicação de voltagem à cavidade ressonante 1202 muda o índice refrativo efetivo da cavidade ressonante 1202, e muda a cavidade ressonante 1202 de/para ressonância com um certo comprimento de onda de sinal óptico, que se propaga em um guia de onda adjacente (não mostrado) .

A figura 12C mostra em seção transversal cavidade ressonante eletronicamente uma segunda sintonizável configurada de acordo invenção. A cavidade compreender as camadas com configurações ressonante 1202 p-i-n 1210, da presente também pode

1212, 1214 ou uma única camada dielétrica ou semicondutora. A aplicação de voltagem à cavidade ressonante 1202 muda o índice refrativo efetivo da cavidade ressonante 1202, e muda a cavidade ressonante 1202 de/para ressonância com um 5 certo comprimento de onda de sinal óptico, que se propaga em um guia de onda adjacente (não mostrado).

Em certas configurações, a cavidade ressonante pode ser operada como fotodetector eletronicamente sintonizável, tal como o detector 902, adjacente à cavidade ressonante. ~ 10 Deve ser notado que as configurações da presente invenção não se limitam a ressonadores de micro-anel e cavidades ressonantes de cristal fotônico. Em outras configurações, qualquer ressonador adequado que possa ser configurado para acoplar um particular comprimento de onda de 15 propagação de sinal óptico ao longo de um guia de onda, pode ser usado.

A descrição acima, provida apenas com propósito de explicação, fez uso de uma nomenclatura somente para prover um pleno entendimento à presente invenção.

No entanto, como deve ser aparente àqueles habilitados na técnica, detalhes específicos não são requeridos para a prática da presente invenção. As descrições acima de configurações específicas da presente invenção foram apresentadas meramente com propósito de ilustração e descrição, e não pretendem esgotar ou limitar a presente invenção àquelas precisas formas descritas. Obviamente, muitas modificações e variações podem ser imaginadas por aqueles habilitados na técnica à luz dos ensinamentos ministrados. As configurações são mostradas e descritas para explicar os princípios da presente invenção e suas aplicações práticas, e desta forma permitir àqueles habilitados na técnica o melhor uso da invenção e de suas várias configurações, incluindo várias modificações para adaptá-la ao uso contemplado. Pretende-se que o escopo da presente invenção seja definido pelas reivindicações que se seguem e seus equivalentes.

Claims

1- Chave opto-eletrônica (100), caracterizada pelo fato de compreender:

um conjunto de guias onda entrada paralelos (102-109);

um conjunto de guias de onda de saída paralelos (110-117) dispostos perpendicularmente aos guias de onda de entrada, cada guia de onda de saída sendo transversal ao conjunto de guias de onda de entrada;

pelo menos um elemento de chave (128) configurado para chavear um ou mais sinais ópticos transmitidos em um ou mais guias de onda de entrada em um ou mais guias de onda de saída transversais; e um conjunto de guias de onda de potência (118-125), sendo que cada guia de onda é acoplado opticamente ao guia fonte que se estende paralelamente a um guia de onda de saída no conjunto de guias de onda de saída, e cruza perpendicularmente cada guia de onda de entrada no conjunto de guias de onda de entrada;

em que o pelo menos um elemento de chave (128) adicionalmente compreende:

um conjunto de ressonadores de entrada eletronicamente sintonizáveis (207212), sendo que cada ressonador de entrada é opticamente acoplado a um guia de onda de entrada e configurado para acoplar um sinal óptico provindo do guia de onda de entrada, quando uma voltagem apropriada é aplicada ao ressonador de entrada;

um conjunto de ressonadores de saída eletronicamente sintonizáveis (214219), sendo que cada ressonador de saída é opticamente acoplado a um guia de onda de saída e guia de onda de potência, e configurado para acoplar um sinal óptico provindo do guia de onda de potência no guia de onda de saída, quando uma voltagem é aplicada ao ressonador de saída;

um receptor (220) eletronicamente acoplado a cada um dos ressonadores de entrada, configurado para transmitir sinais eletrônicos que correspondam aos sinais ópticos acoplados provindos do guia de onda de entrada;

Petição 870180152372, de 16/11/2018, pág. 8/12 um interconector eletrônico eletronicamente acoplado ao receptor, e configurado para reencaminhar os sinais eletrônicos transmitidos pelo receptor;

um transmissor (226) eletronicamente acoplado ao interconector eletrônico e conjunto de ressonadores de saída, e configurado para receber a saída de sinais 5 eletrônicos reencaminhados do interconector eletrônico e aplicar voltagem apropriada correspondente aos ressonadores de saída; e um conjunto de detectores (222), sendo que cada detector é posicionado adjacente a um ressonador de entrada, e configurado para converter o sinal óptico acoplado provindo do guia de onda de entrada no sinal eletrônico transmitido pelo 10 receptor, e adicionalmente em que os ressonadores de entrada (207-212) e saída (214219) são cada um eletronicamente sintonizáveis e configurados para ter ressonância com um comprimento de onda particular de luz se propagando ao longo de uma guia de onda opticamente acoplada quando uma voltagem apropriada é aplicada.

15

2- Chave (100), acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender:

um guia de onda de fonte (126); e uma fonte de potência óptica (127) opticamente acoplada ao guia de onda fonte, e configurada para emitir um ou mais sinais ópticos de onda contínua em cada 20 guia de onda de potência no conjunto de guias de onda de potência através do guia de onda fonte acoplado opticamente .

3- Chave (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender:

um conjunto de portas de entrada (132-139), sendo que cada porta de entrada

25 opticamente acoplada a um guia de onda de entrada no conjunto de guias de onda de entrada e configurado para emitir os um ou mais sinais ópticos no guia de onda de entrada; e

Petição 870180152372, de 16/11/2018, pág. 9/12 um conjunto de portas de saída (140-147), sendo que cada porta de saída opticamente acoplada a um guia de onda de saída no conjunto de guias de onda de saída, e configurada para receber um ou mais sinais ópticos transmitidos no guia de onda de saída.

4- Chave (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o interconector eletrônico adicionalmente compreender um de:

conexões elétricas direcionais (224);

crossbar eletrônico (252); e buffer de pacote (302) para armazenar pacotes de dados.

5- Elemento de chave opto-eletrônica (200), caracterizado pelo fato de compreender:

um guia de onda de potência (206) configurado para transmitir um ou mais sinais ópticos de onda contínua;

um guia de onda de saída (204) posicionado paralelamente ao guia de onda de potência;

um guia de onda de entrada (202) transversal ao guia de onda de saída; e um dispositivo opto-eletrônico configurado para acoplar um ou mais sinais ópticos de entrada provindos do guia de onda de entrada, acoplar um ou mais sinais ópticos de onda contínua provindos do guia de onda de potência, codificar informações codificadas em um ou mais sinais ópticos de entrada nos um ou mais sinais ópticos de onda contínua para produzir sinais ópticos de saída, e acoplar os sinais ópticos de saída ao guia de onda de saída;

um conjunto ressonadores de entrada eletronicamente sintonizáveis (207-212) sendo que cada ressonador é acoplado opticamente a um guia de onda de entrada, e configurado para acoplar um dos um ou mais sinais ópticos de entrada provindos do guia de onda de entrada, quando uma voltagem apropriada é aplicada ao ressonador de entrada;

Petição 870180152372, de 16/11/2018, pág. 10/12 um conjunto de ressonadores de saída eletronicamente sintonizáveis (214219), sendo que cada ressonador de saída é opticamente acoplado ao guia de onda de saída e guia de onda de potência, e configurado para acoplar o sinal óptico de onda contínua provindo do guia de onda de potência ao guia de onda de saída, quando uma

5 voltagem apropriada é aplicada ao ressonador de saída;

um receptor (220) eletronicamente acoplado a cada um dos ressonadores de entrada, configurado para transmitir sinais eletrônicos a um ou mais sinais ópticos de entrada acoplados provindos do guia de onda de entrada;

um interconector eletrônico eletronicamente acoplado ao receptor, e

10 configurado para reencaminhar os sinais eletrônicos transmitidos a partir do receptor;

um transmissor (226), eletronicamente acoplado ao interconector eletrônico e conjunto de ressonadores de saída, e configurado para receber os sinais eletrônicos reencaminhados emitidos a partir do interconector eletrônico, aplicar voltagem apropriada correspondente aos ressonadores de saída para codificar informações 15 codificadas nos um ou mais sinais ópticos de entrada nos um ou mais sinais ópticos de onda contínua para produzir sinais ópticos de saída; e um conjunto de detectores (222), cada detector posicionado adjacente a um ressonador de entrada, e configurado para converter o sinal óptico acoplado, provindo do guia de onda de entrada, no sinal eletrônico transmitido pelo receptor,

20 adicionalmente em que os ressonadores de entrada (207-212) e saída (214219) são cada um eletronicamente sintonizáveis e configurados para ter ressonância com um comprimento de onda particular de luz se propagando ao longo de uma guia de onda opticamente acoplada quando uma voltagem apropriada é aplicada.

6- Elemento (200), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de

25 adicionalmente compreender uma resincronização lógica (230) para sincronizar os sinais eletrônicos transmitidos a partir do interconector eletrônico ao transmissor.

7- Elemento (230), de acordo com reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o interconector eletrônico adicionalmente compreender um de:

Petição 870180152372, de 16/11/2018, pág. 11/12 conexões elétricas diretas (224); e crossbar eletrônico (252).