CN102203692A - 优先化的光学仲裁系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的各种实施例涉及用于实现低延时、优先化的、分布式的基于光学的仲裁的系统和方法。在一个实施例中，光学仲裁系统（100，1100）包括：具有第一端和第二端的波导（102，1102）；光学耦合到波导的第一端且被配置为将至少一个波长的光输入到波导中的源（104，1104）。该系统还包括光学耦合到所述波导的许多波长选择性元件（106-109，1106-1109）。每个波长选择性元件当被电子耦合的节点激活时，能够从所述波导提取光的波长。仲裁器（110，116，120，1112，1116，1120）光学耦合到所述波导的第二端并且在所述源和沿着所述波导最靠近所述源定位的波长选择性元件之间光学耦合到所述波导。

Description

优先化的光学仲裁系统和方法

技术领域

本发明的实施例大体涉及用于访问共享计算机资源的并发请求的仲裁。

背景技术

现代的分布式计算机系统通常由许多独立操作的节点构成。节点能够是处理器、存储器、电路板、服务器、存储服务器、核或多核处理器、外部网络连接或任何其他数据处理、存储或传输装置。经常发生这些独立操作的节点需要访问相同的资源的情况。例如，两个节点可能需要使用另一节点的输出端口以传输信息或需要使用诸如共享通信总线的共享资源。在没有协调的情况下，这两个节点可能开始同时地使用资源。情况可能是由节点之一或二者发送的信息被丢失或在到达资源时被破坏。因此，计算机系统经常采用称为“仲裁”的冲突解决方案，以便防止两个或更多节点同时使用相同的资源。仲裁确保一次仅有一个节点使用资源。

在很多情况下，仲裁依赖于计算机系统性能的关键途径，因为仲裁固有地对两个或更多否则独立的并行活动进行排序。请求访问资源的节点能够是在物理上分布的。典型的仲裁方案涉及用于收集所有对于资源的“请求”的通信、用于选择或“授权”其中一个请求的集中或分布式计算、以及然后需要另外通信以将“授权”分布到已经赢得仲裁的节点。

任何仲裁机制的最关键属性是在任何给定时间给至多一个请求节点授权访问的能力。该仲裁属性通常称为“互斥”。公平性是使得仲裁机制在实践中有用而必需的另一属性。通常，公平性意味着，在给定足够大的竞争节点样本的情况下，竞争的请求将以相等的概率赢得仲裁。虽然公平性的此一般解释经常被认为是理想的，它在实践中实现起来却是昂贵的。对于其中用于获得公平性的此一般注释招致的开销经常导致性能降低和成本增加的分布式仲裁方案来说，尤其如此。如果成本和性能随着系统尺寸的增加变得显著更坏，开销问题就变得特别不切实际。此“缩放”问题对于意图用于包括大数量的节点的系统中的仲裁机制来说尤其重要。

可以将仲裁公平性的此一般注释放宽到一策略，以便提供“无饥饿”仲裁。当仲裁是无饥饿的时，其保证任何请求节点最终将赢得仲裁。虽然当与真正公平的仲裁相比时无饥饿仲裁通常招致较少开销以及具有改进的缩放属性，问题在于其固有地将任何给定时间点的所有请求当作具有相等的优先级。通常说来，如果某些请求被延迟到未授权的请求变成性能瓶颈的点，总体系统性能显著恶化。在任何系统中，一些请求具有比其他请求更高的优先级。基于优先级的仲裁意味着，较高优先级请求会在较低优先权请求之前被授权。在基于优先级的方案中，基于某种重要性度量对每个新请求分配初始优先级。附加选项是允许基于它们为了赢得对特定资源的访问的仲裁已经等了多长时间来增加优先级。该“基于年龄的仲裁优先级”能够与每个优先级水平处的无饥饿仲裁相耦合，以实现具有合理公平性、缩放和成本属性的仲裁策略。

任何正确的仲裁机制必须能够保证对共享资源的互斥访问，以及必须以无饥饿的方式这么做。仲裁机制的其他期望属性包括在成本和性能方面的可缩放性。成本可缩放性的关键是最小化实现仲裁策略所需的物理资源，诸如能量、导线、波导以及晶体管，以及性能可缩放性的关键是需要尽可能多地减少单独的仲裁决定的延时。工程师和计算机科学家继续开发更低延时的仲裁系统和方法以增加系统性能。

发明内容

本发明的各种实施例涉及用于实现低延时、优先化的、分布式的基于光学的仲裁的系统和方法。在一个实施例中，光学仲裁系统包括具有第一端和第二端的波导，以及光学耦合到波导的第一端且配置为将光的至少一个波长输入到该波导中的源。该系统还包括光学耦合到波导的许多波长选择性元件。每个波长选择性元件在被电子耦合的节点激活时，能够从波导中提取光的波长。仲裁器被光学耦合到该波导的第二端并且在该源与沿着该波导最靠近该源定位的波长选择性元件之间耦合到该波导。能够通过向每个波长分配特定的优先级水平，或通过向其中能够从波导中提取所述至少一个波长的一部分的每个时隙分配优先级水平，来执行优先化的仲裁。

附图说明

图1示出根据本发明实施例配置的第一优先化的光学仲裁系统的示意性图示。

图2示出表示根据本发明实施例的、在光学仲裁系统上执行的一轮（round）示例性仲裁期间的波长选择性元件的行为的表格。

图3A-3B分别示出根据本发明实施例的、在一轮仲裁的请求阶段和授权阶段期间的图1所示的仲裁系统。

图4示出根据本发明实施例的、与对于两个共享资源进行仲裁相关联的第二示例性时序图。

图5A-5B分别示出根据本发明实施例的、在请求阶段和授权阶段期间的图1所示的仲裁系统。

图6示出表示与根据本发明实施例的对于共享资源进行优先化的波分复用仲裁的方法相关联的步骤的控制流程图。

图7A示出根据本发明实施例配置的节点的电子构件的电路图。

图7B示出根据本发明实施例操作的图7A中所示的节点。

图8A示出根据本发明实施例配置的电子电路的电子构件的电路图。

图8B示出根据本发明实施例操作的图8A中所示的电子电路。

图9示出根据本发明实施例配置的第二光学仲裁系统的示意性图示。

图10示出根据本发明实施例配置的第三光学仲裁系统的示意性图示。

图11示出根据本发明实施例配置的第二光学仲裁系统的示意性图示。

图12示出根据本发明实施例的与图11中所示的光学仲裁系统上执行的两轮优先化的时分复用仲裁相关联的示例时序图。

图13示出表示与根据本发明实施例的对于共享资源进行优先化的时分复用仲裁的方法相关联的步骤的控制流程图。

图14示出根据本发明实施例配置的节点的电路图。

图15示出根据本发明实施例配置的第二电子电路的电路图。

图16A示出根据本发明实施例配置的并且设置在基板的表面上的微环谐振器以及相邻脊波导的一部分的等距视图。

图16B示出图16A中所示的微环和波导的透射率与波长之间关系的曲线图。

图17示出根据本发明实施例的、耦合到检测谐振器部分的微环谐振器。

图18示出根据本发明实施例的、围绕微环和脊波导的掺杂区域的示意性表示和俯视图。

具体实施方式

各种实施例涉及用于实现低延时、优先化的、分布式仲裁的系统和方法。所述仲裁系统和方法是基于光学的，其中用于访问共享资源的不同优先级水平与特定波长的光相关联，或与在特定时隙中传输的单个波长的光相关联。术语“光”指代波长在电磁频谱的可见光和不可见光部分（诸如频谱的紫外和红外部分）内的电磁辐射。下面在第一分部中描述了单独的波长优先化仲裁系统和方法实施例，并且下面在第二分部中描述了时分复用优先化仲裁系统和方法实施例。

I. 用于使用波分复用执行优先化的光学仲裁的系统和方法

A. 光学仲裁系统

图1示出根据本发明实施例配置的第一光学仲裁系统100的示意性图示。系统100包括波导102、光学耦合到波导102的第一端的光学功率源104、以及8个基本相同的各由四个波长选择性元件构成的组，所述波长选择性元件用圆圈表示，诸如圆圈106-109。每组波长选择性元件被光学耦合到波导102并被电子耦合到标记为N0到N7的8个节点中的一个节点。系统100还包括仲裁器，该仲裁器包括检测元件110和禁用元件116。检测元件110包括设置在波导102的第二端附近的四个检测波长选择性元件111-114，以及禁用元件116包括在源104与节点N0之间光学耦合到波导102的三个禁用波长选择性元件117-119。仲裁器还包括被电子耦合到检测波长选择性元件111-114和禁用波长选择性元件117-119的电子电路120。

如图1的示例中所示，包括四个可区分的、未经调制的波长的光，被从光学功率源104输出并注入到波导102中，每个波长由不同构图的方向箭头表示。如由方向箭头122-124所指示的，光沿着波导102以逆时针方式行进，通过禁用元件116、每组波长选择性元件以及最终通过检测元件110。每个波长表示与资源的使用相关联的特定优先级水平，所述资源诸如总线波导、端口或任何其他一次仅一个节点能使用的共享资源。图1及后续图包括图注126，该图注126显示了四个线图案。每个线图案表示从源104输出的光的波长，以及每个波长与特定优先级水平相关联。点线图案127表示具有最高优先级水平1的光的波长，点虚线图案128表示具有第二高的优先级水平2的光的波长，虚线图案129表示具有第三高的优先级水平3的波长，以及双点虚线图案130表示具有最低优先级水平4的波长。

波导102能够是脊波导、光子晶体波导或光纤。波长选择性元件的示例是微环谐振器、光子晶体谐振器或配置为与在相邻波导102中行进的特定波长的光进行谐振的任何其他装置。邻近波导102设置谐振器。此谐振使得谐振器能够经由渐逝耦合从波导102中提取特定波长的光。为了简洁起见，下文中将节点、禁用和检测谐振器分别称为“节点谐振器”、“禁用谐振器”和“检测谐振器”。下面在分部“微环谐振器”中提供对微环谐振器的操作的更详细的描述。

节点谐振器和禁用谐振器是电子可调谐的，并且每个节点谐振器和每个禁用谐振器被配置为当施加适当电压时与从源104输出的4个波长中的一个波长谐振，在此情况下，节点谐振器或禁用谐振器被说成是“激活的（active）”。如图1中所示，利用特定线图案图示每个节点和禁用谐振器，以便识别每个谐振器在激活时与之谐振的波长。例如，节点谐振器106当激活时与波长127谐振，以及节点谐振器107当激活时与波长128谐振。当可调谐谐振器激活时，其经由渐逝耦合从波导102中提取并捕获相关联波长的光。在某些实施例中，不同于禁用谐振器，节点谐振器能够配置为将至少一部分捕获光转换为电子信号，该电子信号被传输到电子耦合的节点，该电子耦合的节点解释该电子信号以指示该波长被从波导102中移除。在其他实施例中，由激活的节点谐振器提取的光被耦合到单独的波导中，该单独的波导将光携载到检测器。通常，在谐振器中捕获的光最终衰减并经由损耗泄漏。在谐振器激活时，由波导102携载的谐振波长的强度或幅值急剧下降到接近零。当不再施加电压时，谐振器的谐振波长从光的波长偏移开，恢复该波长的强度或幅值，且该波长沿着波导102不受干扰地传播。当不向可调谐谐振器施加电压时，谐振器被说成是“失活的（inactive）”。

不同于节点谐振器和禁用谐振器，检测元件110的检测谐振器111-114被配置为处于永久激活或谐振状态。换句话说，检测谐振器111-114不是可电子调谐的，且每个检测谐振器被配置为与波长127-130之一至少部分地谐振。如图1中所示，检测元件106中的每个检测谐振器也由对应于波长127-130之一的线图案来表示，以便识别每个检测谐振器与之至少部分谐振的波长。因此，每个检测谐振器经由渐逝耦合从波导102中提取对应波长的光的至少一部分。当光被捕获在检测谐振器内时，检测谐振器生成相对高的电子信号，该电子信号沿着电子连接的信号线路传输到电子电路120。当没有在检测谐振器内捕获光时，检测谐振器能够将相对低的电子信号传输到电子电路120，或不将电子信号传输到电子电路120。电子电路120接收来自检测谐振器111-114的电子信号，并确定应该禁用哪些优先级水平并激活适当的禁用谐振器117-119，如下所述。

B. 波分复用仲裁

按连续的轮（in successive rounds）在系统100上执行仲裁。每轮仲裁包括（1）请求阶段，接着是（2）授权阶段。在请求阶段期间，禁用谐振器失活，允许参与该轮仲裁的节点提取与由参与节点选择的优先级水平相关联的波长。检测谐振器111-114向电子电路120传送，在请求阶段期间节点选择了哪些优先级水平。在授权阶段开始时，电子电路120通过激活禁用元件116的适当禁用谐振器以移除与低于由节点之一选择的最高优先级水平的优先级水平相关联的波长，来对从检测谐振器111-114发送的信号进行响应。结果是，最靠近源104定位的在请求阶段期间成功提取了与最高优先级水平相关联的波长的节点在相继的授权阶段期间被授权访问资源。在授权阶段期间，检测到与其请求的优先级水平相关联的波长的请求节点知晓其赢得了该轮仲裁，并能够在一段时间内开始使用资源。此外，在授权阶段期间，没有检测到与它们在请求阶段期间选择的优先级水平相关联的波长的节点知晓它们在该轮仲裁中失败并必须等待后续一轮仲裁。

图2示出表格A和B，该表格A和B表示根据本发明实施例的、在光学仲裁系统100上执行的一轮示例性仲裁期间的谐振器的行为。特别地，表格A表示在一轮仲裁期间系统100的检测谐振器111-114和禁用谐振器117-119的行为，以及表格B表示在同一轮仲裁期间系统100的节点谐振器的行为。对应于优先级水平1-4的条目由PLn表示，其中，n等于1、2、3或4。在以下说明中，参考图3A-3B，其分别示出根据本发明实施例的对于表格A和B中表示的该轮仲裁、在请求阶段和授权阶段期间的仲裁系统100。

在表格A中，列201和202显示在请求阶段和授权阶段期间从波导102移除的波长或优先级水平。在该轮仲裁开始时，列201中的条目是空的，指示禁用谐振器117-119失活，以及与优先级水平1-4相关联的波长进入波导102。断言（assert）请求的每个节点激活对应于与节点所选择的优先级水平相关联的波长的谐振器。在表格B中，列203表示在该轮仲裁开始时节点所选择的优先级水平，以及列204表示每个节点在请求阶段期间尝试提取的与优先级水平相关联的波长。例如，列203揭示了节点N1选择了优先级水平4，以及列204揭示了节点N1激活了对应于与优先级水平4相关联的波长的节点谐振器。在整轮仲裁内，谐振器保持激活。

如图3A中所示，激活的谐振器画有阴影，而失活的谐振器没有画有阴影。激活的谐振器301-306对应于图2中示出的表格B的列204中表示的优先级水平。如图3A的示例中所示，四个激活的谐振器301-303以及305在波长通过节点N1-N3和N6时，从波导102提取对应于优先级水平1-4的波长。节点N5和N7分别激活了对应于与节点N4和N1相同的优先级水平的谐振器，但是，因为节点N1和N4沿着波导102更靠近源104定位，所以节点N1和N4在节点N5和N7之前提取波长。

回到图2，表格B的列205显示哪些节点在请求阶段期间成功提取并检测到波长，其中，检测器值“0”表示没有检测到而检测器值“1”表示检测到。例如，在列205中，具有“1”的条目揭示节点N1-N3和N6检测到与由节点N1-N3和N6选择的优先级水平相关联的波长，以及具有“0”的条目揭示节点N5和N7没有检测到与它们所选择的优先级水平相关联的波长，如上参考图3A所述。因为波长被节点N1-N3和N6完全提取，表格A的列206揭示在请求阶段结束时，检测谐振器111-114对于每个优先级水平没有检测到光。例如，如图3A中所示，激活的谐振器301-303和305提取与优先级水平1-4相关联的波长，且没有波长到达检测谐振器111-114。

因为在请求阶段结束时检测谐振器111没有检测到与最高优先级水平相关联的波长，所以在授权阶段开始时，电子电路120激活禁用谐振器117-119，以便从波导102提取除了最高优先级水平之外的波长。如图3B中所示，在授权阶段开始时，电子电路120激活所有三个禁用谐振器117-119。结果是，从波导102提取对应于优先级水平2-4的波长，留下对应于最高优先级水平的波长沿着波导102行进，其中该波长由节点N6提取。

回到图2，表格B的列207揭示谐振器301-306在授权阶段期间保持激活。表格A的列202中的与优先级水平2-4相关联的条目对应于在授权阶段期间由禁用谐振器117-119提取的波导，以及列208具有用于节点N6的条目“1”，其对应于节点N6提取与最高优先级水平相关联的波长并赢得该轮仲裁，如上参考图3B所述。列209中的条目均为“0”，指示在授权阶段期间没有波长到达检测谐振器111-114。

C. 组合的波分复用和时分复用仲裁

在很多计算系统中，节点可以共享多于一个的资源。例如，许多节点可能需要访问总线波导，以及许多节点可能也需要在大约相同的时间访问共享的输出端口。因此，基于WDM的仲裁方法能够扩展为包括时分复用（“TDM”），以便能够利用相同的仲裁系统100对多个资源执行仲裁。这是通过在每轮仲裁内时分复用单独的请求和授权阶段来实现的，其中，每对请求和授权阶段与确定访问不同的共享资源相关联。

图4示出根据本发明实施例的与使用系统100对两个共享资源进行仲裁相关联的第二示例性时序图。单轮仲裁包括第一请求阶段401紧接着是第一授权阶段402，以及第二请求阶段403紧接着是第二授权阶段404。第一请求阶段401始于时间步（time step）0，以及第二请求阶段403始于时间步4。时间步能够是时钟信号的时钟沿，或离散时间段的任何其他适合的描绘（delineation）。每个请求阶段和授权阶段跨越8个时隙，其中，时隙能够是单个时钟周期、时钟周期的一小部分、许多时钟周期或任何其他适当的时间段。每个时隙在由整数0-35识别的等距间隔开的线表示的时间步上开始和结束。列406列出由节点对第一资源做出的优先级请求，以及列408列出由相同节点对第二资源做出的优先级请求。每个节点具有其中其能够断言请求的在请求阶段内的特定时隙，以及每个节点具有其中其得知其请求被授权或拒绝的在授权阶段内的特定时隙。例如，节点N0被允许在第一请求阶段401期间断言请求长达始于时间步0的一个时隙，以及节点N1被允许在第一请求阶段401期间断言对于相同资源的请求长达始于时间步1的一个时隙。另外，节点N0被允许在第二请求阶段403期间断言请求长达始于时间步4的一个时隙，节点N1被允许在第一请求阶段401期间断言对于相同资源的请求长达始于时间步5的一个时隙。表格I显示节点以及当节点能够激活谐振器长达一个时隙以在请求阶段401和403期间断言对于两个资源的请求的对应时间步。

表格I

节点	请求阶段1中的时间步	请求阶段2中的时间步
			N0	0	4
N1	1	5
			N2	2	6
N3	3	7
			N4	4	8
N5	5	9
			N6	6	10
N7	7	11

在请求阶段401和403之一中成功断言请求的每个节点能够通过在授权阶段402和404期间激活对应于所选择的优先级水平的谐振器长达一个时隙，来确定该请求是否在对应的第一和第二授权阶段402和404期间被授权。表格II显示了节点以及当每个节点能够在相应的授权阶段402和404中激活谐振器时的对应的时间步。

表格II

节点	授权阶段1中的时间步	授权阶段2中的时间步
			N0	8	12
N1	9	13
			N2	10	14
N3	11	15
			N4	12	16
N5	13	17
			N6	14	18
N7	15	19

如在图4的示例中所示，列406揭示节点N2、N3和N6全都选择了第二优先级水平。节点N2在时间步2开始提取波长128，留下波长128中的一个时隙的间隙412围绕波导102行进，以及节点N5在时间步5开始提取波长129，留下波长129中的一个时隙的间隙414。与第一请求阶段401相关联的间隙被标记为1。图4揭示了间隙412在时间步3开始时到达节点N3，并在时间步6开始时到达节点N6，所述时间步对应于当节点N3和N6被允许断言与波长128相关联的优先级水平的请求时的时间步。因此，节点N3和N6未能从时间步3和6开始提取波长128，并且结果，节点N3和N6必须等待稍后一轮仲裁来断言对于第一资源的另一请求。

图5A-5B分别示出根据本发明实施例操作的在请求阶段401和授权阶段402期间的仲裁系统100。激活的谐振器501-504对应于图4中的列406中的标圆圈的节点。邻近每个节点定位的整数与请求和授权阶段401和402中的时间步相关。如图5A的示例中所示，激活的谐振器501当在时间步2激活时，从波导102提取对应的波长，时间步2对应于图4中的间隙412，以及激活的谐振器503当在时间步5激活时，从波导102提取对应的波长，时间步5对应于图4中的间隙418。波长127和130不受干扰地通过谐振器组，并在始于时间步7的时隙期间被检测谐振器111和114所检测到。检测谐振器111发送电子信号到电子电路120。如图5B中所示，电子电路120通过激活禁用谐振器118和119长达一个时隙的时段来进行响应。在授权阶段402开始时，授权阶段402始于图4中所示的时隙8，从波导102提取波长129和130，留下波长127和128继续沿着波导102行进，其中，波长128在时间步10处被节点N2所提取。

回到图4，从时隙8处的第一授权阶段402开始，从波导102提取波长129和130长达一个时隙，留下波长129和130中的间隙420和422，如上参考图5B所述。在时间步10的开始处，节点N2提取波长128长达一个时隙，留下波长128中的一个时隙的间隙416。因此，节点N2知晓其已经被授权访问第一资源直到下轮仲裁的第一授权阶段开始为止并且能够开始使用该资源。

同时，列408揭示了节点N0选择了最低优先级水平，且节点N3选择了最高优先级水平。与请求阶段403和授权阶段404相关联的间隙被标记为2。时序图揭示了节点N3最终在时间步15处被授权访问第二资源。

D.增加优先级水平

以上参考图2-5描述的仲裁方法偏好最靠近光学功率源104的节点。例如，假设节点N3和N6均在请求阶段开始时选择了相同的优先级水平。倘若没有其他节点选择了更高的优先级水平，节点N3将被授权访问，以及节点N6必须等待后续一轮仲裁以断言另一请求。本发明的实施例还允许节点在它们已经输掉请求或赢得请求但在授权阶段期间输掉访问的时候，递增或增加优先级水平。增加优先级水平能够基于服务协定的类别、待传输的信息的类型、信息的全局年龄、信息在节点处已经存储的时间长度、在信息期满之前的当前时间长度或任何其他用于确定优先级水平的增加的标准。例如，假设节点N6对标有时间戳且必须在分组期满之前被发送的分组进行处理。在某些实施例中，在每轮不成功的仲裁之后，节点N6能够重新检查每个分组上的时间戳，并由此增加优先级水平。在其他实施例中，节点N6能够紧接在不成功的请求阶段之后或紧接在不成功的授权阶段之后增加优先级水平。

E. 波分复用仲裁的总结

图6示出表示与根据本发明实施例的用于对共享资源执行优先化的WDM仲裁的方法相关联的步骤的控制流程图。如图6中所示，步骤602-607是在请求阶段期间执行的步骤，以及步骤608-613是在授权阶段期间执行的。在步骤601，使用波分复用将包括许多波长的光从光学功率源注入到波导中，如上参考图1所述。光的每个波长与特定优先级水平相关联。在步骤602，该方法进入请求阶段，以及决定参与一轮仲裁的每个节点选择用于访问共享资源的优先级水平。决定参与的节点不知道其他参与节点所选择的优先级水平，并由此，每个节点独立地选择优先级水平。在步骤603，决定参与的节点，激活对应于与所选择的优先级水平相关联的光的波长的谐振器，如上参考图1、3A和5A描述的。在步骤604，提取所选择的光波长的每个节点推进到步骤605，否则，没有提取光波长的每个节点推进到步骤606。在步骤606，节点知晓它们输掉了它们的请求，去激活它们的谐振器，并等待稍后一轮仲裁以断言用于访问资源的新请求。在可选步骤607，没有成功断言请求的节点能够递增优先级水平以便增加节点在后续一轮仲裁中成功的机会。例如，发送VOIP分组的节点可以针对后续一轮仲裁增加到最高优先级水平，或者节点能够递增与标有时间戳并必须在它们期满之前发送的某些分组相关联的优先级水平。在步骤605，剩余的参与节点知晓它们赢得了它们的请求并推进到授权阶段以确定它们的请求被授权还是拒绝。在可选步骤608，赢得它们的请求以推进到授权阶段的节点能够保持它们的谐振器激活，如上参考图4-5所述，或它们能够去激活它们的谐振器并在授权阶段期间再激活它们的谐振器，如上参考图2-3所述。在步骤609，与低于最高提取的优先级水平波长的优先级水平相关联的波长被从波导移除，如上参考图3B和5B所述。在步骤610，当最靠近光学功率源定位的已经选择了最高优先级水平的节点从波导提取相关联的波长时，推进到步骤611，否则，剩余节点推进到步骤612。在步骤611，节点被授权访问资源，以及在后续步骤613，节点开始使用资源。在步骤612，剩余节点知晓它们未被授权访问资源并等待后续一轮仲裁。在可选步骤614，这些节点能够针对后续轮仲裁递增它们的选择的优先级水平。在步骤615，针对后续轮仲裁重复步骤601-613。

F.节点、电子电路以及其他光学仲裁系统实施例的示意性电路图

图7A示出根据本发明实施例配置的节点700的示意性电路图。该节点700表示光学仲裁系统100的节点。电子构件包括启用电路（“ENB”）702、或门704以及请求锁存器706。请求锁存器706被电子耦合到ENB 702，而ENB 702被电子耦合到每个谐振器708-711。谐振器708-711每个单独地电子耦合到或门704。为每个谐振器分配2比特优先级水平，所述2比特优先级水平对应于被分配给波长127-130的四个优先级水平之一。特别地，分配给谐振器708-711的2比特优先级水平能够分别是“00”、“01”、“10”和“11”，其在图7A中在每个谐振器下列出，以及其中，“00”对应于最高优先级水平，“01”对应于第二高优先级水平，“10”对应于第三高优先级水平，以及“11”对应于最低优先级水平。比特“0”和“1”能够通过向低或无电子信号分配比特“0”并向相对高的电子信号分配比特“1”来实现。谐振器708-711被配置为在激活时从波导102提取对应的波长127-130。请求锁存器706在输入D1、D2、D3处从节点接收电子信号并在CLK接收系统时钟信号。两个输出D1和D2接收2比特优先级水平，以及第三输入D3接收电子请求信号，该电子请求信号指示该节点已经准备好激活与该2比特优先级水平相关联的谐振器。请求锁存器706在时钟信号的上升沿或下降沿输出2比特优先级水平和请求信号。ENB 702接收2比特优先级水平和请求信号，并激活与2比特优先级水平相关联的谐振器。

图7B示出根据本发明实施例的节点700的示例性操作。假设节点700在独立操作中选择了第二高优先级水平来请求访问共享资源。然后，节点700发送2比特优先级水平“01”到请求锁存器706，该请求锁存器706存储这些比特直到请求锁存器706接收到请求信号为止。当节点700准备好请求访问资源时，节点700发送请求信号到请求锁存器706，该请求锁存器706在时钟信号的上升或下降时间步上同时地且单独地将比特“0”和“1”锁存到输入S1和S2，并将请求信号锁存到ENB 702。ENB 702在接收到2比特优先级水平后，激活对应的谐振器709。激活的谐振器709被画上阴影，而失活的谐振器708、710和711没有画上阴影。如图7B中所示，激活的谐振器709从波导102提取对应的波长128。其他波长127、129和130不受干扰地通过谐振器708、710和711。激活的谐振器709发送电子信号到或门704，该或门704通过发送信号到节点200来进行响应。该节点将该信号解释为意味着该节点成功地完成了对于访问资源的请求。在授权阶段期间重复操作。

图8A示出了根据本发明实施例配置的电子电路120的电路图。电子电路120的构件包括反相器802、第一与非门804以及第二与非门806。图8A揭示检测谐振器111-113如何被电子耦合到反相器802以及与非门804和806。检测谐振器114从波导102提取最低优先级波长130，以便防止波长130被反射回到波导102中。当检测谐振器111检测到波长127时，从检测谐振器111将电子信号输入到反相器802以及与非门804和806。当检测谐振器112检测到波长128时，从检测谐振器112将电子信号输入到与非门804和806。当检测谐振器113检测到波长129时，从检测谐振器113将电子信号输入到与非门806。反相器802将电子信号输出到禁用谐振器117，以及与非门804和806将电子信号分别输出到禁用谐振器118和119。如上所述，当在检测谐振器中捕获对应波长的光时，检测谐振器111-113中的每个生成相对高的电子信号；而当没有在检测谐振器中捕获到光时，检测谐振器111-113中的每个生成相对低的电子信号或不生成电子信号。反相器802将从检测谐振器111接收的相对高的电子信号转换为相对低的电子信号，该相对低的电子信号被发送到禁用谐振器117，并将从检测谐振器117接收的相对低的电子信号或无电子信号转换为相对高的电子信号，该相对高的电子信号被发送到禁用谐振器117。与非门804和806当所有输入电子信号相对高时输出低电子信号到禁用谐振器118和119或不输出电子信号到禁用谐振器118和119，而当至少一个输入电子信号为低时输出相对高的电子信号到禁用谐振器118和119。

图8B示出根据本发明实施例操作的图8A中所示的电子电路。检测谐振器112和114分别提取波长128和130，以及波长127和129不到达检测谐振器111和113。波长127和129可能已经被沿着波导的节点提取，如上参考图2所述。换句话说，在请求阶段期间，一节点已经选择了最高优先级水平，而另一节点已经选择了第三高优先级水平。结果是，检测谐振器112发送相对高的电子信号到与非门804和806。另一方面，分别地，检测谐振器111发送低电子信号或不发送电子信号到反相器802以及到与非门804的输入，以及检测谐振器113发送低电子信号或不发送电子信号到与非门806的输入。反相器802通过发送激活禁用谐振器117的高电子信号来对从检测谐振器111接收到低电子信号或没有接收到电子信号进行响应。与非门804通过激活禁用谐振器118来对分别从检测谐振器111和113接收到低和相对高的电子信号进行响应。最后，与非门804通过激活禁用谐振器119来对由检测谐振器111和113发送的低电子信号以及从检测谐振器112接收到的相对高电子信号进行响应。激活的禁用谐振器117-119被画上阴影，并从波导102提取波长128-130，留下最高优先级波长127沿着波导102传播，以便已经选择了最高优先级水平的节点能够提取波长127并认识到其已经被授权访问资源。同时，提取了第三高优先级水平的节点在授权阶段期间没有提取波长129，并认识到其没有被授权访问资源。

仲裁系统实施例不限于图1中所示的八个节点和节点的特定布置。仲裁系统实施例能够配置成为具有任何可能布置的任何数量的节点提供优先化的光学仲裁。图9示出根据本发明实施例配置的第二光学仲裁系统900的示意性图示。该系统900包括波导902、光学耦合到波导902的第一端的光学功率源104以及各有四个谐振器的八组谐振器。该系统还包括设置在源104与节点N0之间的禁用元件116，光学耦合到波导902的第二端的检测元件110，以及被电子耦合到禁用元件116的禁用谐振器117-119以及检测元件110的检测谐振器111-114的电子电路120。谐振器和波导902被配置为使得波导的第一部分904邻近于与最高优先级水平相关联的所有谐振器，波导的第二部分906邻近于与第二高优先级水平相关联的所有谐振器，波导的第三部分908邻近于与第三高优先级水平相关联的所有谐振器，以及波导的第四部分910邻近于与最低优先级水平相关联的所有谐振器。

仲裁系统实施例不限于配置为携载与每个优先级水平相关联的波长的单个波导，诸如波导102和902。在其他实施例中，每个波长能够在单独的波导中传输。图10示出根据本发明实施例配置的第三光学仲裁系统1000的示意性图示。系统1000包括四个单独的波导1002-1005、光学耦合到每个波导1002-1005的第一端的光学功率源104以及各有四个谐振器的八组谐振器。系统400还包括设置在源104与节点N0之间的禁用元件116，光学耦合到波导1002-1005的第二端的检测元件110，以及电子耦合到禁用元件116的禁用谐振器117-119以及检测元件110的检测谐振器111-114的电子电路120。波导1002-1005分别单独地携载四个波长127-130。与最高优先级水平相关联的谐振器邻近波导1002设置，与第二高优先级水平相关联的谐振器邻近波导1003设置，与第三高优先级水平相关联的谐振器邻近波导1004设置，以及与最低优先级水平相关联的谐振器邻近波导1005设置。

II. 用于使用时分复用仲裁执行优先化的光学仲裁的系统和方法

A. 光学仲裁系统

图11示出根据本发明实施例配置的光学仲裁系统1100的示意性图示。该系统1100包括波导1102、光学耦合到波导1102的第一端的光学功率源1104以及四个基本相同的节点谐振器1106-1109。每个节点谐振器被光学耦合到波导1102并被电子耦合到标记为N0到N3的四个节点之一。系统1100还包括仲裁器，该仲裁器包括检测元件1112和禁用元件1116。检测元件1112包括设置在波导1102的第二端附近的检测谐振器1114，以及禁用元件1116包括禁用谐振器1118，该禁用谐振器1118在源1104与节点N0之间光学耦合到波导1102。仲裁器还包括电子电路120，该电子电路120电子耦合到检测谐振器1114和禁用谐振器1118。如图11的示例中所示，包括单个未调制波长的光从光学功率源1104输出，并注入到波导1102中。光沿着波导1102以逆时针方式行进，如由方向箭头1122-1124所指示的，通过禁用元件1116、每个节点谐振器，并最终到达检测元件1112。波导1102能够是脊波导、光子晶体波导或光纤。谐振器1106-1109、检测谐振器1114和禁用谐振器1118能够如上参考图1所述进行配置和操作。

B.时分复用的仲裁

能够通过在每轮仲裁中对优先级水平进行时分复用，来在仲裁系统1100上执行优先化的仲裁。与上述优先化的WDM仲裁相一致，每轮优先化的TDM仲裁利用（1）请求阶段、接着是（2）授权阶段来执行。在请求和授权阶段开始时，将令牌注入到波导1102中。该令牌是具有特定波长和有限持续时间的光脉冲。令牌的每个部分与特定优先级水平相关联。例如，与三个优先级水平相关联的令牌包括三个部分，其中第一部分通过与最高优先级水平相关联的节点，第二部分通过与第二高优先级水平相关联的节点，以及第三部分通过与最低优先级水平相关联的节点。由于节点之间的距离，令牌通过每个节点的时间是不同的，该距离是固定偏移。为了让节点断言请求或确定是否针对特定优先级水平授权请求，该节点提取对应于该优先级水平的该令牌的部分。例如，在采用三个优先级水平的系统中断言优先级水平2请求的第一节点提取令牌的中间部分，留下在令牌的第一部分与第三部分之间的间隙。沿着波导1102更远定位且断言优先级水平1请求的第二节点提取令牌的第一部分。因此，不同于其中每个优先级水平与特定光波长相关联的波分复用，在时分复用中，每个优先级水平与令牌的特定部分相关联。

图12示出根据本发明实施例的与在系统1100上执行的两轮优先化的TDM仲裁相关联的示例时序图。第一轮仲裁包括第一请求阶段1201接着是第一授权阶段1202，以及第二轮仲裁包括第二请求阶段1203接着是第二授权阶段1204。列1205列出了节点标记N0到N3，以及表示图11中的检测元件1114的标记D。表格1206显示节点标记N0到N3，并在列中列出各节点针对两轮仲裁选择的优先级水平。节点能够从三个优先级水平中进行选择。例如，在第一轮仲裁中，节点N0、N1和N3分别选择了优先级水平2、1和3，以及节点N2决定不参与。其中每个节点能够断言请求或得知成功的请求被授权或拒绝的时隙被用优先级水平进行标记。例如，节点N0能够在时间步0处开始断言优先级水平1请求1207，在时间步1处开始断言优先级水平2请求1208，以及在时间步2处开始断言优先级水平3请求1209。另外，节点N0能够从时间步5开始得知优先级水平1请求是否被授权1210，从时间步6开始得知优先级水平2请求的请求是否被授权1211，以及从时间步7开始得知优先级水平3的请求是否被授权1212。当节点在与该节点选择的优先级水平相关联的时隙期间从波导1102提取令牌的部分时，该节点赢得请求或被授权访问资源。

参考图11，图12中所示的示例时序图如下所述。因为仅存在三个优先级水平，与三个优先级水平相关联的令牌被注入到波导1102内。为了简单起见，令牌的持续时间近似为3个时隙。为了将令牌注入到波导1102中，电子电路1120去激活禁用谐振器1118长达三个时隙的时段。因为节点N0选择了优先级水平2，从时间步1开始，节点N0激活谐振器1106，并开始从波导1102提取与优先级水平2相关联的令牌的部分，留下随后分别在时间步2、3和4到达节点N1、N2和N3以及在时间步5到达检测谐振器D的间隙1214。同样地，节点N1和N3选择了优先级水平1和3，并从时间步1和5开始提取光，分别留下沿着波导1102行进的间隙1215和1216。检测谐振器D从时间步4开始没有接收到与最高优先级水平1相关联的令牌的部分。结果，电子电路1120确定最高优先级水平已经被其中一个节点选择，并在第一授权阶段1202开始处通过去激活禁用谐振器1118以便将与最高优先级水平1相关联且持续时间为一个时隙的令牌注入到波导1102内进行响应。换句话说，长一个时隙的令牌被放置在波导1102上，以在与最高优先级水平1相关联的时隙期间通过每个节点。因为节点N1是选择了最高优先级水平1的唯一节点，节点N1激活谐振器1107以从时间步6开始从波导提取与最高优先级水平相关联的令牌的部分。然后，节点N1能够从时间步6开始使用资源。因为不存在与优先级水平2和3相关联的令牌的部分，光不在时间步8和10处分别通过节点N0和N3，所述时间步8和10是标记授权阶段中节点N0和N3能够提取光的时隙的时间步。因此，节点N0和N3认识到对于第一轮仲裁，它们没有被授权访问资源。

第二轮仲裁1203的请求阶段2始于时间步10。表格1206示出，在第二轮仲裁中，节点N1和N3分别选择了优先级水平3和2，以及节点N0和N2决定不参与。节点N1和N3分别从时间步13和14开始提取光，留下间隙1218和1219沿着波导1102行进。检测谐振器D没有在始于时间步15和16的时隙期间接收到光，以及电子电路1120在第二授权阶段1202开始处通过去激活图1中的禁用谐振器1118，将具有与最高优先级水平和第二高优先级水平相关联的部分的令牌放置到波导1102中来进行响应。因此，在时间步18的开始处，当节点N1激活其谐振器1107时，没有光到达节点N1。结果是，节点N1认识到对于第二轮仲裁，其没有被授权访问资源。另一方面，节点N3在时间步19激活其谐振器1109，并在与优先级水平2相关联的时隙期间提取光。结果是，节点N3认识到其已经被授权访问资源以及能够开始使用资源。

以上参考图12描述的优先化的TDM仲裁方法也偏好最靠近光学功率源1104的节点。因此，本发明的实施例还允许节点当它们未能实现成功请求或在授权阶段期间未被授权访问时，递增或增加优先级水平。增加优先级水平能够基于服务协定类别、待传输的信息类型、信息的全局年龄、信息已经在该节点处存储的时间长度以及在信息期满之前的当前时间长度。例如，假设节点N2正在发送必须被发送以避免通信中断的VOIP分组。在某些实施例中，在每轮不成功的仲裁之后，节点N2能够相应地增加优先级水平。在其他实施例中，节点N2能够在不成功的请求阶段或不成功的授权阶段之后增加优先级水平。

C.时分复用仲裁的总结

图13示出了表示与根据本发明实施例的用于对共享资源执行优先化的TDM仲裁的方法相关联的步骤的控制流程图。如图13中所示，步骤1301-1309是在请求阶段期间执行的步骤，以及步骤1309-1318是在授权阶段期间执行的步骤。在步骤1301中，从光学功率源将特定波长的光脉冲注入到波导内，如上参考图11所述。光的持续时间由优先级水平的数量以及被用于断言优先级水平请求的时隙的数量来确定。例如，如上参考图12所述，存在仅仅三个优先级水平，且每个节点断言请求长达一个时隙的持续时间。因此，光脉冲具有近似三个时隙的持续时间。在步骤1302中，决定参与一轮仲裁的每个节点选择用于访问共享资源的优先级水平。决定参与的节点不知道其他参与节点选择的优先级水平，并因此，每个节点独立地选择优先级水平。在从步骤1303开始的for循环中，对参与请求阶段的每个节点重复步骤1304-1309。在步骤1304中，节点激活谐振器以在对应于该节点所选择的优先级水平的时隙期间从波导提取脉冲的一部分。在步骤1305，当节点在对应于该节点所选择的优先级水平的时隙期间提取光时，该方法推进到步骤1306，否则，节点未能成功提取光并且方法推进到步骤1307。在步骤1306，节点认识到节点成功地完成了请求，去激活谐振器，并等待后续授权阶段以确定是否授权请求。在步骤1307，节点认识到请求不成功，以及节点等待稍后一轮仲裁以断言另一请求。在可选步骤1308中，在请求阶段期间未能成功断言请求的节点能够递增优先级水平，以便增加节点在后续一轮仲裁中成功的机会。例如，发送VOIP分组的节点可以针对后续一轮仲裁增加到最高优先级水平，或者节点能够递增与某些分组相关联的优先级水平，所述某些分组标有时间戳并必须在它们期满之前被发送。在步骤1309，当另一时隙可用时，重复步骤1305-1309，否则，方法推进到在授权阶段开始处的步骤1310。在步骤1310，从光学功率源将光脉冲注入到波导中。脉冲被注入，以便沿着波导最靠近光学功率源的选择最高优先级水平的节点能够在该节点所选择的最高优先级水平期间提取光。在从步骤1311开始的for循环中，对授权阶段中的每个时隙重复步骤1312-1317。在步骤1312，完成成功请求阶段的每个节点在与该节点选择的优先级水平相关联的时隙期间激活谐振器。在步骤1313，当节点从波导提取光时，该方法推进到步骤1314，否则，方法推进到步骤1315。在步骤1314，节点认识到其被授权访问资源，以及在后续步骤1316中，节点开始使用资源，如上参考图14所述。在步骤1315中，节点认识到其没有被授权访问，以及在可选步骤1317中，节点增加节点在后续一轮仲裁中的优先级水平。在步骤1318中，当授权阶段中的另一时隙可用时，重复步骤1312-1316，否则，推进到步骤1319，其中对后续一轮仲裁重复TDM仲裁方法。

D. 节点和电子电路的示意性电路图

图14示出根据本发明实施例配置的节点1400的电子构件的示意性电路图。该节点1400表示图11中每个节点的电子构件的配置。这些电子构件包括3比特请求寄存器1402、包括标记为1-3的三个寄存器的移位寄存器1404、两个或门1406和1408、五个与门1410-1414以及授权锁存器1416。如图14中所示，寄存器1-3被串联布置，其中寄存器1的输出输入到寄存器2并且寄存器2的输出输入到寄存器3。逻辑值根据时钟信号CLK的上升或下降沿从一个寄存器移位到下一个寄存器。与门1411-1413每个分别从3比特寄存器1402接收第一逻辑值以及从寄存器1-3接收第二逻辑值作为输入。来自寄存器1和2的输出还循环返回，并在被输入到与门1410之前，由诸如反相器1418的反相器进行反相，与门1410还在每个请求阶段开始时接收请求信号作为输入。与门1411-1413的输出被输入到或门1408，或门1408发送激活节点谐振器1420并被输入到与门1414的电子信号。与门1414还包括在授权阶段开始时发送到与门1414的授权信号的输入处的反相器。当谐振器1420捕获光时，生成电子信号并将其发送到授权锁存器1416。授权锁存器1416还接收系统时钟CLK。

图14还包括请求/授权时钟信号1422和系统时钟信号1424的示例。一个完整的请求/授权时钟周期被示出，其中请求阶段在上升沿1426开始以及授权阶段在下降沿1428开始。为了方便和简单起见，假设仅仅存在三个优先级水平，以及请求阶段和授权阶段每个为三个系统时钟周期长。3比特二进制串“100”、“010”、“001”能够分别表示优先级水平1、2和3，以及二进制串“000”能够表示无请求。在请求阶段开始时，对3比特寄存器1402加载对于优先级水平的请求。请求信号清除授权锁存器1416，以及对应于逻辑“1”的请求信号被输入到与门1410。或门1406接收从与门1410输入的逻辑“1”并从寄存器3接收逻辑“0”并将逻辑“1”输入到寄存器1。移位寄存器1404在请求阶段期间在每个时钟周期的上升沿循环通过优先级“100”、“010”和“001”，以及对于授权阶段再一次循环所述优先级。例如，在时钟周期1430期间，移位寄存器1404分别将逻辑值“1”、“0”和“0”输出到与门1411-1413，以及在时钟周期1431期间，移位寄存器分别将逻辑值“0”、“1”和“0”输出到与门1411-1413。当移位寄存器1404的内容匹配来自3比特寄存器1402的输出时，与门1412输出电子信号到或门1408，并激活节点谐振器1420。在授权阶段期间，当谐振器1420激活并提取对应于节点1400所选择的优先级水平的、沿着波导1102行进的令牌的一部分时加载授权锁存器1416。

图15示出根据本发明实施例配置的第二电子电路1120的电子构件的示意性电路图。电子电路1120包括反相器1502、或非门1504、与门1506-1508以及移位寄存器1510。根据检测谐振器1114的输出来加载移位寄存器1510。在请求阶段开始时，或非门1504接收对应于逻辑“1”的请求信号。结果是，或非门1304没有输出信号到禁用谐振器1118，并且禁用谐振器1118在请求阶段期间保持失活，以便能够将具有三个时钟周期的持续时间的令牌放置在波导1102上。在请求阶段中，仲裁的结果移位到移位寄存器1510。当存在多个优先级水平请求时，逻辑门1507和1506确保仅仅设置多个请求中的第一个，以便在请求阶段结束时，移位寄存器1510包含在寄存器3处请求的最高优先级水平的位置中的单个设置比特，或在没有请求的情况下是空的。在授权阶段期间，移位寄存器1510的内容被用于控制禁用谐振器1118，以便在适当的时隙期间仅对于所选择的优先级水平将令牌注入到波导1102中。

III. 芯片上实现方式

光学仲裁系统100和1100能够在单个芯片上的光学层中实现。例如，在某些实施例中，芯片尺寸能够近似为25×25mm并具有64个或更多的节点。波导能够具有近似200×500 nm的截面尺寸，上面参考图1、9、10和11描述的各组谐振器和检测谐振器能够具有从近似20-60μm的范围内的直径，波长选择性元件能够被分开0.5-5μm，波长选择性元件的直径能够处于近似1-20μm的范围内。注意，这些尺寸范围表示示例性范围，并不意图以任何方式限制能够采用光学仲裁系统的尺寸的宽广范围。因此，这些尺寸和尺寸范围能够根据特定实现方式来改变。

IV.微环谐振器

在某些系统实施例中，波导能够是脊波导，以及波长选择性元件能够是微环谐振器。图16A示出根据本发明实施例配置的且设置在基板1606的表面上的微环谐振器1602和相邻脊波导1604的一部分的等距视图。当波长满足如下的谐振条件时，沿着波导1604传输的特定波长的光被从波导1604渐逝地耦合到微环1602中：

其中，

是微环1602的有效折射率，C是微环1602的周长，m是整数，以及λ是波长。乘积

是腔的光学长度。换句话说，为波长λ的整数倍的波长被从波导1604渐逝地耦合到微环1602中。

渐逝耦合是这样的过程：通过该过程光的渐逝波从一种介质（例如微环）传输到另一介质（例如脊波导），反之亦然。例如，当在波导1604中传播的光所生成的渐逝场耦合到微环1602中时，发生微环谐振器1602与脊波导1604之间的渐逝耦合。假设微环1602被配置为支持渐逝场的模式，那么渐逝场产生在微环1602中传播的光，由此将光从波导1604渐逝耦合到微环1602中。

图16B示出图16A中所示的微环1602和波导1604的透射率与波长之间关系的曲线图。水平线1608表示波长轴，垂直线1610表示透射率轴，以及曲线1612表示在一定波长范围上通过微环1602的光的透射率。通过微环1602的光的透射率由下式定义：

其中，I_in是在到达微环1602之前沿着波导1604传播的光的强度，以及I_out是在通过微环1602之后沿着波导1604传播的光的强度。透射率曲线1612的极小值1614和1616对应于对于具有波长及

的光的零透射率，其中L是腔的光学长度。这些波长表示很多等距间隔开的极小值中的两个。波长满足上面的谐振条件，被说成与微环1602“强谐振”，并且被从波导1604渐逝耦合到微环1602中。在波长

和

周围的窄波长区域中，透射率曲线1612揭示了波长越远离波长

和则透射率急剧增加。换句话说，波长越远离谐振波长，谐振的强度降低，以及从波导1604耦合到微环1602中的光的部分降低。具有在区域1618-1620中的波长的光基本上不受干扰地通过微环1602。

因为微环谐振器的渐逝耦合属性，微环谐振器能够被操作为检测谐振器，诸如检测谐振器111-114，以检测沿着相邻波导传输的特定波长。图17示出根据本发明实施例的耦合到检测谐振器部分1702的微环谐振器1602。具有与微环1602谐振的波长的光被从波导1604渐逝耦合到微环1602中，并在波导1602内循环的同时保持被捕获达一段时间。检测谐振器部分1702能够是微环1602的SiGe掺杂区域。检测谐振器部分1702吸收在微环1602中循环的光，并将该光转换为电子信号，该电子信号能够经由信号线传输到电子耦合的节点。在其他实施例中，在微环1602中捕获的光能够被渐逝耦合到第二波导内并携载到检测器。

可以通过用适当的电子施主和电子受主原子或杂质掺杂微环1602和波导1604周围的基板1606的区域而电子地调谐微环1602。图18示出根据本发明实施例的微环1602和脊波导1604周围的掺杂区域的示意性图示和俯视图。在某些实施例中，微环1602包括本征半导体。p型半导体区域1801可以形成在微环1702内部的半导体基板中，以及n型半导体区域1802和1803可以形成在围绕微环1602外部的半导体基板1606中以及形成在波导1604的相对侧的半导体基板1606中。p型区域1801以及n型区域1802和1803在微环1602的周围形成p-i-n结。在其它实施例中，掺杂物可以反转，以在微环1602内部的基板中形成n型半导体区域1801，并且在围绕微环1602外部的基板中形成p型半导体区域1802和1803。

电子可调谐微环1602能够配置为当适当的电压施加到微环周围的区域时渐逝耦合或者转移来自相邻波导的光。例如，电子受控微环1602能够被配置有周长C以及有效折射率

，以便具有波长

的沿着波导1604传播的光不满足谐振条件，如下所示：

其中，

是谐振器的光学长度。该光不受干扰地通过微环1602且微环1602被说成是“失活”的。另一方面，微环1602能够由适当材料形成，以便当向微环1602施加适当电压时，有效折射率偏移到折射率值

且光满足谐振条件：

光现在被从波导1604耦合到微环1602中且微环1602被说成是“激活”的。当电压随后被关“断”时，微环1602的有效折射率偏移回到

且光沿着波导1604不受干扰地传播。

注意，本发明的系统实施例不限于微环谐振器和脊波导。在其他实施例中，能够使用能够配置为与沿着波导传播的特定波长的光耦合的任何适当的谐振器。

为了解释的目的，前面的描述使用了特定术语来提供对本发明的彻底理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，为了实施本发明无需特定细节。为了例示和说明的目的给出本发明的特定实施例的前面描述。它们不意图是穷举的或将本发明限于公开的精确形式。显然，鉴于以上教导很多修改和变型是可能的。示出并描述实施例以便最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域其他技术人员能够最佳地使用本发明以及具有适于预期的特定使用的各种修改的各种实施例。本发明的范围意图由以下权利要求及其等效物来定义。

Claims (15)

1. 一种光学仲裁系统（100，1100），包括：

具有第一端和第二端的波导（102，1102）；

光学耦合到该波导的第一端且被配置为将至少一个波长的光输入到该波导中的源（104，1104）；

光学耦合到所述波导的许多波长选择性元件（106-109，1106-1109），其中，每个波长选择性元件被耦合到节点并能够提取和检测由所述波导携载的光的波长；以及

仲裁器（110，116，120，1112，1116，1120），所述仲裁器光学耦合到所述波导的第二端并且在所述源和沿着所述波导最靠近所述源定位的波长选择性元件之间光学耦合到所述波导。

2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述波长选择性元件包括谐振器。

3. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述波导是脊波导。

4. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述仲裁器还包括：

检测元件（110，1112），所述检测元件设置在所述波导的第二端附近，并配置为检测到达所述波导的第二端的光的至少一个波长；

滤光器（116，1116），所述滤光器设置在该源与沿着所述波导最靠近所述源定位的波长选择性元件之间；以及

电子耦合到检测元件和滤光器的电子电路（120，1120），其中，所述电子电路接收来自检测元件的电子信号，并响应于所述电子信号而相应地激活滤光器以从由所述源输出的该至少一个波长中选择性地移除至少一个波长。

5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述检测元件还包括至少一个检测波长选择性元件（111-114,1114），所述至少一个检测波长选择性元件在该波导的第二端附近光学耦合到该波导并且电子耦合到所述电子电路，所述至少一个检测波长选择性元件配置为检测输入到该波导的光的至少一个波长并发送电子信号到电子电路。

6. 根据权利要求4所述的系统，所述滤光器还包括至少一个禁用波长选择性元件（117-119，1118），所述至少一个禁用波长选择性元件在该源与沿着所述波导最靠近该源定位的波长选择性元件之间电子耦合到所述电子电路并且光学耦合到所述波导，其中，所述至少一个禁用波长选择性元件在被激活时能够提取光的至少一个波长。

7. 一种用于执行共享资源的优先化的光学仲裁的方法，所述方法包括：

将光的多个波长注入到波导中（601），其中，所述波导光学耦合到多节点系统中的每个节点，且每个波长对应于特定的优先级水平；以及

在一时间段内请求访问资源（602-605）,每个节点尝试从所述波导中提取对应于所述节点选择的优先级水平的波长；以及

授权其中一个节点访问所述资源（608-613），其中，被授权访问的节点成功地从所述波导中提取了对应于最高选择的优先级水平的波长。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，将光的多个波长注入到波导中还包括将所述多个波长波分复用到波导中。

9. 根据权利要求7所述的方法，还包括：

确定（604-606）请求访问资源的节点提取哪些波长；以及

滤除与低于与最高选择的优先级水平相关联的波长的优先级水平相关联的波长（610-612）。

10. 根据权利要求7所述的方法，其中，授权其中一个节点访问资源还包括：所述节点在用于请求访问资源的时间段之外提取与最高选择的优先级水平相关联的波长。

11. 根据权利要求7所述的方法，还包括基于下列因素中的一个或多个对未能获得对资源的访问的节点增加优先级水平（607，614）：

服务协定的类别；

信息的类型；

信息的全局年龄；

信息已经在节点处存储的时间长度；以及

在信息期满之前的当前时间长度。

12. 一种用于执行共享资源的优先化的光学仲裁的方法，所述方法包括：

将光脉冲注入到光学耦合到多节点系统中的每个节点的波导中（1301）；

在一时间段内请求访问所述资源（1302-1309），其中每个节点尝试在与由所述节点选择的优先级水平相关联的时隙期间提取所述脉冲的一部分；以及

授权其中一个节点访问所述资源（1310-1318），其中，被授权访问的节点在与最高选择的优先级水平相关联的时隙内成功提取了光的该部分。

13. 根据权利要求12所述的方法，还包括：

确定请求访问资源的节点提取哪些时隙（1305-1307）；以及

滤除与具有低于与最高选择的优先级水平相关联的时隙的优先级的优先级水平相关联的时隙（1310-1318）。

14. 根据权利要求12所述的方法，其中，授权其中一个节点访问资源还包括，所述节点在用于请求访问资源的时间段之后在与最高选择的优先级水平相关联的时隙期间提取光（1312）。

15. 根据权利要求12所述的方法，还包括基于下列因素中的一个或多个对未能获得对资源的访问的节点增加优先级水平（1308，1317）：

服务协定的类别；

信息的类型；

信息的全局年龄；

信息已经在节点处存储的时间长度；以及

在信息期满之前的当前时间长度。

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