CN106990481B - 2×2多模光开关及片上网络 - Google Patents

2×2多模光开关及片上网络 Download PDF

Info

Publication number
CN106990481B
CN106990481B CN201710332883.XA CN201710332883A CN106990481B CN 106990481 B CN106990481 B CN 106990481B CN 201710332883 A CN201710332883 A CN 201710332883A CN 106990481 B CN106990481 B CN 106990481B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mode
optical switch
multimode
input
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710332883.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106990481A (zh
Inventor
贾浩
杨林
张磊
丁建峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201710332883.XA priority Critical patent/CN106990481B/zh
Publication of CN106990481A publication Critical patent/CN106990481A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106990481B publication Critical patent/CN106990481B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3546—NxM switch, i.e. a regular array of switches elements of matrix type constellation

Abstract

一种2×2多模光开关及一种片上网络，所述2×2多模光开关包括：第一模式解复用器和第二模式解复用器，分别用于将一多模复用信号转换为多个单模信号；第一模式复用器和第二模式复用器，分别用于将多个单模信号转换为一多模复用信号；N个2×2单模光开关单元，每一单模光开关单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端以及四组单模波导组连接两模式解复用器、两模式复用器以及N个2×2单模光开关单元。

Description

2×2多模光开关及片上网络
技术领域
本发明涉及片上光互联与集成光学技术领域，尤其涉及一种2×2多模光开关及一种片上网络。
背景技术
近年来，处理器性能继续提升依赖于多核并行处理构架的发展。多核处理器的性能主要受两个因素限制：第一是处理器的单核心性能；第二是处理器核心之间的通信带宽。因而，在处理器单核心性能提高受限的今天，提高处理器核心之间通信带宽成为研究的热点。
发明内容
鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种2×2多模光开关及一种片上网络。
根据本发明的一个方面，提供了一种2×2多模光开关包括：第一模式解复用器和第二模式解复用器，分别用于将一多模复用信号转换为多个单模信号；第一模式复用器和第二模式复用器，分别用于将多个单模信号转换为一多模复用信号；N个2×2单模光开关单元，每一单模光开关单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端；第一单模波导组，包括N个第一单模波导，N个第一单模波导的输入端分别连接所述第一模式解复用器的N个输出端，N个第一单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第一输入端；第二单模波导组，包括N个第二单模波导，N个第二单模波导的输入端分别连接所述第二模式解复用器的N个输出端，N个第二单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输入端；第三单模波导组，包括N个第三单模波导，N个第三单模波导的输出端分别连接所述第一模式复用器的N个输入端，N个第三单模波导的输入端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第一输出端；以及第四单模波导组，包括N个第四单模波导，N个第四单模波导的输出端分别连接所述第二模式复用器的N个输入端，N个第四单模波导的输入端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输出端，其中N为正整数。
根据本发明的另一方面，提供一种片上网络，包括至少一个2×2多模光开关。
从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果之一：
(1)本发明中2×2多模光开关支持多模复用信号输入且同时进行切换；
(2)采用2×2多模光开关构建多模复用片上网络，可有效的提高通信带宽。
附图说明
图1为本发明一实施例2×2多模光开关的结构示意图。
具体实施方式
本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
光开关是片上光网络的重要组成单元，通过多个光开关的级联和不同拓扑结构的组合来实现不同节点之间链路路径的切换功能，因此要提高片上光网络的通信带宽，很重要的一点在于提高光开关的通信带宽。
本发明提供一种2×2多模光开关，通过设计的特殊结构将模式复用器，模式解复用器和单模2×2光开关单元结合起来，可以实现一种模式数量可扩展的2×2多模光开关，支持多模输入且同时进行切换。
图1为本发明一实施例2×2多模光开关的结构示意图，如图1所示，2×2多模光开关1000包括两模式解复用器、两模式复用器、两多模输入波导，两多模输出波导，N个单模光开光单元301、302……30N以及四组单模波导组。
第一模式解复用器201和第二模式解复用器202均用于将一多模复用信号转换为多个单模信号，每一模式解复用器包括一用于接收多模复用信号的输入端，以及用于输出单模信号的多个输出端，本实施例中为N个输出端，其中N为正整数。
第一模式复用器203和第二模式复用器204均用于将多个单模信号转换为一多模复用信号，每一模式复用器包括用于接收单模信号的多个输入端，本实施例中为N个输入端，以及用于输出多模复用信号的一输出端，本实施例中为N个输出端，模式复用器与模式解复用器的作用互逆。
N个2×2单模光开关单元301、302……30N，设置在两模式解复用器与两模式复用器之间，每一单模光开关单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端，例如由马克-增德尔干涉器结构或微环谐振器构成。
第一单模波导组，包括N个第一单模波导1011、1012……101N，N个第一单模波导的输入端分别连接所述第一模式解复用器的N个输出端，N个第一单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第一输入端，具体的，第一单模波导1011的输入端连接第一模式解复用器201的一输出端，第一单模波导1011的输出端连接第一2×2单模光开关单元301的第一输入端，第一单模波导1012的输入端连接第一模式解复用器201的另一输出端，第一单模波导1012的输出端连接第二2×2单模光开关单元302的第一输入端，依次类推，第一单模波导101N的输入端连接第一模式解复用器201的第N个输出端，第一单模波导101N的输出端连接第N 2×2单模光开关单元30N的第一输入端；
第二单模波导组，包括N个第二单模波导1021、1022……102N，N个第二单模波导的输入端分别连接所述第二模式解复用器的N个输出端，N个第二单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输入端；具体的，第二单模波导1021的输入端连接第二模式解复用器202的一输出端，第二单模波导1021的输出端连接第一2×2单模光开关单元301的第二输入端，第二单模波导1022的输入端连接第二模式解复用器202的另一输出端，第二单模波导1022的输出端连接第二2×2单模光开关单元302的第二输入端，依次类推，第二单模波导102N的输入端连接第二模式解复用器202的第N个输出端，第二单模波导102N的输出端连接第N 2×2单模光开关单元30N的第二输入端；
第三单模波导组，包括N个第三单模波导1031、1032……103N，N个第三单模波导的输出端分别连接第一模式复用器的N个输入端，N个第三单模波导的输入端分别连接N个2×2单模光开关单元的第一输出端；具体的，第三单模波导1031的输出端连接第一模式复用器203的一输入端，第三单模波导1031的输入端连接第一2×2单模光开关单元301的第一输出端，第三单模波导1032的输出端连接第一模式复用器203的一输入端，第三单模波导1032的输入端连接第二2×2单模光开关单元302的第一输出端，依次类推，第三单模波导103N的输出端连接第一模式复用器203的第N输入端，第三单模波导103N的输入端连接第N 2×2单模光开关单元30N的第一输出端。
第四单模波导组，包括N个第四单模波导1041、1042……104N，N个第四单模波导的输出端分别连接所述第二模式复用器的N个输入端，N个第四单模波导的输入端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输出端，具体的，第四单模波导1041的输出端连接第二模式复用器204的一输入端，第四单模波导1041的输入端连接第一2×2单模光开关单元301的第二输出端，第四单模波导1042的输出端连接第二模式复用器204的另一输入端，第四单模波导1042的输入端连接第二2×2单模光开关单元302的第二输出端，依次类推，第四单模波导104N的输出端连接第二模式复用器204的第N输入端，第四单模波导1041的输入端连接第N2×2单模光开关单元30N的第二输出端。
第一多模输入波导101，连接至第一模式解复用器201的输入端，第二多模输入波导102，连接至第二模式解复用器202的输入端，两多模输入波导用于输入多模复用信号。
第一多模输出波导103，连接至第一模式复用器203的输出端；第二多模输出波导104，连接至第二模式复用器204的输出端，两多模输出波导用于输出多模复用信号。
以下介绍本发明实施例中的2×2多模光开关的工作方式。
在一实施例中，N个2×2单模光开关单元301、302……30N中的每一个均可根据控制信号在直通状态和交叉状态之间切换，根据所需速度和消光比的不同，可选用热光效应或等离子色散效应来调节其开关状态。当2×2单模光开关单元为直通状态时，第一输出端和第二输出端分别输出第一输入端和第二输入端的信号；当2×2单模光开关单元为交叉状态时，第一输出端和第二输出端分别输出第二输入端和第一输入端的信号。N个2×2单模光开关单元同时处于直通状态或交叉状态，此时可以实现2×2多模光开关的正常工作。
第一多模复用信号为N个模式复用，经由第一多模输入波导101输入第一模式解复用器201，N个模式复用的信号被解复用为N个单模信号，分别传输至N个2×2单模光开关单元301、302……30N的第一输入端，当N个2×2单模光开关单元同时处于直通状态时，N个单模信号经过交换被传输至第一模式复用器203，由第一模式复用器203输出与第一多模信号模式阶数相同的多模复用信号，当N个2×2单模光开关单元同时处于交叉状态时，N个单模信号经过交换被传输至第二模式复用器204，由第二模式复用器204输出与第一多模信号模式阶数相同的多模复用信号。如果经由第一多模输入波导101输入第一模式解复用器201的模式复用信号为M个模式复用，M≤N，M为正整数，被解复用为M单模信号，分别传输至N个2×2单模光开关单元中的前M个2×2单模光开关单元301、302……30M，其余过程与前述一致。
第二多模复用信号为N个模式复用，经由第二多模输入波导102输入第二模式解复用器202，N个模式复用的信号被解复用为N个单模信号，分别传输至N个2×2单模光开关单元301、302……30N的第二输入端。当N个2×2单模光开关单元同时处于直通状态时，N个单模信号经过交换被传输至第二模式复用器204，由第二模式复用器204输出与第二多模信号模式阶数相同的多模复用信号，当N个2×2单模光开关单元同时处于交叉状态时，N个单模信号经过交换被传输至第一模式复用器203，由第一模式复用器203输出与第二多模信号模式阶数相同的多模复用信号。如果经由第二多模输入波导102输入第二模式解复用器202的模式复用信号为M个模式复用，M≤N，M为正整数，被解复用为M单模信号，分别传输至前M个2×2单模光开关单元301、302……30M，其余过程与前述一致。
第一多模复用信号和第二多模复用信号的模式数可以相同，也可以不同，第一多模复用信号和第二多模复用信号可同时分别输入第一模式解复用器201和第二模式解复用器202，分别由第一模式复用器203和第二模式复用器204中的一个输出，由此实现多模复用输入且同时进行切换。
本发明另一实施例中，第一模式解复用器201和第二模式解复用器202、第一模式复用器203和第二模式复用器204、各多模波导组以及两多模输入波导和两多模输出波导均在绝缘体上的硅上制作，用于实现单片集成。
本发明再一实施例，提供一种片上网络，如Mesh网络、Fat-Tree网络、Crossbar网络和Clos网络等，结构中包括至少一个2×2多模光开关，以满足多核心间的高通信带宽光交换需求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (8)

1.一种2×2多模光开关，其中，包括：
第一模式解复用器和第二模式解复用器，分别用于将一多模复用信号转换为多个单模信号；
第一模式复用器和第二模式复用器，分别用于将多个单模信号转换为一多模复用信号；
N个2×2单模光开关单元，每一单模光开关单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端；
第一单模波导组，包括N个第一单模波导，N个第一单模波导的输入端分别连接所述第一模式解复用器的N个输出端，N个第一单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第一输入端；
第二单模波导组，包括N个第二单模波导，N个第二单模波导的输入端分别连接所述第二模式解复用器的N个输出端，N个第二单模波导的输出端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输入端；
第三单模波导组，包括N个第三单模波导，N个第三单模波导的输出端分别连接所述第一模式复用器的N个输入端，N个第三单模波导的输入端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第一输出端；以及
第四单模波导组，包括N个第四单模波导，N个第四单模波导的输出端分别连接所述第二模式复用器的N个输入端，N个第四单模波导的输入端分别连接所述N个2×2单模光开关单元的第二输出端，其中N为正整数。
2.根据权利要求1所述的2×2多模光开关，其中，所述N个2×2单模光开关单元可根据控制信号在直通状态和交叉状态之间切换，所述N个2×2单模光开关单元同时处于直通状态或交叉状态。
3.根据权利要求2所述的2×2多模光开关，其中，所述2×2单模光开关单元为直通状态时，第一输出端和第二输出端分别输出第一输入端和第二输入端的信号；所述2×2单模光开关单元为交叉状态时，第一输出端和第二输出端分别输出第二输入端和第一输入端的信号。
4.根据权利要求2所述的2×2多模光开关，其中，所述2×2单模光开关单元的状态切换根据热光效应或等离子色散效应来调节。
5.根据权利要求1或2所述的2×2多模光开关，还包括：
第一多模输入波导，连接至第一模式解复用器的输入端；
第二多模输入波导，连接至第二模式解复用器的输入端；
第一多模输出波导，连接至第一模式复用器的输出端；以及
第二多模输出波导，连接至第二模式复用器的输出端。
6.根据权利要求1或2所述的2×2多模光开关，其中，所述多模复用信号模式数M≤N，其中M为正整数。
7.根据权利要求5所述的2×2多模光开关，其中，所述第一模式解复用器和第二模式解复用器、第一模式复用器和第二模式复用器、各多模波导组以及两多模输入波导和两多模输出波导均在绝缘体上的硅上制作。
8.一种片上网络，包括至少一个权利要求1-7中任一所述的2×2多模光开关。
CN201710332883.XA 2017-05-11 2017-05-11 2×2多模光开关及片上网络 Active CN106990481B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710332883.XA CN106990481B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 2×2多模光开关及片上网络

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710332883.XA CN106990481B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 2×2多模光开关及片上网络

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106990481A CN106990481A (zh) 2017-07-28
CN106990481B true CN106990481B (zh) 2020-01-21

Family

ID=59419265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710332883.XA Active CN106990481B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 2×2多模光开关及片上网络

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106990481B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108061937A (zh) * 2017-12-22 2018-05-22 中国科学院半导体研究所 一种用于链路交换的多模光开关结构
CN110208904B (zh) * 2018-02-28 2022-02-18 华为技术有限公司 光波导装置
CN111563583B (zh) * 2020-04-03 2022-08-09 清华大学 基于神经常微分方程的光计算芯片设计方法及光计算芯片
CN114647034B (zh) * 2020-12-18 2023-03-24 联合微电子中心有限责任公司 光开关、光网络和光芯片
CN114513712B (zh) * 2022-03-16 2023-03-14 中国科学院半导体研究所 多模式光路由单元

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1373380A (zh) * 2002-04-12 2002-10-09 上海交通大学 基于弧形波导全光开关的开关阵列
CN102318364A (zh) * 2011-07-29 2012-01-11 华为技术有限公司 光交换设备及信号交换系统
CN103023600A (zh) * 2012-10-17 2013-04-03 浙江大学 一种多通道集成光波导模式复用-解复用器
CN103609040A (zh) * 2011-05-04 2014-02-26 阿尔卡特朗讯 用于多模通信的光学接收器
CN104205693A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 阿尔卡特朗讯 使用模分复用的光数据传输的方法
EP3062527A1 (en) * 2013-11-22 2016-08-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical network switching device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1373380A (zh) * 2002-04-12 2002-10-09 上海交通大学 基于弧形波导全光开关的开关阵列
CN103609040A (zh) * 2011-05-04 2014-02-26 阿尔卡特朗讯 用于多模通信的光学接收器
CN102318364A (zh) * 2011-07-29 2012-01-11 华为技术有限公司 光交换设备及信号交换系统
CN104205693A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 阿尔卡特朗讯 使用模分复用的光数据传输的方法
CN103023600A (zh) * 2012-10-17 2013-04-03 浙江大学 一种多通道集成光波导模式复用-解复用器
EP3062527A1 (en) * 2013-11-22 2016-08-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical network switching device

Also Published As

Publication number Publication date
CN106990481A (zh) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106990481B (zh) 2×2多模光开关及片上网络
US8121478B2 (en) Method and apparatus for implementing non-blocking computer interconnection network using bidirectional optical switch
Yu et al. A scalable silicon photonic chip-scale optical switch for high performance computing systems
EP1030533B1 (en) Optical space switches using multiport couplers
US20150373433A1 (en) Radix enhancement for photonic packet switch
US7257285B2 (en) Wavelength-selective switch and integrated wavelength demultiplexer using stacked planar lightwave circuits
CN108828720B (zh) 全交换多模信号光开关架构
EP2992369A2 (en) Method for crosstalk and power optimization in silicon photonic based switch matrices
CN103336334B (zh) 一种基于阵列波导光栅的光交换系统
Cheng et al. Highly-scalable, low-crosstalk architecture for ring-based optical space switch fabrics
CN104317000B (zh) 模块化可扩展的波长和空间全光路由器
JPWO2015005170A1 (ja) 光クロスコネクト装置
Wu et al. Large scale silicon photonics switches based on MEMS technology
EP3417554B1 (en) Switch matrix incorporating polarization controller
CN106936708B (zh) NxN波长路由网络拓扑、光子集成芯片及光路由器
JP4916489B2 (ja) 光回路
CN104297853B (zh) 模块化的波长和空间全光路由器
Zhao et al. Bi-directional Benes with large port-counts and low waveguide crossings for optical network-on-chip
EP1505781A1 (en) Multistage electro-optical switch
Wu et al. Large-scale silicon photonic switches
CN108761652B (zh) 用于链路内模式交换和链路交换的多模光开关架构
WO2012137555A1 (ja) 導波路型光スイッチ
CN109752801B (zh) 一种模式复用的可重构光延时线系统
Nakamura Compact, low-loss, and polarization insensitive silicon photonic switch device and module
Zhang et al. LOOP: A low-loss compact plasmonic router for ONoC

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant