CN110278497B - 减少串扰光子交换机 - Google Patents

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Abstract

描述了减少串扰的光交换机的各种配置。各种实施例可以使用具有功率分配比的耦合器来减少或完全消除串扰，该功率分配比补偿由相位调制器衰减引起的幅度不平衡。一些实施例实现多个相位调制器和耦合器作为扩张的交换网络的一部分以增加总带宽并进一步降低串扰的可能性。

Description

减少串扰光子交换机
技术领域
本公开一般涉及用于交换网络的交换机，并且更具体地涉及减少串扰光交换机。
背景技术
诸如在数据中心中使用的那些通信网络的一些通信网络使用交换网络来路由设备之间的通信。在某些网络中，交换机是Mach-Zehnder光交换机，其使用相位调制器和耦合器，调整相位调制器的状态以选择连接哪个交换机输入和输出端口，并将携带信号的光路由到终端设备(例如客户端设备、服务器)。Mach-Zehnder光交换机可以将入射光分离成沿多个路径路由的分量。然后，Mach-Zehnder光交换机使用一个或多个相位调制器在潜在输出路径处的输出耦合器中创建相长干扰和相消干扰，以便选择光被路由的位置。穿过交换网络的不同光束之间的串扰可能由于耦合器和相位调制器的物理特性而产生，并且可以随着光通过连续的交换机节点而增加。此外，用于减少串扰的当前方案，例如低衰减热交换机，是耗电的并且不能在具有大量交换机的网络架构中实现，诸如现代光交换网络。
附图说明
为了容易地标识对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的最高有效数字或多个数字指的是该元件或动作被首先引入的附图(“附图”)号。
图1示出了根据一些示例实施例的实现减少的串扰交换机的网络架构。
图2示出了根据一些示例实施例的Mach-Zehnder干扰仪(MZI)减少的串扰交换机。
图3示出了根据一些示例实施例的多量子阱(MQW)调制器的响应图。
图4示出了根据一些示例实施例的可以集成到光交换机中以补偿基于相位调制器的衰减的耦合器。
图5示出了根据一些示例实施例的具有两个耦合器的交换机架构。
图6示出了根据一些示例实施例的用于将光路由通过减少的串扰交换机的方法的流程图。
图7示出了根据一些示例实施例的用于制造功率有效的减少串扰光交换机的方法的流程图。
图8示出了根据一些示例实施例的可用于减少串扰的扩张交换机。
具体实施方式
以下描述包括体现本公开的说明性实施例的系统、方法、技术和指令序列。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明主题的各种实施例的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明主题的实施例。通常，不一定详细示出公知的指令实例、协议、结构和技术。
光分组交换机是在一些数据通信网络中使用的可重新配置的低延迟光路由网络组件。可以使用光子集成电路(PIC)技术来实现一些交换网络(例如使用Benes或Banyan架构)。在交换网络中使用的交换机组件的一个示例是2x2Mach Zehnder干扰仪(MZI)，其使用耦合器将入射光束分离成多个波束，每个波束指向不同的路径。一个或多个相位调制器用于在不同路径上的波束之间创建相位差。第二耦合器用于干扰多个路径上的波束并将波束耦合到输出端口。相位差在几个可能的输出路径上引起相长干扰和相消干扰，确定信号被路由到哪条路径。2x2MZI具有两个输入和两个输出端口，并使用一个或多个相位调制器在其“交叉”(“cross”)和“条”(“bar”)传输状态之间切换。
通常，交换网络的基数(端口数量)受所实现的交换机的串扰、插入损耗和功耗的限制。此外，给定交换网络的总串扰和插入损耗可以通过来自通过交换网络的光路中的所有组件的求和贡献来计算。作为光分组交换机中的组件，MZI具有可量化的串扰和插入损耗。
本文，当涉及个体交换机时，串扰是离开两个输出端口的光束的功率的比，其中光束源自单个输入端口。输出端口之一是预期路径。该交换机被配置为使得预期路径的端口是输出耦合器的构造端口(“constructive port”)，并且第二输出端口是输出耦合器的破坏性端口(“destructive port”)。此外，在包括沿光路的多个光束和多个交换机的交换网络的上下文下，串扰是输出端口或沿光路的光束功率与由于个体交换机的串扰导致在交换网络中的相同位置的另一个光束的总功率之比。
串扰可以源自给定交换机内的若干潜在源。一些源包括具有错误的分配比的耦合器，以及用不足的公差制造的波导，所述不足的公差导致插入损耗或光程长度随机改变。附加的串扰源包括由相位调制器元件引起的幅度改变。在使用载流子等离子体调制的硅光子调制器中，相位的改变伴随着插入损耗的改变。插入损耗的改变导致光束中的振幅不平衡，其干扰MZI的输出耦合器，这导致串扰。基于载流子等离子体分散效应的硅调制器可以在GHz范围内的频率下工作，并且可以用于光分组交换机。PIC中的快速调制也可以通过使用量子限制斯塔克效应或Franz-Keldysh效应的调制器来实现；然而，当在交换机中使用时，它们遭受相同的幅度不平衡问题。幅度不平衡对交换机元件中可达到的串扰设置了下限，并进一步限制了整个分组交换机的大小。
虽然一些热相位调制器表现出很小甚至没有幅度不平衡，但是热相位调制器具有高功耗并且具有缓慢的上升/下降时间(例如微秒)，因此限制了它们在分组切换中的有用性。
为此，可以实现专门配置为优化耦合器的分配比的改进的交换机，以抵消由于来自交换机的相位调制器的吸收引起的幅度不平衡的串扰。在一些实施例中，已经从相位调制器相移的光被输入到多模干扰分量(MMI)，诸如2×2MMI。MMI由锥形侧面制造，使得功率分配比补偿幅度不平衡。配置的功率分配比在2x2MMI的一个输出上得到完美或接近完美的相消干扰。改进的交换机可以集成到高基数(“radix”)计数交换网络中，以消除穿过网络的不同光束之间的串扰。
本文，术语波束被解释为可以沿着信道(例如波导、光纤线缆)传播的电磁波(例如光、光信号)。可以对波束进行编码以携带一个或多个信号，例如数据流。波束可以分开(例如分离)成分量。波束的分量本身是波束，波束中的每一个可以包括原始波束的一个或多个信号。除非指定，否则路由、分离、相移或以其他方式修改是对波束本身的操纵，而不是给定波束可能携带的基础一个或多个信号。例如如果波束被分离成两个分量波束，则两个分量波束中的每一个可以包括原始波束中的所有信号或原始波束中的信号的一部分。
图1示出了根据一些示例实施例的实现减少的串扰交换机的示例网络架构100。网络架构100包括多个端点105A-105F设备(例如诸如膝上型计算机、台式机或数据中心中的服务器之类的计算机)，其通过光交换网络110来回发送光数据。光交换网络110包括：多个交换机115A-115D，其在多个端点105A-105F之间路由携带信号的光。例如如图1所示，端点设备105C(平板计算机)和端点设备105E(数据中心)经由交换机115C和交换机115B发送信息，如端点之间的虚线箭头所示。
尽管图1中仅示出了四个交换机115A-115D，但是光交换网络110可以包括多个交换机以增加网络110的总带宽。此外，每个交换机可以包括多个子组件交换机，作为扩张交换机的一部分，如下面进一步详细讨论的。多个交换机115A-115D可以在多个端点105A-105F之间同时路由多个光携带信号。如所讨论的，一个可能的串扰源是交换机内的幅度不平衡，导致不完全的相消干扰，由于来自“干扰源”信号的无意的串扰而在“受害”信号上引起噪声。例如以“条”状态操作的2×2MZI交换机可以具有通过“交叉”状态的一小部分光。在一些示例实施例中，多个交换机115A-115D中的一个或多个具有相位调制器和MMI耦合器，其被配置为抵消由相位调制器引起的幅度不平衡。以功率有效的方式消除幅度不平衡减少了光交换网络110中的串扰，从而允许光交换网络110集成更多交换机并在更多数量的端点之间路由更大量的信息。
图2示出了根据一些示例实施例的示例性减少串扰交换机200。交换机200被配置为1x2Mach-Zehnder干扰仪(MZI)交换机，其使用对称耦合器，具有三个端口：A、B和C。尽管交换机200可以在任一方向上操作(即，光输入到1x2耦合器205，并在2x2耦合器220处输出，或反之亦然)，下面的讨论假设光从左到右穿过交换机200(即，光被输入端口A并从端口B和/或C发出)。
如图2所示，1×2耦合器205具有一个输入端口(端口A)和两个输出端口(连接到相位调制器210和215的未标记端口)。在一些示例实施例中，1x2耦合器205是1x2MMI或波导Y结。1×2耦合器205的输出端口中的每一个输出到相应的相位调制器、相位调制器210和相位调制器215。相位调制器210和215输出到2×2耦合器220，其具有两个输入端口和两个输出端口。在一些示例实施例中，2×2耦合器220是2×2MMI。连接交换机200的架构的相应组件的虚线是用于光数据的通道，例如波导、光纤。
参考图2，“相臂”指的是构成光耦合器205和220之间的、沿着交换机200的顶部或底部的路径的组件。
相位调制器210和215可以具有相移，其被调节以确定进入(或离开)端口A的所有光是否经由端口B离开(或进入)、一小部分光是否离开(或进入)端口B和C、或来自端口A的所有光是否经由端口C离开(或进入)。在一些示例实施例中，光束被输入到1×2耦合器205的端口A并且被对称地分成1x2耦合器205的顶部输出和底部输出。1×2耦合器205的输出波束中的每一个具有完全相同的相位和50％的原始功率(例如输入端口A的光的50％功率)。相位调制器210和215可以使光相移，使得当光在2×2耦合器220中耦合时，相位差导致2×2耦合器220的一个输出端口处的相消干扰和另一输出端口处的相长干扰。
在一些示例实施例中，交换机200以两种状态操作，其中在每种状态下，仅相位调制器之一被开启。在第一状态中，相位调制器215开启并且具有施加到光的π/2的相移，并且相位调制器210关闭并且具有零相移。在第一状态中，由于两个波束在端口B处相长干扰并且在端口C处相消干扰，输入到交换机200的所有光都离开交换机200的顶部输出B。在第二状态中，相位调制器215关闭并且具有零相移，而相位调制器210开启并具有π/2相移。在第二状态中，由于信号在端口C处相长干扰并且在端口B处破相消干扰，因此输入到交换机200的所有光都离开端口C。
如果进入2×2耦合器220的两个输入的光的分量的幅度相同，则对于正确的相移，在端口B或C中发生完美的相消干扰，对于该端口没有光意图离开。然而，如果进入2×2耦合器220的两个输入的光的两个分量的幅度不相同，则不会发生完全的相消干扰，从而导致串扰。此外，具有期望特性(例如功率效率、GHz响应时间)的一些相位调制器具有被相移的光的吸收，其随着相移量而改变，从而导致2×2耦合器220中的幅度不平衡和串扰。
图3示出了根据一些实例实施例的多量子阱(MQW)调制器的示例响应图300。多量子阱(MQW)调制器通过改变施加的电场来改变调制器的复折射率来调制光的相位和幅度。如图所示，随着MQW调制器逐渐移位光的相位，光的幅度逐渐衰减。返回图2，因此如果相位调制器210是MQW调制器并且以π/2相移开启，则相移光的幅度将低于通过相位调制器215的非相移光的幅度。
在一些示例实施例中，可以使用传递矩阵对穿过交换机200的光进行建模。列向量在表达式1中示出：
Figure BDA0001930527100000071
表达式1表示在沿着交换机200的横截面处或在耦合器的输入或输出处的波导模式中的光的幅度和相对相位。在一些示例实施例中，列矢量的元件的数目与在该横截面处的波导的数目相同，并且假设每个波导仅以基本模式携带光。
可以将1x2耦合器205建模为传递矩阵，其将输入模式(例如输入到1x2耦合器205的光)分成具有相同相位的两种模式，如将在1x2MMI或波导Y结中发生的那样。在一些示例实施例中，1x2耦合器205的输入如下：
Figure BDA0001930527100000072
如果在输入场分布上操作以创建输出场分布，则输出场(例如两个波导中的两个模式)是输入场的函数(例如一个波导中的一个模式)。
即：
Figure BDA0001930527100000073
如本领域普通技术人员所理解的，Kramers-Kronig分析可以产生吸收和相位改变的表达式，作为硅中载流子密度的函数。在此应用，在1310nm下操作：(1)dn＝-7.7625e-023*N^1.05-4.7863e-018*P^.805；(2)dabs(1/cm)＝1.7925E-20*N.^1.14+5.9858E-20*P.^1.1。N和P表示每cm3的电子和空穴密度。
可以将相位调制器臂设置为使用具有(0，π/2)和(π/2,0)相移的两个操作状态。具有π/2相移的调制器的场传输系数相对于具有零相移的调制器的场传输系数将由t给出。对于两种操作状态，相位调制器臂的传递矩阵将是：
Figure BDA0001930527100000074
其中在表达式4中：
Figure BDA0001930527100000081
如果使用具有50％分配比的MMI实现，则输出2x2耦合器220的传递矩阵如下：
Figure BDA0001930527100000082
进入左侧(进入1×2耦合器205)的光的两个操作状态中的交换机的传递矩阵如下：
Figure BDA0001930527100000083
Figure BDA0001930527100000084
表达式7可以简化为：
Figure BDA0001930527100000085
如果没有损耗，则t＝1并且表达式简化为：
Figure BDA0001930527100000086
在损耗的情况下，两种交换状态中的串扰(以dB为单位)如下：
Figure BDA0001930527100000087
如通过具有单个端口(即，进入端口A)的一侧进入交换机200的光所描述的，交换机将被配置为使得两个输出端口(例如端口B、端口C)中的一个是预期的输出端口和构造端口，并且从相消端口出来的任何光都会引起串扰。如果交换机200在相反方向上操作，其中两个不同的光束进入同一侧的两个端口(即端口B和C)，则两个信号中只有一个将被故意传递到在另一侧的单个端口(即端口A)。离开相对侧上的单个端口的另一个光束的任何部分将引起串扰。
在一些示例实施例中，相位调制器(例如相位调制器210和215)基于载流子等离子体分散效应，并且可以通过基于注入调制器的半导体材料中的电荷载流子(例如N和P)的量来改变调制器的复折射率来调制光。根据一些示例性实施例，如果相位调制器210和215是基于载流子-等离子体分散的调制器，则当在1310nm下操作时，并且如果相位调制器210和相位调制器215各自均为100微米长，则将载流子注入到相位调制器210、215中，使得N和P浓度为～1.7E18/cm^3，其在一个臂中产生π/2的移位，而另一个臂处于关闭状态。得到的场传输t然后是0.916，其中在调制相臂中插入损耗为0.77dB。此外，该配置中的串扰为27.1dB。
如果2×2耦合器220的功率分配比被特别配置，则可以消除交换机200的架构100的串扰。对于矩形2×2耦合器，也称为多模干扰仪(MMI)，可以获得若干功率分配比，如本领域普通技术人员所理解的：
Figure BDA0001930527100000091
其中Pc是2x2耦合器220的一个输出端口的功率输出，并且Pb是从2x2耦合器220的另一个端口输出的功率。
根据一些示例实施例，虽然一些相位调制器(诸如MQW调制器或基于载流子-等离子体分散效应的相位调制器)是功率高效的，但是它们可以导致相移光中的衰减，导致进入耦合器的通道之间的幅度不平衡，其中通道中的光经受干扰，以及在耦合器的输出处的随后的串扰。更糟糕的是，现代光交换网络需要大量连续的交换机级，从而增加了串扰的可能性。这种网络中的串扰不能简单地通过实现不衰减的相位调制器(诸如基于热的相位调制器)来固定。这是由于低衰减相位调制器需要相当大的功率来操作，并且在高基数计数网络中实现那些相位调制器将导致耗电的、商业上不切实际的架构。
图4示出了根据一些示例实施例的示例耦合器400，其可以被集成到光交换机中以补偿基于相位调制器的衰减。耦合器400是2x2光耦合器，具有长度L和宽度W0，以及两个输入和输出，包括输入A，输出A、输入B和输出B。通常，相干光可以输入到输入A和/或输入B中，混合或干扰，并根据输入的相位差和幅度从输出A和/或输出B发出。例如如果进入输入A和B的光具有相同的幅度但是相位差为π/2，则对于输出A可能发生相长干扰，这表示高信号，而对于输出B可以发生相消干扰，表示低信号。通过控制耦合器的两个输入处的光的相对相位，输入光可以被路由到一个输出或另一个输出。
如图所示，耦合器400具有锥形中部(“tapered midsection”)，其两侧从矩形耦合器的侧面偏移(例如缩进)距离|dW|。此外，耦合器400具有宽度为W1的间隙405。耦合器400的锥形侧面和间隙405可以配置为由于耦合器400中叠加的光的路径差异而改变耦合器400的功率分配比。具体地，输出A的归一化功率“Pc”可以是：
Pc＝cos(0,5·π·dΩ)2 表达式11
其中dΩ是归一化的宽度改变。另一输出“Pb”的归一化功率则为：Pb＝1-Pc。此外，归一化的宽度改变dΩ取决于耦合器400的输入面的宽度W0和锥度dW：
Figure BDA0001930527100000101
在一些示例实施例中，分配比可以被配置为补偿可以连接到耦合器的相臂的损耗。2×2耦合器220的交叉功率分配比S可以如表达式13中给出的那样配置，其中场传输t指的是具有π/2相移的相位调制器的场传输系数与具有零相移的相位调制器的场传输系数的比：
Figure BDA0001930527100000102
表达式13导致2×2耦合器220的传递矩阵如下：
Figure BDA0001930527100000103
在一些示例实施例中，在第一交换状态中，相位调制器210具有π/2的相移，而相位调制器215具有零相移(例如关闭状态)。在第二交换状态中，相位调制器210处于关闭状态，并且相位调制器215具有π/2的相移。处于两种交换状态的交换机200的传递矩阵简化为这些表达式，其中所有透射光仅从一个端口出射，因此将不存在串扰
Figure BDA0001930527100000104
如果在反向操作，例如作为2×1耦合器，则两个交换状态中的传递矩阵是：
Figure BDA0001930527100000111
Figure BDA0001930527100000112
表达式16简化如下，表明当作为2x1耦合器操作时没有串扰：
Figure BDA0001930527100000113
在一些示例实施例中，交换机200可以仅具有1个相位调制器。也就是说，两个波束分量从1×2耦合器205输出，并且波束分量之一被输入到交换机200中的唯一相位调制器(例如相位调制器210)中，并且波束被耦合在2×2耦合器220中以补偿相位调制器造成的不平衡。在仅具有一个相位调制器的一些实施例中，从1×2耦合器205输出的波束分量将具有不均匀的分配比。
图5示出了根据一些示例实施例的具有两个2×2耦合器505、520的交换机500。在交换机500中，两个光束被输入到2×2耦合器505中(例如一个光束输入端口A，另一个光束输入端口B)。2x2耦合器505输出到两个相位调制器510和515。两个相位调制器510和515输出到另一个2×2耦合器520。在图5中，“相臂”指的是在2x2耦合器505和520之间、构成沿着交换机500的顶部或底部的路径的组件。
在交换机500中，如果底部和顶部相臂两者均具有相同的长度并且两个相臂都处于关闭状态(例如相位调制器510和515关闭)，如果两个耦合器的分配比之和为100％，则存在完美的交叉耦合。然而，当交换机500被制造时，可能出现导致振幅不平衡和串扰的制造缺陷。在一些实施例中，可以通过改变耦合比来调谐交换机500的耦合器中的一个或多个以补偿制造缺陷。在一些示例实施例中，可以使用具有图4中所示的锥形中部的耦合器来实现这种调谐。具体地，例如可以调谐2×2耦合器520以创建由以下表达式给出的交叉功率分配比，其中t是来自具有π相移的相位调制器的场传输系数与具有零相移的相位调制器的场传输系数的比：
Figure BDA0001930527100000121
具有交叉功率分配比S&1-S的耦合器可以表现出如下的传递矩阵：
Figure BDA0001930527100000122
在耦合器505和520串联放置的情况下，由矩阵
Figure BDA0001930527100000123
表示的等长相臂的无损对分开，得到的交换机500的传递矩阵是没有串扰的交叉状态的传递矩阵，与场传输值t无关，其中t被假定为非负实数
Figure BDA0001930527100000124
如果相臂之一被调制使得臂之间的相移被分开180°(例如(0，π))，并且如果在180°相移处的调制臂的场传输与在0°相移处的调制臂的场传输的比为t，相位部分(“phasesection”)的传递矩阵将为：
Figure BDA0001930527100000125
此外，交换机500的传输是：
Figure BDA0001930527100000126
表达式20简化为：
Figure BDA0001930527100000127
如果输入模式是
Figure BDA0001930527100000128
和
Figure BDA0001930527100000129
则输出模式是
Figure BDA00019305271000001210
和
Figure BDA00019305271000001211
对于第一种模式
Figure BDA00019305271000001212
没有串扰。如果相位部分中的另一个臂被调制为具有场传输t的180°相移，由传递矩阵
Figure BDA00019305271000001213
表示，则可以避免来自第二模式
Figure BDA00019305271000001214
的串扰。在这种情况下，交换机500的传输是：
Figure BDA00019305271000001215
如果交换机在反方向上操作(例如光从2x2耦合器520穿过，通过相位调制器510和515，并从2x2耦合器505输出)，则相位部分的第一状态表示为
Figure BDA0001930527100000131
并且交换机500的传输如下：
Figure BDA0001930527100000132
表达式23
在反向实施例中，在模式
Figure BDA0001930527100000133
下以相反方向进入交换机500的光将不具有串扰。
根据一些示例实施例，交换机500可以在三种不同状态下操作：无源交叉状态、第一条状态和第二条状态。在一些示例实施例中，配置交换机500以在三种状态之一中操作可以在网络架构中有用，其中并非所有可能的路径同时携带信号。在下面的讨论中，A→D可以被解释为从端口A穿过端口D跨越整个交换机500(例如通过耦合器505和520中的叠加等)的光束。
在无源交叉状态下，光可以从A→D或从D→A穿过。类似地，光可以从B→C和C→B穿过。在交叉状态下，相位调制器510和515两者均处于关闭状态，并且不会发生串扰。
在第一条状态中，相位调制器510以180°相移操作，相位调制器515关闭，并且场传输为t：条状态。在第一条态下，穿过C→A和B→D的光没有串扰。另一方面，穿过A→C和D→B的光由于不平衡而表现出串扰。
在第二条状态中，相位调制器515以180°相移操作，相位调制器510关闭，并且场传输为t：条状态。在第二条状态下，穿过A→C和D→B的光线没有串扰。另一方面，穿过C→A和B→D的光由于不平衡而表现出串扰。
在第一条状态和第二条状态中，以dB为单位的串扰是：
Figure BDA0001930527100000134
这是对实现50％耦合器的方案的改进(即，代替分配比S&1-S)，其中所有输入状态的串扰都较高，而不管哪个臂被调制：
Figure BDA0001930527100000141
在一些示例实施例中，相位调制器510和515是长度为150微米的基于载流子注入的调制器。在这些实施例中，为了实现180度相移，注入载流子使得N和P浓度为～2.3E18/cm^3，这导致场传输场t＝0.830，以及调制相臂中1.61dB的插入损耗。如果耦合器505和520是50％耦合器，则两个输入的条状态中的串扰为20.7dB。
在一些示例实施例中，耦合器505和520分别使用1/(1+t)和t/(1+t)的功率分配比。在那些实施例中，相位调制器510、515中的一个或两个可以是锥形的以补偿不平衡，如上所述。在那些实施例中，在一个方向上将存在最优零串扰，而在另一个方向上可能发生14.6dB的串扰。
在一些示例实施例中，通过移除端口之一和相位调制器之一，将2x2交换机500被配置为1x2交换机。与交换机架构200(1x2交换机实施例)相比，简化了对修改的2x2交换机架构的控制，因为存在用于管理一个较少的相位调制器。在这些示例实施例中，穿过相位调制器被移除的路径的光束可以经由无源光波导从初始耦合器(例如耦合器505)穿过到另一个耦合器(例如耦合器520)而不穿过相位调制器。
图6示出了根据一些示例实施例的用于将光路由通过减少的串扰交换机的方法600的流程图。在一些示例实施例中，单个交换机(例如交换机200、交换机500)实现方法600，而在一些示例实施例中，交换网络(例如下面讨论的图8的扩张交换机800)实现方法600。
在操作605，耦合器接收光，例如一个或多个光束。例如参考图5，耦合器505在端口A处接收第一波束并在端口B处接收第二波束。在操作610，耦合器605将一个或多个接收的光束路由到多个相臂上。例如参考图5，2x2耦合器将光输出到交换机500的顶部相臂和底部相臂上，如上所述。
在操作615处，使用一个或多个相位调制器对相臂上的光进行相移。例如相位调制器510是基于载流子注入的移相器，其被配置为将顶部相臂上的光相移π/2，如上所述。此外，在一些示例实施例中，虽然相位调制器510被配置为赋予相移，但是相位调制器515处于关闭状态并且底部相位臂上的光保持其初始相位。在操作220，顶部和底部相臂上的光在第二耦合器中组合，该第二耦合器被配置为补偿由调制引起的衰减。继续该示例，如果相位调制器510是基于载流子注入的相位调制器，则顶部相臂上的调制光可以相对于底部相臂上的光衰减。为了补偿衰减，第二耦合器具有分配比(例如t2/(1+t2))，其补偿顶部相臂上的光的衰减。在操作625，第二耦合器在一个或多个输出端口处发送低串扰输出。例如如果第二耦合器具有两个输出端口，则由于衰减补偿，对于一个输出端口可能发生完全相消干扰，并且对于一个输出端口可能发生完全相长干扰。
图7示出了根据一些示例实施例的用于制造功率有效减少的串扰光交换机的方法700的流程图。在操作705，相位调制器对光进行相移。在操作710，分析调制光以确定由相位调制器引起的衰减量。在操作715，选择耦合器的初始分配比。例如如果耦合器是矩形耦合器，则从可能的分配比中选择Pc/Pb＝50/50的分配比(参见上面的表达式10)。在操作720，耦合器被整形为最小化串扰。例如如果耦合器是矩形耦合器，则耦合器的中间部分可以逐渐减小距离|dW|直到初始分配比变为分配比(例如t2/(1+t2))。在一些示例实施例中，哪个分配比被选择并且逐渐被修改取决于不同的设计考虑因素，包括例如：光束强度、基数计数、相位调制器类型、衰减量。
图8示出了根据一些示例实施例的可用于减少串扰的示例性扩张交换机800。如图所示，扩张交换机800包括多个交换机子组件805A-805D，每个交换机子组件是单独的交换机，诸如交换机200或500。扩张交换机800可以通过确保仅一个携带信号的光束一次穿过子交换组件中的任何一个来降低或消除串扰。为此，随着基数计数增加，可以添加额外的子组件交换机以扩展整个交换机架构并减少或消除串扰的可能性。在一些示例实施例中，为了在基数计数和子交换机计数增加时保持有效功率消耗，子交换机中的一个或多个实现如上所述的基于载流子注入的相位调制器和整形耦合器。以这种方式，光交换网络110可以增加其端口数量和随后的带宽，同时功率高效并保持低串扰。

Claims (20)

1.一种在交换网络中路由光的方法，所述方法包括：
由多个相位调制器接收光束的多个波束分量；
使用所述多个相位调制器中的相位调制器，通过对所述光束的所述多个波束分量中的一个波束分量进行相移来生成相移波束分量，使得所述相移波束分量与来自所述光束的所述多个波束分量的至少一个其他波束分量异相，所述相移波束分量表现出由所述多个相位调制器中的所述相位调制器引起的衰减；以及
使用光耦合器将所述相移波束分量与所述至少一个其他波束分量组合，使得针对所述光耦合器的第一输出端口发生相长干扰，并且针对所述光耦合器的第二输出端口发生相消干扰，所述光耦合器具有补偿由所述多个相位调制器中的所述相位调制器引起的所述衰减的物理形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相位调制器是基于硅的调制器，所述基于硅的调制器基于嵌入的正和负载流子的数量对所述多个波束分量中的所述波束分量进行相移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相位调制器包括第一相位调制器和第二相位调制器，其中所述相移波束分量由所述第一相位调制器相移，并且其中所述第二相位调制器处于通过未移位的所述至少一个其他波束分量的关闭状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其中生成所述相移波束分量包括使用所述第一相位调制器将所述多个波束分量中的所述波束分量的相位移位大约90度。
5.根据权利要求3所述的方法，其中生成所述相移波束分量包括使用所述第一相位调制器将所述多个波束分量中的所述波束分量的相位移位大约180度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光耦合器具有功率分配比，所述功率分配比补偿所述相移波束分量中的衰减。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述功率分配比是以下项中的一项：t^2/(1+t^2)，其中t是所述多个相位调制器的场传输系数的比。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述功率分配比是t/(1+t)，其中t是所述多个相位调制器的场传输系数的比。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述光耦合器具有锥形侧面，所述锥形侧面修改所述光耦合器中的光的叠加，使得所述光耦合器的功率分配比补偿所述相移波束分量中的衰减。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述光束包括个体数据流，并且所述光束的所述多个波束分量包括所述数据流的副本。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用附加光耦合器接收所述光束；
使用所述附加光耦合器通过分离所述光束来生成所述多个波束分量，使得所述多个波束分量具有相等的功率；以及
使用所述附加光耦合器将所述多个波束分量输出到多个相位调制器。
12.一种用于在交换网络中路由信号的光设备，所述光设备包括：
接收多个波束分量的多个相位调制器，所述多个相位调制器中的相位调制器通过对所述多个波束分量中的波束分量进行相移来生成相移波束分量，使得所述相移波束分量与所述多个波束分量中的至少一个其他波束分量异相，所述相移波束分量表现出由所述多个相位调制器中的所述相位调制器引起的衰减；以及
光耦合器，用于将所述相移波束分量与所述至少一个其他波束分量组合，使得针对所述光耦合器的第一输出端口发生相长干扰，并且针对所述光耦合器的第二输出端口发生相消干扰，所述光耦合器具有补偿由所述多个相位调制器中的所述相位调制器引起的所述衰减的物理形状。
13.根据权利要求12所述的光设备，其中所述多个相位调制器是基于硅的调制器，所述基于硅的调制器基于嵌入的正和负载流子的数量进行调制。
14.根据权利要求12所述的光设备，其中所述多个相位调制器包括第一相位调制器和第二相位调制器，其中所述相移波束分量由所述第一相位调制器相移，并且其中所述第二相位调制器是通过未移位的所述至少一个其他波束分量的关闭状态。
15.根据权利要求12所述的光设备，其中所述光耦合器具有补偿所述相移波束分量中的衰减的功率分配比，其中所述功率分配比为t^2/(1+t^2)，其中t是场传输，所述场传输是所述多个相位调制器的场传输系数的比。
16.根据权利要求12所述的光设备，其中所述光耦合器具有锥形侧面，所述锥形侧面修改所述光耦合器中的光的叠加，使得所述光耦合器的功率分配比补偿所述相移波束分量中的衰减。
17.一种制造减少串扰光交换机的方法，所述方法包括：
使用相位调制器对光进行相移；
确定由所述相位调制器调制所述光导致的衰减量；以及
使矩形光耦合器的多个侧面逐渐减小第一距离，以补偿由所述相位调制器调制所述光所引起的所述衰减量，其中所述第一距离是所述矩形光耦合器的两侧与所述矩形光耦合器的另一侧面的偏移距离。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
确定逐渐减小所述第一距离未补偿所述衰减量；以及
响应于所述确定，增加所述矩形光耦合器的所述多个侧面的所述逐渐减小，直到所述矩形光耦合器表现出补偿由所述相位调制器引起的所述衰减量的功率分配比。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述功率分配比是以下项中的一项：t^2/(1+t^2)或t/(1+t)，其中t是场传输，所述场传输是多个相位调制器的场传输系数的比。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述相位调制器是基于载流子等离子体分散效应的相位调制器，所述方法还包括：
制造所述相位调制器使得所述相位调制器具有大约100微米的长度；以及
将正载流子和负载流子注入所述相位调制器，使得所述正载流子浓度约为1.7E18/cm^3，并且负载流子浓度约为1.7E18/cm^3。
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