CN114026477A - 用于光集成电路的密集波分复用方案 - Google Patents

用于光集成电路的密集波分复用方案 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种用于在光子集成电路(PIC)中生成密集波分复用(DWDM)光流的装置和方法。包括多个(N个)光通道(波长)的光输入源可以被分离(解交织)成多个光流，每个光流包括光输入源的光通道的对应子集。多个拆分光流中的每一个都可以通过硅基的微环调制器用一组相关联的数据流进行调制，以生成相应的调制光流。第一对调制光流可以被结合(交织)以生成包括N/2个调制光通道的第一光输出流，并且第二对调制光流可以被结合(交织)以生成包括N/2个调制光通道的第二光输出流。第一和第二光输出流的通道间隔可以是光输入源的通道间隔的两倍。

Description

用于光集成电路的密集波分复用方案
技术领域
本公开的方面总体上涉及光集成电路，并且具体地涉及用于传输和接收光信号的密集波分复用方案。
背景技术
光互连技术可用于为集成电路提供高速、低功耗的输入/输出(I/O)接口。随着集成电路复杂性和密度的增加，对光I/O接口的带宽需求也随之增加。例如，一些集成电路可能包含数百甚至数千个光学I/O接口以满足带宽需求。每个光I/O接口通常需要一个光子I/O单元来端接相应的光纤，因此可能需要成百上千的光纤来满足带宽需求。在一个IC封装中安装数百或数千根光纤可能是不切实际的。
一些集成电路可能使用硅基的光学环形调制器来调制光I/O接口的数据。硅基的光学环形调制器通常具有固定的自由光谱范围(FSR)和最小通道间隔，这可能会限制给定光纤内可以支持的光通道数量，这会不期望地限制通道密度。因此，需要更有效地使用光纤带宽，从而可以减少支持给定I/O带宽所需的光纤和相应光子I/O单元的数量。
发明内容
提供本发明内容以简化形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的对概念的选择。发明内容部分无意确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在限制要求保护的主题的范围。此外，本公开的系统、方法和设备均具有若干创新方面，其中没有一个单独负责本文公开的期望属性。
本公开中描述的主题的一个创新方面可以在光调制电路中实现以生成密集波分复用(DWDM)调制光流。在一些实施例中，光调制电路可以包括输入端、第一通道解交织器、第二通道解交织器、第一微环调制器(MRM)阵列、第二MRM阵列和第一光交织器。输入端可以接收包括多个光通道或波长的光输入源。第一通道解交织器可以被配置为将光输入源分离为第一光流和第二光流，并且第二通道解交织器可以被配置为将第一光流分离为第一分离光流和第二分离光流。第一MRM阵列可以被配置为将第一组数据流调制到第一分离光流的光通道上以生成第一调制光流，并且第二MRM阵列可以被配置为将第二组数据流调制到第二分离光流的通道上以生成第二调制光流。第一光交织器可以被配置为基于第一调制光流和第二调制光流生成第一光输出流。在一些方面，第一光流包括光输入源的编号为奇数的光通道，且第二光流包括光输入源的编号为偶数的光通道。附加地或替代地，第一分离光流包括第一光流的第一组交替光通道，并且第二分离光流包括第一光流的第二组交替光通道，其中第一组交替光通道不同于第二组交替光通道。
光调制电路还可以包括第三通道解交织器、第三MRM阵列、第四MRM阵列和第二光交织器。第三通道解交织器可以被配置为将第二光流分离成第三和第四分离光流。第三MRM阵列可以被配置为将第三组数据流调制到第三分离光流的光通道上以生成第三调制光流，并且第四MRM阵列被配置为将第四组数据流调制到第四分离光流的光通道上以生成第四调制光流。第二光交织器可以被配置为基于第三和第四调制光流生成第二光输出流。
本公开中描述的主题的另一个创新方面可以在光子集成电路中实现。光子集成电路可以包括多个光调制电路和多个光检测电路。每个光调制电路可以包括输入端，用于从光源接收多个光通道或波长。每个光检测电路可以具有输入端以从外部源接收多个调制光通道。在一些实施例中，每个光调制电路可以包括第一通道解交织器、第二通道解交织器、第三通道解交织器、多个微环调制(MRM)阵列、第一光交织器以及第二光交织器。第一通道解交织器可以被配置为将光输入源分离为第一和第二光流，第二通道解交织器可以被配置为将第一光流分离为第一和第二分离光流，并且第三通道解交织器被配置为将第二光流分离成第三和第四分离光流。多个MRM阵列中的每一个可以被配置为将一组特定数据流调制到相应的一个分离光流的光通道上以生成第一调制光流、第二调制光流、第三调制光流和第四调制光流中的相应一个调制光流。第一光交织器可以被配置为基于第一和第二调制光流生成第一光输出流，第二光交织器可以被配置为基于第三和第四调制光流生成第二光输出流。
在一些实施例中，第一分离光流包括第一光流的第一组交替光通道，第二分离光流包括第一光流的第二组交替光通道，第三分离光流包括第二光流的第一组交替光通道，并且第四分离光流包括第二光流的第二组交替光通道。在一些方面，第一光流包括光输入源的编号为奇数的光通道，并且第二光流包括光输入源的编号为偶数的光通道。
本公开中描述的主题的另一个创新方面可以被实现为方法。在一些实施例中，该方法可以包括将光输入源分离成第一光流和第二光流；将第一光流分离成第一分离光流和第二分离光流；将第一组数据流调制到第一分离光流的光通道上以生成第一调制光流；将第二组数据流调制到第二分离光流的光通道上以生成第二调制光流；以及基于第一调制光流和第二调制光流的组合生成第一光输出流。在一些方面，第一光流包括光输入源的编号为奇数的光通道，并且第二光流包括光输入源的编号为偶数的光通道。附加地或替代地，第一分离光流包括第一光流的第一组交替光通道，并且第二分离光流包括第一光流的第二组交替光通道，其中第一组交替光通道不同于第二组交替光通道。
该方法还可以包括将第二光流分离成第三分离光流和第四分离光流；将第三组数据流调制到第三分离光流的光通道上以生成第三调制光流；将第四组数据流调制到第四分离光流的光通道上以生成第四调制光流；以及基于第三调制光流和第四调制光流的组合生成第二光输出流。
附图说明
示例实施方案以示例的方式被示出，并且不意在受附图的图形所限制。贯穿附图和说明书始终，相同的数字表示相同的单元。请注意，以下图形的相对尺寸可能未按比例绘制。
图1是根据一些实施方案的示例光子集成电路的框图；
图2A是根据一些实施方案的示例光调制电路的框图；
图2B是根据一些实施方案描绘了图2A的光调制电路的示例操作的功能图；
图3是根据一些实施方案的微环调制器的简化框图；
图4是根据一些实施方案描绘了图3的微环调制器的示例特性的示例图；
图5是根据一些实施方案用于图2A的光调制电路的示例通道分配的图表；
图6是根据一些实施方案的示例微环调制阵列的框图；
图7是根据一些实施方案描绘了用于生成光输出的示例操作的说明性流程图。
具体实施方式
节能的光子集成电路(PIC)可用于满足大规模数据处理电路不断增长的输入/输出(I/O)带宽要求，例如部署在下一代数据中心的电路，其可能会超过每秒一百太比特(Tbps)。光子IC通常通过使用相应的光子I/O单元而被耦合到多条光纤中的每一条，该光子I/O单元在光纤和光子IC内提供的光电路之间提供接口。光子IC可以使用波分复用(WDM)在每根光纤上设置多个光波长，从而减少实现给定带宽所需的光纤数量，例如，使得光子IC的周围可以物理地容纳光纤及其相应的光子I/O单元。耦合到公共总线波导的多个微环调制器具有与总线波导中承载的通道波长匹配的交错谐振，可用于通过具有多个微环将数据调制到多个波长上。然而，每个光波导内提供的通道数量受到微环调制器的自由光谱范围(FSR)的限制。此外，光信号通常需要最小的通道间隔以避免相邻通道之间的串扰和其他干扰，这也可能限制每个光信号上可以提供的通道数量。
本公开中描述的主题的实现方式可用于增加在光纤上提供的光通道的数量，超出通常由微环调制器施加的限制。根据本公开的各个方面，光子IC可以包括多个光调制电路，其可以通过使用密集波分复用(DWDM)方案将数据调制到一个或多个光信号的多个光通道上而增加在给定光纤上提供的光通道的数量。在一些实现方式中，每个光调制电路可以接收包括多个(N个)光波长的光输入源，并且可以将光输入源分离成多个光流，每个光流包括光输入源对应的波长子集。多个分离光流中的每一个可以由相应的多个微环调制器用多个数据流调制以产生相应的调制光流。可以组合第一对调制光流以生成包括第一组N/2个调制光通道的第一光输出流，并且可以组合第二对调制光流以生成包括第二组N/2个调制光通道的第二光输出流。
在一些实现方式中，光输入源可以包括O-波段(近1310nm)中的32个波长(频率)，通道间隔大约为65GHz，并且第一通道解交织器可以将光输入源分离成第一和第二光流。第一光流可以包括光输入源的十六个编号为奇数的通道且可以具有约130GHz的通道间隔，并且第二光流可以包括光输入源的十六个编号为偶数的通道且可以具有约130GHz的通道间隔。第二通道解交织器可以将第一光流分离成第一和第二分离光流，并且第三通道解交织器可以将第二光流分离成第三和第四分离光流。第一分离光流可以通过耦合到承载这些通道的第一波导的第一MRM阵列用第一组数据流进行调制以生成第一调制光流。第二波导上的第二分离光流可以通过耦合到第二波导的第二MRM阵列用第二组数据流进行调制以生成第二调制光流。第三波导上的第三分离光流可以通过耦合到第三波导的第三MRM阵列用第三组数据流进行调制以生成第三调制光流。第四波导上的第四分离光流可以通过耦合到第四波导的第四MRM阵列用第四组数据流进行调制以生成第四调制光流。在一些方面，第一、第二、第三和第四调制光流中的每一个可以包括对应的一组具有大约260GHz的通道间隔的八个波长。
第一和第二调制光流可以在第一光交织器中组合以生成第一光输出流，并且第三和第四调制光流可以在第二光交织器中组合以生成第二光输出流。第一和第二光输出流中的每一个可以包括十六个光通道并且可以具有大约130GHz的通道间隔，这是光输入源的通道间隔的两倍。进一步组合通道可能是不可取的，这是因为对于可能超过50千兆波特的目标调制速度，较小的通道间隔可能会导致调制通道的频谱重叠，进而可能导致信号衰减。
在以下描述中阐述了许多特定细节，例如特定组件、电路和过程的示例，以提供对本公开的透彻理解。如本文所用，术语“耦合”意指直接耦合到或通过一个或多个中间组件或电路耦合。此外，在以下描述中并且出于解释的目的，阐述了特定命名法和/或细节以提供对示例实现方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些具体细节可能不是实践示例实现方式所必需的。在其他情况下，众所周知的电路和设备以框图形式示出以避免混淆本公开内容。通过本文所述的各种总线提供的任何信号可以与其他信号进行时间复用，并可以通过一个或多个公共总线而被提供。此外，电路元件或软件块之间的互连可以被显示为总线或单个信号线。每条总线可以替代为单条信号线，而每个单条信号线可以替代为总线，并且单条线或总线可以代表用于组件之间通信的无数物理或逻辑机制中的任何一个或多个。示例实现方式不应被解释为限于在此描述的特定示例，而是将所附权利要求定义的所有实现方式包括在其范围内。
图1是根据一些实现方式的示例光子集成电路(IC)100的一部分的框图。光子IC100可以包括第一数量(N)个光调制电路110(1)-110(N)和第二数量(M)个光检测电路120(1)-120(M)，其中第一数量N和第二数量M中每一个可以是任何合适的非零整数。光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以包括耦合到多个出口数据通道(Degr)的电输入端，可以包括耦合到光输入源(OSin)的光输入端，并且可以包括耦合到一对光出口链路(Legr)的光输出端。尽管为了简单起见在图1中未示出，但光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以通过第一光子I/O单元被耦合到相关联的光输入源OSin，并且可以通过第二和第三光子I/O单元被耦合到相关联的光出口链路对Legr。光输入源OSin可以被集成在光子IC 100上，或者可以经由光子IC 100外部的光纤被接收。
在一些实现方式中，光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以接收在相关联的输入数据通道(Din)上提供的多个数据流，可以从光输入源(OSin)接收光输入，并且可以被配置为用多个接收到的数据流调制光输入以生成包含与多个接收到的数据流相关联数据的一个或多个调制光信号。在一些方面，光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以包括多个微环调制器(为了简单起见未在图1中示出)，用于以与对应的多个接收到的数据流相关联的数据对光输入进行调制。由光调制电路110(1)-110(N)中的每一个生成的一个或多个调制光信号可以提供给相应的一对光出口链路Legr，以传输到一个或多个其他电路或设备(为了简单起见未示出)。
在图1的示例实施方案中，光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以经由三十二个相关的输出(或传输)数据通道(Degr)接收三十二个独立数据流，可以从相关联的光输入源OSin接收具有三十二个均匀间隔波长的未调制的光,并且可以使用多个微环调制器将三十二个独立数据流调制到接收到的光输入源的对应波长上。在一些实现方式中，光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以组合十六个调制光通道的组用于通过一个光出口链路Legr进行传输，这可以允许图1的光调制电路110(1)-110(N)中的每一个来调制和组合三十二个光通道，用于在相应的一对光出口(或传输)链路Legr上传输。例如，第一光调制电路110(1)可以将经由第一组出口数据通道Degr,1接收的三十二个独立数据流调制到由第一光源OSin,1提供的光输入上，并且可以产生两组调制光信号，用于在相应的一对光出口链路Legr,1-1和Legr,2-1上传输。类似地，第N光调制电路110(N)可以将经由第N组出口数据通道Degr,N接收的三十二个独立数据流调制到由第N光输入源OSin,N提供的光输入上，并且可以产生两组调制光信号，用于在相应的一对光出口链路Legr,N-1和Legr,N-2上传输。
在其他实现方式中，光调制电路110(1)-110(N)中的每一个可以接收其他合适数量的数据流和光波长，可以耦合到其他数量的光链路，和/或可以包括其他适于调制和组合多个光通道以通过一个或多个光出口链路进行传输的电路。
光检测电路120(1)-120(M)中的每一个可以包括耦合到相关联的光入口链路(Ling)的光输入端，并且可以包括耦合到多个入口数据通道(Ding)的电输出端。尽管为了简单起见，未在图1中示出，光检测电路120(1)-120(M)中的每一个可以通过相应的光子I/O单元耦合到相关联的光入口链路Ling。在一些实现方式中，光检测电路120(1)-120(M)中的每一个可以接收在相关联的光入口链路Ling上提供的调制光信号，并且可以被配置为解调接收到的调制光信号以解码包含在接收到的调制光信号中的数据。在一些方面，光检测电路120(1)-120(M)中的每一个可以将接收到的数据作为多个数据流提供给相关联的入口数据通道Ding。
在图1的示例实现方式中，光检测电路120(1)-120(M)中的每一个可以接收具有十六个通道的调制光信号，并且可以被配置为解调接收的光信号以生成十六个数据流以用于输出到对应的一组入口数据通道Ding。在一些方面，十六个数据流中的每一个可包括从相关联的光入口链路Ling接收的调制光信号的十六个通道中的对应一个通道中提取的数据。例如，第一光检测电路120(1)可以解调从第一光入口链路Ling,1接收的光信号的十六个通道上编码的数据，以生成十六个单独的数据流，用于输出到第一组入口数据通道Ding,1，以此类推，其中第M个光解调电路120(M)可以解调被编码在从第M个光入口链路Ling,M接收的光信号的十六个通道上的数据，以生成十六个单独的数据流，用于在第M组入口数据通道Ding,M上输出。
图2A是根据一些实现方式的示例光调制电路200的框图。光调制电路200可以是图1的光调制电路110(1)-110(N)的一个示例，它可以包括从相关联的光源Lin接收光输入源OSin的第一输入端，可以包括从相关联的出口数据通道Degr接收的、作为数据组DS1-DS4提供的多个数据流的第二输入端，并且可以包括用来在各自的光出口链路Legr,1和Legr,2上提供两个光输出流OSout1和OSout2的输出端。在图2A的示例中，光调制电路200被示为包括第一通道解交织器210、一对第二通道解交织器220(1)-220(2)、多个微环调制器(MRM)阵列230(1)–230(4)以及多个光交织器240(1)–240(2)。第一通道解交织器210包括用于接收光输入源OSin的输入端，包括耦合到通道解交织器220(1)的第一输出端，并且包括耦合到通道解交织器220(2)的第二输出端。通道解交织器220(1)包括耦合到第一MRM阵列230(1)的第一输出端，并且包括耦合到第二MRM阵列230(2)的第二输出端。通道解交织器220(2)包括耦合到第三MRM阵列230(3)的第一输出端，并且包括耦合到第四MRM阵列230(4)的第二输出端。第一和第二MRM阵列230(1)-230(2)中的每一个包括耦合到第一光通道交织器240(1)的输出端，并且第三和第四MRM阵列230(3)-230(4)中的每一个包括耦合到第二光通道交织器240(2)的输出端。第一光通道交织器240(1)包括耦合到第一光出口链路Legr,1的输出端，并且第二光通道交织器240(2)包括耦合到第二光出口链路Legr,2的输出端。
光输入源OSin可以提供多个光波长，在这些光波长上可以调制相应的多个数据流。光出口链路Legr,1和Legr,2中的每一个可以提供多个光通道，在这些光通道上可以传输相应的多个光信号。根据本公开的各个方面，光调制电路200可以被配置为利用与相应数据流相关联的数据对光输入源OSin的每个光波长上的光信号进行编码，以生成可以经由出口光链路Legr,1和Legr,2传输的多个调制光通道。在一些实现方式中，光输入源OSin可以提供三十二个波长，光调制电路200可以在这些波长上调制三十二个独立的数据流，并且出口数据通道Degr可以提供三十二个通道，光调制电路200可以在这些通道上接收多达三十二个独立的数据流。在此类实现方式中，光调制电路200可以被配置为用来自相应数据流的数据调制三十二个输入光波长中的每一个，以生成用于在光出口链路Legr,1和Legr,2上传输的两组调制光信号。在一些方面，光调制电路200可以被配置为组合第一组十六个调制光信号以在第一光出口链路Legr,1上作为第一光输出流OSout1传输，并且可以被配置为组合第二组十六个调制光信号，以作为第二光输出流OSout2在第二光出口链路Legr,2上传输。
与光输入源OSin相关联的每个光通道的特征可以在于不同的波长，并且可以与相邻的光通道隔开一定的通道间隔。类似地，与光出口链路Legr,1和Legr,2相关联的每个光通道的特征可以在于不同的波长，并且可以与相邻的光通道间隔一定的通道间隔。在一些实现方式中，光输入源OSin可以提供具有大约65GHz的通道间隔的三十二个独立光波长，并且第一和第二光出口链路Legr,1和Legr,2中的每一个可以提供具有大约130GHz的通道间隔的十六个独立光通道。
在示例操作中，第一通道解交织器210可以分离所接收到的光输入源OSin以生成第一光流211和第二光流212。在一些实现方式中，第一光流211可以包括光输入源OSin的编号为“奇数”的光通道，并且第二光流212可以包括光输入源OSin的编号为“偶数”的光通道。例如，在光输入源OSin包括三十二个光通道CH1-CH32的实现方式中，第一光流211可以包括光输入源OSin的编号为奇数的光通道：CH1、CH3、CH5等等直至CH31，第二光流212可以包括光输入源OSin的编号为偶数的光通道：CH2、CH4、CH6等等直至CH32。通过分离光输入源OSin，使得第一光流211和第二光流212中的每一个包括光输入源OSin的交替光通道，第一光流211和第二光流212中的每一个内的通道间隔可以是光输入源OSin的通道间隔的两倍。因此，对于其中光输入源OSin的通道间隔大约为65GHz的实现方式，第一光流211和第二光流212中的每一个内的通道间隔可以是大约130GHz。应当理解，这里描述的光通道编号可以列举光输入源OSin内的连续光通道，并且不旨在将任何特定光通道限制为任何特定频率或波长。在其他实现方式中，第一光流211可以包括光输入源OSin的编号为偶数的光通道，并且第二光流212可以包括光输入源OSin的编号为奇数的光通道。
通道解交织器220(1)可以将第一光流211分离以生成第一分离光流221和第二分离光流222。在一些实现方式中，第一分离光流221可以包括第一光流211的第一组交替通道，并且第二分离光流222可以包括第一光流211的第二组交替通道。在其他实现方式中，第一分离光流221可以包括第一光流211的第二组交替通道，并且第二分离光流222可以包括第一光流211的第一组交替通道。如此，第一分离光流221和第二分离光流222中的每一个可以包括第一光流211的交替光通道，这继而可以允许第一分离光流221和第二分离光流222中的每一个内的通道间隔为第一光流211的通道间隔的两倍。因此，对于其中第一光流211的通道间隔大约为130GHz的实现方式，第一分离光流221和第二分离光流222中的每一个内的通道间隔可以是大约260GHz。
类似地，通道解交织器220(2)可以分离第二光流212，以生成第三分离光流223和第四分离光流224。在一些实现方式中，第三分离光流223可以包括第二光流212的第一组交替通道，并且第四分离光流224可以包括第二光流212的第二组交替通道。在其他实现方式中，第三分离光流223可以包括第二光流212的第二组交替通道，并且第四分离光流224可以包括第二光流212的第一组交替通道。如此，第三分离光流223和第四分离光流224中的每一个可以包括第二光流212的交替的光通道，这继而可以允许第三分离光流223和第四分离光流224中的每一个内的通道间隔为第二光流212的通道间隔的两倍。因此，对于其中第二光流212的通道间隔大约为130GHz的实现方式，第三分离光流223和第四分离光流224中的每一个内的通道间隔可以是大约260GHz。
在一些实现方式中，MRM阵列230(1)-230(4)中的每一个可以包括多个微环调制器(为简单起见未在图2A中示出)，其被配置为用来自相应数据流的数据调制相关联的光信号。在MRM阵列230(1)-230(4)内提供的微环调制器可以是硅基的光学器件，其可以用来自相应数据流的数据调制光通道(例如，特定波长的光)。在一些方面，每个微环调制器的特征可以在于自由光谱范围(FSR)，其是在相邻谐振之间的隔离(以波长或频率计)，且定义了其内可以容纳光学通道的波长或频率的范围。在一些方面，MRM阵列230(1)-230(4)中的每一个可以具有大约56Gbps的调制速率。因此，每个微环调制器可能仅调制具有在微环调制器的FSR内的波长的光通道。例如，半径为5微米的微环调制器可以具有等于大约13.5nm的FSR。由目标通道符号率决定的微环的Q因子(或谐振宽度)设置最小通道间隔。例如，在大约56Gbps的符号率的情况下，对于接近1310纳米(或在O波段)的光波长，该通道间隔可能是1.5nm。在这种情况下，每个MRM阵列230可能仅容纳八个波长。如下文更详细描述的，光调制电路200可以以如下方式来分离光输入源OSin内的光通道，该方式可以允许上述微环调制器同时调制多达十六个光通道，而不是传统的八个光通道的限制。
例如，如图2A所示，数据流可以按相应的数据组DS1-DS4提供给MRM阵列230(1)-230(4)，从而使得数据组DS1-DS4中的每一个包括多个特定数据流。在一些实现方式中，数据组DS1-DS4中的每一个可以包括多达八个特定的数据流，因此四个MRM阵列230(1)-230(4)可以共同将多达三十二个特定数据流调制到光通道解交织器220(1)-220(2)产生的信号221-224上。在这样的实现方式中，MRM阵列230(1)-230(4)中的每一个可以包括八个微环调制器(为简单起见未示出)，每个调制器被配置为用来自相应数据流的数据调制一个光通道。
第一MRM阵列230(1)可以接收第一分离光流221和包含八个特定数据流的第一数据组DS1。第一MRM阵列230(1)中提供的八个微环调制器中的每一个可以用来自被包含在第一数据组DS1中的八个数据流中的相应一个的数据来调制第一分离光流221内的光通道之一，例如，用于生成包括八个调制光通道的第一调制光流231。在一些实现方式中，第一调制光流231可以从第一分离光流221继承大约260GHz的通道间隔。
第二MRM阵列230(2)可以接收第二分离光流222和包含八个特定数据流的第二数据组DS2。第二MRM阵列230(2)中提供的八个微环调制器中的每一个可以用来自被包含在第二数据组DS2中的八个数据流中的相应一个的数据来调制第二分离光流222内的光通道之一，例如，用于生成包括八个调制光通道的第二调制光流232。在一些实现方式中，第二调制光流232可以从第二分离光流222继承大约260GHz的通道间隔。
第三MRM阵列230(3)可以接收第三分离光流223和包含八个特定数据流的第三数据组DS3。第三MRM阵列230(3)中提供的八个微环调制器中的每一个可以用来自被包含在第三数据组DS3中的八个数据流中的相应一个的数据来调制第三分离光流223内的光通道之一，例如，用于生成包括八个调制光通道的第三调制光流233。在一些实现方式中，第三调制光流233可以从第三分离光流223继承大约260GHz的通道间隔。
第四MRM阵列230(4)可以接收第四分离光流224和包含八个特定数据流的第四数据组DS4。第四MRM阵列230(4)中提供的八个微环调制器中的每一个可以用来自被包含在第四数据组DS4中的八个数据流中的相应一个的数据来调制第四分离光流224内的光通道之一，例如，用于生成包括八个调制光通道的第四调制光流234。在一些实现方式中，第四调制光流234可以从第四分离光流224继承大约260GHz的通道间隔。
在一些实现方式中，如下文中将更详细描述的，第一分离光流221、第二分离光流222、第三分离光流223和第四分离光流224中的每一个可以是波分复用(WDM)光流。此外，在一些实现方式中，第一调制光流231和第二调制光流232中的调制光通道可以基于每个光通道的波长彼此偏移，每个光通道的波长例如由第一通道解交织器210和第二通道解交织器220(1)的操作所确定。类似地，第三调制光流233和第四调制光流234中的调制光通道可以基于每个光通道的波长彼此偏移，每个光通道的波长例如由第一通道解交织器210和第三通道解交织器220(2)的操作所确定。
第一光交织器240(1)可以将第一调制光流231和第二调制光流232组合生成第一光输出流OSout1，其可以包括经由与第一和第二数据组DS1-DS2相关的十六个数据流的各个数据流调制的、光输入源OSin的十六个奇数光通道。在一些实现方式中，第一和第二调制光流231-232之间的通道偏移可以允许它们各自的通道彼此交织以生成第一光输出流OSout1，例如，其中调制通道之间的串扰最小。因此，第一光输出流OSout1的光通道之间的通道间隔可以是大约130GHz。在一些方面，第一光输出流OSout1可以被称为密集波分复用(DWDM)光流。
类似地，第二光交织器240(2)可以将第三调制光流233和第四调制光流234组合生成第二光输出流OSout2，其可以包括由与第三和第四数据组DS3-DS4相关联的十六个数据流中的各个数据流调制的、光输入源OSin的十六个偶数光通道。在一些实现方式中，第三和第四调制光流233-234之间的通道偏移可以允许它们各自的通道相互交织以生成第二光输出流OSout2，例如，其中调制通道之间的串扰最小(如果有的话)。因此，第二光输出流OSout2的光通道之间的通道间隔可以是大约130GHz。在一些方面，第二光输出流OSout2可以被称为DWDM光流。
图2B是根据一些实现方式，描绘了图2A的光调制电路200的示例操作的功能图250。包括由65GHz的通道间隔分开的三十二个通道的光学光源OSin被通道解交织器210拆分以生成光信号211和212。第一光信号211包括光输入源OSin的十六个奇数通道，且具有130GHz的通道间隔，并且第二光信号212包括光输入源OSin的十六个偶数通道，且具有130GHz的通道间隔。第一光信号211被通道解交织器220(1)拆分以生成光信号221和222，并且第二光信号212被通道解交织器220(2)拆分以生成光信号223和224。例如，光信号221-224中的每一个包括由260GHz的通道间隔分开的八个通道，从而使得光信号221-224中的每一个包括光输入源OSin的光通道的四分之一。
光信号221的八个通道中的每一个由第一MRM阵列230(1)通过特定数据流调制以生成第一调制光信号231，光信号222的八个通道中的每一个由第二MRM阵列230(2)通过特定数据流调制以生成第二调制光信号232，光信号223的八个通道中的每一个由第三MRM阵列230(3)通过特定数据流调制以生成第三调制光信号233，并且光信号224的八个通道中的每一个由第四MRM阵列230(4)通过特定数据流调制以生成第四调制光信号234。各自包括由260GHz的通道间隔分开的八个调制光通道的调制光信号231和232在第一光交织器240(1)中组合以生成第一光输出流OSCout1。类似地，各自包括由260GHz的通道间隔分开的八个调制光通道的调制光信号233和234在第二光交织器240(2)中组合以生成第二光输出流OSCout2。第一和第二光输出流OSCout1和OSCout2各包括十六个调制数据通道，其中相邻通道以130GHz的通道间隔隔开。因此，第一和第二光输出流OSCout1和OSCout2的通道间隔是光输入源OSin的通道间隔的两倍。
图3是根据一些实现方式的微环调制器300的简化框图。微环调制器300可以是图2A的MRM阵列230(1)-230(4)中的每一个内提供的微环调制器的一个示例，它可以耦合到接收具有一个或多个光波长的光输入源302的波导310。在一些实现方式中，微环调制器300可以被配置为调制对应于一个光通道特定波长的光。例如，光输入源302可以包括具有波长λ的光通道，并且微环调制器300可以被配置为用数据304调制基于λ的光通道以生成可以通过波导310传播的经调制的光输出信号306。
微环调制器300特征可以在于指定工作波长范围的FSR，并且微环调制器300的阵列可以被配置为调制FSR内的各种波长。在一些实现方式中，微环调制器300可以被配置为基于微环调制器300的标称直径来调制波长λ。加热元件(为了简单起见未示出)可以用于针对波长λ而选择性地调谐微环调制器300。
在一些实现方式中，微环调制器300可以是硅基的，可以被设计为在大约1310nm的波长下(对应于229THz)运行，其可以具有大约5微米的半径，并且可以具有大约13.5nm的FSR。微环调制器可以被设计为在50GBd以上运行。因此，微环调制器300的运行特性可以非常适用于由通道解交织器对220(1)-220(2)生成的光流221-224的通道间隔。在其他实现方式中，微环调制器300可以具有其他合适的操作特性。例如，在至少一种其他实现方式中，微环调制器300可以在除1310nm之外的波长下操作。
图4是根据一些实现方式描绘了微环调制器300的示例特性的示例曲线图400。曲线图400示出了与图3的微环调制器300相关联的多条透射曲线402的作为波长的函数(当波长显著偏离谐振时归一化为1)的光输出(透射率)。当波长处于微环谐振时，透射率接近于零。透射曲线402图示了光可以其被微环调制器300调制的方式。例如，对应于由微环调制器300调制的光通道的波长由线404示出。例如，通过改变嵌入在环波导中的pn结两端的电压，可以在关于由线404表示的光通道的波长的范围410上调整(例如，调制)透射率。
与相邻光通道相关联的波长也显示在曲线图400中。例如，线406可以指示可与具有较小波长的相邻光通道相关联的第一波长，并且线408可以指示可与具有较大波长的相邻光通道相关联的第二波长。在一些实现方式中，相邻光通道之间的间隔可以至少部分地基于在相邻通道上检测到的串扰。附加地或替代地，相邻光通道之间的间隔可以至少部分地基于由其他微环调制器引起的透射率损失。
图5是根据一些实现方式的用于图2A的光调制电路200的示例通道分配的图表500。示例图表500是基于包括多个微环调制器300的光调制电路200的MRM阵列230(1)-230(4)中的每一个，微环调制器300各自具有13.5nm的FSR，因此在图表500中描述的通道分配可能在13.5nm的FSR之内适用。应当理解，对于其他FSR，其他通道分配也是可能的。
第一通道分配510包括八个通道511-518，每个通道具有大约1.5nm的通道隔离(例如，通道间隔)，其中波长大约为1310nm。通道511-518可以相对于任意波长偏移，且相邻通道可以偏移达1.5nm。在一些方面，1.5nm的通道间隔可以对应于上文关于图2A的光流221-224和调制光流231-234描述的在1310nm处的260GHz的通道间隔。对于图5的示例，第一通道511具有0nm的通道偏移，第二通道512具有1.5nm的通道偏移，第三通道513具有3.0nm的通道偏移，以此类推，进而第八通道518具有10.5nm的通道偏移。第一通道分配510还包括对应于上文关于图2A描述的光通道编号的光通道编号分配。例如，第一通道511可以对应于光通道1，第二通道512可以对应于光通道5，第三通道513可以对应于光通道9，以此类推，进而第八通道518可以对应于光通道29。在一些实现方式中，第一通道分配510可以对应于图2A的第一拆分光流221，并且第一MRM阵列230(1)可以被配置为调制在第一通道分配510中指示的光通道。
第二通道分配520包括八个通道521-528，每个通道具有大约1.5nm的通道宽度(例如，通道间隔)。相邻通道可以偏移达1.5nm，这可以对应于上文关于图2A描述的260GHz的通道间隔。对于图5的示例，第一通道521具有0.375nm的通道偏移，第二通道522具有1.875nm的通道偏移，第三通道523具有3.375nm的通道偏移，以此类推，进而第八通道528具有10.875nm的通道偏移。第二通道分配520还包括对应于上文关于图2A描述的光通道编号的光通道编号分配。例如，第一通道521可以对应光通道2，第二通道522可以对应光通道6，第三通道523可以对应光通道10，以此类推，进而第八通道528可以对应光通道30。在一些实现方式中，第二通道分配520可以对应于图2A的第二拆分光流222，并且第二MRM阵列230(2)可以被配置为调制在第二通道分配520中指示的光通道。
第三通道分配530包括八个通道531-538，每个通道具有大约1.5nm的通道宽度(例如，通道间隔)。相邻通道可以偏移达1.5nm，这可以对应于上文关于图2A描述的260GHz的通道间隔。对于图5的示例，第一通道531具有0.75nm的通道偏移，第二通道532具有2.25nm的通道偏移，第三通道533具有3.75nm的通道偏移，以此类推，进而第八通道534具有11.25nm的通道偏移。第三通道分配530还包括对应于上文关于图2A描述的光通道编号的光通道编号分配。例如，第一通道531可以对应光通道3，第二通道532可以对应光通道7，第三通道533可以对应光通道11，以此类推，进而第八通道538可以对应光通道31。在一些实现方式中，第三通道分配530可以对应于图2A的第三拆分光流223，并且第三MRM阵列230(3)可以被配置为调制在第三通道分配530中指示的光通道。
第四通道分配540包括八个通道541-548，每个通道具有大约1.5nm的通道宽度(例如，通道间隔)。相邻通道可以偏移达1.5nm，这可以对应于上文关于图2A描述的260GHz的通道间隔。对于图5的示例，第一通道541具有1.125nm的通道偏移，第二通道542具有2.625nm的通道偏移，第三通道543具有4.125nm的通道偏移，以此类推，进而第八通道548具有11.625nm的通道偏移。第四通道分配540还包括对应于上文关于图2A描述的光通道编号的光通道编号分配。例如，第一通道541可以对应光通道4，第二通道542可以对应光通道8，第三通道543可以对应光通道12，以此类推，进而第八通道548可以对应光通道32。在一些实现方式中，第四通道分配540可以对应于图2A的第四拆分光流224，并且第四MRM阵列230(4)可以被配置为调制在第四通道分配540中指示的光通道。
本领域技术人员将认识到，关于通道分配510、520、530和540描述的通道宽度和通道偏移是说明性的而不是限制性的。其他通道宽度和偏移也是可能的。例如，只要与这些通道宽度相关的串扰和插入损耗对相邻通道影响很小或没有影响，其他通道宽度是可行的。此外，只要八个相邻通道的通道分配与相关微环调制器的FSR保持一致，其他通道宽度和偏移也是可行的。
图6是根据一些实现方式的示例MRM阵列600的框图。MRM阵列600可以是图2A的MRM阵列230(1)-230(4)中的一个或多个的示例。MRM阵列600可以包括八个微环调制器601-608和波导620。微环调制器601-608中的每一个可以包括用于接收八个数据流611-618中的相应一个的输入端，并且可以包括耦合到波导620的输出端。例如，第一微环调制器601可以接收第一数据流611，第二微环调制器602可以接收第二数据流612，以此类推，进而第八微环调制器608可以接收第八数据流618。为了本文讨论的目的，微环调制器601-608中的每一个可以是硅基的，可以具有大约13.5nm的FSR，并且可以具有大约5微米的半径。
在一些实现方式中，MRM阵列600可以被配置为根据图5中描绘的通道分配之一的调制光通道。在一些方面，MRM阵列600可以被配置为通过将微环调制器601-608配置为根据第一通道分配510调制光通道来调制第一拆分光流221的光通道。例如，第一微环调制器601可配置为调制光通道1，第二微环调制器602可配置为调制光通道5，以此类推，进而第八微环调制器608可用于调制光通道29。
在其他方面，MRM阵列600可以被配置为通过将微环调制器601-608配置为根据第二通道分配520调制光通道来调制第二拆分光流222的光通道。例如，第一微环调制器601可配置为调制光通道2，第二微环调制器602可配置为调制光通道6，以此类推，进而第八微环调制器608可用于调制光通道30。
在其他方面，MRM阵列600可以被配置为通过将微环调制器601-608配置为根据第三通道分配530调制光通道来调制第三拆分光流223的光通道。例如，第一微环调制器601可配置为调制光通道3，第二微环调制器602可配置为调制光通道7，以此类推，进而第八微环调制器608可用于调制光通道31。
在其他方面，MRM阵列600可以被配置为通过将微环调制器601-608配置为根据第四通道分配540调制光通道来调制第四拆分光流224的光通道。例如，第一微环调制器601可配置为调制光通道4，第二微环调制器602可配置为调制光通道8，以此类推，进而第八微环调制器608可用于调制光通道32。
图7示出了描绘根据一些实现方式的用于生成光输出的示例操作700的说明性流程图。尽管这里被描述为由图2A的光调制电路200执行，但操作700可以由任何技术上可行的处理器、设备、硬件平台等来执行。
光调制电路200可以将光输入源分离成第一光流和第二光流(701)。在一些实现方式中，可以使用通道解交织器210将光输入源OSin分离成第一光流211和第二光流212。在一些方面，第一光流211可以包括光输入源OSin的编号为奇数的光通道，并且第二光流212可以包括光输入源OSin的编号为偶数的光通道。
光调制电路200可以将第一光流分离为第一分离光流和第二分离光流(702)。在一些实现方式中，可以使用通道解交织器220(1)将第一光流211分离为第一分离光流221和第二分离光流222。在一些方面，第一分离光流221可以包括第一光流211的第一组交替光通道，并且第二分离光流222可以包括第一光流211的第二组交替光通道，其中第二组交替光通道不同于第一组交替通道。
光调制电路200可以将第一组数据流调制到第一分离光流的光通道上以生成第一调制光流(703)，并且可以将第二组数据流调制到第二分离光流的光通道上以生成第二调制光流(704)。在一些实现方式中，第一MRM阵列230(1)可以将与第一数据组DS1相关联的数据流调制到第一分离光流221的光通道上以生成第一调制光流231，并且第二MRM阵列230(2)可以将与第二数据组DS2相关联的数据流调制到第二分离光流222的光通道上以生成第二调制光流232。
光调制电路200可以基于第一调制光流和第二调制光流的组合生成第一光输出流(705)。在一些实现方式中，第一通道交织器240(1)可以组合第一调制光流231和第二调制光流232以生成第一光输出流OSout1。
光调制电路200可以将第二光流分离为第三分离光流和第四分离光流(706)。在一些实现方式中，可以使用通道解交织器220(2)将第二光流212分离为第三分离光流223和第四拆分光流224。在一些方面，第三分离光流223可以包括第二光流212的第一组交替光通道，并且第四分离光流224可以包括第二光流212的第二组交替光通道，其中第二组交替光通道不同于第一组交替通道。
光调制电路200可以将第三组数据流调制到第三分离光流的光通道上以生成第三调制光流(707)，并且可以将第四组数据流调制到第四分离光流的光通道上以生成第四调制光流(708)。在一些实现方式中，第三MRM阵列230(3)可以将与第三数据组DS3相关联的数据流调制到第三分离光流223的光通道上以生成第三调制光流233，并且第四MRM阵列230(4)可以将与第四数据组DS4相关联的数据流调制到第四分离光流224的光通道上以生成第四调制光流234。
光调制电路200可以基于第三调制光流和第四调制光流的组合生成第二光输出流(709)。在一些实现方式中，第二光组合器240(2)可以组合第三调制光流233和第四调制光流234以生成第二光输出流OSout2。
本领域技术人员将理解，可以通过使用多种不同工艺和技术中的任何一种来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述中可能被引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或它们的任何其组合代表。
此外，本领域技术人员将理解，结合本文公开的方面描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性组件、块、模块、电路和步骤已经在上面大体上根据它们的功能进行了描述。这种功能是作为硬件还是软件来实现的，取决于特定的应用程序和对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应被解释为导致偏离本公开的范围。
结合本文公开的方面描述的方法、序列或算法可以直接体现在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM锁存器、闪存锁存器、ROM锁存器、EPROM锁存器、EEPROM锁存器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例存储介质被耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。替换地，存储介质可以与处理器集成在一起。
在上述说明书中，已经参考其具体示例实现方式描述了示例实现方式。然而，很明显，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的更广泛范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种光调制电路，其特征在于，所述光调制电路包括：
输入端，用于接收包括多个光通道或波长的光输入源；
第一通道解交织器，被配置为将所述光输入源分离成第一光流和第二光流；
第二通道解交织器，被配置为将所述第一光流分离成第一分离光流和第二分离光流；
第一微环调制MRM阵列，被配置为将第一组数据流调制到所述第一分离光流的光通道上以生成第一调制光流；
第二微环调制MRM阵列，被配置为将第二组数据流调制到所述第二分离光流的光通道上以生成第二调制光流；和
第一光交织器，被配置为基于所述第一调制光流和所述第二调制光流生成第一光输出流。
2.根据权利要求1所述的光调制电路，其特征在于，所述第一光流包括所述光输入源的编号为奇数的光通道，所述第二光流包括所述光输入源的编号为偶数的光通道。
3.根据权利要求1所述的光调制电路，其特征在于，所述第一分离光流包括所述第一光流的第一组交替光通道，并且所述第二分离光流包括所述第一光流的第二组交替光通道，其中所述第一组交替光通道不同于所述第二组交替光通道。
4.根据权利要求1所述的光调制电路，其特征在于，其中：
所述第一MRM阵列包括第一多个微环调制器，所述第一多个微环调制器的每一个被配置为将所述第一组数据流中的相关联的一个数据流调制到所述第一分离光流的对应光通道上；和
所述第二MRM阵列包括第二多个微环调制器，所述第二多个微环调制器的每一个被配置为将所述第二组数据流中的相关联的一个数据流调制到所述第二分离光流的对应光通道上。
5.根据权利要求4所述的光调制电路，其特征在于，所述第一多个微环调制器和所述第二多个微环调制器中的每一个具有至少13.5纳米的自由光谱范围和大约5微米的半径。
6.根据权利要求1所述的光调制电路，其特征在于，所述光输入源具有大约65GHz的通道间隔，所述第一光流和所述第二光流中的每一个具有所述光输入源的通道间隔的两倍或大约130GHz的通道间隔，所述第一调制光流和所述第二调制光流中的每一个具有所述光输入源的通道间隔的四倍或大约260GHz的通道间隔，并且所述第一光输出流具有所述光输入源的通道间隔的两倍或大约130GHz的通道间隔。
7.根据权利要求1所述的光调制电路，其特征在于，所述光调制电路还包括：
第三通道解交织器，被配置为将所述第二光流分离成第三分离光流和第四分离光流；
第三MRM阵列，被配置为将第三组数据流调制到所述第三分离光流的光通道上以生成第三调制光流；
第四MRM阵列，被配置为将第四组数据流调制到所述第四分离光流的光通道上以生成第四调制光流；和
第二光交织器，被配置为基于所述第三和第四调制光流生成第二光输出流。
8.一种光子集成电路，其特征在于，所述光子集成电路包括：
输入端，用于接收包括多个光通道或波长的光输入源；
多个光调制电路，被耦接到所述输入端；和
多个光检测电路，被耦接到所述输入端，其中所述多个光调制电路的每一个包括：
第一通道解交织器，被配置为将所述光输入源分离成第一光流和第二光流；
第二通道解交织器，被配置为将所述第一光流分离成第一分离光流和第二分离光流；
第三通道解交织器，被配置为将所述第二光流分离成第三和第四分离光流；
多个微环调制MRM阵列，每个所述MRM阵列被配置为将一组特定数据流调制到相应的一个分离光流的光通道上，以生成第一调制光流、第二调制光流、第三调制光流、和第四调制光流中的相应一个；
第一光交织器，被配置为基于所述第一调制光流和所述第二调制光流生成第一光输出流；和
第二光交织器，被配置为基于所述第三和第四调制光流生成第二光输出流。
9.根据权利要求8所述的光子集成电路，其特征在于，所述第一光流包括所述光输入源的编号为奇数的光通道，并且所述第二光流包括所述光输入源的编号为偶数的光通道。
10.根据权利要求8所述的光子集成电路，其特征在于，其中：
所述第一分离光流包括所述第一光流的第一组交替光通道；
所述第二分离光流包括所述第一光流的第二组交替光通道；
所述第三分离光流包括所述第二光流的第一组交替光通道；和
所述第四分离光流包括所述第二光流的第二组交替光通道。
11.根据权利要求8所述的光子集成电路，其特征在于，所述多个MRM阵列中的每一个包括多个微环调制器，所述微环调制器被配置为将所述特定数据流中的相关联的一个调制到所述分离光流中的对应的一个分离光流上。
12.根据权利要求8所述的光子集成电路，其特征在于，所述光输入源具有大约65GHz的通道间隔，所述第一光流和所述第二光流中的每一个具有大约130GHz的通道间隔，所述调制光流中的每一个具有大约260GHz的通道间隔，并且所述光输出流的每一个具有大约130GHz的通道间隔。
13.根据权利要求12所述的光子集成电路，其特征在于，所述光输入源包括32个光通道，所述第一光流和所述第二光流中的每一个包括16个光通道，所述调制光流中的每一个包括8个光通道，并且所述光输出流中的每一个包括16个光通道。
14.一种方法，其特征在于，所述方法包括：
将光输入源分离成第一光流和第二光流；
将所述第一光流分离成第一分离光流和第二分离光流；
将第一组数据流调制到所述第一分离光流的光通道上以生成第一调制光流；
将第二组数据流调制到所述第二分离光流的光通道上以生成第二调制光流；和
基于所述第一调制光流和所述第二调制光流的组合生成第一光输出流。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述第二光流分离成第三分离光流和第四分离光流；
将第三组数据流调制到所述第三分离光流的光通道上以生成第三调制光流；
将第四组数据流调制到所述第四分离光流的光通道上以生成第四调制光流；和
基于所述第三调制光流和所述第四调制光流的组合，生成第二光输出流。
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