CN1164960C - 密集树形光交换网络 - Google Patents

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Abstract

一种光交换网络，用于将P个开关输入波导(12)连接到Q个开关输出波导(14)。开关输入波导进入包括多个分支级联(30)的分支子网络(16)。在每个分支级联中，1×2分光器(26)的阵列将该级联的输入波导连接到该级联的输出波导，并且该级联的输出波导在级联内交叉，以使连接相同开关输入波导的输出波导从级联中出射，且相隔P个输出波导。分支子网络(22)的输出波导直接连接组合网络(20)的2×1组合器(28)，该组合子网络(20)将分支子网络的输出波导连接到Q个开关输出波导。

Description

密集树形光交换网络
技术领域
本发明涉及一种光交换网络，特别是一种绝对无阻塞的具有低交扰和有效利用空间的树形网络结构。
背景技术
首先回顾Andrzej Jajszczyk和H.T.Mouftah在“树形光交换网络”一文中的树形网络(IEEE网络，9卷第1页10-16行)(1995)，该文件为说明的目的引出。图1示出了将P个输入波导12连接到Q个输出波导14的一般树形网络的高层布局。输入波导12进入分支区域16，在这里1×2分光器的一个阵列将输入波导12连接到PQ分支区域输出波导22。输出波导14从组合区域20引出；在组合区域20中，2×1组合器的一个阵列将输出波导14连接到PQ组合区域输入波导24。波导22和24以允许任何输入波导12被连接到输出波导14的任何组合的方式，连接在一个互连区域18中。
图2示出了一个传统的用于将四个输入波导12连接到四个输出波导14的4×4树形网络结构。四个输入波导12由二进制索引符00、01、10和11连续地索引。同样，四个输出波导14由二进制索引符00、01、10和11连续地索引。
输入波导12进入一个分支区域16，该分支区域16包含1×2分光器26的两个分支级联30。输入波导12是第一分支级联30的输入波导。按照称之为“最低有效插入位顺序”的方式相对于输入波导12索引第一分支级联30的八个输出波导。对于第一分支级联30的每个1×2分光器，通过将零加到输入波导的索引来获得上输出波导的索引，并且通过将一加到输入波导的索引来获得下波导的索引。第一分支级联30的八个输出波导是第二分支级联30的八个输入波导，并且第二分支级联30的十六个输出波导按最低有效插入位顺序相对于第二分支级联30的八个输入波导来索引。
同样，输出波导14从组合区域20中引出，该组合区域20包括2×1组合器28的两个组合级联32。输出波导14是第二组合级联32的输出波导。第二组合级联32的八个输入波导按照最低有效插入位顺序相对于输出波导14来索引。第二组合级联32的八个输入波导是第一组合级联32的八个输出波导，并且第一组合级联32的十六个输入波导按照最低有效插入位顺序相对于第一组合级联32的八个输出波导来索引。
分支区域16的十六个输出波导的每个经由互连区域18连接组合区域20的十六个输入波导之一。分支区域16的特定输出波导连接组合区域20的哪个输入波导是通过交换输出波导索引的第一和第二半来确定的，如下表所示：
    输出波导     连接输入波导
    0000     0000
    0001     0100
    0010     1000
    0011     1100
    0100     0001
    0101     0101
    0110     1001
    0111     1101
    1000     0010
    1001     0110
    1010     1010
    1011     1110
    1100     0011
    1101     0111
    1110     1011
    1111     1111
为了附图简洁起见，这些连接未在图2中清楚地示出。
图7是按定向耦合器实施的1×2分光器26的示意图。输入波导36导入一个耦合波导38，耦合波导38又导入一个输出波导42。耦合波导38靠近并平行于另一个耦合波导40，该耦合波导40导入另一个输出波导44。耦合波导38和40都具有长度L。耦合波导38和40由相应的电极46和48覆盖。
耦合波导38和40靠得足够近，使耦合波导38中光传播的渐逝场与耦合波导40重叠，并且被耦合到耦合波导40中。耦合强度由耦合系数k表征，这样在一个距离l＝π/(2k)中，进入波导38的所有光能通过对波导40的这一耦合来传送。距离l被称作传送长度。l对L的比值被定义为1×2分光器26的“正规化耦合长度”。
在1×2定向耦合器分光器26的一种类型中，选择L等于l，所以该类型的1×2分光器26的正规化耦合长度等于1。由于未把电压加到电极46和48上，因此该类型的1×2定向耦合器分光器26处于“交叉”状态(如上所述)，其中进入输入波导36中的定向耦合器分光器26的所有光能经由耦合波导40传递到输出波导44上。为了将这种类型的定向耦合器分光器26切换成“直通”状态，使进入输入波导36中的定向耦合器分光器26的所有光能经输出波导42离开定向耦合器分光器26，应将极性相反的电压加到电极46和48上，从而以反向方向充分地改变耦合波导38和40的折射率，从而改变耦合系数k，使定向耦合器分光器26的传送长度l变成L/2，并且使传播一个距离L/2之后从耦合波导38传送到耦合波导40的所有光能，在传播一个距离L之后反向传递到耦合波导38。
在另一类型的1×2定向耦合器分光器26中，正规化耦合长度等于1/2。由于电极46和48上未施加电压，该类型的1×2定向耦合器分光器26处于“全通”状态：经输入波导36进入该类型的1×2定向耦合器分光器26的光能只有一半被传递到输出波导44，剩余的光能经输出波导42离开该类型的1×2定向耦合器分光器26。通过将适当的电压加到电极46和48上，可以使该类型的1×2定向耦合器分光器26或者置于交叉状态或者置于直通状态。
图8是按一个马赫陈德尔干涉仪实施的1×2分光器26的示意图。输入波导36通过一个分光机构52耦合到上分支波导54和下分支波导56。分光机构52可以是一个如图所示的y分支耦合器，或者可以是有源1×2分光器，比如定向耦合器分光器。上分支波导54导入一个耦合波导38’，耦合波导38’导入输出波导42。下分支波导56导入靠近并平行于耦合波导38’的另一个耦合波导40’，耦合波导40’导入输出波导44。耦合波导38’和40’都具有长度L。上和下分支波导54和56由相应的电极58和60部分地覆盖。
与图7的耦合波导38和40相类似，图8的耦合波导38’和40’被充分地靠近，使耦合波导38’中光传播的渐逝场与耦合波导40’重叠并耦合到耦合波导40’中。这里，耦合强度也由耦合系数k来表征，这样，在一个传送长度l＝π/(2k)中，通过对波导40的这一耦合来传递进入波导38的所有光能。
像在定向耦合器分光器26的场合下一样，马赫陈德尔分光器26可以具有1的正规化耦合长度或者具有1/2的正规化耦合长度。在具有正规化耦合长度1的马赫陈德尔分光器26的情况下，由于没有电流流经电极58和60，因此，经输入波导36进入的所有光能经过输出波导44离去。为了使输入光能经输出波导42离去，应当将足够的电流作用于电极58或60的一个(电极)，以加热相应的分支波导54或56，使相应的波导54或56的折射率的变化结果足以改变耦合波导38’和40’中光的相对相位，以致经输入波导36进入的所有光能此时经输出波导42离去而不是经输出波导44离去。
在具有1/2的正规化耦合长度的马赫陈德尔分光器26的情况下，由于没有电流流经电极58和60，因此，经输入波导36进入的光能的一半经输出波导42离开该马赫陈德尔分光器26，另一半光能经输出波导44离开该马赫陈德尔分光器26。将适当的电流作用于电极58或60的一个(电极)，使所有的输入光能经输出波导42离开该马赫陈德尔分光器，将适当的电流作用于另一个电极58或60，使所有的输入光能经输出波导44离开该马赫陈德尔分光器。
尽管原则上，马赫陈德尔分光器26只需要制造一个电极(或者电极58或者电极60)以进行该切换，但在实际上，要制造两个电极，因为制造处理改变了分支波导54和56的性质；因此制造两个电极58和60，通过诱发分支波导54和56特性的等同变化可以保持马赫陈德尔分光器26的对称性。
由于马赫陈德尔分光器26的对称性，可以随意将两个输出状态的一个指定为交叉状态，将另一个指定为直通状态。为了与定向耦合器分光器26的描述相一致，所有输入光能经输出波导42从马赫陈德尔分光器26出射的状态，在这里被认为是直通状态；以及所有输入光能经输出波导44从马赫陈德尔分光器26出射的状态在这里被认为是交叉状态。
需要说明的是，具有1/2的正规化耦合长度的定向耦合分光器26和马赫陈德尔分光器26的全通状态是被动状态。当电压未加到电极46和48上时，具有1/2的正规化耦合长度的定向耦合器分光器26处于全通状态。当没有电流流过电极58和60时，具有1/2的正规化耦合长度的马赫陈德尔分光器26处于其全通状态。
通过交换输入和输出波导的角色，图7和图8所示的1×2分光器26被变换成2×1组合器28。在2×1组合器28的直通状态下，经输入波导42输入的所有光能，而不包括经输入波导44输入的光能，经输出波导36出射；并且在2×1组合器28的交叉状态下，经输入波导44输入的所有光能，而不包括经输入波导42输入的光能，经输出波导36出射。在这种2×1组合器的全通状态下，经输入波导42或44进入的光信号能量的一半被叠加在输出波导36中，其另一半能量散射损失。
输入波导12和输出波导14的数量不需要是二的幂，并且不需要相等。图3示出了传统4×3树形网络结构，用于将四个输入波导12连接到三个输出波导16。图3的波导像图2那样索引。与图2相同，分支级联30的输出波导相对于分支级联30的输入波导按照最低有效插入位顺序从分支级联30出射，组合级联32的输入波导相对于组合级联32的输出波导按照最低有效插入位顺序进入组合级联32。下表示出了分支区域16的输出波导是如何连接互连区域18中的组合区域20的输入波导的：
    输出波导     连接输入波导
    0000     0000
    0001     0100
    0010     1000
    0100     0001
    0101     0101
    0110     1001
    1000     0010
    1001     0110
    1010     1010
    1100     0011
    1101     0111
    1110     1011
需要说明的是，图1-3的光交换网络是可逆的。通过将组合器28用作分光器以及将分光器26用作组合器，则输出波导14可以用作输入波导，以及输入波导12可以用作输出波导。例如，图3所示的树形网络结构还可以是传统的3×4树形网络的结构。
对于连接到组合区域20的输入波导的分支区域16的输出波导，这些波导必须广泛地相互交叉。相互交叉的波导必须以足够大的角度交叉，以防止交扰。如果输入波导12和输出波导14的数量很大，则如果互连区域18不制作得过分大则很难实现这一点。
因而，存在一种普遍地认识：需要一种比已知的树形网络结构的交扰更低和空间利用率更佳的树形网络结构，有了这种树形网络结构将是非常有利的。
发明内容
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；(b)N个开关输出波导；(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个分支级联包括多个1×2分光器，每个分支级联的每个1×2分光器将每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到每个分支级联的两个分支级联输出波导，该开关输入波导充当多个分支级联的第一分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联而不是一个最后分支级联的分支级联输出波导充当对每个分支级联而不是最后分支级联的一个后继分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联的至少某些分支级联输出波导相互交叉，以使每个分支级联的分支级联输出波导相对于每个分支级联的分支级联输入波导按照第k插入位顺序从每个分支级联出射，其中k是大于j的整数；和(d)2×1组合器的组合子网络，用于将最后分支级联的分支级联输出波导连接到N个开关输出波导，最后分支级联的分支级联输出波导直接连接相应的2×1组合器。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；(b)N个开关输出波导；(c)一个1×2分光器的分支子网络；和(d)一个经分支子网络连接到开关输入波导的组合子网络，该组合子网络包括多个连续组合级联，每个组合级联包括多个2×1组合器，每个组合级联的每个2×1组合器将每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一组合级联的组合级联输入波导直接连接分支子网络的相应的1×2分光器，每个组合级联而不是第一组合级联的组合级联输入波导充当对每个组合级联而不是第一组合级联的一个前任组合级联的组合级联输出波导，开关输出波导充当一个最后组合级联的组合级联输出波导，每个组合级联的至少某些组合级联输入波导相互交叉，以使每个组合级联的组合级联输入波导相对于每个组合级联的组合级联输出波导按照第k插入位顺序进入每个组合级联，其中k是大于j的整数。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；(b)Q个开关输出波导，其中Q是大于2的整数；(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个分支级联包括多个1×2分光器，每个分支级联的每个1×2分光器将每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到每个分支级联的两个分支级联输出波导，该开关输入波导充当多个分支级联中的第一分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联而不是一个最后分支级联的分支级联输出波导充当对每个分支级联而不是最后分支级联的一个后继分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联的至少某些分支级联输出波导相互交叉，以使每个分支级联的分支级联输出波导相对于每个分支级联的分支级联输入波导按照第k插入位顺序从每个分支级联出射，其中k是大于最小整数j的整数，使2j至少与P和Q之中一个较大者一样大；和(d)2×1组合器的组合子网络，用于将最后分支级联的分支级联输出波导连接到Q个开关输出波导，最后分支级联的分支级联输出波导直接连接相应的2×1组合器。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；(b)Q个开关输出波导，Q是大于2的整数；(c)一个1×2分光器的分支子网络；和(d)一个经分支子网络连接开关输入波导的组合子网络，该组合子网络包括多个连续组合级联，每个组合级联包括多个2×1组合器，每个组合级联的每个2×1组合器将每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一组合级联的组合级联输入波导直接连接分支子网络的相应的2×1分光器，每个组合级联而不是第一组合级联的组合级联输入波导充当对每个组合级联而不是第一组合级联的一个前任组合级联的组合级联输出波导，开关输出波导充当一个最后组合级联的组合级联输出波导，每个组合级联的至少某些组合级联输入波导相互交叉，以使每个组合级联的组合级联输入波导相对于每个组合级联的组合级联输出波导按照第k插入位顺序进入每个组合级联，其中k是大于最小整数j的整数，使-至少与P和Q之中一个较大者一样大。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；(b)N个开关输出波导；(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个分支级联包括多个1×2分光器，每个分支级联的每个1×2分光器将每个分支级联的分支级联输入波导连接到每个分支级联的两个分支级联输出波导，该开关输入波导充当多个分支级联中的第一分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联而不是一个最后分支级联的分支级联输出波导充当对每个分支级联而不是最后分支级联的一个后继分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联的至少某些分支级联输出波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输入波导的每个分支级联的分支级联输出波导从每个分支级联中出射，且至少相隔每个分支级联的N个分支级联输出波导；和(d)2×1组合器的组合子网络，用于将最后分支级联的分支级联输出波导连接到N个开关输出波导，最后分支级联的分支级联输出波导直接连接相应的2×1组合器。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；(b)N个开关输出波导；(c)一个1×2分光器的分支子网络；和(d)一个经分支子网络连接开关输入波导的组合子网络，该组合子网络包括多个连续组合级联，每个组合级联包括多个2×1组合器，每个组合级联的每个2×1组合器将每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一组合级联的组合级联输入波导直接连接分支子网络的相应的1×2分光器，每个组合级联而不是第一组合级联的组合级联输入波导充当对每个组合级联而不是第一组合级联的一个前任组合级联的组合级联输出波导，开关输出波导充当一个最后组合级联的组合级联输出波导，每个组合级联的至少某些组合级联输入波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输出波导的每个组合级联的组合级联输入波导进入每个组合级联，且至少相隔每个组合级联的N个组合级联输出波导。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；(b)Q个开关输出波导，其中Q是大于2的整数；(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个分支级联包括多个1×2分光器，每个分支级联的每个1×2分光器将每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到每个分支级联的两个分支级联输出波导，该开关输入波导充当第一分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联而不是一个最后分支级联的分支级联输出波导充当对每个分支级联而不是最后分支级联的一个后继分支级联的分支级联输入波导，每个分支级联的至少某些分支级联输出波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输入波导的每个分支级联的分支级联输出波导从每个分支级联中出射，且至少相隔每个分支级联的P个分支级联输出波导；和(d)2×1组合器的组合子网络，用于将最后分支级联的分支级联输出波导连接到Q个开关输出波导，最后分支级联的分支级联输出波导直接连接相应的2×1组合器。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；(b)Q个开关输出波导，Q是大于2的整数；(c)一个1×2分光器的分支子网络；和(d)一个经分支子网络连接开关输入波导的组合子网络，该组合子网络包括多个连续组合级联，每个组合级联包括多个2×1组合器，每个组合级联的每个2×1组合器将每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一组合级联的组合级联输入波导直接连接分支子网络的相应的1×2分光器，每个组合级联而不是第一组合级联的组合级联输入波导充当对每个组合级联而不是第一组合级联的一个前任组合级联的组合级联输出波导，开关输出波导充当一个最后组合级联的组合级联输出波导，每个组合级联的至少某些组合级联输入波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输出波导的每个组合级联的组合级联输入波导进入每个组合级联，且至少相隔每个组合级联的Q个组合级联输入波导。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)至少4个输入波导；(b)至少4个输出波导；(c)多个1×2分光器，用于从输入波导接收光信号；和(d)多个2×1组合器，用于从1×2分光器接收信号以及将该信号送入输出波导；其中从包括1×2分光器和2×1组合器的组中选出的至少一个部件具有约等于1/2的奇数倍的正规化耦合长度。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)至少4个网络输入波导；(b)至少4个网络输出波导；(c)多个1×2分光器，每个1×2分光器从至少一个网络输入波导接收光信号并且将该信号送入给两个相应分光器输出波导的至少一个，至少一个1×2分光器具有：(i)一个被动状态，其中由至少一个1×2分光器接收的信号经两个相应分光器输出波导出射，(ii)一个第一主动状态，其中由至少一个1×2分光器接收的信号仅经由相应分光器输出波导中的第一输出波导出射，和(iii)一个第二主动状态，其中由至少一个1×2分光器接收的信号仅经由相应分光器输出波导中的第二输出波导出射；以及(d)多个2×1组合器，每个2×1组合器经由两个相应组合器输入波导中的至少一个输入波导接收来自1×2分光器的信号以及将该信号送入至少一个网络输出波导，至少一个2×1组合器具有：(i)一个被动状态，其中由至少一个2×1组合器经两个相应组合器输入波导接收的信号被叠加在至少一个2×1组合器中，(ii)一个第一主动状态，其中由至少一个2×1组合器经由相应组合器输入波导中的第一输入波导接收的信号的至少一部分从至少一个2×1组合器中出射，和(iii)一个第二主动状态，其中由至少一个2×1组合器经由相应组合器输入波导中的第二输入波导接收的信号的至少一部分从至少一个2×1组合器中出射。
根据本发明，提供了一个光交换网络，包括：(a)P个输入波导，其中P是至少等于4的整数；(b)Q个输出波导，其中Q是至少等于4的整数；和(c)多个将输入波导连接到输出波导的光开关，每个光开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2－2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。
根据本发明，提供了一种光交换网络，包括：(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；(b)N个输出波导；和(c)多个根据CLOS结构将N个输入波导连接到N个输出波导的光开关，包括：(i)一个第一级，包括开关的r个n×m子网络，(ii)一个第二级，包括开关的m个r×r子网络，(iii)一个第三级，包括开关的r个m×n子网络，其中n和r是使N为n与r的乘积的整数，以及m是至少等于2n－1的整数，每个开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6－2/r-4/n)的最坏交扰。
如下文的详细描述，本发明的树形网络结构是通过将波导交叉集中到分支区域16中实现其有效空间利用的目的。另一种树形网络结构是已知的，它在分支区域16、互联区域18和组合区域20之中分布波导交叉。例如，参见Spanke的美国专利US4787692和Okuyama等人的美国专利US4852958。与本发明不同，这些现有技术的树形网络结构没有将波导交叉专门集中到分支区域16中。
不同于现有技术树形网络的本发明的树形网络结构的另一方面是，在本发明的树形网络中，分支区域16的输出波导直接连接组合区域20的输入波导，实际上，分支区域16的输出波导充当组合区域20的输入波导，并且将分支区域1 6的最后分支级联30的1×2分光器26直接连接组合区域20的第一组合级联32的2×1组合器28。Tomoaki Kato等人在“Hybrid integrated 4×4opticalmatrix switch module on silica based planar waveguide platform”(IEEE TransElectron，VOL.E82-C no.2 pp.305-311(1999年2月)一文中描述了类似本发明的4×4光交换网络的一个光交换网络，但是具有诸如插入在分支区域16的输出波导与组合区域20的输入波导之间的半导体光放大器之类的部件。
与传统的树形网络结构的情况相同，本发明的树形网络结构也是可逆的。
为了实现低交扰的目的，本发明的范围通常也包括光交换网络，无论是具有本发明的结构还是具有现有技术结构，都是以具有被动全通状态的1×2分光器和2×1组合器为基础的。这种分光器和组合器的优选实例包括光开关，比如定向耦合器和马赫陈德尔干涉仪，它们具有等于1/2的奇数倍的正规化耦合长度。最好是1/2的倍数是1/2本身。如下所述，这种光交换网络更紧凑，并且与可比结构的现有技术光交换网络相比，具有更低的电功率消耗和更低的最坏交扰。
两个这样的光网络是特别重要的。一个光交换网络基于将P≥4个输入波导连接到Q≥4个输出波导的一个树形结构，其分光器和组合器具有Δ的消光比；该光交换网络具有至多Δ2(2－2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。一个光交换网络基于经过三级子网络将N≥16个输入波导连接到N个输出波导的一个CLOS结构，其第一级包括r个n×m子网络，其中nr＝N和m≥2n-1，其第二级包括m个r×r子网络，其第三级包括r个m×n子网络；该光交换网络具有至多Δ2(log2n+log2m+log2r)的最坏交扰。
本发明的范围还包括依赖于这种分光器和组合器的切换光能量的方法。
附图说明
下面参考附图仅以举例方式说明本发明。
图1是一般树形网络的高级图；
图2示出了传统的4×4树形网络的结构；
图3示出了传统的4×3树形网络的结构；
图4示出了本发明的4×4树形网络的结构；
图5示出了本发明的3×4树形网络的结构；
图6示出了在一个4”直径硅片上的本发明的16×16光交换网络的布局；
图7是作为定向耦合器实施的1×2分光器的示意图；
图8是作为马赫陈德尔干涉仪实施的1×2分光器的示意图；
图9示出了一个CLOS网络的结构。
具体实施方式
本发明是一种比已知的光交换网络更紧凑并具有更少交扰的光交换网络。
通过参考附图和相应的说明，将会更好地理解本发明的光交换网络的原理和操作。
参见附图，图4示出了本发明的4×4网络的结构，该网络将四个输入波导12连接到四个输出波导14。与图2中的传统结构相同，输入波导12和输出波导14使用从00到11的二进制数字连续地索引。图4的结构与图2的传统结构的主要差别在于分支级联30的输出波导从分支级联30中出射的方式。具体地说，任何一个分支级联30的输出波导以所谓的“第三插入位顺序”从分支级联30中出射。如果输出波导的索引具有三个比特，则在输入波导的索引的第二与第三比特之间插入一个零，如果输入波导的索引具有两个比特，则将一个零附加到输入波导的索引的左端，由此获得从1×2分光器26的任一个出射的上输出波导的索引。如果输入波导的索引具有三个比特，则在输入波导的第二与第三比特之间插入一个一，如果输入波导的索引具有二个比特，则将一个一附加到输入波导的索引的左端，由此获得从1×2分光器26的任一个出射的下输出波导的索引。因此，分支区域16的每个输出波导对立于分支区域16的输出波导必须连接的组合区域20的输入波导，从分支区域16中出射。分支区域16的输出波导直接连接组合区域20的相应输入波导，并且在互连区域18中没有波导交叉。
一般地说，本发明的2j×2j网络的结构的构造用于将2j个输入波导12连接到2j个输出波导14。该构造是通过使用从0到2j-1的二进制数字索引2j个输入波导和2j个输出波导开始(建造)的。例如，对于j＝3(八个输入波导12和八个输出波导14)，索引是000至111，对于j＝4(十六个输入波导12和十六个输入波导14)，索引是0000至1111。本发明的2j×2j网络的分支区域16包括j个分支级联30。这些分支级联30之一的输出波导按照第j+1插入位顺序从分支级联30中出射。作为第一分支级联30的1×2分光器26的输入波导的输入波导12的索引具有j个比特。通过将一个零附加到第一分支级联30的一个1×2分光器26的输入波导的索引的左端，获得从该1×2分光器26中出射的上输出波导的索引，通过将一个一附加到第一分支级联30的一个1×2分光器26的输入波导的索引的左端，获得从该1×2分光器26出射的低输出波导的索引。后续分支级联30的1×2分光器26的输入波导的索引具有多于j个比特的比特。通过在后续分支级联30的一个1×2分光器26的输入波导的索引的第j比特与第j+1比特之间插入一个零，获得从该1×2分光器26出射的上输出波导的索引。通过在后续分支级联30的一个1×2分光器26的输入波导的索引的第j比特与第j+1比特之间插入一个一，获得从该1×2分光器26出射的下输出波导的索引。
更具体地说，本发明的2j×2j网络的分支级联30的输出波导按照第k插入位顺序从分支级联30出射，其中k是一个大于j但不大于这些输出波导的索引的比特数的整数。为了使波导交叉的数量最小，k的优选值是j+1。
图4所示的4×4网络包括交叉分支级联30的选定输出波导的伪波导50。按照Okuyama等人在美国专利US4,852,958中的教导，伪波导50均衡由分支级联30的每个输出波导交叉的其它波导的数量，使图4的4×4网络具有近似均匀的输出光强。
像在传统的树形网络结构中那样，本发明的树形网络结构适用于不是二的幂的输入波导12和输出波导14的数量。图5示出了本发明的3×4网络的结构，用于将三个输入波导12连接到四个输出波导14。像在图4的树形结构中那样，图5的树形网络结构的两个分支级联30的输出波导按照第三插入位顺序从它们的相应分支级联30中出射。一般来说，将P个输入波导连接到Q个输出波导的本发明的一个树形网络结构是通过构建将2j个输入波导连接到2j个输出波导的本发明的一个树形网络结构而得到的，其中j是一个使2j大于或等于P和Q中较大者的最小整数；然后消除无用的波导、分光器和组合器。该网络具有j个分支级联30，并且每个分支级联30的输出波导按照第k插入位顺序从分支级联30中出射，其中k是一个大于j但不大于这些输出波导的索引中的比特数的整数。像在2j×2j结构中的情况那样，对于所有的分支级联30，k的优选值是j+1。然而，应当注意，本发明的范围不包括P或Q等于1或2的退化情况，因为在这些情况下，传统树形网络结构和本发明的树形网络结构相同。
换句话说，本发明的树形网络结构是由分支级联30的性质表征的，即，在用于将P个输入波导12连接到Q个输出波导14的一个网络中，连接到相同输入波导12的任何分支级联30的输出波导从分支级联30中出射，且相隔至少P个输出波导。例如，在图4的结构中，连接具有索引00的输入波导12的分支波导000和100从第一分支级联30中出射，且相隔四个分支波导(插入在分支波导000与100之间的分支波导001，010和011)；(最终)连接具有索引01的输入波导12的分支波导1001和1101从第二分支级联30中出射，且相隔四个分支波导(插入在分支波导1001与1101之间的分支波导1010，1011和1100)。同样，在图5的结构中，连接具有索引01的输入波导12的分支波导001和101从第一分支级联30中出射，且相隔三个分支波导(插入在分支波导001与101之间的分支波导010和100)；(最终)连接具有索引10的输入波导12的分支波导0010和0110从第二分支级联30中出射，且相隔三个分支波导(插入在分支波导0010与0110之间的分支波导0100和0101)。
与图4中的4×4网络相似，图5的3×4网络包括伪波导50，用于交叉分支级联30的选定输出波导以确保图5的3×4网络具有近似均匀的输出光强。
像在传统树形网络结构情况下那样，本发明的树形网络结构是可逆的。通过交换所有波导的角色和交换1×2分光器以及2×1组合器的角色，把P个输入波导连接到Q个输出波导的结构可以被用来把Q个输入波导连接到P个输出波导。
图6示出了本发明的在一个4”硅片的表面上的16×16光交换网络的布局，用于将十六个输入波导12连接到十六个输出波导14。互连区域18、组合区域20和四个构成分支区域的分支级联30a、30b、30c和30d用虚线画出。需要注意的是，互连区域18和组合区域20在径向方向上是位于分支级联30a、30b、30c和30d之外。每个分光器26和每个组合器28(未明确示出)为9mm长。为了使损耗和交扰最小，波导以至少30°的角度交叉，并且弯曲半径至少为5mm。最坏情况下，该布局具有好于40dB的交扰和低于7dB的插入损耗。
尽管图6所示的特殊布局打算用于在4”硅片的实施，然而本领域的熟练技术人员将明白如何应用本发明的原理在任何合适的光电基片上，例如在4”Z-cut铌酸锂晶片上制造光交换网络。
本发明的另一方面是基于以下发现：与以其它类型的1×2分光器26和2×1组合器28为基础的类似的光交换网络相比，以具有被动全通状态的1×2分光器26和2×1组合器28为基础的光交换网络具有非常低的最坏交扰。具有被动全通状态的1×2分光器26和2×1组合器28的实例包括，但不局限于，图7和图8所示的具有上述的1/2的正规化耦合长度的1×2分光器26和2×1组合器28。需要注意的是，一般来说，正规化耦合长度可以是1/2的奇数倍，尽管1/2的正规化耦合长度是优选的。
具体地说，以具有被动交叉状态的开关26和28为基础的将P个输入波导连接到Q个输出波导的P×Q树形网络是这样的网络：一种传统的树形网络，某些其它现有技术的树形网络，或者本发明的一种树形网络，被显示为：如果log2P≤Q则具有Δ2log2P的最坏交扰，和如果log2P＞Q则具有Δ2(Q-1)的最坏交扰，其中Δ是一个开关的消光比，也就是，(在1×2分光器26的情况下)当该开关处于纯交叉状态或处于纯直通状态时传送到预期输出波导的光功率对传送到其它波导的光功率的比值的倒数。基于具有被动全通状态的开关26和28的一个P×Q树形网络可以被显示为具有：Δ2(2-2/L)的最坏交扰，其中L＝min(P，Q)。当P和Q至少等于4时，该交扰明显小于基于现有技术开关的P×Q树形网络的交扰。
此外，基于具有被动全通状态的开关26和28的光交换网络与类似的现有技术光交换网络相比，在传播或多点传送模式中使用了更少的电功率，并且比类似的现有技术光交换网络更紧凑。
为了将大量的输入波导连接到大量的输出波导，通常使用CLOS网络，如R.A.Spanke在“Architectures for guided wave optical space switching systems”一文中公开的网络(IEEE Communications Magazine，vol.25 no 5(1987)pp.42-48)。图9示出了经由包括r个n×m子网络68的第一级62、包括m个r×r子网络70的第二级64和包括r个m×n子网络72的第三级66，将N个输入波导12连接到N个输出波导14的三级CLOS网络，其中nr＝N和m≥2n-1。如图所示，级62、64和66通过中间波导74互连。子网络68、70和72可以是传统的树形网络或者本发明的树形网络。基于现有技术分光器和组合器的三级CLOS网络的最坏交扰是Δ2(log2n+log2m+log2r)。可以表明，基于具有被动全通状态的1×2分光器和2×1组合器的一个三级CLOS网络具有仅Δ2(6-2/r-4/n)的最坏交扰。
尽管已经结合有限数量的实施例说明了本发明，但很显然，可以做出本发明的许多变化、改进和其它应用。

Claims (43)

1.一种光交换网络，包括：
(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；
(b)N个开关输出波导；
(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个所述分支级联包括多个1×2分光器，所述每个分支级联的每个所述1×2分光器将所述每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到所述每个分支级联的两个分支级联输出波导，所述开关输入波导充当所述分支级联中的第一分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联而不是一个最后所述分支级联的所述分支级联输出波导充当对所述每个分支级联而不是对所述最后分支级联的一个后继分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联的至少某些所述分支级联输出波导相互交叉，以使所述每个分支级联的所述分支级联输出波导相对于所述每个分支级联的所述分支级联输入波导按照第k插入位顺序从所述每个分支级联出射，其中k是大于j的整数；和
(d)2×1组合器的组合子网络，用于将所述最后分支级联的所述分支级联输出波导连接到所述N个开关输出波导，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导直接连接相应的所述2×1组合器。
2.根据权利要求1所述的光交换网络，其中所述的组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括所述2×1组合器中的一些2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，所述开关输出波导充当所述组合级联中的一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联而不是第一个所述组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是对所述第一组合级联的前任组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联的所述组合级联输入波导相对于所述每个组合级联的所述组合级联输出波导按照最低有效插入位顺序进入所述每个组合级联，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导充当所述第一组合级联的所述组合级联输入波导。
3.根据权利要求1所述的光交换网络，在一个圆晶片表面上制作。
4.根据权利要求3所述的光交换网络，其中N至少为8，并且所述的圆晶片具有最大约4英寸的直径。
5.根据权利要求4所述的光交换网络，其中N至少为16。
6.根据权利要求3所述的光交换网络，其中所述组合子网络在径向方向上位于所述级联之外。
7.根据权利要求1所述的光交换网络，其中k＝j+1。
8.根据权利要求1所述的光交换网络，其中，在至少一个所述分支级联中，所述分支级联输出波导的至少一部分由至少一个伪波导交叉。
9.根据权利要求1所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/N)的最坏交扰。
10.一种光交换网络，包括：
(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；
(b)N个开关输出波导；
(c)一个1×2分光器的分支子网络；和
(d)一个经所述分支子网络连接所述开关输入波导的组合子网络，所述组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括多个2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，所述组合级联中的第一组合级联的所述组合级联输入波导直接连接所述分支子网络的相应的所述1×2分光器，每个所述组合级联而不是所述第一组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是对所述第一组合级联的前任组合级联的所述组合级联输出波导，所述开关输出波导充当一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联的至少某些所述组合级联输入波导相互交叉，以使所述每个组合级联的所述组合级联输入波导相对于所述每个组合级联的所述组合级联输出波导以第k插入位顺序进入所述每个组合级联，其中k是大于j的整数。
11.根据权利要求10所述的光交换网络，其中k＝j+1。
12.根据权利要求10所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/N)的最坏交扰。
13.一种光交换网络，包括：
(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；
(b)Q个开关输出波导，其中Q是大于2的整数；
(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个所述分支级联包括多个1×2分光器，所述每个分支级联的每个所述1×2分光器将所述每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到所述每个分支级联的两个分支级联输出波导，所述开关输入波导充当所述分支级联中的第一分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联而不是一个最后的所述分支级联的所述分支级联输出波导充当对所述每个分支级联而不是所述最后分支级联的一个后继分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联的至少某些所述分支级联输出波导相互交叉，以使所述每个分支级联的所述分支级联输出波导相对于所述每个分支级联的所述分支级联输入波导以第k插入位顺序从所述每个分支级联出射，其中k是一个大于最小整数j的整数，使2j至少等于P和Q之中的较大者；和
(d)一个2×1组合器的组合子网络，用于将所述最后分支级联的所述分支级联输出波导连接到所述Q个开关输出波导，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导直接连接相应的所述2×1组合器。
14.根据权利要求13所述的光交换网络，其中k＝j+1。
15.根据权利要求13所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为△2(2-2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。
16.一种光交换网络，包括：
(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；
(b)Q个开关输出波导，Q是大于2的整数；
(c)一个1×2分光器的分支子网络；和
(d)一个经所述分支子网络连接所述开关输入波导的组合子网络，所述组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括多个2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一个所述组合级联的所述组合级联输入波导直接连接所述分支子网络的相应的所述2×1分光器，每个所述组合级联而不是所述第一组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是所述第一组合级联的一个前任组合级联的所述组合级联输出波导，所述开关输出波导充当一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联的至少某些所述组合级联输入波导相互交叉，以使所述每个组合级联的所述组合级联输入波导相对于所述每个组合级联的所述组合级联输出波导以第k插入位顺序进入所述每个组合级联，其中k是一个大于最小整数j的整数，使2j至少与P和Q之中一个较大者一样大。
17.根据权利要求16所述的光交换网络，其中k＝j+1。
18.根据权利要求16所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。
19.一种光交换网络，包括：
(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；
(b)N个开关输出波导；
(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个所述分支级联包括多个1×2分光器，所述每个分支级联的每个所述1×2分光器将所述每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到所述每个分支级联的两个分支级联输出波导，所述开关输入波导充当所述分支级联中的第一分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联而不是一个最后的所述分支级联的所述分支级联输出波导充当对所述每个分支级联而不是所述最后分支级联的一个后继分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联的至少某些所述分支级联输出波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输入波导的所述每个分支级联的所述分支级联输出波导从所述每个分支级联中出射，且至少相隔所述每个分支级联的N个所述分支级联输出波导；和
(d)一个2×1组合器的组合子网络，用于将所述最后分支级联的所述分支级联输出波导连接到所述N个开关输出波导，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导直接连接相应的所述2×1组合器。
20.根据权利要求19所述的光交换网络，其中所述的组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括所述2×1组合器中的一些2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，所述开关输出波导充当所述组合级联中的一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联而不是所述组合级联中的第一组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是对所述第一组合级联的一个前任组合级联的所述组合级联输出波导，连接一个公共的所述开关输出波导的每个所述组合级联的所述组合级联输入波导相互临近地进入所述每个组合级联，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导充当所述第一组合级联的所述组合级联输入波导。
21.根据权利要求19所述的光交换网络，其中连接一个公共的所述开关输入波导的所述每个分支级联的所述分支级联输出波导从每个分支级联出射，且相隔所述每个分支级联的N个所述分支级联输出波导。
22.根据权利要求19所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/N)的最坏交扰。
23.一种光交换网络，包括：
(a)N＝2j个开关输入波导，其中j是大于1的整数；
(b)N个开关输出波导；
(c)一个1×2分光器的分支子网络；和
(d)一个经所述分支子网络连接所述开关输入波导的组合子网络，所述组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括多个2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，一个第一组合级联的所述组合级联输入波导直接连接所述分支子网络的相应的所述1×2分光器，每个所述组合级联而不是所述第一组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是所述第一组合级联的一个前任组合级联的所述组合级联输出波导，所述开关输出波导充当一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联的至少某些所述组合级联输入波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输出波导的所述每个组合级联的所述组合级联输入波导进入所述每个组合级联，且至少相隔所述每个组合级联的N个所述组合级联输出波导。
24.根据权利要求23所述的光交换网络，其中连接公共的所述开关输出波导的所述每个组合级联的所述组合级联输入波导进入所述每个组合级联，且相隔所述每个组合级联的N个所述组合级联输出波导。
25.根据权利要求23所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/N)的最坏交扰。
26.一种光交换网络，包括：
(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；
(b)Q个开关输出波导，其中Q是大于2的整数；
(c)一个分支子网络，包括多个连续的分支级联，每个所述分支级联包括多个1×2分光器，所述每个分支级联的每个所述1×2分光器将所述每个分支级联的一个分支级联输入波导连接到所述每个分支级联的两个分支级联输出波导，所述开关输入波导充当第一分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联而不是一个最后分支级联的所述分支级联输出波导充当对所述每个分支级联而不是所述最后分支级联的一个后继分支级联的所述分支级联输入波导，每个所述分支级联的至少某些所述分支级联输出波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输入波导的所述每个分支级联的所述分支级联输出波导从所述每个分支级联出射，且至少相隔所述每个分支级联的P个所述分支级联输出波导；和
(d)一个2×1组合器的组合子网络，用于将所述最后分支级联的所述分支级联输出波导连接到所述Q个开关输出波导，所述最后分支级联的所述分支级联输出波导直接连接相应的所述2×1组合器。
27.根据权利要求26所述的光交换网络，其中连接一个公共的所述开关输入波导的所述每个分支级联的所述分支级联输出波导从所述每个分支级联出射，且相隔所述每个分支级联的P个所述分支级联输出波导。
28.根据权利要求26所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。
29.一种光交换网络，包括：
(a)P个开关输入波导，其中P是大于2的整数；
(b)Q个开关输出波导，Q是大于2的整数；
(c)一个1×2分光器的分支子网络；和
(d)一个经所述分支子网络连接所述开关输入波导的组合子网络，所述组合子网络包括多个连续组合级联，每个所述组合级联包括多个2×1组合器，所述每个组合级联的每个所述2×1组合器将所述每个组合级联的两个组合级联输入波导连接到所述每个组合级联的一个组合级联输出波导，第一所述组合级联的所述组合级联输入波导直接连接所述分支子网络的相应的所述1×2分光器，每个所述组合级联而不是第一所述组合级联的所述组合级联输入波导充当对所述每个组合级联而不是对所述第一组合级联的一个前任组合级联的所述组合级联输出波导，所述开关输出波导充当一个最后组合级联的所述组合级联输出波导，每个所述组合级联的至少某些所述组合级联输入波导相互交叉，以使连接一个公共的所述开关输出波导的所述每个组合级联的所述组合级联输入波导进入所述每个组合级联，且至少相隔所述每个组合级联的Q个所述组合级联输入波导。
30.根据权利要求29所述的光交换网络，其中连接公共的所述开关输出波导的所述每个组合级联的所述组合级联输入波导进入所述每个组合级联，且相隔所述每个组合级联的Q个所述组合级联输入波导。
31.根据权利要求29所述的光交换网络，其中每个所述分光器和每个所述组合器具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(2-2/L)的最坏交扰，其中L是P和Q中的较小者。
32.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求13所述的光交换网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的Q个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个Q×P网络，
其中Q是至少等于2P-1的整数，r是整数，N是P与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/P)的最坏交扰。
33.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求16所述的光交换网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的Q个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个Q×P网络，
其中Q是至少等于2P-1的整数，r是整数，N是P与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/P)的最坏交扰。
34.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求26所述的光交换网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的Q个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个Q×P网络，
其中Q是至少等于2P-1的整数，r是整数，N是P与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/P)的最坏交扰。
35.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求29所述的光交换网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的Q个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个Q×P网络，
其中Q是至少等于2P-1的整数，r是整数，N是P与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/P)的最坏交扰。
36.一种光交换网络，包括：
(a)R个输入波导，其中R是至少等于16的整数；
(b)R个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述R个输入波导连接到所述R个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的N个n×m网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的m个N×N网络，至少一个所述N×N网络是权利要求1所述的光交换网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的N个m×n网络，
其中n是整数，R是n与N的乘积，m是至少等于2n-1的整数，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/N-4/n)的最坏交扰。
37.一种光交换网络，包括：
(a)R个输入波导，其中R是至少等于16的整数；
(b)R个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述R个输入波导连接到所述R个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的N个n×m网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的m个N×N网络，至少一个所述N×N网络是权利要求10所述的光交换网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的N个m×n网络，
其中n是整数，R是n与N的乘积，m是至少等于2n-1的整数，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/N-4/n)的最坏交扰。
38.一种光交换网络，包括：
(a)R个输入波导，其中R是至少等于16的整数；
(b)R个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述R个输入波导连接到所述R个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的N个n×m网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的m个N×N网络，至少一个所述N×N网络是权利要求19所述的光交换网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的N个m×n网络，
其中n是整数，R是n与N的乘积，m是至少等于2n-1的整数，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/N-4/n)的最坏交扰。
39.一种光交换网络，包括：
(a)R个输入波导，其中R是至少等于16的整数；
(b)R个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述R个输入波导连接到所述R个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的N个n×m网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的m个N×N网络，至少一个所述N×N网络是权利要求23所述的光交换网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的N个m×n网络，
其中n是整数，R是n与N的乘积，m是至少等于2n-1的整数，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/N-4/n)的最坏交扰。
40.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个Q×P网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的P个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求13所述的光交换网络，
其中P是至少等于2Q-1的整数，其中R是整数，N是Q与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/Q)的最坏交扰。
41.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个Q×P网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的P个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求16所述的光交换网络，
其中P是至少等于2Q-1的整数，其中R是整数，N是Q与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/Q)的最坏交扰。
42.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个Q×P网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的P个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求26所述的光交换网络，
其中P是至少等于2Q-1的整数，其中R是整数，N是Q与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/Q)的最坏交扰。
43.一种光交换网络，包括：
(a)N个输入波导，其中N是至少等于16的整数；
(b)N个输出波导；和
(c)多个根据CLOS结构将所述N个输入波导连接到所述N个输出波导的光开关，包括：
(i)一个第一级，包括所述开关的R个Q×P网络，
(ii)一个第二级，包括所述开关的P个R×R网络，和
(iii)一个第三级，包括所述开关的R个P×Q网络，至少一个所述P×Q网络是权利要求29所述的光交换网络，
其中P是至少等于2Q-1的整数，其中R是整数，N是Q与R的乘积，每个所述开关具有实际上等于分数Δ的消光比，该光交换网络具有一个至多约为Δ2(6-2/R-4/Q)的最坏交扰。
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