TWI615645B - 光學交換裝置、可擴展光學交換器裝置、光學環網路、及光學網路交換裝置 - Google Patents

光學交換裝置、可擴展光學交換器裝置、光學環網路、及光學網路交換裝置 Download PDF

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Abstract

本發明呈現電信交換器，該等電信交換器包含可擴展光學交換器，該等可擴展光學交換器允許將具有N個輸入×M個輸出之一交換器任意擴展成N之新數目個輸入及/或M之新數目個輸出。本發明亦提供具有內部交換器區塊控制信號旁路線之交換器，其中此等交換器可用於該等可擴展交換器。

Description

光學交換裝置、可擴展光學交換器裝置、光學環網路、及光學網路交換裝置
本發明之技術領域係關於一種可擴縮之光學交換器系統，該光學交換器系統基於經以模組化形式構造以用於擴展該交換器系統以達成一光學通信系統之期望之交換能力之光學交換器裝置。本發明進一步而言係關於併入有可擴展模組化光學交換能力之光學網路。
本申請案主張以下同在申請中之美國臨時申請案之優先權：Vorobeiehik等人於2011年10月28日提出申請、標題為「Scalable Optical Switches and Switching Modules」之第61/552,616號；Way等人於2012年2月3日提出申請、標題為「Scalable Optical Switches and Switching Modules」之第61/594,539號；及Way等人於2012年5月3日提出申請、標題為「Scalable Optical Switches and Switching Modules」之第61/642,280號，該等美國臨時申請案三者全部以引用方式併入本文中。
現代光學通信網路普遍地用於互連用於引導眾多不同之電話語音、數位視訊、網際網路及其他類型數位資料之串流的遠距、區域及都會通信中樞。此意指，為最高效且經濟地管理對此等網路之持續增加之能力及速度需求，諸多通信通道經彙總成串流，每一串流攜載高達每秒10個十億位元，目前出現每秒40及100個十億位元且未來預期每經彙總資料串流每秒數百個十億位元。數十個此等資料串流 利用分波長多工(WDM)透過網路中之每一光纖同時傳輸，其中每一串流係藉由具有稍微不同於該光纖中之其他串流之所有其他波長但可完全與其區分開之一光學波長之一光學信號攜載。此等光學串流視情況藉由光纖鏈路之每一端處之各種眾所周知之光學濾波器組件常規地組合及分離。
此等光學網路包含其中光纖在「節點」處相交之諸多位置。此等節點在諸多方面類似於一複雜公路系統之相交點。大量訊務沿著該等光纖中之每一者來到節點，但並非任何光纖上之所有訊務必需前往相同目的地。訊務中之某些訊務可前往該節點之本端之目的地，可存在該節點之本端之新訊務發端，且其他訊務可需要在自該節點之各種傳出光纖當中獨立地重新路由。達成此等節點處之訊務之必需重新組態係由交換器提供。
直至最近，用以提供此交換之主要構件將係電子的。為達成上述情況，每一光纖中之每一波長將經分離成個別實體通道，且然後彼等波長中之每一者中之資料將藉由一光學接收器轉換成二進制電資料。一旦所有資料呈電形式，其即可經輸送至眾多可能組態中之任一者中之一電子交換矩陣中，且經重新組織至多個輸出通道上之適當群組中。然後，每一輸出通道中之資料藉由具有一特定預定波長之每一輸出處之一光學傳輸器轉換回成光學的且前往每一輸出光纖之不同波長上之資料串流經重新多工且插入至彼光纖中。亦可存在與可與使用交換矩陣上之額外埠通過節點之資料整合之本端訊務相關聯之輸入及輸出資料串流。在 每一波長中使用之資料速率下，如與純光學調度相比，電光接收器及傳輸器係相對昂貴、大型且耗電的。此外，在一電交換矩陣內，需要電力以推動每一位元資料經過矩陣，且每秒可存在數千億或數萬億個位元移動經過該矩陣。原則上，電子交換可在於資料之路徑上發送資料之前提供重新組態、格式化、同步化及以其他方式最佳化資料之展示(presentation)之最大靈活性。然而，針對通過一現代節點之資料量，以電子方式交換所有項目無疑地完全不可行，且提供基本硬體之經濟性亦無法支援。此外，通過節點之頻寬僅預期隨時間增加。
在本申請案之前的大約十年中，光學交換技術已出現以補充電子交換同時且實際上達成通過節點之資料之頻寬之增加。光學交換通常將每一波長視為一凝聚(cohesive)單元且將每一波長透通地傳遞至該節點內之其目的地(一輸出光纖或與本端訊務相關聯之一波長通道)。透通光學交換器有效地建立用於欲線性或直接地傳遞至期望之輸出光纖或本端埠之指定輸入光纖上之指定波長下之光之一實體路徑。此一交換器基本上傳遞任何光學資料(不論格式或內容)，只要該光學資料在針對彼光學通道指定之光學波長範圍內即可。由於光學交換器不能修改光學波長內之詳細資料，因此其不如電子交換器一樣靈活。但更顯著地，交換彼波長之資料所需之電力僅係透過該交換器建立及維持光學路徑所需之電量，其通常係小於電子交換相同資料所需之數量級之數量級。由於電力消耗經常係可由一節點 管理之頻寬之限制因素，因此光學交換不僅便於遠程組態，而且明顯達成光學網路之當前及未來效能等級。
藉由其電子交換提供實用可擴縮性之一種廣泛接受方法係完全模組化擴展。提供支援對一適度大小交換器之需求之一基本交換模組。當期望一較大大小交換器時，替代形成提供新期望之交換器大小之一額外組件，可能互連可擴展交換器之多個模組且該等模組之間的通信使得該組模組能夠充當一較大交換器。在本發明之前，光學交換組件不能夠提供一有用類似能力。光學交換組件通常可藉由將一個組件之標準輸出連接至另一組件之標準輸入而級聯。然而，此僅提供幾何擴展，亦即，可自一單個1×8交換器級聯8個1×8交換器以形成一1×64交換器。此幾何級數變得過大過快速而不能具有多大用，且並不實際上提供一模組化可擴展交換器所需之擴展。本發明之目的係提供用以支援經整合光學交換陣列及模組之線性擴展之一構件。此等創新之技術發現揭示用於一光學交換元件之主光學電路之示意圖周邊上之小分數額外光學電路元件可提供允許多個模組在線性組態中互連之擴展埠，且此等擴展埠使得光學交換組件之間所需通信能夠使現在擴展變得實際。本文中所闡述之創新之原理可經應用以為各種常見光學交換架構提供擴展能力。因此本發明之創新針對本文中所闡述之基本累唄光學交換器架構中之任何者自可線性擴展光學交換模組達成可擴縮之光學交換系統。本發明之本文中所闡述之 架構之應用係例示性，且自此等教示獲益之熟習此項技術者將能夠將本發明應用於其他光學交換器架構組態中。
在一第一態樣中，本發明係關於一種具有擴展連接之光學交換裝置，該光學交換裝置包括一光電積體電路。該光電積體電路可包括：N個輸入光學埠，其中N>1；一輸入光路徑，其與每一輸入埠相關聯；M個光學輸出埠，其中M
Figure TWI615645BD00001
1；一輸出光路徑，其與每一輸出埠相關聯；一旁路光學交換器區塊，其與每一輸出埠相關聯；P個擴展輸入埠，其中P
Figure TWI615645BD00002
1；一擴展光路徑，其與每一擴展輸入埠相關聯且與一相關聯旁路交換器區塊連接；複數個光學交換元件及相關聯光路徑，其在該等輸入光路徑與相關聯於一輸出光路徑之一旁路交換器區塊之間形成一連接網路。
在一另外態樣中，本發明係關於一種具有擴展連接之光學交換裝置，該光學交換裝置包括一光電積體電路。該光電積體電路可包括：N個輸入光學埠，其中N
Figure TWI615645BD00003
1；一輸入光路徑，其與每一輸入埠相關聯；M個光學輸出埠，其中M>1；一輸出光路徑，其與每一輸出埠相關聯；一旁路光學交換器區塊，其與每一輸出埠相關聯；Q個擴展輸出埠，其中Q
Figure TWI615645BD00004
1；一擴展光路徑，其與每一擴展輸出埠相關聯且與一相關聯旁路交換器區塊連接；複數個光學交換元件及相關聯光路徑，其在與一輸入光路徑相關聯之該旁路交換器區塊與該等輸出埠之間形成一連接網路。
在額外態樣中，本發明係關於一種可擴展光學交換器裝置，其用於動態地組態選定數目個光學輸入埠與M個光學 輸出埠之間的互連。該交換器裝置可包括Z個光學交換模組(Z
Figure TWI615645BD00005
2)，該等光學交換模組具有光學互連以形成具有一初始模組、一終點模組及若干選用中間模組之一組態，每一光學交換模組L包括NL個輸入埠及M個輸出埠以及該等輸入埠與該等輸出埠之間的所期望之交換能力，其中NL之總和等於輸入埠之該選定數目。並非一初始模組之每一光學交換模組可具有透過旁路交換器耦合至各別輸出埠之一組擴展輸入埠且並非一終點模組之每一光學模組可具有耦合至另一模組之擴展輸入埠之一組輸出埠。
在其他態樣中，本發明係關於一種可擴展光學交換器裝置，其用於動態地組態N個光學輸入埠與選定數目個光學輸出埠之間的互連，其中該交換器裝置包括Z個光學交換模組(Z
Figure TWI615645BD00006
2)，該等光學交換模組具有光學互連以形成具有一初始模組、一終點模組及若干選用中間模組之一組態。每一光學交換模組L可包括N個輸入埠及ML個輸出埠以及該等輸入埠與該等輸出埠之間的所期望之交換能力，其中ML之總和等於輸出埠之該選定數目。並非一終點模組之每一光學交換模組可具有透過旁路交換器耦合至各別輸入埠之一組擴展輸出埠且並非一初始模組之每一光學模組可具有耦合至另一模組之擴展輸出埠之一組輸入埠。
此外，本發明係關於一種光學環網路，其包括：複數個節點；兩個不同光學環，該等光學環連接至該等節點；及若干光學分支，該等光學分支在每一節點處提供每一光學環與N個輸出光學線之間的一光學連接，其中該等光學分 支包括：兩個1×N光學交換器，其中每一1×N光學交換器連接至一各別環；及N個2×1旁路交換器，其連接該等各別1×N光學交換器與該N個光學線。
此外，本發明係關於一種光學網路交換節點，其包括：N個光學光路徑；一N'×M'交叉連接交換器(OXC)；及一N"×M"多點播送交換器(MCS)；一組旁路交換器以及在一OXC輸出與一旁路交換器之間的一組旁路光路徑，且其中一旁路交換器亦連接至一MCS輸出。
在進一步態樣中，本發明係關於一種光學網路交換節點，其包括：N個輸入光路徑、一卸取交換器排(drop bank)及一爭用緩解結構，其中該卸取交換器排包括一多點播送交換器(MCS)且該爭用緩解結構包括一選擇性光學交換器，其中來自該選擇性光學交換器之輸出透過光通道經引導至該MCS之輸入，其中該N個輸入光路徑劃分成將輸入提供至該爭用緩解結構之一子組及將輸入提供至該卸取交換器排之一另外子組。
可擴縮之光學交換器模組提供用於光學網路之光學交換功能，該等光學網路可包括大量光學通路。一交換器模組可包括可致動1：2光學交換器元件、2：2光學交換器、分叉器及組合器之一陣列，且可提供至用於一個維度中之整合能力之三組光學線之連接或至用於二個維度中之整合能力之四組光學線之連接。定義交換功能之兩個基本維度涉及輸入光學線及輸出光學線。在某些實施例中，一光學交換 模組可具有旁路交換器以在整合至一模組陣列中時若未對一模組內之一特定輸入/輸出線執行交換功能則提供一光學電路元件串之旁路以減少來自透過該等交換器元件之傳輸之對應光學損失。在具有減少損失之光學交換器模組之可用性之情況下，可設計可更大利用可擴縮之光學交換功能之一網路架構。因此，基於可擴縮之光學交換器之使用，可達成光學網路架構之更簡單擴縮。基於使用純光學交換器來執行大規模光學交換之能力，網路內之光學至電傳感器之數目可顯著減少，此導致資本支出之一顯著降低以及電力消耗之顯著降低。可擴展交換器可以一平面照明電路之形式合宜地構造，但設計亦可有效地由自由空間組件(諸如與光纖連接之1×2或2×2交換器)構造。
如同所有通信網路，光學網路整合有交換功能以提供用以提供傳輸之路由之各種連接。舉例而言，較長範圍傳輸通路與用以在與發送器及接收器相關聯之最終通路之間引導光學信號之分支連接。特定通信或其部分之分離可基於經由較長範圍主幹(亦即，組合式信號)線發送之一組合式傳輸內之波長及/或時間差異。在一網路上之某位置處，一光頻帶可經分裂以隔離用於路由之頻帶內之特定信號，且類似地，個別通信經組合以供僅有組合式信號線傳輸。可藉由藉助適當接收器首先將光學信號轉換成一電子信號使用電子交換來執行光學交換功能。然而，若可在減少將光學信號轉換成電子信號之情況下執行一高效光學交換，則成本最終可顯著降低，且/或交換能力顯著增加。本文 中所闡述之光學交換模組透過沿著一平面光學電路連同一光學電路元件陣列之多個維度提供光學連接而提供期望之可擴縮性。
若光學交換不能適當擴縮，則光學交換可僅用於有限網路架構中。因此，一網狀光學網路已經闡述以基於4分支度交換節點而提供交換功能。參見以引用方式併入本文中之Prasanna等人之「Versatility of a Colorless and Directionless WSS Based ROADM Architecture」(COMSNET 2009 Conference，2009年1月，印度班加羅爾)。平面光學電路已經設計以在一單個晶圓上容納16×16光學矩陣交換。參見以引用方式併入本文中之Goh等人之「Low Loss and High Extinction Ratio Strictly Non-Blocking 16×16 Thermooptical Matrix Switch on a 6-in Wafer Using Silica-Based Planar Lightwave Circuit Technology」(J.of Lightwave Technology，19(3)，第371至379頁(2001年3月))。然而，Goh等人所闡述之16×16光學交換器之設計並不提供任何直接擴縮。本文中所闡述之光學交換電路透過在該電路內引入一額外連接層而提供一高分支度可擴縮性，其中每一個別光學電路提供一n×m交換器陣列。該n×m陣列可與n個輸入光學埠及m個輸出光學埠相關聯。交換功能可指代用以在網路內提供期望之交換之N個輸入線及M個輸出線，且N×M交換功能可透過個別模組之n×m交換功能之適當整合而完成。
光學交換與電子交換在一交換節點中彼此互補。然而改 良仍然發生，電子交換之基本特性得以很好地建立。然而，光學交換之技術仍出現且各種創新仍需要光學交換裝置來開始完全定址其預期域。現有及即將存在之光學交換系統通常歸屬於一些基本架構類別。儘管此等類別之間不存在嚴格普遍接受之界限，但通常其因此係：基本可重新組態之光學塞取多工器(ROADM)；波長選擇交換器(WSS)；光學交叉連接(OXC，或較不常見OCX)；簡單分支(1×N，N×1)；及多點播送交換器(MCS)。此等類別中之每一者之基本操作特性經很好地建立。
概言之，一基本ROADM提供針對一輸入光纖中之每一波長獨立地判定彼波長將是否經路由至對應輸出光纖或經卸取(drop)至一本端埠或不同光纖對之能力。另外，在一基本ROADM中，經卸取且因此未直接路由至輸出之任何波長可用於將來自本端埠或其他光纖對之光學資料串流引入至輸出光纖。光學網路連線技術之一不適宜情況係存在稱作「ROADM」之兩個極不同物項。ROADM組件如前述中所闡述，但亦存在可用於在大量輸入/輸出光纖對當中選擇性卸取或路由整個個別波長之较高分支度ROADM系統。起初，ROADM系統係ROADM組件與將其繫結在一起之控制系統之簡單集合且一般名稱不會引起問題。然而，此等較高階ROADM已演進且常常包括某些其他類別光學交換器，包含(舉例而言)WSS、OXC及MCS。舊型ROADM組件仍存在，但ROADM術語現在更通常指代較高階系統。隨後，術語ROADM除非特定而言引用「ROADM組 件」否則應指代較高階ROADM系統。下文呈現可擴展OXC及MCS連同併入有可擴展MCS之ROADM之特定實施例。
當前WSS類別交換器具有一單個輸入及數個輸出且該輸入上之每一波長可獨立地路由至該等輸出中之任何者且每一輸出可容納輸入光纖上之任何數目個波長。該WSS如同大多數類別之透通光學交換器同樣針對自輸入傳播至一輸出或自相同輸出傳播至輸入之光學信號提供輸入與輸出之間的一連接。因此，術語「輸入」及「輸出」僅用作為闡述操作原理提供一便利，但實際上其可如所闡述使用或可用於相反方向中。目前亦存在對一未來WSS類別交換器之諸多考量，其中一單個組件可在多個輸入及多個輸出當中路由波長，但迄今為止，提供諸如一較高階系統使用多個離散組件之一能力係唯一切實可行的。
OXC在通常相等數目個輸出埠(但更通常不同數目個輸出埠)當中提供一輸入埠序列之任意排列，如下文所闡述。此可(舉例而言)將其中每一埠僅攜載來自一個特定光纖之一個特定波長之一組輸入埠轉變成其中每一輸出埠可經程式化以攜載來自任何光纖之任何波長之一組輸出埠。一簡單分支交換器提供基本1×N交換，其中單個輸入埠中之所有光學信號經一起路由至N個輸出埠中之一者。此交換器亦係可逆的，其中N個單獨光學信號進入至N個埠且該交換器自彼等埠中之僅一者選擇信號以經路由至操作為一輸出之單個「輸入」埠。
一M×N多點播送交換器在M個輸入通道處使用M個1×N分叉器來將每一輸入埠中之所有光學信號分佈朝向N個輸出中之每一者。N個輸出中之每一者具有其自身之M×1選擇器交換器以將信號與期望之輸入埠隔離。MCS具有不具有光學濾波之基本優勢，因此其不僅對每一波長中之資料透通，而且其對波長組組態自身透通(「無色」)，亦即，波長通道不必符合任何特定波長柵格規格或通道頻寬。此添加之透通性之主要代價係由於輸入級上之光分裂所致之信號功率之減少，且某些應用中之MCS涉及用以升高信號位準且補償每一輸入之額外損失之一光學放大器陣列。
一通信網路中之光學節點可包括來自此等類別中之一或多者之光學交換組件中之一或多者。隨著網路變得較大且較複雜，可擴縮性通常可係一重要問題且關於交換能力係尤其重要的。期望之光學節點經構造為無色、無方向且無爭用的，如隨後進一步闡述。此等網路之性質係此等節點中之每一者之標稱最佳組態存在顯著變化。光學交換組件之目前最佳技術使得每一產品往往支援一特定埠計數，從而實現提供一不同埠計數之一類似組件需要一單獨產品研發。上述情況防止將最適當解決對各種光學節點之需求之多樣化且迫使節點設計朝向一較不高效一體適用之方法。現在明確需要用以適用基本光學交換類別中之一或多者來較靈活地調適光學交換矩陣之大小之一構件。本文中所闡述之可擴展交換器提供用於可調適節點設計之一重要且創新性組件。
本文中所闡述之光學交換功能透過將個別交換模組整合至由個別光學電路模組裝配之一有效較大交換陣列中而得以擴縮。用以提供可擴縮性之模組之整合可在一個維度或兩個維度中執行。為在一個維度中執行整合，光學電路可設計有額外一組埠，該額外一組埠對應於n個輸入光學埠以形成具有維度(b‧n)×m交換之一有效擴展陣列或對應於m個輸出光學埠以形成具有維度n×(c‧m)交換之一有效擴展陣列。參數b係關於輸入線互連以形成擴展交換陣列之n×m光學電路之數目，且類似地，參數c係關於輸出線互連以形成擴展交換陣列之n×m光學電路之數目。關於兩個維度中之光學整合，光學電路模組形成有4組光學埠，其中兩組n個埠及兩組m個埠。此等光學電路可然後裝配成具有(b‧n)×(c‧m)交換能力之一擴展陣列。參數n可等於但不必等於參數m。
個別光學電路可包括連接n個輸入與m個輸出之(2×2或2×1)光學交換器之一陣列。每一2×2(或2×1)光學交換器在一輸入線與一輸出線之間提供一可致動交換器。下文進一步闡述適合可致動光學交換器，且通常，可致動光學交換器經電子控制以雙態切換互連組態之間的交換器。在可致動光學交換器陣列在一模組中之情況下，與n個輸入埠中之一者相關聯之一信號可透過經過該可致動光學交換器陣列之通道而路由至m個輸出埠中之一者。透過將另一組n個埠連接至第二光學電路之輸入埠而與另一光學電路整合提供對含n×m個(2×2或2×1)光學交換器之一第二陣列之存取 以使得可在經整合擴展陣列中有效地存取另外m個輸出埠。該整合可繼續。類似地，透過額外一組m個埠而與另一光學電路整合提供經整合擴展陣列中之m個輸出埠對一第二組n個輸入埠之存取。繼續該整合可導致(b‧n×c‧m)可擴縮性，其中參數b、c或b與c兩者大於1。在經整合擴展陣列中，存在連接b‧n個輸入與c‧m個輸出之可致動光學交換器之一有效陣列。因此，可擴展光學電路設計提供大可擴縮性能力。為使光學電路模組之擴縮匹配目標網路交換功能，通常(b-1)‧n<N
Figure TWI615645BD00007
b‧n且(c-1)‧m<M
Figure TWI615645BD00008
c‧m，其中N係網路輸入且M係網路輸出。類似推理可展示數目「n」與「m」在經由可達成組態提供更大靈活性之擴展陣列之所有組件當場不必係相同的。
一可致動光學交換元件之任何合理設計可經裝配成該陣列，如下文進一步所闡述。雖然針對交換裝置設計有一額外組或兩組光學埠之光學電路提供非常期望之擴縮能力，但透過2×2或2×1光學交換器之擴展陣列傳遞信號可導致一非期望之光學損失位準。特定而言，透過可致動光學交換器傳遞一光學信號通常導致某些光學損失，即使該交換器係處於「貫通」或非交換模式中。在經擴縮整合交換器中，一光學信號可通過大量可致動交換器，即使交換僅在該等可致動光學交換器中之一者處執行。因此，在某些實施例中，平面光學電路或其他可擴展交換器設計包括旁路光學通路，該等旁路光學通路提供若一特定輸入或輸出線在特定模組中未經受任何交換則在彼時繞過一組可致動光 學交換器以減少對應損失之能力。對一光學信號之方向替代地沿著旁路通路或經交換通路之控制可藉助一單個1×2光學交換器自身控制。針對輸入線、輸出線或其兩者可建立旁路能力。
在對可致動交換器之佈局之拓撲之闡述中，術語陣列以其一般意義使用且不必針對一矩陣佈局。下文更詳細地闡述兩個特定實施例。一可擴展交叉連接交換器之一實施例在交叉連接n×m可擴展交換器之邏輯或拓撲佈局中具有一2×2交換器矩陣。在另一實施例中，關於分叉器之一分支佈局闡述一可擴展多點播送交換器，該等分叉器滿足一2×1交換器陣列以將經擴展之n×m個分裂輸入耦合至m個輸出，其中該交換器陣列並不配置成一矩陣組態。當然，實際裝置之實體佈局由於縱橫比、包裝及其他實際考量事項而不類似裝置之拓撲佈局。
可擴縮之光學交換器可經設計以用於整合至一無色、無方向且無爭用(CDC)之網路節點。對無色之提及指代在任何埠處卸取(drop)或塞增(add)一特定光波長之能力。對無方向之提及指代自本端轉頻器連接至所有方向之能力，其中每一「方向」直接對應於連接至節點之一特定傳入/傳出光纖對。對無爭用之提及指示節點可解決兩個不同光學信號在不同光纖上會聚於該節點上但含有相同波長且前往一共同光學通路之問題。上述情況通常藉由將該等波長中之一者重新路由至本端訊務(其中其可經電子交換至另一可用波長且經重新插入通常連接至一傳出光纖之期望之通 路)來解決。本文中所闡述之可擴縮之交換器裝置通常滿足此等特徵之要求且可對應地整合至一CDC網路節點中。
圖1中示意性展示一光學網路內之一N×M光學交換交叉連接(OXC)之示意圖。N×M光學交換器100經光學連接至N個輸入光學線102(例如，光纖)及M個輸出線104(例如，光纖)。N(輸入線之數目)可或可不等於M(輸出線之數目)。由於如本文中所闡述之光學交換功能之可擴縮性，N及M通常可相對大，且特定關注之實施例中，N及M獨立地各自為至少約8，在進一步實施例中至少約16且在其他實施例中指示約32或更大或中間偶數或奇數整數值。輸入及輸出線範圍上之類似組件適用於本文中所闡述之其他交換實施例。熟習此項技術者應認識到，預期在上述明確範圍內之額外光學線範圍且其在本發明內。
一般而言，光學交換裝置可置於一光學網路內之任何習用位置處。自彼角度而言，個別輸入線及輸出線內所傳輸之信號可或可不意欲攜載個別通信，且此等信號可係攜載於一波長頻帶內之組合信號。在某些實施例中，光學交換器與MUX/DeMUX能力相關聯以分裂及/或組合一光頻帶內之光學信號。表達MUX及deMUX於此分別用於多工功能及解多工功能，如此項技術中所普遍接受。MUX功能及DeMUX功能可藉助平面陣列波導光柵(AWG)或其他期望之分散元件執行。在某些實施例中，輸入信號可包括意欲用於一組使用者之信號，且輸出線表示經引導至一特定使用者之光學分支，此對應於在一光學網路之末端處使用交 換元件來將信號引導至最終使用者。輸入及輸出名稱在信號可透過任一方向上之交換器引導之意義上可係任意的，以使得交換功能係光學可逆的。但輸入及輸出名稱用於闡述在彼此之間路由之光學線之分組，而不論傳輸之方向如何。在其他實施例中，交換器可用於引導一分支處之經多工或組合信號沿著一光學網路遠離任何使用者。
儘管本發明可用於改良光學交換之各種構件，但如本文中所闡述之可擴縮之光學交換器係一光學電路總成之示例。該等光學電路對應地設計有適當連接性以提供可擴縮性。該等光學電路經互連為模組以提供期望之光學交換層級。本發明可在光學電路經整合為平面光學電路時係尤其有利的。
以某些特定實施例之上下文中詳細闡述之一概念框架在圖2中示意性展示用以提供關於輸入線之擴縮之兩個光學電路之互連。舉例而言，光學交換功能係由總成108完成，總成108具有：一第一交換器109，其具有光學電路110，及第二交換器111，其具有光學電路112。電路110包括N個輸入埠107、M個輸出埠121及M個擴展輸入埠123。類似地，電路112包括N個輸入埠118及M個輸出埠120。電路110、112互連，其中第一交換器109之M個擴展輸入埠透過光學互連114(諸如光纖或其他適合光學連接)與第二交換器111之M個輸出埠連接。N1個輸入光學線116連接至平面光學電路110，且N2個輸入光學線117連接至平面光學電路112。電路110之M個埠121具有輸出線125。因此，光 學電路110、112之共同總成108提供N1+N2輸入埠與M個輸出之間的交換。此示意圖證實其中總輸入之數目(N1+N2)大於經交換輸出之總數目之一情形。此實施例證實可如何與可個別地具有較低能力之可用之特定經定大小交換器一起使用擴展輸入埠來有效地擴展輸入之一數目。舉例而言，一交換器與總成中之擴展埠一起使用將一4×6交換器改變成一8×6交換器，此使經交換輸入之數目加倍。
圖3中示意性展示關於輸出線之可擴縮性。在圖3之實施例中，光學交換係由具有交換器128及129之一整合之總成127提供。交換器128包括光學電路130。交換器129包括光學電路132。電路130包括N個輸入埠134、M個輸出埠136及M個擴展輸出埠138。類似地，電路132包括N個輸入埠140及M個輸出埠142。電路130、132互連，其中擴展輸出埠138透過光學互連144至輸入140。N2個光學輸入線146及M2個光學輸出線148亦連接至電路130。M1個輸出線150進一步連接至電路132。此實施例證實其中總輸出(M1+M2)之數目大於輸入(N1或N2)之總數目之一情形，儘管替代實施例可涉及相對於輸出之較大數目個輸入或相等數目。此實施例亦證實可如何使用擴展輸出埠來擴展有效數目個輸出。特定而言，一交換器與擴展埠之一起使用用於將一4×6交換器改變成一4×12交換器，此使經交換輸出之數目加倍。
圖4繪示四個模組149、151、153、155之連接，每一模組包括提供關於輸入線及輸出線兩者之可擴縮性之一光學 電路。交換功能係由光學電路150、152、154、156提供。光學電路150(諸如一光學電路)藉助數目N1個連接而光學連接至光學電路152且藉助數目M1個連接而光學連接至光學電路154。數目N1及M1分別自N1i至N1t及自M1i至M1t不等。光學電路154藉助N2個連接而光學連接至光學電路156，且光學電路152藉助M2個連接而光學連接至光學電路156。數目N2及M2分別自N2i至N2t及自M2i至M2t不等。若N係使用者輸入連接之總數目，則N1+N2=N，或若經整合模組具有過量未使用能力，則N1+N2大於N。類似地，若M係輸出連接之總數目，則M1+M2=M，或若經整合模組具有過量且未使用能力，則M1+M2大於M。光學電路150提供N1個輸入線與M1個光學輸出線之間的光學交換，且光學電路152提供N1個光學輸入線與M2個光學輸出線之間的光學交換。對應地，光學電路154提供N2個輸入線與M1個光學輸出線之間的光學交換，且平面光學電路156提供N2個光學輸入線與M2個光學輸出線之間的光學交換。因此，光學電路150、152、154、156(其可係平面光學電路)一起提供N個輸入光學通路與M個輸出光學通路之間的交換。模組之可擴縮之互連態樣提供N與M可獨立挑選，例如，N=M、N>M或N<M。雖然圖4繪示4個可擴展光學電路，但擴展能力提供額外光學電路可對應地互連以進一步增加輸入能力、輸出能力或輸入能力與輸出能力兩者。
圖2至圖4示意性地展示圖1之光學交換器100之上下文內之光學交換之可擴縮性。特定而言，平面光學交換器經設 計以用於整合為模組以適應關於輸入線之數目及/或輸出線之數目之擴展。雖然圖2至4係針對揭示關於輸入維度中之兩個模組及/或輸出維度中之兩個模組之整合，但可擴縮性可在輸入維度及/或輸出維度中類似地擴展以在每一維度中包含兩個以上交換模組，諸如三個模組、四個模組等等。關於圖2至圖4，已示意性繪示個別交換模組。
一交換模組之一實例係一光學交換器陣列。在此等實施例中，交換模組各自通常包括(2×2)個可致動光學交換器之一n×m陣列，該等可致動光學交換器提供自一輸入光學線至一輸出光學線之選用交換。圖5繪示交換模組502，該交換模組502具有四個輸入通道504a、504b、504c、504d之；四個下游擴展輸出通道506a、506b、506c及506d；及三個卸取埠(drop port)508a、508b及508c。輸入通道504a、504b、504c及504d分別藉由路徑510a、510b、510c及510d連接至下游擴展輸出通道506a、506b、506c及506d。輸入通道504a、504b、504c及504d中之每一者藉由路徑512a、512b及512c以可交換方式連接至卸取埠508a、508b及508c中之每一者。交叉點交換器516位於路徑510a、510b、510c及510d與路徑512a、512b及512c交叉之點處。
基本交換器矩陣之操作係直接的。交叉點交換器516可經設計以正常地允許光學路徑彼此不受影響地交叉，且針對任何給定組態，矩陣中之大部分交換器可處於此狀態中。當一特定輸入通道504a、504b、504c或504d經選擇以 路由至一特定卸取埠508a、508b或508c時，彼等兩個波導之單個交叉點處之一交換器516經致動以重新路由該輸入通道。針對一交叉連接交換器之任何有效組態，任何列或任何行中不超過一個交換器係處於一經完全交換狀態中，如圖5中所示。當該交換器處於經交換狀態狀態中時，來自用於彼卸取埠之輸入之一信號已經重新路由至彼輸入通道之下游部分，因此在功能上該裝置可同時執行塞增及卸取兩者。此行為可由大多數任何光學交換解決方案提供，但其幾乎從未被提供，因此其大概通常非所期望。此行為亦可支援較複雜交換總成中之其他功能。
在某些實施例中，一可擴展交換器具有複數個旁路線。一旁路線之一個優勢係一信號可繞過交換器/接面以減少信號損失。一旁路線之一種實施例提供：1×2(或2×1)個旁路交換器置於輸入線及/或卸取線上以針對當特定電路中之特定線不發生交換時提供一電路之旁路。針對平面光學電路，旁路1×2光學交換器陣列可置於相同光學電路晶片上作為N×M可擴展交換器或置於一單獨光學電路晶片上。若意欲用於彼輸入通道之卸取埠在當前模組上，則信號將照例經路由至交換器列。若不在當前模組上，則信號通道將透過越過所有交換器之一旁路通道經路由至擴展輸出埠。同樣地，每一卸取埠可透過一2×1交換器連接。若意欲用於彼卸取埠之輸入通道在當前模組上，則2×1交換器將為彼通道選擇來自交叉點交換器行之波導。若不在當前模組上，其將選擇來自繞過交叉點交換器行之擴展輸入埠 之一通道。
圖6中繪示具有複數個旁路線之一可擴展交換器之一實施例。可擴展交換器600包括置於輸入通道可選擇線606與卸取線608之交叉點處之光學交叉點交換器604之陣列602。在所繪示實施例中，通道可選擇線606及卸取線608通過複數個交叉點交換器604，該等交叉點交換器具有用於允許可選擇線606及/或卸取線608中之信號通過未經交換之交叉點交換器之一位置。可針對一或多個通道線及/或一或多個卸取線提供一或多個旁路線。在圖6中，存在通道旁路線610及卸取旁路線612。輸入1×2交換器614提供用以連接至交換器614之輸入線615以使得交換器614可操作以將來自輸入線615之光交換至一通道旁路線610或一通道可選擇線606。卸取2×1交換器618允許選擇一卸取線608或一卸取旁路線612且將其傳遞至輸出線617。另一選擇係，可提供具有連續可調整性之交換器以使得一交換器可在一限制下引導輸入信號以不選擇任何線或選擇兩個線。旁路線可連接於一端處之一擴展埠處且在另一端處連接至一旁路交換器。通道旁路線606在擴展輸出埠620處具有連接性或其他連接性裝置經提供以用於連接至另一可擴展交換器或某一其他裝置。卸取旁路線612在擴展輸入埠622處具有用以接收輸入之連接性。在使用中，一或多個可擴展交換器600與擴展輸出埠620連接，擴展輸出埠620與輸入線615及/或輸出線617光學通信，輸出線617與擴展輸入線622光學通信。在複數個擴展交換器裝置之後，進入一交 換器614之一信號經路由至一卸取埠(若期望之卸取埠在該交換器上)，或經由一旁路線傳遞至另一交換器。針對具有在任一方向上傳遞光之交換器之裝置，一輸入線與一卸取線之一名稱係任意的：因此，輸入線與卸取線可顛倒。為簡化圖式，僅等效組件之一部分標記有元件符號。
圖7繪示經裝配在一起之一可擴展交換器群組。交換器總成700具有可擴展交換器模組720、740、760、780。可擴展交換器模組720、740、760、780包括置於輸入通道可選擇線726、746、766、786與卸取線728、748、768、788，通道旁路線730、750、770、790與卸取旁路線732、752、772、792之交叉點處之光學交叉點交換器724、744、764、784之陣列722、742、762、782。輸入1×2交換器733、753、773、793經連接以將來自輸入線734、754、774、794之光信號交換至一通道旁路線730、750、770、790或一通道可選擇線726、746、766、786。卸取2×1交換器735、755、775、795允許選擇一卸取線728、748、768、788或一卸取旁路線732、752、772、792且將其傳遞至輸出線736、756、776、796。另一選擇係，可提供提供連續範圍交換功能之交換器。
通道旁路線730、770分別經光學連接至輸入線754、794。卸取2×1交換器735、755經光學連接以將信號傳遞至卸取旁路線772、792。埠(經示意性展示為與光學路徑相交之交換器之邊緣)經提供以用於連接至使用者裝置及/或其他可擴展模組。術語使用者裝置係一廣泛術語，其囊括 網路、子網路、節點、特定裝置、網路通信裝置及最終使用者裝置。入口埠提供至輸入線734、754、774、794之光學連接；在此實施例中，線734及774可用於至使用者裝置之連接且用於輸入線774及794之埠連接至其他擴展模組。擴展輸入埠提供至卸取旁路線732、752、772、792之光學可連接性；在此實施例中，線732係休眠的且線772可用於接收來自擴展輸入埠之光學信號以提供將信號自輸入734引導至輸出776。擴展輸出埠提供至通道旁路線730、750、770、790之光學可連接性；在此實施例中，線750及790係休眠的且用於線730及770之埠分別透過擴展輸出埠連接至交換器740及780之輸入埠。
在實際晶片佈局中，輸入埠上之交換器塞增一個級且卸取埠上之交換器塞增一個級。以此方式，較大交換器矩陣可任意(至少在功能幾何方面)自一單個共同模組安裝。
亦考量，1×2交換器可整合至交換器模組之擴展輸出端子以使得每一模組連接至兩個下游卸取模組且同樣地擴展輸入端子可具有2×1交換器且因此每一模組可自兩個額外通道區塊轉發卸取通道。此將允許沿著一樹狀幾何形狀之分支而非順序佈局自一單個模組類型構建，可能改良整個光學效率。此外，擴展埠上之交換器將重疊輸入埠及卸取埠上之交換器且因此將不塞增任何級至平面整合模組中之實體佈局，因此強加平面晶片之大小之極少增加。
圖8繪示一可擴展多點播送交換器之一實施例。交換器之組件經配置以圖解說明其互連及可使路徑、交換器及分 叉器如何協作以提供一多點播送應用中之可擴展性。審閱此說明之技術者將能夠進行如下文進一步所闡述之實體裝置佈局。可擴展多點播送交換器800具有分叉器樹802及交換區段804。分叉器樹802使光學輸入a、b、c、d倍增以使得每一者連接至每一光學輸出線X1至X8。輸入埠(未展示)經提供以提供自裝置介面至輸入a至d之光學連接。分叉器樹802具有三個層級以使得將信號分裂至適當數目個光學路徑中，但取決於輸入線之數目及至特定輸出光學線之期望之多點播送而可使用不同數目之層級。層級1具有在每一輸入上之一光學分叉器，其中分叉器811a、811b、811c、811d分別將輸入線a、b、c、d分裂以藉此針對每一輸入達成2個分支，總計8個分支。經分裂信號傳遞至層級2之分叉器821a、821b、821c、821d、822a、822b、822c、822d，該等分叉器針對至彼層級之每一輸入將信號分裂至2個分支，針對輸入a至d中之每一者總計16個分支且總計4個信號。經分裂信號然後被傳遞至層級3之分叉器831a、831b、831c、831d、831a'、831b'、831c'、831d'、832a、832b、832c、832d、832a'、832b'、832c'、832d'、833a、833b、833c、833d、833a'、833b'、833c'、833d'、834a、834b、834c、834d、834a'、834b'、834c'、834d'，每一分叉器將信號分裂至2個分支中，藉此針對輸入a至d中之每一者達成32個分支且總計8個信號。交換區段804具有連接至經標記之旁路線806之擴展輸入埠(示意性展示為對應光學路徑之末端)，該等旁路線連接至如下文所述之 旁路交換器。經標記為X1至X8之輸出線808各自光學連接至一輸出埠(示意性展示位輸出線之末端)。交換區段841、841'、842、842'、843、843'、844、844'提供自分叉器樹802至輸出線808之可交換連接。每一交換區塊將輸入a至d連接至一旁路交換器851、851'、852、852'、853、853'、854、854'，該等旁路交換器經光學連接以在供傳遞至輸出線808之來自一旁路線806之分叉器樹802之信號之間交換。舉例而言，特定而言針對區塊841，光學交換器841ab提供用以挑選之輸入a或b，其中經挑選之信號a/b被傳遞至提供a/b或c之間的交換之交換器841bc，其中經挑選信號a/b/c被傳遞至提供a/b/c與d之間的交換之交換器841cd。交換區塊841然後將信號a至d中之一者傳遞至旁路交換器851，該旁路交換器851提供a/b/c/d與經標記為B8之旁路路徑806之間的一挑選。由旁路交換器851選擇之信號然後傳遞至經標記為X8之輸出線808。在使用中，一或多個可擴展交換器可與經標記為X1至X8之輸出連接而與經標記為B1至B8之擴展輸入埠光學通信。輸入a至d可用於交換以使得任何出口X1至X8可攜載輸入a至d中之任一者。出口X1至X8可替代地攜載自擴展輸入埠接收之一信號。在使用中，進行至一或多個擴展輸入埠、一或多個輸入埠及一或多個出口埠之光學連接。傳遞至輸入埠及/或擴展輸入埠中之信號經選擇以傳遞出任何輸出808。亦注意，不存在對旁路交換器851之限制，從而提供連續範圍之交換以支援其中期望輸入信號與擴展輸入信號之額外組合之應用。
雖然圖8經展示具有特定數目個輸入光學線及輸出光學線，但其他實施例可類似地經設計有不同數目個輸入及輸出。分叉器樹可相應地經改變，且若一習用分叉器樹提供比輸出線之數目大之數目個光學線，則可形成冗餘經分裂光學線。冗餘光學線可係休眠的且僅導引任何光學信號遠離任何干涉傳播。下文闡述交換區塊之替代設計。
圖9繪示終點可擴展交換器模組920與初始可擴展交換器模組910之總成900，每一可擴展交換器模組本質上係如圖8中所闡述之實施例。初始模組910之輸出913藉助光路徑902光學耦合至終點模組920之對應擴展輸入埠922。可擴展交換器模組910及920可(舉例而言)係一光電積體電路(PIC)中之一共同平面基板上之個別設計單元且互連光路徑902可係相同基板上之光學波導。在另一實例中，可擴展交換器模組910及920可(舉例而言)係基於單獨PIC之經個別封裝之交換器模組且互連光路徑可係作為一組個別股或作為一光纖帶之單模式光纖。輸出組923中之每一輸出可經組態以藉由將924a至924g中之相關聯旁路交換器設定為連接至如圖8之闡述中所詳述之本端輸入中之一者而選擇性地連接至終點模組920之輸入921中之一者。另一選擇係，輸出組923中之每一輸出可經組態以藉由以下步驟而選擇性地連接至初始模組910之輸入911中之一者：將924a至924g中之相關聯旁路交換器設定為連接至如圖8之闡述中所詳述之相關聯擴展輸入埠，然後進一步將交換器模組910中之適當交換器元件設定為將來自輸入911之選定輸入 連接至輸出913中之連接至擴展輸入埠922中之對應擴展輸入埠之輸出。藉此，一4×8可擴展MCS 920可藉由將一第二4×8 MCS 910附接至擴展輸入埠922從而形成提供與一專用8×8 MCS相同功能性之兩個4×8交換器模組之一總成900而升級。
圖10係繪示將分裂樹與旁路交換器聯結在一起之交換區塊841、841'之圖8之一子部分之一放大視圖。箭頭a、b、c、d繪示自分裂樹之層級3傳遞之輸入。在此實施例中，每一交換區塊接收來自四個潛在可用輸入a至b中之每一者之1個輸入。每一旁路交換器提供一挑選以輸出a至d中之一者或旁路線中之一信號。交換區塊配置成一串行組態以在來自一經塞增光學線之一信號之間依序選擇。
圖11係一可擴展交換器之一替代子部分。交換區塊1102、1104經配置成一樹狀組態且係圖10之交換區塊841及841'之一功能等效替代方案。在區塊1102中，交換器1106可在a輸入與b輸入之間交換以提供輸出a/b且交換器1108可在c輸入與d輸入之間選擇以提供輸出c/d。交換器1110可在a/b與c/d之間選擇以提供一輸出a/b/c/d至旁路交換器1112，該旁路交換器1112繼而可在a/b/c/d或B1信號之間選擇。交換器1114、1116、1118、1120類似地經組態以提供a至d中之任何者與B2之間的選擇性。
圖12係一可擴展交換器之一替代子部分。交換區塊1208、1210經配置成一樹狀組態且繪示圖11中之交換區塊1102與1104之一替代分散式佈局。交換區塊1208具有與旁 路交換器1214相關聯之交換器1210、1211、1212。交換區塊1215具有與旁路交換器1222相關聯之交換器1216、1218及1220。交換器1210可在a與b之間選擇以將a/b傳遞至交換器1212。交換器1211可在c與d之間選擇以提供經傳遞至交換器1212之輸出c/d，交換器1212繼而在a/b與c/d之間選擇。相關聯旁路交換器1214可在a/b/c/d與B1之間選擇。交換區塊1214及相關聯旁路交換器1222可類似地選擇以將a/b/c/d/B2引導至一輸出1224。
圖13中展示一可擴展4×3平面光波電路(PLC)交叉連接之一概念配置。可擴展4×3 PLC交叉連接1300具有Ni個輸入1302及Ne個擴展輸入1303。交換器1300具有Mo個輸出1308及Me個擴展輸出1309。旁路交換器1312、1314分別服務輸入1302及輸出1308。應注意之一顯著特徵係，在一緊密配置中，波導陣列之長度支援一系列交換級，其中級之數目係M+N-1。基於當前特徵大小，大於4×4之交換器將涉及在PLC晶片上包裝波導。一8×8 PLC交叉連接交換器闡述於Goh等人之「Low Loss and High Extinction Ratio Strictly Nonblocking 16×16 Thermooptic Matrix Switch on a 6-in Wafer Using Silica Based Planar Lightwave Circuit Technology」(Journal of Lightwave Technology 19(3)：371-379)(2001年3月)中。圖14中展示如本文中所闡述之大約遵循Goh文獻中所闡明之一佈局之一PLC之大致佈局。交換器1400具有輸入1402及輸出1404，其中交換/干涉模組1406具有標記#1至#15。一組旁路交換器1408經提供以交 換輸入旁路1402且輸出旁路1410經提供於輸出1404附近。如先前所闡述，在將本發明應用於此類型之實體佈局時，本發明之擴展波導及旁路交換器可經路由毗鄰於現有波導及交換器，從未維持現有分級，藉此對整合晶片之所需大小強加少許或無增加。
多點播送交換器(MCS)設計
已研發可合宜地置於適當介接之兩個屏幕光波電路上之一期望之MCS交換器設計。此外，可透過針對至線之每一塞增或卸取而使用(視情況)1×2交換器或1×2光學分叉器來使此等MCS交換器設計為可擴展的。經交換或經分裂信號經引導至單獨MCS交換系統。此提供輸出線上之可擴縮性。類似地，輸入線可藉由將該等線分裂而經擴縮以輸入至單獨MCS交換器系統，且然後可將來自不同MCS交換器系統之對應輸出耦合回在一起。
圖15至23中展示一期望之MCS設計。為簡潔起見，圖15上僅展示可擴縮性特徵。此等特徵之設計(舉例而言)展示兩個光學多點播送交換器功能1502(每一者由一光學分叉器1054陣列及光學交換器1506陣列及該兩者之間的互連1508組成)、32個光學分接耦合器1510、32個光電二極體1512、32個光學隔離器1514、16個增益平坦化濾波器1516、16個摻雜鉺之光纖捲軸1518、兩個1×8可調諧分叉器1520，所有以上功能與電控制電子器件之間的互連。可採用交換器/分叉器1522(圖15)，其中複數個MCS 1500係在其下游。在該等圖中所示之實施例中，功能經高效低定 位於單獨模組1530、1540、1550，其中光纖互連1552、1552'在其之間。一個模組1530包括光學功能、一光電二極體混合整合及電控制之基於平面光波電路(PLC)之單體式整合。第二模組1540包括以使得允許第一模組與第二模組之間的高效光纖互連之一方式經陣列化之離散組件。第三模組1550可包括分波長多工器，例如，一經陣列化波導光柵或諸如此類且可調諧分叉器(TSPL)。圖18至圖23展示對形成該裝置之裝配模組之一實施例之各種視圖之一繪示。
一般而言，圖1至圖13中示意性展示之可擴展交換元件可使用與光纖連接之自由空間光學組件有效地形成。適合個別交換器、光學分叉器、光纖連接器及其他伴隨組件可商業購得且經改良版本在繼續研發。然而，可期望將該等裝置作為平面光學電路整合於一適當晶片上。因此，一可擴展交換器可形成為具有適當封裝之一個別平面裝置，且適合連接器可用於連接多個交換器以利用擴展能力。一平面晶片上之大量連接之佈局係用以獲得具有所有可用功能性之一適當小佔用面積之一技術。圖23中展示此一佈局之一實例。
用於形成PLC之材料可使用CVD、CVD之變化形式、火焰水解或其他適當沈積方法來沈積於一基板上。適合基板包含(舉例而言)具有較高處理溫度之適當容限之材料，諸如矽、陶瓷(諸如矽石或氧化鋁)或諸如此類。在某些實施例中，可引入適合二氧化矽前驅物，且一矽石玻璃可經摻雜以提供一期望之折射率及處理性質。可藉助光微影或其 他適合圖案化技術執行圖案化。舉例而言，供用作用於一PLC之一頂部包覆層之基於電漿增強CVD(PECVD)而摻雜有Ge、P及B之一矽石玻璃之形成闡述於Zhong等人之標題為「GEBPSG Top Clad for a Planar Lightwave Circuit」之美國專利7,160,746中，該美國專利以引用方式併入本文中。類似地，光學平面波導之一核心之形成闡述於(舉例而言)Zhang等人之標題為「GEPSG Core for a Planar Lightwave Circuit」之美國專利6,615,615中，該美國專利以引用方式併入本文中。用於形成一適當波導陣列之參數係此項技術中所習知的。可使用InP玻璃或其他光學玻璃材料執行類似處理。
一般而言，透過一交換器之光學信號處理可具有衰減信號。雖然本文中之擴展設計可減少此衰減，但可期望使可擴展交換器與適當光學放大器相關聯。因此，可期望層化耦合至交換器之輸入中之一光學放大器陣列，但精確結構可經設計適於該系統。特定而言，下文在一ROADM之上下文中闡述某一結構。
具有多點播送交換器之ROADM架構
一期望之無色、無方向、無爭用且靈活柵格ROADM架構係基於一MxN多點播送交換器及一OXC負載平衡器。基於快速路徑(express path)中之一廣播(經由1×N光學耦合器)及選擇(經由M×1波長選擇交換器(WSS))架構之多分支度無色且無方向ROADM已經部署多年[1，2]。然而，關於本端塞增/卸取路徑，目前僅有色波長(λ')或有限數目之無 色λ'已經部署。由於快速訊務增長，因此需要一多分支度中央辦公室(CO)節點以動態塞增/卸取大量無色、無方向且無爭用(CDC)波長[2]。作為一實例，考量具有往返其8個方向中之每一者之96個λ'之一8分支度CO，一50%塞增/卸取比率將需要CO塞增/卸取96‧8‧50%=384個λ'。為塞增/卸取此大量λ'，據信，模組化及可擴縮M×N多點播送交換器(MCS)提供現今最經濟解決方案。本文中，呈現用以最佳化一基於MCS靈活柵格CDC ROADM之架構以使得其成本最小化之方法。圖18至圖23中展示一項實施例。
圖18A繪示基於MCS之靈活柵格CDC ROADM卡1800，該卡具有前側1802、散熱片1804、線路卡1806、多點播送交換器模組1808、隔離器/BDF匣1810、光纖管理匣1812及蓋式光纖管理匣1814。圖18B係卡1800之另一側透視圖，該圖進一步展示光纖1816、光纖管理匣1818及保護器式光纖接續件1820。圖19係卡1800之一子總成1801之一平面圖，該圖展示排除區域1822。圖20係子總成1801之一透視圖，該圖展示置於排除區域1822上方之多點播送交換器模組1808。圖21係具有隔離器/GFP/EDP匣1824、光纖1816及保護器式光纖接續件1820之子總成1801之一平面圖。圖22展示具有光纖管理匣1818之子總成1801。散熱片1804置於卡之頂部附近。輸入/輸出光纖在MCS/TSPL模組之底部上呈一角度出現且經路由至面板隔板。圖23繪示一平面整合4×16可擴展MCS之一大致佈局，其包含某些可能相對尺寸且其他大致細節，但特定佈局通常涉及一設計者之特定偏 好。
基於M×N多點播送交換器之基本CDC ROADM架構
作為一實例，圖24a之灰階卡中展示一基本M×N MCS 2400[3]，其中M=8且N=16。8個MCS輸入埠2402中之每一者連接至八個方向中之一者。一MCS為一外部同調接收器(CR)提供無需預濾波之「無色」卸取，該外部同調接收器具有用作一本地振盪器之一內鍵可調諧雷射，或另一選擇係，一外部可調諧通道濾波器可隔離欲提供至一標準直接偵測式接收器之一單個波長通道。一可調諧通道濾波器可顯著增加總成本，除非可研發一基地成本技術，且因此將僅側重於同調系統。一MCS係「無方向」，此乃因任何輸出埠可經由一1×M選擇交換器自任何方向卸取任何輸入信號。一MCS亦係「無爭用」，此乃因每一1×M交換器可僅自一特定方向選擇信號，因此針對經定義操作，排除來自不同方向之相同色彩之λ'彼此衝突。最後，一MCS亦具有「靈活柵格」之特徵，此歸因於一CR之無濾波器特徵，此亦使基於MCS之ROADM固有地低成本。
一單獨MCS由於數種原因而不能完成多分支度CDC塞增/卸取功能。首先，1×N分叉器之損失可藉由摻雜鉺之光纖放大器(EDFA)補償。其次，由於每MCS有限輸出埠(使用現今之平面光波電路或MEMS技術，N
Figure TWI615645BD00009
24)，多個MCS卡必須以一按需付費方式塞增。針對總計384個λ'，需要使用384/16=24個8×16 MCS卡。作為一結果，在每一卸取光纖與24 MCS卡之間，一1×24 WSS可用於將來自每一方向之 傳入96個λ'分裂至其24個輸出埠，且最重要地是，控制每輸出埠之λ'之最大數目(NWSS,max)。一基本CDC ROADM架構可具有含8個1×24 WSS之一頂部層，含192個EDFA之一第二層及含24個8×16 MCS卡之一底部層以在無爭用之情況達成自8個方向中之任何者卸取之384個λ'。熱備用保護可藉由將一額外經放大MCS卡塞增至圖24a達成，以使得在作用中經放大MCS卡中之任何者故障之情形中，頂部層WSS可將對應訊務重新路由至保護卡。塞增方向需要一類似架構。注意，在此基本架構中，大量EDFA及大埠計數WSS可導致成本、空間及電力消耗問題。
以上提及之參數N WSS,max 必須滿足以下條件：(i)N WSS,max
Figure TWI615645BD00010
N CR ，其中N CR 係在可接受最低OSNR損耗之情況下由一CR處置之一致λ'之最大數目[4]-需要此條件乃因所有N WSS,max 個λ'將由一CR接收。(ii)N WSS,max =N split ，其中N split 係EDFA後分裂埠之總數目(在圖24a中N split =16)-需要此條件以當λ'自僅一個方向到達一經放大MCS且每一CR選擇一獨特波長時解決最糟不均勻訊務。若N WSS,max >N split ，則其意指(N WSS,max -N split )個λ'無輸出埠出去，而N WSS,max <N split 意指當傳入λ'繼續自僅一個方向流入時，甚至當原始卡中仍存在靜止空埠時仍必須塞增新的經放大MCS卡。因此，理想條件係N WSS,max =N split 。(iii)每一EDFA應在一CR處為N WSS,max 個λ'提供每λ足夠光功率(P rec )，該CR針對100G DP-QPSK具有對-20dBm之一典型接收器敏感度。組合條件(i)及(ii)，可得到表達式： N split =N WSS,max
Figure TWI615645BD00011
N CR ，針對一經放大MCS卡中之所有EDFA (1)
根據條件(iii)，因此：P rec =P EDFA -10．log(N WSS,max )-10．log(N split )-IL excess (2)
其中P EDFA 係每一EDFA之總輸出電力，且IL excess 係超過10‧log(N)之MCS過量損失，其範圍可介於自3dB至6dB。方程式(1)及(2)意指圖24中之每一EDFA經設計以處置最糟情形之不均勻訊務(亦即，λ'之N WSS,max 通道)，且因此需要較高電力之EDFA及較高成本。不均勻訊務之效應可以不均勻訊務與均勻訊務比率η來表達。舉例而言，在圖19a中，具有50%峰谷值比之一均勻訊務給出N WSS,max =96‧50%/24=2，且因此η=N WSS,max /N WSS,unif =16/2=8。
基於M×N多點播送交換器之CDC MOADM架構
圖24展示一8分支度50%卸取CDC RGADM：圖24a使用8個1×24 WSS 2404及24個經放大8×16 MCS 2406；圖24b藉由在EDFA 2411與雙重MCS 2414之間插入一1×2分叉器2412而使用8個1×12 WSS 2408及12個經放大雙重8×16卡。經標記為CR=之區塊繪示一同調接收器。如下闡述針對成本及大小減少之對圖24a中之基本架構之進一步改良。自一成本觀點，一CDC ROADM中之每塞增/卸取埠成本經給出為：每塞增/卸取埠成本=每MCS塞增/卸取埠成本+EDFA成本/J+WSS埠成本/K (3)
在圖24a中所示之實例中，J=2(每8個EDFA對應於16個 MCS塞增/卸取埠)且K=2(每8個WSS塞增/卸取埠對應於16個MCS塞增/卸取埠。問題現在係J與K是否可藉由增加N split 而進一步增加，以使得更多MCS塞增/卸取埠可分擔較高的層EDFA及WSS之成本。一種方法係增加一MCS之塞增/卸取埠計數，但現今每MCS最大埠計數係
Figure TWI615645BD00012
24。另一方法係在EDFA與MCS之間插入1×2 L (L=1、2、3、...)個分叉器(以使得N split =N×2 L )，如圖1b中所示(L=1)。注意，圖24b中一1×2分叉器層之塞增有效地使經放大之MCS成為一8×32模組，此達成經放大MCS卡及WSS埠之數目減少50%，如藉由比較圖24a與圖24b可觀察到。另一方面，N split 不可過大-其上限可藉由使N split =N WSS,max 且P EDFA =21dBm而自方程式(2)獲得且結果展示於圖25中。假定P rec =-16dBm(此針對一典型CR給出一4dB邊限)，看出N split 可係
Figure TWI615645BD00013
32(例如，將雙重8×16 MCS與1×2分叉器一起使用)或
Figure TWI615645BD00014
48(例如，將雙重8×24 MCS與1×2分叉器一起使用)，此取決於MCS過量損失。
現今一典型N CR
Figure TWI615645BD00015
12至16，且因此方程式(1)中之N CR 對N split 實際上設定比方程式(2)嚴格之一約束-儘管此約束可經由未來專屬數位信號處理演算法而鬆弛。方程式(1)亦指示N split 與N WSS,max 緊緊耦合以使得每次N split 加倍，P rec 減少6dB而非3dB。然而，存在較多用以鬆弛由方程式(1)設定之對N split 之約束之架構方法。第一種方法係在MCS與CR之間使用一可調諧濾波器陣列(TFA)以確保在一CR處所接收之λ'之數目係
Figure TWI615645BD00016
N CR ，儘管N split =N WSS,max 係大的[5]。此 方法之缺點係TFA之成本直接塞增至每卸取埠成本，且TFA之~2dB插入損失可實際上增加EDFA成本。第二種方法係使一經放大MCS卡中之EDFA經由一可調諧1×M分叉器共用一或多個泵激雷射，以使得多數EDFA不必放大N WSS,max 個λ'之一全負載，因此節省成本[3]。此方法之確定係其難以針對動態λ塞增/卸取靈活地調整EDFA當中之泵激共用。此外，此方法不允許一大N split 增加方程式(3)中之K。本發明方法係將N split 自方程式(1)中之N WSS,max 解耦合，因此N split 可獨立增加。如圖26中所示，其繪示具有一OXC負載平衡器(100%卸取)2448之一基於MCS之CDC ROADM，一N×N(N=64)光學交叉連接(OXC)2450插入於WSS層2452與EDFA層2452之間，且N split 動態地增加至4×24=96。OXC用作一「負載平衡器」(LB)，亦即，甚至在前96個λ'自僅一個方向(該方向為西方)到達時，負載平衡器將使8個西WSS輸出埠(其中每埠12個λ')重新混洗至前列以使得需要使用僅一個而非多個經放大MCS卡。圖26中之ROADM具有以下特徵：(a)其允許100%塞增/卸取以使得其成本可由高達784個塞增/卸取埠分擔；(b)其呈現一極佳之統一η；(c)其在一CR處使用少量一致通道(N WSS,max =12)且其插入成本~2dB可由後續EDFA補償而無增加成本；(d)其使EDFA後分裂顯著增加至96，但仍以一合理P rec =-15dBm(自方程式(2)獲得，其中P EDFA =21dBm且IL ecxcess =5dB)操作。此外，方程式(1)中之J及K現在增加至12，此導致最低總材料成本，如圖27中所示(見 「8×96+LB」)。圖27中亦展示在50%塞增/卸取之情況下使用習用方法之其他類型之MCS之相對成本。一負載平衡器可使一基於8×16 MCS之ROADM之總成本減少~70%之主要原因係乃因在卸取方向中192個15dBm EDFA減少至64個21dBm EDFA，且WSS埠之數目自192減少至64。針對圖27中之一公平比較，8×12及8×16 MCS不能完全達成50%塞增/卸取，此乃因1×32及1×24 WSS現今不可用，而8×24及8×32 MCS可由於其N WSS,max 超過現今之12至16之N CR 之事實而遭遇某些OSNR損耗。
圖28繪示整合至各種網路組態中之ROADM。可擴展多點播送交換器之使用提供期望之路由靈活性。ROADM 2800具有可程式化以避免將光功率分佈至休眠通道中及相關聯浪費之可程式化分叉器2802。可程式化分叉器2802可針對(例如)單方向訊務2804動態地重新組態功率分佈，其中2802a繪示一分裂效應。分叉器2802可程式化用於(例如)均勻地來自所有方向之訊務2806，其中2802b、2802b'繪示例示性信號流。分叉器2802可程式化用於任意訊務2808，其中2802c、2802c'、2802c"繪示例示性信號流。
圖29繪示用作一可程式化分叉器之一連續交換器之一實施例。基於MZI之可程式化分叉器2900具有在16個輸出2804當中動態分裂之一輸入N 2902。此一分叉器可用作用於一多點播送交換器之一分叉器樹，諸如針對以上所闡述之特定實施例。一般而言，一連續範圍光學交換器可(亦即)由Mach-Zehnder干涉儀構成，該干涉儀接受至其移相 器之驅動電壓之一連續範圍。用於本文中所闡述架構之光學交換器(諸如1×2、2×1及2×2交換器)可類似地基於Mach-Zehnder干涉儀結構。替代光學交換器設計可基於MEM技術及/或其他機械結構(例如，基於壓電之結構、電光效應、磁光效應、其組合或諸如此類)。一般而言，光學交換器設計係此項技術中所習知且在繼續進一步研發中。
圖30繪示圖24a之ROADM設計之一替代實施例。在此實施例中，ROADM 3000包括置於波長選擇交換器(WSS)3004與MCS電路3006之間的一可插拔放大器卡3002。MCS電路3006包括分叉器3008及交換器排3010。放大器可將每一輸入信號放大至MCS中。圖31繪示本實施例之一變化形式，其中低電力放大器供與具有均勻地來自所有方向之訊務(參考圖28)之網路一起使用。
圖32繪示一ROADM之一實施例，其中連接至輸入3021之一組8個1×20WSS 3020將輸入提供至OXC交叉連接交換器3022中用於負載平衡。一可插拔放大器集區3024提供對來自WSS之信號之放大。在某些實施例中，來自OXC 3020之輸出之一部分3030可引導至MCS 3028之輸入埠，且OXC之輸出之一第二部分3032可經引導至MCS之擴展輸入埠3034，該等擴展輸入埠連接至通至旁路交換器3038之旁路光路徑3036。此實施例包含提供完全自動且靈活交換。
圖33中繪示在ROADM內使用替代路由之一ROADM設計。基於面板(a)中示意性繪示之預安裝之大量DWDM轉頻器及光學輸送網路交換器埠且基於面板(b)之用戶端側光纖 交叉連接，將面板(c)之架構與一ROADM就爭用緩解而言進行對比。雖然本文中所闡述之可擴展交換器可有效地用於此等架構之任何者中，但面板(c)中之設計涉及通過爭用減輕重新路由交換器排以將爭用緩解至小後果之機率。圖34中展示ROADM之一實施例之架構。
如圖34中所示，爭用減輕交換器排可包括高達N-1個爭用緩解(CM)交換器結構，其中N係至ROADM中之輸入之數目。每一CM交換器結構可包括N×M交換器，諸如交叉連接交換器或其他類似交換器功能。如圖34中所示，每一交換器結構包括1×8電力耦合器及一1×16電力交換器，該等電流耦合器及該電力交換器提供交叉連接功能。ROADM進一步包括M個卸取交換器排。如圖34中所示，來自WSS之輸出進入M個(1×N)電力耦合器，該等電力耦合器提供輸入至MCS交換器中，且來自爭用交換器排之輸出亦經引導至MCS輸入。在基於本文中所闡述之可擴展MCS交換器設計之替代實施例中，來自爭用交換器排之輸出可經引導至MCS交換器之擴展輸入埠且WSS之輸出可在無使用耦合器之情況下直接引導至MCS交換器之輸入。隨所提供負載而變之阻塞率可有效地無爭用，例如，比10-7小得多之阻塞率具有大量爭用交換器排(特定而言，5至7個爭用交換器排)。
環光學網路可提供顯著之穩健性，此乃因若發生一線路之一中斷，則信號傳輸可替代地透過一並行環發生而不論一中斷之位置。圖35中展示具有連接一組節點之兩個並行 光學路徑之一環網路之概念圖。此一環網路可(舉例而言)用作具有每節點4至8個埠、88個DWDM波長、具有無色ROADM之一都會網路邊緣。在某些實施例中，環網路了用作具有一主節點及相關聯子節點之一中心環網路。圖36中展示潛在節點結構。
參考圖36，一節點3602包括用於執行塞增及卸取功能之兩個並行結構。每一並行光學線3604及3606藉助一1×2WSS連接至節點之塞增側(3608、3610)及卸取側(3612、3614)。節點之塞增側包括分別連接至WSS 3608、3610之兩個MCS 3620、3622，且MCS 3620、3622連接在一組2×1旁路交換器2624處。類似地，節點之卸取側包括分別連接至WSS 3612、3614之兩個MCS 3640、3642，且MCS 3640、3642連接在一組2×1旁路交換器2644處。若使用一經整合可擴展MCS，來自該等MCS對中一者(3620+3622或3640+3642)之輸出可經引導至其他MCS交換器之擴展輸入埠中以利用可擴展交換器之旁路交換器來提供期望之功能性。
上述實施例意欲係說明性而非限制性。額外實施例在申請專利範圍內。另外，儘管已參照特定實施例對本發明進行闡述，但熟習此項技術者應認識到，可在不背離本發明之情形及範疇之情況下作出形式及細節之改變。以對上述文件之引用方式之任何併入係有限的以使得並不併入與本文之明確揭示內容相反之標的物。
以引用方式併入本文中之參考文獻：[1]M.Feuer等 人，Optical Fiber Telecommunications，B卷，Systems and Networks，第8章，2008年；[2]S.Gringeri等人，IEEE Comma Mag.，第40頁，2010年7月；[3]S.Zhong與J.Bao，美國專利申請公開案US 2009/0067845；[4]L.Nelson等人，J.Lightwave Technol.，第2933頁，2010年；[5]T.Watanabe等人，OFC/NFOEC，paper OTuD3，2011年。
100‧‧‧N×M光學交換器/光學交換器
102‧‧‧輸入光學線
104‧‧‧輸出線
107‧‧‧輸入埠
108‧‧‧總成
109‧‧‧第一交換器
110‧‧‧光學電路/電路/平面光學電路
111‧‧‧第二交換器
112‧‧‧平面光學電路/光學電路
114‧‧‧光學互連
116‧‧‧輸入光學線
117‧‧‧輸入光學線
118‧‧‧輸入埠
120‧‧‧輸出埠
121‧‧‧輸出埠/埠
123‧‧‧擴展輸入埠
125‧‧‧輸出線
127‧‧‧總成
128‧‧‧交換器
129‧‧‧交換器
130‧‧‧光學電路/電路
132‧‧‧光學電路/電路
134‧‧‧輸入埠
136‧‧‧輸出埠
138‧‧‧擴展輸出埠
140‧‧‧輸入埠/輸入
142‧‧‧輸出埠
144‧‧‧光學互連
146‧‧‧光學輸入線
148‧‧‧光學輸出線
149‧‧‧模組
150‧‧‧光學電路/輸出線
151‧‧‧模組
152‧‧‧光學電路
153‧‧‧模組
154‧‧‧光學電路
155‧‧‧模組
156‧‧‧光學電路/平面光學電路
502‧‧‧交換模組
504a‧‧‧輸入通道
504b‧‧‧輸入通道
504c‧‧‧輸入通道
504d‧‧‧輸入通道
506a‧‧‧下游擴展輸出通道
506b‧‧‧下游擴展輸出通道
506c‧‧‧下游擴展輸出通道
506d‧‧‧下游擴展輸出通道
508a‧‧‧卸取埠
508b‧‧‧卸取埠
508c‧‧‧卸取埠
510a‧‧‧路徑
510b‧‧‧路徑
510c‧‧‧路徑
510d‧‧‧路徑
512a‧‧‧路徑
512b‧‧‧路徑
512c‧‧‧路徑
516‧‧‧交叉點交換器/交換器
600‧‧‧可擴展交換器
602‧‧‧陣列
604‧‧‧光學交叉點交換器/交叉點交換器
606‧‧‧輸入通道可選擇線/通道可選擇線/可選擇線/通道旁路線
608‧‧‧卸取線
610‧‧‧通道旁路線
612‧‧‧卸取旁路線
614‧‧‧輸入1×2交換器/交換器
615‧‧‧輸入線
617‧‧‧輸出線
618‧‧‧卸取2×1交換器
620‧‧‧擴展輸出埠
622‧‧‧擴展輸入埠/擴展輸入線
700‧‧‧交換器總成
722‧‧‧陣列
724‧‧‧光學交叉點交換器
726‧‧‧通道可選擇線
728‧‧‧卸取線
730‧‧‧通道旁路線/線
732‧‧‧卸取旁路線/線
733‧‧‧輸入1×2交換器
734‧‧‧輸入線/線/輸入
735‧‧‧卸取2×1交換器
736‧‧‧輸出線
740‧‧‧可擴展交換器模組/交換器
742‧‧‧陣列
744‧‧‧光學交叉點交換器
746‧‧‧通道可選擇線
748‧‧‧卸取線
750‧‧‧通道旁路線/線
752‧‧‧卸取旁路線
753‧‧‧輸入1×2交換器
754‧‧‧輸入線
755‧‧‧卸取2×1交換器
756‧‧‧輸出線
760‧‧‧可擴展交換器模組
762‧‧‧陣列
764‧‧‧光學交叉點交換器
766‧‧‧通道可選擇線
768‧‧‧卸取線
770‧‧‧通道旁路線/線
772‧‧‧卸取旁路線/線
773‧‧‧輸入1×2交換器
774‧‧‧輸入線/線
775‧‧‧卸取2×1交換器
776‧‧‧輸出線/輸出
780‧‧‧可擴展交換器模組/交換器
782‧‧‧陣列
784‧‧‧光學交叉點交換器
786‧‧‧輸入通道可選擇線/通道可選擇線
788‧‧‧卸取線
790‧‧‧通道旁路線/線
792‧‧‧卸取旁路線
793‧‧‧輸入1×2交換器
794‧‧‧輸入線
795‧‧‧卸取2×1交換器
796‧‧‧輸出線
800‧‧‧可擴展多點播送交換器
802‧‧‧分叉器樹
804‧‧‧交換區段
806‧‧‧旁路線/旁路路徑
808‧‧‧輸出線/輸出
811a‧‧‧分叉器
811b‧‧‧分叉器
811c‧‧‧分叉器
811d‧‧‧分叉器
821a‧‧‧分叉器
821b‧‧‧分叉器
821c‧‧‧分叉器
821d‧‧‧分叉器
822a‧‧‧分叉器
822b‧‧‧分叉器
822c‧‧‧分叉器
822d‧‧‧分叉器
831a‧‧‧分叉器
831b‧‧‧分叉器
831c‧‧‧分叉器
831d‧‧‧分叉器
832a‧‧‧分叉器
832b‧‧‧分叉器
832c‧‧‧分叉器
832d‧‧‧分叉器
833a‧‧‧分叉器
833b‧‧‧分叉器
833c‧‧‧分叉器
833d‧‧‧分叉器
834a‧‧‧分叉器
834b‧‧‧分叉器
834c‧‧‧分叉器
834d‧‧‧分叉器
841‧‧‧交換區段/區塊/交換區塊
841'‧‧‧交換區段/交換區塊
841ab‧‧‧光學交換器
841bc‧‧‧交換器
841cd‧‧‧交換器
842‧‧‧交換區段
842'‧‧‧交換區段
843‧‧‧交換區段
843'‧‧‧交換區段
844‧‧‧交換區段
844'‧‧‧交換區段
851‧‧‧旁路交換器
851'‧‧‧旁路交換器
852‧‧‧旁路交換器
852'‧‧‧旁路交換器
853‧‧‧旁路交換器
853'‧‧‧旁路交換器
854‧‧‧旁路交換器
854'‧‧‧旁路交換器
900‧‧‧總成
902‧‧‧光路徑
910‧‧‧初始可擴展交換器模組/初始模組/可擴展 交換器模組/交換器模組/第二4×8多點播送 交換器
911‧‧‧輸入
913‧‧‧輸出
920‧‧‧終點可擴展交換器模組
921‧‧‧輸入
922‧‧‧擴展輸入埠
923‧‧‧輸出組
924a‧‧‧旁路交換器
924b‧‧‧旁路交換器
924c‧‧‧旁路交換器
924d‧‧‧旁路交換器
924e‧‧‧旁路交換器
924f‧‧‧旁路交換器
924g‧‧‧旁路交換器
924h‧‧‧旁路交換器
1102‧‧‧交換區塊/區塊
1104‧‧‧交換區塊
1106‧‧‧交換器
1108‧‧‧交換器
1110‧‧‧交換器
1112‧‧‧旁路交換器
1114‧‧‧交換器
1116‧‧‧交換器
1118‧‧‧交換器
1120‧‧‧交換器
1208‧‧‧交換區塊
1210‧‧‧交換區塊
1212‧‧‧交換器
1214‧‧‧旁路交換器/交換區塊
1215‧‧‧交換區塊
1216‧‧‧交換器
1218‧‧‧交換器
1220‧‧‧交換器
1222‧‧‧旁路交換器
1224‧‧‧輸出
1300‧‧‧可擴展4×3 PLC交叉連接/交換器
1302‧‧‧輸入
1303‧‧‧擴展輸入
1308‧‧‧輸出
1309‧‧‧擴展輸出
1312‧‧‧旁路交換器
1314‧‧‧旁路交換器
1400‧‧‧交換器
1402‧‧‧輸入/輸入旁路
1404‧‧‧輸出
1406‧‧‧交換/干涉模組
1408‧‧‧旁路交換器
1410‧‧‧輸出旁路
1500‧‧‧多點播送交換器
1502‧‧‧光學多點播送交換器功能
1504‧‧‧光學分叉器
1506‧‧‧光學交換器
1508‧‧‧互連
1510‧‧‧光學分接耦合器
1512‧‧‧光電二極體
1514‧‧‧光學隔離器
1516‧‧‧增益平坦化濾波器
1518‧‧‧摻雜鉺之光纖捲軸
1520‧‧‧1×8可調諧分叉器
1522‧‧‧交換器/分叉器
1530‧‧‧模組
1540‧‧‧模組
1550‧‧‧模組
1552‧‧‧光纖互連
1552'‧‧‧光纖互連
1800‧‧‧可重新組態之光學塞取多工器卡/卡
1801‧‧‧子總成
1802‧‧‧前側
1804‧‧‧散熱片
1806‧‧‧線路卡
1808‧‧‧多點播送交換器模組
1810‧‧‧隔離器/BDF匣
1812‧‧‧光纖管理匣
1814‧‧‧蓋式光纖管理匣
1816‧‧‧光纖
1818‧‧‧光纖管理匣
1820‧‧‧保護器式光纖接續件
1822‧‧‧排除區域
1824‧‧‧隔離器/GFP/EDP匣
2400‧‧‧基本M×N多點播送交換器
2402‧‧‧多點播送交換器輸入埠
2404‧‧‧1×24波長選擇交換器
2406‧‧‧8×16多點播送交換器
2408‧‧‧1×12波長選擇交換器
2411‧‧‧摻雜鉺之光纖放大器
2412‧‧‧1×2分叉器
2414‧‧‧雙重多點播送交換器
2448‧‧‧光學交叉連接負載平衡器
2450‧‧‧N×N(N=64)光學交叉連接
2452‧‧‧波長選擇交換器層
2454‧‧‧摻雜鉺之光纖放大器層
2800‧‧‧可重新組態之光學塞取多工器
2802‧‧‧可程式化分叉器/分叉器
2802a‧‧‧分裂效應
2802b‧‧‧信號流
2802b'‧‧‧信號流
2802c‧‧‧信號流
2802c'‧‧‧信號流
2802c"‧‧‧信號流
2804‧‧‧單方向訊務/輸出
2806‧‧‧來自所有方向之訊務
2808‧‧‧任意訊務
2900‧‧‧可程式化分叉器
2902‧‧‧輸入N
3000‧‧‧可重新組態之光學塞取多工器
3002‧‧‧可插拔放大器卡
3004‧‧‧波長選擇交換器
3006‧‧‧多點播送交換器電路
3008‧‧‧分叉器
3010‧‧‧交換器排
3020‧‧‧1×20波長選擇交換器/光學交叉連接
3021‧‧‧輸入
3022‧‧‧交叉連接交換器
3024‧‧‧可插拔放大器集區
3028‧‧‧多點播送交換器
3030‧‧‧輸出之一部分
3032‧‧‧輸出之一第二部分
3034‧‧‧擴展輸入埠
3036‧‧‧旁路光路徑
3038‧‧‧旁路交換器
3602‧‧‧節點
3604‧‧‧並行光學線
3606‧‧‧並行光學線
3608‧‧‧節點之塞增側/波長選擇交換器
3610‧‧‧節點之塞增側/波長選擇交換器
3612‧‧‧波長選擇交換器
3614‧‧‧波長選擇交換器
3620‧‧‧多點播送交換器
3622‧‧‧多點播送交換器
3640‧‧‧多點播送交換器
3642‧‧‧多點播送交換器
a‧‧‧光學輸入/輸入/輸入線
b‧‧‧光學輸入/輸入/輸入線
c‧‧‧光學輸入/輸入/輸入線
d‧‧‧光學輸入/輸入/輸入線
B1‧‧‧擴展輸入埠
B2‧‧‧擴展輸入埠
B3‧‧‧擴展輸入埠
B4‧‧‧擴展輸入埠
B5‧‧‧擴展輸入埠
B6‧‧‧擴展輸入埠
B7‧‧‧擴展輸入埠
B8‧‧‧擴展輸入埠
X1‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X2‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X3‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X4‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X5‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X6‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X7‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
X8‧‧‧出口/光學輸出線/輸出連接/輸出線
圖1繪示具有N個輸入及M個輸出之一光學交換器；圖2繪示具有配備擴展埠之至少一個交換器之一交換器總成；圖3繪示具有配備擴展埠之至少一個交換器之一交換器總成之一替代實施例；圖4繪示經互連以提供一N×M交換器之四個模組；圖5繪示一可擴展交換模組；圖6繪示具有複數個旁路線之一可擴展交換器；圖7繪示經裝配在一起之一可擴展交換器群組；圖8繪示一可擴展多點播送交換器；圖9繪示一可擴展多點播送交換器總成；圖10繪示圖8之交換器之一子區段；圖11係用於一多點播送交換器之一替代可擴展4×1電路；圖12係用於一多點播送交換器之另一替代可擴展4×1電路； 圖13係一可擴展4×3平面光波電路(PLC)交叉連接之一概念配置；圖14係一可擴展PLC之一佈局之一實施例；圖15係一可擴展交換器之一功能圖；圖16係圖15之交換器之光學模組之一功能圖；圖17係圖15之交換器之模組之連接之一功能圖；圖18A係一卡之一前側之一模型之一透視圖；圖18B係圖18A之卡之後側之一透視圖；圖19係圖18A之卡之一子總成之一平面圖；圖20係圖18A之卡之一子總成之一透視圖；圖21係圖18A之卡之一子總成之一透視圖；圖22係圖18A之卡之一子總成之一透視圖；圖23係圖18A之卡之可擴展交換器之一佈局之一俯視圖；圖24a係一多點播送交換器之一實施例；圖24b係一多點播送交換器之一替代實施例；圖25係一CR處之所接收光功率之一曲線圖；圖26係具有一交越交換器負載平衡器之一多點播送ROADM之一實施例；圖27係使用不同多點播送交換器類型及峰谷值比之一ROADM成本之一條形圖；圖28繪示使用8個可程式化分叉器之一ROADM之一經改良架構。
圖29繪示一基於MZI之可程式化分叉器及例示性規格； 圖30繪示在針對其中初始訊務流量僅來自一個方向之情形之情況下之一MCS；圖31繪示在針對其中初始訊務流量一致地來自所有方向之情形之情況下之一MCS；圖32繪示在針對其中提供完全自動靈活性之情形之情況下之一MCS；圖33係各種硬體爭用緩解選項之一示意圖；圖34係具有爭用緩解之CD架構之一示意圖；圖35係具有連接一組節點之並行光學路徑之一環網路之一概念圖；及圖36繪示一節點結構之一實例。
900‧‧‧總成
902‧‧‧光路徑
910‧‧‧初始可擴展交換器模組/初始模組/可擴展交換器模組/交換器模組/第二4×8多點播送交換器
911‧‧‧輸入
913‧‧‧輸出
920‧‧‧終點可擴展交換器模組
921‧‧‧輸入
922‧‧‧擴展輸入埠
923‧‧‧輸出組
924a‧‧‧旁路交換器
924b‧‧‧旁路交換器
924c‧‧‧旁路交換器
924d‧‧‧旁路交換器
924e‧‧‧旁路交換器
924f‧‧‧旁路交換器
924g‧‧‧旁路交換器
924h‧‧‧旁路交換器

Claims (27)

  1. 一種具有擴展連接之光學交換裝置，該光學交換裝置包括一光電(photonic)積體電路，該光電積體電路包括：N個輸入光學埠，其中N>1；一輸入光路徑，其與每一輸入埠相關聯；M個光學輸出埠，其中M
    Figure TWI615645BC00001
    1；一輸出光路徑，其與每一輸出埠相關聯；一旁路光學交換器區塊，其與每一輸出埠相關聯；P個擴展輸入埠(expansion-in ports)，其中P
    Figure TWI615645BC00002
    1；一擴展光路徑，其與每一擴展輸入埠相關聯且與一相關聯旁路交換器區塊連接；複數個光學交換元件及相關聯光路徑，其在該等輸入光路徑與相關聯於一輸出光路徑之一旁路交換器區塊之間形成一連接網路。
  2. 如請求項1之光學交換裝置，其中P=mM，其中m係
    Figure TWI615645BC00003
    2之一整數且其中該旁路光學交換器區塊包括(m+1)×1光學交換裝置。
  3. 如請求項1之光學交換裝置，其中P=M且其中該旁路光學交換區塊包括一2×1光學交換器。
  4. 如請求項1之光學交換裝置，其進一步包括光學分叉器與相關聯複數個光學光路徑之一樹狀結構，其中該複數個光學交換元件組織成若干群組，其中每一交換器群組與相關聯於一輸出光路徑之該旁路交換器相關聯，其中經分裂光學光路徑將輸入提供至該等交換器群組中，且其中至一交換器群組之每一輸入連接至與一不同分叉器樹相關聯之一光路徑。
  5. 如請求項4之光學交換裝置，其中每一輸入連接至K個分支，其中K
    Figure TWI615645BC00004
    M，其中若K>M，則K-M個光學通路係休眠的。
  6. 如請求項4之光學交換裝置，其中每一輸入連接至K個分支，其中K<M，且其中該等交換元件經組態以將一信號自一輸入選擇性地引導至K個輸出之一子組。
  7. 如請求項4之光學交換裝置，其中相關聯於與一輸出連接之一特定旁路交換器之一交換區塊包括N-1個經依序對準之2×1光學交換元件。
  8. 如請求項4之光學交換裝置，其中相關聯於與一輸出連接之一特定旁路交換器之一交換區塊包括L{L=
    Figure TWI615645BC00005
    log2(N)之最小整數}個序列層級之2×1光學交換元件。
  9. 如請求項1之光學交換裝置，其中該複數個光學交換元件及相關聯光路徑具有提供每一輸入光路徑與每一輸出光路徑之間的連接之一概念上矩形交換器矩陣。
  10. 如請求項1之光學交換裝置，其進一步包括：一組Q個擴展輸出光學埠；一擴展輸出光路徑，其與每一擴展輸出埠相關聯；及一旁路光學交換器，其連接一輸入光路徑與一擴展輸出光路徑以及光學交換元件與相關聯光路徑之該網路。
  11. 如請求項1之光學交換裝置，其中該等旁路交換器係可連續調整的。
  12. 如請求項1之光學交換裝置，其中該光電積體電路包括一平面基板上之波導積體光學電路。
  13. 如請求項1之光學交換裝置，其中該等光學交換元件包括2×1光學交換器。
  14. 如請求項1之光學交換裝置，其中該等光學交換元件包括2×2光學交換器。
  15. 如請求項1之光學交換裝置，其進一步包括經光學耦合至一輸入線或一輸出線之一光學放大器。
  16. 一種具有擴展連接之光學交換裝置，該光學交換裝置包括一光電積體電路，該光電積體電路包括：N個輸入光學埠，其中N
    Figure TWI615645BC00006
    1；一輸入光路徑，其與每一輸入埠相關聯；M個光學輸出埠，其中M>1；一輸出光路徑，其與每一輸出埠相關聯；一旁路光學交換器區塊，其與每一輸出埠相關聯；Q個擴展輸出埠(expansion-out ports)，其中Q
    Figure TWI615645BC00007
    1；一擴展光路徑，其與每一擴展輸出埠相關聯且與一相關聯旁路交換器區塊連接；複數個光學交換元件及相關聯光路徑，其在與一輸入光路徑相關聯之該旁路交換器區塊與該等輸出埠之間形成一連接網路。
  17. 如請求項16之光學交換裝置，其中該複數個光學交換元件及相關聯光路徑具有提供每一輸入光路徑與每一輸出光路徑之間的連接之一概念上矩形交換器矩陣。
  18. 如請求項16之光學交換裝置，其進一步包括光學組合器與相關聯複數個光學光路徑之一樹狀結構，其中該複數個光學交換元件組織成若干群組，每一交換器群組與連接至一輸入埠之一光路徑相關聯，其中一交換器群組之每一輸出耦合至一不同光學組合器樹之一分支。
  19. 一種可擴展光學交換器裝置，其用於動態地組態選定數目個光學輸入埠與M個光學輸出埠之間的互連，該交換器裝置包括Z個光學交換模組(Z
    Figure TWI615645BC00008
    2)，該等光學交換模組具有光學互連以形成具有一初始模組、一終點模組及若干選用中間模組之一組態，每一光學交換模組L包括NL個輸入埠及M個輸出埠以及在該等輸入埠與該等輸出埠之間的所期望之交換能力，其中NL之總和等於輸入埠之該選定數目，其中並非一初始模組之每一光學交換模組具有透過旁路交換器耦合至各別輸出埠之一組擴展輸入埠且其中並非一終點模組之每一光學模組具有耦合至另一模組之擴展輸入埠之一組輸出埠。
  20. 如請求項19之可擴展光學交換器裝置，其中每一交換模組進一步包括光學分叉器與相關聯複數個光路徑之一樹狀結構，且複數個光學交換元件及相關聯光路徑形成光學分叉器與該等旁路交換器之間的一連接網路。
  21. 一種可擴展光學交換器裝置，其用於動態地組態N個光學輸入埠與選定數目個光學輸出埠之間的互連，該交換器裝置包括Z個光學交換模組(Z
    Figure TWI615645BC00009
    2)，該等光學交換模組具有光學互連以形成具有一初始模組、一終點模組及若干選用中間模組之一組態，每一光學交換模組L包括N個輸入埠及ML個輸出埠以及在該等輸入埠與該等輸出埠之間的所期望之交換能力，其中ML之總和等於輸出埠之該選定數目，其中並非一終點模組之每一光學交換模組具有透過旁路交換器耦合至各別輸入埠之一組擴展輸出埠 且其中並非一初始模組之每一光學模組具有耦合至另一模組之擴展輸出埠之一組輸入埠。
  22. 一種光學環網路，其包括：複數個節點；兩個不同光學環，其連接至該等節點；及若干光學分支，其在每一節點處提供每一光學環與N個輸出光學線之間的一光學連接，其中該等光學分支包括：兩個1×N光學交換器，其中每一1×N光學交換器連接至一各別環；及N個2×1旁路交換器，其連接該等各別1×N光學交換器與該N個光學線。
  23. 如請求項22之光學環網路，其中每一1×N光學交換器包括光學分叉器與相關聯複數個光學光路徑之一樹狀結構，且複數個光學交換元件組織成若干群組，其中一交換器群組中之每一部件與連接於光學分叉器結構與一旁路交換器之間的一光路徑相關聯。
  24. 一種光學網路交換裝置，其包括：N個光學光路徑；一N'×M'交叉連接交換器(OXC)；及一N"×M"多點播送交換器(MCS)；一組旁路交換器以及在一OXC輸出與一旁路交換器之間的一組旁路光路徑，且其中一旁路交換器亦連接至一MCS輸出。
  25. 一種光學網路交換裝置，其包括：N個輸入光路徑、一卸取交換器排及一爭用緩解結構，其中該卸取交換器排包括一多點播送交換器(MCS)且該爭用緩解結構包括一選擇性光學交換器，其中來自該選擇性光學交換器之輸出透過光通道經引導至該MCS之輸入，其中該N個輸入 光路徑劃分成將輸入提供至該爭用緩解結構之一子組及將輸入提供至該卸取交換器排之一另外子組。
  26. 如請求項25之光學網路交換裝置，其中該MCS包括：輸出光路徑；擴展輸入埠；旁路光路徑，其連接至該等擴展輸入埠；及旁路交換器，其光學連接至該等旁路光路徑及該等輸出光路徑以將一光學信號選擇性地發送至一輸出光路徑，且其中該選擇性光學交換器包括光學連接至該MCS之該等擴展輸入埠之輸出光路徑。
  27. 如請求項25之光學網路交換裝置，其中該選擇性光學交換器包括光學耦合至該MCS之輸入埠之擴展輸出埠。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10687130B2 (en) 2018-06-11 2020-06-16 Delta Electronics, Inc. Intelligence-defined optical tunnel network system controller and control method thereof

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013133829A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Empire Technology Development Llc Multi-degree reconfigurable optical add-drop multiplexing
US9252910B2 (en) * 2012-12-12 2016-02-02 Lumentum Operations Llc Expandable multicast optical switch
US10036396B2 (en) 2013-03-08 2018-07-31 Coriant Operations, Inc. Field configurable fan operational profiles
US9819436B2 (en) 2013-08-26 2017-11-14 Coriant Operations, Inc. Intranodal ROADM fiber management apparatuses, systems, and methods
US9215028B2 (en) * 2013-09-09 2015-12-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Photonic switch chip for scalable reconfigurable optical add/drop multiplexer
US9660421B2 (en) * 2013-10-07 2017-05-23 Neophotonics Corporation Dynamically-distributable multiple-output pump for fiber optic amplifier
CN103558667B (zh) * 2013-11-19 2016-04-13 武汉光迅科技股份有限公司 一种基于自由空间传输的多播交换光开关
US9998252B2 (en) * 2014-02-21 2018-06-12 Dicon Fiberoptics, Inc. Apparatus and manufacturing method for an integrated multicast switch, for use in reconfigurable optical add-drop networks
US9560427B2 (en) * 2014-05-28 2017-01-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Scalable silicon photonic switching architectures for optical networks
US9742520B1 (en) 2014-09-19 2017-08-22 Neophotonics Corporation Optical switching system with a colorless, directionless, and contentionless ROADM connected to unamplified drop channels
CN106716890B (zh) * 2014-09-24 2019-04-26 瑞典爱立信有限公司 光节点
EP3016402A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical circuit switch
US9660752B2 (en) * 2014-12-30 2017-05-23 Infinera Corporation Wavelength selective switch (WSS) based multiplexing architecture
US9621264B2 (en) * 2015-01-29 2017-04-11 Huawei Technologies Co., Ltd. Bi-directional tap-monitor for optical add-drop photonic chip
US10972207B2 (en) * 2015-02-19 2021-04-06 Coriant Operations, Inc. Method and apparatus for modular ROADM and remote DWDM wavelength add/drop
US9749723B2 (en) * 2015-03-05 2017-08-29 Huawei Technologies Co., Ltd. System and method for optical network
CN204479798U (zh) * 2015-03-11 2015-07-15 中央民族大学 一种基于复合硅基液晶的m×n端口可重构光分插复用器
US20160301495A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Nec Laboratories America, Inc. Power Efficient Multi-Degree ROADM Using Variable Optical Splitter
WO2016167010A1 (ja) * 2015-04-13 2016-10-20 古河電気工業株式会社 交差スプリッタ、これを用いたマルチキャストスイッチおよびマルチキャストスイッチモジュール
US9706276B2 (en) 2015-11-05 2017-07-11 Rockley Photonics Limited Optoelectronic switch
US9900672B2 (en) 2015-04-24 2018-02-20 Rockley Photonics Limited Optoelectronic switch architectures
US10028041B2 (en) 2015-04-24 2018-07-17 Rockley Photonics Limited Optical switch architecture
GB2544130B (en) * 2015-11-05 2021-10-06 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic switch
US10491973B2 (en) 2015-04-24 2019-11-26 Rockley Photonics Limited Optoelectronic switch
JP6468058B2 (ja) * 2015-04-30 2019-02-13 富士通株式会社 光スイッチモジュール、これを用いた光中継装置、及び方路拡張方法
US20160337731A1 (en) * 2015-05-13 2016-11-17 Huawei Technologies Co., Ltd. System and Method for Photonic Switching
US9496958B1 (en) * 2015-08-04 2016-11-15 Adva Optical Networking Se Method and apparatus for traffic engineering on an optical transport network
US10034069B2 (en) 2015-09-29 2018-07-24 Rockley Photonics Limited Optoelectronic switch
US9866346B2 (en) * 2015-10-27 2018-01-09 Nec Corporation Redundancy protection for reconfigurable optical add/drop multiplexing (ROADM) branching unit
CN106803780B (zh) * 2015-11-26 2019-06-14 国网智能电网研究院 一种基于阵列波导光栅的无阻塞光组播交换网络设计方法
US20170346553A1 (en) * 2016-05-27 2017-11-30 Corning Optical Communications LLC Fiber optic assemblies for tapping live optical fibers in fiber optic networks employing wdm technology
US10261389B2 (en) 2016-06-22 2019-04-16 Massachusetts Institute Of Technology Methods and systems for optical beam steering
WO2017223299A1 (en) 2016-06-22 2017-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Methods and systems for optical beam steering
US10715887B2 (en) 2016-09-09 2020-07-14 The Regents Of The University Of California Silicon-photonics-based optical switch with low polarization sensitivity
FI3563586T3 (fi) * 2016-12-27 2023-12-13 Accelink Tech Co Ltd Syöttö-/pudotusrakenne
US10476624B2 (en) * 2017-04-21 2019-11-12 Lumentum Operations Llc Colorless, directionless, contentionless optical network using MXN wavelength selective switches
US11115735B2 (en) * 2017-05-30 2021-09-07 Commscope Technologies Llc Reconfigurable optical networks
WO2019108547A1 (en) * 2017-11-28 2019-06-06 Neophotonics Corporation Energy efficient, contentionless nxm roadm with amplified single wavelength drop/add ports and corresponding methods
US11360272B2 (en) * 2017-11-30 2022-06-14 The Regents Of The University Of California Wafer-scale-integrated silicon-photonics-based optical switching system and method of forming
CN108458855B (zh) * 2018-04-03 2020-07-14 杭州杭睿科技有限公司 一种柔性显示屏温度特性测量装置
US11507818B2 (en) 2018-06-05 2022-11-22 Lightelligence PTE. Ltd. Optoelectronic computing systems
SG11202011824PA (en) 2018-06-05 2020-12-30 Lightelligence Inc Optoelectronic computing systems
CN110998403A (zh) 2018-12-29 2020-04-10 华为技术有限公司 分光装置
US11734556B2 (en) * 2019-01-14 2023-08-22 Lightelligence PTE. Ltd. Optoelectronic computing systems
WO2020222902A1 (en) 2019-04-30 2020-11-05 Massachusetts Institute Of Technology Planar luneburg lens system for two-dimensional optical beam steering
WO2021174087A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 Siphox, Inc. Integrated photonics assemblies
US11402577B2 (en) 2020-03-27 2022-08-02 International Business Machines Corporation Analog optic memory and signal processing
US11984933B2 (en) 2020-04-09 2024-05-14 Psiquantum, Corp. Systems and methods for photonic multiplexing
US11617029B2 (en) 2020-06-25 2023-03-28 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Stackable waveguide shuffle blocks and systems and methods of identifying same
EP4176295A1 (en) 2020-07-01 2023-05-10 Psiquantum Corp. Raster multiplexing in photonic circuits
CN116438753A (zh) * 2020-11-06 2023-07-14 华为技术有限公司 高自由度光交叉连接集群节点的连接管理方法
US20240118497A1 (en) * 2021-01-26 2024-04-11 Daegu Gyeongbuk Institute Of Science And Technology Multicast switch array and beam steering device using same
CN112799173B (zh) * 2021-04-01 2021-08-03 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种光纤合束分束器
KR20240031228A (ko) 2021-05-10 2024-03-07 엔이와이이 시스템즈 아이엔씨. 2차원 실리콘 포토닉 MEMS 스위치 어레이를 갖는 유사 모노스태틱 LiDAR

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408548A (en) * 1991-12-13 1995-04-18 Olmstead; Charles H. Optical switches
US20020030867A1 (en) * 2000-06-05 2002-03-14 Cisco Technology Inc. Optical WDM network having mixed wavelength routing and fiber routing cross-connect switches
TW200503463A (en) * 2003-06-24 2005-01-16 Intel Corp Generic multi-protocol label switching (GMPLS)-based label space architecture for optical switched networks

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6234497A (ja) * 1985-08-07 1987-02-14 Nec Corp 光スイツチネツトワ−ク
RU2010425C1 (ru) * 1990-08-23 1994-03-30 Ташкентский электротехнический институт связи Устройство коммутации
US5581643A (en) 1994-12-08 1996-12-03 Northern Telecom Limited Optical waveguide cross-point switch
US6144781A (en) 1997-12-31 2000-11-07 At&T Corp. Symmetrical optical matrix crossconnect apparatus and method therefor
US6236775B1 (en) 1998-05-19 2001-05-22 Lynx Photonic Networks Inc. Integrated optical switch array
US6430329B1 (en) * 1998-05-19 2002-08-06 Lynx Photonix Networks Inc. Integrated optical switch array
US20020163693A1 (en) * 1999-07-26 2002-11-07 Assaf Rubissa Method and system for switching and routing, while logically managing and controlling, multichannel optical signals in an optical communication system
EP1091614B1 (en) * 1999-10-06 2004-12-15 Nortel Networks Limited Switch for optical signals
DE60039342D1 (de) 2000-01-06 2008-08-14 Nippon Telegraph & Telephone CDMA Kodierer-Dekodierer, CDMA Nachrichtenübertragungssystem, WDM-CDMA Nachrichtenübertragungssystem
US7085445B2 (en) 2000-08-04 2006-08-01 Seungug Koh Micro-opto-electro-mechanical waveguide switches
US6882800B1 (en) * 2000-11-02 2005-04-19 Nortel Networks Limited Optical switching system for switching opticals signals in wavelength groups
US6674935B2 (en) * 2001-06-15 2004-01-06 Tropic Networks Inc. Optical connection arrangements
JP2003018625A (ja) * 2001-06-29 2003-01-17 Toshiba Corp 光スイッチ装置および光スイッチユニット
US6615615B2 (en) 2001-06-29 2003-09-09 Lightwave Microsystems Corporation GePSG core for a planar lightwave circuit
US7160746B2 (en) 2001-07-27 2007-01-09 Lightwave Microsystems Corporation GeBPSG top clad for a planar lightwave circuit
US7106967B2 (en) * 2001-09-04 2006-09-12 Doron Handelman Optical packet switching apparatus and methods
US6658179B2 (en) 2001-11-08 2003-12-02 Xerox Corporation Monolithic reconfigurable optical multiplexer systems and methods
US6868201B1 (en) 2002-03-22 2005-03-15 Nortel Networks Limited Reconfigurable WDM mux/demux/OADM
GB0208797D0 (en) 2002-04-17 2002-05-29 Univ Cambridge Tech IP-Capable switch
CN2550781Y (zh) * 2002-05-28 2003-05-14 台达电子工业股份有限公司 光学交换器
CN1464316A (zh) * 2002-06-17 2003-12-31 台达电子工业股份有限公司 可调式光波长交换器
US6999652B2 (en) 2002-11-06 2006-02-14 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical module and optical switch constituting the same
US7899334B2 (en) 2003-01-31 2011-03-01 Ciena Corporation Signal distribution module for a directionless reconfigurable optical add/drop multiplexer
EP1643302B1 (en) 2003-07-04 2013-09-25 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Interferometer optical switch and variable optical attenuator
US7805037B1 (en) 2003-08-19 2010-09-28 Kotura, Inc. Multiplexer having improved efficiency
US7447397B1 (en) 2004-06-14 2008-11-04 Dynamic Method Enterprises Limited Optical switch matrix
JP4864771B2 (ja) 2007-03-06 2012-02-01 日本電信電話株式会社 光信号モニタ装置、光システム及び光信号モニタ方法
JP5470379B2 (ja) * 2008-06-30 2014-04-16 アルカテル−ルーセント 光信号を切り換えるためのデバイス
US7856544B2 (en) * 2008-08-18 2010-12-21 International Business Machines Corporation Stream processing in super node clusters of processors assigned with stream computation graph kernels and coupled by stream traffic optical links
US20110164876A1 (en) * 2008-10-02 2011-07-07 Enablence USA Components, Inc. Directionless reconfigurable optical add/drop multiplexer
US8406623B2 (en) * 2010-02-17 2013-03-26 Oracle International Corporation Data channel organization for a switched arbitrated on-chip optical network
US20110262143A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Nec Laboratories America, Inc. Roadm systems and methods of operation
CN102985860A (zh) 2010-05-19 2013-03-20 惠普发展公司，有限责任合伙企业 光学互连结构和光学交换机
US9548944B2 (en) * 2014-02-27 2017-01-17 Infinera Corporation Systems, apparatus, and methods for non-blocking switch networks

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408548A (en) * 1991-12-13 1995-04-18 Olmstead; Charles H. Optical switches
US20020030867A1 (en) * 2000-06-05 2002-03-14 Cisco Technology Inc. Optical WDM network having mixed wavelength routing and fiber routing cross-connect switches
TW200503463A (en) * 2003-06-24 2005-01-16 Intel Corp Generic multi-protocol label switching (GMPLS)-based label space architecture for optical switched networks

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10687130B2 (en) 2018-06-11 2020-06-16 Delta Electronics, Inc. Intelligence-defined optical tunnel network system controller and control method thereof

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