可扩展的多级光交换网络制造技术

本发明专利技术公开了一种可扩展的多级光交换网络，主要解决现有光交换网络面积过大、路由单一、可实现性差的问题。基于可调谐微环谐振器2×2交叉结构的基本光交换模块，该网络共有2log2N‑2级，每级包括多个输入端口、多级基本光交换模块、多个输出端口以及若干根光波导，各级之间根据级数的不同，分别采用左逆混洗变换连接方式、新型连接方式、左混洗变换连接方式，利用光波导，实现输入端口与输出端口的数据交换。本发明专利技术由于采用多级可调谐的微环谐振器模块，有效解决了交换网络面积过大的问题、提升良品率，通过路由可重配置提高容错能力，可用于实现高数据速率的光信号传输与交换。

【技术实现步骤摘要】
可扩展的多级光交换网络
本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种多级光交换网络，可用于多路光信号的路由，实现多端口光交换。
技术介绍
随着大数据应用对处理效率的需求，未来高性能计算系统集成度将随着超大规模集成电路工艺特征尺寸的进一步缩小而继续提高。当芯片系统的工作频率急速提高至数GHz甚至更高后，金属导线的寄生效应、延迟时间、信号串扰和能耗等问题将严重限制系统性能的进一步提高，电互连方式将无法进行高效地信号传输。光互连因其具有更高的带宽密度、更小的通信时延、更低的系统功耗和较小的网络串扰等优势成为一种新型互连方式。中国科学院半导体研究所在其申请的专利文献“一种基于马赫曾德光开关的N端口光学路由器”(申请日：2014年4月24日，公开号：103941349A，授权公告号：103941349B)中公开了一种基于马赫曾德干涉器的N端口光学路由器，主要解决光交换网络的阻塞与扩展性问题。该结构通过调制马赫曾德干涉器对应调制臂的相位，可以实现马赫曾德光开关两种状态的动态切换，进而实现所述光学路由器N个双向端口的无阻塞通信。但是，该专利技术存在的不足之处是：马赫曾德干涉器面积较大，在光交换网络中大量使用使得网络面积急剧增加。西安科技大学在其申请的专利文献“可重构阵列处理器中簇间通信光互连网络”(申请日：2018年1月31日，申请号：201810093539.4，公开号：108429938A，)中公开了一种多级光交换结构，主要解决光交换网络访存带宽限制与访问延迟问题。该结构通过波分复用技术，对多路请求信号进行无阻塞并行交换降低存储访问延迟、提高访问带宽。但是，该专利技术存在的不足之处是：波分复用技术要求不同半径的微环谐振器实现转向，实际应用时制造难度大，成品率低。西安电子科技大学在其申请的专利文献“可容错的无阻塞片上光路由器”(申请日：2017年7月19日，申请号：201710589127.5，公开号：107911761A)中公开了一种可容错的无阻塞片上光路由器，主要解决现有光片上网络中由于某些微环谐振器故障导致无法进行光交换的问题。该结构通过备用路径增进了交换网络的容错能力，可用于光交换网络的节点互连。但是，该专利技术存在的不足之处是：交换模块中路由单一，且通过冗余配置增强容错性，开销巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有光交换网络的不足，提出一种可扩展的多级光交换网络，以实现多端口光交换网络的路由可重配置性，提高容错能力，连通性强、波导利用率高,减小交换网络面积、提升良品率。本专利技术的具体思路是：输入端口与输出端口之间，通过基于可调谐微环谐振器2×2交叉结构的多级基本光交换模块，利用若干根光波导按照规律性连接方式，实现光信号交换。根据上述思路，本专利技术可扩展的多级光交换网络，包括N个输入端口、N个输出端口、连接输入与输出端口的N(log2N-1)个基本光交换模块(C)和若干根光波导(D)，其中N是大于等于8的正整数，且N是2的幂，其特征在于：所述的N(log2N-1)个基本光交换模块分为2log2N-2级，其级数用i、j表示；各级从左到右依次布置于N个输入端口与N个输出端口之间，其中每级包括个自上至下排列的基本光交换模块；每个基本光交换模块左侧设有两个输入端口，右侧设有两个输出端口；当1≤i≤log2N-2时,第i级基本光交换模块右侧从上到下每个端口采用左逆混洗变换方式依次与第i+1级基本光交换模块左侧从上到下的每个端口连接；当log2N≤j≤2log2N-3时，第j级基本光交换模块右侧从上到下的每个端口采用左混洗变换方式依次与第j+1级基本光交换模块左侧从上到下的每个端口连接；将第log2N-1级基本光交换模块右侧从上到下每8个端口作为一组左端口Ap，依次记为将第log2N级基本光交换模块左侧从上到下每8个端口作为一组右端口Bq，依次记为其中当p＝q且均为奇数时，每个左端口组Ap中的8个端口从上到下依次与右端口组Bq中第1,3,4,5,6,7,2,8端口通过光波导连接；当p＝q且均为偶数时，左端口组Ap中的8个端口从上到下依次与右端口组Bq中第1,7,2,3,4,5,6,8端口通过光波导连接。作为优选，所述每个基本光交换模块采用基于微环谐振器2×2交叉结构，包括两根交叉的光波导、分别位于光波导交叉点上下方的两个可调谐微环谐振器以及位于基本光交换模块左侧的两个端口和右侧的两个端口，所有微环谐振器通过电光调谐或热光调谐实现谐振波长改变，且所有微环谐振器的微环半径、有效折射率和自由光谱距离FSR均相同。本专利技术与现有技术下相比具有如下优点：第一，由于本专利技术可扩展的多级光交换网络采用了3种不同的连接方式，i级之间采用了左逆混洗变换连接，第log2N-1级与第log2N-1级的之间采用了新型的连接方式，j级之间采用了左混洗变换连接方式，克服了交换网络中链路冗余排布、连接效率低下的问题，使得本专利技术具有连通性强、波导利用率高的优点。第二，由于本专利技术可扩展的多级光交换网络的每个基本光交换模块采用基于微环谐振器2×2交叉结构，克服了现有技术中采用基于马赫曾德干涉器导致交换网络面积过大的问题，使得本专利技术具有面积紧凑、良品率高的优点。第三，由于本专利技术可扩展的多级光交换网络中的基本光交换模块分为多级，克服了现有技术中路由单一，通过冗余配置增强容错性，开销巨大的问题，使得本专利技术具有所有微环谐振器可以通过电光调谐或热光调谐实现谐振波长改变、可重配置、容错性强、路由多样的优点。附图说明图1是本专利技术采用8端口的多级光交换网络结构实例示意图；图2是本专利技术采用16端口的多级光交换网络结构实例示意图；图3是本专利技术中一个基本光交换模块内部结构的示意图。具体实施方式为使本专利技术的创作特征、达成目的、技术原理及优点易于理解，下面结合附图对本专利技术进行进一步地详细说明。实施例1：8端口的多级光交换网络。参照图1，本实例包括8个输入端口、8个输出端口、连接输入与输出端口的16个基本光交换模块与若干根光波导。其中：所述8个输入端口由上至下布置于光交换网络的最左侧，每个端口的形状呈三角形。所述8个输出端口由上至下布置于光交换网络的最右侧，每个端口的形状呈三角形。所述16个基本光交换模块，分为4级，各级从左到右依次布置于8个输入端口与8个输出端口之间，其中每级包括4个由上至下排列的基本光交换模块。每个基本光交换模块采用基于微环谐振器2×2交叉结构，如图3所示，它包括两根交叉的光波导，其一根交叉光波导位于光波导交叉点上下方的两个可调谐微环谐振器，另一根位于基本光交换模块左侧的两个端口和右侧的两个端口；所有微环谐振器均成圆环状，可通过电光调谐或热光调谐实现谐振波长的改变，且所有微环谐振器的微环半径、有效折射率和自由光谱距离FSR均相同。所述若干根光波导依次连接各级输入端口、各级基本光交换模块及输出端口，其中各级之间的连接方式如下：16个基本光交换模块分为4级，其中：第1级基本光交换模块右侧从上到下每8个端口采用左逆混洗变换方式依次与第2级，即第1级基本光交换模块右侧与第2级基本光交换模块左侧从上到下的每8个端口连接按如下公式进行：k表示第1级基本光交换模块右侧从上到下每8个端口中从上到下的第k个端口，端口k与第2级基本光交换模块左侧从上到下每8个端口中从上到下的第L个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可扩展的多级光交换网络，包括N个输入端口、N个输出端口、连接输入与输出端口的N(log2N‑1)个基本光交换模块(C)和若干根光波导(D)，其中N是大于等于8的正整数，且N是2的幂，其特征在于：所述的N(log2N‑1)个基本光交换模块分为2log2N‑2级，其级数用i、j表示；各级从左到右依次布置于N个输入端口与N个输出端口之间，其中每级包括

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的多级光交换网络，包括N个输入端口、N个输出端口、连接输入与输出端口的N(log2N-1)个基本光交换模块(C)和若干根光波导(D)，其中N是大于等于8的正整数，且N是2的幂，其特征在于：所述的N(log2N-1)个基本光交换模块分为2log2N-2级，其级数用i、j表示；各级从左到右依次布置于N个输入端口与N个输出端口之间，其中每级包括个自上至下排列的基本光交换模块；每个基本光交换模块左侧设有两个输入端口，右侧设有两个输出端口；当1≤i≤log2N-2时,第i级基本光交换模块右侧从上到下每个端口采用左逆混洗变换方式依次与第i+1级基本光交换模块左侧从上到下的每个端口连接；当log2N≤j≤2log2N-3时，第j级基本光交换模块右侧从上到下的每个端口采用左混洗变换方式依次与第j+1级基本光交换模块左侧从上到下的每个端口连接；将第log2N-1级基本光交换模块右侧从上到下每8个端口作为一组左端口Ap，依次记为将第log2N级基本光交换模块左侧从上到下每8个端口作为一组右端口Bq，依次记为其中当p＝q且均为奇数时，每个左端口组Ap中的8个端口从上到下依次与右端口组Bq中第1,3,4,5,6,7,2,8端口通过光波导连接；当p＝q且均为偶数时，左端口组Ap中的8个端口从上到下依次与右端口组Bq中第1,7,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华玺，黄蕾，朱樟明，樊雨微，王琨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61