使用相位扫描监测和控制光子开关的方法和装置制造方法及图纸

一种用于监测和反馈控制光子开关，诸如2x2 Mach‑Zehnder干涉仪开关的方法和装置。通过光抽头监测该开关的输入和输出端的光信号。正弦的时变相移被施加到其中一个监测信号。光组合器然后组合该监测信号。光检测器监测该光组合器的输出以提供反馈信号。由于时变相移引起的反馈信号的振幅随着出现在输出信号中的输入信号的量而增加。当输入信号被路由到该输出(诸如用于直通态)时，控制器操纵开关以最大化反馈信号振幅。当输入信号被路由到不同输出(诸如用于交叉态)时，控制器操纵开关以最小化反馈信号振幅。

Method and Device for Monitoring and Controlling Photon Switches by Phase Scanning

A method and device for monitoring and feedback control of photon switches, such as 2x2 Mach Zehnder interferometer switches. The optical signals at the input and output terminals of the switch are monitored by an optical tap. The sinusoidal time-varying phase shift is applied to one of the monitoring signals. The optical combiner then combines the monitoring signal. The photodetector monitors the output of the optical combiner to provide feedback signals. The amplitude of feedback signal caused by time-varying phase shift increases with the amount of input signal appearing in the output signal. When the input signal is routed to the output, such as in the through state, the controller operates the switch to maximize the amplitude of the feedback signal. When the input signal is routed to different outputs, such as for cross-state, the controller operates the switch to minimize the amplitude of the feedback signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用相位扫描监测和控制光子开关的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求于2016年9月9日提交的、申请号为No.15/261,486的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及光子开关领域，且具体涉及一种用于监测和/或控制光子开关的方法和装置。
技术介绍
光子开关，诸如Mach-Zehnder干涉仪(Mach-ZehnderInterferometer，MZI)开关允许光信号的可控路由。目前正在努力设计光子集成电路(photonicintegratedcircuit,PIC)，其中包含大量此类开关。基于MZI架构的开关需要正确调谐的控制信号才能以足够高的消光比运行。MZI开关使用移相器来操纵输入光信号。例如，2x2MZI开关在交叉配置(其中第一输入信号和第二输入信号分别被路由到第二输出和第一输出)和条形配置(其中第一输入信号和第二输入信号分别被路由到第一输出和第二输出)中具备可操作性。施加到移相器的控制信号确定是否实现了交叉配置或条形配置，或两种配置之间的中间混合。然而，制造变异性和环境条件等因素可能导致光子开关，诸如MZI开关的操作困难。具体而言，可能难以确定将为给定的光子开关提供足够纯的交叉和条形信号的控制信号电平。虽然可以通过注入测试信号且存储提供期望功能电平的控制信号电平来预调谐(且可能周期性地重新调谐)开关，但是这需要存储器来存储该控制信号电平，并且也可能需要开关周期性地离线以进行调谐。因此，需要一种用于监测和控制光子开关的方法和装置，以消除或减轻现有技术的一个或多个限制。此背景信息旨在揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。并不必然旨在承认，也不应该被解释为，任何前述信息构成了与本专利技术对立的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供一种使用相位扫描和干涉检测监测和/或控制光子开关的方法和装置，以及包括其的光子开关。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于监测光子开关，诸如MZI开关的装置。该装置包括第一光抽头、第二光抽头、移相器、光组合器和光检测器。第一光抽头位于光子开关的光输入端，并提供指示出现在该光输入端的信号的一部分的第一监测信号。第二光抽头位于光子开关的光输出端，并提供指示出现在该光输出端的信号的第二监测信号。在一些实施例中，光抽头可以提取出现的光信号的部分并提供这些提取的部分作为监测信号。移相器用于向第一监测信号或第二监测信号施加时变相移。该相移可以是正弦的并且其频率高于开关的操作频率。光组合器用于在施加时变相移之后组合第一监测信号和第二监测信号。光检测器(诸如光电二极管)用于提供指示由光组合器输出的光的功率的反馈信号，该反馈信号具有与光子开关的当前状态相关或指示该光子开关的当前状态的特性。该特性可以包括反馈信号在时变相移的频率或该频率的整数倍处的振幅。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于控制光子开关的装置，该装置包括如上所述的用于监测光子开关的装置，以及相关联的控制器，诸如电子模拟和/或数字控制器。该控制器用于接收来自光检测器的反馈信号，并且基于该反馈信号和光子开关的期望状态生成用于控制光子开关的控制信号。该期望状态可以由控制器在其另一输入端接收。例如，控制器可以控制开关的移相器。在一些实施例中，当期望状态对应于光输入端出现的信号被路由到光输出时，控制器用于调整控制信号，以最大化反馈信号的振幅。在一些实施例中，当期望状态对应于光输入端出现的信号不同于光输出端出现的信号时，控制器用于调整控制信号，以最小化反馈信号的振幅。根据本专利技术的实施例，提供了一种光子开关，该光子开关包括如上所述的用于监测光子开关的装置或用于控制光子开关的装置。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于监测光子开关的方法。该方法包括生成指示出现在光子开关的光输入端的信号的第一监测信号。该方法还包括生成指示出现在光子开关的光输出端的信号的第二监测信号。该方法还包括使用移相器，向第一监测信号或第二监测信号施加时变相移。该方法还包括在施加时变相移之后使用光组合器组合第一监测信号和第二监测信号。该方法还包括生成指示由光组合器输出的光的功率的反馈信号，该反馈信号具有指示光子开关的当前状态的至少一个特性。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于控制光子开关的方法。该方法包括使用如上所述的方法监测光子开关。该方法还包括基于反馈信号和光子开关的期望状态自动生成用于控制光子开关的控制信号。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于监测光子开关的装置。该装置包括第一光检测器，用于提供指示出现在光子开关的光输入端的光信号的电第一监测信号。该装置还包括第二光检测器，用于提供指示出现在光子开关的光输出端的光信号的电第二监测信号。该装置还包括电子移相器，用于在第一监测信号或第二监测信号之间施加时变相对相移。该装置还包括电子组合器，用于在施加时变相移之后组合第一监测信号和第二监测信号。该装置还包括输出，用于提供指示由电子组合器输出的信号功率的反馈信号，该反馈信号具有指示光子开关的当前状态的特性。这些电子组件可以是数字组件、模拟组件、电路、使用在微处理器上执行的计算机软件建模的组件等，或其组合。附图说明根据下面的详细描述，并结合所附的附图，本专利技术的进一步特征和优点将变得显而易见，其中：图1示出了根据本专利技术的一实施例的光子MZI开关100和相关联的监测和控制装置的框图。图2示意性地示出了根据本专利技术的一实施例的图1中的开关和装置的实现方式。图3A示出了根据本专利技术的一实施例的图2中的装置在直通态下的操作。图3B示出了根据本专利技术的一实施例的图2中的装置在交叉态下的操作。图4图示了根据本专利技术的一实施例的2x2光子MZI开关和监测装置的操作。图5示出了根据本专利技术的一实施例的光子MZI开关和双面监测装置。图6示出了根据本专利技术的一实施例的2x2光子开关和相关联的监测和控制装置。图7示出了根据本专利技术的一实施例的具有M个输入和N个输出的光子开关。图8示出了根据本专利技术的一实施例的用于监测和控制光子开关的方法。图9示出了根据本专利技术的另一实施例的用于监测和控制光子开关的方法。要注意的是，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。具体实施方式本专利技术的实施例提供了一种用于监测和控制光子开关(例如，基于MZI架构的光子开关，或另一类型的光子开关，诸如基于环的光子开关或基于MEMS的光子开关)的基于反馈或基于前馈的方法和装置。在一些实施例中，例如，在MZI开关的情况下，开关对其输入信号施加一个或多个相移。对光开关的状态进行如下监测。例如，通过使用光抽头提取输入端的光信号的一部分和输出端的光信号的一部分，监测开关的给定输入和给定输出。所提取的信号被称为监测信号。在给定输入端和输出端的光信号分别被称为输入信号和输出信号。将时变相移施加到监测信号中的至少一个，使得当输入光信号和输出光信号相同时(例如，当开关处于直通态时)，两个监测信号之间的相对相位是时间变化的。然后，例如使用光组合器合并监测信号，以产生合成信号。例如，使用光检测器，诸如光电二极管测量合成信号。该测量被称为反馈信号。例如，反馈信号可以是光合成信号的电表示。当输入信号足够不同时，合成信号(和相应的反馈信号)携带关于光子开关状态的信息。具体而言，可以看到，随着更多输入信号被路由到给定输出，合成信号的振幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测光子开关的装置，所述装置包括：位于所述光子开关的光输入端的第一光抽头，所述第一光抽头提供指示出现在所述光输入端的信号的第一监测信号；位于所述光子开关的光输出端的第二光抽头，所述第二光抽头提供指示出现在所述光输出端的信号的第二监测信号；移相器，用于向所述第一监测信号或所述第二监测信号施加时变相移；光组合器，用于在施加所述时变相移之后组合所述第一监测信号和所述第二监测信号；以及光检测器，用于提供指示由所述光组合器输出的光的功率的反馈信号，所述反馈信号具有指示所述光子开关的当前状态的特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 US 15/261,4861.一种用于监测光子开关的装置，所述装置包括：位于所述光子开关的光输入端的第一光抽头，所述第一光抽头提供指示出现在所述光输入端的信号的第一监测信号；位于所述光子开关的光输出端的第二光抽头，所述第二光抽头提供指示出现在所述光输出端的信号的第二监测信号；移相器，用于向所述第一监测信号或所述第二监测信号施加时变相移；光组合器，用于在施加所述时变相移之后组合所述第一监测信号和所述第二监测信号；以及光检测器，用于提供指示由所述光组合器输出的光的功率的反馈信号，所述反馈信号具有指示所述光子开关的当前状态的特性。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光子开关是Mach-Zehnder干涉仪开关。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述光子开关是2x2开关。4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述相移的时间变化是正弦的。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述特性包括所述反馈信号在时变相移的频率处的振幅。6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述特性包括所述反馈信号在时变相移的频率的整数倍处的振幅。7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中所述移相器是热移相器、载流子注入移相器、载流子耗尽移相器、量子限制Stark效应移相器或Franz-Keldish效应移相器。8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，还包括：位于所述光子开关的第二光输入端的第三光抽头，所述第三光抽头提供指示出现在所述第二光输入端的信号的第三监测信号；位于所述光子开关的第二光输出端的第四光抽头，所述第四光抽头提供指示出现在所述第二光输出端的信号的第四监测信号；第二移相器，用于向所述第三监测信号或所述第四监测信号施加第二时变相移；第二光组合器，用于在施加所述第二时变相移之后组合所述第三监测信号和所述第四监测信号；以及第二光检测器，用于提供指示由所述第二光组合器输出的光的功率的第二反馈信号，所述第二反馈信号具有指示所述光子开关的所述当前状态的第二特性。9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中所述时变相移用于以高于所述光子开关的期望开关频率的频率变化。10.一种用于控制光子开关的装置，包括：根据权利要求1所述的装置；以及控制器，用于接收所述反馈信号并且基于所述反馈信号和所述光子开关的期望状态生成用于控制所述光子开关的控制信号。11.根据权利要求10所述的装置，其中当所述期望状态对应于出现在所述光输入端的所述信号被路由到所述光输出时，所述控制器用于调整所述控制信号，以最大化所述反馈信号的振幅。12.根据权利要求10或11所述的装置，其中当所述期望状态对应于出现在所述光输入端的所述信号不同于出现在所述光输出端的所述信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雷，卢泽琴，哈西沙·杰伊泰勒卡，穆罕默德·瓦达·艾塔哈，赛迪普·谢卡尔，沙赫里亚尔·米拉巴斯，卢卡斯·克罗斯塔斯基，
申请(专利权)人：华为技术加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA