專利名稱：密集樹(shù)形光交換網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光交換網(wǎng)絡(luò)，特別是一種絕對(duì)無(wú)阻塞的具有低交擾和有效利用空間的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
首先回顧Andrzej Jajszczyk和H.T.Mouftah在“樹(shù)形光交換網(wǎng)絡(luò)”一文中的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)(IEEE網(wǎng)絡(luò)，9卷第1頁(yè)10-16行)(1995)，該文件為說(shuō)明的目的引出。

圖1示出了將P個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到Q個(gè)輸出波導(dǎo)14的一般樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的高層布局。輸入波導(dǎo)12進(jìn)入分支區(qū)域16，在這里1×2分光器的一個(gè)陣列將輸入波導(dǎo)12連接到PQ分支區(qū)域輸出波導(dǎo)22。輸出波導(dǎo)14從組合區(qū)域20引出；在組合區(qū)域20中，2×1組合器的一個(gè)陣列將輸出波導(dǎo)14連接到PQ組合區(qū)域輸入波導(dǎo)24。波導(dǎo)22和24以允許任何輸入波導(dǎo)12被連接到輸出波導(dǎo)14的任何組合的方式，連接在一個(gè)互連區(qū)域18中。
圖2示出了一個(gè)傳統(tǒng)的用于將四個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到四個(gè)輸出波導(dǎo)14的4×4樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。四個(gè)輸入波導(dǎo)12由二進(jìn)制索引符00、01、10和11連續(xù)地索引。同樣，四個(gè)輸出波導(dǎo)14由二進(jìn)制索引符00、01、10和11連續(xù)地索引。
輸入波導(dǎo)12進(jìn)入一個(gè)分支區(qū)域16，該分支區(qū)域16包含1×2分光器26的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)30。輸入波導(dǎo)12是第一分支級(jí)聯(lián)30的輸入波導(dǎo)。按照稱之為“最低有效插入位順序”的方式相對(duì)于輸入波導(dǎo)12索引第一分支級(jí)聯(lián)30的八個(gè)輸出波導(dǎo)。對(duì)于第一分支級(jí)聯(lián)30的每個(gè)1×2分光器，通過(guò)將零加到輸入波導(dǎo)的索引來(lái)獲得上輸出波導(dǎo)的索引，并且通過(guò)將一加到輸入波導(dǎo)的索引來(lái)獲得下波導(dǎo)的索引。第一分支級(jí)聯(lián)30的八個(gè)輸出波導(dǎo)是第二分支級(jí)聯(lián)30的八個(gè)輸入波導(dǎo)，并且第二分支級(jí)聯(lián)30的十六個(gè)輸出波導(dǎo)按最低有效插入位順序相對(duì)于第二分支級(jí)聯(lián)30的八個(gè)輸入波導(dǎo)來(lái)索引。
同樣，輸出波導(dǎo)14從組合區(qū)域20中引出，該組合區(qū)域20包括2×1組合器28的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)32。輸出波導(dǎo)14是第二組合級(jí)聯(lián)32的輸出波導(dǎo)。第二組合級(jí)聯(lián)32的八個(gè)輸入波導(dǎo)按照最低有效插入位順序相對(duì)于輸出波導(dǎo)14來(lái)索引。第二組合級(jí)聯(lián)32的八個(gè)輸入波導(dǎo)是第一組合級(jí)聯(lián)32的八個(gè)輸出波導(dǎo)，并且第一組合級(jí)聯(lián)32的十六個(gè)輸入波導(dǎo)按照最低有效插入位順序相對(duì)于第一組合級(jí)聯(lián)32的八個(gè)輸出波導(dǎo)來(lái)索引。
分支區(qū)域16的十六個(gè)輸出波導(dǎo)的每個(gè)經(jīng)由互連區(qū)域18連接組合區(qū)域20的十六個(gè)輸入波導(dǎo)之一。分支區(qū)域16的特定輸出波導(dǎo)連接組合區(qū)域20的哪個(gè)輸入波導(dǎo)是通過(guò)交換輸出波導(dǎo)索引的第一和第二半來(lái)確定的，如下表所示

為了附圖簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這些連接未在圖2中清楚地示出。
圖7是按定向耦合器實(shí)施的1×2分光器26的示意圖。輸入波導(dǎo)36導(dǎo)入一個(gè)耦合波導(dǎo)38，耦合波導(dǎo)38又導(dǎo)入一個(gè)輸出波導(dǎo)42。耦合波導(dǎo)38靠近并平行于另一個(gè)耦合波導(dǎo)40，該耦合波導(dǎo)40導(dǎo)入另一個(gè)輸出波導(dǎo)44。耦合波導(dǎo)38和40都具有長(zhǎng)度L。耦合波導(dǎo)38和40由相應(yīng)的電極46和48覆蓋。
耦合波導(dǎo)38和40靠得足夠近，使耦合波導(dǎo)38中光傳播的漸逝場(chǎng)與耦合波導(dǎo)40重疊，并且被耦合到耦合波導(dǎo)40中。耦合強(qiáng)度由耦合系數(shù)k表征，這樣在一個(gè)距離l＝π/(2k)中，進(jìn)入波導(dǎo)38的所有光能通過(guò)對(duì)波導(dǎo)40的這一耦合來(lái)傳送。距離l被稱作傳送長(zhǎng)度。l對(duì)L的比值被定義為1×2分光器26的“正規(guī)化耦合長(zhǎng)度”。
在1×2定向耦合器分光器26的一種類型中，選擇L等于1，所以該類型的1×2分光器26的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度等于1。由于未把電壓加到電極46和48上，因此該類型的1×2定向耦合器分光器26處于“交叉”狀態(tài)(如上所述)，其中進(jìn)入輸入波導(dǎo)36中的定向耦合器分光器26的所有光能經(jīng)由耦合波導(dǎo)40傳遞到輸出波導(dǎo)44上。為了將這種類型的定向耦合器分光器26切換成“直通”狀態(tài)，使進(jìn)入輸入波導(dǎo)36中的定向耦合器分光器26的所有光能經(jīng)輸出波導(dǎo)42離開(kāi)定向耦合器分光器26，應(yīng)將極性相反的電壓加到電極46和48上，從而以反向方向充分地改變耦合波導(dǎo)38和40的折射率，從而改變耦合系數(shù)k，使定向耦合器分光器26的傳送長(zhǎng)度1變成L/2，并且使傳播一個(gè)距離L/2之后從耦合波導(dǎo)38傳送到耦合波導(dǎo)40的所有光能，在傳播一個(gè)距離L之后反向傳遞到耦合波導(dǎo)38。
在另一類型的1×2定向耦合器分光器26中，正規(guī)化耦合長(zhǎng)度等于1/2。由于電極46和48上未施加電壓，該類型的1×2定向耦合器分光器26處于“全通”狀態(tài)經(jīng)輸入波導(dǎo)36進(jìn)入該類型的1×2定向耦合器分光器26的光能只有一半被傳遞到輸出波導(dǎo)44，剩余的光能經(jīng)輸出波導(dǎo)42離開(kāi)該類型的1×2定向耦合器分光器26。通過(guò)將適當(dāng)?shù)碾妷杭拥诫姌O46和48上，可以使該類型的1×2定向耦合器分光器26或者置于交叉狀態(tài)或者置于直通狀態(tài)。
圖8是按一個(gè)馬赫陳德?tīng)柛缮鎯x實(shí)施的1×2分光器26的示意圖。輸入波導(dǎo)36通過(guò)一個(gè)分光機(jī)構(gòu)52耦合到上分支波導(dǎo)54和下分支波導(dǎo)56。分光機(jī)構(gòu)52可以是一個(gè)如圖所示的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。上分支波導(dǎo)54導(dǎo)入一個(gè)耦合波導(dǎo)38’，耦合波導(dǎo)38’導(dǎo)入輸出波導(dǎo)42。下分支波導(dǎo)56導(dǎo)入靠近并平行于耦合波導(dǎo)38’的另一個(gè)耦合波導(dǎo)40’，耦合波導(dǎo)40’導(dǎo)入輸出波導(dǎo)44。耦合波導(dǎo)38’和40’都具有長(zhǎng)度L。上和下分支波導(dǎo)54和56由相應(yīng)的電極58和60部分地覆蓋。
與圖7的耦合波導(dǎo)38和40相類似，圖8的耦合波導(dǎo)38’和40’被充分地靠近，使耦合波導(dǎo)38’中光傳播的漸逝場(chǎng)與耦合波導(dǎo)40’重疊并耦合到耦合波導(dǎo)40’中。這里，耦合強(qiáng)度也由耦合系數(shù)k來(lái)表征，這樣，在一個(gè)傳送長(zhǎng)度l＝π/(2k)中，通過(guò)對(duì)波導(dǎo)40的這一耦合來(lái)傳遞進(jìn)入波導(dǎo)38的所有光能。
像在定向耦合器分光器26的場(chǎng)合下一樣，馬赫陳德?tīng)柗止馄?6可以具有1的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度或者具有1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度。在具有正規(guī)化耦合長(zhǎng)度l的馬赫陳德?tīng)柗止馄?6的情況下，由于沒(méi)有電流流經(jīng)電極58和60，因此，經(jīng)輸入波導(dǎo)36進(jìn)入的所有光能經(jīng)過(guò)輸出波導(dǎo)44離去。為了使輸入光能經(jīng)輸出波導(dǎo)42離去，應(yīng)當(dāng)將足夠的電流作用于電極58或60的一個(gè)(電極)，以加熱相應(yīng)的分支波導(dǎo)54或56，使相應(yīng)的波導(dǎo)54或56的折射率的變化結(jié)果足以改變耦合波導(dǎo)38’和40’中光的相對(duì)相位，以致經(jīng)輸入波導(dǎo)36進(jìn)入的所有光能此時(shí)經(jīng)輸出波導(dǎo)42離去而不是經(jīng)輸出波導(dǎo)44離去。
在具有1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度的馬赫陳德?tīng)柗止馄?6的情況下，由于沒(méi)有電流流經(jīng)電極58和60，因此，經(jīng)輸入波導(dǎo)36進(jìn)入的光能的一半經(jīng)輸出波導(dǎo)42離開(kāi)該馬赫陳德?tīng)柗止馄?6，另一半光能經(jīng)輸出波導(dǎo)44離開(kāi)該馬赫陳德?tīng)柗止馄?6。將適當(dāng)?shù)碾娏髯饔糜陔姌O58或60的一個(gè)(電極)，使所有的輸入光能經(jīng)輸出波導(dǎo)42離開(kāi)該馬赫陳德?tīng)柗止馄鳎瑢⑦m當(dāng)?shù)碾娏髯饔糜诹硪粋€(gè)電極58或60，使所有的輸入光能經(jīng)輸出波導(dǎo)44離開(kāi)該馬赫陳德?tīng)柗止馄鳌?br> 盡管原則上，馬赫陳德?tīng)柗止馄?6只需要制造一個(gè)電極(或者電極58或者電極60)以進(jìn)行該切換，但在實(shí)際上，要制造兩個(gè)電極，因?yàn)橹圃焯幚砀淖兞朔种Р▽?dǎo)54和56的性質(zhì)；因此制造兩個(gè)電極58和60，通過(guò)誘發(fā)分支波導(dǎo)54和56特性的等同變化可以保持馬赫陳德?tīng)柗止馄?6的對(duì)稱性。
由于馬赫陳德?tīng)柗止馄?6的對(duì)稱性，可以隨意將兩個(gè)輸出狀態(tài)的一個(gè)指定為交叉狀態(tài)，將另一個(gè)指定為直通狀態(tài)。為了與定向耦合器分光器26的描述相一致，所有輸入光能經(jīng)輸出波導(dǎo)42從馬赫陳德?tīng)柗止馄?6出射的狀態(tài)，在這里被認(rèn)為是直通狀態(tài)；以及所有輸入光能經(jīng)輸出波導(dǎo)44從馬赫陳德?tīng)柗止馄?6出射的狀態(tài)在這里被認(rèn)為是交叉狀態(tài)。
需要說(shuō)明的是，具有1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度的定向耦合分光器26和馬赫陳德?tīng)柗止馄?6的全通狀態(tài)是被動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電壓未加到電極46和48上時(shí)，具有1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度的定向耦合器分光器26處于全通狀態(tài)。當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)電極58和60時(shí)，具有1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度的馬赫陳德?tīng)柗止馄?6處于其全通狀態(tài)。
通過(guò)交換輸入和輸出波導(dǎo)的角色，圖7和圖8所示的1×2分光器26被變換成2×1組合器28。在2×1組合器28的直通狀態(tài)下，經(jīng)輸入波導(dǎo)42輸入的所有光能，而不包括經(jīng)輸入波導(dǎo)44輸入的光能，經(jīng)輸出波導(dǎo)36出射；并且在2×1組合器28的交叉狀態(tài)下，經(jīng)輸入波導(dǎo)44輸入的所有光能，而不包括經(jīng)輸入波導(dǎo)42輸入的光能，經(jīng)輸出波導(dǎo)36出射。在這種2×1組合器的全通狀態(tài)下，經(jīng)輸入波導(dǎo)42或44進(jìn)入的光信號(hào)能量的一半被疊加在輸出波導(dǎo)36中，其另一半能量散射損失。
輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)14的數(shù)量不需要是二的冪，并且不需要相等。圖3示出了傳統(tǒng)4×3樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于將四個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到三個(gè)輸出波導(dǎo)16。圖3的波導(dǎo)像圖2那樣索引。與圖2相同，分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)相對(duì)于分支級(jí)聯(lián)30的輸入波導(dǎo)按照最低有效插入位順序從分支級(jí)聯(lián)30出射，組合級(jí)聯(lián)32的輸入波導(dǎo)相對(duì)于組合級(jí)聯(lián)32的輸出波導(dǎo)按照最低有效插入位順序進(jìn)入組合級(jí)聯(lián)32。下表示出了分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)是如何連接互連區(qū)域18中的組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)的

需要說(shuō)明的是，圖1-3的光交換網(wǎng)絡(luò)是可逆的。通過(guò)將組合器28用作分光器以及將分光器26用作組合器，則輸出波導(dǎo)14可以用作輸入波導(dǎo)，以及輸入波導(dǎo)12可以用作輸出波導(dǎo)。例如，圖3所示的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還可以是傳統(tǒng)的3×4樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于連接到組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)的分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)，這些波導(dǎo)必須廣泛地相互交叉。相互交叉的波導(dǎo)必須以足夠大的角度交叉，以防止交擾。如果輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)14的數(shù)量很大，則如果互連區(qū)域18不制作得過(guò)分大則很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
因而，存在一種普遍地認(rèn)識(shí)需要一種比已知的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交擾更低和空間利用率更佳的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有了這種樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是非常有利的。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)1×2分光器將每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，該開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)多個(gè)分支級(jí)聯(lián)的第一分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的至少某些分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相對(duì)于每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)按照第k插入位順序從每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，其中k是大于j的整數(shù)；和(d)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的2×1組合器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)分支子網(wǎng)絡(luò)連接到開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，該組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)2×1組合器將每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的1×2分光器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的至少某些組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相對(duì)于每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序進(jìn)入每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，其中k是大于j的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，其中Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)1×2分光器將每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，該開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)多個(gè)分支級(jí)聯(lián)中的第一分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的至少某些分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相對(duì)于每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)按照第k插入位順序從每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，其中k是大于最小整數(shù)j的整數(shù)，使2j至少與P和Q之中一個(gè)較大者一樣大；和(d)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的2×1組合器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)分支子網(wǎng)絡(luò)連接開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，該組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)2×1組合器將每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的2×1分光器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的至少某些組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相對(duì)于每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序進(jìn)入每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，其中k是大于最小整數(shù)j的整數(shù)，使2j至少與P和Q之中一個(gè)較大者一樣大。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)1×2分光器將每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，該開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)多個(gè)分支級(jí)聯(lián)中的第一分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的至少某些分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從每個(gè)分支級(jí)聯(lián)中出射，且至少相隔每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的N個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)；和(d)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的2×1組合器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)分支子網(wǎng)絡(luò)連接開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，該組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)2×1組合器將每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的1×2分光器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的至少某些組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且至少相隔每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的N個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，其中Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)1×2分光器將每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，該開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)?shù)谝环种Ъ?jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的至少某些分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從每個(gè)分支級(jí)聯(lián)中出射，且至少相隔每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的P個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)；和(d)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，最后分支級(jí)聯(lián)的分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的2×1組合器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)分支子網(wǎng)絡(luò)連接開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，該組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)2×1組合器將每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的1×2分光器，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的至少某些組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且至少相隔每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的Q個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)至少4個(gè)輸入波導(dǎo)；(b)至少4個(gè)輸出波導(dǎo)；(c)多個(gè)1×2分光器，用于從輸入波導(dǎo)接收光信號(hào)；和(d)多個(gè)2×1組合器，用于從1×2分光器接收信號(hào)以及將該信號(hào)送入輸出波導(dǎo)；其中從包括1×2分光器和2×1組合器的組中選出的至少一個(gè)部件具有約等于1/2的奇數(shù)倍的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)至少4個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入波導(dǎo)；(b)至少4個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸出波導(dǎo)；(c)多個(gè)1×2分光器，每個(gè)1×2分光器從至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入波導(dǎo)接收光信號(hào)并且將該信號(hào)送入給兩個(gè)相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)的至少一個(gè)，至少一個(gè)1×2分光器具有(i)一個(gè)被動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)1×2分光器接收的信號(hào)經(jīng)兩個(gè)相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)出射，(ii)一個(gè)第一主動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)1×2分光器接收的信號(hào)僅經(jīng)由相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)中的第一輸出波導(dǎo)出射，和(iii)一個(gè)第二主動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)1×2分光器接收的信號(hào)僅經(jīng)由相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)中的第二輸出波導(dǎo)出射；以及(d)多個(gè)2×1組合器，每個(gè)2×1組合器經(jīng)由兩個(gè)相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的至少一個(gè)輸入波導(dǎo)接收來(lái)自1×2分光器的信號(hào)以及將該信號(hào)送入至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸出波導(dǎo)，至少一個(gè)2×1組合器具有(i)一個(gè)被動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)兩個(gè)相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)接收的信號(hào)被疊加在至少一個(gè)2×1組合器中，(ii)一個(gè)第一主動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)由相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的第一輸入波導(dǎo)接收的信號(hào)的至少一部分從至少一個(gè)2×1組合器中出射，和(iii)一個(gè)第二主動(dòng)狀態(tài)，其中由至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)由相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的第二輸入波導(dǎo)接收的信號(hào)的至少一部分從至少一個(gè)2×1組合器中出射。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一個(gè)光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)輸入波導(dǎo)，其中P是至少等于4的整數(shù)；(b)Q個(gè)輸出波導(dǎo)，其中Q是至少等于4的整數(shù)；和(c)多個(gè)將輸入波導(dǎo)連接到輸出波導(dǎo)的光開(kāi)關(guān)，每個(gè)光開(kāi)關(guān)具有實(shí)際上等于分?jǐn)?shù)Δ的消光比，該光交換網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)至多約為Δ2(2-2/L)的最壞交擾，其中L是P和Q中的較小者。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N個(gè)輸入波導(dǎo)，其中N是至少等于16的整數(shù)；(b)N個(gè)輸出波導(dǎo)；和(c)多個(gè)根據(jù)CLOS結(jié)構(gòu)將N個(gè)輸入波導(dǎo)連接到N個(gè)輸出波導(dǎo)的光開(kāi)關(guān)，包括(i)一個(gè)第一級(jí)，包括開(kāi)關(guān)的r個(gè)n×m子網(wǎng)絡(luò)，(ii)一個(gè)第二級(jí)，包括開(kāi)關(guān)的m個(gè)r×r子網(wǎng)絡(luò)，(iii)一個(gè)第三級(jí)，包括開(kāi)關(guān)的r個(gè)m×n子網(wǎng)絡(luò)，其中n和r是使N為n與r的乘積的整數(shù)，以及m是至少等于2n-1的整數(shù)，每個(gè)開(kāi)關(guān)具有實(shí)際上等于分?jǐn)?shù)Δ的消光比，該光交換網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)至多約為Δ2(6-2/r-4/n)的最壞交擾。
如下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過(guò)將波導(dǎo)交叉集中到分支區(qū)域16中實(shí)現(xiàn)其有效空間利用的目的。另一種樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是已知的，它在分支區(qū)域16、互聯(lián)區(qū)域18和組合區(qū)域20之中分布波導(dǎo)交叉。例如，參見(jiàn)Spanke的美國(guó)專利US4787692和Okuyama等人的美國(guó)專利US4852958。與本發(fā)明不同，這些現(xiàn)有技術(shù)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒(méi)有將波導(dǎo)交叉專門集中到分支區(qū)域16中。
不同于現(xiàn)有技術(shù)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的另一方面是，在本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)中，分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)直接連接組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)，實(shí)際上，分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)充當(dāng)組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)，并且將分支區(qū)域16的最后分支級(jí)聯(lián)30的1×2分光器26直接連接組合區(qū)域20的第一組合級(jí)聯(lián)32的2×1組合器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)一文中描述了類似本發(fā)明的4×4光交換網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)光交換網(wǎng)絡(luò)，但是具有諸如插入在分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)與組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)之間的半導(dǎo)體光放大器之類的部件。
與傳統(tǒng)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況相同，本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是可逆的。
為了實(shí)現(xiàn)低交擾的目的，本發(fā)明的范圍通常也包括光交換網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論是具有本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還是具有現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，都是以具有被動(dòng)全通狀態(tài)的1×2分光器和2×1組合器為基礎(chǔ)的。這種分光器和組合器的優(yōu)選實(shí)例包括光開(kāi)關(guān)，比如定向耦合器和馬赫陳德?tīng)柛缮鎯x，它們具有等于1/2的奇數(shù)倍的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度。最好是1/2的倍數(shù)是1/2本身。如下所述，這種光交換網(wǎng)絡(luò)更緊湊，并且與可比結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)光交換網(wǎng)絡(luò)相比，具有更低的電功率消耗和更低的最壞交擾。
兩個(gè)這樣的光網(wǎng)絡(luò)是特別重要的。一個(gè)光交換網(wǎng)絡(luò)基于將P≥4個(gè)輸入波導(dǎo)連接到Q≥4個(gè)輸出波導(dǎo)的一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)，其分光器和組合器具有Δ的消光比；該光交換網(wǎng)絡(luò)具有至多Δ2(2-2/L)的最壞交擾，其中L是P和Q中的較小者。一個(gè)光交換網(wǎng)絡(luò)基于經(jīng)過(guò)三級(jí)子網(wǎng)絡(luò)將N≥16個(gè)輸入波導(dǎo)連接到N個(gè)輸出波導(dǎo)的一個(gè)CLOS結(jié)構(gòu)，其第一級(jí)包括r個(gè)n×m子網(wǎng)絡(luò)，其中nr＝N和m≥2n-1，其第二級(jí)包括m個(gè)r×r子網(wǎng)絡(luò)，其第三級(jí)包括r個(gè)m×n子網(wǎng)絡(luò)；該光交換網(wǎng)絡(luò)具有至多Δ2(log2n+log2m+log2r)的最壞交擾。
本發(fā)明的范圍還包括依賴于這種分光器和組合器的切換光能量的方法。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面參考附圖僅以舉例方式說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是一般樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)圖；圖2示出了傳統(tǒng)的4×4樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；圖3示出了傳統(tǒng)的4×3樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；圖4示出了本發(fā)明的4×4樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；圖5示出了本發(fā)明的3×4樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；圖6示出了在一個(gè)4”直徑硅片上的本發(fā)明的16×16光交換網(wǎng)絡(luò)的布局；圖7是作為定向耦合器實(shí)施的1×2分光器的示意圖；圖8是作為馬赫陳德?tīng)柛缮鎯x實(shí)施的1×2分光器的示意圖；圖9示出了一個(gè)CLOS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明本發(fā)明是一種比已知的光交換網(wǎng)絡(luò)更緊湊并具有更少交擾的光交換網(wǎng)絡(luò)。
通過(guò)參考附圖和相應(yīng)的說(shuō)明，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的光交換網(wǎng)絡(luò)的原理和操作。
參見(jiàn)附圖，圖4示出了本發(fā)明的4×4網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)將四個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到四個(gè)輸出波導(dǎo)14。與圖2中的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)14使用從00到11的二進(jìn)制數(shù)字連續(xù)地索引。圖4的結(jié)構(gòu)與圖2的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要差別在于分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)從分支級(jí)聯(lián)30中出射的方式。具體地說(shuō)，任何一個(gè)分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)以所謂的“第三插入位順序”從分支級(jí)聯(lián)30中出射。如果輸出波導(dǎo)的索引具有三個(gè)比特，則在輸入波導(dǎo)的索引的第二與第三比特之間插入一個(gè)零，如果輸入波導(dǎo)的索引具有兩個(gè)比特，則將一個(gè)零附加到輸入波導(dǎo)的索引的左端，由此獲得從1×2分光器26的任一個(gè)出射的上輸出波導(dǎo)的索引。如果輸入波導(dǎo)的索引具有三個(gè)比特，則在輸入波導(dǎo)的第二與第三比特之間插入一個(gè)一，如果輸入波導(dǎo)的索引具有二個(gè)比特，則將一個(gè)一附加到輸入波導(dǎo)的索引的左端，由此獲得從1×2分光器26的任一個(gè)出射的下輸出波導(dǎo)的索引。因此，分支區(qū)域16的每個(gè)輸出波導(dǎo)對(duì)立于分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)必須連接的組合區(qū)域20的輸入波導(dǎo)，從分支區(qū)域16中出射。分支區(qū)域16的輸出波導(dǎo)直接連接組合區(qū)域20的相應(yīng)輸入波導(dǎo)，并且在互連區(qū)域18中沒(méi)有波導(dǎo)交叉。
一般地說(shuō)，本發(fā)明的2j×2j網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的構(gòu)造用于將2j個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到2j個(gè)輸出波導(dǎo)14。該構(gòu)造是通過(guò)使用從0到2j-1的二進(jìn)制數(shù)字索引2j個(gè)輸入波導(dǎo)和2j個(gè)輸出波導(dǎo)開(kāi)始(建造)的。例如，對(duì)于j＝3(八個(gè)輸入波導(dǎo)12和八個(gè)輸出波導(dǎo)14)，索引是000至111，對(duì)于j＝4(十六個(gè)輸入波導(dǎo)12和十六個(gè)輸入波導(dǎo)14)，索引是0000至1111。本發(fā)明的2j×2j網(wǎng)絡(luò)的分支區(qū)域16包括j個(gè)分支級(jí)聯(lián)30。這些分支級(jí)聯(lián)30之一的輸出波導(dǎo)按照第j+1插入位順序從分支級(jí)聯(lián)30中出射。作為第一分支級(jí)聯(lián)30的1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的輸入波導(dǎo)12的索引具有j個(gè)比特。通過(guò)將一個(gè)零附加到第一分支級(jí)聯(lián)30的一個(gè)1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的索引的左端，獲得從該1×2分光器26中出射的上輸出波導(dǎo)的索引，通過(guò)將一個(gè)一附加到第一分支級(jí)聯(lián)30的一個(gè)1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的索引的左端，獲得從該1×2分光器26出射的低輸出波導(dǎo)的索引。后續(xù)分支級(jí)聯(lián)30的1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的索引具有多于j個(gè)比特的比特。通過(guò)在后續(xù)分支級(jí)聯(lián)30的一個(gè)1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的索引的第j比特與第j+1比特之間插入一個(gè)零，獲得從該1×2分光器26出射的上輸出波導(dǎo)的索引。通過(guò)在后續(xù)分支級(jí)聯(lián)30的一個(gè)1×2分光器26的輸入波導(dǎo)的索引的第j比特與第j+1比特之間插入一個(gè)一，獲得從該1×2分光器26出射的下輸出波導(dǎo)的索引。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明的2j×2j網(wǎng)絡(luò)的分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序從分支級(jí)聯(lián)30出射，其中k是一個(gè)大于j但不大于這些輸出波導(dǎo)的索引的比特?cái)?shù)的整數(shù)。為了使波導(dǎo)交叉的數(shù)量最小，k的優(yōu)選值是j+1。
圖4所示的4×4網(wǎng)絡(luò)包括交叉分支級(jí)聯(lián)30的選定輸出波導(dǎo)的偽波導(dǎo)50。按照Okuyama等人在美國(guó)專利US4,852,958中的教導(dǎo)，偽波導(dǎo)50均衡由分支級(jí)聯(lián)30的每個(gè)輸出波導(dǎo)交叉的其它波導(dǎo)的數(shù)量，使圖4的4×4網(wǎng)絡(luò)具有近似均勻的輸出光強(qiáng)。
像在傳統(tǒng)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中那樣，本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于不是二的冪的輸入波導(dǎo)12和輸出波導(dǎo)14的數(shù)量。圖5示出了本發(fā)明的3×4網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，用于將三個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到四個(gè)輸出波導(dǎo)14。像在圖4的樹(shù)形結(jié)構(gòu)中那樣，圖5的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)按照第三插入位順序從它們的相應(yīng)分支級(jí)聯(lián)30中出射。一般來(lái)說(shuō)，將P個(gè)輸入波導(dǎo)連接到Q個(gè)輸出波導(dǎo)的本發(fā)明的一個(gè)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過(guò)構(gòu)建將2j個(gè)輸入波導(dǎo)連接到2j個(gè)輸出波導(dǎo)的本發(fā)明的一個(gè)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而得到的，其中j是一個(gè)使2j大于或等于P和Q中較大者的最小整數(shù)；然后消除無(wú)用的波導(dǎo)、分光器和組合器。該網(wǎng)絡(luò)具有j個(gè)分支級(jí)聯(lián)30，并且每個(gè)分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序從分支級(jí)聯(lián)30中出射，其中k是一個(gè)大于j但不大于這些輸出波導(dǎo)的索引中的比特?cái)?shù)的整數(shù)。像在2j×2j結(jié)構(gòu)中的情況那樣，對(duì)于所有的分支級(jí)聯(lián)30，k的優(yōu)選值是j+1。然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的范圍不包括P或Q等于1或2的退化情況，因?yàn)樵谶@些情況下，傳統(tǒng)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同。
換句話說(shuō)，本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由分支級(jí)聯(lián)30的性質(zhì)表征的，即，在用于將P個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到Q個(gè)輸出波導(dǎo)14的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，連接到相同輸入波導(dǎo)12的任何分支級(jí)聯(lián)30的輸出波導(dǎo)從分支級(jí)聯(lián)30中出射，且相隔至少P個(gè)輸出波導(dǎo)。例如，在圖4的結(jié)構(gòu)中，連接具有索引00的輸入波導(dǎo)12的分支波導(dǎo)000和100從第一分支級(jí)聯(lián)30中出射，且相隔四個(gè)分支波導(dǎo)(插入在分支波導(dǎo)000與100之間的分支波導(dǎo)001，010和011)；(最終)連接具有索引01的輸入波導(dǎo)12的分支波導(dǎo)1001和1101從第二分支級(jí)聯(lián)30中出射，且相隔四個(gè)分支波導(dǎo)(插入在分支波導(dǎo)1001與1101之間的分支波導(dǎo)1010，1011和1100)。同樣，在圖5的結(jié)構(gòu)中，連接具有索引01的輸入波導(dǎo)12的分支波導(dǎo)001和101從第一分支級(jí)聯(lián)30中出射，且相隔三個(gè)分支波導(dǎo)(插入在分支波導(dǎo)001與101之間的分支波導(dǎo)010和100)；(最終)連接具有索引10的輸入波導(dǎo)12的分支波導(dǎo)0010和0110從第二分支級(jí)聯(lián)30中出射，且相隔三個(gè)分支波導(dǎo)(插入在分支波導(dǎo)0010與0110之間的分支波導(dǎo)0100和0101)。
與圖4中的4×4網(wǎng)絡(luò)相似，圖5的3×4網(wǎng)絡(luò)包括偽波導(dǎo)50，用于交叉分支級(jí)聯(lián)30的選定輸出波導(dǎo)以確保圖5的3×4網(wǎng)絡(luò)具有近似均勻的輸出光強(qiáng)。
像在傳統(tǒng)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況下那樣，本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是可逆的。通過(guò)交換所有波導(dǎo)的角色和交換1×2分光器以及2×1組合器的角色，把P個(gè)輸入波導(dǎo)連接到Q個(gè)輸出波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)可以被用來(lái)把Q個(gè)輸入波導(dǎo)連接到P個(gè)輸出波導(dǎo)。
圖6示出了本發(fā)明的在一個(gè)4”硅片的表面上的16×16光交換網(wǎng)絡(luò)的布局，用于將十六個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到十六個(gè)輸出波導(dǎo)14。互連區(qū)域18、組合區(qū)域20和四個(gè)構(gòu)成分支區(qū)域的分支級(jí)聯(lián)30a、30b、30c和30d用虛線畫出。需要注意的是，互連區(qū)域18和組合區(qū)域20在徑向方向上是位于分支級(jí)聯(lián)30a、30b、30c和30d之外。每個(gè)分光器26和每個(gè)組合器28(未明確示出)為9mm長(zhǎng)。為了使損耗和交擾最小，波導(dǎo)以至少30°的角度交叉，并且彎曲半徑至少為5mm。最壞情況下，該布局具有好于40dB的交擾和低于7dB的插入損耗。
盡管圖6所示的特殊布局打算用于在4”硅片的實(shí)施，然而本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將明白如何應(yīng)用本發(fā)明的原理在任何合適的光電基片上，例如在4”Z-cut鈮酸鋰晶片上制造光交換網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的另一方面是基于以下發(fā)現(xiàn)與以其它類型的1×2分光器26和2×1組合器28為基礎(chǔ)的類似的光交換網(wǎng)絡(luò)相比，以具有被動(dòng)全通狀態(tài)的1×2分光器26和2×1組合器28為基礎(chǔ)的光交換網(wǎng)絡(luò)具有非常低的最壞交擾。具有被動(dòng)全通狀態(tài)的1×2分光器26和2×1組合器28的實(shí)例包括，但不局限于，圖7和圖8所示的具有上述的1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度的1×2分光器26和2×1組合器28。需要注意的是，一般來(lái)說(shuō)，正規(guī)化耦合長(zhǎng)度可以是1/2的奇數(shù)倍，盡管1/2的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度是優(yōu)選的。
具體地說(shuō)，以具有被動(dòng)交叉狀態(tài)的開(kāi)關(guān)26和28為基礎(chǔ)的將P個(gè)輸入波導(dǎo)連接到Q個(gè)輸出波導(dǎo)的P×Q樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)是這樣的網(wǎng)絡(luò)一種傳統(tǒng)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，某些其它現(xiàn)有技術(shù)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，或者本發(fā)明的一種樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，被顯示為如果log2P≤Q則具有Δ2log2P的最壞交擾，和如果log2P＞Q則具有Δ2(Q-1)的最壞交擾，其中Δ是一個(gè)開(kāi)關(guān)的消光比，也就是，(在1×2分光器26的情況下)當(dāng)該開(kāi)關(guān)處于純交叉狀態(tài)或處于純直通狀態(tài)時(shí)傳送到預(yù)期輸出波導(dǎo)的光功率對(duì)傳送到其它波導(dǎo)的光功率的比值的倒數(shù)?；诰哂斜粍?dòng)全通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)26和28的一個(gè)P×Q樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)可以被顯示為具有Δ2(2-2/L)的最壞交擾，其中L＝min(P，Q)。當(dāng)P和Q至少等于4時(shí)，該交擾明顯小于基于現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)關(guān)的P×Q樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的交擾。
此外，基于具有被動(dòng)全通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)26和28的光交換網(wǎng)絡(luò)與類似的現(xiàn)有技術(shù)光交換網(wǎng)絡(luò)相比，在傳播或多點(diǎn)傳送模式中使用了更少的電功率，并且比類似的現(xiàn)有技術(shù)光交換網(wǎng)絡(luò)更緊湊。
為了將大量的輸入波導(dǎo)連接到大量的輸出波導(dǎo)，通常使用CLOS網(wǎng)絡(luò)，如R.A.Spanke在“Architectures for guided wave optical space switching systems”一文中公開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)(IEEE Communications Magazine，vo1.25 no 5(1987)pp.42-48)。圖9示出了經(jīng)由包括r個(gè)n×m子網(wǎng)絡(luò)68的第一級(jí)62、包括m個(gè)r×r子網(wǎng)絡(luò)70的第二級(jí)64和包括r個(gè)m×n子網(wǎng)絡(luò)72的第三級(jí)66，將N個(gè)輸入波導(dǎo)12連接到N個(gè)輸出波導(dǎo)14的三級(jí)CLOS網(wǎng)絡(luò)，其中nr＝N和m≥2n-1。如圖所示，級(jí)62、64和66通過(guò)中間波導(dǎo)74互連。子網(wǎng)絡(luò)68、70和72可以是傳統(tǒng)的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)或者本發(fā)明的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)?；诂F(xiàn)有技術(shù)分光器和組合器的三級(jí)CLOS網(wǎng)絡(luò)的最壞交擾是Δ2(log2n+log2m+log2r)?？梢员砻?，基于具有被動(dòng)全通狀態(tài)的1×2分光器和2×1組合器的一個(gè)三級(jí)CLOS網(wǎng)絡(luò)具有僅Δ2(6-2/r-4/n)的最壞交擾。
盡管已經(jīng)結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但很顯然，可以做出本發(fā)明的許多變化、改進(jìn)和其它應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述1×2分光器將所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)所述分支級(jí)聯(lián)中的第一分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后所述分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是對(duì)最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)的至少某些所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相對(duì)于所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)按照第k插入位順序從所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，其中k是大于j的整數(shù)；和(d)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到所述N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的所述2×1組合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括次多個(gè)所述2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)所述組合級(jí)聯(lián)中的一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是第一個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是對(duì)所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相對(duì)于所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)按照最低有效插入位順序進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)所述第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)圓晶片表面上制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中N至少為8，并且所述的圓晶片具有最大約4英寸的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中N至少為16。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述組合子網(wǎng)絡(luò)在徑向方向上位于所述級(jí)聯(lián)之外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中k＝j(luò)+1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中，在至少一個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)中，所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)的至少一部分由至少一個(gè)偽波導(dǎo)交叉。
9.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)所述分支子網(wǎng)絡(luò)連接所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，所述組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述組合級(jí)聯(lián)中的第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接所述分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的所述1×2分光器，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是所述第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是對(duì)所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的至少某些所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相對(duì)于所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，其中k是大于j的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中k＝j(luò)+1。
11.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，其中Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述1×2分光器將所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)所述分支級(jí)聯(lián)中的第一分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后的所述分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是所述最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)的至少某些所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相對(duì)于所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)按照第k插入位順序從所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，其中k是一個(gè)大于最小整數(shù)j的整數(shù)，使2j至少等于P和Q之中的較大者；和(d)一個(gè)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到所述Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的所述2×1組合器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中k＝j(luò)+1。
13.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)所述分支子網(wǎng)絡(luò)連接所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，所述組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接所述分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的所述2×1分光器，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是所述第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的至少某些所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相對(duì)于所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)按照第k插入位順序進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，其中k是一個(gè)大于最小整數(shù)j的整數(shù)，使2j至少與P和Q之中一個(gè)較大者一樣大。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中k＝j(luò)+1。
15.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述1×2分光器將所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)所述分支級(jí)聯(lián)中的第一分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后的所述分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是所述最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)的至少某些所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)中出射，且至少相距所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的N個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)；和(d)一個(gè)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到所述N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的所述2×1組合器。
16.權(quán)利要求15所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述的組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括次多個(gè)所述2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)所述組合級(jí)聯(lián)中的一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是所述組合級(jí)聯(lián)中的第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是對(duì)所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互臨近地進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)所述第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，且相隔所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的N個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)。
18.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N＝2j個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中j是大于1的整數(shù)；(b)N個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)所述分支子網(wǎng)絡(luò)連接所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，所述組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，一個(gè)第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接所述分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的所述1×2分光器，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是所述第一組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的至少某些所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且至少相隔所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的N個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中連接公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且相隔所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的N個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)。
20.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，其中Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)分支子網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)連續(xù)的分支級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)包括多個(gè)1×2分光器，所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述1×2分光器將所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的兩個(gè)分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)充當(dāng)?shù)谝环种Ъ?jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)而不是一個(gè)最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)而不是所述最后分支級(jí)聯(lián)的一個(gè)后繼分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)，每個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)的至少某些所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，且至少相隔所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的P個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)；和(d)一個(gè)2×1組合器的組合子網(wǎng)絡(luò)，用于將所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)連接到所述Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，所述最后分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)直接連接相應(yīng)的所述2×1組合器。
21.權(quán)利要求20所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)從所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)出射，且相隔所述每個(gè)分支級(jí)聯(lián)的P個(gè)所述分支級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)。
22.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)，其中P是大于2的整數(shù)；(b)Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)，Q是大于2的整數(shù)；(c)一個(gè)1×2分光器的分支子網(wǎng)絡(luò)；和(d)一個(gè)經(jīng)所述分支子網(wǎng)絡(luò)連接所述開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的組合子網(wǎng)絡(luò)，所述組合子網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連續(xù)組合級(jí)聯(lián)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)包括多個(gè)2×1組合器，所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的每個(gè)所述2×1組合器將所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的兩個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)連接到所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，第一所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)直接連接所述分支子網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的所述1×2分光器，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)而不是第一所述組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)充當(dāng)對(duì)所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)而不是對(duì)所述第一組合級(jí)聯(lián)的一個(gè)前任組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)充當(dāng)一個(gè)最后組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸出波導(dǎo)，每個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)的至少某些所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)相互交叉，以使連接一個(gè)公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且至少相隔所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的Q個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中連接公共的所述開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)的所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)進(jìn)入所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)，且相隔所述每個(gè)組合級(jí)聯(lián)的Q個(gè)所述組合級(jí)聯(lián)輸入波導(dǎo)。
24.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)至少4個(gè)輸入波導(dǎo)；(b)至少4個(gè)輸出波導(dǎo)；(c)多個(gè)1×2分光器，用于從所述輸入波導(dǎo)接收光信號(hào)；和(d)多個(gè)2×1組合器，用于從所述1×2分光器接收所述信號(hào)并將所述信號(hào)送入所述輸出波導(dǎo)；其中從包括所述1×2分光器和所述2×1組合器的組中選出的至少一個(gè)部件具有約等于1/2的奇數(shù)倍的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述正規(guī)化耦合長(zhǎng)度約等于1/2。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)部件是定向耦合器。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)部件是馬赫陳德?tīng)柛缮鎯x。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，包括至少8個(gè)所述輸入波導(dǎo)和至少8個(gè)所述輸出波導(dǎo)。
29.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)至少4個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入波導(dǎo)；(b)至少4個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸出波導(dǎo)；(c)多個(gè)1×2分光器，每個(gè)所述1×2分光器從至少一個(gè)所述網(wǎng)絡(luò)輸入波導(dǎo)接收光信號(hào)并且將所述信號(hào)送入兩個(gè)相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)中的至少一個(gè)，至少一個(gè)所述1×2分光器具有(i)一個(gè)被動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)1×2分光器接收的所述信號(hào)經(jīng)兩個(gè)所述相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)出射，(ii)一個(gè)第一主動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)1×2分光器接收的所述信號(hào)僅經(jīng)由所述相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)的第一輸出波導(dǎo)出射，和(iii)一個(gè)第二主動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)1×2分光器接收的所述信號(hào)僅經(jīng)由所述相應(yīng)分光器輸出波導(dǎo)的第二輸出波導(dǎo)出射；以及(d)多個(gè)2×1組合器，每個(gè)所述2×1組合器經(jīng)由兩個(gè)相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的至少一個(gè)從所述1×2分光器接收所述信號(hào)并將所述信號(hào)送入所述網(wǎng)絡(luò)輸出波導(dǎo)中的至少一個(gè)，至少一個(gè)所述2×1組合器具有(i)一個(gè)被動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)兩個(gè)所述相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)接收的所述信號(hào)被疊加在所述至少一個(gè)2×1組合器中，(ii)一個(gè)第一主動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)由所述相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的第一輸入波導(dǎo)接收的所述信號(hào)的至少一部分從所述至少一個(gè)2×1組合器中出射，和(iii)一個(gè)第二主動(dòng)狀態(tài)，其中由所述至少一個(gè)2×1組合器經(jīng)由所述相應(yīng)組合器輸入波導(dǎo)中的第二輸入波導(dǎo)接收的信號(hào)的至少一部分從所述至少一個(gè)2×1組合器中出射。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)1×2分光器和所述至少一個(gè)2×1組合器具有約等于1/2的奇數(shù)倍的正規(guī)化耦合長(zhǎng)度。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述正規(guī)化耦合長(zhǎng)度等于1/2。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)1×2分光器和所述至少一個(gè)1×2組合器是定向耦合器。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)1×2分光器和所述至少一個(gè)1×2組合器是馬赫陳德?tīng)柛缮鎯x。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，包括至少8個(gè)所述網(wǎng)絡(luò)輸入波導(dǎo)和至少8個(gè)所述網(wǎng)絡(luò)輸出波導(dǎo)。
35.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)P個(gè)輸入波導(dǎo)，其中P是至少等于4的整數(shù)；(b)Q個(gè)輸出波導(dǎo)，其中Q是至少等于4的整數(shù)；和(c)多個(gè)將所述輸入波導(dǎo)連接到所述輸出波導(dǎo)的光開(kāi)關(guān)，每個(gè)所述光開(kāi)關(guān)具有實(shí)際上等于分?jǐn)?shù)Δ的消光比，該光交換網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)至多約為Δ2(2-2/L)的最壞交擾，其中L是P和Q中的較小者。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的光交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述多個(gè)光開(kāi)關(guān)根據(jù)樹(shù)形結(jié)構(gòu)將所述輸入波導(dǎo)連接到所述輸出波導(dǎo)。
37.一種光交換網(wǎng)絡(luò)，包括(a)N個(gè)輸入波導(dǎo)，其中N是至少等于16的整數(shù)；(b)N個(gè)輸出波導(dǎo)；和(c)多個(gè)根據(jù)CLOS結(jié)構(gòu)將所述N個(gè)輸入波導(dǎo)連接到所述N個(gè)輸出波導(dǎo)的光開(kāi)關(guān)，包括(i)一個(gè)第一級(jí)，包括所述開(kāi)關(guān)的r個(gè)n×m子網(wǎng)絡(luò)，(ii)一個(gè)第二級(jí)，包括所述開(kāi)關(guān)的m個(gè)r×r子網(wǎng)絡(luò)，(iii)一個(gè)第三級(jí)，包括所述開(kāi)關(guān)的r個(gè)m×n子網(wǎng)絡(luò)，其中n和r是整數(shù)，N是n與r的乘積，以及m是至少等于2n-1的整數(shù)，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)具有實(shí)際上等于分?jǐn)?shù)Δ的消光比，該光交換網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)至多約為Δ2(6-2/r-4/n)的最壞交擾。
全文摘要
一種光交換網(wǎng)絡(luò),用于將P個(gè)開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)(12)連接到Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)(14)。開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)進(jìn)入包括多個(gè)分支級(jí)聯(lián)(30)的分支子網(wǎng)絡(luò)(16)。在每個(gè)分支級(jí)聯(lián)中,1×2分光器(26)的陣列將該級(jí)聯(lián)的輸入波導(dǎo)連接到該級(jí)聯(lián)的輸出波導(dǎo),并且該級(jí)聯(lián)的輸出波導(dǎo)在級(jí)聯(lián)內(nèi)交叉,以使連接相同開(kāi)關(guān)輸入波導(dǎo)的輸出波導(dǎo)從級(jí)聯(lián)中出射,且相隔P個(gè)輸出波導(dǎo)。分支子網(wǎng)絡(luò)(22)的輸出波導(dǎo)直接連接組合網(wǎng)絡(luò)(20)的2×1組合器(28),該組合子網(wǎng)絡(luò)(20)將分支子網(wǎng)絡(luò)的輸出波導(dǎo)連接到Q個(gè)開(kāi)關(guān)輸出波導(dǎo)。
文檔編號(hào)G02B6/12GK1365450SQ00810911
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
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