專利名稱：光學地址解碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學數(shù)據(jù)傳輸，并且尤其涉及一種光學數(shù)據(jù)包地址解碼器以及對應的地址格式。
通常使用的數(shù)字通信網(wǎng)絡有兩種電子的和光學的。光學數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢在于比電子數(shù)據(jù)傳輸較不易受到干擾和串擾，并且具有高得多的帶寬。由于幾個消息共享同一個物理通信通道，因此這些消息必須被復用。一些復用方案通常被用于電子網(wǎng)絡中，包括時分復用(TDM)、頻分復用(FDM)和碼分復用(CDM)。FDM直接用于一個光學網(wǎng)絡，又通常被稱作“波分復用”(WDM)每個消息被分配一個特有的載波波長，并且使用簡單的波長感應光學元件如衍射光柵用于分揀出不同的消息。1998激光與電光學會議(舊金山CA,5月3-8日)上提交了關于光學TDM和CDM實施例的幾篇論文。
在電子和光學網(wǎng)絡中，除了最短的消息之外，所有的消息都是根據(jù)多種眾所周知的協(xié)議如TCP/IP，作為一些分立的包傳輸?shù)摹?br>
圖1顯示一個數(shù)據(jù)包10的典型格式地址塊14，其中具有的編碼的目的地址表示數(shù)據(jù)包10的目的地；緊接著是數(shù)據(jù)塊12，其中數(shù)據(jù)包10中包含的部分消息被編碼。圖1以及以下其它圖中的常規(guī)是數(shù)據(jù)包從左到右傳輸，使得例如，地址塊14在數(shù)據(jù)塊12之前到達網(wǎng)絡中的目的節(jié)點。地址及消息都被數(shù)字編碼，成為等間隔的電子或光學脈沖序列，使用例如有脈沖表示二進制的1，無脈沖表示二進制的0。地址塊14的第一位位于地址塊14的最右端，緊接著的是地址塊14的其余位，數(shù)據(jù)塊12也是類似的。地址塊14和數(shù)據(jù)塊12都具有固定的和已知的傳輸時間。典型地，地址塊14和數(shù)據(jù)塊12的格式均為固定數(shù)量的位，并且它們的傳輸時間為位數(shù)乘以與一位有關的時間間隔；但是，如下所示，其它地址塊格式也是可能的。典型地，地址塊14的末端與數(shù)據(jù)塊12的開頭之間有一個時間延遲。
圖2是一個光學地址解碼系統(tǒng)20的方框圖，本發(fā)明的裝置是其中的一個元件。單箭頭表示光學數(shù)據(jù)的流向。雙箭頭表示電子數(shù)據(jù)的流向。系統(tǒng)20能夠在一個光學傳輸網(wǎng)絡中實現(xiàn)時分復用。數(shù)據(jù)包10從輸入通道34進入系統(tǒng)20。一個1×2的開關22使地址塊14轉向圖2的左分支，使數(shù)據(jù)塊12轉向圖2的右分支。地址塊14在解碼器24中被解碼。根據(jù)解碼的地址，一個電子信號被送到開關控制33，指示開關控制33設置開關陣列32，以引導數(shù)據(jù)包10通向多個輸出通道36的其中一個。因為解碼器24中的解碼程序被破壞，或至少被重新排序，所以地址塊14，解碼的地址被送到一個地址恢復單元26，重構地址塊14。重構的地址塊14與輸入解碼器24的地址塊14可能相同，也可能不相同，這與光學網(wǎng)絡的類型有關。同時，數(shù)據(jù)塊12沿圖2的右分支傳輸?？蛇x擇地，提供一個延遲單元30用于使數(shù)據(jù)塊12的傳輸延遲解碼和重構地址塊14所需的時間，以保持地址塊14與數(shù)據(jù)塊12之間的固定延遲。最后，地址塊14和數(shù)據(jù)塊12合并以重構數(shù)據(jù)包10，進入開關陣列32，然后沿合適的輸出通道36離開開關陣列32。本發(fā)明的裝置是解碼器24的一個改進的實施例。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種裝置用于解碼一個光學數(shù)據(jù)包的地址塊，其中多個地址中的一個被編碼。該裝置包括(a)多個波導；(b)引導該地址塊同時進入每個波導的分路機構；以及(c)對于每個波導，用于探測在該每個波導中傳播的光的探測器。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種路由光學數(shù)據(jù)包的方法，包括以下步驟(a)向每個數(shù)據(jù)包提供一個地址塊，其中多個地址的其中一個被編碼；(b)提供多個波導；(c)引導該地址塊同時進入每個波導；(d)探測在每個該波導中傳播的光的強度，作為引導該地址塊進入每個波導的結果；以及(e)從至少一個強度推斷該地址。
本發(fā)明的裝置同時引導地址塊14進入多個波導。每個波導終止于一個探測器。每個波導的物理性質(zhì)，例如，每個波導的長度，決定了光在該波導中的傳播特性。每個波導的配置使得光在每個波導內(nèi)傳播的方式都與別的波導不同。例如，如果波導具有不同的長度，則地址塊14的一個特定脈沖在不同的時刻到達探測器。從探測器被在波導中傳播的光激活的狀態(tài)推斷地址塊14中編碼的地址。
類似WDM，本發(fā)明的方法與具有低同步要求的通信協(xié)議是兼容的。但是，本發(fā)明支持TDM，并且可以用于實現(xiàn)多種傳輸模式，例如ATM(異步傳輸模式)。
根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例，波導被配置成諧振腔。格式適合于本實施例的地址是一系列等間隔的脈沖，編碼的地址作為脈沖間隔。每個腔在不同的脈沖間隔處諧振。僅有響應特定地址塊14發(fā)生波導諧振的探測器被激活。
根據(jù)本發(fā)明的另一個最佳實施例，地址被常規(guī)格式化，如規(guī)則間隔位，并且連續(xù)的波導之間的長度差為在與一位有關的時間間隔內(nèi)光在波導中傳播的距離。探測器的輸出經(jīng)相同的延遲被引導進入適當配置的門電路陣列的各個門電路，使得僅對應一個特定地址的門電路陣列被一個特定地址塊14激活。
這里，僅采用例子，參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1顯示一個光學數(shù)據(jù)包的格式；圖2是一個光學地址解碼系統(tǒng)的方框圖；圖3顯示本發(fā)明的解碼器的第一最佳實施例的第一變體；圖4顯示本發(fā)明的解碼器的第一最佳實施例的第二變體；圖5顯示本發(fā)明的解碼器的第二最佳實施例。
本發(fā)明是關于一個光學地址解碼器，以及相關方法，可以用于在一個光學數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中實現(xiàn)TDM或ATM。
參考附圖以及伴隨的描述可以更好地理解根據(jù)本發(fā)明的光學地址解碼的原理和作用。
再次參考附圖，圖3顯示本發(fā)明的解碼器24的第一最佳實施例的第一變體。解碼器24的該實施例基于四個波導44，它們部分采用標準方法制造在一個集成光學芯片40上，部分在芯片40外作為光纖。輸入波導38引導入射的光學信號進入一個多模式干涉分路器42，分路波導44中的信號。波導44在半反射層46處離開芯片40，并在抗反射層50處返回芯片40。每個波導44耦合到另一個半反射層48處的一個對應的光電探測器52。每個光電探測器52產(chǎn)生與入射在其上的光強度成比例的電壓。注意波導44的長度都是不同的。半反射層46和48在每個波導44中限定了一個諧振腔，每個諧振腔的長度不同。與探測器52相關的處理電路在圖3中沒有顯示。為了示例簡單，圖3中僅顯示了四個波導44。波導44的一個更典型的數(shù)量在8到16之間。
解碼器24中使用多模干涉分路器42以分路波導44中的入射信號是示例性的，而不是必須的。其它種類的光學元件，例如級聯(lián)的y-分路器，也可以用于此目的。
適合于圖3的解碼器24的基本地址格式是一個等間隔的光學脈沖序列，目的地址用脈沖間的間隔表示。選擇諧振腔的長度，使得每個諧振腔中的光程是在與一個地址的脈沖間隔對應的時間內(nèi)光在波導44中傳播的光程的整數(shù)倍或1/2整數(shù)倍。對于一個給定的地址，當每個脈沖進入諧振腔時，脈沖在半反射層46和48處部分反射。在光程對應于給定地址的脈沖間隔的諧振腔中，連續(xù)的脈沖是一致的并且在諧振腔中相互增強。在其它的諧振腔中，連續(xù)的脈沖不一致并且不相互增強。選擇探測器52具有約為脈沖寬度的響應時間。探測器52產(chǎn)生的信號，與諧振腔相關，該諧振腔的光程與給定地址的脈沖間隔對應，信號的周期與脈沖間隔有關，并且信號的最大值比一個脈沖產(chǎn)生的信號大得多。另一個探測器52產(chǎn)生的信號不具有這樣的周期，并且具有的最大值約等于一個脈沖產(chǎn)生的信號。與探測器52相關的處理電路監(jiān)控探測器52產(chǎn)生的信號，并且識別哪一個探測器52產(chǎn)生信號諧振特性。與該探測器相關的地址就是在通過輸入波導38進入圖3的解碼器24的地址塊14中編碼的地址。
例如，在一個10GHz光學數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中，脈沖持續(xù)時間約為0.1納秒，七個不同地址可以編碼為具有七個不同的約2納秒脈沖間隔的脈沖序列，對應于約500MHz的地址頻率，地址頻率之間具有20MHz的間隔。對于硅制的波導44和波長1550nm的載波光，在該波長處硅的折射率約為1.5，下表顯示可行的地址頻率以及對應的諧振腔長度。顯示的長度對應兩個脈沖間隔。
通道地址頻率(MHz)腔長(mm)1440 2272460 2173480 2084500 2005520 1926540 1857560 178制造集成光學芯片的常規(guī)方法在幾何學上是足夠精確的，以向波導44提供關于脈沖定時的適當?shù)拈L度。但是，需要較之更高的精度以保證重疊的脈沖實際上相互增強，而不是相消干涉。重疊的脈沖有必要相互同相，最好在一度相位以內(nèi)。為了達到這樣水平的精度，需要調(diào)整位于芯片40上的部分波導44的折射率。這些折射率可以在熱光材料如硅和離子玻璃中熱調(diào)制，或在電光材料如鈮化鋰和砷化鎵中電調(diào)制。
在一個更復雜的地址方案中，一些地址與一些等間隔脈沖序列的重疊有關，每個序列的脈沖間隔稍稍不同。在該方案下，這些地址在兩個或更多的諧振腔內(nèi)產(chǎn)生諧振條件，并且在兩個或更多的探測器52內(nèi)產(chǎn)生觸發(fā)諧振條件響應。在該方案下，圖3的四個波導44實施例容納十五個不同的地址。
圖4顯示本發(fā)明的解碼器24的第一最佳實施例的第二變體，它比圖3的變體更適用于較高頻率的通信。不象圖3的變體，圖4的變體具有波導60，它整個被制造在一個集成光學芯片56上。象圖3的變體的情況一樣，一個輸入波導54通向一個多模式干涉分路器58，分路器58分路波導60中的入射的光學信號。每個波導60耦合到半反射層64處的對應的光電探測器66。每個波導60具有一個半反射凹槽反射鏡(trench mirror)62，由此在凹槽反射鏡62與半反射層64之間限定了一個諧振腔。凹槽反射鏡62與半反射層64相距不同的距離，使得所有諧振腔具有不同的長度。象圖3中一樣，與探測器66相關的處理電路沒有顯示。為了示例簡單，圖4中僅顯示了四個波導60。波導60的一個更典型的數(shù)量在8到16之間。
圖4的變體的功能與圖3的變體基本相同，除了是在一個更高的頻率處之外。例如，在一個50GHz光學數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中，脈沖持續(xù)時間約為0.02納秒，七個不同地址可以編碼為具有七個不同的約0.5納秒脈沖間隔的脈沖序列，對應于約2GHz的地址頻率，地址頻率之間具有50MHz的間隔。對于鈮化鋰制成的波導60和波長1550nm的載波光，在該波長處鈮化鋰的折射率約為2.15，下表顯示可行的地址頻率以及對應的諧振腔長度。象圖3的變體的情況一樣，顯示的長度對應兩個脈沖間隔。
通道地址頻率(GHz) 腔長(mm)12.1532.622.1033.332.0534.142.0035.051.9535.961.9036.871.8537.8圖5顯示本發(fā)明的解碼器24的第二最佳實施例。象圖3的實施例中一樣，圖5的實施例基于七個波導74，它們部分采用標準方法制造在一個集成光學芯片70上，部分在芯片70外作為光纖。輸入波導68引導入射的光學信號進入一個多模式干涉分路器72，分路波導74中的信號。每個波導74終止于一個光電探測器76。不象圖3和圖4的實施例，圖5的實施例不包括半反射層和半反射部件。而是，選擇相鄰波導74的長度相差相同的長度增量，該長度增量與通過波導74的材料的確定的傳播時間△對應。因此，如果兩個信號同時進入兩個相鄰的波導74，則通過較長的波導74傳播的信號比通過較短的波導74傳播的信號要延遲△到達對應的探測器76。
適用于圖5的實施例的地址格式是一個位串，包括一個連續(xù)1的地址頭，一個包含特別用二進制數(shù)表示的地址的地址主體，以及一個連續(xù)1的地址尾。圖5B顯示用于解碼一個簡單集合的地址的電子電路，尤其是格式為“11xxx11”的地址，其中x表示0或1，使得該集合共包括八個地址。每個探測器76連接到八個與門電路陣列78中每一個的對應MOS晶體管的門電路。每個與門電路陣列78包括串聯(lián)的七個MOS晶體管。在每個與門電路陣列中，第一、第二、第六和第七MOS晶體管為n溝道晶體管。第三、第四和第五MOS晶體管為n溝道晶體管或p溝道晶體管，與每個與門電路陣列78將要響應的地址有關，n溝道晶體管對應1而p溝道晶體管對應0。每個與門電路陣列78被其響應的三位地址所標注。從探測器76到每個與門電路陣列78的MOS晶體管的電子路徑都是等長的，使得來自探測器16，表示同時到達的光學脈沖的電壓脈沖同時到達與門電路陣列78。
這些地址的每一位在地址塊14中編碼為光學脈沖的有(1)或無(0)。連續(xù)位之間的時間間隔等于△。然后考慮當包括地址“1101111”的一個地址塊14通過圖5的解碼器24時發(fā)生了什么。當?shù)刂穳K14的每一位到達多模式干涉分路器72時，該位被同時引導進入所有的波導74。第一光學脈沖，表示地址頭的第一個“1”，在從右至左相差△的到達時間連續(xù)到達每個探測器76。第二光學脈沖，表示地址頭的第二個“1”，同樣在從右至左相差△的到達時間，比第一光學脈沖延遲△，連續(xù)到達每個探測器76，使得當?shù)谝还鈱W脈沖到達右數(shù)第二個探測器76時，第二光學脈沖到達最右端的探測器76。每當一個光學脈沖到達探測器76，探測器76就發(fā)出一個電壓脈沖。在連續(xù)的時間間隔△，探測器76陣列的響應如下，“1”表示一個電壓脈沖，“0”表示無電壓脈沖時間間隔 探測器響應1 00000012 00000113 00001114 0001111
5 00111106 01111017 11110118 11101109 110110010 101100011 011000012 110000013 1000000僅在第七時間間隔，第一、第二、第六和第七探測器76發(fā)出電壓脈沖。因此，僅在第七時間間隔，與門電路陣列78的任意一個被激活，然后僅一個與門電路陣列78，特別地，圖5B中標注為“110”的第七與門電路陣列78被激活。
頭與尾位的目的是保證除了第七時間間隔之外沒有與門電路被激活。第七時間間隔是電壓脈沖被同時傳送到與門電路陣列78的第一、第二、第六和第七MOS晶體管的唯一的時間間隔。如上所述，所有八個與門電路陣列78中的這些MOS晶體管都是n溝道晶體管。在第七時間間隔八個與門電路陣列78中的哪一個被激活是由地址主體的位狀態(tài)決定的。
上述例子，具有兩個頭位和兩個尾位，這是示例性的?？梢允褂萌魏畏奖銛?shù)量的頭位或尾位，地址頭或地址尾可以省略，并且地址頭和尾可以用虛位與地址主體隔開。通常一個普通熟練的技術人員可以選擇能夠在一個特定網(wǎng)絡環(huán)境中提供最佳的抵御噪聲的能力的地址格式。
圖5B的電子電路是示例性的。作為眾所周知的技術，其它類型的電路，例如，一個解復用器，可以連接到探測器76，并以唯一的方式響應地址塊14中編碼的每個地址。
解碼系統(tǒng)20在一個時刻僅路由一個輸入數(shù)據(jù)包10，從輸入通道34到某個輸出通道36?；诒景l(fā)明的幾種解碼器24可以構造一個類似的系統(tǒng)，路由幾個數(shù)據(jù)包10，同時從幾個輸入通道到幾個輸出通道。該系統(tǒng)必須包括一個防沖突機構，以對需要同時引導進入同一輸出通道的兩個輸入數(shù)據(jù)包10進行仲裁。
解碼器24的第二最佳實施例與所有復用方案都是兼容的。解碼器24的第一最佳實施例同樣在原理上與所有復用方案兼容，但是與WDM集成比較困難，因為波導44或60必須重新調(diào)諧到每個入射光學數(shù)據(jù)包的地址頻率。這種重新調(diào)諧對于實際應用來說太慢。
雖然本發(fā)明是用有限數(shù)量的實施例描述的，但是應當意識到本發(fā)明的許多變體、變型和其它應用都是可以的。
權利要求
1．一種用于解碼一個光學數(shù)據(jù)包的地址塊的裝置，其中多個地址的一個被編碼，該裝置包括(a)多個波導；(b)用于引導該地址塊同時進入每個所述波導的分路機構；(c)對于每個所述波導，用于探測在所述每個波導中傳播的光的探測器；以及(d)模截于所述分路機構與所述探測器之間的所述波導的第一半反射層。
2．權利要求1的裝置，其中所述分路機構包括一個多模干涉分路器。
3．權利要求1的裝置，其中所述分路機構包括一個級聯(lián)的y-分路器。
4．權利要求1的裝置，進一步包括(e)對于每個所述波導，一個半反射部件，所述半反射部件及所述第一半反射層在其間限定一個諧振腔；每個所述諧振腔具有不同的光程的長度。
5．權利要求4的裝置，其中所述半反射部件包括在橫截于所述分路機構與所述第一半反射層之間的所述波導的一個第二半反射層中。
6．權利要求4的裝置，其中每個所述半反射部件包括一個凹槽反射鏡。
7．權利要求1的裝置，其中每個所述波導具有不同的光程長度。
8．一種用于路由光學數(shù)據(jù)包的方法，包括以下步驟(a)為每個數(shù)據(jù)包提供一個地址塊，其中多個地址的一個被編碼；(b)提供多個波導；(c)引導所述地址塊同時進入每個所述波導；(d)探測每個所述波導中傳播的光的強度，作為所述地址塊的所述引導到每個所述波導的結果；以及(e)從至少一個所述強度推斷所述地址。
9．權利要求8的方法，其中每個所述地址被編碼成等間隔的至少一個脈沖序列的重疊，每個所述序列具有一個不同的所述脈沖間隔。
10．權利要求9的方法，其中所述波導被配置成諧振腔，每個所述腔被調(diào)諧到僅一個所述脈沖間隔。
11．權利要求8的方法，其中每個所述地址塊包括(ⅰ)一個觸發(fā)部分，以及(ⅱ)一個主體部分，其中所述一個地址被編碼。
12．權利要求11的方法，其中所述地址的所述推斷僅受響應對應所述觸發(fā)部分的所述強度的所述探測的影響。
13．權利要求11的方法，其中所述觸發(fā)部分包括(A)所述主體部分之前的一個頭部分，以及(B)所述主體部分之后的一個尾部分。
14．一種用于解碼光學數(shù)據(jù)包的地址塊的裝置，其中多個地址的一個被編碼，該裝置包括(a)多個波導；(b)用于引導該地址塊同時進入每個所述波導的分路機構；(c)對于每個所述波導，用于探測在所述每個波導中傳播的光的探測器；以及(d)對于每個地址以不同的方式響應所述探測器的一個電子機構。
15．權利要求14的裝置，其中所述電子機構包括多個門電路陣列，數(shù)量上與地址相等，并且其中，對于每個所述門電路陣列，所述每個門電路陣列的每個門電路耦合到唯一的一個所述探測器，使得每個所述門電路陣列僅響應唯一一個地址，產(chǎn)生一個校驗信號。
16．權利要求15的裝置，其中所述門電路為與門電路。
17．權利要求14的裝置，其中所述電子機構包括一個解復用器。
18．一種用于解碼光學數(shù)據(jù)包的地址塊的裝置，其中多個地址的一個被編碼，該裝置包括(a)多個波導，每個所述波導具有不同的光程長度；(b)用于引導該地址塊同時進入每個所述波導的分路機構；以及(c)對于每個所述波導，用于探測在所述每個波導中傳播的光的探測器。
全文摘要
一種光學地址解碼器,以及用于路由光學數(shù)據(jù)包的一種相關方法。解碼器的一個實施例包括多個波導,以及在每個波導內(nèi)限定一個諧振腔的半反射部件,每個諧振腔的長度不同。地址被編碼成等間隔的光學脈沖序列。將要被解碼的地址被同時引導進入所有波導。僅在諧振腔與地址的光學脈沖間隔匹配的波導中建立諧振。解碼器的另一個實施例包括不同長度的多個波導,相鄰波導間的長度差對應一個確定的傳播時間間隔。每個波導終止于一個光電探測器。
文檔編號H04J14/02GK1323107SQ00108348
公開日2001年11月21日 申請日期2000年5月12日 優(yōu)先權日1998年7月17日
發(fā)明者戴維·尼爾 申請人:林克斯光子網(wǎng)絡公司