使用相位扫描监测和控制光子开关的方法和装置与流程

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。

本发明涉及光子开关领域，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。

背景技术：

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发明相关的信息。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发明对立的现有技术。

技术实现要素：

本发明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。根据本发明的实施例，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。

根据本发明的实施例，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。

根据本发明的实施例，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。

根据本发明的实施例，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。

根据本发明的实施例，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。

根据本发明的实施例，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，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的一实施例的光子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发明的一实施例的图1中的开关和装置的实现方式。

图3a示出了根据本发明的一实施例的图2中的装置在直通态下的操作。

图3b示出了根据本发明的一实施例的图2中的装置在交叉态下的操作。

图4图示了根据本发明的一实施例的2x2光子mzi开关和监测装置的操作。

图5示出了根据本发明的一实施例的光子mzi开关和双面监测装置。

图6示出了根据本发明的一实施例的2x2光子开关和相关联的监测和控制装置。

图7示出了根据本发明的一实施例的具有m个输入和n个输出的光子开关。

图8示出了根据本发明的一实施例的用于监测和控制光子开关的方法。

图9示出了根据本发明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

本发明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，合成信号的振幅增加。换而言之，合成信号的振幅通常是输出信号中出现的输入信号的比例的递增函数。因此，反馈信号的特性，诸如其在时变相移频率处的振幅指示光子开关的当前状态。

本发明的实施例提供了基于反馈信号对光子开关的控制。例如，当期望将光开关置于输出信号尽可能多地携带输入信号的状态(例如，当监测第一输入和第一输出时的直通态)时，用于操作开关的控制信号可以被设置为使反馈信号的振幅最大化的值。相反，当期望将光开关置于输出信号尽可能少地携带输入信号的状态(例如，当监测第一输入和第一输出时的交叉态)时，用于操作开关的控制信号可以被设置为使反馈信号的振幅最小化的值。在一些实施例中，因此可以基于反馈信号振幅使用反馈控制例程设置控制信号。

本发明的实施例提供了一种可以使用反馈来控制的光子开关，同时避免了预先校准或需要将最佳操作参数存储在存储器中。由于反馈控制，可以减轻光和/或热串扰。光监测电路相对简单且仅需要一个光检测器(如光电二极管)就可以实现。反馈控制电路，例如由于其简单性且可能缺乏存储器电路，也可以相对简单且需要相对较小的实现面积。

图1示出了根据本发明的一实施例的光子mzi开关100和相关联的监测和控制装置的框图。mzi开关100包括第一耦合器105，其接收来自一对输入110、112的光信号并向一对移相器115、120提供一对输出。mzi开关可以包括诸如分光器、光组合器和光移相器等组件。移相器的输出被提供给第二耦合器125，其在一对输出127、129处提供光信号。耦合器105和125可以是50％定向耦合器、多模干涉仪(multimodeinterferometer,mmi)等。在一些实施例中，可以省略移相器115、120中的一个。通过控制由移相器115、120施加的相移量，开关100可以以交叉态(其中第一输入110处的信号主要被路由到第二输出129并且第二输入112处的信号主要被路由到第一输出127)或直通态(其中第一输入110处的信号主要被路由到第一输出127并且第二输入112处的信号主要被路由到第二输出129)被操作。

应明确注意，mzi开关的输入和输出是光输入和光输出，并且定向耦合器和移相器类似地接收光信号作为输入，操纵光域中的光信号，并且提供光信号作为输出，如本领域技术人员能够理解的。相应地，移相器115、120包括用于接收电控制信号的控制输入116、121。

虽然图1中示出了mzi开关，但是，容易理解的是，可以使用其它类型的光子开关，只要开关使得输入和输出可以被抽头，时变相移可以被施加于监测信号，并且输出表示开关状态。

图1还示出了包括第一抽头150、第二抽头155、移相器160、组合器165和光检测器170的监测装置。第一抽头150位于第一输入110处且提供(提取)出现在第一输入110处的信号的一部分，以及第二抽头155位于第一输出127处且提供(提取)出现在第一输出127处的信号的一部分。由第一抽头150和第二抽头155提取的信号分别是第一监测信号和第二监测信号。由光抽头150和155提取的信号的量期望受到限制，以减轻插入损耗，但是应该足够高以使得提取的信号部分可以在给定的环境噪声电平和与检测、处理设备和电路有关的噪声(如光电二极管暗电流)的情况下被适当地操纵和检测。在一示例实施例中，光抽头150和155提取约1％的信号。例如，抽头150和155因此可以是1％耦合器。

移相器160接收由第一抽头150提供的第一监测信号，并向其施加时变相移。例如，移相器160可以是载流子注入移相器。或者，移相器160可以是载流子耗尽移相器或热(电阻)移相器。也可以使用其它类型的移相器，例如但不限于量子限制stark效应移相器或franz-keldish效应移相器。在各种实施例中，移相器160被配置为能够以比mzi开关100的移相器115、120更高的频率，或者至少以比mzi开关的指定的开关频率更高的频率引起相位变化。这允许移相器160扫过周期性相移的多个循环，而mzi开关状态保持相对恒定。

施加的相移可以根据诸如正弦波的周期性波形而在时间上变化。使用正弦波以驱动移相器160可以提供简化的信号处理和/或滤波。然而，可以预期的是其它波形也可以用于驱动移相器，如三角波、方波、锯齿波等。但是，应该注意的是，使用某些非正弦波形，诸如具有跳跃不连续性的波形可能会导致谐波失真，可能需要寻址。波形也可以随时间改变，例如自适应地改变。

在各种实施例中，施加的相移的频率高于开关和控制器的期望的开关频率。这允许反馈信号循环多次，使得控制器可以可靠地监测由于开关控制信号的变化而引起的反馈信号的振幅响应，如峰到峰振幅响应。施加的相移的频率也可以基于电子控制器的尺寸限制来配置；较高的频率导致控制电路中所需的滤波电容较小。

在各种实施例中，选择施加的相移的振幅，使得相移扫过足够高的范围。例如，在各种实施例中，所期望的是选择振幅，以使得相移周期性地扫过2π弧度。对于该实施例，可以检测反馈信号在相移的时间变化的频率处的振幅。在一些实施例中，相移周期性地扫过4π或更多的弧度。由于该周期性相移扫描，反馈信号的振幅可以周期性地变化。对于这些后面的实施例，可以检测反馈信号在相移的时间变化的频率的整数倍处的振幅。

应注意的是，移相器160或者可位于第二抽头155和组合器165之间，使得移相器将接收第二抽头155提供的第二监测信号并且向其施加时变相移。或者，第一移相器可以位于第一抽头和组合器之间，以及第二移相器可以位于第二抽头和组合器之间，且这两个移相器提供不同的，诸如相反的时变相移。在任一情况下，组合器165的两个输入之间的相对相移被配置为随时间变化。

移相器160的输出和第二抽头155的输出被提供给组合器165。组合器165可以是“y”结、光3db组合器、3db耦合器等。组合器接收两个监测信号并将其(在使一个或两个经历时变相移之后)组合成在组合器输出端提供的单个合成信号。

来自组合器165的合成信号被提供给光检测器170，诸如光电二极管。光检测器170用作传感器，以将合成信号从光域转换到电域，从而提供追踪该合成信号的电反馈信号。

光检测器将合成信号提供给控制器180的输入端182。控制器包括数字电子设备或模拟电子设备或其组合。控制器可以包括诸如滤波器、数字逻辑电路、模拟电路、数模转换器、模数转换器、微处理器或微控制器、包含固件和/或控制参数的存储器等元件。例如，控制器可以被实现为cmos集成电路。控制器180还可以包括其它输入端，诸如指示光子开关100的当前期望状态(例如，交叉态或直通态)的输入端185。控制器提供输出端187，诸如电流信号或电压信号，其被耦合到光子开关100的可控组件，诸如移相器115、120。在一些实施例中，控制器还向移相器160提供可调控制信号，以调整由其施加的时变相移的特性。

控制器180通常被配置为基于来自光检测器170的反馈信号和输入185处的当前期望开关状态生成并向光子开关100(如移相器115、120)提供控制信号，以调整其操作。

应注意的是，抽头150、155和组合器165可以是纯粹的光组件，并且移相器160可以是基于电控制信号操纵光信号的光子组件。监测装置的不同组件可以通过光传输介质，诸如波导可操作地耦合。这样，监测装置可以被实现为光子装置。

或者，可以认为监测装置的一些或全部组件都可以用电子(数字和/或模拟)等同代替。抽头可以耦合到光检测器或由光检测器代替，例如生成指示在光子开关输入和输出端的时变光信号的电监测信号的光电二极管。移相器可以是操纵电监测信号的电子设备，以在两个监测信号之间施加时变相对相移。组合器可以被实现为在施加相移之后组合电信号的模拟或数字电子组件。然后，输出可以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至少一个特性。在这样的实施例中，两个光检测器被提供在抽头150、155处或者替代抽头150、155，并且移相器160和组合器165被电子地实现。例如，光检测器170可以被省略或者由诸如数模转换器等不同组件来替换。该实施例依赖于输入光信号的独特的时变本质(包络)。时变移相器和电子组合器一起执行输入和输出信号的相关函数，使得能够评估输出端的输入光信号的振幅。该装置可以由控制器(或单独的数字设备)以数字方式实现，例如通过使用存储在存储器中的程序指令来执行光监测装置的模拟。或者，可以在电子电路中提供电子地执行移相器和组合器的函数的模拟或数字组件或其组合，其输出被提供给控制器。

在各种实施例中，在控制器内或在光检测器与控制器之间提供电滤波器(如模拟或电子/数字滤波器)，以过滤反馈信号。例如，可以在光检测器和控制器之间提供高通滤波器，或者可以在控制器中实现有效的高通滤波器。因此，ac耦合连接被提供给光检测器。这种方法可以监测光电二极管对时变相移的响应。高通滤波阻止可能出现在ac变化信号上的dc偏移。这种dc偏移可能会掩盖控制器寻求的局部极小值和极大值。在各种实施例中，滤波提供对与时变正弦相移相对应的单个频调的区分。

在如图1和其它地方所示的本发明的实施例中，光子开关具有光耦合到至少两个光输入的第一耦合器105、光耦合到第一耦合器105的移相器部分、以及光耦合到移相器部分并将光信号提供给至少两个光输出的第二耦合器125。因此，移相器部分位于第一耦合器105和第二耦合器125之间。移相器部分可以是具有一对臂且在该臂上具有一个或多个移相器115、120的干涉仪部分。鉴于这种配置，抽头150和155位于mzi开关100(包括耦合器105、125和移相器115和/或120的mzi开关)的输入和输出端。换而言之，第一光抽头150位于第一耦合器105之前，即位于第一耦合器105的与移相器部分相反的一侧，并且第二光抽头155位于第二耦合器125之后，即位于第二耦合器125的与移相器部分相反的一侧。这样，光抽头在信号通过耦合器105、125之前和之后接收光信号的部分，这些信号可能将光信号与其它光信号组合。类似地，生成监测信号，这些监测信号指示在通过第一耦合器之前出现在光子开关的至少两个光输入中的一个处的信号，以及在通过第二耦合器之后出现在光子开关的至少两个光输出中的一个处的信号(假定光信号在图1中从左向右流动)。

图2示意性地示出了根据本发明的一实施例的图1中的装置的实现方式。mzi开关包括第一定向耦合器205，其接收来自一对输入210、212的光信号并向一对移相器215、220提供一对输出。移相器的输出被提供给第二定向耦合器225，其在一对输出227、229处提供光信号。该监测装置包括第一抽头250、第二抽头255、移相器260、组合器265和光检测器270。第一抽头250位于第一输入210处且第二抽头255位于第一输出227处。移相器260经由光波导接收来自第一抽头250的输出，并且组合器265经由光波导接收来自移相器260和第二抽头255的输出。移相器260施加周期性时变相移。光检测器耦合到电子反馈控制器280，电子反馈控制器280向移相器215、220提供控制信号。

图3a示出了根据本发明的一实施例的图2中的装置在直通态下的理想化操作。施加到第一输入210的信号以及从该信号中导出的监测信号由虚线箭头310表示。施加到第二输入212的信号由实线箭头312表示。由于开关处于直通态，所以施加到第一输入210的信号310也出现在第一输出227处。这样，第一和第二监测信号都基于施加到第一输入的信号310。这导致在组合器265和光电二极管270处的最大自干扰，其表现为光电二极管270的输出电流ipd330在时间函数上的最大振幅。

图3b示出了根据本发明的一实施例的图2中的装置在交叉态下的理想化操作。由于开关处于交叉态，所以施加到第二输入212的信号312此刻出现在第一输出227处。这样，第一监测信号基于施加到第一输入的信号310，而第二监测信号基于施加到第二输入的信号312。这导致在组合器265和光电二极管270处的最小自干扰，其表现为光电二极管270的输出电流ipd380在时间函数上的最小振幅。

图3a和3b示出了本发明的特定操作原理。当两个监测信号(相移之后)在组合器处组合时，合成信号可以表现出振荡行为。该振荡行为的程度被表示为合成信号的振幅，该合成信号表示由两个监测信号在其相移之后的光干涉引起的时变光功率。

原则上，两个不相干的光监测信号或具有不同波长的光监测信号将最低限度地相互干扰，而无需考虑它们的相对相位。另一方面，如果两个监测信号除了相对相移之外是相同的，它们将会建设性地或破坏地干涉到取决于(相对)相移的程度。如果相对相移是时变的，光干涉量将相应地随时间变化。另外，如果两个监测信号不相同，但是第二监测信号包括从第一监测信号(以及独立的另一部分(如从输入212的信号处导出)导出的第一部分，时变光干涉量将取决于由该第一部分组成的第二监测信号的百分比。两个监测信号之间的时变光干涉量以合成信号的振幅(从而反馈信号的振幅)表示。

更具体地，两个监测信号之间的时变干涉量以合成/反馈信号的振幅表示。在一些实施例中，振幅可以特别地与位于施加的时变相移的频率组件处或附近的合成/反馈信号的组件相关。

图4图示了根据本发明的一示例实施例的2x2光子mzi开关和监测装置的操作。mzi开关和监测装置是图2、3a和3b中所示的那些的特定实现方式。下图410示出了对于施加到mzi开关的第一输入210的给定参考信号在mzi开关的两个输出227、229(分别)处，以dbm为单位测量的发射功率417、419。参考信号没有被施加到第二输入212。发射功率被显示为电压vheater的函数，在本示例实施例中是施加到mzi开关的电阻移相器215、220的电压，从而导致由此施加特定量的(相对)相移。从下图410可以看出，在大约vheater＝2.05v时，在第一输出227处的功率被最小化且在第二输出229处的功率被最大化，这与mzi开关的交叉态相对应。在大约vheater＝2.8v时，在第一输出227处的功率被最大化且在第二输出229处的功率被最小化，这与mzi开关的直通态相对应。另一个直通态在大约vheater＝0.36v处实现。

图4的上图420示出了提供反馈信号的光检测器270的输出电压，其中移除了dc偏压组件(如果存在的话)。输出电压再次被显示为电压vheater的函数，以便于与下图410进行比较。在本示例实施例中，反馈信号在时变相移的频率处基本上以正弦形式振荡。反馈信号的振幅随电压vheater而变化。更具体地，响应于由其施加的相移，反馈信号的振幅随着由mzi开关路由到第一输出227的参考信号量而变化。从上图410可以看出，当mzi开关处于交叉态时，反馈信号达到最小振幅，以及当mzi开关处于直通态时，反馈信号达到最大振幅。因此，反馈信号的振幅提供了mzi开关状态的指示。

鉴于以上所述，控制器可以被配置为通过实现反馈控制例程来驱动开关，当期望尽可能多地将被监测的输入端的信号耦合到被监测的输出时(如为了实现图2的实现方式中的直通态)，该反馈控制例程试图最大化反馈信号振幅，并且当期望尽可能少地将被监测的输入端的信号耦合到被监测的输出时(如为了实现图2的实现方式中的交叉态)，该反馈控制例程试图最小化反馈信号振幅。控制器可以被配置为接收指示开关的当前期望状态的信号，并且可以通过选择是否最大化或最小化反馈信号来进行响应，以适合于实现期望的状态。

可以使用各种不同的最大化和最小化例程。例如，爬山算法或扰乱控制信号并观察响应的其它算法可以用于通过多个步骤调整控制信号，以寻找局部最大值或最小值。自适应增量可以被纳入这种扰乱和观察算法中。也可以使用其它最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,mppt)算法。

可以使用低通滤波、振幅、峰值或包络检测等，从反馈信号中导出振幅。在一些实施例中，包络或峰值检测器接收反馈信号，并且包络或峰值检测器的输出通过低通滤波器以提取振幅。

如上所述，对于每个期望的开关状态，控制器被配置为通过监测反馈信号并调整控制信号以在反馈信号中引起期望的状态来确定实现期望的开关状态的控制信号(如移相器的电压/电流输出)。在一些实施例中，控制器可以通过持续地监测期望的开关状态和反馈信号并且相应地调整控制信号，在该模式中基本上连续地操作。

在一些实施例中，控制器可以存储和使用信息以帮助更快地实现期望的开关状态。例如，对于每个可能的开关状态，先前(最佳或充分)实现该状态的控制信号可以存储在存储器中。这些数据可以在训练或校准阶段或正在进行的操作中获得。当期望的开关状态匹配先前实现的状态时，控制信号可以被初始化为它们对应的存储值。在一些实施例中，控制信号被保持在该存储值中，以在没有反馈的情况下实现期望的开关状态。在其它实施例中，基于反馈信号，以上文已经描述的方式(如最大化或最小化反馈信号的振幅)，在初始化之后，调整控制信号。在又一其它实施例中，控制信号在某些时间被保持在该存储值中，但是在其它时间基于反馈信号被调整，例如为了操作条件中可能的偏移而周期性地重新校准控制器。

图5示出了根据本发明的另一实施例的光子mzi开关和相关联的监测装置。为了清楚起见，控制器被省略，但是其将接收来自两个图示的光电二极管的信号并基于此控制mzi开关。除了监控装置的组件被复制以监测mzi开关的第二输入和第二输出之外，图5所示的监测装置与图2所示的监测装置相匹配。也就是说，除了相对于图2所述的组件之外，图5的监测装置还包括位于光子开关的第二光输入212处的第三光抽头550，以及位于光子开关的第二光输出229处的第四光抽头555。第三光抽头550提供出现在第二光输入端的信号的一部分，作为第三监测信号。第四光抽头555提供出现在第二光输出端的信号的一部分，作为第四监测信号。该监测装置还包括第二移相器560，其被配置为向第三监测信号(如图所示)或者向第四监测信号施加第二时变相移。该监测装置还包括第二光组合器565，其被配置为在施加第二时变相移之后组合第三监测信号和第四监测信号。该装置还包括第二光检测器570，其被配置为提供指示由第二光组合器输出的光的功率的第二反馈信号，该第二反馈信号具有至少一个指示光子开关的当前状态的特性。

图5所示实施例的潜在优点在于当没有信号被施加到第一输入时，也可以监测开关状态。另一潜在优点是由于光抽头的存在而造成的损失在两个输入和两个输出端都是对称的。然而，图5的实施例需要比图2更多的组件。

例如，图5中所示的开关的控制例程可以包括并行地操作两个控制例程，其中一个控制例程是基于接收到的每个光电二极管信号操作的。例如，控制例程的输出可以被平均。当检测到在其中一个输入端的信号缺失时，可以暂停取决于该输入的控制例程。

图6示出了根据本发明的又一实施例的2x2光子开关600和相关联的监测和控制装置，其中示出了四个潜在的抽头位置602、604、606、608。以下可以提供多达四种不同的监测装置的实例。可能的监测装置620中的一个通用监测装置被示出，其输入耦合到两个选定的抽头位置且其输出耦合到控制器640。第一种可能的监测装置在上输入抽头位置602处具有第一光抽头和在上输出抽头位置606处具有第二光抽头(该配置类似于图1中的配置)。第二种可能的监测装置在下输入抽头位置604处具有第一光抽头和在下输出抽头位置608处具有第二光抽头。第三种可能的监测装置在上输入抽头位置602处具有第一光抽头和在下输出抽头位置608处具有第二光抽头。第四种可能的监测装置在下输入抽头位置604处具有第一光抽头和在下输出抽头位置606处具有第二光抽头。当开关600处于交叉态时，第三种和第四种可能的监测装置允许对输出信号中的输入信号分量进行正检测。这反过来允许使用最大化例程(即，最大化振幅)，而不是使用最小化例程，来将开关600驱动到交叉态。然而，实现第三种和第四种可能的监测装置所需的物理布局可能需要使用光交叉。

在一个实施例中，单个监测装置620可切换地耦合到不同的可选抽头位置。例如，如果使用电子组件而非光组件来提供监视装置620，这是可行的。

图7示出了根据本发明的又一实施例的具有m个输入和n个输出的光子开关700。m不需要等于n；m和n都大于或等于1，且m和n中的一个大于或等于2。为了避免潜在的信号串扰，在各种实施例中，m可以被设置为小于或等于n。m个潜在的输入抽头位置702a、702b、...702m和n个潜在的输出抽头位置706a、706b、...706n被示出。可以提供多达mxn个不同的监测装置的实例，但是要受到实际限制，例如抽头损失和布局复杂度限制。每个监测装置720在输入抽头位置702a、702b、...702m之一处具有第一光抽头，且在输出抽头位置706a、706b、...706n之一处具有其第二光抽头。监测装置720的输出被提供给控制器740。

应该注意到，可以组合使用多个2x2光子开关来实现mxn光子开关。因此，在一些实施例中，可以提供包括至少一个子组件光子开关(如2x2开关)的mxn光子开关，其包括如本文所述的监测和控制装置。

例如，图6或图7中所示的开关的控制例程可以包括并行地操作多个控制例程，其中一个控制例程是基于接收到的每个光电二极管信号操作的。例如，控制例程的输出可以被平均。当检测到在其中一个输入端的信号缺失时，可以暂停取决于该输入的控制例程。在一些实施例中，当期望的开关状态可以通过最大化而不是最小化其相应的反馈信号而通过一个(或多个)控制例程来实现时，那些控制例程可以优先于或者比其它需要通过最小化其相应的反馈信号来实现期望的开关状态的控制例程更重要。为了避免可能更容易受噪声影响的最小化例程，这可能是有益的。

图8示出了根据本发明的一实施例的用于监测和控制光子开关，诸如mzi开关的方法。该方法包括：生成810指示出现在光子开关的光输入端的信号的第一监测信号，以及生成820指示出现在光子开关的光输出端的信号的第二监测信号。生成这些监测信号可以包括使用光抽头获取信号的部分。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830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840第一监测信号和第二监测信号。该方法还包括：生成850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。该方法还可以包括：基于反馈信号和光子开关的期望状态，控制860光子开关。操作810、820、830和840可以使用光/光子组件而非电子组件来执行。

图9示出了根据本发明的另一实施例的用于控制光子开关的方法。该方法包括：接收910反馈信号，例如从监测装置的光检测器。该方法还包括：接收920当前期望的开关状态，例如，其可以是2x2mzi开关的直通态或交叉态。该方法还包括：当期望的状态对应于出现在被监测的光输入端的信号被路由到被监测的光输出(如直通态)时，通过调整930控制信号，生成控制信号，以最大化反馈信号的振幅。该方法还可以包括：当期望的状态对应于出现在被监测的光输入端的信号被路由到与被监测的光输出不同的光输出(如交叉态)时，通过调整940控制信号，生成控制信号，以最小化反馈信号的振幅。例如，控制信号可以是用于调整mzi开关的移相器的驱动信号。

在各种实施例中，提供了多个接地垫以减轻电串扰。例如，电耦合到不同移相器的接地垫可以被分开。

在一些实施例中，应当注意到(光子开关自身的)电阻式移相器的热时常数限制了控制器速度，并且电阻设定了驱动电流。因此，可以使用较大的电阻来降低所需的驱动电流，从而反过来可以稳定电源。

虽然已经参考特定的特征和实施例对本发明进行了描述，但显然的是，可以在不脱离本发明的前提之下，对本发明进行各种修改和组合。相应地，应当简单地将本说明书和附图认为是对所附权利要求所限定的本发明的示意，并且意在覆盖落入本发明的范围内的任何和所有修改、变型、组合或等同替换。