用于可扩展可重构光分插复用器的光子开关芯片的制作方法
【专利说明】用于可扩展可重构光分插复用器的光子开关巧片
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于201 3年9月9日提交的题目为"PhotoniC Swi tch Chip f or Scalable Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexed用于可扩展可重构光分插复 用器的光子开关忍片r的第14/021,999号美国专利申请的权益，其全部内容通过引用合并 至本文中，如同其全部内容在本文中再现一样。
技术领域
[0003] 本发明设及光网络，并且，在特别的实施方式中，设及光学路由器。
【背景技术】
[0004] 针对住宅和商业二者的互联网流量的增长使得服务提供商寻找用于产生更多的 收益并且使其从经由因特网提供的所增加的越来越多的服务中获益的方式。运些服务中的 许多服务例如HDTV、游戏和实时应用的特征在于W下两个特征。一个特征在于服务对与延 迟、抖动和对高带宽的需求有关的迫切的网络需求，而另一个特征在于服务的突发性、服务 的流量路由模式W及不可预测的带宽需求。运对服务提供商提出了在其站点中的许多站点 处预测带宽需求的操作挑战。注意，应对该挑战的一个方式为提供至各个站点中的每个站 点的高带宽连接。运导致资本支出和网络复杂性二者均增大。
[0005] 由于W上挑战，服务提供商将会从支持对网络资源进行重构的全光敏捷网络中受 益。作为全光网络(AON)的一部分，可重构光分插复用器(ROADM)提供了至任何站点的带宽 连接并且使得能够支配节点分插流量。ROADM使得能够W环形连接和网状连接二者的方式 进行许多城域节点的透明连接。通过定义，ROADM为直接对光信号进行路由并且避免光电光 (OEO)转换的光网络元件。将ROADM集成到当前WDM网络中是关键要素，因为其为动态提供波 长方面提供了按增长付费(pay-as-you-grow)能力和灵活性。运使得ROADM既能够使任何单 独的波长在WDM节点线路接口之间通过，又能够将任何单独的波长从WDM线路接口分插至分 插端口。
【发明内容】
[0006] 根据一种实施方式，ROADM包括:M自由度光交叉连接串联部件，该M自由度光交叉 连接串联部件包括禪接至M个波分复用(WDM)节点接口的M个波长选择开关(WSS)，其中，M为 整数并且等于输入方向的数目和/或输出方向的数目；路由级波长选择器开关(WSS)，该路 由级波长选择器开关包括连接至串联部件的多个WSS，其中，WSS为单向部件；W及禪接至路 由级WSS的NXM的合路器/分配器，其中，合路器/分配器包括光子集成电路(PIC)，并且其 中，N为ROADM可W插入或分出的分插波长的最大数目。
[0007] 根据另一实施方式，ROADM包括:第一级，其中，第一级包括M自由度OXC串联部件； 禪接至第一级的第二级，其中，第二级包括PIC，并且其中，第二级包括多个功率分路器和多 个功率合路器中的至少之一，其中，功率分路器将输入分路成K个信号，其中，功率合路器将 K个信号合并成输出，其中，K< = N，K为可W被插入或分出的波长信号的最大数目；W及禪接 至第二级的第=级，其中，第=级包括PIC，并且其中，第=级包括多个选择器开关。
[0008] 根据另一实施方式，一种光开关网络中的网络部件包括：串联级，该串联级包括M 自由度串联部件，其中，M为与光开关网络中的其他网络部件的连接的数目；W及分插级，该 分插级包括多个第一子级、多个第二子级W及多个第=子级，其中，第二子级和第=子级中 的对应的子级包括多个PIC忍片中的一个PIC忍片的至少一部分，其中，PIC忍片的数目等于 M，其中，串联级的每个输出或每个输入连接至PIC忍片中的每个PIC忍片，其中，第一级包括 多个固定栅格波长选择开关(WSS)或多个灵活栅格(fg)波长选择开关(WSS)，其中，第二级 包括多个功率分路器和多个功率合路器中的至少之一，其中，功率分路器将输入分路成K个 信号，其中，功率合路器将K个信号合并成输出，其中，K< = N，K为可W被插入或分出的波长 信号的最大数目，并且其中，第=级包括禪接至第二级的多个选择器开关。
【附图说明】
[0009] 为了更全面地理解本发明及其优点，现在将参照W下结合附图进行的描述，在附 图中：
[0010] 图1示出了其中每个节点具有多自由度的多节点全光网络的示例的框图；
[0011 ] 图2A和图2B示出了 ROADM的现有实现的架构的示意图；
[0012]图3示出了 ROADM的分插部分的基于娃光子元件的方法的实施方式的示意图；
[OOK]图4是立级30401分插模块的实施方式的示意图；
[0014] 图5示出了分出模块的架构的实施方式的示意图，其中，M=20并且K = 25(25/80 = 31%分出率）；W及
[0015] 图6示出了插入模块的架构的实施方式的框图，其中，M=20并且K = 25(25/80 = 31%插入率）。
【具体实施方式】
[0016] W下详细讨论了目前优选的实施方式的实现和使用。然而，应当理解，本发明提供 了可W在多种具体情境中实施的许多可应用的发明构思。所讨论的【具体实施方式】仅例示出 用于实现和使用本发明的具体方式，而非限制本发明的范围。
[0017] ROADM的可重构性是基于软件的并且可W远程地被实现。通常，ROADM对波长的调 制格式、成帖情况或者数据率是透明的。ROADM网络元件通常包括发送机应答器、ROADM子系 统、光服务信道、光功率监测装置、放大器(前置放大器&后置放大器）、色散补偿模块和动态 信道均衡装置。在本公开内容中，一个关注点为ROADM子系统。
[0018] ROADM子系统的架构在实现低成本、低功率、可扩展、按增长付费、灵敏、灵活性和 动态光网状网络中发挥了重要作用。运些需求中的一些需求例如灵活栅格、动态波长路由 W及对光电光（OEO)操作的去除通过名称为波长无关（Colorless )、方向无关 (Direct ionless)和任何无关(Content ion-less) (CDC)ROADM架构的现有技术来实现。仍未 实现的是构成本公开内容的一个方面的基于娃光子元件的运样的架构的低成本、低功率、 可扩展和按增长付费能力。
[0019] 针对下一代ROADM实现可扩展(使用或不使用灵活性栅格)分插需要大量功率、实 时估算和成本。固定波长栅格（固定栅格或固定栅格变体）网络为波长栅格不变化的网络。 反之，灵活性波长栅格(灵活性栅格或灵活栅格或灵活栅格变体)网络为波长栅格可变化的 网络。作为一种技术，娃光子元件可W有助于减少成本、尺寸和功率，但是需要解决其可扩 展性，因为娃光子元件在分插节点处需要大量波导。因此，构建随着方向的数目W及每个方 向的波长的数目而扩展的分插娃光子忍片变得几乎不可能。例如，具有20个方向且每个方 向具有80个波长的ROADM对于快速连接和分插连接二者需要处理1600个波长。假定节点需 要支持对运些波长中的大约=分之一的波长的分插，则分插的总数目为约500。为了构建可 W在接收机中的每个接收机上分出来自任何20个方向的500个波长的娃光子忍片，在忍片 中需要20 X 500 = 10000个波导。除非定义下述新的架构，否则该构建是不可能的，所述新的 架构使得能够将ROADM分插元件及其波导互连划分成可W设计在娃光子元件中并且可W随 着方向的数目W及每个方向的分插波长的数目二者的增大而扩展的单元中。另外，具有波 长平面空间开关核忍的R0ADM，例如基于3D MEMS的R0ADM，对于最小尺寸的系统具有差的可 扩展属性W及高的初始安装成本。
[0020] ROADM设计已经经过了很长的时间。第一代ROADM基于支持具有固定的IOOG化间隔 的两个自由度(针对环形而言）的波长阻断器。运种类型的ROADM既不提供信道均衡能力，也 不提供波长无关能力和方向无关能力。第二代ROADM是基于化C的，与第一代ROADM相比，第 二代ROADM具有有限的多自由度W及信道均衡能力。第S代ROADM是基于波长选择开关 (WSS)的，第S代ROADM提供了50細z/lOOGHz的间隔和多自由度支持。然而，W上S代ROADM 既不