一种环形光移位器及光信号的移位方法与流程

技术领域：
本发明涉及硅光
技术领域：
，尤其涉及一种环形光移位器及光信号的存入和读取方法。
背景技术：
：以光纤或波导为传输媒介的光互连(OpticalInterconnection)技术，相比以铜线为媒介的电互连(ElectricalInterconnection)技术在传输速率、带宽密度、功耗及成本等方面都有显著的优势，近年来成为研究的热点并快速地发展。如何实现光学信号的移位以满足对光学信号的缓存，仍然是当前一个技术难点。技术实现要素：基于此，本发明实施例提供一种环形光移位器以及光信号的移位方法，能够实现光信号的移位。第一方面，提供了一种环形光移位器，该光移位器包括：第一弯曲直通波导，呈n形，连接光信号的输入端以及输出端，作为光信号的传输总线，用于将从输入端输入的光信号传输至输出端；多个光延迟波导环，在第一弯曲直通波导的两臂上横向并列地分布，每个光延迟波导环的两侧和第一弯曲直通波导的两臂均通过一对光开关实现光路的通断，上述多个光延迟波导环用于对光信号进行缓存；多对光开关，和多个光延迟波导环的数目相同，每一对光开关用于对第一弯曲直通波导的两臂和与每一对光开关对应的光延迟波导环的两侧的光路的通断进行控制；控制器，通过控制信号线和多对光开关的每一个光开关相连，用于接收外部设备发送的光信号移位指令，根据移位指令产生控制信号，将控制信号发送给和第一弯曲直通波导的n形结构的某一臂相连的某一侧所有的光开关，通过对某一侧光开关的开关状态的控制，使得存储在多个光延迟波导环中的光信号进行上移或者下移。在第一方面的第一种实现方式中，上述控制器包括：移位指令接收单元，用于接收外部设备发送的光信号移位指令；指令解析单元，用于对光信号移位指令进行解析，从中提取出移位的方向标识以及移位的位数信息；控制信号产生单元，用于根据移位的方向标识，查找移位方向和被控制光开关的映射关系，确定被控光开关的标识，以及根据移位的位数信息，计算出光开关开关状态的间隔时间，根据被控光开关的标识以及间隔时间产生控制信号；控制信号发送单元，用于发送“打开”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关，等待开关状态的间隔时间后，发送“关闭”控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关。第二方面，提供了一种环形光移位器的移位控制方法，该方法包括：接收外部设备发送的光信号移位指令；对上述光信号移位指令进行解析，从中提取出移位的方向标识以及移位的位数信息；根据移位的方向标识，查找移位方向和被控制光开关的映射关系，确定被控光开关的标识，以及根据移位的位数信息，计算出光开关开关状态转换的间隔时间，根据被控光开关的标识以及间隔时间产生控制信号；发送“打开”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关，等待开关状态转换的间隔时间后，发送“关闭”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关。基于上述技术方案，本发明实施例提供的一种环形光移位器以及利用该光移位器实现光信号的移位。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的环形光移位器的组成结构示意图。图2是本发明实施例提供的环形光移位器的控制器的组成结构示意图。图3是本发明实施例所提供的微环电光开关的组成结构示意图。图4A是本发明环形光缓存器的实施例中提供的光延迟波导环的第一实施例的结构示意图。图4B是本发明环形光缓存器的实施例中提供的光延迟波导环的第二实施例的结构示意图。图5是本发明实施例提供的利用环形光移位器进行移位控制的流程示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明的实施例提供一种环形光移位器，参看图1，其中，该环形光移位器100包括：第一弯曲直通波导101a，呈n形，连接光信号的输入端(input)以及输出端(output)，作为光信号的传输总线，用于将从输入端输入的光信号传输至输出端；多个光延迟波导环103，在第一弯曲直通波导101a的两臂上横向并列地分布，每个光延迟波导环103的两侧和第一弯曲直通波导101a的两臂均通过一对光开关102实现光路的通断，上述多个光延迟波导环103用于对光信号进行缓存；多对光开关102，和上述多个光延迟波导环103的数目相同，每一对光开关102用于将第一弯曲直通波导101a的两臂和与每一对光开关102对应的光延迟波导环103的两侧的光路的通断进行控制；控制器(即：Controller)105，通过控制信号线106和多对光开关102的每一个光开关相连，用于接收外部设备发送的光信号移位指令，根据该移位指令产生控制信号，将控制信号发送给和第一弯曲直通波导101a的n形结构的某一臂相连的某一侧所有的光开关102，通过对所述某一侧光开关102的开关状态的控制，使得存储在多个光延迟波导环103中的光信号进行上移或者下移。上述的外部设备可以为光信号处理系统的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)，或光交换网络中的光交换机(OpticalSwitch)等，对此，本发明的实施例均不加以限定。采用慢光效应波导104能够减慢光信号在光延迟波导环103的传输速率，从而光信号在光延迟波导环103内缓存。需要说明的是，在图1中，存在多对光开关，以及和多对光开关分别相连的多个光延迟波导环，为了所画附图的标识的清晰，在图1仅对中间的一对光开关和光延迟波导环上标明了附图标记，对于本领域技术人员可以理解，上述附图标记也指代其他每对光开关以及光延迟波导环。具体的，上述控制器105包括：移位指令接收单元1051，用于接收外部设备发送的光信号移位指令；指令解析单元1052，用于对上述光信号移位指令进行解析，从中提取出移位的方向标识以及移位的位数信息；控制信号产生单元1053，用于根据移位的方向标识，查找移位方向和光开关控制的映射关系，确定被控光开关的标识，以及根据移位的位数信息，查找原先设置的计算出光开关开关状态的间隔时间，根据所述被控光开关的标识以及所述间隔时间产生控制信号；控制信号发送单元1054，用于发送“打开”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关，等待开关状态的间隔时间后，发送“关闭”控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关；存储单元1055，用于存储移位方向和光开关控制的映射关系。其中，上述环形光移位器中的微环电光开关的结构如图3的左图所示，该微环电光开关有两条信道波导和一个微环波导构成。微环波导的结构如图3的右图所示，依次为：上电极/上限制层/波导芯/下限制层/下电极/衬底，其中波导芯为聚合物或硅光电电材料。微环的半径为R，两条信道的长度相等，各为2L，L为信道端口到耦合点间的距离，微环与新刀剑的耦合间距为h。微环的芯宽度为a，芯厚度为b1，折射率为n10，体振幅衰减系数为a10；上下电极厚度各为b3，折射率为n30，体消光系数为k30；芯两侧左右包层的折射率为n40，体振幅衰减系数为a40。信道波导不加上表面电极。为了使信道和微环具有相同的传播常量，两者的芯宽度稍有差别，这是由微环的弯曲而造成的。除此之外，信道波导与微环波导的其他参量皆相同。微环与信道间的振幅耦合比率为k，振幅折射比率为t，有k2+t2＝1。图3左图中的微环电光开关结构，不施加电压时，这一结构为微环谐振滤波器；施加电压时，则为微环电光开关。微环电光开关的工作原理是：选择具有谐振波长的光信号由上面信道的左端口A输入，当外加电压为零时，下面信道左端口D的输出光功率最大，而上面信道右端口B的输出光功率最小。当在微环的电极上施加电压时，微环芯层聚合物或硅材料的折射率发生变化，使微环中模的传播常量发生变化，与信道产生了相位失配，从而导致微环和信道中传输信号的光功率发生变化。当外加电压等于开关转换电压时，下面信道左端口D的输出光功率变为最小，而上面信道的右端口B的输出光功率变为最大，从而实现了开关功能。利用上面的微环电光开关的工作原理，以图1为例说明光移位的原理：图1中的102为微环电光开关，利用其开关特性，实现第一弯曲直通波导101a中的光信号通过微环电光开关流入光延迟波导环103，以及实现光延迟波导环103中的光信号通过微环电光开关流入第一弯曲直通波导101a中。作为本领域技术人员可以理解，上述的光开关102采用微环(MicroRing)电光开关进行描述，还可以采用MZI(Mach-ZehnderInterferometer，马赫-曾德尔)电光开关。上述微环电光开关和MZI电光开关的实现均属于现有技术，对此，本发明的实施例不再赘述。可选的，参看图4A，上述环形光移位器中的每一个光延迟波导环103中，可由慢光效应波导104b和弯曲波导101b组成实现，其中慢光效应波导104b，用于减慢光延迟波导环103中的光信号的传输速率，实现在光延迟波导环103中更大容量的光信号的存储。上述慢光效应波导104b可以采用光子晶体波导(PCW，PhotonicCrystalWaveguide)、电磁感应透明(EIT，ElectromagneticallyInducedTransparency)、相干布居数振荡(CPO，CoherentPopulationOscillation)、受激布里渊散射(SBS，StimulatedBrillouinScattering)等方法实现。弯曲波导101b可以采用硅波导或者其他波导实现，对此，本发明的实施例不加任何限制。可选的，光延迟波导环103可以是对应单波长的光子晶体波导环，如图4A所示，也可以是对应波分复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)的光子晶体波导环，即多个光子晶体波导环分别对应多个波长，如图4B所示。其中，在图4A中，光子晶体波导104b仅对波长为λ1的光信号起减慢光传输速率的作用(即慢光效应)。在图4B中，有四根光子晶体波导，分别对波长为λ1、λ2、λ3、λ4的光信号产生慢光效应。对于包含M个波长的波分复用光信号(M为整数且M＞1)，首先，需要采用波分解复用器201a对包含M个波长的波分复用光信号解复用为M个不同波长的单波长光信号；然后将上述M个不同波长的单波长光信号经过M个单波长的光延迟波导环，分别对M个不同波长的单波长光信号进行光信号延迟；而后，利用波分复用器201b将经过延迟的M个不同波长的单波长光信号波分复用为一路波分复用光信号。此外，本发明的另一实施例提供一种环形光移位器的移位控制方法，该方法包括：501、接收外部设备发送的光信号移位指令；其中，光信号的移位指令是外部设备发送的，这些外部设备可以为光信号处理系统的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)，或光交换网络中的光交换机(OpticalSwitch)等，对此，本发明的实施例均不加以限制。502、对上述光信号移位指令进行解析，从中提取出移位的方向标识以及移位的位数信息；其中，上述光信号的移位指令包括：移位的方向标识以及移位的位数信息，通过对上述移位指令进行解析，从中提取出移位的方向标识以及移位的位数信息，其中，移位的方向标识包括：上(UP)或者下(DOWN)，移位的位数信息包括：光信号的所移光延迟波导环的个数，这里需要说明的是，假设一个光延迟波导环所存储的光信号的长度为1位，这样，移位的位数信息就表示光信号所移的光延迟波导环的个数。503、根据上述移位的方向标识，查找移位方向和被控制光开关的映射关系，确定被控制光开关的标识，以及根据上述移位的位数信息，计算出光开关的开关状态转换的间隔时间，根据被控光开关的标识以及间隔时间产生控制信号；其中，在具体的实现过程中，移位方向和被控光开关的映射关系可以通过表(Table)的方式实现，作为举例，如下表所示：移位方向被控制的光开关上(UP)左侧的光开关下(DOWN)右侧的光开关表一移位方向和被控光开关的映射表根据移位指令中的移位的方向标识，查找上述表一，得到被控制的光开关。根据移位的位数信息，计算得到光开关的开关状态转换的间隔时间。参考图1进行举例，假设该光移位器的控制器105接收到的移位指令中的移位的方向标识为上(UP)，移位的位数信息为2位，控制器105通过查询移位方向和被控光开关的映射表，确定被控制的光开关为光移位器的n型左侧的光开关，根据移位的位数信息为2位，计算被控制的光开关的开关状态的间隔时间。假定控制器105处理读取过程所花时间为40ns(包括处理接收外部设备发送的指令，对指令进行解析，产生和发送光开关控制信号)，而光开关102开断时间为2ns，所以当光开关102处于打开状态时(控制器105处理时间和光开关开关转换时间总和42ns)，光信号通过一个光开关完全移入另一个光延迟波导环的时间可忽略不计，这样光信号移1位所花去的时间为42ns。而当控制器接收到的移位的位数信息为n(n≥2)位时，由于光信号需要经过(n-1)个环，且光信号在环内的传输时间是3ns，则需要花去的时间为42+3*(n-1)(ns)，上述的例子中，移位指令是向上移2位，则花去的时间为42+3＝45ns，即等待45ns后，控制器向环形光移位器的左侧所有开关发送“关闭”的控制信号。504、发送“打开”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关，等待上述开关状态转换的间隔时间后，发送“关闭”的控制信号给被控光开关的标识所对应的光开关。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3