第二输出端口(输出-2) ο
[0036]光子单元组可以经安排以形成光子交换结构。图2A图示光子交换结构200，其包括第一输入端口(I1)、第二输入端口(I2)、第一输出端口(O1)、第二输出端口(O2)、以及多个光子单元。光子单元以第一级光子单元211、212、第二级光子单元221到224、第三级光子单元231到234、以及第四级光子单元241、242来安排。如图所示，光子交换结构200的交换配置由连接映射290界定，所述连接映射指定I1连接到O占I 2连接到O 2。为了实现此交换配置，激活光子单元211、221、231、241以形成^与O i之间的活动连接201，同时激活光子单元212、222、232、242以形成12与O 2之间的活动连接202。常规地，光子单元223、224、233,234将保持无源，因为它们不被用于形成活动连接。
[0037]图2B图示如何经由活动连接201和202将信号251、252从输入端口传送到输出端口。特别地，第一级光子单元211、212具有允许信号251、252的一部分(Ln、L12)在光子单元的输出上泄漏的消光比，由此产生一阶串音信号261、262。出于清楚和简洁的目的，在图2B中忽略通过有源光子单元221、222、231、232产生的串音。常规地，未使用的光子单元223、224、233、234是无源的，且因此可以取决于环境条件和/或光子单元特性采用或者条形或者交叉配置。在此实例中，无源光子单元223、224、233、234具有交叉配置，所述交叉配置允许一阶串音信号261、262 —直地传播到第四级光子单元241、242。第四级光子单元241、242还具有允许一阶串音信号261、262的一部分(L41、L42)在输入上泄漏的消光比，由此形成二阶串音信号271、272。因此，O1的输出信号包含信号251以及二阶串音信号272，而02的输出包含信号252以及二阶串音信号271。
[0038]本发明的各方面激活未使用的光子单元以便抑制在光子交换结构中的串音。图3图示用于串音抑制的光子交换结构300。光子交换结构300具有与交换结构200类似的结构，且包含以四个级安排的多个光子单元311到342。光子交换结构300具有由连接映射390界定的交换配置。连接映射390与连接映射290相同，且因此光子单元311、312、321、322、331、332、341和342经激活以形成活动连接301、302，信号351、352经由所述活动连接从输入端口传播到输出端口。然而，光子交换结构300与光子交换结构200的不同之处在于未使用的光子单元323、324、333、334经激活以便抑制串音。更确切地说，根据串音抑制映射395激活未使用的光子单元323、324、333、334，使得将光子单元323、324设定成条形配置且将光子单元333、334设定成交叉配置。未使用的光子单元323、324、333、334的以此方式的激活阻止一阶串音信号361、362到达光子交换架构300的第三级。光子单元333、334具有允许一阶串音信号361、362的一部分仏33和L 34)在输入上泄漏的消光比，由此产生二阶串音信号371、372。二阶串音信号371、372在交换结构340的第四级处产生三阶串音381、382，且所述三阶串音信号381、382在输出端口 OjP O2上产生干扰。注意，为清楚起见，在图3中忽略通常将产生自光子单元321到322和331到332的消光比的剩余串音。特别地，激活未使用的光子单元323、324、333、334降低在交换结构架构300的输出端口上经历的串音的阶数，由此减小在输出信号中的平均水平干扰。
[0039]上文所描述的原理可以应用到较大交换结构，以及应用到包含2X2光子单元的交换结构。另一类别的架构使用在扩张型榕树结构中的1X2和2X1交换机单元。扩张型榕树架构的特征包含能够消除在输出处的一阶串音。扩张型榕树架构通常需要更多的交换机单元，因为仅部分所述交换机单元用于建立在输入与输出之间的连接，这意味着存在一些未使用的单元。
[0040]对于将1X2和2X1光子集成电路(PIC)单元用作构建模块的扩张型榕树，需要优化器算法。所述算法使用交换机单元(SE)串音水平(或可互换地，消光比，其用于某些领域)且通过将取决于连接映射的状态分配应用到未使用的交换元件来智能地优化功耗和串音水平两者。所述方法/算法实现在输出处的可接受水平的串音且使交换机的功耗最小化。在本发明中，配备有此方法的交换机架构被称作“增强扩张型榕树”(EDB)。所述算法基于交换机单元(SE)串音水平提供灵活性以灵活地调整每个连接映射的串音和/或功率水平。所述算法降低高串音SE的串音水平。所述算法使低串音SE的功耗最小化。所述算法优化中间串音SE的串音水平和功率ο
[0041]用于城域和包交换的下一代光子交换机不仅应该是无阻塞的且按比例安排的，而且应该提供在交换机的每个输出处的低串音和串音均匀性以允许较好的瞬时行为。
[0042]一种类别的光交换机将2X2交换单元(例如，使用无源硅光子的基于MMI的实施方案)用作以多级Benes架构安排的构建模块。Benes架构的益处是低芯片数和低功率。然而，问题是由于与2X2交换机单元内部的其它信号的干扰导致在某一信道上的串音噪声的积累，这导致在输出处出现一阶串音。此串音传播到输出，且添加在每个级处。图4图示来自2X2交换单元的Benes网络的递归构造。如在每个输出中示出，存在五个一阶串音的单元。这是因为在每个级的输出处，存在来自其它输出的一阶串音。
[0043]另一类别的交换机使用在扩张型榕树架构中连接的1X2和2XI单元(也使用无源硅光子实施)。扩张型榕树的益处是与Benes架构相比较低的串音。然而，问题是高芯片数和较低的芯片利用率，因为将存在许多未使用的单元。不对所有未使用的单元进行供电的简单的方法导致在输出处的相对较高的串音(所述串音仍比Benes低得多)，但由于高SE串音(或低消光比)可能不被接受。将所有未使用的交换机信元放置在固定的‘交叉’或‘条形’状态中可能不能产生所需的串音性能，同时这增加了芯片的功耗或热量。
[0044]扩张型榕树架构本质上消除了一阶串音；然而，在每个输出处的二阶串音的水平可能改变。现有方法不具有嵌入到连接映射算法中的任何串音优化。本发明的新颖性是智能地分配未使用的交换机信元中的一些或全部以提供在所有输出处的较低和均匀串音。所分配的未使用信元取决于连接映射。对于NXN交换机，连接映射的总数目是N !=1X2...XN0所提出的算法取决于操作的模式和/或取决于所制造的信元的消光比提供串音和功率优化两者。
[0045]图5中已经示出了用于构建无阻塞低串音交换机的扩张型榕树架构。构建模块是在光子集成电路(Pic)中实施的1X2和2X1交换单元。如所见，所述递归性质与Benes架构具有一些相似性和一些差异。下文描述根据本发明的用于构建2X2、4X4、8X8、以及16X16交换单元的技术:2 X 2交换单元包含第一级列(两个I X 2)和第二级列(两个2X1) ;4X4交换单元包含第一级列(四个1X2)、中间级列(四个2X2)以及第三级列(四个2X1) ;8X8交换单元(图5中示出)包含第一级列(八个1X2)、中间级列(四个4X4)、第三级列(八个2X1) ;16X16交换单元包含第一级列(十六个I X 2)、中间级列(四个8X8)以及第三级列(十六个2X1) ;NXN交换单元包含第一级列(N个1X2)、中间级列(四个N/2XN/2)以及第三级列(N个2X1)。
[0046]可以使用四个度量视角来描述交换单元架构，所述四个度量视角即阻塞、串音、实施方案以及功率。(i)阻塞-图4中的架构是可重排无阻塞的而图5中的架构是严格无阻塞的；(ii)串音-两者之间的架构差异导致在串音方面的明显性能改进。对于8X8Benes，如图4中示出，在输出处的最大量的串音是五个一阶单元。然而，对于扩张型榕树，在输出处的最大量的串音是在无源信元摆动到最坏的可能状态且导致在输出处的3个二阶串音的单元时，如图6中示出；(iii)实施方案-两者都可以使用采用MZI2 X 2或I X 2的相同的硅光子；(iv)功率-假设条形状态消耗大部分功率(比方说I的归一化单位)，并且交叉状态消耗0.5的归一化单位且无源状态消耗0.1的归一化单位，那么总功率是Benes:10X交叉+1X条形=15，没有串音优化的扩张型榕树:24X交叉+24X条形+68X无源=42.8。图6图示没有所执行的优化的扩张型榕树的最大串音。所有未使用的信元是未供电的。
[0047]关于串音优化，在不失一般性的情况下，我们将基于I X 2和2 X I交换信元的8 X 8扩张型榕树用作扩张型架构的说明性实例。对于8个输入连接到8个输出的给定连接映射:48个已使用的单元(如图6中的加点的信元)；以及64个未使用的单元(如图6中的白色信元)。
[0048]对于没有优化的给定交换机单元串音(或消光比)，在每个输出处出现