用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法
用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法
【专利说明】用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法
[0001]相关申请案交叉引用
[0002]本申请要求申请号为14/217，568，并于2014年3月18日递交的名为“用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法”的美国专利申请的优先权。上述专利申请的全部公开内容通过引用结合至本申请中。
技术领域
[0003]本发明涉及光开关领域，实施例尤其涉及一种用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法。
【背景技术】
[0004]用娃线波导技术制造的光子开关设备，如马赫-策德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometers ,MZIs)，适合在超小型光子光波电路(Photonic Lightwave Circuits，PLCs)中作为开关结构。通常，这种硅线波导技术被应用于低成本的绝缘硅(Silicon-On-1nsulator，SOI)基片上，其可以包括对常规电信波段，如1310纳米或1550纳米波段敏感的锗光电探测器。PLC中的光连接和光设备均是以高折光率的硅芯为基础，该硅芯被低折光率材料，通常比如可以是二氧化硅，有时也可以是氮化硅，氧氮化硅和/或空气包围。这种结构形成电信波长级的光波导。在硅PLC芯片布置中，单模以及多模波导元件通常都是采用光刻工艺加工而成。
[0005]光子开关设备在至少两个通道上(以工作比特率)携带光信号，通过电控制设置控制所述光子开关设备，这些电控制设置具有可以使设备达到理想开关状态的预设值。这些预设值通常是厂商在制造光子开关设备时校准和设置的。由于这些电控制设置会随着使用时间或周围的运行环境而发生移位或改变，因此，光子开关设备可能并不能工作于最佳状态，或者甚至不能达到规定的规格。然而，在很多应用中，例如当这些设备负载有电信业务时，从系统中移除光子开关设备来进行重校准或重调是不现实的。因此，需要一种可以在正常运行期间重校准或优化电控制设置的方法。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一实施例，一种对光子光波电路(PLC)上的光开关进行控制的装置包括:光开关，具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道；以及多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合。所述装置还包括无源电路，电耦合至所述光电探测器，并配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。
[0007]根据本发明的另一实施例，一种对光子光波电路(PLC)上的光开关进行控制的装置包括:光开关，具有多个输入通道以及多个输出通道；以及多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入通道和至少一个所述输出通道耦合。所述装置还包括电路，所述电路包括无源电子组件，所述无源电子组件电耦合至与所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道耦合的所述多个光电探测器中的至少一个。所述电路配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入通道和所述输出通道。所述装置还包括控制器，电耦合至所述电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置。
[0008]根据本发明的另一实施例，一种对集成于光子光波电路上的光开关进行控制的方法包括:抽取所述光开关的一部分第一光通道和一部分第二光通道;将所述一部分第一光通道转换为与所述第一光通道成比例的第一电信号。所述方法还包括将所述一部分第二光通道转换为与所述第二光通道成比例的第二电信号；以及，用集成无源电路生成反馈电信号，所述反馈电信号的频率大大低于所述第一光通道和所述第二光通道的频率。所述反馈电信号是所述第一电信号和所述第二电信号的函数。
[0009]前面仅宽泛地概述了本发明实施例的特征，以便于后续更好地理解对本发明的详细描述。后面将对本发明实施例的附加特征和有益效果进行描述，这些构成了本发明权利要求的主题。值得注意的是，本领域技术人员应理解，可以容易地利用这里描述的概念和具体实施例为基础，修改或设计其他结构或过程，从而实现与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当意识到，这样的等效结构不脱离如所附权利要求阐明的本发明人的精神和范围。
【附图说明】
[0010]为了更全面的理解本发明及其有益效果，下面结合附图进行描述，其中:
[0011 ]图1示出了带有反馈控制的典型光开关系统；
[0012]图2示出了本发明的用于带有反馈的光开关控制器的系统的实施例；
[0013]图3A到图3E示出了用于图2中的光开关控制器的可积无源处理电路的实施例；
[0014]图4示出了图2中的光开关控制器的操作方法实施例；以及，
[0015]图5示出了可用于实施各种实施例的处理系统图。
[0016]除非另外说明，不同附图中的相应数字和符号均指示相应部分。附图是为了更清楚地示出实施例的相关方面内容，并不一定按比例绘制。
【具体实施方式】
[0017]下面详细讨论本发明优选实施例的形成和使用。然而，应理解的是，本发明提供了很多可应用的创造性概念，其可在多种具体环境下实施。这里讨论的具体实施例仅为形成和使用本发明的具体方式的说明，而并不限制本发明的范围。
[0018]图1给出了带有反馈控制的典型光开关系统100。系统100包括一个2X 2光开关102，其具有两个输入通道A和B。该2 X 2光开关102还包括两个输出通道I和2。输出通道可以根据开关102的开关状态，发射出来自两个输入通道的任意一个的信号或者来自两个输入通道的信号的任意组合。光抽头104耦合至其中一个所述输出通道，以从该通道向光电探测器106发送一部分输出信号。光电探测器106探测上述一部分输出信号，并因此向控制器108发送电反馈信号。根据该反馈，控制器108调节上述2X2光开关102的偏置电压。比如，控制器108处理该反馈，以识别其与A通道还是B通道上的信号相对应，并改变偏置或电控制设置以防止输出移位或使A与B之间的串扰最小化。这样的反馈系统存在一个问题，光信号具有相对高的频率(高光数据速率)，这就要求控制器108能处理高频电信号。另一方面，从控制器108到开关102适宜采用低频连接，以简化电连接布局，降低能耗和系统复杂度。因此，这就需要一种反馈和控制器系统的新设计。
[0019]这里的实施例提供一种用于控制处于运行状态的集成光子开关设备的系统、装置以及方法。光子开关设备的输入和输出的每个分支上的一部分光信号由光电探测器抽取并探测，该光电探测器可以以运行比特率探测光信号。除光子元件外，还需使用电子元件，如光电探测器、二极管、电阻器、电容器以及定向耦合器。这些电子元件与光子元件一起集成在光子光波电路(PLC)上，比如，采用可用的硅线波导技术。从开关设备中的两个或更多通道上以运行数据比特率探测到的电信号，在以大大低于上述比特率的频率输出所产生的包络或平均信号的电路中相互关联。包络信号是来自上述两个或多个通道的电信号的任意包络函数，与电信号相比，该包络函数的变化更加缓慢，或波形更加平滑。平均信号是来自上述两个或多个通道的电信号的任意平均函数，与电信号相比，该平均函数随时间变化更加缓 慢。上述低频为用于控制光子开关设备的电控制设置(偏置电压)的电控制设备提供反馈。通过以合适的幅度和频率抖动上述电控制设置，可以实现用反馈信号的变化修正电控制设置的平均设置(相对于运行时间)。
[0020]图2示出了用于带有反馈控制的光开关的系统200的实施例。该系统200包括PLC210，其包括一2 X 2光开关204，该光开关204具有两个光数据波导输入通道和两个光数据波导输出通道。该2 X 2光开关204的实例包括MZ1、阵列波导光栅(AWG)、信号分离器/多工器、多模干涉(MMI)光波导，或其他类型的光开关设备。至少一个输入通道耦合至光输入抽头202，并且至少一个输出通道耦合至光输出抽头206。光输入抽头202在光波导上为电路208提供一部分相应的输入通道信号，其中，电路208与2 X 2光开关204集成在PLC 210上。同样地，光输出抽头206在光波导上为电路208提供一部分相应的输出通道信号。因此，电路208接收至少一个输入通道信号的一部分和至少一个输出通道信号的一部分。电路208接收的光信号是具有2 X 2光开关204的光数据速率的频率相对较高的信号。比如，该光数据率对应于千兆赫兹(GHz)的光通信系统。
[0021]电路208包括光电探测器(PD)，用于从光波导接收以及探测输入及输出通道信号的接收部分。电路208还包括无源电路元件，可能为二极管、电容器以及电阻器，用于向控制器222提供相对低频的电信号，作为来自探测到的光信号的反馈。具体地，电路208根据输入及输出通道信号的接收部分，以大大低于上述输入/输出通道信号的频率或数据速率的频率，输出包络或平均电信号。比如，该低频可以是千赫兹(kHz)或兆赫兹(MHz)数量级。包络电信号识别来自一个或多个抽取的输入及输出通道信号的开关状态。比如，包络电信号是与抽取的输入和输出通道信号之差成比例的。
[0022]控制器222使用来自电路208的低频信号反馈为2X 2光开关204确定适当的电压偏置，比如最大化吞吐量和最小化串扰。根据该反馈，控制器222调节到驱动器224的电控制设置(或电压偏置)，该驱动器224驱动上述2 X 2光开关204。比如，2 X 2光开关204上的电压偏置变化，从而引起指数变化，进而引起马赫-策德尔干涉仪内两臂之间的相位变化，由此调节设备运行和输出。控制器222和驱动器224可以集成在片外(PLC外)的外部控制器电路220上。
[0023]在其他实施例中，PLC210可以包括多个2X2光开关204和/或其他类型的开关，它们各自有对应的电路208或电路208中的H)以及无源电子元件。对于每个开关204，至少一个输入通道信号和至少一个输出通道信号被抽取并被电路208检测。电路208根据抽取出的相应的输入和输出通道信号，向控制器222提供相互关联的、低频包络或平均电信号。该低频电信号被馈送至控制器222，接着由控制器222通过一个或多个驱动器224，以相同的低频，依次相应地调节多个2 X 2光开关204对应的电控制设置。
[0024]在实施例中，由电路208生成的包络电信号包括以下函数中的至少一个或任意组合:输入和输出通道之间的信号相关、输入和输出通道的包络检测、输入与输出通道之间的信号比值、输入和输出通道的增加、输入与输出通道的差值、以及输入和输出通道的低通滤波器。图3A到图3E示出了用于光开关控制器的可积(integrable)无源处理电路的实施例。至少一个或任意的实施例电路可被当作电路208的一部分，连同H)—起，以相对低的频率生成包络或平均电信号，从而将其作为反馈传送给控制器222。该无源电路可以包括包络检测电路310，其能够根据电子二极管的极性，输出正包络线输出或负包络线输出。该电路可用包括电路320，其输出与H)中的抽头通道所产生的光电流的对数(或dB级等效地)成比例的电压。该电路可以包括用于抽取一个通道的低通滤波器电路330。该电路可以包括用于抽取两个通道的快速光电流和电路340。该电路还包括用于抽取两个通道的快速光电流差分电路350。也可以应用其他包括类似组件并提供输入和输出通道上的信号的平均函数(相对于运行时间)的电路。
[0025]图4示出了光开关控制器的操作方法400的实施例。在步骤410中，例如由相应的光抽头抽取光开关(如2X2光开关)的至少一个输入通道的一部分、以及光开关的至少一个输出通道的一部分，该光开关位于PLC或PIC裸片上。在步骤420中，输入和输出通道上被抽取的那部分由相应的F1D检测，并从光信号转换为相应的电信号，这些PD与光开关位于相同的裸片上。在步骤430中，用与光开关位于相同裸片上的无源电子元件生成输入和输出通道的包络或平均函数(相对于时间)ο使用上述实施例电路的任意组合均可实现。特别地，该包络或平均函数的频率大大低于输入和输出通道的光频率。在步骤440中，控制器接收来自无源电子元件的包络或平均函数，并根据该包络或平均函数随时间的变化调节到光开关的电控制设置。
[0026]图5示出了可用于实施各种实施例的示例性处理系统500的框图。该处理系统可以包括上面描述的控制器或反馈系统，也可以是包括或连接至上述光开关系统的网络组件的一部分(比如网络路由器、开关或其他传输组件)。处理系统500可以包括装配有一个或多个输入/输出设备的处理单元501，这里的输入/输出设备比如可以是扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小型键盘、键盘、打印机、显示器以及其他类似设备。该处理单元501可以包括中央处理器(CPU)510、存储器520、大容量存储设备530、视频适配器540以及连接至总线的输入/输出(I/O)接口 590。该总线可以是任意类型的多种总线结构中的一个或多个，比如内存总线或内存控制器、外围总线、视频总线或其他类似总线。
[0027]CPU 510可以包括任意类型的电子数据处理器。存储器520可以包括任意类型的系统存储器，比如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(R0M)、上述各种存储器的组合，或其它类似的存储器。在一实施例中，存储器520可以包括在开机时使用的ROM以及在运行程序时用于程序及数据存储的DRAM。大容量存储设备530可以包括用于存储数据、程序和其他信息，以使这些数据、程序或其他信息可以通过总线被获取到的任意类型的存储设备。大容量存储设备530可以包括如固态硬盘、硬盘、磁盘、光盘或其它类似设备中的一种或多种。
[0028]视频适配器540和I/O接口590为将外部输入和输出设备连接至处理单元提供接口。如图所示，输入和输出设备的示例包括连接至视频适配器540的显示器560以及连接至I/O接口 590的鼠标/键盘/打印机570的任意组合。其他设备可以与处理单元510连接，并且可用使用其它附加的或是较少的接口卡。比如，串行接口卡(未示出)可以用来为打印机提供串行接口。
[0029]处理单元510还包括一个或多个网络接口 550，该网络接口 550可以包括如以太网电缆或其他类似物的有线链路和/或无线链路，以接入节点或一个或多个网络580。网络580可以包括比如位于一个或多个网络位置的具有光开关的PLC 210以及控制器222。网络接口550使得处理单元501可以通过网络580与这些远程单元进行通信。在一实施例中，处理单元501连接至局域网或广域网，用于进行数据处理并与远程设备通信 ，远程设备可以是具有光开关的PLC 210、控制器222、其他处理单元、互联网、远程存储设施或其他设备。
[0030]虽然本发明已提供了一些实施例，应当注意的是，这里公开的系统和方法可以其他很多种具体形式实施，而不脱离本发明的精神或范围。本发明的例子应理解为示例性的，并不是限制性的，其意图并不是局限于上述具体细节。比如，各种元件或组件可能是组合或集成在其他系统中，或者某些特征可能会被省略或者不予实施。
[0031 ]此外，在上述各实施例中尚散或分尚地描述和不出的技术、系统、子系统以及方法，与其他系统、模块、技术或方法结合或集成，而不脱离本发明的范围。以连接或直接连接或互相之间通信示出或讨论的其他项目可以电方式、机械方式或其他方式通过一些接口、设备或中间组件间接连接或通信。本领域技术人员可以确定变形、替代或是改变的其他实例，并在不脱离本发明的精神和范围的前提下获得这些实例。
【主权项】
1.一种对光子光波电路PLC上的光开关进行控制的装置，所述装置包括: 光开关，具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道； 多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合；以及， 无源电路，电耦合至所述光电探测器，并配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数，其中，所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光开关和所述无源电路集成于所述PLC上，所述光开关通过波导经由光抽头与所述光电探测器连接。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括一个或多个电路组件，所述电路组件包括电容器、电阻器和二极管中的至少一个。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括包络探测电路，所述包络探测电路包括多个电阻器以及多个电容器，并电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的光信号通道。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括对数输出电路，所述对数输出电路包括电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号的多个电阻器、多个二极管和多个电容器中的至少一个，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的至少一个所述光信号通道。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括采用低通滤波器配置的多个电阻器和多个电容器中的至少一个，并电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的一个通道。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括电连接以接收来自至少两个所述光电探测器的电输入信号的快速光电流和电路，所述至少两个光电探测器设置用于抽取所述光开关的两个通道。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括电连接以接收来自至少两个所述光电探测器的电输入信号的快速光电流差分电路，所述至少两个光电探测器设置用于抽取所述光开关的两个通道。9.根据权利要求1所述的装置，还包括: 控制器，电耦合至所述无源电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置；以及， 驱动器，电耦合至所述控制器和所述光开关，并配置用于根据所述电设置将电压偏置应用于所述光开关上。10.—种对光子光波电路PLC上的光开关进行控制的装置，所述装置包括: 光开关，具有多个输入通道以及多个输出通道； 多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入通道和至少一个所述输出通道耦合； 电路，包括无源电子组件，所述无源电子组件电耦合至，与所述至少一个输入通道耦合的所述多个光电探测器中的至少一个，以及与所述输出通道相对应的所述多个光电探测器中的至少一个，其中，所述电路配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道的函数，其中，所述输出电信号的频率大大低于所述输入通道和所述输出通道；以及， 控制器，电耦合至所述电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述光开关和所述电路集成于所述PLC上，并且其中所述控制器在所述PLC外部。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述光开关是在千兆赫GHz频率范围工作的用于光通信的通信设备，并且其中，所述输出电信号的频率在千赫兹kHz到兆赫兹MHz范围内。13.—种对集成于光子光波电路上的光开关进行控制的方法，所述方法包括: 抽取所述光开关的一部分第一光通道和一部分第二光通道； 将所述一部分第一光通道转换为与所述第一光通道成比例的第一电信号； 将所述一部分第二光通道转换为与所述第二光通道成比例的第二电信号；以及， 用集成无源电路生成反馈电信号，所述反馈电信号的频率大大低于所述第一光通道和所述第二光通道的频率，其中，所述反馈电信号是所述第一电信号和所述第二电信号的函数。14.根据权利要求13所述的方法，还包括:向控制器发送所述反馈电信号，所述控制器控制用于所述光开关的电设置。15.根据权利要求13所述的方法，还包括:根据所述反馈电信号调节用于所述光开关的电设置，其中所述电设置确定所述光开关的运行和输出。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一光通道是所述光开关的输入通道，并且其中所述第二光通道是所述光开关的输出通道。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的包络函数，并随时间以慢于所述第一电信号和所述第二电信号的速率变化。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的平均函数，并随时间以慢于所述第一电信号和所述第二电信号的速率变化。19.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之间的相关函数。20.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之和。21.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之差。22.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的比值。23.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的低通滤波器函数。
【专利摘要】本发明提供一种对光子光波电路(PLC)(210)上的集成光子开关设备(204)进行控制的方法及装置。所述装置包括具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道的光开关(204)。所述装置还包括多个光电探测器，经由相应的光抽头(202，206)与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合。此外，无源电路(208)电耦合至所述光电探测器。所述电路(208)配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。
【IPC分类】G02B6/10, G02B26/08
【公开号】CN105492956
【申请号】CN201580001724
【发明人】麦克里斯·司外兰斯, 艾瑞克·伯尼尔
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年3月13日
【公告号】EP3028087A1, US20150271576, WO2015139584A1
【专利说明】用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法
[0001]相关申请案交叉引用
[0002]本申请要求申请号为14/217，568，并于2014年3月18日递交的名为“用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法”的美国专利申请的优先权。上述专利申请的全部公开内容通过引用结合至本申请中。
技术领域
[0003]本发明涉及光开关领域，实施例尤其涉及一种用于光开关控制器的反馈系统的装置和方法。
【背景技术】
[0004]用娃线波导技术制造的光子开关设备，如马赫-策德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometers ,MZIs)，适合在超小型光子光波电路(Photonic Lightwave Circuits，PLCs)中作为开关结构。通常，这种硅线波导技术被应用于低成本的绝缘硅(Silicon-On-1nsulator，SOI)基片上，其可以包括对常规电信波段，如1310纳米或1550纳米波段敏感的锗光电探测器。PLC中的光连接和光设备均是以高折光率的硅芯为基础，该硅芯被低折光率材料，通常比如可以是二氧化硅，有时也可以是氮化硅，氧氮化硅和/或空气包围。这种结构形成电信波长级的光波导。在硅PLC芯片布置中，单模以及多模波导元件通常都是采用光刻工艺加工而成。
[0005]光子开关设备在至少两个通道上(以工作比特率)携带光信号，通过电控制设置控制所述光子开关设备，这些电控制设置具有可以使设备达到理想开关状态的预设值。这些预设值通常是厂商在制造光子开关设备时校准和设置的。由于这些电控制设置会随着使用时间或周围的运行环境而发生移位或改变，因此，光子开关设备可能并不能工作于最佳状态，或者甚至不能达到规定的规格。然而，在很多应用中，例如当这些设备负载有电信业务时，从系统中移除光子开关设备来进行重校准或重调是不现实的。因此，需要一种可以在正常运行期间重校准或优化电控制设置的方法。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一实施例，一种对光子光波电路(PLC)上的光开关进行控制的装置包括:光开关，具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道；以及多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合。所述装置还包括无源电路，电耦合至所述光电探测器，并配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。
[0007]根据本发明的另一实施例，一种对光子光波电路(PLC)上的光开关进行控制的装置包括:光开关，具有多个输入通道以及多个输出通道；以及多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入通道和至少一个所述输出通道耦合。所述装置还包括电路，所述电路包括无源电子组件，所述无源电子组件电耦合至与所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道耦合的所述多个光电探测器中的至少一个。所述电路配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入通道和所述输出通道。所述装置还包括控制器，电耦合至所述电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置。
[0008]根据本发明的另一实施例，一种对集成于光子光波电路上的光开关进行控制的方法包括:抽取所述光开关的一部分第一光通道和一部分第二光通道;将所述一部分第一光通道转换为与所述第一光通道成比例的第一电信号。所述方法还包括将所述一部分第二光通道转换为与所述第二光通道成比例的第二电信号；以及，用集成无源电路生成反馈电信号，所述反馈电信号的频率大大低于所述第一光通道和所述第二光通道的频率。所述反馈电信号是所述第一电信号和所述第二电信号的函数。
[0009]前面仅宽泛地概述了本发明实施例的特征，以便于后续更好地理解对本发明的详细描述。后面将对本发明实施例的附加特征和有益效果进行描述，这些构成了本发明权利要求的主题。值得注意的是，本领域技术人员应理解，可以容易地利用这里描述的概念和具体实施例为基础，修改或设计其他结构或过程，从而实现与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当意识到，这样的等效结构不脱离如所附权利要求阐明的本发明人的精神和范围。
【附图说明】
[0010]为了更全面的理解本发明及其有益效果，下面结合附图进行描述，其中:
[0011 ]图1示出了带有反馈控制的典型光开关系统；
[0012]图2示出了本发明的用于带有反馈的光开关控制器的系统的实施例；
[0013]图3A到图3E示出了用于图2中的光开关控制器的可积无源处理电路的实施例；
[0014]图4示出了图2中的光开关控制器的操作方法实施例；以及，
[0015]图5示出了可用于实施各种实施例的处理系统图。
[0016]除非另外说明，不同附图中的相应数字和符号均指示相应部分。附图是为了更清楚地示出实施例的相关方面内容，并不一定按比例绘制。
【具体实施方式】
[0017]下面详细讨论本发明优选实施例的形成和使用。然而，应理解的是，本发明提供了很多可应用的创造性概念，其可在多种具体环境下实施。这里讨论的具体实施例仅为形成和使用本发明的具体方式的说明，而并不限制本发明的范围。
[0018]图1给出了带有反馈控制的典型光开关系统100。系统100包括一个2X 2光开关102，其具有两个输入通道A和B。该2 X 2光开关102还包括两个输出通道I和2。输出通道可以根据开关102的开关状态，发射出来自两个输入通道的任意一个的信号或者来自两个输入通道的信号的任意组合。光抽头104耦合至其中一个所述输出通道，以从该通道向光电探测器106发送一部分输出信号。光电探测器106探测上述一部分输出信号，并因此向控制器108发送电反馈信号。根据该反馈，控制器108调节上述2X2光开关102的偏置电压。比如，控制器108处理该反馈，以识别其与A通道还是B通道上的信号相对应，并改变偏置或电控制设置以防止输出移位或使A与B之间的串扰最小化。这样的反馈系统存在一个问题，光信号具有相对高的频率(高光数据速率)，这就要求控制器108能处理高频电信号。另一方面，从控制器108到开关102适宜采用低频连接，以简化电连接布局，降低能耗和系统复杂度。因此，这就需要一种反馈和控制器系统的新设计。
[0019]这里的实施例提供一种用于控制处于运行状态的集成光子开关设备的系统、装置以及方法。光子开关设备的输入和输出的每个分支上的一部分光信号由光电探测器抽取并探测，该光电探测器可以以运行比特率探测光信号。除光子元件外，还需使用电子元件，如光电探测器、二极管、电阻器、电容器以及定向耦合器。这些电子元件与光子元件一起集成在光子光波电路(PLC)上，比如，采用可用的硅线波导技术。从开关设备中的两个或更多通道上以运行数据比特率探测到的电信号，在以大大低于上述比特率的频率输出所产生的包络或平均信号的电路中相互关联。包络信号是来自上述两个或多个通道的电信号的任意包络函数，与电信号相比，该包络函数的变化更加缓慢，或波形更加平滑。平均信号是来自上述两个或多个通道的电信号的任意平均函数，与电信号相比，该平均函数随时间变化更加缓 慢。上述低频为用于控制光子开关设备的电控制设置(偏置电压)的电控制设备提供反馈。通过以合适的幅度和频率抖动上述电控制设置，可以实现用反馈信号的变化修正电控制设置的平均设置(相对于运行时间)。
[0020]图2示出了用于带有反馈控制的光开关的系统200的实施例。该系统200包括PLC210，其包括一2 X 2光开关204，该光开关204具有两个光数据波导输入通道和两个光数据波导输出通道。该2 X 2光开关204的实例包括MZ1、阵列波导光栅(AWG)、信号分离器/多工器、多模干涉(MMI)光波导，或其他类型的光开关设备。至少一个输入通道耦合至光输入抽头202，并且至少一个输出通道耦合至光输出抽头206。光输入抽头202在光波导上为电路208提供一部分相应的输入通道信号，其中，电路208与2 X 2光开关204集成在PLC 210上。同样地，光输出抽头206在光波导上为电路208提供一部分相应的输出通道信号。因此，电路208接收至少一个输入通道信号的一部分和至少一个输出通道信号的一部分。电路208接收的光信号是具有2 X 2光开关204的光数据速率的频率相对较高的信号。比如，该光数据率对应于千兆赫兹(GHz)的光通信系统。
[0021]电路208包括光电探测器(PD)，用于从光波导接收以及探测输入及输出通道信号的接收部分。电路208还包括无源电路元件，可能为二极管、电容器以及电阻器，用于向控制器222提供相对低频的电信号，作为来自探测到的光信号的反馈。具体地，电路208根据输入及输出通道信号的接收部分，以大大低于上述输入/输出通道信号的频率或数据速率的频率，输出包络或平均电信号。比如，该低频可以是千赫兹(kHz)或兆赫兹(MHz)数量级。包络电信号识别来自一个或多个抽取的输入及输出通道信号的开关状态。比如，包络电信号是与抽取的输入和输出通道信号之差成比例的。
[0022]控制器222使用来自电路208的低频信号反馈为2X 2光开关204确定适当的电压偏置，比如最大化吞吐量和最小化串扰。根据该反馈，控制器222调节到驱动器224的电控制设置(或电压偏置)，该驱动器224驱动上述2 X 2光开关204。比如，2 X 2光开关204上的电压偏置变化，从而引起指数变化，进而引起马赫-策德尔干涉仪内两臂之间的相位变化，由此调节设备运行和输出。控制器222和驱动器224可以集成在片外(PLC外)的外部控制器电路220上。
[0023]在其他实施例中，PLC210可以包括多个2X2光开关204和/或其他类型的开关，它们各自有对应的电路208或电路208中的H)以及无源电子元件。对于每个开关204，至少一个输入通道信号和至少一个输出通道信号被抽取并被电路208检测。电路208根据抽取出的相应的输入和输出通道信号，向控制器222提供相互关联的、低频包络或平均电信号。该低频电信号被馈送至控制器222，接着由控制器222通过一个或多个驱动器224，以相同的低频，依次相应地调节多个2 X 2光开关204对应的电控制设置。
[0024]在实施例中，由电路208生成的包络电信号包括以下函数中的至少一个或任意组合:输入和输出通道之间的信号相关、输入和输出通道的包络检测、输入与输出通道之间的信号比值、输入和输出通道的增加、输入与输出通道的差值、以及输入和输出通道的低通滤波器。图3A到图3E示出了用于光开关控制器的可积(integrable)无源处理电路的实施例。至少一个或任意的实施例电路可被当作电路208的一部分，连同H)—起，以相对低的频率生成包络或平均电信号，从而将其作为反馈传送给控制器222。该无源电路可以包括包络检测电路310，其能够根据电子二极管的极性，输出正包络线输出或负包络线输出。该电路可用包括电路320，其输出与H)中的抽头通道所产生的光电流的对数(或dB级等效地)成比例的电压。该电路可以包括用于抽取一个通道的低通滤波器电路330。该电路可以包括用于抽取两个通道的快速光电流和电路340。该电路还包括用于抽取两个通道的快速光电流差分电路350。也可以应用其他包括类似组件并提供输入和输出通道上的信号的平均函数(相对于运行时间)的电路。
[0025]图4示出了光开关控制器的操作方法400的实施例。在步骤410中，例如由相应的光抽头抽取光开关(如2X2光开关)的至少一个输入通道的一部分、以及光开关的至少一个输出通道的一部分，该光开关位于PLC或PIC裸片上。在步骤420中，输入和输出通道上被抽取的那部分由相应的F1D检测，并从光信号转换为相应的电信号，这些PD与光开关位于相同的裸片上。在步骤430中，用与光开关位于相同裸片上的无源电子元件生成输入和输出通道的包络或平均函数(相对于时间)ο使用上述实施例电路的任意组合均可实现。特别地，该包络或平均函数的频率大大低于输入和输出通道的光频率。在步骤440中，控制器接收来自无源电子元件的包络或平均函数，并根据该包络或平均函数随时间的变化调节到光开关的电控制设置。
[0026]图5示出了可用于实施各种实施例的示例性处理系统500的框图。该处理系统可以包括上面描述的控制器或反馈系统，也可以是包括或连接至上述光开关系统的网络组件的一部分(比如网络路由器、开关或其他传输组件)。处理系统500可以包括装配有一个或多个输入/输出设备的处理单元501，这里的输入/输出设备比如可以是扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小型键盘、键盘、打印机、显示器以及其他类似设备。该处理单元501可以包括中央处理器(CPU)510、存储器520、大容量存储设备530、视频适配器540以及连接至总线的输入/输出(I/O)接口 590。该总线可以是任意类型的多种总线结构中的一个或多个，比如内存总线或内存控制器、外围总线、视频总线或其他类似总线。
[0027]CPU 510可以包括任意类型的电子数据处理器。存储器520可以包括任意类型的系统存储器，比如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(R0M)、上述各种存储器的组合，或其它类似的存储器。在一实施例中，存储器520可以包括在开机时使用的ROM以及在运行程序时用于程序及数据存储的DRAM。大容量存储设备530可以包括用于存储数据、程序和其他信息，以使这些数据、程序或其他信息可以通过总线被获取到的任意类型的存储设备。大容量存储设备530可以包括如固态硬盘、硬盘、磁盘、光盘或其它类似设备中的一种或多种。
[0028]视频适配器540和I/O接口590为将外部输入和输出设备连接至处理单元提供接口。如图所示，输入和输出设备的示例包括连接至视频适配器540的显示器560以及连接至I/O接口 590的鼠标/键盘/打印机570的任意组合。其他设备可以与处理单元510连接，并且可用使用其它附加的或是较少的接口卡。比如，串行接口卡(未示出)可以用来为打印机提供串行接口。
[0029]处理单元510还包括一个或多个网络接口 550，该网络接口 550可以包括如以太网电缆或其他类似物的有线链路和/或无线链路，以接入节点或一个或多个网络580。网络580可以包括比如位于一个或多个网络位置的具有光开关的PLC 210以及控制器222。网络接口550使得处理单元501可以通过网络580与这些远程单元进行通信。在一实施例中，处理单元501连接至局域网或广域网，用于进行数据处理并与远程设备通信 ，远程设备可以是具有光开关的PLC 210、控制器222、其他处理单元、互联网、远程存储设施或其他设备。
[0030]虽然本发明已提供了一些实施例，应当注意的是，这里公开的系统和方法可以其他很多种具体形式实施，而不脱离本发明的精神或范围。本发明的例子应理解为示例性的，并不是限制性的，其意图并不是局限于上述具体细节。比如，各种元件或组件可能是组合或集成在其他系统中，或者某些特征可能会被省略或者不予实施。
[0031 ]此外，在上述各实施例中尚散或分尚地描述和不出的技术、系统、子系统以及方法，与其他系统、模块、技术或方法结合或集成，而不脱离本发明的范围。以连接或直接连接或互相之间通信示出或讨论的其他项目可以电方式、机械方式或其他方式通过一些接口、设备或中间组件间接连接或通信。本领域技术人员可以确定变形、替代或是改变的其他实例，并在不脱离本发明的精神和范围的前提下获得这些实例。
【主权项】
1.一种对光子光波电路PLC上的光开关进行控制的装置，所述装置包括: 光开关，具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道； 多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合；以及， 无源电路，电耦合至所述光电探测器，并配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数，其中，所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光开关和所述无源电路集成于所述PLC上，所述光开关通过波导经由光抽头与所述光电探测器连接。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括一个或多个电路组件，所述电路组件包括电容器、电阻器和二极管中的至少一个。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括包络探测电路，所述包络探测电路包括多个电阻器以及多个电容器，并电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的光信号通道。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括对数输出电路，所述对数输出电路包括电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号的多个电阻器、多个二极管和多个电容器中的至少一个，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的至少一个所述光信号通道。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括采用低通滤波器配置的多个电阻器和多个电容器中的至少一个，并电连接以接收来自至少一个所述光电探测器的电输入信号，所述光电探测器设置用于抽取所述光开关的一个通道。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括电连接以接收来自至少两个所述光电探测器的电输入信号的快速光电流和电路，所述至少两个光电探测器设置用于抽取所述光开关的两个通道。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述无源电路包括电连接以接收来自至少两个所述光电探测器的电输入信号的快速光电流差分电路，所述至少两个光电探测器设置用于抽取所述光开关的两个通道。9.根据权利要求1所述的装置，还包括: 控制器，电耦合至所述无源电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置；以及， 驱动器，电耦合至所述控制器和所述光开关，并配置用于根据所述电设置将电压偏置应用于所述光开关上。10.—种对光子光波电路PLC上的光开关进行控制的装置，所述装置包括: 光开关，具有多个输入通道以及多个输出通道； 多个光电探测器，经由相应的光抽头与至少一个所述输入通道和至少一个所述输出通道耦合； 电路，包括无源电子组件，所述无源电子组件电耦合至，与所述至少一个输入通道耦合的所述多个光电探测器中的至少一个，以及与所述输出通道相对应的所述多个光电探测器中的至少一个，其中，所述电路配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入通道和所述至少一个输出通道的函数，其中，所述输出电信号的频率大大低于所述输入通道和所述输出通道；以及， 控制器，电耦合至所述电路，并配置用于根据所述输出电信号调节所述光开关的电设置。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述光开关和所述电路集成于所述PLC上，并且其中所述控制器在所述PLC外部。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述光开关是在千兆赫GHz频率范围工作的用于光通信的通信设备，并且其中，所述输出电信号的频率在千赫兹kHz到兆赫兹MHz范围内。13.—种对集成于光子光波电路上的光开关进行控制的方法，所述方法包括: 抽取所述光开关的一部分第一光通道和一部分第二光通道； 将所述一部分第一光通道转换为与所述第一光通道成比例的第一电信号； 将所述一部分第二光通道转换为与所述第二光通道成比例的第二电信号；以及， 用集成无源电路生成反馈电信号，所述反馈电信号的频率大大低于所述第一光通道和所述第二光通道的频率，其中，所述反馈电信号是所述第一电信号和所述第二电信号的函数。14.根据权利要求13所述的方法，还包括:向控制器发送所述反馈电信号，所述控制器控制用于所述光开关的电设置。15.根据权利要求13所述的方法，还包括:根据所述反馈电信号调节用于所述光开关的电设置，其中所述电设置确定所述光开关的运行和输出。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一光通道是所述光开关的输入通道，并且其中所述第二光通道是所述光开关的输出通道。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的包络函数，并随时间以慢于所述第一电信号和所述第二电信号的速率变化。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的平均函数，并随时间以慢于所述第一电信号和所述第二电信号的速率变化。19.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之间的相关函数。20.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之和。21.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号之差。22.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的比值。23.根据权利要求13所述的方法，其中所述反馈电信号为所述第一电信号和所述第二电信号的低通滤波器函数。
【专利摘要】本发明提供一种对光子光波电路(PLC)(210)上的集成光子开关设备(204)进行控制的方法及装置。所述装置包括具有多个输入光信号通道以及多个输出光信号通道的光开关(204)。所述装置还包括多个光电探测器，经由相应的光抽头(202，206)与至少一个所述输入光信号通道和至少一个所述输出光信号通道耦合。此外，无源电路(208)电耦合至所述光电探测器。所述电路(208)配置用于产生输出电信号，所述输出电信号作为所述至少一个输入光信号通道和所述至少一个输出光信号通道的函数。所述输出电信号的频率大大低于所述输入光信号通道和所述输出光信号通道。
【IPC分类】G02B6/10, G02B26/08
【公开号】CN105492956
【申请号】CN201580001724
【发明人】麦克里斯·司外兰斯, 艾瑞克·伯尼尔
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年3月13日
【公告号】EP3028087A1, US20150271576, WO2015139584A1
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