一种N×N阵列光开关结构的制作方法

本发明涉及光通信技术和光传感，特别是涉及一种n×n阵列光开关结构。

背景技术：

1、在光通信和光传感系统中，多台设备之间需要进行信息的传递以实现协同工作。常规的方式是采用电交换机，每个交换机包括多个光模块，模块与每个设备连接。设备之间交互的信息首先要传输到交换机，经过光模块的光电转换、电交换芯片的信息路由，然后再经过光模块的电光转换，最终传输到目标设备中。整个过程经过多次光电转换，每次转换都会带来非常大的功耗开销，并且增加了数据的延迟。同时由于网络数据量的剧增，每隔两三年交换设备就需要进行一次升级，也带来了巨大的成本开销。将电交换机变为阵列光开关，在光路上实现设备之间的信息转发，不仅节省了大量的设备成本，由于消除了电信号与光信号之间的多次转换，也节省了大量的能耗。

2、图1是现有的一种n×n阵列光开关结构，其包含n行与n列，每一行与每一列的交叉点处有一个光开关单元。为输入信号选择输出通道时，只需要将输入行与输出列交叉位置的光开关单元打开即可。此结构的缺点是不同路径通过的开关单元数量不同，比如输入1→输出n的路径经过了2×n-1个开关单元，输入n→输出1的路径只经过了1个开关单元，因此通道之间的损耗均匀性较差，最大损耗随n的增加呈现线性增加，整体损耗大。

3、图2是现有的另一种n×n阵列光开关结构，其包含左右两部分，两部分都由n个1×n的光开关组成，左侧的每个1×n光开关分别与右侧的n个光开关相连接。这种结构中每个输入→输出路径中经过的开关单元数量是固定，因此通道之间的损耗均匀性好，最大损耗随n的增加呈现对数增加，整体损耗小。此结构的缺点是需要的开关单元数量多，几乎是第一种的2倍。同时这两种结构都无法扩展，结构内的开关单元之间呈现紧耦合状态，即大通道的n×n光开关无法由小通道的n×n光开关组合形成，每个规格的产品都要进行单独的设计，使得产品的开发周期长和开发成本高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种n×n阵列光开关结构，解决了现有的n×n阵列光开关结构内的开关单元之间呈现紧耦合状态，即大通道的n×n光开关无法由小通道的n×n光开关组合形成，每个规格的产品都要进行单独的设计，使得开发周期长和开发成本高的问题。

2、本发明提供一种n×n阵列光开关结构，包括纵向排列的n个输入单元、m2个转发单元以及n个输出单元；其中所述输入单元和输出单元均为1×m光开关，转发单元为n/m×n/m光开关，且m<n；

3、m2个所述转发单元按排列顺序分为m组转发模块，每组转发模块均包括m个转发单元；

4、n个所述输出单元按排列顺序分为m组输出模块，每组输出模块均包括n/m个输出单元；

5、n个所述输入单元的n×m个输出端口分别与m2个转发单元的n×m个输入端口连接；第i组转发模块的第j个转发单元的n/m个输出端口分别与第j组输出模块的第i个输入端口连接，其中i∈[1，m]，j∈[1，n/m]。

6、优选的，n个所述输出单元的顺序为1、2…n/m、n/m+1…2n/m…n-n/m+1…n，第1组输出模块包括输出单元1至输出单元n/m，第2组输出模块包括输出单元n/m+1至输出单元2n/m，以此类推，第m组输出模块包括输出单元n-n/m+1至输出单元n。

7、优选的，m2个所述转发单元的顺序为1、2…m、m+1…2m…(m-1)*m+1…m*m，第1组转发模块包括转发单元1至转发单元m，第2组转发模块包括转发单元m+1至转发单元2m，以此类推，第m组转发模块包括转发单元(m-1)*m+1至转发单元m*m。

8、优选的，n个所述输入单元的顺序为1、2…n/m、n/m+1…2n/m…n-n/m+1…n，n个所述输入单元按顺序分为m组输入模块，每组输入模块均包括n/m个输入单元；第1组输入模块包括输入单元1至输入单元n/m，第2组输入模块包括输入单元n/m+1至输入单元2n/m，以此类推，第m组输入模块包括输入单元n-n/m+1至输入单元n；

9、第i组输入模块的第j个输入单元的m个输出端口分别与第i组转发模块中的m个转发单元的第j个输入端口连接。

10、优选的，n个所述输入单元的顺序为1、2…m、m+1…2m…n-m+1…n，n个所述输入单元按顺序分为n/m组输入模块，每组输入模块均包括m个输入单元；第1组输入模块包括输入单元1至输入单元m，第2组输入模块包括输入单元m+1至输入单元2m，以此类推，第m组输入模块包括输入单元n-m+1至输入单元n；

11、第j组输入模块的第i个输入单元的m个输出端口分别与第i组转发模块中的m个转发单元的第j个输入端口连接。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、本发明的一种n×n阵列光开关结构用m*m个转发n/m×n/m光开关阵列，替代了现有阵列光开关结构中左右两部分的直接连接，实现了输入、转发、输出三部分功能的解耦。大通道的n×n光开关可以分解成小通道的n/m×n/m光开关，通过小通道的阵列光开关的研发，可以比较容易地扩展到大通道的阵列光开关产品，从而降低产品的开发周期和开发成本。

技术特征：

1.一种n×n阵列光开关结构，其特征在于，包括纵向排列的n个输入单元、m2个转发单元以及n个输出单元；其中所述输入单元和输出单元均为1×m光开关，转发单元为n/m×n/m光开关，且m<n；

2.如权利要求1所述的一种n×n阵列光开关结构，其特征在于，n个所述输出单元的顺序为1、2…n/m、n/m+1…2n/m…n-n/m+1…n，第1组输出模块包括输出单元1至输出单元n/m，第2组输出模块包括输出单元n/m+1至输出单元2n/m，以此类推，第m组输出模块包括输出单元n-n/m+1至输出单元n。

3.如权利要求1所述的一种n×n阵列光开关结构，其特征在于，m2个所述转发单元的顺序为1、2…m、m+1…2m…(m-1)*m+1…m*m，第1组转发模块包括转发单元1至转发单元m，第2组转发模块包括转发单元m+1至转发单元2m，以此类推，第m组转发模块包括转发单元(m-1)*m+1至转发单元m*m。

4.如权利要求1所述的一种n×n阵列光开关结构，其特征在于，n个所述输入单元的顺序为1、2…n/m、n/m+1…2n/m…n-n/m+1…n，n个所述输入单元按顺序分为m组输入模块，每组输入模块均包括n/m个输入单元；第1组输入模块包括输入单元1至输入单元n/m，第2组输入模块包括输入单元n/m+1至输入单元2n/m，以此类推，第m组输入模块包括输入单元n-n/m+1至输入单元n；

5.如权利要求1所述的一种n×n阵列光开关结构，其特征在于，n个所述输入单元的顺序为1、2…m、m+1…2m…n-m+1…n，n个所述输入单元按顺序分为n/m组输入模块，每组输入模块均包括m个输入单元；第1组输入模块包括输入单元1至输入单元m，第2组输入模块包括输入单元m+1至输入单元2m，以此类推，第m组输入模块包括输入单元n-m+1至输入单元n；

技术总结
本发明公开了一种N×N阵列光开关结构，涉及光通信技术和光传感技术领域，包括输入单元、转发单元以及输出单元；输出单元分为M组，每组的1×M光开关数量均为N/M个；转发单元分为M组，每组的N/M×N/M光开关阵列数量为M个；输入单元的N×M个输出端口分别与转发单元的N×M个输入端口连接；转发单元第i组的第j个N/M×N/M光开关阵列的N/M个输出端口分别与输出单元第j组的1×M光开关的第i个输入端口连接，其中i∈[1，M]，j∈[1，N/M]。本发明用M*M个转发N/M×N/M光开关阵列，替代了现有阵列光开关结构中左右两部分的直接连接，实现了输入、转发、输出三部分功能的解耦。

技术研发人员：徐之光
受保护的技术使用者：西安奇芯光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23