環状光シフタ、及び光信号をシフトするための方法

本発明は、シリコンフォトニクス技術の分野に関し、特に、環状光シフタ、及び光信号をシフトするための方法に関する。

本出願は、2013年12月31日に中国特許庁に出願され、“ANNULAR OPTICAL SHIFTER AND METHOD FOR SHIFTING OPTICAL SIGNAL”と表題が付けられた中国特許出願PCT/CN2013/091148号に対する優先権を主張するとともに、それはその全体における参照によりここに組み込まれている。

媒体として銅線を使用する電気的相互接続(Electrical Interconnection)技術と比較すると、伝送媒体としてファイバ又は導波路を使用する光学的相互接続(Optical Interconnection)技術は、伝送速度、広帯域密度、電力消費、コスト、及び他の面で著しい利点を有し、近年では研究の焦点になるとともに、急速に発展している。

光信号をバッファリングするためにどのように光信号のシフトを実施するかは、現在はまだ技術的な問題である。

これを背景に、本発明の実施例は、環状光シフタ、及び光信号をシフトするための方法を提供し、それは、光信号のシフトを実施することができる。

第1の態様によれば、環状光シフタが提供され、当該光シフタは、光信号の入力端と出力端を接続し、前記入力端から入力された前記光信号を前記出力端に伝送するように構成されるn形の第1の湾曲した直線状導波路と、前記光信号をバッファリングするように構成される複数の光遅延導波路ループであって、その各々が前記第1の湾曲した直線状導波路の2本のアームに対して横方向に並列に配置され、各光遅延導波路ループの両側と前記第1の湾曲した直線状導波路の前記2本のアームに面して存在する光路のオン/オフ制御が一対の光スイッチにより実施される、前記複数の光遅延導波路ループと、前記複数の光遅延導波路ループの個数と同一の個数の複数対の光スイッチであって、各一対の光スイッチが前記第1の湾曲した直線状導波路の前記2本のアームと各一対の光スイッチに対応する前記光遅延導波路ループの前記両側に面して存在する前記光路の前記オン/オフ制御を制御するように構成される、前記複数対の光スイッチと、制御信号線により前記複数対の光スイッチの各光スイッチに接続されるとともに、外部装置により送信される光信号シフト命令を受信し、前記シフト命令に従って制御信号を生成し、前記n形の第1の湾曲した直線状導波路の特定のアームに接続される特定の側の光スイッチに前記制御信号を送信し、そして前記特定の側の前記光スイッチのオン/オフ状態を制御し、それにより、前記複数の光遅延導波路ループに保存された前記光信号が上方又は下方にシフトされる、ように構成される制御装置とを含む。

第1の態様の第1の実施方法において、前述の制御装置は、前記外部装置により送信される前記光信号シフト命令を受信するように構成されるシフト命令受信ユニットと、前記光信号シフト命令を構文解析し、前記光信号シフト命令からシフト方向識別子及びシフトビット情報を抽出するように構成される命令構文解析ユニットと、前記シフト方向識別子に従ってシフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係を検索し、前記制御される光スイッチの識別子を判定し、前記シフトビット情報に従って前記光スイッチのオン/オフ状態変化の時間間隔を計算するとともに、前記制御される光スイッチの前記識別子及び前記時間間隔に従って前記制御信号を生成するように構成される制御信号生成ユニットと、前記制御される光スイッチの前記識別子に対応する前記制御される光スイッチに“オン”制御信号を送信し、前記時間間隔のあとで、前記制御される光スイッチの前記識別子に対応する前記制御される光スイッチに“オフ”制御信号を送信するように構成される制御信号送信ユニットと、前記シフト方向と前記制御される光スイッチとの間の前記マッピング関係を記憶するように構成される記憶ユニットとを含む。

第2の態様によれば、環状光シフタのためのシフト制御方法が提供され、当該方法は、外部装置により送信される光信号シフト命令を受信するステップと、前記光信号シフト命令を構文解析し、前記光信号シフト命令からシフト方向識別子及びシフトビット情報を抽出するステップと、前記シフト方向識別子に従ってシフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係を検索し、前記制御される光スイッチの識別子を判定し、前記シフトビット情報に従って前記光スイッチのオン/オフ状態変化の時間間隔を計算するとともに、前記制御される光スイッチの前記識別子及び前記時間間隔に従って制御信号を生成するステップと、前記制御される光スイッチの前記識別子に対応する前記制御される光スイッチに“オン”制御信号を送信し、前記時間間隔のあとで、前記制御される光スイッチの前記識別子に対応する前記制御される光スイッチに“オフ”制御信号を送信するステップとを含む。

前述の技術的解決法に基づくと、本発明の実施例は、環状光シフタ、及び光信号をシフトするための方法を提供する。

下記は、本発明の実施例を説明するために必要とされる添付図面を簡単に説明する。

本発明の実施例による環状光シフタの概要の構造上の構成図である。

本発明の実施例による環状光シフタの制御装置の概要の構造上の構成図である。

本発明の実施例によるマイクロリング電気光学スイッチの概要の構造上の構成図である。

本発明の環状光バッファの実施例による光遅延導波路ループの第1の実施例の概略構造図である。

本発明の環状光バッファの実施例による光遅延導波路ループの第2の実施例の概略構造図である。

本発明の実施例による環状光シフタを使用してシフトを制御することの概要のフローチャートである。

下記は、本発明の実施例における添付図面を参照して、本発明の実施例における技術的解決法を説明する。

本発明の実施例は、環状光シフタを提供する。図1を参照すると、環状光シフタ100は、光信号の入力(input)端と出力(output)端を接続し、光信号の伝送バスとして機能するとともに、入力端から入力された光信号を出力端に伝送するように構成されるn形の第1の湾曲した直線状導波路101aと、第1の湾曲した直線状導波路101aの2本のアームに対して横方向に並列に配置され、光信号をバッファリングするように構成される複数の光遅延導波路ループ103であって、各光遅延導波路ループ103の両側と第1の湾曲した直線状導波路101aの2本のアームに面して存在する光路のオン/オフ制御が一対の光スイッチ102により実施される、複数の光遅延導波路ループ103と、前述の複数の光遅延導波路ループ103の個数と等しい個数の複数対の光スイッチ102であって、各一対の光スイッチ102が第1の湾曲した直線状導波路101aの2本のアームと各一対の光スイッチ102に対応する光遅延導波路ループ103の両側に面して存在する光路のオン/オフ状態を制御するように構成される、複数対の光スイッチ102と、制御信号線106により複数対の光スイッチ102の各光スイッチに接続されるとともに、外部装置により送信される光信号シフト命令を受信し、シフト命令に従って制御信号を生成し、n形の第1の湾曲した直線状導波路101aの特定のアームに接続される特定の側に存在する全ての光スイッチ102に制御信号を送信し、そして特定の側の光スイッチ102のオン/オフ状態を制御し、それにより、複数の光遅延導波路ループ103に保存された光信号が上方又は下方にシフトされる、ように構成される制御装置(すなわち、Controller)105とを含む。

前述の外部装置は、光信号処理システムの中央処理装置(CPU、central processing uni)、又は光スイッチング網における光スイッチ(Optical Switch)、又は同様のものであり得るが、それは本発明のこの実施例では限定されない。

光遅延導波路ループ103における光信号の伝送速度は、スローライト効果導波路104により減速されることができ、それにより、光信号は光遅延導波路ループ103においてバッファリングされる。

図1では、複数対の光スイッチ、及びそれぞれが複数対の光スイッチに接続された複数の光遅延導波路ループが存在するとともに、添付図面の識別子を簡単にするために、中央の一組の光スイッチ及び光遅延導波路ループのみが、図1において参照符号によって示されている、ということに注意が必要である。前述の参照符号は、同様に、光スイッチの相互の組、及び各他の光遅延導波路ループを表す、ということが当業者により理解されることができる。

具体的には、前述の制御装置105は、外部装置により送信される光信号シフト命令を受信するように構成されるシフト命令受信ユニット1051と、前述の光信号シフト命令を構文解析し、光信号シフト命令からシフト方向識別子及びシフトビット情報を抽出するように構成される命令構文解析ユニット1052と、シフト方向識別子に従ってシフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係を検索し、制御される光スイッチの識別子を判定し、シフトビット情報に従って光スイッチのオン/オフ状態の時間間隔を計算するとともに、制御される光スイッチの識別子及び時間間隔に従って制御信号を生成するように構成される制御信号生成ユニット1053と、制御される光スイッチの識別子に対応する光スイッチに“オン”制御信号を送信し、オン/オフ状態の時間間隔のあとで、制御される光スイッチの識別子に対応する光スイッチに“オフ”制御信号を送信するように構成される制御信号送信ユニット1054と、シフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係を記憶するように構成される記憶ユニット1055とを含む。

前述の環状光シフタにおけるマイクロリング電気光学スイッチの構造が図3の左側の図において示されるとともに、マイクロリング電気光学スイッチは、2つのチャネル導波路、及びマイクロリング導波路を含む。マイクロリング導波路の構造が図3の右側の図において示され、順番に、上部電極、上部境界層、導波路コア、下部境界層、下部電極、及び基板を含み、ここで、導波路コアは、ポリマ又はシリコン光電子工学材料で作られる。マイクロリング導波路の半径はRである。2つのチャネル導波路の長さは等しく、そして両方とも2Lであり、ここで、Lは、チャネルポートとカップリングポイントとの間の距離である。マイクロリング導波路とチャネル導波路との間のカップリング距離はhである。マイクロリングのコアの幅はaであり、そしてコアの厚さはb₁であり、屈折率はn₁₀であり、そして主要部の振幅減衰係数はa₁₀である。上部電極及び下部電極のぞれぞれの厚さはb₃であり、屈折率はn₃₀であり、そして主要部の透過係数はk₃₀である。コアの両側における左右のクラッド部の屈折率はn₄₀であり、そして主要部の振幅減衰係数はa₄₀である。表面の電極は、チャネル導波路に加えられない。チャネル及びマイクロリングが同じ伝搬定数を有することを可能にするために、2つのコア幅はお互いに僅かに異なり、それはマイクロリングを曲げることによりもたらされる。さらに、チャネル導波路の全ての他のパラメータは、マイクロリング導波路のパラメータと同じである。チャネルに対するマイクロリングの振幅カップリング比率はkであり、チャネルに対するマイクロリングの振幅屈折比率はtであり、ここで、k²+t²=1である。

図3の左側の図におけるマイクロリング電気光学スイッチの構造について、この構造は、電圧が印加されない場合にはマイクロリング共振フィルタになり、そして電圧が印加される場合にはマイクロリング電気光学スイッチになる。マイクロリング電気光学スイッチの動作原理は、共振波長を有する光信号が選択され、上部チャネルの左側のポートAから入力される、というものである。印加された電圧がゼロである場合に、下部チャネルの左側のポートDは、最大出力光強度を有しており、上部チャネルの右側のポートBは、最小出力光強度を有している。マイクロリングの電極に電圧が印加される場合に、マイクロリングのコア層のポリマ又はシリコン材料の屈折率が変化し、その結果、マイクロリングにおけるモードの伝搬定数が変化し、マイクロリングとチャネルとの間の位相の不整合が発生し、それにより、マイクロリングにおいて、及びチャネルにおいて伝送される信号の光強度における変化を引き起こす。印加された電圧がオン/オフ変化電圧に等しい場合に、下部チャネルの左側のポートDの出力光強度が最小になり、上部チャネルの右側のポートBの出力光強度が最大になり、それにより、オン/オフの機能を実現する。

前述のマイクロリング電気光学スイッチの動作原理によれば、光のシフト原理が、一例として、図1を用いて説明される。図1における102は、マイクロリング電気光学スイッチである。マイクロリング電気光学スイッチのオン/オフの特性を使用すると、第1の湾曲した直線状導波路101a内の光信号は、マイクロリング電気光学スイッチを通して、光遅延導波路ループ103に流れ込み、光遅延導波路ループ103内の光信号は、マイクロリング電気光学スイッチを通して、第1の湾曲した直線状導波路101aに流れ込む。

前述の光スイッチ102は、マイクロリング(Micro Ring)電気光学スイッチ、又はマッハツェンダ干渉計(MZI、Mach-Zehnder Interferometer)電気光学スイッチにより説明される、ということが当業者により理解されることができる。マイクロリング電気光学スイッチの実装とMZI電気光学スイッチの実装の両方は、従来技術の範囲に含まれるとともに、本発明のこの実施例では詳細に説明されない。

任意に、図4Aを参照すると、前述の環状光シフタにおける各光遅延導波路ループ103は、スローライト効果導波路104b、及び湾曲した導波路101bを含むことができ、ここで、スローライト効果導波路104bは、光遅延導波路ループ103におけるより大きな容量の光信号の保存を実現するために、光遅延導波路ループ103における光信号の伝送速度を減速するように構成される。前述のスローライト効果導波路104bは、フォトニック結晶導波路(PCW、Photonic Crystal Waveguide)、電磁誘導透過(EIT、Electromagnetically Induced Transparency)、コヒーレントポピュレーション振動(CPO、Coherent Population Oscillation)、誘導ブリュアン散乱(SBS、Stimulated Brillouin Scattering)、又は別の方法により実施され得る。湾曲した導波路101bは、シリコン導波路又は別の導波路により実施されることができ、本発明のこの実施例では限定されない。

任意に、光遅延導波路ループ103は、図4Aにおいて説明されるように、1つの波長に対応するフォトニック結晶導波路ループであり得るか、又は図4Bにおいて説明されるように、波長分割多重化(WDM、Wavelength Division Multiplexing)に対応するフォトニック結晶導波路ループであることができ、すなわち、複数のフォトニック結晶導波路ループが複数の波長にそれぞれ対応する。図4Aでは、フォトニック結晶導波路104bは、λ₁の波長を有する光信号のみの伝送速度を減速する役割を果たす(すなわち、スローライト効果)。図4Bでは、4つのフォトニック結晶導波路が存在し、それは、それぞれλ₁、λ₂、λ₃、及びλ₄の波長の光信号に対してスローライト効果を生成する。M個の波長を含む波長分割多重化光信号(ここで、Mは整数であるとともにM>1である)について、最初に、M個の波長を含む波長分割多重化光信号は、波長分割デマルチプレクサ201aにより、異なる波長を有するM個の単一の波長の光信号に逆多重化される必要があり、次に、前述の異なる波長を有するM個の単一の波長の光信号は、M個の単一波長光遅延導波路ループを通過し、光信号遅延が、異なる波長を有するM個の単一の波長の光信号に対して別々に実行され、そして、波長分割多重化光信号を取得するために、異なる波長を有する遅延されたM個の単一の波長の光信号に対して、波長分割デマルチプレクサ201bにより、波長分割多重化が実行される。

さらに、本発明の別の実施例は、環状光シフタのためのシフト制御方法を提供し、ここで、方法は下記のステップを含む。

501:外部装置により送信される光信号シフト命令を受信する。

光信号シフト命令は外部装置により送信され、外部装置は、光信号処理システムの中央処理装置(CPU、central processing uni)、又は光スイッチング網における光スイッチ(Optical Switch)、又は同様のものであり得るが、それは本発明のこの実施例では限定されない。

502:前述の光信号シフト命令を構文解析し、光信号シフト命令からシフト方向識別子及びシフトビット情報を抽出する。

前述の光信号シフト命令は、シフト方向識別子、及びシフトビット情報を含む。シフト方向識別子、及びシフトビット情報は、前述のシフト命令を構文解析することにより、シフト命令から抽出され、ここで、シフト方向識別子は、上方(UP)又は下方(DOWN)を含み、シフトビット情報は、それを通過すると光信号がシフトされる光遅延導波路ループの量を含む。ここで、光遅延導波路ループに保存される光信号の長さが1ビットであると仮定すると、シフトビット情報は、それを通過すると光信号がシフトされる光遅延導波路ループの量を示す、ということに注意が必要である。

503:シフト方向識別子に従ってシフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係を検索し、制御される光スイッチの識別子を判定し、シフトビット情報に従って光スイッチのオン/オフ状態変化の時間間隔を計算するとともに、制御される光スイッチの識別子及び時間間隔に従って制御信号を生成する。

具体的な実施プロセスにおいて、シフト方向と制御される光スイッチとの間のマッピング関係は、表(Table)により実装されることができ、それは、例えば、下記の表において示される。

シフト命令におけるシフト方向識別子に従って、制御される光スイッチは、表1を検索することにより取得される。

光スイッチのオン/オフ状態変化の時間間隔は、シフトビット情報に従って計算を通して取得される。

例えば、図1を参照すると、光学シフタの制御装置105により受信されたシフト命令のシフト方向識別子が上方(UP)であり、シフトビット情報が2ビットであると仮定すると、制御装置105は、シフト方向及び制御される光スイッチのマッピングテーブルを検索し、制御される光スイッチがn形の光シフタの左側の光スイッチであることを判定するとともに、2ビットであるシフトビット情報に従って、制御される光スイッチのオン/オフ状態変化の時間間隔を計算する。

(外部装置により送信される命令を受信し、命令を構文解析し、光スイッチ制御信号を生成して送信する処理を含む)読み取りプロセスを処理するために制御装置105が40nsを要するとともに、光スイッチ102のオン/オフ時間が2nsであると仮定すると、光スイッチ102がオン状態にある場合に(ここで、制御装置105の処理時間と光スイッチのオン/オフの変化時間の和は42nsである)、光信号が、光スイッチを通過し、そして完全に別の光遅延導波路ループにシフトされる時は無視して良く、このように、光信号は1ビットだけシフトされるために42nsの時間を要する。制御装置により受信されたシフトビット情報がn(n≧2)ビットである場合に、光信号は、(n−1)個のループを通過する必要があり、そしてループにおける光信号の伝送時間は3nsであるので、42+3*(n−1)(ns)の時間が取られる必要がある。前述の実例では、シフト命令は、2ビットだけ上方にシフトすることであり、したがって、42+3=45nsの時間が必要とされ、すなわち、45nsのあとに、制御装置は、環状光シフタの左側にある全てのスイッチに“オフ”制御信号を送信する。

504:制御される光スイッチの識別子に対応する光スイッチに“オン”制御信号を送信し、前述のオン/オフ状態変化の時間間隔のあとで、制御される光スイッチの識別子に対応する光スイッチに“オフ”制御信号を送信する。

当業者は、本明細書中で開示される実施例において説明される実例と組み合わせて、ユニット及びアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はそれらの組み合わせにより実施され得ることに、気付くかもしれない。ハードウェアとソフトウェアとの間の互換性を明確に説明するために、上記は、概して、機能に従って各実例の構成及びステップを説明した。機能がハードウェアにより実行されるか又はソフトウェアにより実行されるかは、技術的解決法の特定のアプリケーション及び設計制約条件に依存する。当業者は、各特定のアプリケーションに対して説明された機能を実施するために異なる方法を使用し得るが、しかし、その実施は本発明の範囲を超えるものと考えられるべきではない。

都合が良くそして簡潔な記述のために、前述のシステム、装置及びユニットの詳細な作業処理については、前述の方法の実施例の対応する処理に対して参照が行われ得るとともに、詳細は再度ここでは説明されない、ということが当業者によって明らかに理解され得る。

この出願において提供されたいくらかの実施例において、開示されたシステム、装置、及び方法は他の様式で実施され得る、ということが理解されるべきである。例えば、説明された装置の実施例は、単に代表的である。例えば、ユニットの分割は、単に論理的な機能の分割であるとともに、実際の実装例では他の分割であるかもしれない。例えば、複数のユニット又はコンポーネントは、別のシステムに結合され得るか若しくは統合され得るか、又は、いくつかの特徴は、無視され得るか若しくは実行されないかもしれない。さらに、表示されたか若しくは論じられた相互の結合又は直接的な結合又は通信接続は、いくつかインタフェースを通して実施され得る。装置若しくはユニットの間の間接的な結合又は通信接続は、電子的方式、機械的方式、又は他の方式において実施され得る。

別個の部品として説明されるユニットは、物理的に分離しているかもしれないし、又は物理的に分離していないかもしれないとともに、ユニットとして表示される部品は、物理的なユニットであるかもしれないし、又は物理的なユニットでないかもしれず、1つの位置に位置付けられるかもしれないし、又は複数のネットワークユニットに対して分散されるかもしれない。一部又は全てのユニットは、本発明の実施例の解決法の目的を達成するために、実際のニーズに従って選択され得る。

さらに、本発明の実施例における機能ユニットは1つの演算処理装置に統合され得るか、又は、それぞれのユニットは物理的に単独で存在し得るか、又は、2つ以上のユニットは1つのユニットに統合される。統合されたユニットは、ハードウェアの形式で実施され得るか、又は、ソフトウェア機能ユニットの形式で実施され得る。

統合されたユニットがソフトウェア機能ユニットの形式で実施されるとともに、独立した製品として販売されるか又は使用される場合に、統合されたユニットはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶され得る。そのような理解に基づくと、本発明の技術的解決法は本質的に、又は、従来技術に貢献する部分は、又は、技術的解決法の全て若しくはいくつかは、ソフトウェア製品の形式で実施され得る。ソフトウェア製品は、記憶媒体に記憶されるとともに、コンピュータ装置(それはパーソナルコンピュータ、サーバ、若しくはネットワーク装置であり得る)に、本発明の実施例において説明された方法のステップの全て又はいくつかを実行するように指示するためのいくらかの命令を含む。前述の記憶媒体は、USBフラッシュドライブ、取り外し可能なハードディスク、読出し専用メモリ(ROM、Read-Only Memory)、ランダムアクセスメモリ(RAM、Random Access Memory)、磁気ディスク又は光ディスクのような、プログラムコードを記憶することができるあらゆる媒体を含む。

前述の説明は、本発明の単なる具体的な実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。本発明において開示された技術的な範囲内の当業者によって容易に判断されるあらゆる変更又は置換は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、請求項の保護範囲に支配されるものとする。