CN102576130B - 电路切换光互连结构 - Google Patents

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Abstract

一种电路切换光互连结构(100)包括第一中空金属波导(115)和与第一中空金属波导(115)相交以形成交点(122)的第二中空金属波导(120)。位于交点(122)内的光学元件(125)被配置为选择性地在第一中空金属波导(115)与第二中空金属波导(120)之间导引光信号。

Description

电路切换光互连结构
背景技术
光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以用于远距离地、在邻近电路板上的电子组件之间或者在单个电路板上的电子组件之间传输数据。对于多个电子组件之间的大规模互连来说，可以使用光学结构。光学结构可以具有多种特性，包括以最少组件将任一或全部输入端连接至任一或全部输出端的能力。还可以期望光学结构耦合效率高、能够重新路由工作负荷以消除***拥塞、可模块化、可靠性高、成本低。
附图说明
附图示出这里所述原理的各种实施例，并且作为说明书的一部分。所示实施例仅仅是示例性的，而不限制权利要求的范围。
图1是根据这里所述原理的一个实施例的示例性电路切换光互连结构的图。
图2A和图2B是根据这里所述原理的一个实施例的示例***叉点开关的图。
图3A至图3B是根据这里所述原理的一个实施例的合并有多个交叉互连矩阵(crossbar)开关的示例性光互连结构的图。
图4A至图4D是根据这里所述原理的一个实施例的示例***叉点开关的图。
图5A至图5E是根据这里所述原理的一个实施例的合并有潜望棱镜的示例性光学交叉点开关的图。
图6A和图6B是根据这里所述原理的一个实施例的合并有动态镜面的示例性光学交叉点开关的图。
图7A和图7B是根据这里所述原理的一个实施例的以无源方式将光信号分配到所有分接线的示例性光互连结构的图。
图8A和图8B是示出根据这里所述原理的一个实施例的可以用在电路切换光互连结构内的光学元件中的光学损耗的图。
图9是根据这里所述原理的一个实施例的将来自多个分接头的光信号合并到单个I/O端口中的树形拓扑图。
图10是根据所里所述原理的一个实施例的各个分接线从多个总线端口接收光信号的树形拓扑图。
图11是根据这里所述原理的一个实施例的使用对多个刀片计算机进行互连的电路切换光互连结构的计算机***图。
图12是示出根据这里所述原理的用于创建和配置电路切换光互连结构的一个示例方法的流程图。
附图中，相同的附图标记始终指代相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以用于在单个电路板上的电子组件之间或者在邻近电路板上的电子组件之间传输数据。这些光信号可以使用波导来路由。波导利用控制光能量扩展的边界来承载光能量，并将其引导到期望的位置。光通信的一个方面是光通道与诸如背板、电子装置、半导体激光器、光探测器、其它组件之类的各种其它装置之间的互连。波导之间良好的光互连应当具有高耦合效率、易于形成耦合、成本低、能够再配置，并形成可靠连接。
已发现中空金属波导可以是适于创建电路切换光互连结构的效率惊人且便宜的波导。中空金属波导包括由高反射金属壁环绕的中空空气芯。中空金属波导可以以多种衬底，包括硅、玻璃、聚碳酸酯等制造。可以使用多种图案化工艺，包括切割、激光加工、湿法和干法刻蚀、注射成型、压模、挤压成型和其它合适工艺，形成中空金属波导。例如，可以使用某些形式的塑料注射成型创建可被金属化以形成中空金属波导的沟槽。根据一个示例性实施例，使用溅射工艺对这些沟槽的侧壁和底部进行金属化，以提供所关注波长的高反射表面。例如，银或金可以溅射涂敷到沟槽中，以提供反射涂层。在某些实施例中，在银上涂覆保护涂层并防止氧化的钝化层，例如氮化铝，可能是有利的。另外，可以提供底涂层，以改善银层与衬底的粘附力。然后可以将波导覆盖件附到图案化的衬底上，以覆盖沟槽并完成中空金属波导。中空金属波导截面的典型尺寸可以大约是100微米×100微米或150微米×150微米。波导的尺寸和几何图形可以根据具体设计而改变。
中空金属波导的低折射率空气芯产生几个独特的特征，这些特征在被更广泛研究的聚合物芯波导中没有发现。这些中空金属波导呈现出光互连***所需的极低光学损耗、低耦合损耗、极低光束发散和低模态色散的潜能。与聚合物波导或其它固体波导不同，在中空金属波导内部引导的光呈现出极低的光束发散，这允许在波导段之间引入缝隙，在光穿过这些缝隙时损耗极低。本发明将利用这一属性。此外，与固体芯波导相比，中空金属波导在输入和输出面处没有反射损耗。这些波导可以被认为是自由空间传播加上借助于金属壁的少许引导以补偿衍射效应。以硅制造并且涂敷有银的中空金属波导的某些实施例已实现了低于0.05dB/cm的损耗。中空金属波导的空气芯产生极小的光学色散，这允许中空金属波导以接近于太赫兹频率的速率传输数据。
合并有用于操纵穿过中空金属波导的光的各种光学控制器的中空金属波导的示例性应用和示例在Michael Tan等的于2009年12月XX日递交且名称为“Optical Interconnect System(光互连***)”的PCT申请No.XXXXXX(代理所编号为200903649)中进行了讨论，该申请的全部内容通过引用合并于此。
在以下描述中，为了进行解释，记载诸多具体细节，以便提供对本发明***和方法的全面理解。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，本设备、***和方法可以不囿于这些具体细节来实施。在说明书中引用“实施例”、“示例”或类似语言意指结合实施例或示例而描述的特定特征、结构或特性至少被包括在这一个实施例中，但在其它实施例中未必是必须的。说明书中多处的短语“在一个实施例中”或类似短语的各种情况不一定全部指相同的实施例。
计算机和其它装置可以光学连接至背板。说明书和所附的权利要求中使用的术语“背板”是指具有可以通过多个集成插座或其它插口而访问的多个通信通道的结构。例如，背板可以包含公用总线，多个独立的装置可以连接至该公用总线。背板通信通道可以包括电线、光纤、中空金属波导或其它通道。背板可以包含光电变换器、信号处理电子组件、各种类型的光源。其中使用了术语“光学背板”，该背板包含被配置为通过背板传送光信号的至少一个通道。
根据一个示例性实施例，光互连结构包括动态可再配置的电路切换光学交叉开关矩阵(crossbar)，其允许N个输入节点连接至M个输出节点中的任意节点。在一个实施例中，光学交叉开关矩阵可以通过低成本注射成型工艺来创建。多个交叉点将光信号从输入节点路由到输出节点。交叉点可以以多种方式实现，包括机械激励器或多点传送到所有输出以及使用光阀来控制连接。根据技术的不同，交叉点可以在微秒到几纳秒内将输入切换到期望的输出。
图1是将16个总线端口(105)连接至8个输入/输出端口(110)的示例性电路切换光互连结构(100)的图。多条水平线(115)从左到右延伸，并与多条竖直线(120)中的每一条相交。竖直线(120)中的每一条连接至8个输入/输出端口(110)之一。为方便起见，水平线(115)可以被称为“总线”，而竖直线(120)可以被称为“分接线”。说明书和所附权利要求中使用的术语“交叉互连矩阵”或“交叉互连矩阵配置”是指以非零角度彼此相交的两条或更多条光学路径。总线(115)与分接线(120)的相交创建了光互连结构。根据一个示例性实施例中，总线是以接近90度的角度与分接线相交的平行波导阵列。
总线(115)通过光学结构(100)承载输入信号和输出信号。分接线(120)选择性连接至总线(115)，以将总线端口(105)连接至I/O端口(110)。例如计算机、路由器、内存、存储器或其它装置的计算元件可以连接至输入/输出端口(110)。
根据一个示例性实施例，总线(115)和分接线(120)可以是中空金属波导。在总线与分接线之间的每个交点(122)处，光学元件(125)可以被选择性地激励，从而在相交线之间导引光能量。通过以此方式配置交点(122)处的光互连结构(100)，总线(115)所承载的每个信号可被导向任意输出。
图2A和图2B是具有至少两种配置：贯通状态和交叉状态的示例***叉点开关(200)的图。图2A示出贯通状态的交叉点开关(200)。总线(205)通过光学结构承载信号。根据一个示例性实施例，总线(205)被配置为通过将线路划分为两组来承载双向信号流量。第一组四个通道承载向右的光信号。这些总线示出为实线。第二组四个通道承载向左的光信号，并由虚线或箭头表示。类似地，竖直分接线(210)被划分为两组，四条实线承载向页面下方的信号，四条虚线表示向页面上方传送信号的分接线。为了图示和解释，示出相对较少的总线(205)和分接线(210)。交叉点开关(200)可以根据***的需要具有更多或更少的线路。
在图2A所示的贯通状态下，总线(205)穿过交叉点开关，而不偏转到分接线(210)中。然后，总线(205)所承载的信号可以被沿总线(205)连接在另一位置处的另一组件接收。
图2B是交叉状态的示例***叉点开关(200)的图。在该状态下，交叉点开关(200)将总线(205)偏转到分接线(210)中。然后，附接到分接线(210)的组件可以通过总线(205)和分接线(210)与装置建立双向通信。交叉点开关(200)可以具有多种配置，并且使用多种技术来将光信号重导向到分接线(210)。
图3A是由多个交叉点开关(200)组成的示例性光互连结构(300)的图。交叉点开关(200)被配置为控制多条总线(205)与分接线(210)之间的连接。根据一个示例性实施例，多个装置被连接至各条线路。计算装置(330-333)沿光互连结构(300)的下部连接，计算装置(340-343)沿结构的右侧连接。举例但非限制来说，这些计算装置可以是计算机、存储装置、路由器、传输装置或其它装置。一半线路被用于传送输入信号，另一半被用于传送输出光信号。如前面所讨论的，输入线被示为实线，输出线被示为虚线。在图3A所示的配置中，交叉点开关(200)处于贯通状态。所有光学路径沿总线(205)和分接线(210)穿过结构继续延伸。因此，沿光互连结构(300)下部的计算装置(330-333)被直接连接至分接线(210)，而右边的计算装置(340-343)被连接至总线(205)。
图3B是示例性光互连结构(300)的图，其示出互连结构在连接各条线路(205、210)和计算装置(330-333、340-343)时的多功能性。根据一个示例性实施例，第一刀片计算机元件(330)通过处于交叉状态的交叉点(204)连接至总线(210)。第一存储装置(331)通过处于贯通状态的第三交叉点装置203和处于交叉状态的第二交叉点装置(202)的组合连接至第二存储装置(341)。第三存储装置(342)通过处于贯通配置的一系列光学交叉点，包括交叉点203，连接至总线(205)。
第二刀片计算机元件(333)通过处于交叉状态的第一交叉点装置(201)连接至第三刀片计算机元件(340)。其余计算装置(343)在当前配置中没有连接至任何装置。
光学交叉互连矩阵可以被再配置为将任意计算元件连接至任意其它计算元件。在很多***中，光互连结构可以通过改变各个交叉点装置的状态来动态再配置。
图4A至图4D是示例***叉点开关(200)的图。根据一个示例性实施例，交叉点开关(200)由第一层或上层(305)和第二层或下层(310)制成，间隔层(315)介于二者之间。上层(305)包含被配置为交叉状态的中空金属波导(325)。下层(310)包含被配置为贯通状态的第二组中空金属波导(320)。
图4B是示出通过交叉状态的开关(200)路由光学路径的上层(305)的图。图4C是示出以贯通状态路由光学路径的下层(310)的图。
图4D是互连结构(300)的一部分的截面图，其示出用于使用交叉点开关(200)从贯通状态向交叉状态切换的一个示例性配置。交叉点开关(200)被放置在背板(400)中的插座(410)中。多个中空金属波导(405)形成在背板(400)中，并且与插座(410)相交。交叉点开关(200)被配置为接收穿过中空金属波导(405)的光能量，并对其进行适当的路由。交叉点开关(200)被配置为竖直向上和向下移动，如双向箭头(415)所示。这允许穿过基底(400)中的波导(405)的光信号被选择性地导向上层(305)或者下层(310)中。当背板(400)中的波导(405)与上层(305)中的波导(325)对准时，光信号通过上层(305)被转向，并从入射角偏转90度而从上层(305)出来。当交叉点开关(200)升起，使得下层(310)与波导(405)对准时，光信号穿过开关而不转向，并且进入插座(410)对侧的波导。
根据一个示例性实施例，交叉点开关(200)使用双状态激励器来定位。交叉点开关(200)的完全竖直位移足以将基底(400)中波导(405)的对准在与上波导(325)对准和与下波导(320)对准之间切换。在一个实施例中，上和下波导(325、320)具有大约为150微米×150微米的截面。上和下波导(325、320)之间中心到中心的距离可以大约为250微米。因此，双状态激励器应当被配置为产生至少250微米的位移以支持以这一配置进行的切换。双状态激励器可以使用包括压电激励器、微电子机械激励器、磁激励器或其它技术的多种技术来形成。
交叉点开关(200)的切换速度取决于多个因素，包括交叉点开关(200)和激励器的尺寸。根据一个示例性实施例，交叉点开关(200)可以具有约2毫米×2毫米的平面尺寸，激励器可以具有约2毫米×2毫米×5毫米的尺寸。
图5A-图5E是示例***叉点开关(500)的图，其使用可移动镜面将光信号从图5A所示的贯通状态选择性切换到图5B所示的交叉状态。如上所述，在贯通状态下，光信号没有转向地穿过交叉点开关(500)，如图5A所示。在交叉状态下，光信号被偏转到分接波导(520)中，如图5B所示。根据一个示例性实施例，被激励反射元件(525)放置在总线波导(515)与分接波导(520)之间的交点处。例如，被激励反射元件(525)可以沿与总线(515)交叉的斜线(510)设置。
图5C是位于波导交点内的被激励反射***的一个示例性实施例的图。在该示例性实施例中，被激励反射元件(525)是潜望棱镜(527)。在贯通状态下，潜望棱镜(527)被定位为，使其不会对通过总线(515)的光信号(530)的通路产生干扰。
图5D是示出向下延伸到总线(515)中的棱镜(527)的图。通过总线(515)行进的光信号(530)进入棱镜(527)中，并从第一表面(535)向上反射。然后，光从第二表面(540)反射，并进入分接线(520)中。
图5E是可以用在交叉点开关(500，图5A)中的潜望棱镜(527)的一个实施例的透视图。潜望棱镜(527)接受光束(530)，其从第一表面(535)反射，并向上传递以到达第二表面(540)。在两次内部反射之后，光在另一竖直平面上从潜望棱镜(527)出来，并以从其进入时旋转90度的方向行进。
在总线与分接线的交点处使用独立的棱镜(527)可以得到贯通状态与交叉状态之间非常快的切换速度。棱镜的质量小，因此允许以比移动较大的交叉互连矩阵开关低的功率更快地运动。进一步地，在对棱镜(527)单独进行激励的实施例中，交叉点开关(500)可以在路由光信号方面提供更大的灵活性。例如，在附接到分接线的计算装置的信号吞吐量不是决定性因素的应用中，只有很少的总线会转入分接线。其余总线则可用于承载其它流量。棱镜的另一优点在于，棱镜(527)的反射面相对鲁棒(robust)且稳定。并且，可以使用光在棱镜面处的内部全反射来产生100％的反射器。当从高折射率层入射的角大于临界角(即，当n1＝1.54，n2＝1时，临界角为45度)时，在高折射率层与低折射率层之间的界面处发生内部全反射。这会使交叉点开关(500)的操作更可靠。
图6A和图6B是用于改变交叉点交点的状态的替代被激励反射机构的图。在该示例性实施例中，固体潜望棱镜(527)由移动镜面(605)和固定镜面(600)替代。在图6A所示的贯通状态下，光信号(530)穿过总线(515)，并未受到移动镜面(605)的阻止。
图6B示出处于交叉状态的机制。为了从贯通状态改变到交叉状态，移动镜面(605)旋转到光信号(530)的路径中。光信号(530)因而被向上反射到固定镜面(600)，固定镜面(600)将光信号向下游重导向分接线(520)。可以使用沿波导定位的MEMS微激励器来升起和下降这些反射表面，以使能潜望功能。
图7A是示例性电路切换光互连结构(700)的截面图。在该示例性实施例中，总线(705)被配置为将光信号(755)分配到所有分接线(715、720、785)中。为了实现这种分配，进入的信号(755)被向下路由到总线端口(710)，并且遇到反射楔(725)。反射楔(725)将进入的信号(755)分离为以相反方向行进通过总线(705)的两个大体相等的信号(760、765)。在分接线(715、720、785)与总线(705)之间的每个交点处，基于面积的分接头(730、735、745、750)将分离信号(760、765)的一部分向上导引到分接线(715、720)中。
根据一个示例性实施例，基于面积的分接头是覆盖中空金属波导的一部分截面区域的反射表面。在总线(705)内行进的光信号被均匀分配到中空金属波导的截面上。因此，放置在截面中的基于面积的分接头的反射表面，使行进通过总线的光信号偏转一部分，该部分与反射表面的面积成比例。基于面积的分接头(730、735、740、745)随着光信号远离总线端口(710)而逐渐增大。由于基于面积的分接头中的每一个提取一部分光信号，因此总线(705)中剩余的光信号的量减少。在总线末端处，末端反射器(750)覆盖中空金属波导的整个面积，并且将所有的剩余光偏转到最后的分接头(720)中。沿总线(705)的长度增大基于面积的分接头的尺寸会使大约等量的光信号被偏转到每条分接线(715、785)中。
可以使用多种其它的光学元件代替基于面积的分接头(730、735、745、750)。举例但非限制来说，可以使用部分反射膜或板将光信号(760、765)的一部分偏转到各分接头中。部分反射膜可以被部分镀银，或者可以对波长或偏振灵敏，或对偏振不灵敏。
根据一个示例性实施例，分接线(710、720、785)中的每一条还包含光阀(770、775、780)。光阀(770、775、780)选择性地阻止或传输通过分接线的光信号。光阀还可以用于丢弃光。通过控制光信号通过分接线的传输，光阀(770、775、780)可以将互连结构(700)配置为互连附接到该结构的特定元件。在图7A所示的示例性实施例中，除了光阀(775)被打开以容许偏转光线(790)穿过分接线(715)之外，所有的光阀被关闭。
图7B是示出互连结构(700)的平面图的图。总线(708)水平跨过结构(700)。多个总线端口或光源(704)被附接到每条总线(708)。例如，总线端口1(710)连接至最上面的总线(705)。如前面参考图7A所讨论的，输入光被偏转为在总线下面以相反方向行进的两个光束(760、765)。在光束(760、765)遇到基于面积的分接头(730、750)时，它们被偏转到分接线中，并且遇到光阀(770、775)。如果特定输入/输出端口的光阀被打开，则来自每条总线的光被合并元件(702)合并。这重复若干级，直到合并的信号被传递到正确的输入/输出端口(706)。
该配置具有若干优点。通过将光从输入节点向左和向右发送，光损耗在整个结构上的分布更均匀。进一步地，在图7A和图7B所示的配置中，有一些实施例中，在光学结构中没有机械移动部件。例如，如果使用电镀铬或液晶技术来构建光阀，则由于不需要机械运动来配置或再配置光学结构，因此得到的光学结构可以更鲁棒。这些液晶开关也可以以几微秒的量级切换。
以上给出的示例仅仅是许多可能配置中的一种。例如，基于面积的分离器和光阀均可由移动镜面来替换。根据移动镜面的尺寸，切换时间可以在100纳秒的数量级。
设计光互连结构的一个挑战是，预算并减少行进通过***的光信号所经历的光学损耗。每次光信号遇到障碍或在其路径中中断，都会由于吸收和/或散射而导致一部分光损耗。虽然由于光在中空金属波导内部基本平行而使波导在每个交点处呈现出极小的光损耗，但仍然有一些损耗。一般来说，光信号遇到的元件越多，结构内的损耗就越高。进一步地，某些类型的元件会比其它元件引入更高的损耗。因此，为了减少光学损耗，可以期望减少光信号在光学结构内遇到的元件的总数目，并根据每个元件提供的益处权衡其使用。
图8A是示出两个中空金属波导(805、810)之间的简单交点的图。输入光束(800)从左面行进通过水平波导(805)，并遇到交点。输入光束(800)的一部分光能量作为散射光(815)被损耗。因此，出射光束(820)比输入光束(800)的强度低。
测量和建模已显示单个交点处的损耗可以相当小。例如，出射光束(820)的强度可以大约是输入光束(800)的强度的99％。然而，在光信号遇到大量交点的设计中，这种损耗可能变得相当大。例如，在图3A和图3B所示的光学结构中，对于每个计算元件，存在32条分接线。如果使用光学结构(300，图3B)互连16个计算元件，则可以显示，给定线路可能遇到多至512个交点。使用最差情况场景，在遇到512个交叉之后，出射光信号束的幅度仅是原始输入幅度的大约2％。减少这些损耗的一种方法是减少光学结构中波导交叉的数目。
图8B示出从左向右行进的输入光束(825)，其遇到合并器(835)。出射光束(830)被向上反射。根据一个示例性实施例，合并器(835)的传输率可以大约为75％到80％。因此，出射光束(830)的能量仅是输入光束(825)的能量的大约80％。
给定图8A中交点的传输率和图8B中合并器的传输率，则可以计算出各种光互连结构的光学效率。图9示出与图7A和图7B所示类似的光学多路复用器/信号分离器(900)的一部分。光信号从16个输入(905)路由通过光阀或MEMS交叉点(910)。信号通过穿过一系列合并器(915)被合并到连接至输入/输出端口(920)的单个分接头。
假设输入功率为+5dBm，波长为1550纳米，则穿过多路复用器/信号分离器(900)的信号的估计光学损耗在下表中给出：
表1
Figure BDA0000140904050000121
图10示出替代性光学多路复用器/信号分离器(1000)。光信号从16个输入(1005)路由通过光阀或MEMS交叉点(1010)。四个光阀将光信号从四个总线端口导引到单个分接线(1007)中。使用树形架构(1015)，来自两条分接线的光信号使用合并器被合并，然后再次被合并，从而形成被导向输入/输出端口(1020)的单个输出。与图9所示的光学多路复用器/信号分离器(900、图9)相比较，该光学多路复用器/信号分离器(1000)具有较少的两个合并器，但每个输入有32个波导交叉点。通过波导交叉点的传输率估计为78％。通过单个合并器的合并器传输率估计为78％。因此，通过波导交叉和两个连续合并器的总传输率估计为47％。
以上所述的光互连结构可以用在各种应用中。例如，图9和图10所示的多路复用器/信号分离器可以用在Clos网络中。图11是包括连接至光互连结构(1125)的多个刀片计算机(1105)的示例性计算机***(1100)的图。根据一个示例性实施例，有16个刀片计算机(1105)附接到光互连结构(1125)。光互连结构(1125)包括连接至总线(1130)的多个输入/输出端口(1115)。分接线(1120)连接至总线(1130)，并连接至交叉点开关(1110)。
多条分接线(1120)连接至刀片(1105)。根据一个示例性实施例，刀片(1105)通过具有16条发送线和16条接收线的PCI-E连接器连接至分接线(1120)，对于每个刀片，有总共32条线。为了清楚地图示，这些线路被示为连接至接收模块(Rx)和发送模块(Tx)的单条发送线和单条信号接收线。另外，为了清楚地图示，在图11中减少了刀片和线路的数目。光学结构(1125)可以具有多种配置中的任意配置，包括前述附图中所示的那些配置。
图12是描述用于创建和配置电路切换光互连结构的一种示例方法的流程图。第一步包括在背板上形成中空金属波导以创建光学交叉互连矩阵架构(步骤1200)。例如，第一组平行交叉互连矩阵可以是横贯背板长度的总线，而第二组平行交叉互连矩阵可以是与总线相交并连接至计算元件的分接线。
第二步包括将光学元件或光学元件的组合放置在每个交点处，以选择性地将光信号从总线导引到分接线中，或从分接线导引到总线中(步骤1210)。这些光学元件可以包括棱镜、镜面、光阀和其它光学元件。光学元件可以是动态的或无源的。根据一个示例性实施例，交叉中的光学元件中至少之一改变状态，从而将互连从贯通状态切换到交叉状态。
第三步包括将计算元件连接至光学结构(步骤1220)。例如，主计算装置或网络可以连接至总线，而多个其它计算装置可以连接至分接线。例如，总线可以连接至较大的计算网络或路由器，而分接线可以连接至多个刀片计算机元件。刀片计算机元件中的每一个可以连接至多条分接线。例如，每个刀片计算机元件可以使用用于入站通信的16条分接线和用于出站通信的16条分接线。在其它实施例中，计算装置可以使用用于双向通信的更多或更少的分接线。例如，计算装置可以使用双向方式的16条分接线。另外，计算装置可以在给定线路集合上使用用于双向通信的波分复用。
如上所述，总线端口可以连接在沿总线的多个位置。在某些实施例中，有利的是将总线端口放置在总线的一个末端处。在其它实施例中，总线端口可以附到总线的中心，并且在通过总线的两个方向上分配光信号。一般来说，总线端口在总线上的位置可以由多个因素来确定，包括：空间限制、连接限制、光学损耗预算或其它相关标准。
第四步包括在交叉互连矩阵光学结构内动态切换光学元件，以将期望的分接线连接至总线(步骤1230)。例如，动态切换光学元件可以包括分别地切换多个单独的元件，或使用单个激励器移动元件的块。举例但非限制来说，这种切换可以包括将固体潜望棱镜移动到总线的路径中，将镜面倾斜到总线的路径中，或打开光阀以允许光信号从总线到分接线中的传递。
第五步包括在分接线与总线之间导引光信号(步骤1240)。根据一个示例性实施例，来自多条分接线的光信号可以使用一系列合并器元件而连接至单条总线。附加地或可替代地，单条分接线可以同时连接至两条以上总线。
总之，以上所述的光互连结构具有多种优点，包括：成本低、非阻塞配置、功率低、多点传送和快速切换。本发明的各种实施例并不互相排斥。例如，交叉点开关、动态镜面、光阀和潜望棱镜可以混合在单个光学结构内。另外，可以单独地、彼此结合地或者彼此替换地使用各种光学元件。进一步地，以上所述的分接头路由实施例仅仅是示例性例子，并且可以被合并或修改，从而产生期望的路由。
呈现前述描述仅为了示出并描述这里所描述的原理的实施例和示例。本说明书并不意在穷尽，或将这些原理限制为这里所公开的任意确切形式。可以根据上述教导进行多种修改和变化。

Claims (14)

1.一种电路切换光互连结构（100），包括：
第一中空金属波导（115）；
第二中空金属波导（120），与所述第一中空金属波导（115）相交以形成交点（122）；
位于所述交点（122）内的光学元件（125），被配置为选择性地在所述第一中空金属波导（115）与所述第二中空金属波导（120）之间导引光信号；以及
多个光学合并器（915），所述多个光学合并器（915）将从多条第一中空金属波导提取的光信号合并到数目减少的第二中空金属波导中。
2.根据权利要求1所述的结构，进一步包括连接至所述第一中空金属波导（115）的光信号源（105）和光学连接至第二中空金属波导（120）的计算元件（330）。
3.根据以上权利要求中任一项所述的结构，其中所述光学元件（125）是被配置为在贯通状态和交叉状态之间同时切换多条光学路径的交叉点开关（200）。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述交叉点开关（200）包括：
具有多条贯通的中空金属波导（320）的第一层（310）；
具有多条交叉的中空金属波导（325）的第二层（305），被配置为将光信号从所述第一中空金属波导（115）偏转到所述第二中空金属波导（120）中，或从所述第二中空金属波导（120）偏转到所述第一中空金属波导（115）中；以及
介于所述第一层与所述第二层之间的间隔层（315）；
其中所述交叉点开关（200）被配置为容纳于包含所述第一中空金属波导（405）的背板（400）的插座（410）中，所述交叉点开关（200）被机械式激励，以将所述第一中空金属波导（405）与所述交叉点开关（200）的所述第一层（305）和所述第二层（310）中的中空金属波导（320、325）之一对准。
5.根据权利要求1或2所述的结构，其中所述光学元件（125）包括选择性地将光信号从所述第一中空金属波导（515）导向所述第二中空金属波导（520）的潜望棱镜（527），所述潜望棱镜（527）被机械式激励，因而其能够选择性地延伸到所述第一中空金属波导（515）的光学路径中和从所述第一中空金属波导（515）的光学路径中撤出。
6.根据权利要求5所述的结构，其中所述潜望棱镜（525）通过在所述光学路径中***第一表面（535）将所述光信号从所述第一中空金属波导（115）重路由到第二中空金属波导（520），所述第一表面（535）向上导引进入的光信号；第二表面（540）水平地且以与进入的光信号成大约90度角地导引所述光信号。
7.根据权利要求1或2所述的结构，其中所述光学元件（125）包括放置在所述第一中空金属波导（515）内的动态镜面（605）；所述动态镜面（605）具有允许光信号基本不受阻止地穿过所述第一中空金属波导（515）的第一状态，以及将所述光信号从所述第一中空金属波导（515）重导向相交的第二中空金属波导（520）的第二状态。
8.根据权利要求1或2所述的结构，其中穿过第一中空金属波导（705）的光信号以无源方式被分配到所有相交波导（715、720、785）。
9.根据权利要求8所述的结构，其中尺寸逐渐增大的基于面积的光学反射器（730、735、745、750）被安放在每个交点中，所述基于面积的光学反射器在光源（755）附近最小，从而在相交波导间产生基本相等的功率分配。
10.根据权利要求9所述的结构，进一步包括位于每个交点附近的光阀（770、775、780）；所述光阀（770、775、780）被配置为选择性地允许和选择性地阻止进入所述中空金属波导（705）的光信号行进到相交波导（715、720、785）中。
11.根据权利要求1或2所述的结构，其中单条第二中空金属波导（1007）被配置为接收从多条第一中空金属波导（115）偏转的光信号。
12.根据权利要求1或2所述的结构，进一步包括总线端口（105、710），所述总线端口（105、710）连接至多条第一中空金属波导（115、708）并产生穿过所述多条第一中空金属波导（115、708）的光信号。
13.根据权利要求12所述的结构，其中所述总线端口（105、710）在所述多条第一中空金属波导（115、708）的中点附近光学连接至所述多条第一中空金属波导（115、708），由所述总线端口（105、710）产生的光信号在所述多条中空金属波导（115、708）的长度下方被导向相反的方向。
14.根据权利要求1所述的结构，进一步包括连接至所述结构（1125）的计算元件（1105），所述计算元件（1105）具有被配置为通过多个光学元件（1110）选择性连接至所述结构的专用光学输入和光学输出线。
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