CN104604169B - 用于信息和通信技术***的基于波长的光功率提供 - Google Patents

Abstract

通过向单个光纤上复用不同波长的多个连续波光束作为复用的光源并且在耦合到光纤的光子单元处基于波长来解复用该复用的光源以恢复连续光波束来提供基于波长的光功率提供。由光子单元将恢复的连续波光束拆分成多个光束，每个光束具有与恢复的连续波光束之一相同的波长和相同或者更低的功率，从而光子单元生成的光束中的至少一个光束具有比该光子单元生成的其它光束更高的功率。

Description

用于信息和通信技术***的基于波长的光功率提供

技术领域

本发明主要地涉及信息和通信技术***并且更具体地涉及用于信息和通信技术***的基于波长的光功率提供。

背景技术

用于常规信息和通信技术(ICT)***的底盘(chassis)包括线卡，该线卡通常具有通过光接口使能的分离模块。该模块可以被光学互连以建立超高速数据交换链路。通过外部激光器阵列经由光前板来使能线卡上的用于光信道的光源提供。该前板被配备光I/O(输入/输出)端口用于聚合的光信道。每个线卡被***电学背板中以访问背板低速控制单元、功率管理和功率供应。经由光前板来使能高速数据传输。来自前板的光I/O信道可以经由光纤线缆被连接到相同底盘中的另一线卡，或者被连接到该底盘中的光交叉连接(OXC)。OXC单元中的附加端口可以建立底盘间的光学互连。基于***链路要求，应当设计光I/O信道以在各种分级级别上进行互连，比如在相同线卡上模块到模块、在相同底盘中线卡到线卡、在相同底盘中线卡到OXC(光交叉连接单元)到线卡，以及底盘到底盘。到达范围可以从毫米(mm)到公里(km)变化。

就***成本、功率消耗和可扩展性考虑而言，优选地最小化光学放大器在这样的***中的使用。因而，光链路功率预算是视每个具体互连要求而定的因素，该具体互连要求通常受光纤和波导传播损耗、光子器件***损耗、比如耦合器和调制器以及在中间路由器和交换机中的附加损耗所限制，通常，具有更多光子器件的更长到达范围的链路具有更高的光损耗并且需要更高链路预算。

基于硅光子的光学互连对于ICT***赋予各种优点。然而，高密度线卡上的热问题对于电子器件和光子器件的单片集成是一大顾虑。从***部署和维护观点来看，高效设备安装过程、设备更换和冗余性要求支持将外部激光阵列作为光源提供解决方案。另外，由于光纤、波导以及其它无源和有源光子器件所引起的传播和***损耗，用于不同类型的互连的光链路预算可以从0到30dB变化。对于很短链路使用过高功率光源既不必要又不成本有效。在另一方面，应当对于每个链路满足最小功率预算。优选对于不同光互连场景使用标准的集成激光器阵列以实现功率高效和成本有效的解决方案。

标准的集成激光器阵列可以满足不同光互连场景的需要。然而，使用具有相同波长的同构激光器阵列需要大量光纤和连接器用于光提供和互连。这样的***中的另一约束是仅能用网状拓扑网络或者有源光交换器件来实现交换机/路由器。因而，部件计数、安装/维护成本和功率消耗随着互连的模块和线卡的数目逐步升高，这对于高容量***变得有问题。因此，希望一种在ICT***中使用标准的集成激光器阵列的到达范围自适应的功率提供解决方案。

发明内容

这里描述的实施例提供一种基于互连范围和规模调整个别信道功率提供的基于WDM(波分复用)的光源分布方案。WDM显著地提高***连通性，因为一个光纤/波导可以同时输送具有不同波长的多个信道。另外，成本有效硅光子器件和多波长激光器阵列的集成使能基于WDM的短到达范围互连，从而提供增加的***容量并且降低***成本。通过使用无源器件、比如阵列式波导光栅路由器(AWGR)，WDM也来使能依赖于波长的路由。在一个实施例中，提供包括解复用器和用于每个波长的功率分配器(splitter)的光子单元。根据在指明的波长处的所需链路预算向每个信道供应光功率，从而产生一种成本有效和功率高效光分布解决方案。也提供一种基于波长的路由方案用于模块到模块、线卡到线卡和底盘到底盘互连。

根据底盘的一个实施例，底盘包括光源和光子单元。光源可操作用于向单个光纤上复用不同波长的多个连续波光束作为复用的光源。光子单元包括光解复用器和多个光分配器。光解复用器可操作用于基于波长来解复用在光纤之上输送的复用的光源以恢复连续波光束。每个光功率分配器可操作用于从光解复用器输入恢复的连续波光束之一，并且以与向该光分配器输入的光束相同的波长和相同或者更低的功率输出一个或者多个光束，从而光分配器输出的光束中的至少一个光束具有比该光分配器输出的其它光束更高的功率。底盘还可以包括比如AWGR的光部件，用于基于波长在相同卡上或者卡外的光子单元之间路由光束。

根据一种基于波长的光功率提供的方法的一个实施例，该方法包括：向单个光纤上复用不同波长的多个连续波光束作为复用的光源；在耦合到光纤的光子单元处基于波长来解复用该复用的光源以恢复连续波光束；并且光子单元将恢复的连续波光束拆分成多个光束，每个光束具有与恢复的连续波光束之一相同的波长和相同或者更低的功率，从而光子单元生成的光束中的至少一个光束具有比光子单元生成的其它光束更高的功率。该方法还可以包括通过比如AWGR的光部件基于波长在相同卡上或者卡外的光子单元之间引导光束。

本领域技术人员将在阅读以下具体描述时以及在查看附图时认识附加特征和优点。

附图说明

附图的要素未必相对于彼此按比例。相似标号标示对应相似部分。各种所示实施例的特征可以被组合，除非它们相互排斥。在附图中描绘并且在以下描述中具体描述实施例。

图1是在ICT***中提供基于波长的光功率提供和依赖于波长的路由的底盘的一个实施例的图。

图2是ICT***中的基于波长的光功率提供的方法的一个实施例的流程图。

图3是在ICT***中提供基于波长的光功率提供的具有解复用器和多个光分配器的光子单元的一个实施例的图。

图4是在ICT***中提供基于波长的光功率提供和依赖于波长的路由的、具有解复用器和多个光分配器的光子单元的一个实施例的图。

图5是用于基于波长提供功率并且路由光信号的、在相同卡上的多个光子单元的一个实施例的图。

图6是在ICT***中提供基于波长的光信号路由的AWGR的一个实施例的图。

图7是基于波长从多个光模块向不同长度链路路由光信号的AWGR的一个实施例的图。

具体实施方式

作为非限制示例，图1图示用于在ICT***中使用的底盘100的一个实施例。底盘100包括线卡102，这些线卡具有通过光接口106使能的分离模块104。模块104可以被光学互连以建立超高速数据交换链路。通过在底盘100中包括的激光器阵列110使能用于线卡102上的光信道108的光源提供。每个激光器阵列110作为光源工作，并且包括多个连续波(CW)激光器和WDM复用器，该WDM复用器可操作用于向单个光纤上复用由激光器生成的不同波长的CW光束作为复用的光源(图2的步骤200)。每个线卡102具有配备有用于聚合的光信道的光I/O(输入/输出)端口116、118的光前板114。每个线卡102被***到电背板120中以访问背板低速控制单元、功率管理和功率供应(未示出)。经由光前板114使能高速数据传输。可以经由光纤线缆122将来自前板114的光I/O信道连接到相同底盘100中的另一线卡102或者连接到底盘100中的光交叉连接(OXC)单元124。OXC单元124中的一些端口126建立底盘内光互连而其它端口支持底盘间光互连。底盘100的光I/O信道可以在各种分级级别上形成互连、比如相同线卡102上的模块到模块、相同底盘100中的线卡到线卡、相同底盘100中的线卡到OXC单元到线卡和底盘到底盘。

底盘100实施一种基于互连范围和规模调整个别信道功率提供的基于WDM的光源分布方案。为此，底盘100包括多个光子单元128，这些光子单元基于波长调整个别信道功率提供，从而底盘100可以支持不同互连范围和规模。每个光子单元128包括可操作用于基于波长对光纤之上输送的复用的光源进行解复用以恢复CW光束(图2的步骤210)的光WDM解复用器127。每个光子单元128也包括多个光功率分配器129。每个光分配器129可操作用于从光解复用器127输入恢复的CW光束之一并且以与向该光分配器129输入的光束相同的波长和相同或者更低的功率输出一个或者多个光束，从而光分配器129输出的光束中的至少一个光束具有比该光分配器129输出的其它光束更高的功率(图2的步骤220)、由此提供一种基于互连范围和规模调整个别信道功率提供的、基于波长的光源分布方案。

图3图示光子单元128的一个实施例。根据这一实施例，光子单元128与线卡102的模块104集成。波导108将复用的光源从线卡102的前板114的输入端口116输送到光子单元128。例如线卡102在图3中具有四个模块104。四个输入光纤108’向相应光子单元128输送复用的光源的不同波长分量(例如λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8)用于光功率提供。当然，线卡102可以包括多于或者少于四个模块104。

在每种情况下，根据这一实施例在每个模块104上包括光子单元128。每个光子单元128的解复用器127基于波长分离(解复用)该复用的光源，并且向专用功率分配器129转发每个波长分量。每个分配器129的功率拆分比可根据链路预算被编程。在这一具体示例中，前六个波长(λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6)被保留用于内部模块到模块互连，并且按照输入功率的比率1/4来拆分。波长λ7和λ8被保留用于具有更高链路预算的线卡到线卡和底盘到底盘互连，并且分别具有拆分比1/2和1。一般而言，光分配器129中的至少一个光分配器以与向该光分配器129输入的光束相同的波长和功率输出单个更高功率光束用于较长到达范围光通信(例如线卡到线卡或者底盘到底盘)，并且光分配器129中的其余光分配器的每一个以与向该光分配器129输入的光束相同的波长和更低的功率输出多个更低功率光束用于较短到达范围光通信(例如模块到模块)。可以根据波长来改变或者重新配置每个光分配器129输出的光束的功率和数目，例如通过改变在分配器129中包括的耦合波导的折射率、改变用于分配器波导中的相邻分配器波导的耦合长度和/或改变在分配器波导中的相邻分配器波导之间的耦合间隙。取代与线卡102上的模块104集成，光子单元128可以与激光器阵列110集成或者作为分离部件，如图1中的虚线所示。

图4图示一个示例实施例，其中使用波长(例如低功率波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6)用网状拓扑互连相同线卡102上的模块104。对于这一配置，可以在每两个模块104之间建立共计24个I/O信道140。在这一实施例中保留波长λ7用于线卡到线卡互连，并且对于每个模块104可以建立最大数目为2个的I/O信道142用于在卡前板114的输出端口118之上输出。无功率拆分(全功率)的波长λ8在这一实施例中专用于支持具有最高链路预算的用于最长到达范围的I/O信道144、比如底盘到底盘互连。以上描述的示例功率拆分和波长管理不是排他性的，并且可以根据需要定制每个线卡102。然而来自激光器阵列110的外部光源提供对于每个线卡102是相同的。阵列110内的若干激光器单元如果未被使用则可以被去激活以节省功率。该波长中的一些波长或者附加波长也可以被用于冗余性。功率分配器129可以是可重配置的，用于功率重分布和管理灵活性。

图5图示相同线卡102上的光子单元128的一个实施例，这些光子单元用于基于波长不同地提供光功率，从而一个光子单元128的光分配器129之一输出的最高功率光束具有与相同线卡102上的不同光子单元128的光分配器129之一输出的最高功率光束不同的波长。在这一示例实施例中，提供八个波长旋转和功率拆分模式。在这一示例中，每个模块104可以具有不同的传出/传入信道波长分布，以有助于基于波长的路由。例如光子单元1将波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6各自拆分成1/4功率的四个波束，每个波束用于短到达范围光通信、将波长λ7拆分成1/2功率的两个波束，每个波束用于中等到达范围光通信，以及将波长λ8拆分成用于长到达范围光通信的全(输入)功率的单个波束。光子单元2将波长λ2、λ3、λ4、λ5、λ6和λ7各自拆分成1/4功率的四个波束，每个波束用于短到达范围光通信、将波长λ8拆分成1/2功率的两个波束，每个波束用于中等到达范围光通信，以及将波长λ1拆分成用于长到达范围光通信的全(输入)功率的单个波束，等等。以这种方式，在波长之上分布功率提供。在每个光子单元128中包括的功率分配器129可以是基于到达范围和所需的信道数目而可重配置的。

除了基于波长提供信道功率提供之外，光子单元128也可以如图4中所示基于波长在不同距离上路由光束。例如光分配器129输出的每个更高功率光束可以被路由到线卡102外，例如路由到相同底盘100内的另一线卡102，或者路由到不同底盘100中的线卡102。光分配器129输出的每个更低功率光束被路由到相同线卡102上的另一光子单元128。基于波长完成这一光信号路由。为此，光子单元128也包括用于基于波长在相同线卡102上或者线卡102外的光子单元128之间引导光束的光部件。在一个实施例中，光部件是从相同线卡102上的每个光子单元128提供单个干线的1xN光复用器。在另一实施例中，光部件是基于波长在相同线卡102上或者线卡102外的光子单元128之间路由光束的阵列式波导光栅路由器(AWGR)。

AWGR是可以基于波长从给定的输入端口向指明的输出端口路由光束的无源器件。可以通过将阵列式波导(AWG)的自由频谱范围设计为信道间距的N倍来实现N×N AWGR。N×N AWGR具有均匀损耗循环频率性质，该性质可以被利用用于依赖于波长的路由。

图6图示AWGR 300的一个实施例，该AWGR 300被实施为支持本文先前描述的八个波长示例(λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8)。一般而言，AWGR 300可以支持多于或者少于八个波长。在每种情况下，AWGR 300具有多个输入端口302和多个输出端口304。AWGR300在输入与输出端口302、304之间路由光束，从而一个或者多个波长传入每个输入端口302而一个或者多个波长传出每个输出端口304。AWGR 300基于波长控制在输入与输出端口302、304之间的路由。例如在图6中，AWGR 300从输入端口1向输出端口1、从输入端口2向输出端口8、从输入端口3向输出端口7等路由波长λ1。AWGR 300从输入端口1向输出端口2、从输入端口2向输出端口1、从输入端口3向输出端口8等路由波长λ2，并且对于输入端口302、输出端口304和波长的每个组合以此类推。AWGR 300的每个输出端口304从相同线卡102上的不同光子单元128提供具有相等信道功率和不同波长的光链路。

图7图示一个实施例，其中AWGR 300的每个输出(右侧)端口从不同模块104提供具有相等信道功率水平、包含不同波长的链路400。虽然来自相同传出链路(光纤)400的所有信道(波长元素)具有相同功率水平，但是每个链路400的功率水平可以通过光子单元128的功率分配器129进行调节，例如如图5中所示，以考虑每个链路到达范围要求，从而每个光子单元128输出的一些波长是更低功率的而相同光子单元128输出的其它波长是更高功率的。AWGR300如以上描述的那样基于波长、输入端口和输出端口来路由光信号，从而相同更低功率的所有波长被组合和保留用于内部模块到模块互连，而相同更高功率的所有波长被组合和保留用于外部模块到模块和/或底盘到底盘互连。在另一实施例中，可以使用具有相同或者不同数目的端口的多于一个AWGR以便提供更高容量和更灵活的依赖于波长的路由方案。在另一实施例中，可以使用1×N复用器(MUX)而不是AWGR，以便从每个MUX单元提供单个干线。在每个实施例中，在接收器侧提供解复用器以分离每个信道(波长)。因而，多个波长光源、可变功率分配器和AWGR的使用可以提供一种通用和灵活的、基于波长的、到达范围自适应的光功率提供解决方案。

诸如“第一”、“第二”等的术语被用来描述各种元素、区域、分节等，而不旨在于限制。相似术语贯穿说明书指代相似要素。

如本文所用，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，这些开放式术语指示存在所陈述的要素或者特征、但是不排除附加要素或者特征。除非上下文另有明示，冠词“一个/一种”和“该”则旨在于包括复数以及单数。

将理解除非另有明示，本文描述的各种实施例的特征可以被相互组合。

虽然本文已经图示和描述具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，多种备选和/或等效实现方式可以替换所示出和描述的具体实施例而不脱离本发明的范围。本申请旨在于覆盖这里本文讨论的具体实施例的任何适配或者变形。因此旨在于本发明仅受权利要求及其等效物所限制。

Claims (20)

1.一种底盘(100)，包括：

光源(110)，可操作用于向单个光纤上复用不同波长的多个连续波光束作为复用的光源；以及

光子单元(128)，包括：

光解复用器(127)，可操作用于基于波长对在所述光纤上输送的所述复用的光源进行解复用以恢复所述连续波光束；以及

多个光功率分配器(129)，每个光功率分配器可操作用于从所述光解复用器输入所恢复的连续波光束之一并且以与向该光功率分配器输入的光束相同的波长和相同或者更低的功率输出一个或者多个光束，并且由所述光功率分配器输出的所述光束中的至少一个光束具有比所述光功率分配器输出的其它光束更高的功率。

2.根据权利要求1所述的底盘(100)，还包括耦合到所述光纤并且可操作用于向所述光子单元(128)输送所述复用的光源的波导(108)。

3.根据权利要求1所述的底盘(100)，其中所述光功率分配器(129)中的至少一个光功率分配器可操作用于以与向该光功率分配器输入的所述光束相同的波长和功率输出单个更高功率光束，并且所述光功率分配器(129)中的其余光功率分配器的每个可操作用于以与向该光功率分配器输入的所述光束相同的波长和比其更低的功率输出多个更低功率光束。

4.根据权利要求3所述的底盘(100)，其中所述光功率分配器(129)中的其余光功率分配器之一可操作用于输入所恢复的连续波光束之一并且以与向该光功率分配器输入的所述光束相同的波长和功率的一半输出两个更低功率光束。

5.根据权利要求3所述的底盘(100)，其中所述光功率分配器(129)中的其余光功率分配器之一可操作用于输入所恢复的连续波光束之一并且以与向该光功率分配器输入的所述光束相同的波长和功率的四分之一输出四个更低功率光束。

6.根据权利要求1所述的底盘(100)，其中所述光功率分配器(129)可重新配置，从而可以根据波长来改变由每个光功率分配器(129)输出的所述光束的功率和数目。

7.根据权利要求1所述的底盘(100)，其中所述光子单元(128)被设置在卡(102)上并且可操作用于基于波长将所述光功率分配器(129)输出的所述光束中的一个或者多个更高功率光束路由到所述卡(102)外，以及将所述光功率分配器(129)输出的所述光束中的一个或者多个更低功率光束路由到相同卡(102)上的另一光子单元(128)。

8.根据权利要求7所述的底盘(100)，其中所述相同卡(102)上的所述光子单元(128)可操作用于基于波长不同地提供光功率，从而一个光子单元(128)的所述光功率分配器(129)之一输出的最高功率光束具有与所述相同卡(102)上的不同光子单元(128)的所述光功率分配器(129)之一输出的最高功率光束不同的波长。

9.根据权利要求7所述的底盘(100)，还包括光部件，所述光部件可操作用于基于波长在所述相同卡(102)上或者所述卡(102)外的光子单元(128)之间引导光束。

10.根据权利要求9所述的底盘(100)，其中所述光部件是可操作用于从所述相同卡(102)上的每个光子单元(128)提供单个干线的1xN光复用器。

11.根据权利要求9所述的底盘(100)，其中所述光部件是可操作用于基于波长在所述相同卡(102)或者所述卡(102)外的光子单元(128)之间路由光束的阵列式波导光栅路由器(AWGR)。

12.根据权利要求11所述的底盘(100)，其中所述AWGR具有多个输入端口和多个输出端口并且在所述输入端口与所述输出端口之间路由光束，从而一个或者多个波长传入每个输入端口并且一个或者多个波长传出每个输出端口，并且其中所述AWGR可操作用于基于波长控制在所述输入端口与所述输出端口之间的路由。

13.根据权利要求12所述的底盘(100)，其中所述AWGR的每个输出端口可操作用于提供光链路，所述光链路具有相等信道功率和来自所述相同卡(102)上的不同光子单元(128)的不同波长。

14.一种基于波长的光功率提供的方法，包括：

向单个光纤上复用不同波长的多个连续波光束作为复用的光源(200)；

在耦合到所述光纤的光子单元(128)处基于波长来解复用所述复用的光源以恢复所述连续波光束(210)；以及

由所述光子单元将所恢复的连续波光束拆分成多个光束，每个光束具有与所恢复的连续波光束之一相同的波长和相同或者更低的功率，并且所述光子单元所生成的所述光束中的至少一个光束具有比所述光子单元生成的其它光束更高的功率(220)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述光子单元(128)被设置在卡(102)上，所述方法还包括基于波长将所述光子单元(128)生成的所述光束中的一个或者多个更高功率光束路由到所述卡(102)外以及将所述光子单元(128)生成的所述光束中的一个或者多个更低功率光束路由到相同卡(102)上的另一光子单元(128)。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括基于波长不同地提供光功率，从而所述卡(102)上的一个光子单元(128)生成的最高功率光束具有与所述相同卡(102)上的不同光子单元(128)生成的最高功率光束不同的波长。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括基于波长在所述相同卡(102)上或者所述卡(102)外的光子单元(128)之间引导光束。

18.根据权利要求17所述的方法，其中由阵列式波导光栅路由器(AWGR)基于波长在所述相同卡(102)上或者所述卡(102)外的光子单元(128)之间引导所述光束。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述AWGR的多个输入端口与输出端口之间路由光束，从而一个或者多个波长传入每个输入端口并且一个或者多个波长传出每个输出端口，并且其中所述AWGR基于波长控制在所述输入端口与所述输出端口之间的路由。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括经由所述AWGR提供光链路，所述光链路具有相等信道功率和来自所述相同卡(102)上的不同光子单元(128)的不同波长。