專利名稱：光學(xué)使能的廣播總線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)器件，并且尤其涉及光學(xué)廣播總線。
背景技術(shù)：
典型的電子廣播總線由互連節(jié)點(diǎn)的信號(hào)線的集合構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)可以是處理器、存儲(chǔ) 器控制器、刀片系統(tǒng)的刀片服務(wù)器、多核處理單元中的核、電路板、外部網(wǎng)絡(luò)連接。廣播總線 允許節(jié)點(diǎn)向計(jì)算系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)廣播諸如指令、地址和數(shù)據(jù)的消息。與總線進(jìn)行電通信的任何 節(jié)點(diǎn)能夠接收從其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息。但是，電子廣播總線的性能和可擴(kuò)展性受到帶寬、等 待時(shí)間和功耗問題的限制。隨著更多節(jié)點(diǎn)被添加到系統(tǒng)，更可能發(fā)生影響帶寬的行為以及 對(duì)于更長(zhǎng)互連的需要，這增加了等待時(shí)間。帶寬和等待時(shí)間通過更多資源得到滿足，這導(dǎo)致 功率的增加。特別地，電子廣播總線易于較大并消耗相對(duì)大量的功率，并且在一些情況下擴(kuò) 展對(duì)性能會(huì)是有害的。因此，期望一種呈現(xiàn)出低等待時(shí)間且高帶寬的可擴(kuò)展廣播總線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種光學(xué)多處理總線。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)廣播總線 包括轉(zhuǎn)發(fā)器；扇入總線，其光學(xué)地耦合到多個(gè)節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)器；以及扇出總線，其光學(xué)地耦 合到所述節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)器。所述扇入總線被配置為接收來自每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)并發(fā)射光信號(hào) 到轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器重新生成光信號(hào)。所述扇出總線接收從所述轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的所重新生成的 光信號(hào)并將所重新生成的光信號(hào)分發(fā)到所述節(jié)點(diǎn)。所述轉(zhuǎn)發(fā)器也能夠通過一次授權(quán)一個(gè)節(jié) 點(diǎn)接入扇入總線而用作仲裁器。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的光學(xué)多處理總線的示意性表示。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的束分離器的示意性表示。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、圖1中所示的光學(xué)多處理總線的扇出總線如何 向計(jì)算系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分發(fā)光功率。圖IBB示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、圖1中所示的光學(xué)多處理總線的扇入總線如何 向轉(zhuǎn)發(fā)器提供從計(jì)算系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)輸出的等量光功率。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、被配置為具有匹配的延遲的光學(xué)多處理總線的 示意性表示。圖5A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的示意性表示。圖5B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的示意性表示。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一對(duì)稱光學(xué)多處理總線。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二對(duì)稱光學(xué)多處理總線。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第三對(duì)稱光學(xué)多處理總線。
圖9A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一分離器/組合器的示意性表示。圖9B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二分離器/組合器的示意性表示。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種光學(xué)多處理廣播總線，其中每個(gè)光學(xué)多處理廣播總 線由扇入總線和扇出總線構(gòu)成。所述扇入總線和扇出總線通過轉(zhuǎn)發(fā)器連接。由節(jié)點(diǎn)生成的 光信號(hào)被發(fā)送到扇入總線上的轉(zhuǎn)發(fā)器，在此處，光信號(hào)被重新生成并廣播到扇出總線上的 所有節(jié)點(diǎn)。轉(zhuǎn)發(fā)器還能夠用作仲裁器，所述仲裁器一次授權(quán)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入扇入總線。光學(xué) 多處理總線可以被配置用于對(duì)稱多處理，其中，總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠訪問附接到總線上 的每個(gè)其他節(jié)點(diǎn)或與之通信。通過使用光學(xué)分接頭來使能光學(xué)多處理總線，所述光學(xué)分接 頭在扇出總線上的節(jié)點(diǎn)之間均等地分發(fā)光功率，并確保將基本等量的光功率從扇入總線上 的每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)器。為了簡(jiǎn)潔和簡(jiǎn)單，下面參考具有四個(gè)和八個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說明系統(tǒng)實(shí)施 例。但是，本發(fā)明的實(shí)施例不意圖受此限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將立即認(rèn)識(shí)到，能夠向上擴(kuò)展 光學(xué)多處理總線實(shí)施例以提供用于由任何數(shù)量的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光學(xué)通信。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的光學(xué)多處理總線100的示意性表示。光學(xué)總 線100包括扇入總線102、扇出總線104和轉(zhuǎn)發(fā)器106。扇入總線102包括反射鏡108和 110以及三個(gè)光學(xué)分接頭111-113。扇出總線104包括反射鏡114和116以及三個(gè)光學(xué)分 接頭118-120。標(biāo)記為0到3的四個(gè)節(jié)點(diǎn)被布置在扇入總線102與扇出總線104之間。節(jié) 點(diǎn)能夠是處理器、存儲(chǔ)器控制器、刀片系統(tǒng)的刀片服務(wù)器、多核處理單元組、電路板、外部網(wǎng) 絡(luò)連接或任何其他數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)或傳輸裝置的任意組合。節(jié)點(diǎn)0-3包括電光轉(zhuǎn)換器(未示 出)，其將在每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)生成的電子數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，所述光信號(hào)通過扇入總線102 被發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)器106。節(jié)點(diǎn)0-3還包括光電轉(zhuǎn)換器(未示出)，其將由轉(zhuǎn)發(fā)器106通過扇出總 線104發(fā)送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)信號(hào)，所述電子數(shù)據(jù)信號(hào)能夠通過節(jié)點(diǎn)0-3進(jìn)行處理。如圖1的示例中所示，方向箭頭表示光信號(hào)沿著扇入總線102和扇出總線104的 光學(xué)通信路徑傳播的方向。術(shù)語“光學(xué)通信路徑”表示光學(xué)互連以及通過自由空間傳輸?shù)?光。光學(xué)互連可以是由具有空芯的管構(gòu)成的中空波導(dǎo)。形成中空波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)管可以具有折 射率大于1或小于1的內(nèi)芯材料。所述管道可以由適當(dāng)?shù)慕饘?、玻璃或塑料?gòu)成，以及可以 在管道的內(nèi)表面上沉積金屬和電介質(zhì)膜。中空波導(dǎo)能夠是具有高反射性金屬涂層作為芯的 內(nèi)表面的襯里的中空金屬波導(dǎo)?？招灸軌蚓哂袌A形、橢圓形、正方形、矩形或適于引導(dǎo)光的 任何其他形狀的截面形狀。因?yàn)椴▽?dǎo)是中空的，光信號(hào)能夠以大約為1的有效指數(shù)沿著中 空波導(dǎo)的芯行進(jìn)。換句話說，光以空氣或真空中的光速沿中空波導(dǎo)的芯傳播。轉(zhuǎn)發(fā)器106是光-電-光轉(zhuǎn)換器，其接收從反射鏡108反射出的光信號(hào)，重新生成 光信號(hào)，并且然后將重新生成的光信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到反射鏡114。轉(zhuǎn)發(fā)器106能夠用于克服由自由 空間或光學(xué)互連損耗導(dǎo)致的衰減。除了增強(qiáng)光信號(hào)之外，轉(zhuǎn)發(fā)器106還能夠用于去除光信 號(hào)中的噪聲或不想要的方面。由轉(zhuǎn)發(fā)器106產(chǎn)生的光功率的量是由附接到扇出總線的節(jié)點(diǎn) 的數(shù)量、系統(tǒng)損耗和接收器靈敏度來確定的。換句話說，轉(zhuǎn)發(fā)器106能夠用于生成具有足夠 光功率以到達(dá)所有節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器106還包括仲裁器，該仲裁器通過采用防止兩個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)同時(shí)使用扇入總線102的仲裁方案來解決沖突。在很多情況下，由轉(zhuǎn)發(fā)器106執(zhí)行的仲裁依賴于計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)性能的關(guān)鍵路徑。在沒有仲裁的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)器106會(huì)接收來自相同光學(xué)通信路徑上 的多于一個(gè)節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)，其中，所述光信號(hào)在轉(zhuǎn)發(fā)器106處組合并且變得難以辨認(rèn)。仲裁 器確保在能夠使用扇入總線102之前，節(jié)點(diǎn)必須被授權(quán)允許使用該扇入總線102，以便防止 去往轉(zhuǎn)發(fā)器106的同時(shí)的光信號(hào)傳輸。仲裁精確且快速并且必須隨著多個(gè)節(jié)點(diǎn)添加到總線 100而進(jìn)行擴(kuò)展也是關(guān)鍵的。仲裁能夠由仲裁器使用公知的光學(xué)的或電子的、基于令牌的仲 裁方法來執(zhí)行。例如，仲裁器能夠分發(fā)表示對(duì)扇入總線102的排他接入的令牌。擁有令牌 的節(jié)點(diǎn)在特定時(shí)期內(nèi)具有對(duì)扇入總線102的排他接入。當(dāng)節(jié)點(diǎn)完成對(duì)扇入總線102的使用 時(shí)，該節(jié)點(diǎn)可以負(fù)責(zé)更換令牌以便其他節(jié)點(diǎn)能夠接入該扇入總線102。通過扇入總線102和扇出總線104由節(jié)點(diǎn)0_3廣播的光信號(hào)能夠采用包括報(bào)頭的 分組的形式。每個(gè)報(bào)頭標(biāo)識(shí)特定節(jié)點(diǎn)作為光信號(hào)所承載的數(shù)據(jù)的目的地。所有節(jié)點(diǎn)通過扇 出總線104接收光信號(hào)。但是，因?yàn)槊總€(gè)分組的報(bào)頭識(shí)別特定節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)的目的地，因此 只有被報(bào)頭標(biāo)識(shí)的節(jié)點(diǎn)才實(shí)際上接收光信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行操作。其他節(jié)點(diǎn)也接收光信號(hào)，但 是因?yàn)樗鼈兾幢粓?bào)頭標(biāo)識(shí)，因此它們將所述光信號(hào)丟棄。扇出總線104的光學(xué)分接頭被配置為在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間近似均等地分發(fā)光功率。通 常，光學(xué)分接頭被配置為將從轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的光信號(hào)的總光功率的大約1/n轉(zhuǎn)移到每個(gè)節(jié) 點(diǎn)，其中，η是節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。扇入總線的光學(xué)分接頭被配置為使得轉(zhuǎn)發(fā)器從扇入總線上的每 個(gè)節(jié)點(diǎn)接收等量的光功率。換句話說，光學(xué)分接頭被配置在扇入總線內(nèi)，以便轉(zhuǎn)發(fā)器從每個(gè) 節(jié)點(diǎn)接收總光功率輸出的大約1/η。束分離器是一種能夠用于扇入總線和扇出總線中的光學(xué)分接頭。圖2示出根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例配置的束分離器202的示意性表示。用B、標(biāo)識(shí)的束分離器202被配置為根 據(jù)下式來反射輸入到該束分離器202的光信號(hào)功率P 204的一部分
其中，理想地，Rm+Tm=l，以及m是表示沿著扇入總線和扇出總線的光學(xué)通信路徑定位的 束分離器的整數(shù)，從而1彡m彡n-1，1表示被定位得最接近轉(zhuǎn)發(fā)器的束分離器，以及n-1表 示被定位得最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)發(fā)器的束分離器。因此，束分離器B、202接收具有光功率P 204的 光信號(hào)，輸出具有光功率PRm 206的反射部分，并且輸出具有光功率PTm 208的透射部分，其 中，P=PRm+PTm。 如圖1的示例中所示，扇入總線102內(nèi)所使用的束分離器8513&和路3與扇出總 線104內(nèi)所使用的束分離器是相同的，但是，扇入總線102的束分離器111-113被定向?yàn)槭?得轉(zhuǎn)發(fā)器106從扇入總線102上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收等量的光功率，并且束分離器118-120被 定向?yàn)橛靡栽诠?jié)點(diǎn)0-3之中近似均等地分發(fā)從轉(zhuǎn)發(fā)器106輸出的光信號(hào)的光功率。特別 地，根據(jù)上述的反射比Rm和透射比Tm，束分離器BS1具有為1/4的R1和為3/4的T1, BS2具 有為1/3的R2和為2/3的T2,以及具有為1/2的R3和為1/2的T3。圖3Α示出了如何 配置和定向扇出總線104的束分離器BS1 118, BS2 119以及120以便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的
(η — m +1)
并根據(jù)下式透射光信號(hào)功率P 204的一部分光信號(hào)的光功率是Po/4，其中，P0是從轉(zhuǎn)發(fā)器106輸出的光信號(hào)的功率。圖:3B示出如何配 置和定向扇入總線102的束分離器BS1 111, BS2 112和路3 113以便轉(zhuǎn)發(fā)器106所接收的 光信號(hào)的光功率為大約P74，其中，P'是從節(jié)點(diǎn)0-3中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出的光信號(hào)的功率。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的、具有匹配的延遲的光學(xué)多處理總線400的 示意性表示。光學(xué)總線400與圖1中所示的總線100幾乎相同，區(qū)別在于，扇入總線102已 經(jīng)被扇入總線402所代替，所述扇入總線402包括反射鏡404、三個(gè)束分離器406-408、光U 型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)410以及反射鏡412，反射鏡412將從每個(gè)節(jié)點(diǎn)0_3輸出的光信號(hào)引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器 106。扇入總線402確保光信號(hào)行進(jìn)回到其源自的節(jié)點(diǎn)的往返行程路徑長(zhǎng)度或距離對(duì)于所 有節(jié)點(diǎn)來說近似相同。例如，總線400的檢查揭示，由節(jié)點(diǎn)3生成的光信號(hào)返回節(jié)點(diǎn)3的往 返行程路徑長(zhǎng)度與由節(jié)點(diǎn)1生成的光信號(hào)返回節(jié)點(diǎn)1的往返行程路徑長(zhǎng)度基本是相同的。 作為對(duì)比，總線100的檢查揭示，由節(jié)點(diǎn)3生成的光信號(hào)返回節(jié)點(diǎn)3的路徑長(zhǎng)度比由節(jié)點(diǎn)1 生成的光信號(hào)返回節(jié)點(diǎn)1的路徑長(zhǎng)度更長(zhǎng)。因?yàn)楣庑盘?hào)圍繞總線400傳輸?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)度基本 相同，因此能夠根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)的輸入和輸出進(jìn)行定時(shí)。圖5A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)500的示意性表示。該U型 轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)500包括反射結(jié)構(gòu)502、垂直堆疊布置在反射表面502附近的中空輸入波導(dǎo)504和 中空輸出波導(dǎo)506。方向箭頭表示光在U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)500內(nèi)行進(jìn)通過并且回轉(zhuǎn)的路徑。具 體地，在第一方向510上沿著中空輸入波導(dǎo)504的芯508傳輸?shù)墓鈴闹锌蛰斎氩▽?dǎo)504脫 離出來并反射離開反射結(jié)構(gòu)502的第一反射表面512而至第二反射表面514。然后，光從第 二反射表面514反射出并在第二方向518上進(jìn)入中空輸出波導(dǎo)508的芯516中，所述第二方 向518與第一方向510相反。圖5B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的具有四個(gè)U型轉(zhuǎn)彎的 光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)520的示意性表示。該U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)520包括反射結(jié)構(gòu)522，其由第一反 射表面5M和第二反射表面5 構(gòu)成；中空輸入波導(dǎo)530-533，它們終止于反射表面524附 近；以及相應(yīng)的中空輸出波導(dǎo)534-537，它們終止于反射表面526附近。中空波導(dǎo)530-537 位于相同平面內(nèi)。方向箭頭表示光信號(hào)行進(jìn)通過U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)520的四個(gè)U型轉(zhuǎn)彎路徑之一。在其他光學(xué)多處理總線實(shí)施例中，不是像上述光學(xué)多處理總線100的情況下那樣 將轉(zhuǎn)發(fā)器布置在節(jié)點(diǎn)的端點(diǎn)處，而是可以將轉(zhuǎn)發(fā)器居中布置在節(jié)點(diǎn)之間，以便減小向轉(zhuǎn)發(fā) 器發(fā)送光信號(hào)所需的光功率量以及減小向所有的節(jié)點(diǎn)廣播光信號(hào)所需的光功率量。圖6-10 示出多個(gè)不同的光學(xué)多處理總線配置。下面描述的光學(xué)處理總線實(shí)施例都包括上面參考總 線100所述的相同的扇入總線102和扇出總線104，作為更大的扇入總線和扇出總線的一部 分。因此，不重復(fù)對(duì)該更大的扇入和扇出總線的操作和功能的詳細(xì)描述。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一對(duì)稱光學(xué)多處理總線600?？偩€600由 扇入總線602和扇出總線604構(gòu)成。轉(zhuǎn)發(fā)器606布置在節(jié)點(diǎn)0-7的中間。轉(zhuǎn)發(fā)器606可以 包括仲裁器，所述仲裁器控制節(jié)點(diǎn)0-7中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被授權(quán)接入扇入總線602。所述扇入總 線602由第一扇入部分608和第二扇入部分610構(gòu)成，所述第一扇入部分608將從每個(gè)節(jié) 點(diǎn)0-3輸出的光信號(hào)引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器606，而所述第二扇入部分610將從每個(gè)節(jié)點(diǎn)4-7輸出的 光信號(hào)引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器606。轉(zhuǎn)發(fā)器606能夠配置為分別地接收來自第一扇入部分608和第 二扇入部分610的光信號(hào)。扇出總線604由第一扇出部分612和第二扇出部分614構(gòu)成， 所述第一扇出部分612向節(jié)點(diǎn)0-3廣播從轉(zhuǎn)發(fā)器606輸出的光信號(hào)，而所述第二扇出部分614向節(jié)點(diǎn)4-7廣播從轉(zhuǎn)發(fā)器606輸出的光信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器606分別沿著光學(xué)通信路徑616 和618接收通過扇入部分608或扇入部分610從節(jié)點(diǎn)0_7之一輸出的光信號(hào)，并同時(shí)地生 成分別在光學(xué)通信路徑620和622上輸出的兩個(gè)重新生成的光信號(hào)。然后，將所重新生成 的光信號(hào)經(jīng)由扇出總線604的第一扇出部分612和第二扇出部分614同時(shí)地向節(jié)點(diǎn)0_7廣播。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二對(duì)稱光學(xué)多處理總線700。該總線700 由扇入總線702和扇出總線704構(gòu)成。轉(zhuǎn)發(fā)器706布置在節(jié)點(diǎn)0-7的中間。轉(zhuǎn)發(fā)器706可 以包括仲裁器，所述仲裁器控制節(jié)點(diǎn)0-7中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被授權(quán)接入扇入總線702。扇入總 線702由第一扇入部分708和第二扇入部分710構(gòu)成，所述第一扇入部分708將從每個(gè)節(jié) 點(diǎn)0-3輸出的光信號(hào)引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器706，而所述第二扇入部分710將從每個(gè)節(jié)點(diǎn)4-7輸出的 光信號(hào)引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器706。扇出總線704由第一扇出部分712和第二扇出部分714構(gòu)成，所 述第一扇出部分712向節(jié)點(diǎn)0-3廣播從轉(zhuǎn)發(fā)器706輸出的光信號(hào)，而所述第二扇出部分714 將從每個(gè)節(jié)點(diǎn)4-7轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的光信號(hào)向轉(zhuǎn)發(fā)器706廣播。如圖7的示例中所示，扇入總 線702和扇出總線704還分別包括50/50的束分離器716和718。從節(jié)點(diǎn)0_3之一輸出的 光信號(hào)通過第一扇入部分708并被反射鏡720引導(dǎo)到束分離器716，其中由轉(zhuǎn)發(fā)器706接收 光信號(hào)的透射部分。從節(jié)點(diǎn)4-7之一輸出的光信號(hào)通過第二扇入部分710到束分離器716， 其中由轉(zhuǎn)發(fā)器706來接收反射部分。從轉(zhuǎn)發(fā)器718輸出的光信號(hào)被分離為反射光信號(hào)和透 射光信號(hào)，反射光信號(hào)通過扇出部分712被廣播到節(jié)點(diǎn)0-3，而透射光信號(hào)被反射鏡722反 射并通過扇出部分714被廣播到節(jié)點(diǎn)4-7。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第三對(duì)稱光學(xué)多處理總線800。該總線800 由扇入總線802和扇出總線804構(gòu)成。轉(zhuǎn)發(fā)器806布置在節(jié)點(diǎn)0-7的中間。所述轉(zhuǎn)發(fā)器 806可以包括仲裁器，所述仲裁器控制節(jié)點(diǎn)0-7中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被授權(quán)接入扇入總線802。所 述扇入總線802由第一扇入部分808和第二扇入部分810構(gòu)成，這兩者均耦合到第一分離 器/組合器812。扇入部分808和扇入部分810將從每個(gè)節(jié)點(diǎn)0_7輸出的光信號(hào)引導(dǎo)到第 一分離器/組合器912，在此處光信號(hào)被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)發(fā)器806。扇出總線804由第一扇出部分 814和第二扇出部分816構(gòu)成，這兩者均耦合到第二分離器/組合器818。轉(zhuǎn)發(fā)器806將光 信號(hào)輸出到分離器/組合器818，所述分離器/組合器818分離經(jīng)由扇出部分814向節(jié)點(diǎn) 0-3廣播的光信號(hào)以及經(jīng)由第二扇出部分816向節(jié)點(diǎn)4-7廣播的光信號(hào)。圖9A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的分離器/組合器1000的示意性表示。分離 器/組合器900包括棱鏡902，所述棱鏡902具有第一反射平面表面904和第二反射平面表 面906。所述分離器/組合器900還包括第一波導(dǎo)部分908、第二波導(dǎo)部分910以及主波導(dǎo) 部分912。如在圖9A的示例中所示，第一波導(dǎo)部分908和第二波導(dǎo)部分910被布置為基本 上垂直于主波導(dǎo)部分912。波導(dǎo)部分908、910和912可以是光纖或中空波導(dǎo)。對(duì)于如方向 箭頭914所示在主波導(dǎo)912中朝向棱鏡902傳播的入射光來說，分離器/組合器900可以 被操作作為50/50的束分離器。該光在邊緣916處被分裂為第一光束和第二光束，每個(gè)光 束攜帶入射光束的光功率的基本一半。選擇反射表面904與906之間的角度，以便第一光 束從第一反射表面904反射離開并在方向918上沿著第一波導(dǎo)908傳播，并且第二光束從 第二反射表面906反射離開并在方向920上沿著第二波導(dǎo)910傳播。分離器/組合器900還可以操作作為光組合器。例如，沿著方向922在第一波導(dǎo)部分908中朝向棱鏡902傳播的第一入射光束從第一反射表面904反射離開而進(jìn)入主波導(dǎo) 912中，并且沿著方向擬4在第二波導(dǎo)部分910中朝向棱鏡902傳播的第二入射光束從第二 反射表面906反射離開而進(jìn)入主波導(dǎo)912中。第一和第二光束在主波導(dǎo)中組合并沿著方向 擬6傳播。選擇棱鏡角度以最小化分離器/組合器結(jié)的插入損耗。90度角的棱鏡具有優(yōu)于 93%的分離器效率。在其他實(shí)施例中，主波導(dǎo)912可以配置有錐形區(qū)域928，如圖9B中所示。所述錐形 區(qū)域擬8能夠用于在光到達(dá)棱鏡902時(shí)擴(kuò)散沿著主波導(dǎo)912行進(jìn)的光，或者所述錐形區(qū)域 928能夠用于通過漏斗化(funneling)從波導(dǎo)908和910反射到波導(dǎo)912中的光來改善組 合器/分離器結(jié)的損耗。對(duì)該組合器預(yù)測(cè)的效率大于78%。為了解釋目的，前面的描述使用了特定的命名來提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。但是， 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不需要特定的細(xì)節(jié)。前面對(duì)本發(fā) 明的特定實(shí)施例的描述是為了說明和例示目的而提出的。它們不意圖是窮舉的也不意圖將 本發(fā)明限制于所公開的精確形式。顯然，在以上教導(dǎo)的指引下很多修改和改變是可以的。 示出并描述實(shí)施例以便最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得其他本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠最佳地利用具有適于所構(gòu)想的特定使用的各種修改的本發(fā)明和各種實(shí)施例。意圖 是本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)廣播總線(100)，包括 轉(zhuǎn)發(fā)器(106)，其被配置為重新生成光信號(hào)；扇入總線(102)，其光學(xué)地耦合到多個(gè)節(jié)點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)發(fā)器，所述扇入總線被配置為接收 來自每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)并向所述轉(zhuǎn)發(fā)器傳送所述光信號(hào)；以及扇出總線(104)，其光學(xué)地耦合到所述節(jié)點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)發(fā)器，所述扇出總線被配置為接收 從所述轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的所重新生成的光信號(hào)并將所重新生成的光信號(hào)分發(fā)到所述節(jié)點(diǎn)中的 每個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)器是光-電-光轉(zhuǎn)換器，其接收來 自所述扇入總線的光信號(hào)，重新生成所述光信號(hào)，然后在所述扇出總線上傳送所重新生成 的光信號(hào)，且所述轉(zhuǎn)發(fā)器包括用以確定所述節(jié)點(diǎn)中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被許可經(jīng)由扇入總線發(fā)送光 信號(hào)的仲裁器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，其中，所述扇入總線和扇出總線還包括 多個(gè)光學(xué)通信路徑；第一組光學(xué)分接頭(111-113)，其被配置和定向?yàn)榻?jīng)由某些光學(xué)通信路徑將從每個(gè)節(jié) 點(diǎn)輸出的光信號(hào)引導(dǎo)到所述轉(zhuǎn)發(fā)器；以及第二組光學(xué)分接頭(118-120)，其被配置和定向?yàn)閷乃鲛D(zhuǎn)發(fā)器輸出的所重新生成 的光信號(hào)的一部分轉(zhuǎn)移到所述節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廣播總線，其中，所述光學(xué)通信路徑還包括中空波導(dǎo)，所述光 信號(hào)通過所述中空波導(dǎo)傳播。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廣播總線，其中，所述光學(xué)分接頭還包括束分離器(202)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，其中，所述扇入總線被配置為接收來自每個(gè)節(jié)點(diǎn) 的光信號(hào)并向所述轉(zhuǎn)發(fā)器傳送所述光信號(hào)還包括扇入總線向所述轉(zhuǎn)發(fā)器傳送基本等量的 光功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，其中，所述扇出總線被配置為將從所述轉(zhuǎn)發(fā)器輸 出的所重新生成的光信號(hào)分發(fā)到所述節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)還包括每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收所重新生成的光 信號(hào)的一部分，其中，每個(gè)部分具有基本相同的光功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，還包括轉(zhuǎn)發(fā)器在節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)稱布置，其中，所述 轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置在所述扇入總線的第一和第二部分之間以及所述扇出總線的第一和第二部分 之間，使得所述節(jié)點(diǎn)的第二部分減小向所述節(jié)點(diǎn)廣播所重新生成的光信號(hào)所需的功率和最 大延遲。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廣播總線，其中，所述光信號(hào)通過第一分離器/組合器 (1000)從所述扇入總線的所述第一和第二部分輸入到所述轉(zhuǎn)發(fā)器，并通過第二分離器/組 合器從所述轉(zhuǎn)發(fā)器輸出到所述扇出總線的所述第一和第二部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廣播總線，其中，所述分離器/組合器(1000)包括 棱鏡(1002)，其具有反射表面；第一中空波導(dǎo)部分(1008)，其具有設(shè)置在所述反射表面的第一部分附近的端部； 第二中空波導(dǎo)部分(1010)，其具有設(shè)置在所述反射表面的第二部分附近的端部；以及 主中空波導(dǎo)部分(1012)，其被設(shè)置為使得從所述主中空波導(dǎo)脫離出來的光被分裂為進(jìn) 入第一中空波導(dǎo)的第一光束和進(jìn)入第二中空波導(dǎo)的第二光束，以及使得從所述第一和第二中空波導(dǎo)脫離出來的光從所述第一部分和第二部分反射離開并在所述主中空波導(dǎo)中被組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廣播總線，其中，所述中空波導(dǎo)還包括空芯，所述空芯具有 圓形、橢圓形、正方形、矩形或適于引導(dǎo)光的任何其他形狀的截面形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廣播總線，其中，所述主中空波導(dǎo)隨著遠(yuǎn)離棱鏡邊緣而逐 漸變細(xì)(1028)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣播總線，還包括擴(kuò)展的扇入總線(402)光學(xué)通信路徑長(zhǎng) 度，以便由節(jié)點(diǎn)生成的任何光信號(hào)返回該節(jié)點(diǎn)自身的完整往返行程路徑長(zhǎng)度總是近似相 同。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廣播總線，其中，所述擴(kuò)展的扇入總線(402)光學(xué)通信路徑 長(zhǎng)度還包括光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，該光U型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)包括反射結(jié)構(gòu)(502)；中空輸入波導(dǎo)(504)，其具有設(shè)置在所述反射表面附近的開口，其中在第一方向上從所 述中空輸入波導(dǎo)脫離出來的光被在第二方向上從所述反射結(jié)構(gòu)反射離開；以及中空輸出波導(dǎo)(508)，其具有設(shè)置在所述反射結(jié)構(gòu)附近的開口，以接收并攜載沿著所述 第二方向被反射的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的廣播總線，其中，所述反射結(jié)構(gòu)還包括第一反射表面(512)，其被布置為將在所述第一方向上從所述中空輸入波導(dǎo)脫離出來 的光反射到第三方向中；以及第二反射表面(514)，其被設(shè)置為鄰近所述第一反射表面，并被布置為將在所述第三方 向上傳播的光反射到第二方向中，所述第二方向基本上與在所述第一方向上行進(jìn)的反射光 相反。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種光學(xué)多處理總線。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)廣播總線(100)包括轉(zhuǎn)發(fā)器(106)；扇入總線(102)，其光學(xué)地耦合到多個(gè)節(jié)點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)發(fā)器；以及扇出總線(104)，其光學(xué)地耦合到所述節(jié)點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)發(fā)器。所述扇入總線(102)被配置為接收來自每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)并向所述轉(zhuǎn)發(fā)器傳送所述光信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)器(106)重新生成光信號(hào)。所述扇出總線(104)被配置為接收從所述轉(zhuǎn)發(fā)器(106)輸出的所重新生成的光信號(hào)并將所重新生成的光信號(hào)分發(fā)到所述節(jié)點(diǎn)。所述轉(zhuǎn)發(fā)器(106)還可以通過一次授權(quán)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入扇入總線而用作仲裁器。
文檔編號(hào)H04B10/02GK102090000SQ200880130273
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者H·P·擴(kuò), J·斯特拉茲尼基, M·R·T·譚, M·麥克拉倫, P·K·羅森伯格 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司