扩张型benes光交换集成芯片路由算法

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1、扩张型Benes光交换集成芯片路由算法张金花，武保剑*，邱昆（电子科技大学信息与通信工程学院，光纤传感与通信教育部重点实验室，成都611731）摘要：以“基于微环谐振器的16×16高速光交换集成芯片”863项目为背景，介绍了光交换集成芯片实验系统组成，以及重排无阻塞的传统型和扩张型Benes光交换集成芯片结构，详细描述了相应环路路由算法的具体执行过程。提出一种层级优化的环路路由算法，并通过穷举法证明了其有效性，其中算法的权值系数与光开关插入损耗相联系。针对本文给定的交换连接需求情形，采用层级优化的路由算法，得到了其最佳配置状态。

2、研究表明：扩张型Benes结构具有很好的串扰抑制性能，容错能力强，但其插入损耗比传统型Benes结构略有增加。关键词：光交换集成芯片；Benes交换网络；环路路由算法中图分类号：TN256文献标识码:A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：RoutingalgorithmofdilatedBenesopticalswitchingintegratedchipZHANGJinhua,WUBaojian*,QIUKun(KeyLaboratoryofOpticalFiberSensingandCommunication,Minis

3、tryofEducation,SchoolofInformationandCommunicationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu611731,China)Abstract:Basedonthe863project"16×16high-speedopticalswitchingintegratedchipbasedonmicroringresonator”,theexperimentalsystemofopticalswi

4、tchingintegratedchipbasedontherearrangeablenon-blockingstructureoftraditionalordilatedBenesnetworkisintroduced.Thespecificoperatingprocessofthecorrespondinglooproutingalgorithmsisdescribedindetail.Thispaperpresentsahierarchicallyoptimizedlooproutingalgorithmwiththewe

5、ightcoefficientrelatedtotheinsertionlossofopticalswitchcell,andverifiesitseffectivenessbytheexhaustivemethod.ItisshownthatthedilatedBenesstructurehasagoodperformanceincrosstalksuppressionalongwithstrongfaulttolerance,buttheinsertionlossisslightlyincreasedcomparedwith

6、thetraditionalBenesstructure.Keywords:opticalswitchingintegratedchip;Benesswitchingnetwork;looproutingalgorithm0引言光交换集成芯片是指在微纳尺度内、利用集成光学技术实现的光交换功能的芯片器件，光交换功能可使光信号从一个信道选择性地转移到另一个信道。与传统光交换器件相比，光交换集成芯片能够有效降低交换节点功耗、体积和成本，也有助于提高交换容量、增强器件可靠性。集成光开关是构成光交换集成芯片的基本单元，常见的集成光开关单元

7、结构有定向耦合器型、MZI或微环干涉型、多模干涉型、全内反射型和数字型等[1,2]。光开关的切换功能离不开光波导材料的热光、电光和载流子色散等物理效应，制作集成光开关的光波导材料主要有LiNbO3、III-V族化合物半导体（如InP、GaAs）、SiO2和硅等，其中基于III-V族化合物半导体和硅材料的高速光交换集成器件是目前研究的热点[3,4]。一般而言，光交换集成芯片由输入输出光耦合接口、光开关矩阵以及控制单元等几部分组成，其中光开关矩阵是由光开关单元组成的交换网络结构，如严格无阻塞的直通型和树型结构、重排无阻塞的拜尼兹型（

8、Benes）和斯番克-拜尼兹型（Spanke-Benes）结构等[5-9]。因此，采用1×2或2×2光开关单元组成大规模光交换集成芯片时，光开关单元拓扑结构至关重要[3]。相比而言，重排无阻塞交换结构所需的开关单元数目较少，被广泛研究。2014年，上海交通大学报