集成化Crossbar网络的研究

论文摘要

在当今的信息社会,需要高速传输大量数据,人们迫切要求建立高速信息处理系统。互连网络作为通信网、多处理机系统及其它并行处理结构的重要组成部分,在国际上受到广泛重视,已经成为各国研制与开发的热点。随着光网络和光通讯的发展,以及光交换概念的提出,充分利用光学并行性,发展自由空间传输的光学互连网络是非常必要的。互连网络的集成是其实用化的基础。目前国际上最主要的发展方向之一是自由空间光交换,趋向实用化的要求之一就是集成化。因此,光互连技术是光通信网络中的一项核心技术,光学互连器件的紧凑化包装成了光学互连技术的研究和发展中主要解决的关键问题之一。单块集成结构的高速光互连网络主要用于光通讯和光计算信号的空间光开关或光交换,是全光网络通信的关键器件。鉴于此,本论文在“单块晶体2×2光开关”基础上,研究Crossbar网络的集成结构的光学实现及其控制算法。主要内容包括:1.设计了一种单块晶体集成的N×N Crossbar网络。该网络利用晶体的电光效应,实现了2×2光开关的功能,利用晶体的双折射和全内双反射现象,实现了相邻两级开关之间的连接,从而将整个网络集成到一块具有电光效应的双折射晶体上。根据这种Crossbar网络的工作原理,本文设计了两种集成结构:一种是有较低操作电压的倾斜入射结构,另一种是易于级联的垂直入射结构。这种单块晶体集成的N×N Crossbar网络具有能量损耗低,结构紧凑,易安装,抗干扰等优点,适合于全光网络发展的需要。2.根据网络的工作原理,Crossbar网络的控制算法不是唯一的,本文给出了垂直入射结构Crossbar网络的控制算法,该算法包括信号流经开关位置的确定和信号流经开关状态的确定两部分。通过对开关工作状态的控制,可以快速实现任意输入输出通道之间的连接,进而实现单块晶体集成结构的Crossbar网络任意无阻塞互连模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 光开关及光互连网络的发展
• 2.1 引言
• 2.2 光开关技术
• 2.2.1 微电机械型光开关
• 2.2.2 电光偏振控制型光开关
• 2.2.2.1 液晶型电光开关
• 2.2.2.2 晶体型电光开关
• 2.2.3 声光开关
• 2.2.4 全息开关
• 2.2.5 气泡开关
• 2.2.6 热光开关
• 2.3 光互连网络
• 2.3.1 Crossbar 网络
• 2.3.2 Banyan 网络
• 2.3.3 Omega 网络
• 2.3.4 Crossover 网络
• 2.4 小结
• 第三章 晶体的双折射效应和电光效应
• 3.1 引言
• 3.2 晶体的双折射
• 3.3 晶体的电光效应
• 3.4 单块晶体 2×2 光开关
• 3.5 小结
• 第四章 单块晶体集成的 Crossbar 网络的设计
• 4.1 引言
• 4.2 单块晶体集成的 Crossbar 网络
• 4.2.1 垂直入射结构
• 4.2.2 倾斜入射结构
• 4.2.3 能量分析
• 4.2.4 单块晶体集成的 Crossbar 网络的优化设计
• 4.3 偏振无关
• 4.4 小结
• 第五章 单块晶体集成的 Crossbar 网络的控制算法
• 5.1 引言
• 5.2 信号流经开关位置的确定
• 5.3 信号流经开关状态的确定
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢