(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的アービトレーションシステムであって、
第１の端部、及び第２の端部を有する導波路と、
前記導波路の第１の端部に光学的に結合され、複数の波長の光を前記導波路に入力するように構成された光源であって、各波長の光が、共有リソースにアクセスするための異なる優先順位レベルに関連する、光源と、
前記導波路に光学的に結合された複数の波長選択要素をそれぞれ有する複数のノードであって、各波長選択要素が、前記導波路によって伝送される前記複数の波長の光のうちの１つを抽出、及び検出する機能を有する、複数のノードと、
前記導波路の前記第２の端部に光学的に結合され、かつ、前記光源と、前記導波路に沿って前記光源に最も近い位置にある波長選択要素との間において、前記導波路に光学的に結合されたアービターと
を含み、
前記複数のノードのうちの少なくとも２つの各々が、当該各ノードの前記波長選択要素のうちの１つを使用して、当該各ノードにより選択された優先順位レベルに関連する波長の光を前記導波路から抽出することを試みることにより、前記共有リソースに対するアクセスを要求し、
前記アービターは、選択された最高優先順位レベルに関連する波長の光を前記導波路から首尾よく抽出したノードに対し、前記共有リソースへのアクセスを許可する、光学的アービトレーションシステム。
【請求項２】
前記波長選択要素は、共振器を含む、請求項１に記載の光学的アービトレーションシステム。
【請求項３】
前記導波路は、リッジ導波路である、請求項１又は請求項２に記載の光学的アービトレーションシステム。
【請求項４】
前記アービターは、
前記導波路の前記第２の端部の近くに配置され、前記導波路の前記第２の端部に到達する光の波長を検出するように構成された検出要素と、
前記光源と、前記導波路に沿って前記光源に最も近い位置にある波長選択要素との間に配置された無効化要素と、
前記検出要素、及び前記無効化要素に電気的に結合された電子回路であって、前記検出要素から電気信号を受信し、前記電気信号に従って前記無効化要素を駆動し、前記光源から出力される前記複数の波長から、前記選択された最高優先順位レベルよりも低い前記選択された優先順位レベルに関連する波長の光を除去する電子回路と
をさらに含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学的アービトレーションシステム。
【請求項５】
前記検出要素は、前記導波路の前記第２の端部の近くにある前記導波路に光学的に結合され、かつ、前記電子回路に電気的に結合された複数の検出波長選択要素をさらに含み、各検出波長選択要素は、前記導波路に入力される前記複数の波長の光のうちの１つを検出し、電気信号を前記電子回路へ送信するように構成される、請求項４に記載の光学的アービトレーションシステム。
【請求項６】
前記無効化要素は、前記導波路に光学的に結合され、かつ、前記光源と、前記導波路に沿って前記光源に最も近い位置にある前記波長選択要素との間において前記電子回路に電気的に結合された少なくとも１つの無効化波長選択要素をさらに含み、前記少なくとも１つの無効化波長選択要素は、駆動されたときに、前記光の波長の少なくとも１つを抽出する機能を有する、請求項４又は請求項５に記載の光学的アービトレーションシステム。
【請求項７】
光学的アービトレーションを実施する方法であって、
複数の波長の光を第１の端部、及び第２の端部を有する導波路に入力するステップであって、前記複数の波長の光が、前記導波路の前記第１の端部に光学的に結合された光源により前記導波路に入力され、各波長の光が、共有リソースにアクセスするための異なる優先順位レベルに関連する、複数の波長の光を第１の端部、及び第２の端部を有する導波路に入力するステップと、
前記導波路に光学的に結合された複数の波長選択要素を有する複数のノードのうちの少なくとも２つの各々により、ある時間にわたって前記共有リソースへのアクセスを要求するステップであって、各波長選択要素が、前記導波路によって伝送される前記複数の波長の光のうちの１つを抽出、及び検出する機能を有し、アクセスは、当該各ノードの前記波長選択要素のうちの１つを使用して、当該各ノードにより選択された優先順位レベルに関連する波長を前記導波路から抽出することを試みることにより要求される、ある時間にわたって前記共有リソースへのアクセスを要求するステップと、
前記導波路の前記第２の端部に光学的に結合され、かつ、前記光源と、前記導波路に沿って前記光源に最も近い位置にある波長選択要素との間において、前記導波路に光学的に結合されたアービターにより、選択された最高優先順位レベルに関連する波長の光を前記導波路から首尾よく抽出したノードに対し、前記共有リソースへのアクセスを許可するステップと
からなる方法。
【請求項８】
複数の波長の光を前記導波路に入力するステップは、前記複数の波長の光を前記導波路に波長分割多重化することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アービターにより、どの波長の光が前記リソースへのアクセスを要求しているノードによって抽出されるかを判断するステップと、
前記アービターにより、前記光源から出力される前記複数の波長から、前記選択された最高優先順位レベルよりも低い前記選択された優先順位レベルに関連する波長の光をフィルターにより除去するステップと
をさらに含む、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アービターにより、選択された最高優先順位レベルに関連する波長の光を前記導波路から首尾よく抽出したノードに対し、前記共有リソースへのアクセスを許可するステップは、前記最高優先順位レベルを選択したノードにより、前記共有リソースへのアクセスを求める時間を超えて、前記選択された最高優先順位レベルに関連する波長を抽出することをさらに含む、請求項７〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
サービス契約の種類、
情報のタイプ、
情報の世界的な年齢、
情報がノードに記憶されている時間の長さ、及び
情報の有効期限が切れるまでの時間の現在の長さ
のうちの１以上に基いて、前記共有リソースへのアクセスの取得に失敗したノードの優先順位レベルを増加させるステップをさらに含む、請求項７〜１０の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の実施形態は、概して、共有コンピュータリソースにアクセスするために同時発生する複数の要求のアービトレーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の分散コンピュータシステムは通常、多数の独立して動作するノードから構成される。ノードは、プロセッサ、メモリ、回路基板、サーバ、ストレージサーバ、１コア若しくはマルチコアプロセッサ、外部ネットワーク接続、又は任意の他のデータ処理、記憶又は伝送装置であってよい。これらの独立して動作する種々のノードは、しばしば、同じリソースへのアクセスを必要とすることがある。例えば、２つのノードは、情報を伝送するために、他のノードの出力ポートを使用しなければならない場合があり、又は、共有通信バスのような共有リソースを使用しなければならない場合がある。これら２つのノードは、協調性なく、リソースを同時に使用し始める場合がある。ノードの一方又は両方から送信された情報は、リソースへの到達時に失われていることがあり、又は破損していることがある。従って、コンピュータシステムはしばしば、２以上のノードが同じリソースを同時に使用することを防止するために、「アービトレーション」と呼ばれる衝突解消手段を採用している。アービトレーションによれば、ある時点において一つのノードのみがリソースを使用することが確保される。
【０００３】
アービトレーションは生来的に、通常ならば独立している並列な２以上の活動を一列に並べるため、多くの場合、アービトレーションは、コンピュータシステムパフォーマンスのクリティカルパス上に置かれる。リソースへのアクセスを要求する種々のノードは、物理的に分散されていることがある。一般的なアービトレーション手段は、リソースに対する「要求」を全て収集するための通信と、要求の１つを選択し、又は「許可」するための集中的又は分散的な計算とを必要とし、その後、アービトレーションに勝利したノードに「許可」を与えるための更に別の通信を必要とする。
【０００４】
アービトレーションメカニズムの最も重要な性質は、任意の所与の時点において最大で１つの要求元ノードにアクセスを許可する能力である。このアービトレーションの性質は一般に、「相互排他」と呼ばれる。アービトレーションメカニズムを実際に有用なものにするために必要なもう１つの性質は、「公平性」である。一般に、公平性とは、競合するノードの十分に大きなサンプルが与えられたときに、競合する複数の要求が、同じ確率でアービトレーションに勝利することを意味する。公平性のこの一般的解釈は、しばしば理想的であると考えられるが、実際に実現するためには、しばしば高価なものとなる。このことは、公平性のこの一般的概念を実現するために被るオーバヘッドによって、パフォーマンスの低下、及びコストの増加がしばしば発生する分散アービトレーション手段の場合に、特に言える。システムサイズの増大に伴い、コスト及びパフォーマンスが大幅に悪化する場合、このオーバヘッド問題は、特に非現実的になる。この「スケーリング」問題は、多数のノードを含むシステムにおける使用を意図するアービトレーションメカニズムにとって、特に重要である。
【０００５】
「スタベーションフリー（飢餓状態なし）」のアービトレーションを提供にするために、アービトレーション公平性のこの一般的概念をポリシーへ緩和することが可能である。もしアービトレーションがスタベーションフリーであれば、アービトレーションによって、いずれの要求元ノードも、最終的にアービトレーションに勝利することが保証される。スタベーションフリーのアービトレーションは一般に、オーバヘッドが少なく、真に公平なアービトレーションに比べて改善されたスケーリング特性を有するが、スタベーションフリーのアービトレーションは生来的に、任意の所与の時点において全ての要求を同じ優先順位を有するものとして扱う。一般に、特定の幾つかの要求が、未許可の要求がパフォーマンスボトルネックとなるポイントまで遅れた場合、総合的なシステムパフォーマンスは大幅に低下する。いずれのシステムにおいても、一部の要求は、他のシステムに比べて高い優先順位を有する。優先順位に基くアービトレーションは、高い優先順位の要求が、低い優先順位の要求よりも先に許可されることを意味する。優先順位に基くスキームでは、新たな要求のそれぞれに、何らかの重要度メトリックに基く初期優先順位が割当てられる。さらに別の選択肢は、それらが特定のリソースへのアービトレーションアクセスを勝ち取ることをどのくらいの時間にわたって待っているかに基いて、優先順位を増加させることを許可することである。各優先順位レベルにおいてこの「経過時間に基くアービトレーション優先順位」をスタベーションフリーのアービトレーションと結合することによって、妥当な公平性、スケーリング、及びコスト特性を有するアービトレーションポリシーを達成することができる。
【０００６】
正しいアービトレーションメカニズムはいずれも、共有リソースに対する相互排他的アクセスを確保する機能を有しなければならず、また、その相互排他的アクセスをスタベーションフリーな形で実施しなければならない。アービトレーションメカニズムの他の望ましい特性としては、コスト、及びパフォーマンスに関するスケーラビリティが挙げられる。コストスケーラビリティのために重要な事は、アービトレーションポリシーを実施するために必要とされるエネルギー、ワイヤー、導波路、及びトランジスタのような物理的リソースを最小限に抑えることであり、パフォーマンススケーラビリティのために重要な事は、個々のアービトレーション判断の待ち時間を可能な限り短縮する必要性である。技術者、及びコンピュータ科学者は、短い待ち時間のアービトレーションシステム、及びシステムパフォーマンスを向上させる方法の開発を続けている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の種々の実施形態は、短い待ち時間の優先順位付き分散光学的アービトレーションを実現するシステム、及び方法に関する。一実施形態において、光学的アービトレーションシステムは、第１の端部及び第２の端部を有する導波路と、導波路の第１の端部に光学的に結合され、少なくとも１つの波長の光を導波路に入力するように構成された光源とを含む。このシステムは、導波路に光学的に結合された複数の波長選択要素をさらに含む。各波長選択要素は、電気的に結合されたノードによって駆動されたとき、導波路から或る波長の光を抽出する機能を有する。アービターは、導波路の第２の端部に結合され、さらに光源と、導波路に沿って光源に最も近い位置にある波長選択要素との間において、導波路に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の種々の実施形態に従って構成された第１の優先順位付き光学的アービトレーションシステムを示す概略図である。
【図２】本発明の種々の実施形態による光学的アービトレーションシステムにおいて実施されるアービトレーションの例示的な１ラウンドの間における波長選択要素の挙動を示す表である。
【図３Ａ】本発明の種々の実施形態によるアービトレーションのあるラウンドの要求フェイズにおける図１に示したアービトレーションシステムを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の種々の実施形態によるアービトレーションのあるラウンドの許可フェイズにおける図１に示したアービトレーションシステムを示す図である。
【図４】本発明の種々の実施形態による、２つの共有リソースについてのアービトレーションに関連する第２の例示的タイミング図である。
【図５Ａ】本発明の種々の実施形態による、要求フェイズにおける図１に示したアービトレーションシステムを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の種々の実施形態による、許可フェイズにおける図１に示したアービトレーションシステムを示す図である。
【図６】本発明の種々の実施形態による、共有リソースについての優先順位付き波長分割多重アービトレーションのための方法に関連する種々のステップを示す制御フロー図である。
【図７Ａ】本発明の種々の実施形態に従って構成された或るノードの種々の電子部品の回路図である。
【図７Ｂ】本発明の種々の実施形態に従って動作する図７Ａに示したノードを示す図である。
【図８Ａ】本発明の種々の実施形態に従って構成された電子回路の種々の電子部品を示す回路図である。
【図８Ｂ】本発明の種々の実施形態に従って動作する図８Ａに示した電子回路を示す図である。
【図９】本発明の種々の実施形態に従って構成された第２の光学的アービトレーションシステムを示す概略図である。
【図１０】本発明の種々の実施形態に従って構成された第３の光学的アービトレーションシステムを示す概略図である。
【図１１】本発明の種々の実施形態に従って構成された第２の光学的アービトレーションシステムを示す概略図である。
【図１２】本発明の種々の実施形態による、図１１に示した光学的アービトレーションシステムにおいて実施される優先順位付き時分割多重アービトレーションの２つのラウンドに関連する例示的なタイミング図である。
【図１３】本発明の種々の実施形態による共有リソースについての優先順位付き時分割多重アービトレーションのための方法に関連する種々のステップを示す制御フロー図である。
【図１４】本発明の種々の実施形態に従って構成されたノードの回路図である。
【図１５】本発明の種々の実施形態に従って構成された第２の電子回路の回路図である。
【図１６Ａ】基板の表面に配置され、本発明の種々の実施形態に従って構成されたマイクロリング共振器、及び隣接リッジ導波路の一部を示す等角図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示したマイクロリング及び導波路についての波長と透過率の関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の種々の実施形態による、検出共振器部分に結合されたマイクロリング共振器を示す図である。
【図１８】本発明の種々の実施形態による、マイクロリング及びリッジ導波路を取り囲むドープ領域を示す概略的表現及び平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
種々の実施形態は、短い待ち時間の優先順位付き分散アービトレーションを実現するシステム、及び方法に関する。アービトレーションシステム及び方法は、光学的なものであり、それによって、共有リソースにアクセスするための異なる優先順位レベルが、特定のタイムスロットにおいて伝送される特定の幾つかの波長の光、又は単一波長の光に関連付けられる。「光」という用語は、電磁スペクトルの紫外線部分、及び赤外線部分のような、電磁スペクトルの可視部分、及び不可視部分内の波長を有する電磁放射を意味する。独立した波長優先順位付きアービトレーションシステム及び方法の種々の実施形態について以下の第１節で説明し、時分割多重優先順位付きアービトレーションシステム及び方法の種々の実施形態について以下の第２節で説明する。
【００１０】
１．波長分割多重を使用して優先順位付き光学的アービトレーションを実施するシステム、及び方法
Ａ．光学的アービトレーションシステム
図１は、本発明の種々の実施形態に従って構成された第１の光学的アービトレーションシステム１００を示す概略図である。システム１００は、導波路１０２と、導波路１０２の第１の端部に光学的に結合された光源１０４と、円１０６〜１０９のような円で表された４つの波長選択要素の８つの実質的に同一の組とを含む。波長選択要素の各組は、導波路１０２に光学的に結合され、かつ、Ｎ０からＮ７のラベルを付された８つのノードのうちの１つに電気的に結合される。システム１００は、検出要素１１０、及び無効化要素１１６を含むアービターをさらに含む。検出要素１１０は、導波路１０２の第２の端部の近くに配置された４つの検出波長選択要素１１１〜１１４を含み、無効化要素１１６は、光源１０４とノードＮ０との間において導波路１０２に光学的に結合された３つの無効化波長選択要素１１７〜１１９を含む。アービターは、検出波長選択要素１１１〜１１４、及び無効化波長選択要素１１７〜１１９に電気的に結合された電子回路１２０をさらに含む。
【００１１】
図１の例に示すように、４つの区別可能な無変調波長を含む光であって、各波長が、異なるパターンの方向矢印で示されている光が、光源１０４から出力され、導波路１０２に入力される。光は、方向矢印１１２〜１２４で示されているように、導波路１０２に沿って反時計回りに進行し、無効化要素１１６、波長選択要素の各組、及び最終的に検出要素１１０を通過する。各波長は、ある時点において１つのノードのみが使用可能なバス導波路、ポート、又は他の共有リソースのようなリソースの使用に関連する特定の優先順位レベルを表している。図１及び後続の図は、４つのラインパターンを示す凡例１２６を含む。各ラインパターンは、光源１０４から出力される光の波長を表し、各波長は、特定の優先順位レベルに関連している。点線パターン１２７は、最も高い優先順位レベル１を有する光の波長を表し、点線パターン１２８は、２番目に高い優先順位レベル２を有する光の波長を表し、破線パターン１２９は、３番目に高い優先順位レベル３を有する波長を表し、二点破線パターン１３０は、最も低い優先順位レベル４を有する波長を表している。
【００１２】
導波路１０２は、リッジ導波路であっても、フォトニック結晶導波路であっても、光ファイバーであってもよい。波長選択要素の例は、マイクロリング共振器、フォトニック結晶共振器、又は隣接導波路１０２の中を進行する特定波長の光と共振するように構成された任意の他のデバイスである。共振器は、導波路１０２に隣接して配置される。この共振によって、共振器は、エバネッセント結合によって導波路１０２から特定波長の光を抽出することができる。簡略化のために、ノード、無効化、及び検出共振器は、以後、「ノード共振器」、「無効化共振器」、及び「検出共振器」とそれぞれ呼ばれる。マイクロリング共振器の動作に関するより詳細な説明は、以下のサブセクション「マイクロリング共振器」の節において提供する。
【００１３】
ノード共振器、及び無効化共振器は、電気的に調節可能であり、各ノード共振器、及び各無効化共振器は、適当な電圧が印加されたときに、光源１０４から出力される４つの波長のうちの１つと共振するように構成され、その際、ノード共振器、又は無効化共振器は、「アクティブ」であると言われる。図１に示したように、各共振器がアクティブであるときに共振する波長を識別するために、各ノード、及び無効化共振器は、特定のラインパターンで示されている。例えば、ノード共振器１０６は、アクティブであるときに波長１２７と共振し、ノード共振器１０７は、アクティブであるときに波長１２８と共振する。或る調節可能な共振器がアクティブであるとき、共振器は、エバネッセント結合を利用して導波路１０２から関連波長の光を抽出、及び捕捉する。実施形態によっては、ノード共振器は、無効化共振器とは違い、捕捉した光の少なくとも一部を電気信号に変換するように構成されることがあり、電気信号は、電気的に結合されたノードへと伝送され、そこでそのノードが、その電気信号を、導波路１０２からその波長が除去されたことを示すものと解釈する場合がある。他の実施形態として、アクティブにされたノード共振器により抽出された光は、その光を検出器へ伝送する独立した導波路に結合される場合がある。一般に、共振器に捕捉された光は、種々の損失によって最終的には減衰し、漏出する。共振器がアクティブである間、導波路１０２によって伝送される共振波長の強度又は振幅は、およそゼロまで急速に低下する。電圧がもはや印加されなくなると、共振器の共振器波長は、光の波長から離れ、波長の強度又は振幅は復元され、波長は、導波路１０２に沿って分散されることなく伝搬する。調節可能な共振器に何も電圧が印加されていないとき、共振器は、「非アクティブ」であると言われる。
【００１４】
ノード共振器、及び無効化共振器とは違い、検出要素１１０の検出共振器１１１〜１１４は、永久的にアクティブ、すなわち共振状態であるように構成される。換言すれば、検出共振器１１１〜１１４は、電気的に調節可能ではなく、各検出共振器は、波長１２７〜１３０のうちの１つと少なくとも部分的に共振するように構成される。図１に示されているように、検出要素１０６における各検出共振器も同様に、各検出共振器が少なくとも部分的に共振する波長を識別するために、波長１２７〜１３０のうちの１つに対応するラインパターンで示されている。従って、各検出共振器は、対応する波長の光の少なくとも一部を、エバネッセント結合によって導波路１０２から抽出する。光が検出共振器に捕捉されると、検出共振器は、比較的高い電気信号を生成し、それを電気的に接続された信号線に沿って電子回路１２０へと伝送する。光が検出共振器に捕捉されなかった場合、検出共振器は、比較的低い電気信号を電子回路１２０へ送信するか、又は何も電気信号を電子回路１２０へ送信しないことができる。電子回路１２０は、検出共振器１１１〜１１４から電気信号を受信すると、後述するように、どの優先順位レベルを無効化すべきかを決定し、適当な無効化共振器１１７〜１１９を駆動する。
【００１５】
Ｂ．波長分割多重アービトレーション
システム１００において、アービトレーションは、連続した複数のラウンドにおいて実行される。アービトレーションの各ラウンドは、（１）要求フェイズと、その後に続く（２）許可フェイズとを含む。要求フェイズにおいて、無効化共振器は非アクティブにされ、アービトレーションのそのラウンドに参加しているノードは、それらの参加ノードにより選択された優先順位レベルに関連する波長を抽出することが出来る。検出共振器１１１〜１１４は、要求フェイズにおいて前記ノードにより選択された優先順位レベルを有する電子回路１２０と通信する。許可フェイズの初めに、電子回路１２０は、検出共振器１１１〜１１４から送信された信号に応答し、無効化要素１１６の適当な無効化共振器を駆動することによって、前記ノードの１つにより選択された最高優先順位レベルよりも低い優先順位レベルに関連する波長を除去する。その結果、光源１０４に最も近い位置にあるノードであって、要求フェイズにおいてその最高優先順位レベルに関連する波長を首尾よく抽出したものは、その後の許可フェイズにおいて、リソースへのアクセスを許可される。許可フェイズにおいて、自己の要求の優先順位レベルに関連する波長を検出する要求元ノードは、自分がそのラウンドのアービトレーションに勝利したこと、及び自分がある時間にわたるリソースの使用を開始してよいことを認識する。許可フェイズではさらに、要求フェイズにおいて参加ノードにより選択された優先順位レベルに関連する波長を検出しなかったノードは、自分がそのラウンドのアービトレーションに敗北したこと、及び自分がアービトレーションの次のラウンドを待たなければならないことを認識する。
【００１６】
図２は、本発明の種々の実施形態による、光学的アービトレーションシステム１００において実施されるアービトレーションの例示的な１つのラウンドにおける種々の共振器の挙動を示す表Ａ、及び表Ｂを示している。具体的には、表Ａは、アービトレーションのあるラウンドにおけるシステム１００の検出共振器１１１〜１１４、及び無効化共振器１１７〜１１９の挙動を示し、表Ｂは、アービトレーションの同じラウンドにおけるシステム１００のノード共振器の挙動を示している。優先順位レベル１〜４に対応するエントリは、ＰＬｎで表されている。ただし、ｎは、１、２、３又は４である。以下の説明では、本発明の種々の実施形態による、表Ａ、及び表Ｂに示されたアービトレーションのラウンドについて、要求フェイズ、及び許可フェイズのそれぞれにおけるアービトレーションシステム１００を示す図３Ａ〜図３Ｂを参照する。
【００１７】
表Ａにおいて、列２０１、及び２０２は、要求、及び許可フェイズにおいて導波路１０２から除去される優先順位レベル、又は波長を示している。アービトレーションのラウンドの開始時に列２０１にあるエントリは空であり、これは、無効化共振器１１７〜１１９が非アクティブであり、優先順位レベル１〜４に関連する波長が導波路１０２に入力されることを示している。要求をアサートする各ノードは、ノードにより選択された優先順位レベルに関連する波長に対応する共振器を駆動する。表Ｂにおいて、列２０３は、アービトレーションのラウンドの開始時にノードにより選択された優先順位レベルを示し、列２０４は、要求フェイズにおいて各ノードが抽出を試みる優先順位レベルに関連する波長を示している。例えば、列２０３からは、ノードＮ１が、優先順位レベル４を選択したことが分かり、列２０４からは、ノードＮ１が、優先順位レベル４に関連する波長に対応するノード共振器を駆動したことが分かる。共振器は、アービトレーションのそのラウンド全体にわたって、アクティブ状態に留まる。
【００１８】
図３Ａに示されているように、アクティブな共振器には影が付けられ、非アクティブな共振器には影が付けられていない。アクティブな共振器３０１〜３０６は、図２に示した表Ｂの列２０４に示された優先順位レベルに対応する。図３Ａの例に示したように、４つのアクティブな共振器３０１〜３０３及び３０５は、優先順位レベル１〜４に対応する波長がノードＮ１〜Ｎ３、及びＮ６を通過する際に、それらの波長を導波路１０２から抽出する。ノードＮ５、及びＮ７は、ノードＮ４、及びＮ１と同じ優先順位レベルに対応する共振器をそれぞれ駆動したが、ノードＮ１、及びＮ４は、導波路１０２に沿って光源１０４により近い位置にあることから、ノードＮ１、及びＮ４は、ノードＮ５、及びＮ７よりも先に波長を抽出する。
【００１９】
図２に戻り、表Ｂの列２０５は、要求フェイズにおいてどのノードが波長を首尾よく抽出し、検出したかを示している。ここで、検出器値「０」は、検出無しを意味し、検出器値「１」は、検出を意味する。例えば、図３Ａを参照して上で説明したように、列２０５にある「１」を有するエントリからは、ノードＮ１〜Ｎ３、及びＮ６が、ノードＮ１〜Ｎ３、及びＮ６によって選択された優先順位レベルに関連する波長を検出したことが分かり、「０」を有するエントリからは、ノードＮ５、及びＮ７が、ノードＮ５、及びＮ７により選択された優先順位レベルに関連する波長を検出しなかったことが分かる。波長はノードＮ１〜Ｎ３、及びＮ６によって完全に抽出されるので、表Ａの列２０６からは、要求フェイズの最後において、検出共振器１１１〜１１４は、それらの優先順位レベルのそれぞれについて何も光を検出しないことが分かる。例えば、図３Ａに示したように、優先順位レベル１〜４に関連する波長は、アクティブな共振器３０１〜３０３、及び３０５によって抽出され、検出共振器１１１〜１１４に到達する波長は何もない。
【００２０】
要求フェイズの最後の時点で最高優先順位レベルに関連する波長が検出されなかったので、許可フェイズの最初の時点で、電子回路１２０は、無効化共振器１１７〜１１９を駆動し、最高優先順位レベル以外の波長が、導波路１０２から抽出されるようにする。図３Ｂに示されているように、許可フェイズの最初の時点で、電子回路１２０は、３つの無効化共振器１１７〜１１９を全て駆動する。その結果、最高優先順位レベルに対応する波長を導波路１０２に沿って進行する状態に維持しつつ、優先順位レベル２〜４に対応する波長が、導波路１０２から抽出され、最高優先順位レベルに対応する波長は、ノードＮ６によって抽出される。
【００２１】
図２に戻ると、表Ｂの列２０７からは、許可フェイズの間、共振器３０１〜３０６はアクティブな状態に維持されることが分かる。表Ａの列２０２における優先順位レベル２〜４に関連するエントリは、許可フェイスにおいて無効化共振器１１７〜１１９によって抽出される導波路に対応し、列２０８は、ノードＮ６についてのエントリ「１」を有し、このエントリは、図３Ｂを参照して上で説明したように、最高優先順位レベルに関連する波長を抽出し、アービトレーションのラウンドに勝利するノードＮ６に対応する。列２０９のエントリは全て「０」であり、これは、許可フェイズの間に検出共振器１１１〜１１４に到達する波長が何も無いことを意味する。
【００２２】
Ｃ．波長分割多重と時分割多重を結合したアービトレーション
多くの計算機システムにおいて、ノードは、２以上のリソースを共有することがある。例えば、複数のノードが、１つのバス導波路にアクセスしなければならない場合があり、複数のノードが、およそ同時刻に１つの共有出力ポートにアクセスしなければならない場合もある。そのため、ＷＤＭベースのアービトレーション法は、時分割多重（ＴＤＭ）を含むように拡張される場合があり、同じアービトレーションシステム１００を用いて複数のリソースについてアービトレーションを実行できるように拡張される場合がある。これは、アービトレーションの各ラウンド内における個々の要求フェイズ及び許可フェイズを時分割多重化することによって達成され、その際、要求フェイズと許可フェイズの各対は、種々の共有リソースへのアクセスの決定に関連する。
【００２３】
図４は、本発明の種々の実施形態によるシステム１００を使用した２つの共有リソースについてのアービトレーションに関連する第２の例示的タイミング図である。アービトレーションの単一のラウンドは、第１の要求フェイズ４０１、及びその後に続く第１の許可フェイズ４０２、並びに第２の要求フェイズ４０３、及びその後に続く第２の許可フェイズ４０４を含む。第１の要求フェイズ４０１は、タイムステップ０から開始され、第２の要求フェイズ４０３は、タイムステップ４から開始される。タイムステップは、クロック信号のクロックエッジであってもよいし、あるいは、離散的な時間についての他の適当な図表であってもよい。要求フェイズ、及び許可フェイズはそれぞれ、８つのタイムスロットにわたって存在し、１つのタイムスロットは、単一のクロックサイクル、１クロックサイクルの一部分、複数のクロックサイクル、又は他の適当な時間であってもよい。各タイムスロットは、整数０〜３５で識別される規則正しい間隔を空けたラインにより表されたタイムステップにおいて開始され、終了する。列４０６は、第１のリソースについて種々のノードにより行われる優先順位要求のリストを示し、列４０８は、第２のリソースについて同じノードにより行われる優先順位要求のリストを示している。各ノードは、要求フェイズの中に特定のタイムスロットを有し、その中で、要求をアサートすることができ、各ノードは、許可フェイズの中に特定のタイムスロットを有し、その中で、自分の要求が許可されたか、又は拒否されたことを知る。例えば、ノードＮ０は、第１の要求フェイズ４０１の中でタイムステップ０から始まる１つのタイムスロットにわたって要求をアサートすることができ、ノードＮ１は、第１の要求フェイズ４０１の中でタイムステップ１から始まる１つのタイムスロットにわたって同じリソースについて要求をアサートすることができる。さらに、ノードＮ０は、第２の要求フェイズ４０３の中でタイムステップ４から始まる１つのタイムステップにわたって要求をアサートすることができ、ノードＮ１は、第１の要求フェイズ４０１の中でタイムステップ５から始まる１つのタイムステップにわたって同じリソースについての要求をアサートすることができる。表１は、種々のノードと、要求フェイズ４０１、及び４０３において２つのリソースについて要求をアサートするために、各ノードが１つのタイムスロットにわたって共振器を駆動することが可能となる対応するタイムステップとを示している。
【００２４】
【表１】
0005324660.tif 000002
【００２５】
要求フェイズ４０１、及び４０３のうちの一方において要求を首尾よくアサートした各ノードは、第１、及び第２の許可フェイズ４０２、及び４０４において、選択された優先順位レベルに対応する共振器を１タイムスロットにわたって駆動することにより、許可フェイズ４０２、及び４０４において、その要求が許可されたか否かを判断することができる。表２は、種々のノードと、許可フェイズ４０２、及び４０４のそれぞれにおいて各ノードが共振器を駆動することが可能となる対応するタイムステップとを示している。
【００２６】
【表２】
0005324660.tif 000003
【００２７】
図４の例に示したように、列４０６から、ノードＮ２、Ｎ３、及びＮ６は全て、第２の優先順位レベルを選択したことが分かる。ノードＮ２は、導波路１０２の周りを進行する波長１２８に１タイムスロットのギャップ４１２を残しつつ、タイムステップ２から波長１２８の抽出を開始し、ノードＮ５は、波長１２９に１タイムスロットのギャップ４１４を残しつつ、タイムステップ５から波長１２９の抽出を開始する。第１の要求フェイズ４０１に関連するギャップには、ラベル「１」が付されている。図４から、ギャップ４１２は、タイムステップ３の最初の時点でノードＮ３に到達し、タイムステップ６の最初の時点でノードＮ６に到達することが分かり、これらのタイムステップは、ノードＮ３、及びＮ６が、波長１２８に関連する優先順位レベルについての要求をアサートすることが可能になるタイムステップに対応する。従って、ノードＮ３、及びＮ６は、タイムステップ３、及び６の最初の時点で波長１２８を抽出することができず、その結果、ノードＮ３、及びＮ６は、第１のリソースについての次の要求をアサートするために、アービトレーションの後のラウンドを待たなければならない。
【００２８】
図５Ａ〜図５Ｂは、本発明の種々の実施形態に従って動作する、要求フェイズ４０１、及び許可フェイズ４０２のそれぞれにおけるアービトレーションシステム１００を示している。アクティブ共振器５０１〜５０４は、図４の列４０６において丸で囲まれたノードに対応する。各ノードの隣にある整数は、要求フェイズ４０１、及び許可フェイズ４０２における種々のタイムステップに関連する。図５Ａに示されているように、アクティブ共振器５０１は、図４のギャップ４１２に対応するタイムステップ２において駆動されると、対応する波長を導波路１０２から抽出し、アクティブ共振器５０３は、図４のギャップ４１８に対応するタイムステップ５において駆動されると、対応する波長を導波路１０２から抽出する。波長１２７、及び１３０は、邪魔されることなく共振器の各組を通過し、タイムステップ７から始まるタイムスロットにおいて検出共振器１１１、及び１１４によって検出される。検出共振器１１１は、電気信号を電子回路１２０へ送る。図５Ｂに示されているように、電子回路１２０は、無効化共振器１１８、及び１１９を１タイムスロットの時間にわたって駆動することによって、これに応答する。図４に示されているようにタイムスロット８から始まる許可フェイズ４０２の最初の時点で、波長１２９、及び１３０は、導波路１０２から抽出され、波長１２７、及び１２８は、導波路１０２に沿って進行を続け、タイムステップ１０において、波長１２８は、ノードＮ２により導波路１０２から抽出される。
【００２９】
図４に戻り、タイムスロット８において第１の許可フェイズ４０２が開始されると、図５Ｂを参照して上で説明したように、波長１２９、及び１３０にギャップ４２０、及び４２２を残しつつ、波長１２９、及び１３０は、１タイムスロットにわたって導波路１０２から抽出される。タイムステップ１０の最初の時点で、ノードＮ２は、波長１２８に１タイムスロットのギャップ４１６を残しつつ、１タイムスロットにわたって波長１２８を抽出する。従って、ノードＮ２は、アービトレーションの次のラウンドの最初の許可フェイズの開始までに、自分が第１のリソースへのアクセスを許可され、リソースの使用を開始してよいことを認識する。
【００３０】
一方、列４０８から、ノードＮ０は最低優先順位レベルを選択し、ノードＮ３は最高優先順位レベルを選択したことが分かる。要求フェイズ４０３、及び許可フェイズ４０４に関連するギャップには、ラベル「２」が付されている。タイミング図から、ノードＮ３は、最終的にタイムステップ１５において第２のリソースへのアクセスを許可されることが分かる。
【００３１】
Ｄ．優先順位レベルの増加
図２〜図５を参照して上で説明したアービトレーション方法は、光源１０４に最も近いところにあるノードを好む。例えば、ノードＮ３とＮ６が両方とも、要求フェイズの最初の時点で同じ優先順位レベルを選択するものと仮定する。より高い優先順位レベルを選択したノードが他に何も無ければ、ノードＮ３は、アクセスを許可されることになり、ノードＮ６は、別の要求をアサートするために、アービトレーションの次のラウンドを待たなければならない。本発明の種々の実施形態によれば、ノードは、許可フェイズ中にアクセスを失ったときではなく、要求が敗北したときか、又は要求が勝利したときに優先順位レベルをインクリメント、又は増加させることができる。優先順位レベルの増加は、サービス契約の種類、伝送すべき情報のタイプ、情報の世界的な年齢、情報がノードに記憶されている時間の長さ、情報の有効期限が切れるまでの時間の現在の長さ、又は優先順位レベルの増加を判断するための任意の他の基準に基いて決定することができる。例えば、ノードＮ６が、タイムスタンプが付されたパケットを処理しなければならず、それらのパケットを有効期限が切れる前に送信しなければならないものと仮定する。一部の実施形態では、アービトレーションの不首尾に終わった各ラウンドの後、ノードＮ６は、各パケットのタイムスタンプを再検査し、それに従って優先順位レベルを増加させることができる場合がある。他の実施形態として、ノードＮ６は、不首尾に終わった要求フェイズの直後に、又は、不首尾に終わった許可フェイズの直後に、優先順位レベルを増加させることが出来る場合がある。
【００３２】
Ｅ．波長分割多重アービトレーションの概要
図６は、本発明の種々の実施形態による、共有リソースついての優先順位付きＷＤＭアービトレーションを実施する方法に関連する種々のステップを示す制御フロー図である。図６に示されているように、ステップ６０２〜６０７は、要求フェイズにおいて実施され、ステップ６０８〜６１３は、許可フェイズにおいて実施される。ステップ６０１では、図１を参照して上で説明したように、複数の波長を含む光が、波長分割多重を使用して、光源から導波路へ入力される。光の各波長は、特定の優先順位レベルに関連する。ステップ６０２において、この方法は、要求フェイズに入り、アービトレーションのあるラウンドへの参加を選択しているノードはそれぞれ、共有リソースにアクセスするための優先順位レベルを選択する。参加を選択したノードは、他の参加ノードにより選択された優先順位レベルを何も知らず、従って、各ノードは、優先順位レベルを個別に選択する。ステップ６０３において、参加を選択したノードは、図１、図３Ａ、及び図５Ａを参照して上で説明したように、選択された優先順位レベルに関連する光の波長に対応する共振器を駆動する。ステップ６０４において、選択された波長の光を抽出する各ノードは、ステップ６０５へ進み、波長の光を抽出しない各ノードは、ステップ６０６へ進む。ステップ６０６において、ノードは、自分の要求が敗北したことを認識し、自分の共振器を停止させ、共有リソースへのアクセスのための新たな要求をアサートするために、アービトレーションの後のラウンドを待つ。任意選択的ステップ６０７において、要求のアサートが不首尾に終わったノードは、アービトレーションのその後のラウンドにおける当該ノードの成功の機会を増加させるために、優先順位を増加させることができる。例えば、ＶＯＩＰパケットを送信するノードは、アービトレーションのその後のラウンドにおいて最高優先順位レベルまで増加させることができる場合があり、あるいはノードは、タイムスタンプを付され、有効期限が切れるまでに送信しなければならない特定のパケットに関連する優先順位レベルを増加させることができる場合がある。ステップ６０５において、残りの参加中のノードは、自分達の要求が勝ったことを認識すると、許可フェイズへ進み、自分達の要求が許可されたか、それとも拒否されたかを判断する。任意選択的ステップ６０８において、自分達の要求が勝利し、許可フェイズへ進んだノードは、図４〜図５を参照して上で説明したように、自分達の共振器をアクティブな状態に維持することができ、又は、図２〜図３を参照して上で説明したように、自分達の共振器を停止させ、許可フェイズにおいて自分達の共振器を再駆動させることができる。ステップ６０９において、抽出された最高優先順位レベル波長よりも低い優先順位レベルに関連する波長は、図３Ｂ、及び図５Ｂを参照して上で説明したように、導波路から除去される。ステップ６１０において、光源に最も近い位置にある選択された最高優先順位レベルを有するノードは、関連波長を導波路から抽出するとき、ステップ６１１へ進み、さもなければ、残りのノードはステップ６１２へ進む。ステップ６１１において、ノードは、リソースへのアクセスを許可され、次のステップ６１３において、ノードは、リソースの使用を開始する。ステップ６１２において、残りのノードは、自分達が、リソースへのアクセスを許可されていないことを認識し、アービトレーションの後続のラウンドを待つ。任意選択的ステップ６１４において、それらのノードは、アービトレーションの後続のラウンドにおいて自分達の選択された優先順位レベルをインクリメントすることができる。ステップ６１５において、アービトレーションの後続のステップについて、ステップ６０１〜６１３が繰り返される。
【００３３】
Ｆ．ノード、電子回路、及び他の光学的アービトレーションシステム実施形態の略回路図
図７Ａは、本発明の種々の実施形態に従って構成されたノード７００の略回路図である。ノード７００は、光学的アービトレーションシステム１００の種々のノードを表す。電子部品は、有効化回路（「ＥＮＢ」）７０２、ＯＲゲート７０４、及び要求ラッチ７０６を含む。要求ラッチ７０６は、ＥＮＢ７０２に電気的に接続され、ＥＮＢ７０２は、共振器７０８〜７１１のそれぞれに電気的に接続される。共振器７０８〜７１１はそれぞれ個別にＯＲゲート７０４に電気的に接続される。各共振器には、波長１２７〜１３０に割当てられた４つの優先順位レベルのうちの１つに対応する２ビットの優先順位レベルが割当てられている。具体的には、共振器７０８〜７１１に割当てられる２ビットの優先順位レベルはそれぞれ、「００」、「０１」、「１０」、及び「１１」である場合があり、これらの優先順位レベルは、図７Ａにおいて各共振器の下に記載されている。「００」は、最高優先順位レベルに対応し、「０１」は、２番目に高い優先順位レベルに対応し、「１０」は、３番目に高い優先順位レベルに対応し、「１１」は、最低優先順位レベルに対応する。ビット「０」及び「１」は、ビット「０」を低電気信号、又は電気信号無しに割り当て、ビット「１」を比較的高い電気信号に割当てることによって実現される場合がある。共振器７０８〜７１１は、駆動されると、対応する波長１２７〜１３０を導波路１０２から抽出するように構成される。要求ラッチ７０６は、ノードからの電気信号を入力Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３から受信し、システムクロック信号をＣＬＫから受信する。２つの入力Ｄ１、及びＤ２は、２ビットの優先順位レベルを受信し、第３の入力Ｄ３は、そのノードが、その２ビットの優先順位レベルに関連する共振器を駆動する準備が出来たことを示す電気要求信号を受信する。要求ラッチ７０６は、クロック信号の立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジのいずれかにおいて、２ビットの優先順位レベル、及び要求信号を出力する。ＥＮＢ７０２は、２ビットの優先順位レベル、及び要求信号を受信し、その２ビットの優先順位レベルに関連する共振器を駆動する。
【００３４】
図７Ｂは、本発明の種々の実施形態によるノード７００の例示的な動作を示す図である。独立して動作するノード７００は、共有リソースへのアクセスを要求する際に、２番目に高い優先順位レベルを選択するものと仮定する。その場合、ノード７００は、２ビットの優先順位レベル「０１」を要求ラッチ７０６へ送信し、要求ラッチ７０６は、要求ラッチ７０６が要求信号を受信するまで、それらのビットを記憶する。ノード７００は、共有リソースへのアクセスを要求する準備ができると、要求信号を要求ラッチ７０６へ送信し、要求ラッチ７０６は、ビット「０」、及び「１」を入力Ｓ１、及びＳ２に同時かつ個別にラッチし、クロック信号の立ち上がり時間ステップ、又は立ち下がり時間ステップのいずれかにおいて、要求信号をＥＮＢ７０２にラッチする。ＥＮＢ７０２は、２ビットの優先順位レベルを受信すると、対応する共振器７０９を駆動する。駆動された共振器７０９には影が付され、駆動されていない共振器７０８、７１０、及び７１１には影が付されていない。図７Ｂに示されているように、駆動された共振器７０９は、対応する波長１２８を導波路１０２から抽出する。他の波長１２７、１２９、及び１３０は、共振器７０８、７１０、及び７１１を邪魔されることなく通過する。駆動された共振器７０９は、電気信号をＯＲゲート７０４に送信し、ＯＲゲート７０４は、ノード２００に信号を送信することによって、これに応答する。ノードは、その信号を、そのノードが、共有リソースへのアクセスの要求を首尾よく完了したことを意味するものと解釈する。許可フェイズの間、処理は繰り返される。
【００３５】
図８Ａは、本発明の種々の実施形態に従って構成された電子回路１２０を示す回路図である。電子回路１２０の構成要素は、インバータ８０２、第１のＮＡＮＤゲート８０４、及び第２のＮＡＮＤゲート８０６を含む。図８Ａから、検出共振器１１１〜１１３がインバータ８０２、並びにＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６にどのように電気的に接続されるかが分かる。検出共振器１１４は、波長１３０が導波路１０２へ反射して戻されることを維持するために、最低優先順位の波長１３０を導波路１０２から抽出する。波長１２７が検出共振器１１１によって検出されると、電気信号が、検出共振器１１１からインバータ８０２、並びにＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６へ入力される。波長１２８が検出共振器１１２によって検出されると、電気信号が、検出共振器１１２からＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６へ入力される。波長１２９が検出共振器１１３によって検出されると、電気信号が、検出共振器１１３からＮＡＮＤゲート８０６へ入力される。インバータ８０２は、無効化共振器１１７に電気信号を出力し、ＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６は、無効化共振器１１８、及び１１９にそれぞれ電気信号を出力する。上で述べたように、検出共振器１１１〜１１３はそれぞれ、対応する波長の光が検出共振器に捕捉されたときに比較的高い電気信号を生成し、光が検出共振器に何も捕捉されないときに、比較的低い電気信号を生成し、又は何も電気信号を生成しない。インバータ８０２は、検出共振器１１１から受信した比較的高い電気信号を、無効化共振器１１７へ送信される比較的低い電気信号に変換するとともに、検出共振器１１７から受信した比較的低い電気信号、又は電気信号無しを、無効化共振器１１７へ送信される比較的高い電気信号に変換する。ＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６は、入力電気信号の全てが比較的高いときに、低い電気信号を無効化共振器１１８、及び１１９に出力し、又は何も電気信号を出力せず、入力電気信号のうちの少なくとも１つが低いときに、比較的高い電気信号を無効化共振器１１８、及び１１９に出力する。
【００３６】
図８Ｂは、本発明の種々の実施形態に従って動作する図８Ａに示した電子回路を示している。検出共振器１１２、及び１１４は、波長１２８、及び１３０をそれぞれ抽出し、波長１２７、及び１２９は、検出共振器１１１、及び１１３に到達しない。図２を参照して上で説明したように、波長１２７、及び１２９は、導波路に沿って種々のノードにより抽出されている場合がある。換言すれば、要求フェイズにおいて、ノードは、選択された最高優先順位レベルを有する場合もあれば、選択された３番目に高い優先順位レベルを有する場合もある。その結果、検出共振器１１２は、比較的高い電気信号をＮＡＮＤゲート８０４、及び８０６へ送信する。一方、検出共振器１１１は、低い電気信号をインバータ８０２、及びＮＡＮＤゲート８０４の入力へ送信し、又は何も電気信号を送信せず、検出共振器１１３は、低い電気信号をＮＡＮＤゲート８０６の入力に送信し、又は何も電気信号を送信しない。インバータ８０２は、無効化共振器１１７を駆動する高い電気信号を送信することによって、検出共振器１１１から受信した低い電気信号、又は電気信号が無い状態に応答する。ＮＡＮＤゲート８０４は、無効化共振器１１８を駆動することによって、検出共振器１１１、及び１１３からそれぞれ受信される低い電気信号、及び比較的高い電気信号に応答する。最後に、ＮＡＮＤゲート８０４は、無効化共振器１１９を駆動することによって、検出共振器１１１、及び１１３により送信される低い電気信号、並びに、検出共振器１１２から受信する比較的高い電気信号に応答する。アクティブな無効化共振器１１７〜１１９には影が付され、それらは、最も高い優先順位の波長１２７を導波路１０２に沿って伝搬させつつ、導波路１０２から波長１２８〜１３０を抽出し、その結果、選択された最高優先順位レベルを有するノードは、波長１２７を抽出することができ、自分が共有リソースへのアクセスを許可されていることを認識することができる。一方、３番目に高い優先順位レベルを抽出したノードは、許可フェイズにおいて波長１２９を抽出せず、自分が共有リソースへのアクセスを許可されていないことを認識する。
【００３７】
アービトレーションシステムの実施形態が、８つのノード、及び、図１に示した特定のノード構成に限定されることはない。アービトレーションシステムの種々の実施形態は、任意の可能な構成を有する任意数のノードについて優先順位付けされた光学的アービトレーションを提供するように構成されることができる。図９は、本発明の種々の実施形態に従って構成された第２の光学的アービトレーションシステム９００を示す概略図である。システム９００は、導波路９０２、導波路９０２の第１の端部に光学的に結合された光源１０４、及び８セットの４つの共振器を含む。このシステムはさらに、光源１０４と、ノードＮ０との間に配置された無効化要素１１６、導波路９０２の第２の端部に光学的に結合された検出要素１１０、並びに、無効化要素１１６の無効化共振器１１７〜１１９及び検出要素１１０の検出共振器１１１〜１１４に電気的に結合された電子回路１２０を含む。共振器、及び導波路９０２は、導波路９０４の第１の部分が、最高優先順位レベルに関連する全ての共振器に隣接し、導波路９０６の第２の部分が、２番目に高い優先順位レベルに関連する全ての共振器に隣接し、導波路９０８の第３の部分が、３番目に高い優先順位レベルに関連する全ての共振器に隣接し、導波路９１０の第４の部分が、最低優先順位レベルに関連する全ての共振器に隣接するように構成される。
【００３８】
アービトレーションシステム実施形態が、導波路１０２及び９０２のように、各優先順位レベルに関連する波長を伝送するように構成された単一の導波路に限定されることはない。他の実施形態として、各波長は、個別の導波路の中を伝送させてもよい。図１０は、本発明の種々の実施形態に従って構成された第３の光学的アービトレーションシステム１０００の概略図である。システム１０００は、４つの独立した導波路１００２〜１００５、導波路１００２〜１００５のそれぞれの第１の端部に光学的に結合された光源１０４、及び８セットの４つの共振器を含む。システム４００はさらに、光源１０４と、ノードＮ０との間に配置された無効化要素１１６、導波路１００２〜１００５の第２の端部に光学的に結合された検出要素１１０、並びに無効化要素１１６の無効化共振器１１７〜１１９及び検出要素１１０の検出共振器１１１〜１１４に電気的に結合された電子回路１２０を含む。導波路１００２〜１００５は、４つの波長１２７〜１３０をそれぞれ個別に伝送する。最高優先順位レベルに関連する共振器は、導波路１００２に隣接して配置され、２番目に高い優先順位レベルに関連する共振器は、導波路１００３に隣接して配置され、３番目に高い優先順位レベルに関連する共振器は、導波路１００４に隣接して配置され、最低優先順位レベルに関連する共振器は、導波路１００５に隣接して配置される。
【００３９】
２．時分割多重アービトレーションを使用して優先順位付き光学的アービトレーションを実施するシステム、及び方法
Ａ．光学的アービトレーションシステム
図１１は、本発明の種々の実施形態に従って構成された光学的アービトレーションシステム１１００を示す概略図である。システム１１００は、導波路１１０２、導波路１１０２の第１の端部に光学的に結合された光源１１０４、及び４つの実質的に同一のノード共振器１１０６〜１１０９を含む。各ノード共振器は、導波路１１０２に光学的に結合され、かつ、ラベルＮ０〜Ｎ３が付された４つのノードのうちの１つに電気的に結合されている。システム１１００はさらに、検出要素１１１２、及び無効化要素１１１６を含むアービターを含む。検出要素１１１２は、導波路１１０２の第２の端部の近くに配置された検出共振器１１１４を含み、無効化要素１１１６は、光源１１０４と、ノードＮ０との間において導波路１１０２に光学的に結合された無効化共振器１１１８を含む。アービターはさらに、検出共振器１１１４、及び無効化共振器１１１８に電気的に結合された電子回路１２０を含む。図１１の例に示したように、単一の無変調波長を含む光が、光源１１０４から出力され、導波路１１０２に入力される。光は、方向矢印１１２２〜１１２４で示されているように、導波路１１０２に沿って反時計回りに進行し、無効化要素１１１６、及び各ノード共振器を通過し、最終的に検出要素１１１２に到達する。導波路１１０２は、リッジ導波路であっても、フォトニック結晶導波路であっても、光ファイバーであってもよい。共振器１１０６〜１１０９、検出共振器１１１４、及び無効化共振器１１１８は、図１を参照して上で説明したように構成され、動作するものであってもよい。
【００４０】
Ｂ．時分割多重アービトレーション
アービトレーションシステム１１００における優先順位付きアービトレーションは、アービトレーションの各ラウンド内において優先順位レベルを時分割多重化することによって実施することができる。上で説明した優先順位付きＷＤＭアービトレーションによれば、優先順位付きＴＤＭアービトレーションの各ラウンドは、（１）要求フェイズ、及び（２）その後に続く許可フェイズを用いて実行される。要求フェイズ、及び許可フェイズの最初の時点で、トークンは、導波路１１０２に入力される。トークンは、特定の波長、及び有限の時間を有する光のパルスである。トークンの各部分は、特定の優先順位レベルに関連する。例えば、３つの優先順位レベルに関連するトークンは、３つの部分を含み、第１の部分は、最高優先順位レベルに関連するノードを通過し、第２の部分は、２番目に高い優先順位レベルに関連するノードを通過し、第３の部分は、最低優先順位レベルに関連するノードを通過する。トークンが各ノードを通過する時刻は、固定オフセットであるノード間の距離によって異なる。あるノードが要求をアサートするためには、すなわち、特定の優先順位レベルについて要求が許可されたか否かを判断するためには、そのノードは、その優先順位レベルに対応するトークンの部分を抽出する。例えば、３つの優先順位レベルを採用するシステムにおいて優先順位レベル２の要求をアサートする第１のノードは、トークンの第１の部分と第３の部分との間にギャップを残しつつ、トークンの中間部分を抽出する。導波路１１０２に沿ってより遠くに位置し、優先順位レベル１の要求をアサートする第２のノードは、トークンの第１の部分を抽出する。このように、各優先順位レベルを特定の光の波長に関連付ける波長分割多重とは違い、時分割多重は、各優先順位レベルをトークンの特定の部分に関連付ける。
【００４１】
図１２は、本発明の種々の実施形態によるシステム１１００において実施される優先順位付きＴＤＭアービトレーションの２つのラウンドに関連する例示的なタイミング図である。アービトレーションの第１のラウンドは、要求フェイズ１２０１、及びその後に続く第１の許可フェイズ１２０２を含み、アービトレーションの第２のラウンドは、第２の要求フェイズ１２０３、及びその後に続く第２の許可フェイズ１２０４を含む。列１２０５は、図１１におけるノードラベルＮ０〜Ｎ３、及び検出要素１１１４を表すラベルＤを並べて示している。表１２０６は、ノードラベルＮ０〜Ｎ３を示し、アービトレーションの２つのラウンドについて、それらのノードにより選択された優先順位レベルを列に並べて示している。ノードは、その中から選択可能な３つの優先順位レベルを有する。例えば、アービトレーションの第１のラウンドにおいて、ノードＮ０、Ｎ１、及びＮ３は、優先順位レベル２、１、及び３をそれぞれ選択し、ノードＮ２は、参加しないことを選択した。タイムスロットには、優先順位レベルがラベル付けされ、各ノードは、要求をアサートすることができ、すなわち、首尾よく成功した要求が許可されたか、それとも拒否されたかを知ることができる。例えば、ノードＮ０は、タイムステップ０から始まる優先順位レベル１の要求１２０７をアサートし、タイムステップ１から始まる優先順位レベル２の要求１２０８をアサートし、タイムステップ２から始まる優先順位レベル３の要求１２０９をアサートすることができる。また、ノードＮ０は、タイムステップ５から開始して、優先順位レベル１の要求が許可されたか否かを知ることができ１２１０、タイムステップ６から開始して、優先順位レベル２の要求が許可されたか否かを知ることができ１２１１、タイムステップ７から開始して、優先順位レベル３の要求が許可されたか否かを知ることができる１２１２。ノードは、そのノードにより選択された優先順位レベルに関連するタイムスロットの中で導波路１１０２からトークンの部分を抽出したとき、その要求を勝ち取り、すなわち、リソースへのアクセスを許可される。
【００４２】
図１１を参照し、図１２に示した例示的なタイミング図について以下で説明する。３つの優先順位レベルしかないため、３つの優先順位レベルに関連するトークンが、導波路１１０２に入力される。単純化のために、トークンの持続時間は、約３タイムスロットである。トークンを導波路１１０２に入力するために、電子回路１１２０は、３タイムスロットの時間にわたって無効化共振器１１１８を停止させる。ノードＮ０は、優先順位レベル２を選択したから、タイムステップ１から共振器１１０６の駆動を開始し、ギャップ１２１４を残して、優先順位レベル２に関連するトークンの部分の導波路１１０２からの抽出を開始する。ギャップはその後、タイムステップ２、３、及び４においてノードＮ１、Ｎ２、及びＮ３にそれぞれ到達し、タイムステップ５において検出共振器Ｄに到達する。同様に、ノードＮ１、及びＮ３は、優先順位レベル１、及び３を選択したから、ギャップ１２１５、及び１２１６をそれぞれ残して、タイムステップ１、及び５から導波路１１０２に沿ってそれぞれ進行する光の抽出を開始する。検出共振器Ｄは、タイムステップ４から始まる最高優先順位レベル１に関連するトークンの部分を受信しない。その結果、電子回路１１２０は、ノードの１つによって最高優先順位レベルが既に選択されていると判断し、第１の許可フェイズ１２０２の最初の時点で、無効化共振器１１１８を停止させ、最高優先順位レベル１に関連する１タイムスロットの持続時間を有するトークンを導波路１１０２に入力することによって、これに応答する。換言すれば、１タイムスロット長のトークンが、導波路１１０２に置かれ、最高優先順位レベル１に関連するタイムスロットの間に各ノードを通過する。ノードＮ１は、最高優先順位レベル１を選択した唯一のノードであるから、ノードＮ１は、共振器１１０７を駆動し、タイムステップ６から、最高優先順位レベルに関連するトークンの部分の抽出を開始する。その後、ノードＮ１は、タイムステップ６からリソースの使用を開始することができる。優先順位レベル２、及び３に関連するトークンの部分が存在しないので、タイムステップ８、及び１０のそれぞれにおいて光がノードＮ０、及びＮ３を通過することはない。タイムステップ８、及び１０は、許可フェイズにおいてノードＮ０、及びＮ３が光を抽出することが可能なタイムスロットをマーキングするタイムステップである。従って、ノードＮ０、及びＮ３は、自分達がリソースへのアクセスを許可されなかったことをアービトレーションの最初のラウンドの間に認識する。
【００４３】
アービトレーション１２０３の第２のラウンドについての要求フェイズ２は、タイムステップ１０から開始される。表１２０６は、アービトレーションの第２のラウンドにおいて、ノードＮ１、及びＮ３が、優先順位レベル３、及び２をそれぞれ選択したこと、並びにノードＮ０、及びＮ２が、参加しないことを選択したことを示している。ノードＮ１、及びＮ３は、導波路１１０２に沿って進行するギャップ１２１８、及び１２１９を残して、タイムステップ１３、及び１４から光の抽出をそれぞれ開始する。検出共振器Ｄは、タイムステップ１５、及び１６から始まるタイムスロットの間に光を受け取らず、電子回路１１２０は、第２の許可フェイズ１２０２の開始時に、図１における無効化共振器１１１８を停止させ、最高優先順位レベル、及び２番目に高い優先順位レベルに関連する部分を有するトークンを導波路１１０２に置くことによって、これに応答する。従って、ノードＮ１が自分の共振器１１０７を駆動するとき、タイムステップ１８の開始時に、ノードＮ１に到達する光は無い。その結果、ノードＮ１は、アービトレーションの第２のラウンドの間に自分がリソースへのアクセスを許可されなかったことを認識する。一方、ノードＮ３は、タイムステップ１９において自分の共振器１１０９を駆動し、優先順位レベル２に関連するタイムスロットの間に光を抽出する。その結果、ノードＮ３は、自分がリソースへのアクセスを許可されたことを認識し、リソースの使用を開始することができる。
【００４４】
また、図１２を参照して上で説明した優先順位付きＴＤＭアービトレーション方法は、光源１１０４に最も近い場所にあるノードを好む。そのため、本発明の種々の実施形態によればさらに、ノードは、自分が要求を首尾よく達成しなかったか、又は許可フェイズにおいてアクセスを許可されなかったときに、優先順位レベルをインクリメント、又はデクリメントすることが可能となる。優先順位レベルの増加は、サービス契約の種類、伝送すべき情報のタイプ、情報の世界的な年齢、情報がノードに記憶されている時間の長さ、及び情報の有効期限が切れるまでの時間の現在の長さに基づくことがある。例えば、ノードＮ２が、通信の途絶を回避するために送信しなければならないＶＯＩＰパケットを送信しているものと仮定する。一部の実施形態において、ノードＮ２は、アービトレーションの不首尾に終わった各ラウンドの後、それに従って優先順位レベルを増加させることができる場合がある。他の実施形態として、ノードＮ２は、不首尾に終わった要求フェイズ、又は不首尾に終わった許可フェイズの後に、優先順位レベルを増加させることができる場合がある。
【００４５】
Ｃ．時分割多重アービトレーションの概要
図１３は、本発明の種々の実施形態による、共有リソースについての優先順位付きＴＤＭアービトレーションを実施する方法に関連する種々のステップを表す制御フロー図である。図１３に示されているように、ステップ１３０１〜１３０９は、要求フェイズの間に実施され、ステップ１３０９〜１３１８は、許可フェイズの間に実施される。ステップ１３０１では、図１１を参照して上で説明したように、特定波長の光パルスが、光源から導波路に入力される。光の持続時間は、優先順位レベル要求をアサートするために使用される優先順位レベルの数、及びタイムスロットの数によって決まる。例えば、図１２を参照して上で説明したように、３つの優先順位レベルしか存在せず、各ノードは、１タイムスロットの持続時間にわたって要求をアサートする。従って、光のパルスは、約３タイムスロットの持続時間を有する。ステップ１３０２において、アービトレーションのあるラウンドに参加することを選択しているノードはそれぞれ、共有リソースにアクセスする優先順位レベルを選択する。参加することを選択しているノードは、他の参加ノードにより選択された優先順位レベルを知らず、従って、各ノードは、優先順位レベルを個別に選択する。ステップ１３０３から始まるＦＯＲループでは、要求フェイズに参加している各ノードについて、ステップ１３０４〜１３０９が繰り返される。ステップ１３０４において、ノードは、共振器を駆動し、そのノードにより選択された優先順位レベルに対応するタイムスロットの間に、導波路からパルスの一部を抽出する。ステップ１３０５では、ノードにより選択された優先順位レベルに対応するタイムスロットの間にノードが光を抽出するとき、方法は、ステップ１３０６へ進み、そうでなければ、ノードは、光の抽出に成功しなかったとして、方法はステップ１３０７へと進む。ステップ１３０６において、ノードは、そのノードが要求を首尾よく完了したことを認識し、共振器を停止させ、要求が許可されたか否かを判断するために、その後に続く許可フェイズを待つ。ステップ１３０７において、ノードは、要求が不首尾に終わったことを認識すると、次の要求をアサートするために、アービトレーションの後のラウンドを待つ。任意選択的ステップ１３０８において、要求フェイズにおける要求のアサートが不首尾に終わったノードは、アービトレーションの後続のラウンドにおけるそのノードの成功の機会を増加させるために、優先順位レベルをインクリメントすることができる。例えば、ＶＯＩＰパケットを送信しているノードは、アービトレーションの後続のラウンドのために最高優先順位レベルまで増加させる場合があり、あるいは、ノードは、タイムスタンプが付され、有効期限が切れるまでに送信しなければならない特定のパケットに関連する優先順位レベルをインクリメントすることができる。ステップ１３０９において、別のタイムスロットが利用可能である場合、ステップ１３０５〜１３０９が繰り返され、そうでなければ、方法は、許可フェイズの最初の時点で、ステップ１３１０へ進む。ステップ１３１０では、光のパルスが、光源から導波路へ入力される。光のパルスは、導波路に沿って光源に最も近い場所にある最高優先順位レベルを選択しているノードが、そのノードにより選択された最高優先順位レベルの間に光を抽出できるような形で、導波路に入力される。ステップ１３１１から始まるＦＯＲループでは、許可フェイズにおける各タイムスロットについてステップ１３１２〜１３１７が繰り返される。ステップ１３１２では、首尾よく要求フェイズを完了した各ノードは、そのノードにより選択された優先順位レベルに関連するタイムスロットの間に、共振器を駆動する。ステップ１３１３において、ノードが導波路から光を抽出する場合、方法はステップ１３１４へ進み、そうでなければ、方法はステップ１３１５へ進む。ステップ１３１４において、ノードは、自分が供給リソースへのアクセスを許可されていることを認識し、次のステップ１３１６において、ノードは、図１４を参照して上で説明したように、リソースの使用を開始する。ステップ１３１５において、ノードは、自分がアクセスを許可されていないことを認識し、任意選択的ステップ１３１７において、ノードは、アービトレーションの後続のラウンドにおけるそのノードの優先順位レベルを増加させる。ステップ１３１８において、許可フェイズにおける次のステップが利用可能である場合、ステップ１３１２〜１３１６が繰り返され、そうでなければ、方法はステップ１３１９へと進み、そこで、アービトレーションの後続のラウンドについて、ＴＤＭアービトレーション方法が繰り返される。
【００４６】
Ｄ．ノード、及び電子回路の略回路図
図１４は、本発明の種々の実施形態に従って構成されたノード１４００の種々の電子部品を示す略回路図である。ノード１４００は、図１１の各ノードについての種々の電子部品の構成を示している。電子部品は、３ビット要求レジスタ１４０２、１〜３のラベルが付された３つのレジスタを含むシフトレジスタ１４０４、２つのＯＲゲート１４０６、及び１４０８、５つのＡＮＤゲート１４１０〜１４１４、並びに許可ラッチ１４１６を含む。図１４に示されているように、レジスタ１〜３は直列に構成され、レジスタ１の出力がレジスタ２に入力され、レジスタ２の出力がレジスタ３に入力される。論理値は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ、又は立ち下りエッジのいずれかに従って、あるレジスタから次のレジスタへとシフトする。ＡＮＤゲート１４１１〜１４１３はそれぞれ、入力として３ビットレジスタ１４０２から第１の論理値を、レジスタ１〜３から第２の論理値をそれぞれ受け取る。さらに、レジスタ１、及び２からの出力は、ＡＮＤゲート１４１０に入力される前にループバックされ、インバータ１４１８のようなインバータによって反転される。ＡＮＤゲート１４１０はさらに、各要求フェイズの最初の時点で、入力として要求信号を受け取る。ＡＮＤゲート１４１１〜１４１３の出力は、ＯＲゲート１４０８に入力され、ＯＲゲート１４０８は、ノード共振器１４２０を駆動する電気信号を送出し、信号は、ＡＮＤゲート１４１４に入力される。ＡＮＤゲート１４１４は、許可フェイズの最初の時点でＡＮＤゲート１４１４へ送信される許可信号の入力点にインバータをさらに含む。共振器１４２０が光を捕捉すると、電気信号が生成され、許可ラッチ１４１６へ送られる。許可ラッチ１４１６もまた、システムクロックＣＬＫを受け取る。
【００４７】
図１４は、要求／許可クロック信号１４２２、及びシステムクロック信号１４２４の例をさらに含む。１つの完全な要求／許可クロックサイクルが、立ち上がりエッジ１４２６から始まる要求フェイズ、及び立ち下がりエッジ１４２８から始まる許可フェイズによって示されている。便宜上、及び単純化の目的で、３つの優先順位レベルしか存在せず、要求フェイズ、及び許可フェイズはそれぞれ、３システムクロックサイクルの長さであるものと仮定する。３ビットの二進文字列「１００」、「０１０」、及び「００１」は、優先順位レベル１、２、及び３をそれぞれ表すことができ、二進文字列「０００」は、要求無しを表すことができる。要求フェイズの最初の時点で、優先順位レベルの要求が、３ビットレジスタ１４０２に読み込まれる。要求信号は、許可ラッチ１４１６をクリアし、論理「１」に対応する要求信号が、ＡＮＤゲート１４１０に入力される。ＯＲゲート１４０６は、ＡＮＤゲート１４１０から入力された論理「１」を受信し、レジスタ３から論理「０」を受信し、論理「１」をレジスタ１に入力する。要求フェイズの間に、シフトレジスタ１４０４は、各クロックサイクルの立ち上がりエッジにおいて優先順位「１００」、「０１０」、及び「００１」を循環し、許可フェイズの間にも、それらの優先順位を再度循環する。例えば、クロックサイクル１４３０の間に、シフトレジスタ１４０４は、論理値「１」、「０」、及び「０」をＡＮＤゲート１４１１〜１４１３にそれぞれ出力し、クロックサイクル１４３１の間に、シフトレジスタは、論理値「０」、「１」、及び「０」をＡＮＤゲート１４１１〜１４１３にそれぞれ出力する。シフトレジスタ１４０４の中身が３ビットレジスタ１４０２からの出力に一致した場合、ＡＮＤゲート１４１２は、電気信号をＯＲゲート１４０８に出力し、ノード共振器１４２０を駆動する。許可フェイズの間に、共振器１４２０がアクティブになると、許可ラッチ１４１６がロードされ、導波路１１０２に沿って進行するトークンの、ノード１４００により選択された優先順位レベルに対応する部分が抽出される。
【００４８】
図１５は、本発明の種々の実施形態に従って構成された第２の電子回路１１２０の種々の電子部品を示す略回路図である。電子回路１１２０は、インバータ１５０２、ＮＯＲゲート１５０４、ＡＮＤゲート１５０６〜１５０８、及びシフトレジスタ１５１０を含む。シフトレジスタ１５１０は、検出共振器１１１４の出力に従ってロードされる。要求フェイズの開始時に、ＮＯＲゲート１５０４は、論理「１」に対応する要求信号を受信する。その結果、ＮＯＲゲート１３０４は、無効化共振器１１１８に信号を出力せず、無効化共振器１１１８は、要求フェイズの間、非アクティブな状態に留まり、その結果、３クロックサイクル持続時間を有するトークンを導波路１１０２に置くことができる。要求フェイズにおいて、アービトレーションの結果は、シフトレジスタ１５１０へシフトされる。複数の優先順位レベル要求がある場合、論理ゲート１５０７、及び１５０６は、複数の要求のうちの最初のもののみがセットされることを確保し、要求フェイズの最後の時点で、シフトレジスタ１５１０が、レジスタ３において要求された最高優先順位レベルの位置に一組のビットを有するものとなるように、又は、要求が無かった場合に、シフトレジスタ１５１０が空となるようにする。許可フェイズにおいて、シフトレジスタ１５１０の中身は、無効化共振器１１１８の制御に使用され、適当なタイムスロットの間に、選択された優先順位レベルについてのみ、トークンが導波路１１０２に入力されるようにする。
【００４９】
３．オンチップ実施形態
光学的アービトレーションシステム１００、及び１１００は、単一チップ上の光学層において実施することができる。例えば、一部の実施形態において、チップサイズは、約２５×２５ｍｍにすることができ、６４以上のノードを有する場合がある。導波路は、約２００×５００ｎｍの断面寸法を有することができ、図１、９、１０、及び１１を参照して上で説明した共振器、及び検出共振器のセットは、約２０〜６０μｍからの範囲の寸法を有することができ、波長選択要素は、０．５〜５μｍだけ間隔を空けることができ、波長選択要素の直径は、約１〜２０μｍからの範囲を有することができる。なお、これらの寸法範囲は、例示的な範囲であり、それらに、光学的アービトレーションシステムが採用可能な寸法の広い範囲を限定する意図は全くない。従って、これらの寸法、及び寸法範囲は、実施形態によって変更してもよい。
【００５０】
４．マイクロリング共振器
一部のシステム実施形態において、導波路は、リッジ導波路にすることができ、波長選択要素は、マイクロリング共振器にすることができる。図１６Ａは、基板１６０６の表面に配置され、本発明の種々の実施形態に従って構成されたマイクロリング共振器１６０２、及び、隣接リッジ導波路１６０４の一部を示す等角図である。波長が下記の共振条件を満たすとき、導波路に沿って伝送される特定波長の光は、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へエバネッセント結合される。
【００５１】
【数１】
0005324660.tif 000004
【００５２】
ここでｎｅｆｆはマイクロリング１６０２の有効屈折率であり、Ｃはマイクロリング１６０２の円周であり、ｍは整数であり、λは波長である。積ｎｅｆｆＣは、キャビティの光学長である。換言すれば、波長λの整数倍である波長は、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へエバネッセント結合される。
【００５３】
エバネッセント結合は、マイクロリングのようなある媒体からリッジ導波路のような他の媒体へ、又はその逆に、光のエバネッセント波を伝送するために使用されるプロセスである。例えば、マイクロリング共振器１６０２とリッジ導波路１６０４との間のエバネッセント結合は、導波路１６０４を進行する光によって生成されたエバネッセント場がマイクロリング１６０２に結合するときに発生する。マイクロリング１６０２が、エバネッセント場の種々のモードをサポートするように構成されていると仮定した場合、エバネッセント場は、マイクロリング１６０２の中を伝搬する光を生じさせ、それによって導波路１６０４からマイクロリング１６０２へ光をエバネッセント結合する。
【００５４】
図１６Ｂは、図１６Ａに示したマイクロリング１６０２及び導波路１６０４について透過率と波長の関係を示すグラフである。水平線１６０８は、波長軸を表し、垂直線１６１０は、透過率軸を表し、曲線１６１２は、ある範囲の波長についてマイクロリング１６０２を通過する光の透過率を表している。マイクロリング１６０２を通過する光の透過率は、下記のように定義される。
【００５５】
【数２】
0005324660.tif 000005
【００５６】
ここで、Ｉｉｎは、マイクロリング１６０２に到達するまでに導波路１６０４に沿って伝搬する光の強度であり、Ｉｏｕｔは、マイクロリング１６０２を通過した後に導波路１６０４に沿って伝搬する光の強度である。透過率曲線１６１２の最小値１６１４、及び１６１６は、Ｌをキャビティの光学長としたとき、波長λｍ＝Ｌ／ｍ、及びλｍ＋１＝Ｌ／（ｍ＋１）を有する光についてのゼロ透過率に対応する。これらの波長は、規則正しい間隔を空けて現れる多数の最小値のうちの２つのみを表している。上記の共振条件を満たす波長は、マイクロリング１６０２との間に「強い共振」を有すると言われ、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へエバネッセント結合される。波長λｍ、及びλｍ＋１を取り囲む狭い波長領域では、波長が波長λｍ、及びλｍ＋１から遠ざかるにつれ、透過率が急激に増加することが、透過率曲線１６１２から分かる。換言すれば、波長が共振波長から遠ざかるほど、共振の強度は減少し、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へ結合される光の部分は減少する。領域１６１８〜１６２０の波長を有する光は、実質的に邪魔されることなく、マイクロリング１６０２を通過する。
【００５７】
マイクロリング共振器はエバネッセント結合特性を有するため、マイクロリング共振器は、隣接導波路を伝搬する特定波長を検出するための検出共振器１１１〜１１４のような検出共振器として動作させることができる。図１７は、本発明の種々の実施形態による検出共振器部分１７０２に結合されたマイクロリング共振器１６０２を示している。マイクロリング１６０２と共振する波長を有する光は、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へエバネッセント結合され、導波路１６０２の中を循環しながら、ある時間にわたって捕捉された状態に留まる。検出共振器部分１７０２は、マイクロリング１６０２のＳｉＧｅドープ領域であってもよい。検出共振器部分１７０２は、マイクロリング１６０２の中を循環する光を吸収し、その光を信号線を通じて電気的に結合されたノードへ伝送することが可能な電気信号に変換する。他の実施形態として、マイクロリング１６０２の中に捕捉された光は、第２の導波路にエバネッセント結合され、検出器へと運ばれる場合がある。
【００５８】
マイクロリング１６０２は、マイクロリング１６０２、及び導波路１６０４を取り囲む基板の領域に、適当な電子ドナー、及び電子アクセプター原子又は不純物をドープすることによって、電気的に調節することができる。図１８は、本発明の種々の実施形態によるマイクロリング１６０２、及びリッジ導波路１６０４を取り囲むドープ領域の概略表現、及び平面図である。一部の実施形態において、マイクロリング１６０２は、真性半導体からなる。マイクロリング１７０２内部の半導体基板にｐ型半導体領域１８０１を形成し、マイクロリング１６０２の外側を取り囲む半導体基板１６０６、及び導波路１６０４の反対側にｎ型半導体領域１８０２、及び１８０３を形成することができる。ｐ型領域１８０１、及びｎ型領域１８０２、１８０３は、マイクロリング１６０２の周りに、ｐーｉーｎ接合を形成する。他の実施形態では、マイクロリング１６０２の内側の基板領域にｐ型半導体領域１８０１を形成し、マイクロリング１６０２の外側を取り囲む基板領域にｐ型半導体領域１８０２、及び１８０３を形成するために、ドーパントを逆にすることがある。
【００５９】
電気的に調節可能なマイクロリング１６０２は、マイクロリングを取り囲む領域に適当な電圧が印加されたときに、隣接導波路からの光をエバネッセント結合し、又は転向するように構成される場合がある。例えば、電子制御式マイクロリング１６０２は、外周Ｃ、及び有効屈折率ｎｅｆｆ’を有するように構成され、導波路１６０４に沿って伝搬する波長λの光が、下記の共振条件を満たさないように構成される場合がある。
【００６０】
【数３】
0005324660.tif 000006
【００６１】
ここで、ｎ’ｅｆｆＣは、共振器の光学長である。光は、邪魔されることなくマイクロリング１６０２を通過し、マイクロリング１６０２は、「非アクティブ」であると言われる。一方、マイクロリング１６０２は、マイクロリング１６０２に適当な電圧が印加されたときに、有効屈折率ｎｅｆｆ’が屈折値ｎｅｆｆにシフトし、光が下記のリソース条件を満たすように、適当な材料を用いて形成することができる。
【００６２】
【数４】
0005324660.tif 000007
【００６３】
このとき、光は、導波路１６０４からマイクロリング１６０２へ結合され、マイクロリング１６０２は、「アクティブ」であると言われる。電圧が実質的に「オフ」になると、マイクロリング１６０２の有効屈折率は、ｎｅｆｆ’へシフトバックし、光は、邪魔されることなく導波路１６０４に沿って伝搬する。
【００６４】
なお、本発明の種々のシステム実施形態が、マイクロリング共振器、及びリッジ導波路に限定されることはない。他の実施形態では、導波路に沿って伝搬する特定波長の光と結合するように構成された任意の適当な共振器を使用することが可能である。
【００６５】
上記の説明では、説明の目的上、本発明を完全に理解してもらうために、特定の用語を使用した。しかしながら、当業者には明らかなように、特定の詳細は、本発明を実施するために必要とされない。本発明の幾つかの特定の実施形態に関する上記の説明は、図示説明の目的で提供するものである。それらは、本発明を網羅することも、本発明を記載した実施形態に厳密に限定することも意図していない。当然ながら、上記の教示に照らして、多数の修正、及び変形が可能である。実施形態は、本発明の原理、及びその実際の種々の応用形態を最良の形で説明し、それによって当業者が、本発明、及び想定される特定の用途に適合するように種々の修正が加えられた実施形態を最も良好に使用することができるようにするために、図示説明されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びその均等によって規定されることを意図している。
【図１】
0005324660.tif 000008
【図２】
0005324660.tif 000009
【図３Ａ】
0005324660.tif 000010
【図３Ｂ】
0005324660.tif 000011
【図４】
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【図５Ａ】
0005324660.tif 000013
【図５Ｂ】
0005324660.tif 000014
【図６】
0005324660.tif 000015
【図７Ａ】
0005324660.tif 000016
【図７Ｂ】
0005324660.tif 000017
【図８Ａ】
0005324660.tif 000018
【図８Ｂ】
0005324660.tif 000019
【図９】
0005324660.tif 000020
【図１０】
0005324660.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005324660.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
0005324660.tif 000029
【図１８】
0005324660.tif 000030