本發(fā)明涉及芯片之間的光通信的，公開了一種多通道光路由系統(tǒng)模塊。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，高性能計算、數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)(iot)設(shè)備的需求不斷增加。在這些應用中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、帶寬和能效成為了關(guān)鍵指標。傳統(tǒng)的電子互連技術(shù)已經(jīng)逐漸達到了其物理極限，尤其是在短距離、高密度互聯(lián)領(lǐng)域。為了克服這些限制，芯片間光互連技術(shù)應運而生，成為下一代通信架構(gòu)的重要組成部分。傳統(tǒng)的電子互連技術(shù)，基于銅線的信號傳輸，存在以下幾個方面的局限：隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，信號在銅線中的衰減和失真現(xiàn)象加劇，導致有效帶寬下降；高速信號在銅線上傳輸時易受電磁干擾(emi)，影響信號的完整性和可靠性；高速電子互連在信號傳輸過程中會產(chǎn)生較高的功耗，這對設(shè)備的散熱管理和能效提出了挑戰(zhàn)；電子互連技術(shù)在高密度集成方面存在局限，難以滿足日益增長的集成需求，光互連技術(shù)利用光波作為信息載體，在芯片之間建立高速通信鏈路。與傳統(tǒng)的電子互連相比，光互連具有顯著優(yōu)勢。

2、例如授權(quán)公布號為cn104849812a的中國專利公開了一種光學多通道路由器，包括殼體、輸入分配器、輸出分配器、切換光纖、光纖輸入準直鏡、光纖輸出準直鏡、多個輸入準直鏡、多個輸出準直鏡、多個輸出光纖、多個光電檢測器和多個輸出端口，切換光纖的一端與一個光纖輸入準直鏡相連，另一端與一個光纖輸出準直鏡相連；輸入分配器可帶動光纖輸入準直鏡與多個輸入準直鏡一一對準；輸出分配器可帶動光纖輸出準直鏡與多個輸出準直鏡一一對準；多個輸出光纖分別連接在多個輸出準直鏡與多個光電檢測器之間。由于多個光電檢測器集中設(shè)置，可采用統(tǒng)一的硬件配置，使得進行不同物理光學性質(zhì)進行分析時光電轉(zhuǎn)換效率一致，減小光電轉(zhuǎn)換對光學分析帶來的測量誤差，而且實驗操作簡單方便。

3、上述專利依賴輸入分配器和輸出分配器帶動光纖準直鏡與多個輸入/輸出準直鏡一一對準，機械結(jié)構(gòu)較為復雜。在頻繁切換光路或長時間運行過程中，機械部件的磨損、松動以及制造和裝配過程中產(chǎn)生的微小誤差可能會累積，導致光路對準精度下降，影響光信號的傳輸效率和準確性，雖然多個光電檢測器集中設(shè)置且采用統(tǒng)一硬件配置在一定程度上保證了光電轉(zhuǎn)換效率的一致性，但可能無法滿足對不同波長、功率范圍光信號的高靈敏度和特異性檢測需求，未詳細闡述后續(xù)的光電信號處理部分。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術(shù)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多通道光路由系統(tǒng)模塊，包括：

3、發(fā)射模塊，包括多個垂直腔面發(fā)射激光器；

4、mems鏡片模塊，包括多個mems鏡片，第一mems鏡片用于中轉(zhuǎn)反射發(fā)射激光器發(fā)射的激光光束并反射中轉(zhuǎn)反射鏡，第二mems鏡片將來自中轉(zhuǎn)反射鏡的激光光束反射至探測器；

5、中轉(zhuǎn)反射鏡，包括上反射鏡和下反射鏡，所述上反射鏡用于接收一只mems鏡片反射的激光光束，所述下反射鏡用于將所述上反射鏡反射的激光光束反射至第二mems鏡片；

6、探測器模塊，用于接收第二mems鏡片反射的激光光束；

7、光信號檢測模塊，包括數(shù)據(jù)單元、處理單元和光分析單元，其中所述數(shù)據(jù)單元用于采集光功率和光譜，處理單元用于將采集的光功率和光譜光信號進行預處理，光分析單元用于計算光信號的性能指標；

8、反饋模塊，用于獲取光性能指標，并反饋控制補償。

9、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

10、所述多個垂直腔面發(fā)射激光器與探測器模塊均各自集成在一個芯片中；

11、一個垂直腔面發(fā)射激光器與探測器組成一個收發(fā)通道；

12、多個mems鏡片集成在一個mems模塊中；

13、所述mems鏡片可將垂直腔面發(fā)射激光器所發(fā)射的激光光束反射至中轉(zhuǎn)反射鏡中或?qū)碜灾修D(zhuǎn)反射鏡的激光光束反射至探測器。

14、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

15、所述中轉(zhuǎn)反射鏡中，每兩個反射鏡組成一組中轉(zhuǎn)反射鏡實現(xiàn)不同通道中的激光光束進行中轉(zhuǎn)傳輸，其中包括一個下反射鏡和一個上反射鏡；

16、進一步的，兩個對向的收發(fā)通道共用一組中轉(zhuǎn)反射鏡；

17、所述中轉(zhuǎn)反射鏡同時中轉(zhuǎn)該通道與對向通道中發(fā)射的光束信息，并與該兩個通道接收的光束信息。

18、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

19、數(shù)據(jù)單元包括光功率采集子單元和光譜采集子單元；

20、處理單元包括濾波與降噪模塊和數(shù)據(jù)校準與歸一化；

21、光分析單元對信號光功率計算方法包括：

22、s1、檢測信號光峰值，并確定光信號的初步區(qū)域，獲取光譜數(shù)據(jù)；

23、s2、通過對光譜形狀進行擬合，判斷光信號是否符合預設(shè)分布，若符合預設(shè)分布，則通過迭代優(yōu)化確定最佳標準差，進一步計算光信號的光功率，若不符合高斯分布，則光信號偏離，發(fā)出預警；

24、s3、通過對光信號的區(qū)域進行分割，并對每個區(qū)域的光信號的光功率進行計算；

25、s4、獲取最終所有區(qū)域的光功率，進行加和；

26、s5、計算噪聲光功率，并扣除噪聲。

27、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

28、初步確定的信號光區(qū)域內(nèi)，若信號光的光譜形狀符合預設(shè)分布，則先通過獲取每個區(qū)域內(nèi)光譜的標準差，并通過獲取的標準差對每個區(qū)域內(nèi)的光信號的光功率進行計算，獲取每個區(qū)域的光信號的光功率；

29、獲取每個區(qū)域光譜的標準差計算表達式如下所示：

30、

31、其中，p(γ)為初始區(qū)域內(nèi)光信號總功率，pmax為區(qū)域內(nèi)光波長最大值點對應的光信號的總功率，γ為輸入的區(qū)域的光信號波長，γmax為區(qū)域內(nèi)光信號最大波長，σ為區(qū)域內(nèi)光信號功率標準差，e為指數(shù)常數(shù)；

32、通過獲取的標準差，計算每個區(qū)域的光信號的光功率，計算表達式如下所示：

33、

34、其中，pz為所有光信號區(qū)域的總光功率，σi為第i個區(qū)域的光信號功率標準差，i為光喜好分割區(qū)域，n為區(qū)域總數(shù)。

35、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

36、所述噪聲光功率計算方法包括，

37、s101、選取遠離信號光區(qū)域的波長范圍，計算該區(qū)域內(nèi)光功率的平均值和標準差，將平均值作為背景噪聲的估計值；

38、s102、在光譜范圍內(nèi)，排除已確定的信號光區(qū)域后，剩余的區(qū)域即為噪聲光區(qū)域，設(shè)定噪聲閾值，將高于噪聲閾值的點視為異常點，并進行修正和排除；

39、s103、對于確定的噪聲光區(qū)域，計算噪聲光功率，將噪聲光區(qū)域劃分為多個小的波長區(qū)間，每個區(qū)間內(nèi)的光功率近似為噪聲光區(qū)域第j個小波長區(qū)間內(nèi)的光功率，計算噪聲光功率；

40、噪聲光功率計算表達式如下所示：

41、

42、其中，pnoi為噪聲光功率，pj為噪聲光區(qū)域第j個小波長區(qū)間內(nèi)的光功率，δλj為噪聲光區(qū)域劃分的第j個小波長區(qū)間寬度，j為光信號區(qū)域，m為區(qū)域總數(shù)。

43、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

44、采集光功率隨時間變化的數(shù)據(jù)序列以及光譜數(shù)據(jù)，從光功率數(shù)據(jù)中提取特征；

45、構(gòu)建光性能指標預測模型，將提取的特征作為輸入，將已知的光性能指標作為輸出標簽進行模型訓練；

46、光性能指標預測模型由輸入層、若干隱藏層和輸出層組成。輸入層神經(jīng)元數(shù)量等于輸入光信號數(shù)據(jù)特征數(shù)量n，輸出層神經(jīng)元數(shù)量等于輸出光性能指標數(shù)量m。設(shè)隱藏層有l(wèi)層，第z層(z＝1,2,3，...，l)的神經(jīng)元數(shù)量為h；

47、對于神經(jīng)元之間的連接權(quán)重，設(shè)輸入層到第1隱藏層的權(quán)重矩陣為w1，維度為h1×(n+1)，則第z-1隱藏層到第1隱藏層的權(quán)重矩陣為wz，維度為hz×(hz-1+1)；

48、前向傳播包括光信號數(shù)據(jù)特征輸入輸入層，通過激活函數(shù)計算到第一隱藏層的光性能指標向量，所述光性能指標向量進行多個隱藏層之間的傳播計算，最后一層隱藏層接收光性能指標向量，并通過最后一層隱藏層接收光性能指標向量傳播到輸出層，通過輸出層計算并輸出光性能指標向量。

49、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

50、通過損失函數(shù)對光性能指標向量預測值與光性能指標向量真實值之間的差異進行量化，計算表達式如下所示：

51、

52、其中，t(w)為損失值，為輸入的光性能指標向量預測值，yi1為輸入光性能指標向量真實值，i為數(shù)據(jù)總數(shù)，i1為輸入光性能指標向量組數(shù)。

53、作為本發(fā)明一種多通道光路由系統(tǒng)模塊的一種優(yōu)選方案，其中：

54、反饋補償包括補償策略生成和補償執(zhí)行與反饋調(diào)整；

55、根據(jù)預測得到的光性能指標，與預設(shè)的目標性能指標進行對比分析；

56、基于分析結(jié)果，生成補償策略，若是衰減問題，則確定位置增加的增益量；若為發(fā)射功率問題，調(diào)整垂直腔面發(fā)射激光器的驅(qū)動電流或電壓；

57、根據(jù)光性能指標預測模型的色散量，確定色散補償光纖的長度和數(shù)字色散補償算法中的參數(shù)調(diào)整量；

58、對于非線性效應補償，調(diào)整光信號的預補償參數(shù)。

59、一種計算機設(shè)備，包括：存儲器，用于存儲指令；處理器，用于執(zhí)行所述指令，使得所述設(shè)備執(zhí)行實現(xiàn)上述的一種多通道光路由系統(tǒng)模塊。

60、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)上述的一種多通道光路由系統(tǒng)模塊。

61、本發(fā)明的有益效果：

62、多個垂直腔面發(fā)射激光器與探測器模塊均各自集成在一個芯片中，這種集成化設(shè)計有助于減小整個系統(tǒng)的物理尺寸，提高系統(tǒng)的緊湊性，使其更便于在一些空間有限的應用場景中進行部署，同時也有利于降低因各組件分散布局可能帶來的信號傳輸損耗以及電磁干擾等問題，提升系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性，構(gòu)建光性能指標預測模型，依據(jù)采集的光功率隨時間變化的數(shù)據(jù)序列以及光譜數(shù)據(jù)提取特征來訓練模型，以輸入層、隱藏層和輸出層的合理架構(gòu)，可以基于大量的數(shù)據(jù)學習光信號特征與光性能指標之間的內(nèi)在關(guān)系，從而實現(xiàn)對光性能指標的有效預測，提前掌握光信號的性能表現(xiàn)趨勢，反饋補償環(huán)節(jié)涵蓋補償策略生成和補償執(zhí)行與反饋調(diào)整，能根據(jù)預測得到的光性能指標與預設(shè)的目標性能指標對比分析結(jié)果，針對性地生成補償策略，無論是應對衰減問題、發(fā)射功率問題還是色散、非線性效應等問題，都可以采取相應的調(diào)整措施，保障光信號始終能維持在較好的性能狀態(tài)。