專利名稱：全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全光組播光開關(guān)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于半導(dǎo)體光放大器交 叉增益調(diào)制(SOA-XGM)光波長變換器和半導(dǎo)體光放大器(SOA)增益飽和的 全光組播光開關(guān)系統(tǒng)，解決了全光開關(guān)控制、光開關(guān)切換和光信號組播等問題， 屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景波分復(fù)用(WDM)傳輸技術(shù)和全光交換技術(shù)是全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。光開關(guān) 在這兩個方面都起著重要作用。在WDM傳輸技術(shù)中，光開關(guān)的應(yīng)用場合有波 長切換、波長適配、光定時的提取、光碼流再生、光歸零碼(RZ碼)與光不歸 零碼(NRZ碼)的轉(zhuǎn)換等。在全光交換技術(shù)中，光開關(guān)被大量用于光交叉連接 的光交換矩陣、控制交叉連接的全光邏輯以及選擇波長路由時所必需的波長交 換。因此，光開關(guān)是全光網(wǎng)的基本器件之一，也是當(dāng)前阻礙全光網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵 技術(shù)之一。新型光開關(guān)主要分為電控光開關(guān)和光控光開關(guān)兩類。電控光開關(guān)有移動光 纖式，各種形式的波導(dǎo)開關(guān)、熱光開關(guān)、液晶光開關(guān)、聲光光開關(guān)、微電子機(jī) 械系統(tǒng)(MEMS)光開關(guān)等等，以及由以上電控光開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)系統(tǒng)都是電開 關(guān)矩陣，這意味著輸入的控制光信號要先變換成相應(yīng)的電信號，才能對開關(guān)進(jìn) 行控制，不便于全光網(wǎng)使用。最具發(fā)展?jié)摿Φ倪€是光控光開關(guān)，使用光控光開 關(guān)是全光網(wǎng)的發(fā)展方向。現(xiàn)在主要的光控光開關(guān)技術(shù)有非線性波導(dǎo)定向耦合器和非線性光纖環(huán)路鏡 (NOLM)。非線性波導(dǎo)定向耦合光開關(guān)是由多個定向波導(dǎo)耦合器級聯(lián)而成。這 種級聯(lián)的耦合器能實現(xiàn)包括與門、或門、非門、異或等許多復(fù)雜的邏輯操作功 能，非線性耦合器的輸出功率取決于耦合長度，初始相位差和輸入功率。實際 上由于產(chǎn)生非線性耦合需要的光功率極大，目前還不可能走向?qū)嵱?。NOLM是根據(jù)光纖的薩格納克干涉原理制成，光纖環(huán)路作為克爾介質(zhì)，非線 性作用(交叉相位調(diào)制)就在其中完成。如不加控制光，輸出端就沒有輸出， 就像全反射鏡一樣。如果通過波分復(fù)用耦合器順時針方向弓I入控制光脈沖到光 纖環(huán)路中，由于交叉相位調(diào)制，與控制光同方向傳輸并在時域上相互重疊的那 部分脈沖信號光將經(jīng)歷更大的非線性相移。這樣導(dǎo)致兩個方向上脈沖信號光產(chǎn) 生相位差，從而使非線性光纖環(huán)路鏡輸出端有輸出，實現(xiàn)了開關(guān)操作。根據(jù)控 制光與信號光波長與偏振方向的關(guān)系， 一般將非線性光纖環(huán)路鏡分為兩類一 是波長不同，偏振方向相同；二是波長相同，偏振方向正交。前者結(jié)構(gòu)簡單， 開關(guān)速度快，開關(guān)能量低，但級聯(lián)不方便，不利于集成化。后者級聯(lián)相對比較 方便，利于集成，但偏振控制復(fù)雜，控制光對相移的貢獻(xiàn)小。研究中的全光開關(guān)還有雙波長馬赫-曾德(Mach-Zehnder)型光開關(guān)和克爾型光開關(guān)，但它們的工藝都比較復(fù)雜，且離實用化有很大距離。除此之外，現(xiàn)有的全光開關(guān)都只能實現(xiàn)單路光的通斷，不能有效地組成用于光交叉連接的光交換的光開關(guān)矩陣。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和實際系統(tǒng)的需要，提出一種全光 組播光開關(guān)系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)1XN的光開關(guān)功能，還可控制光信號從一個或 多個端口輸出，提高開關(guān)速度極快，提升光交叉連接中的光開關(guān)系統(tǒng)的性能， 同時又因組成器件已非常成熟且益于集成，可以較快實用化，又能隨著相關(guān)技 術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步提升性能。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明以基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)交叉增益調(diào)制 (XGM)的波長變換，SOA增益飽和特性和波長路由模塊為基礎(chǔ)，通過兩次波 長變換、對輸入信號光的光信號的擦除和波長路由來實現(xiàn)全光組播光開關(guān)系統(tǒng)。 該全光組播光開關(guān)系統(tǒng)中，控制信號為不同波長的連續(xù)光，可以同時輸入1個 或幾個不同波長的控制光?？刂乒夥聪蜃⑷隨OA-XGM波長變換器，經(jīng)交叉增 益調(diào)制將信息反向變換到控制光上。攜帶反向信息的控制光輸入波長路由模塊， 并從對應(yīng)的端口輸出，波長路由模塊的各個輸出端都反向連接到各個第二級SOA-XGM波長變換器的反向輸入端，在各個第二級SOA-XGM波長變換器中 進(jìn)行第二次波長變換并輸出。 本發(fā)明的方案具體描述如下基于半導(dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制(SOA-XGM)波長變換的全光組播光開 關(guān)系統(tǒng)主要的構(gòu)成包括SOA-XGM波長變換器、行波半導(dǎo)體光放大器、波長路 由模塊；信號光由輸入端耦合器分成兩路，其中一路信號光和行波半導(dǎo)體光放 大器的輸入端相連，另一路信號光連接到第一級SOA-XGM波長變換器的反向 輸入端，控制光從第一級SOA-XGM波長變換器的正向輸入端輸入，第一級 SOA-XGM長變換器的輸出連接到波長路由模塊的輸入端。波長路由模塊的各個 輸出分別連接到對應(yīng)的一個第二級SOA-XGM波長變換器的反向輸入端，行波 半導(dǎo)體光放大器的輸出與光隔離器的輸入相連，光隔離器的輸出與IXN耦合器 的輸入相連，1 XN耦合器的每一個輸出端分別與一個對應(yīng)的第二級SOA-XGM 波長變換器的正向輸入端相連，各個第二級SOA-XGM波長變換器的輸出就是 全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的輸出。在基于SOA-XGM波長變換方案的全光組播光開關(guān)系統(tǒng)中，輸入的信號光 先經(jīng)過輸入端耦合器分為兩路， 一路信號光在不同波長的控制光(連續(xù)光)的 控制下，在第一級SOA-XGM波長變換器處經(jīng)交叉增益調(diào)制(XGM)進(jìn)行第一 次波長變換，將信號反向變換到控制光上，控制光經(jīng)過一個波長路由模塊選擇 輸出端口，只有對應(yīng)控制光波長的端口有輸出，每個端口輸出都輸入第二級 SOA-XGM波長變換器的反向輸入端進(jìn)行第二次波長變換；另一路信號光經(jīng)過一 個行波半導(dǎo)體光放大器，利用行波半導(dǎo)體光放大器的增益飽和特性將信號光變 為連續(xù)光，光隔離器的作用是隔離反向輸入行波半導(dǎo)體光放大器的殘留光，行 波半導(dǎo)體光放大器輸出的連續(xù)光和經(jīng)1XN耦合器分路后輸入各個第二級 SOA-XGM波長變換器，在各個第二級SOA-XGM波長變換器中，控制光上的 信息再次經(jīng)交叉增益調(diào)制變換到信號光波長上并輸出。因為第一級的SOA-XGM 的波長變換可以同時將信號光的信號變換到多個波長的控制光上，即可以控制 多個第二級SOA-XGM波長變換器的輸出，從而實現(xiàn)了組播功能。對于整個光開關(guān)系統(tǒng)，只要有某個波長的控制光輸入，相應(yīng)的輸出端口就有信號光輸出。SOA-XGM波長變換器是利用半導(dǎo)體光放大器增益飽和的特性來實現(xiàn)的，即 由于半導(dǎo)體光放大器中載流子的消耗而出現(xiàn)增益隨注入光功率增大而減小的現(xiàn) 象。當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制的信號光輸入時，消耗了載流子濃度，使增益達(dá)到飽和。當(dāng)信 號光是嵩電平時，消耗的載流子多，則探測光的增益小，反之，當(dāng)信號光為低 電平時，消耗的載流子少，則探測光獲得大的增益。所以輸出光被輸入信號所 調(diào)制，且通過半導(dǎo)體光放大器(SOA)后，它將攜帶與輸入信號反向的信息。 SOA-XGM波長轉(zhuǎn)換器具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)換范圍廣等優(yōu) 點。通過采用不受偏振限制的SOA，還能夠?qū)崿F(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的偏振無關(guān)化。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有多方面的優(yōu)越性。本發(fā)明通過利用兩次波長 變換和SOA的增益飽和，實現(xiàn)了全光控制的組播光開關(guān)系統(tǒng)，因為本全光組播 光開關(guān)系統(tǒng)是由光來控制，所以開關(guān)切換時間極短，與其它全光開關(guān)方案不同， 該系統(tǒng)實現(xiàn)了1XN的光開關(guān)功能，還可同時控制光信號從一個或多個端口輸出， 且其組成器件技術(shù)成熟，可以較快實用化。


圖1為本發(fā)明中SOA-XGM波長變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明全光組播光開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖對實施方式作進(jìn)一步描述。圖1是本發(fā)明采用的SOA-XGM波長變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。SOA-XGM波 長變換器由一個SOA放大器和一個反向輸入耦合器串聯(lián)而成，具有一個正向輸 入端、 一個反向輸入端和一個輸出端。信號光Ao從SOA-XGM波長變換器反向 輸入端輸入，連續(xù)光&從SOA-XGM波長變換器的正向輸入端輸入，SOA-XGM 波長變換器的輸出端輸出波長變換后的信號，信號波長為入c。SOA-XGM波長變換器是結(jié)構(gòu)最簡單、最易實現(xiàn)的一種交叉增益調(diào)制的波長 轉(zhuǎn)換器，帶有調(diào)制信息的信號光入o和連續(xù)的探測光Ac分別從正反不同方向進(jìn)入波長變換器中，交叉增益調(diào)制后信號光入0上的信息反向變換到探測光A C上。 圖2給出了本發(fā)明基于SOA-XGM波長變換的全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖，其主要功能模塊(器件)包括SOA-XGM波長變換器、行波半導(dǎo)體光 放大器、波長路由模塊，耦合器，各模塊(器件)均通過光纖相連。如圖2所示，信號光經(jīng)輸入端耦合器后分成兩路輸出，其中一路信號光輸 出與行波半導(dǎo)體光放大器的輸入端相連，另一路信號光輸出連接到第一級 SOA-XGM波長變換器的反向輸入端，控制光從第一級SOA-XGM波長變換器 的正向輸入端輸入，第一級SOA-XGM波長變換器的輸出連接到波長路由模塊 的輸入端。波長路由模塊的各個輸出端分別連接到對應(yīng)的一個第二級SOA-XGM 波長變換器的反向輸入端，行波半導(dǎo)體光放大器的輸出與光隔離器的輸入相連， 光隔離器的輸出與1XN耦合器的輸入端相連，1XN耦合器的各個輸出端分別 與一個對應(yīng)的第二級SOA-XGM波長變換器的正向輸入端相連，第二級 SOA-XGM波長變換器的輸出就是全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的輸出。輸入的信號光Ao在輸入端先經(jīng)1X2的輸入端耦合器分為兩路，輸入 SOA-XGM波長變換器的信號光Ao與反向輸入SOA-XGM波長變換器的控制光 進(jìn)行交叉增益調(diào)制，信號光上的信息反向變換到控制光上，控制光的波長、一入n 對應(yīng)著波長路由模塊的各個波長窗口，單播的時候控制光只有一個波長，組播 的時候控制光是幾個不同波長光的組合。攜帶反向信息的控制光輸入波長路由 模塊，不同波長的控制光從波長路由模塊的不同端口輸出，并輸入對應(yīng)的第二 級SOA-XGM波長變換器的反向輸入端。輸入行波半導(dǎo)體光放大器的信號光因 為行波半導(dǎo)體光放大器的增益飽和被變?yōu)檫B續(xù)光，該連續(xù)光經(jīng)過一個光隔離器 后被1 XN耦合器分為N路，光隔離器用來隔離反向輸入行波半導(dǎo)體光放大器的 光信號。1XN耦合器的輸出分別輸入對應(yīng)的第二級SOA-XGM波長變換器的正 向輸入端，在第二級SOA-XGM波長變換器中與攜帶信息的控制光進(jìn)行第二次 波長變換并輸出。控制光的波長組合決定了信號在相應(yīng)端口的輸出。
權(quán)利要求
1.一種全光組播光開關(guān)系統(tǒng)，其特征在于信號光經(jīng)輸入端耦合器后分成兩路輸出，其中一路輸出與行波半導(dǎo)體光放大器的輸入端相連，另一路輸出連接到第一級SOA-XGM波長變換器的反向輸入端；所述SOA-XGM波長變換器由SOA放大器與反向輸入耦合器串聯(lián)而成，具有一個正向輸入端、一個反向輸入端和一個輸出端；控制光從第一級SOA-XGM波長變換器的正向輸入端輸入，信號光上的信號在第一級SOA-XGM波長變換器中經(jīng)交叉增益調(diào)制反向變換到控制光上，第一級SOA-XGM波長變換器的輸出端連接波長路由模塊的輸入端，波長路由模塊的各個輸出端分別連接到對應(yīng)的一個第二級SOA-XGM波長變換器的反向輸入端；行波半導(dǎo)體光放大器利用增益飽和特性將信號光變?yōu)檫B續(xù)光，其輸出與光隔離器的輸入端相連；光隔離器的輸出與1×N耦合器的輸入端相連，1×N耦合器的各個輸出端分別與一個對應(yīng)的第二級SOA-XGM波長變換器的正向輸入端相連，在第二級SOA-XGM波長變換器中，控制光上的信息再次經(jīng)交叉增益調(diào)制變換到信號光波長上，第二級SOA-XGM波長變換器的輸出就是全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全光組播關(guān)開關(guān)系統(tǒng)，控制信號為不同波長的連續(xù)光，控制信號反向輸入SOA-XGM波長變換器；輸入信號光的一部分進(jìn)入波長變換器經(jīng)交叉增益調(diào)制反向變換到控制光上，再經(jīng)波長路由模塊輸出到對應(yīng)的第二級SOA-XGM波長變換器中；輸入信號光的另一部分經(jīng)行波半導(dǎo)體光放大器變?yōu)檫B續(xù)光，再經(jīng)光隔離器后輸入1×N耦合器，1×N耦合器的各個輸出端分別連接一個對應(yīng)的第二級SOA-XGM波長變換器，在第二級波長變換器中，控制光上的信息經(jīng)交叉增益調(diào)制再次反向變換到信號光波長上，第二級波長變換器的輸出即全光組播光開關(guān)系統(tǒng)的輸出。本發(fā)明通過利用兩次波長變換和SOA的增益飽和，解決了光開關(guān)系統(tǒng)中光信號組播的問題。
文檔編號G02B6/35GK101237295SQ20081003430
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者劉智鑫, 錚 梁, 肖石林 申請人:上海交通大學(xué)