[發明專利]偏振型光緩存器及其調節方法

無效

• 申請號: 200710121121.1
• 申請日: 2007-08-30
• 公開（公告）號: CN101114886A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 吳重慶;程木;趙爽
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04J14/02
• 分類號: H04J14/02;G02B6/26;H04B10/12;H04L12/56
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所
• 代理人: 齊玲;毛燕生

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，具體地講是一種偏振型光緩存器及其調節方法，即利用偏振態在半導體光放大器或者光纖中的非線性旋轉作為偏振控制開關，實現對于數據分組信號進行緩存的光緩存器。

背景技術

隨著高速全光網的發展，波長交換的缺點逐漸顯現，全光網正從以波長為交換粒度的光波長交換網向以包為粒度的光分組交換網過渡，光分組交換將成為全光網的重要方向之一。全光分組交換實質是一種存儲-轉發技術，因此如何在光域中完成光數據分組的存儲成為全光分組交換的技術關鍵。網絡中節點的容量、吞吐量、丟包率等特性均取決于存儲器性能的優劣。

目前已經提出了多種全光緩存器的方案，如果按照存儲體(介質)進行分類，主要有以下3種：基于電誘導透明(EIT)原理的以半導體量子點、原子氣和固態材料為存儲體的慢光緩存器；以啁啾光柵為存儲體的光柵型緩存器；以光纖為存儲體的光纖環路型緩存器。雖然EIT介質具有長的緩存時間以及可以調節的延時特性，但是它昂貴的成本、特定波長的限制以及還沒有進行讀寫控制實驗，許多問題尚未暴露。目前處于對光速減慢的探索階段，離適用于高速數據緩存的實際緩存器相距甚遠。至于光柵，由于帶寬很窄不能在高速率下使用，沒有實際意義。而當前比較實際的還是基于光纖型的光緩存器。

前兩種緩存器都是基于對群速度進行控制，而光纖型緩存器是基于對緩存長度進行控制的，目前以光纖為存儲體的全光緩存器按結構分為以下三類：

第一類是基于“延遲線+光開關”的方案(如圖1)，一個基本的設計包含一個2×2光開關和一組不同延遲時間的光纖。利用光纖的延遲特性配合光開關來調節延遲時間，就構成了“交換延遲線”。

第二類是基于“反射光纖(FP腔)+光開關”的方案(如圖2)。基本思想是在一根光纖的兩端，分別加一個透過率(反射率)可調的鏡片M1和M2。當需要把光信號引入時，可將M1調整到透光狀態，待光信號進入光纖后，M1立刻轉換為全反射狀態，M2此時也是全反射狀態，于是光信號就在由兩個全反射鏡組成的FP腔中來回運動，被存儲于光纖中。當需要讀出的時候，只需將M2改成透光狀態即可。原則上，光子可以在FP腔中存活相當長的時間。常見的改變透過率的方法有非線性環路鏡NOLM，T比特非對稱解復用器TOAD或非線性光纖薩格奈克干涉儀NFSI(Nonlinear?Fiber?Sagnec?Interferometer)等光開關。目前，可以將32bit的1Gb/s的信號存儲時間長達1ms以上。

第三類是基于光纖環(Fiber?Loop)的方案，一個基本的設計包含一個2×2光開關和一個光纖環路，存儲時間是光信號在環內延遲時間的整數倍。帶有功率補償的光纖環，如果不考慮噪聲的積累，理論上光子可在其中存活很長的時間。關鍵是如何將光子引入(寫操作)和將光子輸出(讀操作)。在具體實現寫入與讀出方式上包括：a.采用光耦合器輸入、光耦合器輸出(如圖3)；b.采用光耦合器輸入、光開關輸出(如圖4)；c.采用光耦合器輸入、采用解復用器輸出；d.采用光纖環+TOAD光開關等。這種設計的基本困難是存儲時間只能是固定的或者是環時間的整數倍。

經過分析發現，上述緩存器中的絕大部分都要使用半導體光放大器SOA，或者作為寫入和讀出控制的光開關，或者作為非線性元件，因此SOA在這種光纖型緩存器中起著關鍵作用。但是，SOA是一種具有多種光-光互作用的器件，包括交叉增益調制、交叉相位調制、交叉偏振調制以及4波混頻等等。以往的緩存器僅僅利用了交叉增益調制和交叉相位調制，但是這兩種工作方式的缺點在于：由于受到增益恢復時間的限制，最快的速度只能達到數十ps的量級，限制了開關速度的進一步提高。SOA中的交叉偏振調制，是目前已經知道的最快的光-光互作用現象，速度可達fs級，已經有用于320Gb/s系統的報道。同時，基于交叉相位調制的緩存器，必須使用干涉原理，而干涉的基礎是要求偏振態一致。由于光纖是一個偏振不穩定器件，偏振態受環境影響很大，所以基于交叉相位調制的光開關長時穩定性不夠理想。利用偏振態作為開關，可以回避偏振不穩定的問題。此外，目前基于干涉原理的SOA光開關TOAD，緩存深度(緩存數據包的長度與光纖長度之比)受到一定限制，這是因為TOAD中順時針與逆時針的兩路光不能在SOA中相遇，否則它們之間將相互干擾。這使得基于這種光開關的最大緩存深度達不到50％。基于交叉偏振調制的光緩存器，不需要使用干涉原理，因此緩存深度可達90％以上，這就是本發明的出發點。

發明內容