[發明專利]一種全光開關控制方法

有效

• 申請號: 201310680461.3
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103616774A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 董雅賓;郭耀華
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及光開關領域，具體為一種全光開關控制方法。

背景技術

在傳統的光——電——光骨干網絡節點中，尤其是樞紐節點，典型的情況是約有70-80%的業務量是直通的，為了少量的業務不得不全部進行光電變換處理，將光信號轉變為電信號，進行交換與選路，然后再將其變換為光信號，送到適當的光路中。這種電的處理技術大大限制了波分復用（WDM)技術的優越性，使網絡節點乃至網絡的吞吐量變小，形成“電子瓶頸”。考慮到這種現行網絡的運行情況，為進一步克服“電子瓶頸”現象，全光網絡浮出了水面。全光網(AON)是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光技術，即數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行。在全光網絡中，不需要電信號的處理，所以允許存在各種不同的協議和編碼形式，信號的傳輸具有透明性。

在全光網絡各種設備器件當中，光交叉連接設備(OXC)和光分插復用設備(OADM)可以說是全光聯網的核心器件技術。研制全光的交叉連接OXC和分插復用OADM設備，成為建設大容量通信干線網絡十分迫切的任務。而光開關和光開關陣列恰恰是OXC和OADM的核心技術。因此，光開關是全光網絡系統中的一種重要的基本光器件，也是當前阻礙全光網發展的關鍵技術之一。

新型光開關主要分為電控光開關和光控光開關兩類。電控光開關有微電子機械系統（MEMS)光開關、液晶光開關、聲光光開關、熱光開關、噴墨氣泡光開關等等，以及由以上電控光開關構成的開關系統都是電開關矩陣，這意味著輸入的控制光信號要先變換成相應的電信號，才能對開關進行控制，不便于全光網使用。最具發展潛力的還是光控光開關，使用光控光開關是全光網的發展方向。

現在主要的光控光開關技術有非線性波導定向耦合器和非線性光纖環路鏡(NOLM)。非線性波導定向耦合光開關是由多個定向波導耦合器級聯而成。這種級聯的耦合器能實現包括與門、或門、非門、異或等許多復雜的邏輯操作功能，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。實際上由于產生非線性耦合需要的光功率極大，目前還不可能走向實用。

NOLM是根據光纖的薩格納克（Sagnac）干涉原理制成，光纖環路作為克爾介質，非線性作用(交叉相位調制）就在其中完成。如不加控制光，輸出端就沒有輸出，就像全反鏡一樣。如果通過波分復用耦合器順時針方向引入控制光脈沖到光纖環路中，由于交叉相位調制，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歷更大的非線性相移。這樣導致兩個方向上脈沖信號光產生相位差，從而使非線性光纖環路鏡輸出端有輸出，實現了開關操作。根據控制光與信號光波長與偏振方向的關系，一般將非線性光纖環路鏡分為兩類：一是波長不同，偏振方向相同；二是波長相同，偏振方向正交。前者結構簡單，開關速度快，開關能量低，但級聯不方便，不利于集成化。后者級聯相對比較方便，利于集成，但偏振控制復雜，控制光對相移的貢獻小。研究中的全光開關還有雙波長馬赫-曾德干涉（Mach-Zehnder)型光開關等，但它們的工藝都比較復雜，且離實用化有很大距離。

發明內容

本發明為解決現有光開關技術工藝復雜、實用性不高的技術問題，提供一種全光開關控制方法。

一種全光開關控制方法，包括以下步驟：（a）將兩束控制光入射至一個四能級光學介質中，且兩束控制光在四能級光學介質中發生交叉，交叉區域形成駐波光場；再將一束信號光入射至該四能級光學介質中并穿過兩束控制光的交叉區域；所述信號光與控制光的光路非平行；（b）將一束耦合光入射至四能級光學介質中且穿過信號光與兩束控制光交叉的區域；所述四能級光學介質的能級由低到高依次為|1>、|2>、|3>、|4>；其中|1>是基態，|2>是亞穩態，|3>和|4>均為激發態；輸入信號光的頻率滿足的共振躍遷頻率；控制光的頻率與的共振躍遷頻率存在頻率失諧Δ；耦合光頻率滿足的共振躍遷頻率；當耦合光和控制光作用到介質上時,四能級光學介質中耦合光和控制光交叉的區域成為一個體光柵；當信號光通過這一區域時，就會發生衍射；（c）通過改變控制光的有無，就可以實現零級衍射光的強弱變化；當沒有控制光輸入時，信號光經四能級光學介質出射后，強度不變；當有控制光入射時，信號光發生衍射，衍射光的中心即零級衍射光強度小于沒有控制光時信號光的光強；這就實現了通過控制光的有無來控制信號光的強弱。