[發明專利]模塊化可擴展的N2×N2波長和空間全光路由器

有效

• 申請號: 201410548755.5
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104317137B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 武英晨;何建軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及光纖通信全光路由技術，尤其是涉及一種模塊化可擴展的N²×N²波長和空間全光路由器。

背景技術

在光纖誕生并成功應用以后，光纖通信技術迅猛發展，WDM通信方式的發明使得光纖通信帶寬大大提高。光纖通信數據的急速增大直接對光通信網絡中的各處理節點提出了更高要求，全光通信網絡成為未來光通信網絡的發展方向。

以波長為依據的光信號包轉發是WDM光網絡中信號路由的一個重要方式。目前的主流技術多采用光-電-光波長轉換及路由的處理方式，它的優點是技術上較成熟，可實現定時、再生、整形功能，但這種方案由于引入了光電變換和時鐘提取，需要很多高成本、高功耗的高速光電儀器，對信號比特率和信號格式不透明，信號處理速度存在“電子瓶頸”問題，不符合全光網絡“高數據吞吐量，高信號處理帶寬，低能耗”的發展要求。還有一種基于微電子機械系統開關(MEMS-Switches)的路由結構，已經有支持32輸入/輸出端口交換的商用器件報道“Glimmerglass Intelligent Optical System,”數據表可在www.glimmerglass.com獲取。但是這種結構的最大缺陷是信道切換時間長，達毫秒量級，只適用于一對結點間持續通信時間長度在秒量級的情況。

全光路由不需要經過電域處理，直接將信息從一個光波長轉換到另一個光波長，通過光無源器件的轉發，達到路由目的。WDM系統光路由器中主要有光解復用、波長轉換、光復用、光路由等模塊。全光路由不存在“電子瓶頸”問題，帶寬巨大，對信號速率和格式透明，且單片集成的全光路由芯片能耗更將比光-電-光路由大大降低。

目前提出的全光路由器主要有光開關、無源陣列波導光柵器件和基于半導體光放大器(SOA)波長轉換兩種。“Multi-path Routing in an Monolithically Integrated 4×4 Broadcast and Select WDM Cross-connection”,ECOC，September 18-22，2011，InP PHOTONICS(Mo.2.LeSaleve)報道了一種基于SOA光開關的全光交叉互連，該結構實現了4×4光信號交叉互連。這種全光路由方式主要由廣播選擇模塊與波長選擇模塊2部分組成。在廣播選擇模塊中，4個輸入端口的光信號通過級聯多模干涉耦合器(MMI)分別輸入到每一個陣列波導光柵 (AWG)的輸入端口。在進入AWG之前，每一路上都有SOA開關，通過調節SOA注入的電流，來控制每一路的通斷。經過4個循環4×4陣列波導光柵路由器(AWGR)的轉發后，信號進入波長選擇模塊。根據路由表設計，調節波長選擇模塊AWG各輸出端口上SOA電流，可以決定之后連接的級聯MMI上各路信號的波長，進而可以達到控制整個路由芯片輸出端上每一路的波長。但是，此方法只能進行不同輸入端口光信號的轉發，而不能將原信號轉移到另一波長上，而且隨著輸入信號通道數目(N)的增加，需要相應增加至N個循環N×N AWGR以及2N個SOA開關。同時，每一路輸入信號都要經過級聯MMI擴展至N個輸出端口，整個路由系統單側引腳數目為N²個，會大大增加器件尺寸。這種芯片結構十分不利于信道數目的擴展，增加一路信號，整個芯片的設計都要變化，且器件設計難度大大增加。“An 8x8InP Monolithic Tunable Optical Router(MOTOR)Packet Forwarding Chip”，Journal of Lightwave Technology, Vol.28,Issue 4,pp.641-650公開了一種基于SOA波長轉換的光路由方式。這種方式通過將原信號經過SOA的交叉調制作用轉移到可調諧激光器發出的新波長上，再用AWGR轉發到對應信道。但是，這種結構轉發能力有限，沒有在光網絡層面提出多光纖之間的信號交換。

上述全光路由結構均不能完整實現光網絡中全光路由的波長轉換及端口透明轉發的功能需求，并且系統的擴展性不夠好。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種模塊化可擴展的N²×N²波長和空間全光路由器。

本發明采用的技術方案是：