一种全光开关控制方法
【专利摘要】本发明涉及光开关领域，具体为一种全光开关控制方法。解决了现有光开关技术工艺复杂、实用性不高的技术问题。一种全光开关控制方法，包括以下步骤：（a）将两束控制光入射至一个四能级光学介质中，且两束控制光在四能级光学介质中发生交叉，再将一束信号光入射至该四能级光学介质中并穿过两束控制光的交叉区域；（b）将一束耦合光入射至四能级光学介质中且穿过信号光与两束控制光交叉的区域；（c）通过改变控制光的有无，就可以实现零级衍射光的强弱变化。本发明的光开关系统所用的控制光和耦合光可以非常微弱，甚至是量子水平的光，极大的减小了能耗，甚至可以作为量子全光开光器件来使用。
【专利说明】一种全光开关控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光开关领域，具体为一种全光开关控制方法。
【背景技术】
[0002]在传统的光——电——光骨干网络节点中，尤其是枢纽节点，典型的情况是约有70-80%的业务量是直通的，为了少量的业务不得不全部进行光电变换处理，将光信号转变为电信号，进行交换与选路，然后再将其变换为光信号，送到适当的光路中。这种电的处理技术大大限制了波分复用(WDM)技术的优越性，使网络节点乃至网络的吞吐量变小，形成“电子瓶颈”。考虑到这种现行网络的运行情况，为进一步克服“电子瓶颈”现象，全光网络浮出了水面。全光网(AON)是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。在全光网络中，不需要电信号的处理，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信号的传输具有透明性。
[0003]在全光网络各种设备器件当中，光交叉连接设备(OXC)和光分插复用设备(OADM)可以说是全光联网的核心器件技术。研制全光的交叉连接OXC和分插复用OADM设备，成为建设大容量通信干线网络十分迫切的任务。而光开关和光开关阵列恰恰是OXC和OADM的核心技术。因此，光开关是全光网络系统中的一种重要的基本光器件，也是当前阻碍全光网发展的关键技术之一。
[0004]新型光开关主要分为电控光开关和光控光开关两类。电控光开关有微电子机械系统(MEMS)光开关、液晶光开关、声光光开关、热光开关、喷墨气泡光开关等等，以及由以上电控光开关构成的开关系统都是电开关矩阵，这意味着输入的控制光信号要先变换成相应的电信号，才能对开关进行控制，不便于全光网使用。最具发展潜力的还是光控光开关，使用光控光开关是全光网的发展方向。
[0005]现在主要的光控光开关技术有非线性波导定向耦合器和非线性光纤环路镜(NOLM)。非线性波导定向耦合光开关是由多个定向波导耦合器级联而成。这种级联的耦合器能实现包括与门、或门、非门、异或等许多复杂的逻辑操作功能，非线性耦合器的输出功率取决于耦合长度，初始相位差和输入功率。实际上由于产生非线性耦合需要的光功率极大，目前还不可能走向实用。
[0006]NOLM是根据光纤的萨格纳克(Sagnac)干涉原理制成,光纤环路作为克尔介质,非线性作用(交叉相位调制)就在其中完成。如不加控制光，输出端就没有输出，就像全反镜一样。如果通过波分复用耦合器顺时针方向引入控制光脉冲到光纤环路中，由于交叉相位调制，与控制光同方向传输并在时域上相互重叠的那部分脉冲信号光将经历更大的非线性相移。这样导致两个方向上脉冲信号光产生相位差，从而使非线性光纤环路镜输出端有输出，实现了开关操作。根据控制光与信号光波长与偏振方向的关系，一般将非线性光纤环路镜分为两类:一是波长不同，偏振方向相同；二是波长相同，偏振方向正交。前者结构简单，开关速度快，开关能量低，但级联不方便，不利于集成化。后者级联相对比较方便，利于集成，但偏振控制复杂，控制光对相移的贡献小。研究中的全光开关还有双波长马赫-曾德干涉(Mach-Zehnder)型光开关等，但它们的工艺都比较复杂，且离实用化有很大距离。
【发明内容】
[0007]本发明为解决现有光开关技术工艺复杂、实用性不高的技术问题，提供一种全光开关控制方法。
[0008]一种全光开关控制方法，包括以下步骤:(a)将两束控制光入射至一个四能级光学介质中，且两束控制光在四能级光学介质中发生交叉，交叉区域形成驻波光场；再将一束信号光入射至该四能级光学介质中并穿过两束控制光的交叉区域；所述信号光与控制光的光路非平行；(b)将一束耦合光入射至四能级光学介质中且穿过信号光与两束控制光交叉的区域；所述四能级光学介质的能级由低到高依次为|1>、|2>、|3>、|4> ;其中|1>是基态，
2>是亚稳态，|3>和I 4>均为激发态；输入信号光的频率满足的共振跃迁频率；控
制光的频率与I2〉G I4〉的共振跃迁频率存在频率失谐A ;耦合光频率满足|2〉g|3〉的共振
跃迁频率；当耦合光和控制光作用到介质上时，四能级光学介质中耦合光和控制光交叉的区域成为一个体光栅；当信号光通过这一区域时，就会发生衍射；(c)通过改变控制光的有无，就可以实现零级衍射光的强弱变化；当没有控制光输入时，信号光经四能级光学介质出射后，强度不变；当有控制光入射时，信号光发生衍射，衍射光的中心即零级衍射光强度小于没有控制光时信号光的光强；这就实现了通过控制光的有无来控制信号光的强弱。
[0009]四能级光学介质、一束I禹合光以及两束控制光构成了一个全光开关控制系统。输入信号光沿某一方向入射到四能级光学介质，光学介质的能级由低到高依次为|1>、|2>、
3>、|4>;|1>是基态，I 2>是亚稳态，|3>和|4>为激发态，信号光的频率满足|1〉g|3>的
共振跃迁频率；两控制光在四能级光学介质中交叉，在交叉区域形成驻波；信号光与控制光的光路不平行，保证了控制光的方向与信号光的方向有一定夹角，且在介质中与信号光
有重叠区域；控制光频率与|2〉0|4>的共振跃迁频率有一定的频率失谐A是指控制光频率小于等于|2〉e|4>的共振跃迁频率，实际使用中为了增强衍射效果，A —般不为零，即控制光频率通常小于|2〉g|4>的共振跃迁频率；耦合光只要与信号光和控制光有重叠区域即
可，且其频率满足的共振跃迁频率。当耦合光和控制光作用到介质上时，四能级
光学介质的极化率表达式为:
【权利要求】
1.一种全光开关控制方法，其特征在于，包括以下步骤:(a)将两束控制光入射至一个四能级光学介质中，且两束控制光在四能级光学介质中发生交叉，交叉区域形成驻波光场；再将一束信号光入射至该四能级光学介质中并穿过两束控制光的交叉区域；所述信号光与控制光的光路非平行；(b)将一束稱合光入射至四能级光学介质中且穿过信号光与两束控制光交叉的区域；所述四能级光学介质的能级由低到高依次为|1>、|2>、|3>、|4>;其中1>是基态，|2>是亚稳态，|3>和|4>均为激发态；输入信号光的频率满足|1〉0|3〉的共振跃迁频率；控制光的频率与|2〉G |4〉的共振跃迁频率存在频率失谐A ;耦合光频率满足|2〉g|3>的共振跃迁频率；当耦合光和控制光作用到介质上时，四能级光学介质中耦合光和控制光交叉的区域成为一个体光栅；当信号光通过这一区域时，就会发生衍射；(c)通过改变控制光的有无，就可以实现零级衍射光的强弱变化；当没有控制光输入时，信号光经四能级光学介质出射后，强度不变；当有控制光入射时，信号光发生衍射，衍射光的中心即零级衍射光强度小于没有控制光时信号光的光强；这就实现了通过控制光的有无来控制信号光的强弱。
2.如权利要求1所述的一种全光开关控制方法，其特征在于，所述两束控制光是相对入射的。
3.如权利要求2所述的一种全光开关控制方法,其特征在于，所述信号光光路与两束控制光光路相垂直。
4.如权利要求1或2所述的一种全光开关控制方法，其特征在于，所述四能级介质采用内部充有铷的玻璃泡。
5.一种全光开关控制方法，其特征在于，包括以下步骤:Ca)将两束控制光入射至一个四能级光学介质中，且两束控制光在四能级光学介质中发生交叉，交叉区域形成驻波光场；再将一束信号光入射至该四能级光学介质中并穿过两束控制光的交叉区域；所述信号光与控制光的光路非平行；(b)将一束耦合光入射至四能级光学介质中且穿过信号光与两束控制光交叉的区域；所述四能级光学介质的能级由低到高依次为|1>、|2>、|3>、|4>;其中11>是基态，I 2>是亚稳态，I 3>和I 4>均为激发态；输入信号光的频率满足|1〉^ |3)的共振跃迁频率；控制光的频率与|2>0|4>的共振跃迁频率存在频率失谐A ;耦合光频率满足|2〉o|3>的共振跃迁频率；当耦合光和控制光作用到介质上时，四能级光学介质中耦合光和控制光交叉的区域成为一个体光栅；当信号光通过这一区域时，就会发生衍射；(c)通过改变控制光的频率失谐△，或者改变控制光与耦合光的光强比I e/I胃，就可以实时地改变介质的折射率n的周期性分布情况，从而实时地控制信号光经四能级介质出射后的衍射光的零级或一级或负一级的强度大小，即实现了通过控制光与耦合光的光强比或者控制光与|2〉e|4>的共振跃迁频率之间的频率失谐A来控制信号光的强弱。
6.如权利要求5所述的一种全光开关控制方法,所述控制光和稱合光的强度为量子水平的光信号。
7.如权利要求5或6所述的一种全光开关控制方法,其特征在于,所述两束控制光是相对入射的。
8.如权利要求7所述的一种全光开关控制方法,其特征在于,所述信号光光路与两束控制光光路相垂直。
9.如权利要求5或6所述的一种全光开关控制方法，其特征在于，所述四能级介质采用内部充有铷的玻璃泡。
10.如权利要求7所述的一种全光开关控制方法， 其特征在于，所述四能级介质采用内部充有铷的玻璃泡。
【文档编号】G02F1/01GK103616774SQ201310680461
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】董雅宾, 郭耀华 申请人:山西大学