一种基于微环谐振腔的全光分组交换开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于微环谐振腔的全光分组交换开关。
【背景技术】
[0002]传统的光学系统体积庞大、稳定性差，不能适应现代光纤通信发展的需求。为了实现全光网络，越来越多的科学工作者致力于寻找一些体积小、结构简单、性能稳定的光学器件，而微环谐振腔集这些优点于一身，是其中广泛研究的光器件之一。目前为止，业内已经研制了多种以微环谐振腔为载体的光学器件，如全光开关、滤波器、光延时、波长转换、色散补偿、激光器等等。光在非线性微环谐振腔中传输具有双稳特性，即一种输入对应两种输出状态。利用这种特性，通过加入正反馈信号，能使输入数据从不同路径输出，即可以用来构造基于微环谐振腔的全光分组交换开关。这种分组交换开关能有效降低开关功率、体积小、切换速度快、性能稳定等优点。本发明提出一种不同于现有技术的基于微环谐振腔的全光分组交换开关。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种基于微环谐振腔的全光分组交换开关，其采用环形谐振腔，使光信号在腔内环形并累积光学非线性，从而可以有效地降低开关功率，可以高效且快速地分配由光纤传输系统提供的巨大的可用带宽。
[0004]本发明采取以下技术方案:
[0005]—种基于微环谐振腔的全光分组交换开关，包括偏置信号源(1-1)、分组数据流(2-1)、第一写入信号源(3-1)、第二写入信号源(4-1)、第一铌酸锂调制器(1-2)、第二铌酸锂调制器(2-2)、第三铌酸锂调制器(3-2)、第四铌酸锂调制器(4-2)、波分复用器(1-3)、第一親合器(1-4)、第二親合器(1-5)、第三親合器(3-6)、第四親合器(4-6)、第一掺铒光纤放大器(3-3)、第二掺铒光纤放大器(4-3)、第一带通滤波器(3-4)、第二带通滤波器(4-4)、第一可变光衰减器(3-5)、第二可变光衰减器(4-5)、第一微环谐振腔(5-1 )、第二微环谐振腔(5-2)ο
[0006]偏置信号源(1-1)与第一铌酸锂调制器(1-2)的第一端口连接，第一铌酸锂调制器(1-2)的第二端口与波分复用器(1-3)的第一端口连接;分组数据流(2-1)与第二铌酸锂调制器(2-2)的第一端口连接，第二铌酸锂调制器(2-2)的第二端口与波分复用器(1-3)的第二端口连接，波分复用器(1-3)的第三端口与第一耦合器(1-4)的第一端口、第二耦合器(1-
5)的第二端口都相连接，直通光从第二耦合器(1-5)的第四端口输出。第一微环谐振腔(5-
1)通过第三耦合器(3-6)和第一耦合器(1-4)与两直波导臂耦合，第一微环谐振腔(5-1)中的光从第一耦合器(1-4)的第二端口进入，第四端口输出。第二微环谐振腔(5-2)通过第四耦合器(4-6)和第二耦合器(1-5)与两直波导臂耦合，第二微环谐振腔(5-2)中的光经过第二耦合器(1-5)的第一端口进入，第三端口输出。
[0007]第一写入信号源(3-1)与第三铌酸锂调制器(3-2)的第一端口连接，第三铌酸锂调制器(3-2)的第二端口与第一掺铒光纤放大器(3-3)的第一端口连接，第一掺铒光纤放大器(3-3)的第二端口与第一带通滤波器(3-4)的第一端口连接，第一带通滤波器(3-4)的第二端口与第一可变光衰减器(3-5)的第一端口连接，第一可变光衰减器(3-5)的第二端口与第三親合器(3-6)的第四端口连接，光从第三親合器(3-6)的第二端口输出，第一微环谐振腔(5-1)中的光从第三耦合器(3-6)的第三端口进入，第一端口输出。
[0008]第二写入信号源(4-1)与第四铌酸锂调制器(4-2)的第一端口连接，第四铌酸锂调制器(4-2)的第二端口与第二掺铒光纤放大器(4-3)的第一端口连接，第二掺铒光纤放大器(4-3)的第二端口与第二带通滤波器(4-4)的第一端口连接，第二带通滤波器(4-4)的第二端口与第二可变光衰减器(4-5)的第一端口连接，第二可变光衰减器(4-5)的第二端口与第四耦合器(4-6)的第三端口连接，光从第四耦合器(4-6)的第一端口输出，第二微环谐振腔(5-2)中的光从第四耦合器(4-6)的第四端口进入，第二端口输出。
[0009]优选的，选择参数相同的四个耦合器，其透射系数均为t= 0.6耦合系数x = 0.8，传输损耗α = 2Χ 10—‘―1，为了满足谐振腔的非线性要求，采用硅材料(非线性材料)，谐振腔的半径为9.28μπι，非线性折射率为n2 = 2.5 X 10—Vi2/W，线性折射率no = 2，输入光波长λ =1550nm，带通滤波器的频带宽度为。。-!!!!!，分组数据的周期为^-丨的伪随机序列’此分组数据为传输速率为lOGb/s的不归零数据，其功率为lyW。偏置信号光功率为800mW，两个写入信号的脉冲宽度为lOOps，能量为13fJ，重置信号的脉冲宽度为50ns，周期为lys，为防止数据丢失，开关时间也设为50ns。
[0010]本发明利用光在微环谐振腔中谐振具有双稳特性，通过加入正反馈信号，能使输入数据从不同路径输出，实现对输入数据的分组交换;其次，采用环形谐振腔，使光信号在腔内环形并累积光学非线性，从而可以有效地降低开关功率，可以高效且快速地分配由光纤传输系统提供的巨大的可用带宽。由偏置信号经过调制与分组数据流耦合进入微环谐振腔，当任意一路写入信号加上一个正反馈使得谐振腔处于高透射态时，数据输出的路由发生改变，当重置信号输入负反馈时，谐振腔重新回到了低透射态，数据又返回到原路由输出。
[0011]本发明基于微环谐振腔的全光分组交换开关为未来全光网络中光交换、光计算和光传输提供了基础条件，光开关是实现交换系统的核心器件，并是决定网络性能的关键因素，在未来的全光高速通信网络和新一代光计算机中将有着巨大的应用潜力。
【附图说明】
[0012]图1为本发明基于微环谐振腔的全光分组交换开关的结构示意图。
[0013]图2为基于微环谐振腔的分组交换后信号的开关路由示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
[0015]如图1-2所示，本实施例基于微环谐振腔的全光分组交换开关，包括偏置信号源1-1、分组数据流2-1、第一写入信号源3-1、第二写入信号源4-1、第一铌酸锂调制器1-2、第二铌酸锂调制器2-2、第三铌酸锂调制器3-2、第四铌酸锂调制器4-2、波分复用器1-3、第一耦合器1-4、第二親合器1-5、第三親合器3-6、第四親合器4-6、第一掺铒光纤放大器3_3、第二掺铒光纤放大器4-3、第一带通滤波器3-4、第二带通滤波器4-4、第一可变光衰减器3-5、第二可变光衰减器4-5、第一微环谐振腔5-1、第二微环谐振腔5-2。
[0016]偏置信号源1-1与第一铌酸锂调制器1-2的第一端口 al连接，第一铌酸锂调制器1-2的第二端口 a2与波分复用器1-3的第一端口 Cl连接。分组数据流2-1与第二铌酸锂调制器2-2的第一端口 bl连接，第二铌酸锂调制器2-2的第二端口 b2与波分复用器1-3的第二端口c2连接，波分复用器1-3的第三端口与第一親合器1-4的第一端口 S1、第二親合器1-5的第二端口 11连接，直通光从第一耦合器1-4的第三端口 s2、第二耦合器1-5的第四端口 12输出。第一微环谐振腔5-1通过第三耦合器3-6、第一耦合器1-4与两直波导臂耦合，第一微环谐振腔5-1中的光从第一耦合器1-4的第二端口dl进入，第四端口 d2输出。第二微环谐振腔5-2通过第四耦合器4-6、第二耦合器1-5与两直波导臂耦合，第二微环谐振腔5-2中的光经过第二耦合器1-5的第一端口 p2进入，第三端口 PI输出。
[0017]第一写入信号源3-1与第三铌酸锂调制器3-2的第一端口 el连接，第三铌酸锂调制器3-2的第二端口 e2与第一掺铒光纤放大器3-3的第一端口 fl连接，第一掺铒光纤放大器3-3的第二端口 f 2与第一带通滤波器3-4的第一端口 gl连接，第一带通滤波器3-4的第二端口g2与第一可变光衰减器3-5的第一端口 hi连接，第一可变光衰减器3-5的第二端口 h2与第三耦合器3-6的第四端口 iI连接，光从第三耦合器3-6的第二端口 i2输出，第一微环谐振腔5-1中的光从第三耦合器3-6的第三端口 q2进入，第一端