专利名称：光开关组件和包含该组件的网络的制作方法
技术领域：
其涉及适于切换具有高比特率的分组数据流的全光开关组件。
背景技术：
在过去的十年里极高的光纤带宽使得数据传输速度极大增加。在许 多系统中，光信号在连接节点处被转换成电信号。然后通过分析电子信 号，在电域中执行数据环绕网络的路由。由于电开关的电信号处理和操 作相对于全光处理而言本质上要慢，所以这就限制了能够获得的速度。
各种光路由器是已知的，也许最广泛使用的是光放大器，它能够被 放置在网络中的节点处以增加网络的传输长度。这些设备提升信号的电 平，从而使得尽管有传输损耗也可以穿行很长距离。然而，这样的设备 不对信号环绕网络的路径进行切换。
已经进行了提供全光开关的若干尝试，但至今申请人还不知道任何 可以被成功集成到光传输网络中的设备。已提出了使用干涉测量原理的
设备，它们能够完成2x2切换但尚未被广泛地建立。
2x2开关组件的功能是使输入数据流转到两个输出路径之一上。该 开关通常在两种配置之间:操作条状态(bar state)和交叉(cross-over) 配置。在条配置中，第一输入流被传送至第一输出路径而第二输入流被 传送至第二输出路径。在交叉配置中，第一输入流被传送至第二输出路 径而第二输入流被传送至第 一路径。开关的状态通过读取在输入数据分 组内包含的路由信息(通常通过对信号的电子处理)来确定。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了一种光开关组件，其包括至少两个 光放大器；用于把第一输入信号加到这两个放大器的一端并把第二输入 信号加到另一端的装置；以及用于同时驱动放大器中的这个或那个至饱
和状态而另 一 个未饱和以使得只有未饱和的放大器在每 一 端提供对输 入信号的任意显著放大的装置；以及用于把经放大的输出信号从放大器馈送到至少两个输出节点以使得以相反连接(叩posite connection)将这 两个放大器连接到这两个输出节点的装置。
按照以相反方式连接进行连接，我们指的是一个放大器的第 一端和 另一个放大器的第二端被一起连接在一个节点，而该放大器的第二端和 另 一个放大器的第一端被一起连接在另 一个输出节点。
该组件更具体地可以包括至少两个半导体放大器，其均具有输入节 点和输出节点。
它可以进一步包括适于接收第 一和第二输入数据流的两个输入数 据流节点。
驱动装置可以包括适于接收第一和第二泵浦信号(pump signal)的 两个控制节点；反向(inverted)泵浦信号与泵浦信号反相；笫一连接装 置用于将泵浦输入节点连接至第一放大器输入；并且第二连接装置用于 将反向泵浦信号连接至第二放大器的输入节点。
驱动装置另外可以包括用于将第一数据信号连接至这两个放大器 的第一端的第三连接装置；以及用于将第二数据信号连接至这两个放大 器的第二端的第四连接装置。
开关组件可以包括第 一和第二输出节点，其中第五连接装置用于将 第一放大器的第一端连接至第二输出节点，第六连接装置用于将第二放 大器的第一端连接至第一输出节点，第七连接装置用于将第一放大器的 第二端连接至第一输出节点；并且笫八连接装置用于将第二放大器的第 二端连接至第二输出节点。
在提供两个光放大器的情况下，本发明提供能够以交叉或条配置来 操作的全光2x2开关。开关的配置由分别被加到第一和第二放大器的 泵浦信号和反向泵浦信号的相位相对于数据信号的相位来确定。
半导体光放大器(SOA)本质上为无端镜的激光二极管，其使光纤 附着于两端。它们放大来自任一光纤的任何光信号并且将所述信号的放 大版从另一光纤发出。然而，如果放大器因被加到一端的泵浦信号或反 向泵浦信号而饱和，则它不会对加到该放大器的数据流信号提供任何额 外的放大。这就有效地允许对这些放大器进行控制以使得任何时候只有 一个放大器在放大(未饱和)而另 一个不会施加任何显著的放大(饱和)。
第一放大器和放大器可以包括半导体光放大器，其具有比加到放大 器的泵浦信号和反向泵浦信号更低的饱和电平。本发明因此可以包括足以使选定放大器饱和的泵浦信号和反向泵浦信号的源。
泵浦信号和反向泵浦信号可以包括方波信号。这些可以是反相的以
提供信号之间的期望反转(inversion)。方波可以具有与将信号分组施
加到开关输入的速率相等的频率。
连接装置可以包括一个或多个光波导，例如光纤。 在需要两根光纤连接到一个输入节点或一个输出节点的情况下，这
两根光纤可以通过利用极化光束组合器(polarization beam combiner)来接合。
开关可以对于具有1500和1600 nm之间或者1540到1565 nm的较 小范围之间的波长的输入信号进行操作。这些放大器可以被选择以使得 它们具有位于该范围内的放大的自发发射峰(优选为约1547 nm)。这 可以被选择成与待切换的分组数据的波长接近或相同。由于放大器的饱 和不必依赖泵浦和分组的波长，所以它们可以具有相同或不同波长。
根据第二方面，本发明提供了一种网络，该网络包括第一和第二 输入信号线，其均传送包括数据分组的数据信号；根据本发明的第一方 面的开关组件，其具有第一和笫二输入；以及发生器，其生成泵浦信号 和反向泵浦信号，所述发生器生成具有与这两个输入数据流相同频率的 信号。
所述发生器可以产生泵浦信号，其中所述泵浦信号的高状态(high state)的持续时间超过数据流中分组的持续时间以便提供保护时间。这 可以超过一短时l殳，比如1 |um。
单个发生器可以被用来产生泵浦信号和反向泵浦信号这二者。可替 换地，可以为每一个使用单独的发生器。
附图简述
现在将参照附图并如附图所示，以示例方式描述本发明的实施例， 其中
图1 (a)是根据本发明的第一方面的釆用条配置的开关组件的概略 图，而1 (b)是采用交叉配置的相同组件的概略图2是用于验证图1 (a)和(b)中所示的组件的概念的原型开关 组件的示意图3是用于产生图2的设备所需的泵浦信号的光电路的示意图；图4是用于产生被提供给图2的开关设备的分组数据信号的光电路 的示意图5是输入分组A及B (顶部)以及采用条配置和交叉配置这二者 的输出分组(底部)的一组眼图；以及
图6是采用图2的设备的条配置和交叉配置这二者时在输出处所测 量的BER曲线的图示。
发明实施例的描述
附图的图1 (a)和1 (b)示出了包含在光网络中的光开关组件。 该网络适于在网络中的不同节点之间传送分组数据，并且该组件^L示出 在一个这种节点处提供两个分组数据流通过该节点的路由。分组数据流 内的每个分组通常包括待递送的数据有效载荷以及承载路由信息的标 签。该标签在节点处由处理电路(未示出)来读取，并且该信息被用来 配置开关组件。开关的功能是将两个输入节点路由至适当的两个输出节 点(这是根据开关的配置而发送的)。
该开关包括一对半导体光放大器(10, 20),其被安排成提供具有 条和交叉连接配置的2x2组件。条配置示于图1 (a)中而交义配置示 于图1 (b)中。可以看出，在每种配置中两个输入信号分组A和分组B 被路由至不同的输出节点-在条配置中直接通过，而在交叉配置中换路 (switch over)。
更具体而言，如图2所示，构造了原型开关组件并对其进行测试。 该原型包括两个半导体光放大器10、20。这些放大器为多量子阱(MQW) 类型，其中小增益为31 dB,饱和功率为13 dBm并且ASE (放大自发 发射)峰在1547 nm。第一放大器IO的第一端11^支馈送以第一分组信 号12 (A)而第二端13被馈送以第二分组信号14 (B),这些是要被路 由通过开关组件的两个信号。第二放大器20被同样地环绕连接，其中 第一信号12被连接到第一端21而第二信号14被连接到第二端23。流 经每个放大器10、 20的两个对向传播的分组信号被正交极化以使经反 射的可能干涉最小化。
泵浦信号(泵浦1或泵浦2)也被连接到这两个放大器中的每一个 的第一端。该原型的泵浦信号是使用图3的布置来产生的。提供一种二 到一的变换器，用于把该信号连同已正在被供给的分组信号一起路由到
7放大器。
泵浦信号的功能是把放大器中的这个或那个驱动到饱和状态以使 得传播通过放大器的分组信号受到很少放大或没有放大。为了确保一次 只有一个饱和，泵浦信号之一 (在这种情况下为泵浦2)与另一泵浦信
号(泵浦1 )相反。输入到每个SOA的泵浦(或反向泵浦)极化状态被 选择以最大化SOA内的交叉增益调制的效应。在放大器输入处，信号 和泵浦所涉及的平均功率分别是-10dBm和11.5 dBm。泵浦低电平也^皮 选择为偏离零以便固定放大器的工作点从而减少增益恢复的动态。发现 这可减少由于SOA^^莫式效应而引起的信号失真，因而可在高于IO千兆 比特/秒的分组速率下处理较高性能。
在使用中，在任一时刻一个放大器会放大传播通过其的对向传播的 分组A和分组B。另一放大器不会如此。为了利用这一点，第一放大器 的第 一端连同另 一放大器的第二端一起被连接到 一个输出节点。第 一放 大器的第二端与第二放大器的第 一端一起被连接到另 一个输出节点。因 而，根据哪个放大器在进行放大，在这些节点处的输出可能在一个节点 上为分组A而在另一节点上为分组B,或者可能被转换。
两个极化光束组合器(pbcl和pbc2)组合两个正交极化的分组信 号，这些分组信号被馈送到每个输出节点。带通滤波器(bpfl或bpf2) 位于组合器和其输出节点之间以从输出中除去泵浦信号。最后放大器比 如掺铒光纤放大器可以被提供在输出节点处以把输出提升至有用电平 以^争越光网络向前传输。
在用于验证此概念的原型中，泵浦信号是利用根据附图的图3所布 置的光设备来产生的。泵浦1 (泵浦)和泵浦2 (反向泵浦)信号是X =1550 nm的方波波形，其频率等于通过利用由方波发生器33、 34所驱 动的两个MachZender ( MZ )调制器31、 32来调制连续波激光源30的 输出而获得的分组速率。为了兼顾方波波形的转换时间，方波的高电平 部分被选择成具有超过分组长度的持续时间。这两个MZ调制器被反相 驱动以产生反信号。然后，来自每个MZ调制器的信号在送至放大器之 前经过相应的掺铒光纤放大器35、 36和带通滤波器37、 38。
测试设备采用 一种用于产生如附图的图4所示的分组信号A和B的 设备。这两个输入信号包含10 Gbps的1.5微秒长的不归零(NRZ)有 效载荷，其是通过把经Mach Zender ( MZ )调制器41调制的入=1548.5nm的连续波(CW)激光40分成(231-1 )长的伪随机比特序列(PBRS ) 而生成的。分组由比特模式(bit pattern)发生器42产生，该比特模式 发生器42以突发(burst)模式运行以模拟分组流。MZ调制器的输出在 送至可操纵的光束分离器45、 46之前被传送通过掺铒光纤放大器 (EDFA) 43并然后通过带通滤波器44。 实验结果
叉配置这二者的输出分组。被报告的信号平均功率对于输入分组而言是 6 dBm而对输出端口处的两个分组而言是2 dBm。这两种配置的良好眼 图质量以及在输出处没有拍频噪声(beating noise )证实了该方案的有效性。
最后，附图的图6示出了在输入波长等于1548.5 nm的情况下、采 用条配置和交叉配置这二者在开关组件的每个输出端口处的BER测量。 用于获得读数的接收器包括具有5 dB噪声系数的光前置放大器和其输 入功率被保持为-16 dBm的光接收器。在这种配置下，10^的最大损失 低于ldB，这使得开关组件适合于级联应用。还针对不同的信号波长测 量了 2x2全光开关的性能，在X= 1540-1565 nm的范围内都低于1.5 dB, 从而使得所提出的开关适合于WM系统。
权利要求
1. 一种光开关组件，包括至少两个光放大器，用于把第一输入信号加到这两个放大器的一端并把第二输入信号加到另一端的装置，以及用于同时驱动放大器中的这个或那个至饱和状态而另一个未饱和以使得只有未饱和的放大器在每一端提供对输入信号的任意显著放大的装置，以及用于把经放大的输出信号从放大器馈送到至少两个输出节点以使得以相反连接将这两个放大器连接到这两个输出节点的装置。
2. 如权利要求1所述的光开关组件，其中光放大器包括至少两个半 导体放大器，其均具有输入节点和输出节点。
3. 如权利要求1或2所述的光开关组件，其中驱动装置包括适于接 收第 一和第二泵浦信号的两个控制节点；所述第二泵浦信号包括与第一 泵浦信号反相的反向泵浦信号，第一连接装置用于将第一泵浦信号连接 至第一放大器输入的输入节点；并且第二连接装置用于将反向泵浦信号 连接至第二放大器的输入节点。
4. 如前述任一项权利要求所述的光开关组件，其中驱动装置另外包 括用于将第一数据信号连接至这两个放大器的第一端的第三连接装置； 以及用于将第二数据信号连接至这两个放大器的第二端的第四连接装 置。
5. 如前述任一项权利要求所述的光开关组件，其中开关组件包括第 一和第二输出节点，其中第五连接装置用于将第一放大器的第一端连接 至第二输出节点，第六连接装置用于将第二放大器的第一端连接至第一 输出节点，第七连接装置用于将第 一放大器的笫二端连接至第 一输出节 点；并且第八连接装置用于将第二放大器的笫二端连接至第二输出节 点。
6. 如从属于权利要求3的前述任一项权利要求所述的光开关组件， 其中泵浦信号和反向泵浦信号包括方波信号。
7. —种网络，包括第一和第二输入信号线，每条信号线传送包括 数据分组的数据信号，根据权利要求1-6中任一项所述的具有第一和第 二输入的开关组件，以及生成泵浦信号和反向泵浦信号的发生器，所述发生器生成具有与这两个输入数据流相同频率的信号。
8.如权利要求7所述的网络，其中发生器产生泵浦信号，其中所述泵浦信号的高状态的持续时间超过数据流中分组的持续时间以便提供保护时间。
全文摘要
一种光开关组件，其包括至少两个光放大器(10，20)，用于把第一输入信号加到这两个放大器(10，20)的一端并把第二输入信号加到另一端的装置，以及用于同时驱动放大器中的这个或那个至饱和状态而另一个未饱和以使得只有未饱和的放大器在每一端提供对输入信号的任意显著放大的装置，以及用于把经放大的输出信号从放大器馈送到至少两个输出节点以使得以相反连接将这两个放大器(10，20)连接到这两个输出节点的装置。
文档编号H01S5/00GK101513079SQ200680055883
公开日2009年8月19日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者A·博戈尼, G·贝雷蒂尼, L·波蒂 申请人:艾利森电话股份有限公司