专利名称：基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于反射型半导体光放大器(RSOA)的全光分组头提 取结构，尤其涉及一种基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构。本实用
新型可用于高速光传输链路中，实现对光分组包中光分组头(即地址码)的提取。 技术背景
光分组交换技术(The optical packet switching OPS)被认为第三代光网络中最 具有发展前景的交换技术。由于缺乏光RAM技术，全光路由成为光网络发展的 重要瓶颈。但另一方面，全光路由器可以开发在波长域实现交换和竞争机制，同 时可以在低功耗和低信道干扰的条件下实现高速多波长信号的传输，这点是电交 换技术不可比拟的。
OPS技术具体实现即用一个光分组头加载在光载荷的头部，用于在光交换节 点路由转发。因为光分组头包含的信息相对较少，所以可以采用低速传输。在各 个交换节点，需要把分组头单独提取出来，送入控制单元进行地址的识别和转发。 输入控制单元探测头部地址信息，査找转发表，同时根据竞争状态，判断和转发 地址。输出控制单元根据新的路由状态表控制输出接口产生新的分组头并加载到 光载荷上，完成分组交换。作为OPS技术的一部分，光分组头的提取质量对控 制单元识别地址信息是否准确和快速有直接的影响。
目前，已有一些方案用以完成分组的分组头提取。在这些方法中，分组头的 提取采用光负载波技术或者自同步方案。虽然这些方案可以实现分组头的提取， 但是其复杂性，同步性将限制其可拓展性和应用范围，且开关比也达不到很高的 水平。
由于半导体光放大器(SOA)有低功耗，低时延，高稳定型和便于集成等优 点，被普遍应用于时钟提取，电光调制等，也用于分组头的提取。目前已有采用 一个或者两个半导体光放大器结构的分组头提取方案，但是开关比也不能达到很
高。本实用新型采用一个反射型半导体光放大器作为非线性元件，探测光在 RSOA中经历了两次增益和相移，系统获得了较高的开关比，提高了分组头提取 的效果。同时，利用RSOA可降低普通SOA对端面反射率的严格要求，减小制 造难度。
发明内容
本实用新型提供一种能够提高开关比且便于集成的基于反射型半导体光放 大器的光分组头提取结构。
本实用新型采用如下技术方案
一种基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构，包括分光器、反射型 半导体光放大器、第一环形器和第二环形器及耦合器，在分光器的输入端连接有 分组包输入波导，分光器的第一输出端经过光纤延迟线与第二环形器的d端口连 接，用于将经过分光器得到并经延迟后的控制信号输入至反射型半导体光放大
器，分光器的第二输出端与第一环形器的a端口连接，第一环形器的b端口与反 射型半导体光放大器的输入/输出端连接，第一环形器的c端口与耦合器的第一 输入端连接，反射型半导体光放大器的输入/输出端与第二环形器的e端口连接， 第二环形器的f端口与耦合器的第二输入端口相连。
探测光一次经过半导体光放大器(SOA),即可获得一定的增益和相移，由 于分组头(地址)和净荷(数据)的速率不同，分组头可以采用低速率传输，净 荷采用高速传输，所以分组头在经过SOA时，获得的增益和相移大于净荷获得 的增益和相移，但是，两者的增益差(即开关比)可以进一步提高。本实用新型 提出的RSOA结构即可满足这一要求。探测光在到达RSOA右端面时， 一部分 探测光透射出RSOA，由于端面反射，另一部分探测光(这里称之为反射光)重 新返回RSOA的有源区，此时控制光到达RSOA，引起RSOA增益饱和，反射 光再次经历增益和相移，虽然是饱和增益和相移，但是这次分组头获得的增益和 相移也大于净荷获得的增益和相移。这样，开关比在原先基础上进一步成倍提高。
反射光的开关比在经历了两次的增益和相移后，开关比已经达到很高。而 反射光与透射光在耦合比可调的耦合器处干涉输出后，开关比又可以再次提高。
综合上述过程，探测光的分组头部分经历了一次非饱和增益和相移(大)
和一次饱和增益和相移，而净荷经历了两次饱和增益和相移(小)，加上最后反 射光和透射光在耦合器处的干涉，开关比三次得到提高。最后，输出的系统开关 比达到极高的水平。
2、 有益效果
1 )本实用新型采用的反射型半导体光放大器两次放大分组包的分组头部分， 极大的提高了系统开关比。
2) 本实用新型使用的反射型半导体光放大器不仅有普通半导体放大器体积
小、低功耗、低时延、高稳定型和便于集成等优点，还具有降低普通半导体放大 器对右端面反射率的严格要求，降低制作难度的优点。
3) 系统对参数要求不高。耦合器的耦合、反射型半导体光放大器的小信号 增益、有源区横截面积、载流子寿命、有效折射率等参数变化时，系统仍可以获 得高开关比。
4) 本实用新型对分组头传输速率透明，可实现不同速率分组头的提取。
5) 本实用新型结构简单，采用反射型半导体光放大器，耦合器，环形器， 光纤延迟线和普通光波导实现了光分组头提取。
图1为本实用新型的结构示意图。图中1、分组包输入端口， 2、分光器，
3、 控制脉冲传输光波导，4、光纤延迟线，5、反射型半导体光放大器，6、第二 环形器，7、透射光传输光波导，8、第一环形器，9、反射型半导体光放大器第 一端口， 10、反射型半导体光放大器的第二端口， 11、耦合器，12、耦合器的一 个输出端口， 13、经过耦合器的另一个输出端口。
图2是分组头传输速率为2.5G/s的分组头提取效果图，其中，图2a是端口 1输入的15比特光分组包脉冲图，图2b是端口 13输出的光分组头脉冲图。
图3是分组头传输速率为622M/s的分组头提取效果图，其中，图3a是端口 1输入的15比特光分组包脉冲图，图3b是端口 13输出的光分组头脉冲图。
具体实施方案
基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构，包括分光器2、反射型半
导体光放大器5、第一环形器8和第二环形器6及耦合器11，在分光器2的输入 端连接有分组包输入波导1，分光器2的第一输出端经过光纤延迟线4与第二环 形器6的d端口连接，用于将经过分光器2得到并经延迟后的控制信号输入至反 射型半导体光放大器5，分光器2的第二输出端与第一环形器8的a端口连接， 第一环形器8的b端口与反射型半导体光放大器5的输入/输出端9连接，第一 环形器8的c端口与耦合器11的第一输入端连接，反射型半导体光放大器5的 输入/输出端10与第二环形器6的e端口连接，第二环形器6的f端口与耦合器 11的第二输入端口相连。所述的分光器实现功分，功率不等量分配，其比值为
95: 5 99: 1。
分组包从端口 l输入，经过分光器2，输出分成两路功率不等的信号(此处 仿真选取95: 5),强信号作为控制信号Pc进入光波导3，弱信号作为探测光Ps 进入光波导7，由于控制光Pc经过光纤延迟线4的延迟，而探测光Ps没有经 过延迟线的延迟，所以探测光先于控制光到达反射型半导体光放大器5。
探测光经过第一环路器8后，首先到达反射型半导体光放大器5。分组头由 于传输速率低，其脉冲周期大于RSOA载流子寿命，所以经历了非饱和的增益 和相移，而净荷的速率高，其脉冲周期小于载流子寿命，所以经历饱和增益和相 移。而控制光经过光纤延迟线4和第二环路器6后，从端口10进入反射型半导 体光放大器5，引起反射型半导体光放大器5增益饱和，同时探测光在反射型半 导体光放大器5右端面分成两部分， 一部分反射后又进入反射型半导体光放大器 5的有源区，由于控制光已经引起了反射型半导体光放大器5的增益饱和，所以 反射的探测光此次经历了饱和的增益和相移，而此次分组头获得的增益也大于净 荷获得的增益。其余探测光透射出反射型半导体光放大器5，经过第二环路器6， 从f端口出射后进入耦合器ll，反射光经历RSOA后，从RSOA的入射端口9 出射，通过第一环形器8，从c端口出射后进入耦合器ll，。最后，透射光和反 射光在耦合器ll处干涉，分组头干涉相长，在端口13输出，净荷被抑制。
案例一，输入15比特分组包，其格式为(101011001101010)，前5个脉冲 为分组头，其传输速率为2.5G/s，后10个脉冲为净荷，其传输速率为40G/s。 RSOA右端面反射率为10%，耦合器的耦合比为30: 70。数值仿真结果如下
图2(a)所示为从端口 1输入的15比特光分组包脉冲。图2(b)所示为从端口
13提取的光分组头脉冲。计算得到和输入脉冲相比，输出分组头脉冲的能量 约放大了30dB，而净荷脉冲只放大了5dB左右，相对于分组头脉冲，可以看作 被抑制，从图2(b)可以看出，净荷基本被抑制了。输出开光比高达25dB。
案例二，输入分组包格式不变，光分组头和净荷速率分别为622Mb/s和 40Gb/s。选取参数不变，仿真结果如图3。
图3(a)所示为从端口 1输入的15比特光分组包脉冲。图3(b)所示为从端口 13提取的光分组头脉冲。数值仿真结果计算得到，在分组头传输速率改变为 622Mb/s时，输出开关比亦可达到23dB。
权利要求1.一种基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构，其特征在于包括分光器(2)、反射型半导体光放大器(5)、第一环形器(8)和第二环形器(6)及耦合器(11)，在分光器(2)的输入端连接有分组包输入波导(1)，分光器(2)的第一输出端经过光纤延迟线(4)与第二环形器(6)的d端口连接，用于将经过分光器(2)得到并经延迟后的控制信号输入至反射型半导体光放大器(5)，分光器(2)的第二输出端与第一环形器(8)的a端口连接，第一环形器(8)的b端口与反射型半导体光放大器(5)的输入/输出端(9)连接，第一环形器(8)的c端口与耦合器(11)的第一输入端连接，反射型半导体光放大器(5)的输入/输出端(10)与第二环形器(6)的e端口连接，第二环形器(6)的f端口与耦合器(11)的第二输入端口相连。
2. 根据权利要求1所述的基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构， 其特征在于所述的分光器实现功分，功率不等量分配，其比值为95: 5 99: 1。
专利摘要本实用新型公开了一种基于反射型半导体光放大器的光分组头提取结构，包括分光器、反射型半导体光放大器、第一环形器和第二环形器及耦合器，在分光器的输入端连接有分组包输入波导，分光器的第一输出端经过光纤延迟线与第二环形器的d端口连接，用于将经过分光器得到并经延迟后的控制信号输入至反射型半导体光放大器，分光器的第二输出端与第一环形器的a端口连接，第一环形器的b端口与反射型半导体光放大器的输入/输出端连接，第一环形器的c端口与耦合器的第一输入端连接，反射型半导体光放大器的输入/输出端与第二环形器的e端口连接，第二环形器的f端口与耦合器的第二输入端口相连。本实用新型能够提高系统开关比。
文档编号H04Q11/00GK201188678SQ200820035459
公开日2009年1月28日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者孙小菡, 俊 赵, 邵宗彪 申请人:东南大学