专利名称：马赫曾德型光分组头和净荷分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全光分组头和净荷分离的结构，尤其涉及一种马赫曾德 型光分组头和净荷分离装置。本实用新型可用于高速光传输链路中，实现对光分 组包中分组头(即地址码)和净荷(即数据)的分离。
背景技术：
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，查找转发表，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光分组头并加载 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光分组头提取。在这些方法中，光分组 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光分组头的 提取，但是其复杂性，同步性将限制其可拓展性和应用范围。并且，开关比也不 能达到一个很高的水平。
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，也用于光分组头的提取。多模干涉 (MMI)耦合器因为其结构简单，低插损，高带宽和偏振不敏感的特性获得了
越来越多的关注，其结构紧凑的优点在集成光学中有广泛的应用。本实用新型采 用两个SOA作为非线性元件，两个2X2MMI分别用于产生输入场映像和干涉 输出。
发明内容
本实用新型提供一种能够同时实现光分组头与净荷有效提取的马赫曾德型 光分组头和净荷分离装置。
本实用新型采用如下技术方案
一种马赫曾德型光分组头和净荷分离装置，包括光功分器和第二多模干涉 耦合器，在光功分器的上输出端口上连接有与第一多模干涉耦合器且光功分器的 上输出端口与第一多模干涉耦合器的一个输入端连接，光功分器的下输出端口经 过光纤延迟线与第一多模干涉耦合器的另一个输入端连接，第一多模干涉耦合器 的一个输出端经过第一半导体光放大器与第二多模干涉耦合器的一个输入端连 接，第一多模干涉耦合器的另一个输出端经过第二半导体光放大器与第二多模干 涉耦合器的另一个输入端连接，在第二多模干涉耦合器的下输出端口输出探测光 分组头，在第二多模干涉耦合器的上输出端口上输出探测光净荷。
本实用新型采用基于半导体光放大器和多模干涉耦合器(SOA-MMI)的光
分组头和净荷分离结构。
对于两个2X2的多模干涉耦合器，其传输矩阵A如下<formula>formula see original document page 4</formula>
为初时相位，可设为零。
取两个SOA的载流子寿命不同，其场传输矩阵为(包括增益和相移)
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，A^和A^分别表示上下两个soA引起探测脉冲的相位改变量。、 和~分别为两个SOA对信号的放大函数。
则SOA-MMI光分组头和净荷分离器的传输矩阵为<formula>formula see original document page 4</formula> 为输出波导中的场矢量，<formula>formula see original document page 4</formula>为输入波导中的场矢量。得到输出场量表
达式-
<formula>formula see original document page 5</formula>
因此，若则信号为交叉态传输；若<formula>formula see original document page 5</formula>则信号为直通
态传输。其中<formula>formula see original document page 5</formula>分别为上下两个SOA产生的相移量。 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点
1) 本实用新型采用两个载流子寿命不等的半导体光放大器，两个多模干涉 耦合器，功分器，光纤延迟线和普通光纤构建了光分组头和净荷的分离系统，具 有开关比高、结构简单、易于集成、容易实现的特点。
2) 本实用新型所采用的结构可以实现光分组头和净荷的全光分离，不需要 经过光电光转换，可满足高速、大容量系统的数据传输需求。
3) 本实用新型所采用的结构具有较高的比特率透明性，可用于实现不同比 特率光分组的分组头和净荷的分离。
4) 本实用新型中采用多模干涉仪作为光分组头和净荷分离结构的光功分器， 具有结构简单、插入损耗低、偏振不敏感、带宽高且易于和光通信系统集成的特 点。
5) 本实用新型采用半导体光放大器作为增益和相移的调节单元，具有体积 小、功耗低、时延低、稳定性高和便于集成等优点，且对参数的要求较低，降低 了制作要求。
6) 本实用新型所采用的两个半导体光放大器位置对称，参数可调，进而使 整体结构容易实现。
图1所示为基于多模干涉耦合器的马赫曾德型光分组头和净荷分离装置。 图中1、分组包输入端口， 2、光功分器，3、第一多模干涉耦合器MMIl， 4、 第一半导体光放大器，5、第二多模干涉耦合器MMI2， 6、 MMI2上输出端口， 7、光纤延迟线，8、第二半导体光放大器，9、 MMI2下输出端口。
图2(a)所示为从端口 1输入的光分组包脉冲。图2(b)所示为从端口 9输出的
光分组头脉冲，图2(c)所示为从端口 6输出的光分组净荷脉冲。
具体实施方式
一种马赫曾德型光分组头和净荷分离装置，其特征为包括光功分器2和第 二多模干涉耦合器5，在光功分器2的上输出端口上连接有与第一多模干涉耦合 器3且光功分器2的上输出端口与第一多模干涉耦合器3的一个输入端连接，光 功分器2的下输出端口经过光纤延迟线7与第一多模干涉耦合器3的另一个输入 端连接，第一多模干涉耦合器3的一个输出端经过第一半导体光放大器4与第二 多模干涉耦合器5的一个输入端连接，第一多模干涉耦合器3的另一个输出端经 过第二半导体光放大器8与第二多模干涉耦合器5的另一个输入端连接，在第二 多模干涉耦合器5的下输出端口 9输出探测光分组头，在第二多模干涉耦合器5 的上输出端口 6上输出探测光净荷。在本实施例中，所述的光功分器2的功分比 为95: 5或者99: 1。
光分组包经过端口 l传输进入光功分器2，输出分成两路不等幅的信号(此 处为95: 5，功分比可调，只要相比于控制光对半导体光放大器的影响，探测光 对半导体光放大器的增益特性影响可以忽略即可)，弱信号作为探测光Ps进入第 一个多模干涉耦合器(MMI1) 3，强信号作为控制信号Pc经历光纤延迟线7的 延迟后到达MMIl，探测光场在MMIl中产生两个映像，同时分别达到两个半导 体光放大器(SOA) 4和8。
由于探测光很弱，可以认为其对两个光放大器的增益特性不产生影响，探测 光的分组头部分首先进入两个SOA，上下两路光分组头部分分别经历了相等的 非饱和增益和相移；在光分组头和净荷之间的保护时间内，控制光场的两个映像 到达两个SOA，引起两个光放大器增益饱和；保护时间之后，探测光的净荷部 分到达光放大器，上下两路净荷脉冲经历了不等的饱和增益和相移。
通过选取适当的两个SOA的参数，使两路探测光的光分组头部分经历相等 的非饱和增益和相移，相移差为零，满足交叉态传输条件；而使两路探测光的净 荷部分经历不相等的饱和增益和相移，并使相移差为180度，满足直通态传输条 件。因此，探测光的分组头部分会从MMI2的下端口9输出，而探测光的净荷 部分会从MMI2的上端口 6输出，从而实现分组头和净荷的分离。
另外，由于所选取的两个SOA参数使控制光分组头和净荷部分所经历的相 移不满足交叉态或直通态传输条件，所以在MMI2的端口 6和端口 9不会有控 制光信号输出。
案例说明
输入35比特的分组包，格式为(10101100110101111000100110101111000), 前5个脉冲为光分组头脉冲，后30个脉冲为净荷脉冲，速率分别为2.5Gb/s和 40Gb/s。光分组头脉冲和净荷脉冲之间的保护时间是1600ps 1700ps。选取参数 为两个SOA除载流子寿命不等以外，其他参数均相同。
参照图2a 图2c，计算得到和输入脉冲相比，端口9输出信号光分组头与 净荷的开关比为14dB，端口 6输出信号理论上都是净荷。
权利要求1、一种马赫曾德型光分组头和净荷分离装置，其特征为包括光功分器(2)和第二多模干涉耦合器(5)，在光功分器(2)的上输出端口上连接有与第一多模干涉耦合器(3)且光功分器(2)的上输出端口与第一多模干涉耦合器(3)的一个输入端连接，光功分器(2)的下输出端口经过光纤延迟线(7)与第一多模干涉耦合器(3)的另一个输入端连接，第一多模干涉耦合器(3)的一个输出端经过第一半导体光放大器(4)与第二多模干涉耦合器(5)的一个输入端连接，第一多模干涉耦合器(3)的另一个输出端经过第二半导体光放大器(8)与第二多模干涉耦合器(5)的另一个输入端连接，在第二多模干涉耦合器(5)的下输出端口(9)输出探测光分组头，在第二多模干涉耦合器(5)的上输出端口(6)上输出探测光净荷。
2、 根据权利要求1所述的马赫曾德型光分组头和净荷分离装置，其特征在 于所述的光功分器(2)的功分比为95: 5或者99: 1。
专利摘要本实用新型涉及一种马赫曾德型光分组头和净荷分离装置，其特征为包括光功分器和第二多模干涉耦合器，在光功分器的上输出端口上连接有与第一多模干涉耦合器且光功分器的上输出端口与第一多模干涉耦合器的一个输入端连接，光功分器的下输出端口经过光纤延迟线与第一多模干涉耦合器的另一个输入端连接，第一多模干涉耦合器的一个输出端经过第一半导体光放大器与第二多模干涉耦合器的一个输入端连接，第一多模干涉耦合器的另一个输出端经过第二半导体光放大器与第二多模干涉耦合器的另一个输入端连接，在第二多模干涉耦合器的下输出端口输出探测光分组头，在第二多模干涉耦合器的上输出端口上输出探测光净荷。
文档编号H04B10/207GK201204674SQ200820116218
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者孙小菡, 俊 赵, 邵宗彪 申请人:东南大学