多波长光信号可提取的全光缓存器

本发明属于光通信领域，适用于对高速光信号的缓存、控制和提取，特别涉及一种多波长光信号可提取的全光缓存器。

背景技术：

信息网由传输和交换组成，目前传输部分已经完成全光化革命，但是与超大容量光传输明显不匹配的是，在光网络交换节点，信息的处理仍采用“光-电-光”转换方式，电子器件较慢的数据处理速度，很容易导致信息在网络交换节点竞争、拥塞、甚至丢失。因此，迫切需要一种能对光信号进行有效延迟或缓存的光缓存器件。

目前，全光缓存器的设计主要有两种思路：（1）减慢光的速度；（2）延长光的传输路径长度。由于温度接近绝对零度时，包括光子在内的任何物质的动能和势能都趋于0，基于这一原理，研究人员提出电磁诱导透明（eit）技术来实现降低光速，但是由于需要超低温环境，系统复杂、成本昂贵。还有利用高色散二维波导光子晶体来减慢光速的方法，如[陆培祥、杨振宇、陈伟等，“一种基于光子晶体光纤的全光缓存器”，国家发明专利，200810047325.x],但是光子晶体与通信用单模光纤连接困难，有较高的插入损耗和偏振依赖性。

对于延长光传输路径的全光缓存器，最常采用的是一种“交换延迟线”结构，它是由一系列2×2光开关和多段延迟光纤组成，通过接通不同的光开关，可按需要对光信号进行不同的延迟，但由于没有控制功能，信号的延迟只能通过光开关预先设定，使得这种类型光缓存器的应用范围受到极大限制。目前的改进方案主要是设计光纤反馈环路，如基于3×3耦合器的双环耦合型全光缓存器[吴重庆、付松年、董晖，“双环耦合全光缓存器”，国家发明专利02153429.2]和基于光开关矩阵的光缓存器[迟楠、张俊文，“基于n×n光开关矩阵的可调谐多环路多进制光缓存器”国家发明专利，200910055840.7]。但这些方案面临的最大挑战是只能对固定单一波长信号进行存储，无法实现多波长信号的同时缓存和提取。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有光缓存器在性能、成本和应用上暴露的不足，提出一种多波长光信号可提取的全光缓存器，不仅可对光信号进行缓存，还可实现对多波长光信号的灵活提取。

本发明的技术方案：

本发明提出一种多波长光信号可提取的全光缓存器，包括：待缓存光信号，第零1×2光耦合器，光隔离器，第一、第二光环形器，第一至第n1×2光耦合器，第一至第n光栅耦合器，第一至第n单模光纤，光带通滤波器，掺铒光纤放大器，电光调制器7，电脉冲发生器8；

所述各器件的连接如下：

所述的待缓存信号与第零1×2光耦合器的第一端口相连，第零1×2光耦合器的第二端口连接第二光环形器的第三端口，第零1×2光耦合器的第三端口与光隔离器的输入端口相连，光隔离器的输出端口连接第一光环形器的第一端口，第一光环形器的第二端口连接第一光缓存提取单元的输入端口，第一光缓存提取单元的输出端口连接第二光缓存提取单元的输入端口，第二光缓存提取单元的输出端口连接第三光缓存提取单元的输入端口，……，第n-1光缓存提取单元的输出端口连接第n光缓存提取单元的输入端口，第n光缓存提取单元的输出端口连接电光调制器的光输入端口，第一光环形器的第三端口连接光带通滤波器的输入端口，光带通滤波器的输出端口连接掺铒光纤放大器的输入端口，掺铒光纤放大器的输出端口连接第二光环形器的第一端口，第二光环形器的第二端口连接电光调制器的光输出端口，电光调制器的电输入端口连接电脉冲发生器的输出端口；

第一光缓存提取单元由第一光栅耦合器、第一单模光纤、第一1×2光耦合器组成；第一光栅耦合器的第一端口作为第一光缓存提取单元的输入端口，第一光栅耦合器的第二端口连接第一1×2光耦合器的第二端口，第一光栅耦合器的第三端口经第一单模光纤连接第一1×2光耦合器的第三端口，第一光栅耦合器的第四端口作为第一光缓存提取单元的输出端口，第一1×2光耦合器的第一端口作为第一光缓存提取单元的光信号提取端口；

第二光缓存提取单元由第二光栅耦合器、第二单模光纤、第二1×2光耦合器组成；第二光栅耦合器的第一端口作为第二光缓存提取单元的输入端口，第二光栅耦合器的第二端口连接第二1×2光耦合器的第二端口，第二光栅耦合器的第三端口经第二单模光纤连接第二1×2光耦合器的第三端口，第二光栅耦合器的第四端口作为第二光缓存提取单元的输出端口，第二1×2光耦合器的第一端口作为第二光缓存提取单元的光信号提取端口；

……；

第n光缓存提取单元由第n光栅耦合器、第n单模光纤、第n1×2光耦合器组成；第n光栅耦合器的第一端口作为第n光缓存提取单元的输入端口，第n光栅耦合器的第二端口连接第n1×2光耦合器的第二端口，第n光栅耦合器的第三端口经第n单模光纤连接第n1×2光耦合器的第三端口，第n光栅耦合器的第四端口作为第n光缓存提取单元的输出端口，第n1×2光耦合器的第一端口作为第n光缓存提取单元的光信号提取端口；

1≤n≤16的整数；

所述的第一单模光纤的长度为10cm，第二至第n单模光纤的长度依次增加5cm；

所述的第一至第n光栅耦合器中的光栅都是均匀光栅，带宽都是0.2nm，中心波长依次增加0.8nm；

所述的光带通滤波器的短截止波长比第一光栅耦合器的中心波长小0.2nm，光带通滤波器的长截止波长比第n光栅耦合器的中心波长大0.2nm。

本发明的有益效果具体如下：

本发明提出的多波长光信号可提取的全光缓存器，利用光栅耦合器的波长选择作用将不同波长的光信号缓存到各自的缓存提取单元中，电脉冲发生器产生不同时间间隔的电脉冲决定电光调制器的通断时刻，当电光调制器的通时刻等于光信号在缓存提取单元单模光纤中绕行时长的整数倍时，该缓存提取单元所对应波长的光信号被提取，通过控制电脉冲的产生间隔可实现多波长信号的灵活提取。该全光缓存器对解决目前的网络拥塞、降低网络构建成本、推动全光网发展将具有重要的经济和社会意义。

附图说明

图1多波长光信号可提取的全光缓存器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一，图1，一种多波长光信号可提取的全光缓存器，包括：待缓存光信号1、第零1×2光耦合器20、光隔离器3、第一、第二光环形器41、42、第一至第n1×2光耦合器21、22、……、2n、第一至第n光栅耦合器11、12、……、1n、第一至第n单模光纤31、32、……、3n、光带通滤波器5、掺铒光纤放大器6、电光调制器7、电脉冲发生器8。

所述各器件的连接如下：

所述的待缓存信号1与第零1×2光耦合器20的第一端口相连，第零1×2光耦合器20的第二端口连接第二光环形器42的第三端口，第零1×2光耦合器20的第三端口与光隔离器3的输入端口相连，光隔离器3的输出端口连接第一光环形器41的第一端口，第一光环形器41的第二端口连接第一缓存提取单元91的输入端口，第一光缓存提取单元91的输出端口连接第二光缓存提取单元92的输入端口，第二光缓存提取单元92的输出端口连接第三光缓存提取单元93的输入端口，……，第n-1光缓存提取单元9n-1的输出端口连接第n光缓存提取单元9n的输入端口，第n光缓存提取单元9n的输出端口连接电光调制器7的光输入端口，第一光环形器41的第三端口连接光带通滤波器5的输入端口，光带通滤波器5的输出端口连接掺铒光纤放大器6的输入端口，掺铒光纤放大器6的输出端口连接第二光环形器42的第一端口，第二光环形器42的第二端口连接电光调制器7的光输出端口，电光调制器7的电输入端口连接电脉冲发生器8的输出端口；

第一光缓存提取单元91由第一光栅耦合器11、第一单模光纤31、第一1×2光耦合器21组成；第一光栅耦合器11的第一端口作为第一光缓存提取单元91的输入端口，第一光栅耦合器11的第二端口连接第一1×2光耦合器21的第二端口，第一光栅耦合器11的第三端口经第一单模光纤31连接第一1×2光耦合器21的第三端口，第一光栅耦合器11的第四端口作为第一光缓存提取单元91的输出端口，第一1×2光耦合器21的第一端口作为第一光缓存提取单元91的光信号提取端口；

第二光缓存提取单元92由第二光栅耦合器12、第二单模光纤32、第二1×2光耦合器22组成；第二光栅耦合器12的第一端口作为第二光缓存提取单元92的输入端口，第二光栅耦合器12的第二端口连接第二1×2光耦合器22的第二端口，第二光栅耦合器12的第三端口经第二单模光纤32连接第二1×2光耦合器22的第三端口，第二光栅耦合器12的第四端口作为第二光缓存提取单元92的输出端口，第二1×2光耦合器22的第一端口作为第二光缓存提取单元92的光信号提取端口；

……；

第n光缓存提取单元9n由第n光栅耦合器1n、第n单模光纤3n、第n1×2光耦合器2n组成；第n光栅耦合器1n的第一端口作为第n光缓存提取单元9n的输入端口，第n光栅耦合器1n的第二端口连接第n1×2光耦合器2n的第二端口，第n光栅耦合器1n的第三端口经第n单模光纤3n连接第n1×2光耦合器2n的第三端口，第n光栅耦合器1n的第四端口作为第n光缓存提取单元9n的输出端口，第n1×2光耦合器2n的第一端口作为第n光缓存提取单元9n的光信号提取端口；

1≤n≤16的整数；

所述的第一单模光纤31的长度为10cm，第二至第n单模光纤32、……、3n的长度依次增加5cm；

所述的第一至第n光栅耦合器11、12、……、1n中的光栅都是均匀光栅，带宽相同均为0.2nm，中心波长依次增加0.8nm；

所述的光带通滤波器5的短截止波长比第一光栅耦合器11的中心波长小0.2nm，光带通滤波器5的长截止波长比第n光栅耦合器1n的中心波长大0.2nm。