一种光纤双环可擦除光信息存储装置及存储方法

专利名称:一种光纤双环可擦除光信息存储装置及存储方法
技术领域：
本发明属于光存储器技术领域：
，特别涉及一种光纤双环可擦除光信息存储装置及存储方法。
背景技术：
随着信息的高速膨胀，电交换通信渐渐不能满足海量信息的传输需求，全光通信已成为通信技术领域：
的发展趋势。光交换是全光网的一个关键技术，光信息存储则是实现光交换的基础。为了实现全光网，进行光信息存储器研制非常必要。
目前，人们已经提出如光纤延迟线、基于NOLM的全光缓存器、基于TOAD的全光缓存器、基于M-Z干涉仪的光缓存器等多种实现光信息缓存的缓存器结构，2003年5月14日公告号为CN1417604的中国发明书公开的一种基于3x3光纤耦合器的双环耦合全光缓存器和2008年1月30日公告号为CN101114886的中国发明专利公开了一种偏振型光缓存器及其调节方法，均为光缓存器。光缓存器不能实现光信息的多次读取及擦除等光存储器的功能。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种一种光纤双环可擦除光信息存储装置及存储方法，本发明实现了一次写入多次读取并能擦除的光信息存储器功能；结构简单，制造容
易ο
本发明的技术方案是一种光纤双环可擦除光信息存储装置，包括双环耦合全光缓存器，在双环耦合全光缓存器的光纤环中设置偏振控制器件和光增益器件。
所述偏振控制器件置于光纤环的偏离对称的位置。
所述偏振控制器件是法拉第磁光效应偏振控制器件，或者是压电控制型偏振控制器件，或者是半导体光放大器型偏振控制器件。
所述半导体光放大器型偏振控制器件是基于非线性偏振旋转效应的光驱动，或者是电驱动。
所述光增益器件是稀土掺杂光纤放大器，或者是半导体光放大器。
本发明一种光纤双环可擦除光信息存储装置的存储方法
本发明的光偏振器件采用法拉第慈光效应器件，通过交流电源外加磁场产生法拉第磁致旋光效应，改变信号光的偏振方向。
步骤一，组装设备
在公开号为CN1417604中国发明专利的结构基础上，在环2的非对称位置加一个法拉第磁致旋光器件，外加可控交流电源。由于磁致旋光效应响应速率较慢，需加长光纤七 20的长度。
步骤二，输入信号光
由第一光纤7输入信号光，经过光环行器8、第二光纤10进入3X3耦合器11，信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 4、第六3X3耦合器端口 6。
步骤三，调控信号光
由第四光纤14引入控制光，利用半导体光放大器S0A16的交叉相位调制，使I4产生相位移动，与16相位差为η ；同时调节法拉第磁致旋光效应器件22使I6偏振方向旋转， 在I6与I4在进入耦合器时偏振方向有夹角θ = π/2。
步骤四，输出信号光
两路信号光经第七光纤20绕行一周回到第六3X3耦合器端口 6、第四3X3耦合器端口 4端口，进入3 X 3耦合器11，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉。由3 X 3耦合器 11耦合后按照255025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口 1、第二 3X3耦合器端口 2、第三3X3耦合器端口 3。进入第二 3X3耦合器端口 2的光作为输出信号光，经过第二光纤10，进入光环行器8，最后由第八光纤21输出。
步骤五，存储信号光
调节第一偏振控制器PC9，使由第一 3X3耦合器端口 1、第三3X3耦合器端口 3 回到第六光纤19的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤19、3Χ3耦合器11、第七光纤20中循环传播。利用半导体光放大器S0A16将信号光放大到原来大小，在双环中存储。
步骤六，擦除信号光
输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除。由第四光纤14 引入控制光，利用半导体光放大器S0A16的交叉相位调制将相向传播的两信号光相位差调整为0，信号光经过3 X 3耦合器11将全部进入第二 3 X 3耦合器端口 2，经过第二光纤10、 光环行器8、第八光纤21输出，环内信号光全部清除。
本发明一种光纤双环可擦除光信息存储装置的存储方法还有
本发明的光偏振器件采用双环耦合全光缓存器自带的非线性元件，如半导体光放大器。利用半导体光放大器的交叉偏振调制效应改变信号光的偏振方向。信号增益器件采用 EDFA。
步骤一，组装设备
在公开号为CN1417604中国发明专利的结构基础上，在环2的非对称位置加一个掺饵光纤放大器EDFAM，外加泵浦光。在WDM15处增加一路控制光，从第九光纤23输入。
步骤二，输入信号光
由第一光纤7输入信号光，经过光环行器8、第二光纤10进入3X3耦合器11，信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 4、第六3X3耦合器端口 6。
步骤三，调控信号光
由第四光纤14引入控制光一，通过半导体光放大器S0A16使I4产生相位移动，与 16相位差为H。调节第二偏振控制器PC12使两光偏振方向一致，则两信号光将在第六光纤19、3Χ3耦合器11、第七光纤20中循环传播。当I4第二次经过半导体光放大器S0A16 时由第九光纤23引入控制光二，使I4偏振态改变，另I4和I6进入耦合器时偏振夹角为θ
=31 /2。
步骤四，输出信号光
两路信号光经第七光纤20绕行一周回到第六3X3耦合器端口 6、第四3X3耦合器端口 4，进入3X3耦合器11，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉。由3X3耦合器11耦合后按照255025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口 1、第二 3X3耦合器端口 2、第三3X3耦合器端口 3。进入第二 3X3耦合器端口 2的光作为输出信号光，经过第二光纤10，进入光环行器8，最后由第八光纤21输出。
步骤五，存储信号光
调节第一偏振控制器PC9，使由第一 3X3耦合器端口 1、第三3X3耦合器端口 3 端口回到第六光纤19的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤19、3X3耦合器11、第七光纤七0中循环传播。由第十光纤25输入泵浦光，利用掺饵光纤放大器EDFAM对环内光信号进行放大补偿，将信号光放大到原来大小，在双环中存储。
步骤六，擦除信号光
输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除。由第四光纤14 引入控制光三，经过半导体光放大器S0A16的交叉相位调制将传播方向相反的两信号光的相位差调整为0，信号光经过3 X 3耦合器11将全部进入第二 3 X 3耦合器端口 2，经过第二光纤10、光环行器8、第八光纤21输出，环内信号光全部清除。
本发明的有益效果是首先，基于光纤，本发明实现了一次写入多次读取并能擦除的光信息存储器功能；结构简单，制造容易。其次，偏振控制器件的选择多种多样，既可以使用法拉第磁致旋光效应器件，也可以利用压电控制型偏振控制器件，或者光或电信号驱动的SOA的非线性偏振旋转效应，在技术上容易实现。法拉第磁致旋光效应器件和压电控制型偏振控制器件偏振控制速率较慢，可用于存储传输速率较慢的光信息；SOA的交叉偏振效应器件偏振控制速率为ps量级，可用于存储传输速率很快的光信息。不同光偏振控制器件，可以满足不同的应用要求，可适用于光通信、光信息处理等广泛领域。另外，光存储器存储的是组成光信息的原光脉冲，有利于原光信息的信号识别和信息读出，有利于光源波长资源的有效利用。


图1为本发明实施例一以法拉第磁光效应器件为光偏振器的储存装置结构示意图；
图2为本发明实施例二以半导体光放大器SOA为光偏振器的储存装置结构示意图；
图中1为第一 3X3耦合器端口，2为第二 3X3耦合器端口，3为第三3X3耦合器端口，4为第四3X3耦合器端口，5为第五3X3耦合器端口，6为第六3X3耦合器端口， 7为第一光纤，8为光环形器，9为第一偏振控制器PC，10为第二光纤，11为3 X 3耦合器11， 12为第二偏振控制器PC，13为第三光纤，14为第四光纤，15为第一波分复用器WDM，16为半导体光放大器S0A，17为第二波分复用器WDM，18为第五光纤，19为第六光纤，20为第七光纤，21为第八光纤，22为法拉第磁致旋光效应器件，23为第九光纤，24为掺饵光纤放大器 EDFA，25为第十光纤，沈为第三波分复用器WDM，27为第四波分复用器WDM，28为第i^一光纤·具体实施方式
为了实现一次输入多次读取且可擦除的光信息存储器功能，本发明在2003年5月 14日公告号为CN1417604的中国发明书公开的一种基于3x3光纤耦合器的双环耦合全光缓存器和2008年1月30日公告号为CN101114886的中国发明专利公开了一种偏振型光缓存器及其调节方法的基础上，利用光偏振器件使环内相向传播的两信号光在传播到耦合器时产生偏振夹角η/2，用控制光使两信号光的相位差为η，环中相向传播的两光在传播到耦合器时不产生干涉，两光依照3 X 3耦合器的特殊分光比分别进入3个端口，其中一路作为输出信号，其他两路也回到环内。回到环内的光用PC调整成偏振方向相同，再经过半导体光放大器放大到原信号光大小，在环中缓存。再次读取时只需要用输入控制光使两信号光到达耦合器时再次产生偏振夹角η /2，则可重复上述输出过程，不需要重新输入信号光。引入控制光使两光相位差为0，调整PC使其偏振方向相同，两光在传播至耦合器时产生干涉相长，全部由输出口输出，环内的信号光被擦除。
本发明所使用的偏振控制器件可以是电控的法拉第磁光效应偏振控制器件和压电控制型偏振控制器件，或者是光控的半导体放大器型偏振控制器件。偏振控制器件置于光纤环偏离对称位置，在不同时间点对相向传播的两光进行偏振控制。光纤环中用于对信号光进行放大补偿的光增益器件是稀土掺杂光纤放大器，或者是半导体光放大器。
下面结合附图详细说明本发明存储方法的具体实施方式
实施例一
本发明的光偏振器件采用法拉第慈光效应器件，通过交流电源外加磁场产生法拉第磁致旋光效应，改变信号光的偏振方向。
步骤一，组装设备
在公开号为CN1417604中国发明专利的结构基础上，在环2的非对称位置加一个法拉第磁致旋光器件，外加可控交流电源。由于磁致旋光效应响应速率较慢，需加长光纤七 20的长度。
步骤二，输入信号光
由第一光纤7输入信号光，经过光环行器8、第二光纤10进入3X3耦合器11，信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 4、第六3X3耦合器端口 6。
步骤三，调控信号光
由第四光纤14引入控制光，利用半导体光放大器S0A16的交叉相位调制，使I4产生相位移动，与16相位差为η ；同时调节法拉第磁致旋光效应器件22使I6偏振方向旋转， 在I6与I4在进入耦合器时偏振方向有夹角θ = π/2。
步骤四，输出信号光
两路信号光经第七光纤20绕行一周回到第六3X3耦合器端口 6、第四3X3耦合器端口 4端口，进入3 X 3耦合器11，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉。由3 X 3耦合器 11耦合后按照255025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口 1、第二 3X3耦合器端口 2、第三3X3耦合器端口 3。进入第二 3X3耦合器端口 2的光作为输出信号光，经过第二光纤0，进入光环行器8，最后由第八光纤21输出。
步骤五，存储信号光
调节第一偏振控制器PC9，使由第一 3X3耦合器端口 1、第三3X3耦合器端口 3回到第六光纤19的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤19、3X3耦合器11、第七光纤20中循环传播。利用半导体光放大器S0A16将信号光放大到原来大小，在双环中存储。
步骤六，擦除信号光
输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除。由第四光纤14 引入控制光，利用半导体光放大器S0A16的交叉相位调制将相向传播的两信号光相位差调整为0，信号光经过3 X 3耦合器11将全部进入第二 3 X 3耦合器端口 2，经过第二光纤10、 光环行器8、第八光纤21输出，环内信号光全部清除。
实施例二
本发明的光偏振器件采用双环耦合全光缓存器自带的非线性元件，如半导体光放大器。利用半导体光放大器的交叉偏振调制效应改变信号光的偏振方向。信号增益器件采用 EDFA。
步骤一，组装设备
在公开号为CN1417604中国发明专利的结构基础上，在环2的非对称位置加一个掺饵光纤放大器EDFAM，外加泵浦光。在WDM15处增加一路控制光，从第九光纤23输入。
步骤二，输入信号光
由第一光纤7输入信号光，经过光环行器8、第二光纤10进入3X3耦合器11，信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 4、第六3X3耦合器端口 6。
步骤三，调控信号光
由第四光纤14引入控制光一，通过半导体光放大器S0A16使I4产生相位移动，与 16相位差为η。调节第二偏振控制器PC12使两光偏振方向一致，则两信号光将在第六光纤19、3X3耦合器11、第七光纤20中循环传播。当I4第二次经过半导体光放大器S0A16 时由第九光纤23引入控制光二，使I4偏振态改变，另I4和I6进入耦合器时偏振夹角为θ
=31 /2。
步骤四，输出信号光
两路信号光经第七光纤20绕行一周回到第六3X3耦合器端口 6、第四3X3耦合器端口 4，进入3X3耦合器11，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉。由3X3耦合器11耦合后按照255025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口 1、第二 3X3耦合器端口 2、第三3X3耦合器端口 3。进入第二 3X3耦合器端口 2的光作为输出信号光，经过第二光纤10，进入光环行器8，最后由第八光纤21输出。
步骤五，存储信号光
调节第一偏振控制器PC9，使由第一 3X3耦合器端口 1、第三3X3耦合器端口 3 端口回到第六光纤19的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤19、3Χ3耦合器11、第七光纤七0中循环传播。由第十光纤25输入泵浦光，利用掺饵光纤放大器EDFAM对环内光信号进行放大补偿，将信号光放大到原来大小，在双环中存储。
步骤六，擦除信号光
输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除。由第四光纤14 引入控制光三，经过半导体光放大器S0A16的交叉相位调制将传播方向相反的两信号光的相位差调整为0，信号光经过3 X 3耦合器11将全部进入第二 3 X 3耦合器端口 2，经过第二光纤10、光环行器8、第八光纤21输出，环内信号光全部清除。
权利要求
1.一种光纤双环可擦除光信息存储装置，包括双环耦合全光缓存器，其特征在于在双环耦合全光缓存器的光纤环中设置偏振控制器件和光增益器件。
2.根据权利要求
1所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置，其特征在于偏振控制器件置于光纤环的偏离对称的位置。
3.根据权利要求
1所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置，其特征在于偏振控制器件是法拉第磁光效应偏振控制器件，或者是压电控制型偏振控制器件，或者是半导体光放大器型偏振控制器件。
4.根据权利要求
3所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置，其特征在于半导体光放大器型偏振控制器件是基于非线性偏振旋转效应的光驱动，或者是电驱动。
5.根据权利要求
1所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置，其特征在于光增益器件是稀土掺杂光纤放大器，或者是半导体光放大器。
6.根据根据权利要求
1所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置的存储方法，其特征在于所述光偏振器件采用法拉第慈光效应器件，通过交流电源外加磁场产生法拉第磁致旋光效应，改变信号光的偏振方向；其存储方法为步骤一，组装设备在环2的非对称位置加一个法拉第磁致旋光器件(22)，外加可控交流电源，加长第七光纤00)的长度；步骤二，输入信号光由第一光纤(7)输入信号光，经过光环行器(8)、第二光纤(10)进入3X3耦合器(11)， 信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 G)、第六3X3耦合器端口(6)；步骤三，调控信号光由第四光纤(14)引入控制光，利用半导体光放大器S0A(16)的交叉相位调制，使14产生相位移动，与16相位差为η ；同时调节法拉第磁致旋光效应器件0 使I6偏振方向旋转，在I6与I4在进入耦合器时偏振方向有夹角θ = π/2;步骤四，输出信号光两路信号光经第七光纤OO)绕行一周回到第六3X3耦合器端口(6)、第四3X3耦合器端口 ，进入3 X 3耦合器(11)，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉；由3 X 3耦合器 (11)耦合后按照255025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口(1)、第二 3X3耦合器端口 O)、第三3X3耦合器端口(3)；进入第二 3X3耦合器端口(2)的光作为输出信号光，经过第二光纤(10)，进入光环行器(8)，最后由第八光纤输出；步骤五，存储信号光调节第一偏振控制器PC(9)，使由第一 3X3耦合器端口(1)、第三3X3耦合器端口(3) 回到第六光纤(19)的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤(19)、3X3耦合器(11)、第七光纤OO)中循环传播； 利用半导体光放大器S0A(16)将信号光放大到原来大小，在双环中存储；步骤六，擦除信号光输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除；由第四光纤(14)引入控制光，利用半导体光放大器S0A(16)的交叉相位调制将相向传播的两信号光相位差调整为0，信号光经过3X3耦合器(11)将全部进入第二 3X3耦合器端口 0)，经过第二光纤(10)、光环行器(8)、第八光纤输出，环内信号光全部清除。
7.根据根据权利要求
1所述一种光纤双环可擦除光信息存储装置的存储方法，其特征在于所述光偏振器件采用双环耦合全光缓存器自带的非线性元件半导体光放大器，利用半导体光放大器的交叉偏振调制效应改变信号光的偏振方向，信号增益器件采用EDFA，其存储方法步骤一，组装设备在环2的非对称位置加一个掺饵光纤放大器EDFA04)，外加泵浦光；在第一 WDM(15) 处增加一路控制光，从第九光纤输入；步骤二，输入信号光由第一光纤(7)输入信号光，经过光环行器(8)、第二光纤(10)进入3X3耦合器(11)， 信号光等光强地分配到第四3X3耦合器端口 G)、第六3X3耦合器端口(6)；步骤三，调控信号光由第四光纤(14)引入控制光一，通过半导体光放大器S0A(16)使I4产生相位移动，与 16相位差为η。调节第二偏振控制器PC(U)使两光偏振方向一致，则两信号光将在第六光纤(19)、3X3耦合器(11)、第七光纤OO)中循环传播；当I4第二次经过半导体光放大器 SOA(16)时由第九光纤引入控制光二，使I4偏振态改变，另I4和I6进入耦合器时偏振夹角为θ = π/2 ；步骤四，输出信号光两路信号光经第七光纤OO)绕行一周回到第六3X3耦合器端口(6)、第四3X3耦合器端口 ，进入3 X 3耦合器(11)，由于偏振方向垂直，两光不产生干涉；由3 X 3耦合器(11)耦合后按照25 5025的分光比分别进入第一 3X3耦合器端口(1)、第二 3X3耦合器端口 O)、第三3X3耦合器端口(3)；进入第二 3X3耦合器端口(2)的光作为输出信号光，经过第二光纤(10)，进入光环行器(8)，最后由第八光纤输出；步骤五，存储信号光调节第一偏振控制器PC(9)，使由第一 3X3耦合器端口(1)、第三3X3耦合器端口(3) 回到第六光纤(19)的剩余信号光偏振方向一致，此时两光相位差为η，由双环耦合全光缓存器的原理知两信号光将在第六光纤(19)、3X3耦合器(11)、第七光纤OO)中循环传播； 由第十光纤0 输入泵浦光，利用掺饵光纤放大器EDFA04)对环内光信号进行放大补偿， 将信号光放大到原来大小，在双环中存储；步骤六，擦除信号光输入新的信号光前需要将原来缓存于光纤双环内的信号光擦除；由第四光纤(14)引入控制光三，经过半导体光放大器S0A(16)的交叉相位调制将传播方向相反的两信号光的相位差调整为0，信号光经过3X3耦合器(11)将全部进入第二 3X3耦合器端口 O)，经过第二光纤(10)、光环行器(8)、第八光纤输出，环内信号光全部清除。
专利摘要
本发明公开一种光纤双环可擦除光信息存储装置及存储方法，特征是在双环耦合全光缓存器的光纤环中加入偏振控制器件和光增益器件，偏振控制器件使环内相向传播的两信号光的偏振方向在传播到耦合器处产生0或π/2的夹角，相位差控制器件使这两信号光产生0或者π的相位差，光增益器件对通过耦合器重新进入双环的信号光进行功率补偿。本发明可以实现缓存器一次写入，多次读取及擦除的功能，结构简单，制造容易，是缓存器向存储器改进的新思路。
文档编号G02B6/27GKCN102411985SQ201110269887
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月13日
发明者冯震, 毛雅亚, 盛新志, 郑临夏, 陈晓涌 申请人:北京交通大学