专利名称：光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光信号处理和光通信器件，具体说是光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置。
背景技术：
队列和堆栈都是一组能存储和取出数据的暂时存储单元。队列属于典型的顺序存储结构，即符合“先入先出(First In First Out，FIFO)”形式，数据的存入和读出均不改变其原始顺序；堆栈则与之不同，堆栈具有一项显著的特点即其存储和取出数据采取的是“先入后出(First In Last Out，FIL0)”形式，即最先存入的数据将在读取时最后取出，数据的存入和读出呈现反序的规律。
队列和堆栈的特点在电子计算机领域得到了广泛的应用。其中队列的应用比较简单，主要是保证数据的读和写的顺序性；而堆栈的应用以断点保护为代表，还可以被用于保存函数返回地址、存储表达式临时结果、保存局部变量和参数、传递参数以及函数调用时保存寄存器内容或者中断时保存寄存器状态等，它使得数据的写入和读出不需要提供具体地址，而是根据写入的顺序的反序来确定读出的顺序，这种特征使得堆栈不仅在计算机领域成为了一个基本的概念，并且这种“先入后出”的概念开始在其他领域也得到了应用。随着多媒体业务的广泛应用，通信流量每年成倍地增长，对通信网络的带宽也提出了越来越高的要求。为了解决带宽的问题，波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)等技术因为其对带宽所带来的有效提升而被广为采用，但是单纯利用这些技术仍然需要进行光/电、电/光变换，并不能从根本上克服网络节点上电处理速度带来的“瓶颈”。为了克服这种“瓶颈”最好的方法便是直接对光信号进行处理，即所谓的全光网络。WDM光传输网对光信号进行的是线路级的处理，每一路波长作为一个信道，信道带宽的利用率并不高；相比之下现在全光网络研究的一大热点——光包交换(OpticalPackage Switch, OPS)技术,它将光信号进行“封装”,在每一个“光包”内既包含数据信息，也包含特定的光交换路由信息，对光信号进行的是分组级的处理，因此其处理能力更强，并且有着更高的带宽利用率。但由于OPS中是以光包为单元进行交换，并不以波长为单元，因而很容易出现两个甚至更多个光包在同一时刻从同一网络的同一输出节点处，以同样的波长离开节点的情况，这时候这几个光包之间将发生竞争。能否有效地解决全光交换网中的竞争冲突将直接影响到整个光网络的性能。为了解决冲突，人们提出了波长、时间、空间三个方面的方法①波长转换，即在发生冲突的时候，将各光包的波长进行转换从而区分开，使其各自以不同的波长离开，从而解决信道争用的冲突。②时间缓冲，即使用各种暂存器件，将光包离开节点的时间错开，从而解决冲突。③空间疏导，即改变发生冲突的光包离开节点的输出端口，使其由其他路径离开节点进行传输。将全光网络与传输电信号网络相比，其实二者中的数据包交换技术本质上都是一种“存储一转发”技术。而在电领域，数据的高速缓存技术已经相当成熟，因而实现数据包交换相对容易；而光领域中，虽然也提出了众多光存储器的实现方案，例如高速光盘、全息术等。但作为全光通信网的全光缓存器，必须是真正意义上的光子存储器，即在不进行能量转换的前提下将光子锁存起来。目前研究的众多光存储器件其实都是将光子转换成其他形式的能量或状态进行的存储，无法适应通信网对高速信号处理的要求。因而实现“存储一转发”形式的全光交换网要困难的多
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置，是光通信和光信号处理领域的基本元件，整个过程中没有光电/电光变换，处理速度快，适用于高速光纤通信、光信息处理、全光网络、全光分组交换、全光包交换等领域。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是光学堆栈装置，其特征在于该装置为单脉冲的光学堆栈装置，包括用于接收一个序列的光脉冲的全光2阶FRFT器，即阶数为2的全光分数阶傅里叶变换器，一个全光缓存器，其与该全光2阶FRFT器通过光纤级联构成该单脉冲的光学堆栈
>J-U装直。光学堆栈装置，其特征在于该装置为多脉冲的光学堆栈装置，包括若干个单脉冲的光学堆栈装置，单脉冲的光学堆栈装置的数量与构成一个光包的光脉冲的数量相同，各单脉冲的光学堆栈装置的输入端和输出端分别与第一全光开关6、第二全光开关7连接，所述单脉冲的光学堆栈装置为前述的单脉冲的光学堆栈装置。基于光学堆栈装置的光学队列装置，其特征在于所述光学队列装置为单脉冲的光学队列装置，包括两个通过光纤级联的单脉冲的光学堆栈装置，所述单脉冲的光学堆栈装置为前述的单脉冲的光学堆栈装置。基于光学堆栈装置的光学队列装置，其特征在于所述光学队列装置为多脉冲的光学队列装置，包括两个通过光纤级联的多脉冲的光学堆栈装置，所述多脉冲的光学堆栈装置为前述的多脉冲的光学堆栈装置。本发明所述的光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置，是光通信和光信号处理领域的基本元件，整个过程中没有光电/电光变换，处理速度快，适用于高速光纤通信、光信息处理、全光网络、全光分组交换、全光包交换等领域。本发明所述的光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置，基于阶数为2的分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform, FRFT),实现了单脉冲的光学堆栈装置、多脉冲的光学堆栈装置、单脉冲的光学队列装置和多脉冲的光学队列装置，以全光的方式实现堆栈功能并扩展至队列功能，以实现在全光网络中的一些应用用需要，并避免了引入电处理方法而受到电子芯片处理速度的限制。
本发明有如下附图图I是由阶数为2的全光分数阶傅里叶变换器和全光缓存器构成的单脉冲的光学堆栈装置的结构示意图；图2是应用于五个脉冲构成一个光包的全光网络中的多脉冲的光学堆栈装置的结构示意图；图3是容量为4的多脉冲的光学堆栈工作原理示意图，其中光包大小为5个比特；图4是单脉冲/多脉冲的光学队列装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。从理论上来讲，光子是玻色子，其静止质量为零，如果不把光子转变为其他形式的能量，理论上光子是不可能完全停止下来的。光信号的传输时间可以表示为t = L/ vg，式中L为光信号传输路径的长度，'为光信号的群速度，由此可以了解为了获得“光缓存”可以从两方面着手一方面是增加传输路径长度L, 一方面是降低光的传播速度。基于降低光传播速度的慢光型全光缓存器的研究虽然有一定的进展，但依然仅限于对实验现象的研究，并未能够实现对数据包的读写控制，距离实用还有较大差距，因此目前相对容易实现的方式是基于延长光信号传输路径的光纤延迟线型或光纤环型全光缓存器。光纤延迟线型或光纤环型的全光缓存器目前有多种设计方案，关于这方面的研究正处于百花齐放的状态，不少学者正致力于其中，并且已经发表了为数不少的文章和专利。虽然目前的各种全光缓存器依然存在集成度和性能较低、成本较高等问题，但由于全光缓存在全光网络中的重要地位，当今的全光缓存研究成果是相当有意义和卓有成效的。全光网中传输的各种光数据包(光包)被划分为不同的优先级，即服务等级(Classof Service, CoS),网络将依据应用程序的类型(语音、视频、email、文件传输、事务处理等)、用户的类型(VIP或普通用户)或者其他分类方法，对光数据包进行分类和划分优先级。当发生冲突时，优先级较低的光包需要为优先级高的光包让行，以保证较高优先级的数据能够尽量不发生阻塞。这时候就需要用到全光缓存器，将前方优先级较低的光包导入缓存，让后方的高优先级光包通过冲突点，然后将缓存中的光包导回网络中继续传输。目前的研究阶段，光纤延迟线型或光纤环型的全光缓存器都是以光纤作为存储媒质，引导光信号进入一段较长的光纤或者进入一段环形光纤，以增加传输路径长度达到延长传输时间的目的从而使数据得到缓存。但由于光信号在光纤中传输时，其各光脉冲在不考虑误码的情况下不会发生改变，那么由光脉冲构成的光包在传输中顺序也不会发生改变。然而在光网络中有时在一些特殊情况下需要将光包的顺序进行调整，以满足不同情况下保证光包传输的优先级；或者对光信号中的控制信号脉冲进行某种处理，例如全光网路由问题中的“标记栈”。最常用的改变顺序便是逆序，逆序结合缓存便可构成类似计算机领域中的“堆栈”结构。分数阶傅里叶变换(FractionalFourier Transform, FRFT)最早由 Namias 在1980年提出并应用于量子力学，可表达为
权利要求
1.光学堆栈装置，其特征在于该装置为单脉冲的光学堆栈装置，包括 用于接收ー个序列的光脉冲的全光2阶FRFT器，即阶数为2的全光分数阶傅里叶变换器， ー个全光缓存器，其与该全光2阶FRFT器通过光纤级联构成该单脉冲的光学堆栈装置。
2.光学堆栈装置，其特征在于该装置为多脉冲的光学堆栈装置，包括 若干个单脉冲的光学堆栈装置，单脉冲的光学堆栈装置的数量与构成ー个光包的光脉冲的数量相同， 各单脉冲的光学堆栈装置的输入端和输出端分别与第一全光开关(6)、第二全光开关(7)连接， 所述单脉冲的光学堆栈装置为权利要求I所述的单脉冲的光学堆栈装置。
3.基于光学堆栈装置的光学队列装置，其特征在于所述光学队列装置为单脉冲的光学队列装置，包括两个通过光纤级联的单脉冲的光学堆栈装置， 所述单脉冲的光学堆栈装置为权利要求I所述的单脉冲的光学堆栈装置。
4.基于光学堆栈装置的光学队列装置，其特征在于所述光学队列装置为多脉冲的光学队列装置，包括 两个通过光纤级联的多脉冲的光学堆栈装置， 所述多脉冲的光学堆栈装置为权利要求2所述的多脉冲的光学堆栈装置。
全文摘要
本发明涉及光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置，其中单脉冲的光学堆栈装置包括全光2阶FRFT器，一个与该全光2阶FRFT器通过光纤级联的全光缓存器。多脉冲的光学堆栈装置由若干个单脉冲的光学堆栈装置和两个全光开关构成。单脉冲的光学队列装置包括两个通过光纤级联的单脉冲的光学堆栈装置；多脉冲的光学队列装置包括两个通过光纤级联的多脉冲的光学堆栈装置。本发明所述的光学堆栈装置及基于该装置的光学队列装置，是光通信和光信号处理领域的基本元件，整个过程中没有光电/电光变换，处理速度快，适用于高速光纤通信、光信息处理、全光网络、全光分组交换、全光包交换等领域。
文档编号H04B10/12GK102801613SQ20121023933
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者余少华, 李蔚, 张赵勇, 周鹏 申请人:武汉邮电科学研究院