專利名稱：全光控制的光開關系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全光控制的光開關系統(tǒng)，具體涉及一種基于馬赫-曾德干涉 型半導體光放大器(MZI-SOA)的光波長變換和行波半導體光放大器(SOA) 增益飽和的全光控制的光開關系統(tǒng)，解決全光開關控制、光開關切換等問題， 屬于光通信技術領域。
技術背景波分復用(WDM)傳輸技術和全光交換技術是全光網的關鍵技術。光開關 在這兩個方面都起著重要作用。在WDM傳輸技術中，光開關的應用場合有波 長切換、波長適配、光定時的提取、光碼流再生、光歸零碼(RZ碼)與光不歸 零碼(NRZ碼)的轉換等。在全光交換技術中，光開關被大量用于光交叉連接 的光交換矩陣、控制交叉連接的全光邏輯以及選擇波長路由時所必需的波長交 換。因此，光開關是全光網的基本器件之一，也是當前阻礙全光網發(fā)展的關鍵 技術之一。新型光開關主要分為電控光開關和光控光開關兩類。電控光開關有移動光 纖式，各種形式的波導開關、熱光開關、液晶光開關、聲光光開關、微電子機 械系統(tǒng)(MEMS)光開關等等，以及由以上電控光開關構成的開關系統(tǒng)都是電開 關矩陣，這意味著輸入的控制光信號要先變換成相應的電信號，才能對開關進 行控制，不便于全光網使用。最具發(fā)展?jié)摿Φ倪€是光控光開關，使用光控光開 關是全光網的發(fā)展方向?，F(xiàn)在主要的光控光開關技術有非線性波導定向耦合器和非線性光纖環(huán)路鏡 (NOLM)。非線性波導定向耦合光開關是由多個定向波導耦合器級聯(lián)而成。這 種級聯(lián)的耦合器能實現(xiàn)包括與門、或門、非門、異或等許多復雜的邏輯操作功 能，非線性耦合器的輸出功率取決于耦合長度，初始相位差和輸入功率。實際上由于產生非線性耦合需要的光功率極大，目前還不可能走向實用。NOLM是根據光纖的薩格納克干涉原理制成，光纖環(huán)路作為克爾介質，非線性作用(交叉相位調制)就在其中完成。如不加控制光，輸出端就沒有輸出，就像全反射鏡一樣。如果通過波分復用耦合器順時針方向引入控制光脈沖到光纖環(huán)路中，由于交叉相位調制，與控制光同方向傳輸并在時域上相互重疊的那部分脈沖信號光將經歷更大的非線性相移。這樣導致兩個方向上脈沖信號光產生相位差，從而使非線性光纖環(huán)路鏡輸出端有輸出，實現(xiàn)了開關操作。根據控制光與信號光波長與偏振方向的關系， 一般將非線性光纖環(huán)路鏡分為兩類一是波長不同，偏振方向相同；二是波長相同，偏振方向正交。前者結構簡單，開關速度快，開關能量低，但級聯(lián)不方便，不利于集成化。后者級聯(lián)相對比較方便，利于集成，但偏振控制復雜，控制光對相移的貢獻小。研究中的全光開關還有雙波長馬赫-曾德干涉(Mach-Zehnder)型光開關和克爾型光開關，但它們的工藝都比較復雜，且離實用化有很大距離。除此之外，現(xiàn)有的全光開關都只能實現(xiàn)單路光的通斷，不能有效地組成用于光交叉連接的光交換的光開關矩陣。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足和實際系統(tǒng)的需要，提出一種全光 控制的光開關系統(tǒng)，可以實現(xiàn)1XN的光開關功能，提高開關速度，提升光交叉 連接中的光開關系統(tǒng)的性能。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明以MZI-SOA的波長變換，SOA增益飽和特性和 波長路由模塊為基礎，通過兩次波長變換、對輸入信號光的光信號的擦除和波 長路由來實現(xiàn)全光控制的光開關系統(tǒng)。該全光控制的光開關系統(tǒng)控制信號為不 同波長的連續(xù)光，可以實現(xiàn)輸入光信號從任一輸出端口輸出。輸入信號光被分 為兩部分，控制光輸入時， 一部分輸入信號光的信息通過波長變換先變換到控 制光上，不同波長的控制光經過波長路由模塊后分離，從波長路由模塊相應的 端口輸出，另一部分信號光通過行波半導體光放大器變?yōu)檫B續(xù)光，經過耦合器 分路后輸入各個第二級波長變換器，攜帶信息的控制光和波長與輸入信號光相同的連續(xù)光在第二級的各個波長變換器中進行第二次波長變換，第二級波長變 換器的輸出則是全光控制的光開關系統(tǒng)的輸出。 本發(fā)明的方案具體描述如下本發(fā)明的全光控制的光開關系統(tǒng)的構成主要包括MZI-SOA波長變換器、 行波半導體光放大器、波長路由模塊。信號光輸入1X2耦合器后分兩路輸出， 一路輸出與行波半導體光放大器的 輸入端相連，另一路輸出與第一級MZI-SOA波長變換器的信號光輸入端相連； 控制光輸入第一級MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端，第一級MZI-SOA波 長變換器的輸出與波長路由模塊的輸入端相連，波長路由模塊的各個輸出端分 別與相應的一個第二級MZI-SOA波長變換器的信號輸入端相連；行波半導體光 放大器的輸出與光隔離器的輸入端相連；光隔離器的輸入端與1XN耦合器的輸 入端相連，1 XN耦合器的N個輸出端分別與對應的一個第二級MZI-SOA波長 變換器的連續(xù)光輸入端相連，第二級MZI-SOA波長變換器的輸出即為光開關系 統(tǒng)輸出。輸入信號光先經過一個1X2耦合器，然后分為兩路， 一路輸入行波半導體 光放大器，另一路輸入第一級SOA-MZI波長變換器的信號光輸入端，控制光輸 入第一級MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端。通過在MZI-SOA波長變換器 中的交叉相位調制和干涉，信號光上的信息將被復制到控制光上，第一級 MZI-SOA波長變換器的輸出是與信號光攜帶同樣信息的控制光。攜帶信息的控 制光輸入波長路由模塊，波長路由模塊的不同輸出端輸出不同波長窗口的光， 各個波長窗口對應不同的控制光波長，只有相應的控制光輸入時波長路由模塊 對應的端口才會有輸出，波長路由模塊的每一路控制光輸出都和一個MZI-SOA 波長變換器的信號輸入端相連。輸入端耦合器分出的另一路光信號將輸入一個行波半導體光放大器，利用 行波半導體光放大器的增益飽和，信號光的信息將被擦除，即信號光上的0和1 都將被放大到同一功率水平，信號光變?yōu)檫B續(xù)光但波長不變。該連續(xù)光經過一 個隔離器和與1 XN耦合器相連，隔離器的作用是用來隔離MZI-SOA波長變換器反向輸入1XN耦合器的殘余光信號，連續(xù)光經1XN耦合器分路后輸入 MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端，在MZI-SOA波長變換器中，信號光在 連續(xù)光中發(fā)生交叉相位調制和干涉，控制光上信號被再一次調制到輸入的連續(xù) 光上，而連續(xù)光的波長就是開關系統(tǒng)輸入信號光的波長，由此控制光上的信息 通過MZI-SOA波長變換器再次變換到輸入光波長上輸出。對于整個光開關系統(tǒng)， 只要有某個波長的控制光輸入，相應的輸出端口就有信號光輸出。和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有多方面的優(yōu)越性。本發(fā)明通過利用兩次波長 變換和SOA的增益飽和，實現(xiàn)了全光控制的光開關系統(tǒng)，該光開關系統(tǒng)是由光 來控制，所以開關切換時間極短，極大的提升了光交叉連接中的光開關系統(tǒng)的 性能。本發(fā)明的光開關系統(tǒng)實現(xiàn)了 1XN的光開關功能，且其組成器件技術成熟， 益于集成，可以較快實用化。采用基于SOA的交叉相位調制(XPM)的波長轉換 還具有輸出信號啁啾小、信噪比高、消光比高、與偏振無關和結構緊湊等優(yōu)點。
圖1為本發(fā)明中MZI-SOA波長變換器的結構圖。 圖2為本發(fā)明全光控制的光開關系統(tǒng)結構圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術方案，以下結合附圖對實施方式作進一步描述。圖1為本發(fā)明中MZI-SOA波長變換器的結構示意圖。MZI-SOA波長變換器 是由兩個構成馬赫-曾德干涉結構(MZI)的SOA組成，有一個連續(xù)光輸入端口， 一個輸出端口，兩個信號光輸入端口，信號光可以從任一信號光輸入端口輸入。連續(xù)光Ae進入MZI-SOA波長變換器先分為兩束，兩束光在SOA中傳播時， SOA的有效折射率隨著從信號光輸入端注入光功率的變化而變化，從而導致連 續(xù)光&在SOA中的相移發(fā)生變化，通過MZI干涉結構，可以將交叉相位調制 效應產生的相移變化轉換為輸出光的功率變化，從而達到將信號光Ao上的信息 變換到輸入的連續(xù)光Ae上，實現(xiàn)了波長變換。圖2為本發(fā)明基于MZI-SOA波長變換的全光控制光開關系統(tǒng)的結構示意圖，其主要功能模塊(器件)包括MZI-SOA波長變換器、行波半導體光放大 器、波長路由模塊，各模塊(器件)均通過光纖相連。信號光輸入1X2耦合器，1X2耦合器有兩路輸出， 一路輸出與行波半導體 光放大器的輸入相連，另一路輸出與第一級MZI-SOA波長變換器的信號光輸入 端相連，控制光輸入第一級MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端。第一級 MZI-SOA波長變換器的輸出與波長路由模塊的輸入端相連，波長路由模塊的每 一路輸出都與一個第二級MZI-SOA波長變換器的信號光輸入端相連。行波半導 體光放大器的輸出與光隔離器的輸入端相連，光隔離器的輸出端與1XN耦合器 的輸入端相連，1 XN耦合器的N個輸出分別與對應的一個第二級MZI-SOA波 長變換器的連續(xù)光輸入端相連。第二級MZI-SOA波長變換器的輸出即為光開關 系統(tǒng)輸出。波長為Ao的信號光在輸入端先經1X2耦合器分為兩路，輸入MZI-SOA波 長變換器的信號光對輸入MZI-SOA波長變換器的控制光進行交叉增益調制和干 涉，控制光的波長An對應著波長路由模塊的各個波長窗口。通過交叉增益 調制和干涉后，信號光上的信息復制到控制光上，攜帶信息的控制光輸入波長 路由模塊。不同波長的控制光從波長路由模塊的不同端口輸出。輸入行波半導 體光放大器的信號光Ao因為行波半導體光放大器的增益飽和而被變?yōu)檫B續(xù)光， 輸出的連續(xù)光Ao經過一個隔離器后被1XN耦合器分為N路，隔離器用來隔離 反向輸出行波半導體光放大器的光信號。1 XN耦合器的輸出分別輸入MZI-SOA 波長變換器的連續(xù)光輸入端，在MZI-SOA波長變換器中與攜帶信息的控制光再 次和波長為Ao的連續(xù)光光經交叉增益調制和干涉進行第二次波長變換，將信息 復制到Ao上輸出。N個輸出端對應著控制光的N個波長A！—An。當控制光相應 波長有輸入時開關系統(tǒng)對應的端口就有輸出。
權利要求
1、一種全光控制的光開關系統(tǒng)，其特征在于信號光輸入1×2耦合器后分兩路輸出，一路輸出與行波半導體光放大器的輸入端相連，另一路輸出與第一級MZI-SOA波長變換器的信號光輸入端相連；控制光輸入第一級MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端，通過在第一級MZI-SOA波長變換器中的交叉相位調制和干涉，信號光上的信息被變換到控制光上，第一級MZI-SOA波長變換器的輸出與波長路由模塊的輸入端相連，將攜帶與信號光同樣信息的控制光輸入到波長路由模塊，波長路由模塊將輸入的不同波長的控制光路由到不同輸出端口，波長路由模塊的各個輸出端分別與相應的一個第二級MZI-SOA波長變換器的信號輸入端相連；行波半導體光放大器將信號光變?yōu)檫B續(xù)光，其輸出與光隔離器的輸入端相連；光隔離器的輸入端與1×N耦合器的輸入端相連，1×N耦合器的N個輸出端分別與對應的一個第二級MZI-SOA波長變換器的連續(xù)光輸入端相連；在第二級MZI-SOA波長變換器中，控制光上的信息再次經交叉相位調制和干涉，變換到信號光波長上輸出，第二級MZI-SOA波長變換器的輸出即為光開關系統(tǒng)輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全光控制的光開關系統(tǒng)，控制信號為不同波長的連續(xù)光，可以實現(xiàn)輸入光信號從一個或多個輸出端口輸出。輸入信號光被分為兩部分，控制光存在時，一部分輸入信號光的光信息通過波長變換器先變換到控制光上，不同波長的控制光經過波長路由模塊后分離，從波長路由模塊相應的端口輸出，另一部分信號光通過行波半導體光放大器變?yōu)檫B續(xù)光，經過耦合器分路后輸入各個第二級波長變換器，攜帶信息的控制光和波長與輸入信號光相同的連續(xù)光在第二級的各個波長變換器中進行第二次波長變換，第二級波長變換器的輸出則是全光控制的光開關系統(tǒng)的輸出。本發(fā)明解決了全光控制的光開關的問題。
文檔編號G02B6/35GK101237294SQ20081003430
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權日2008年3月6日
發(fā)明者劉智鑫, 錚 梁, 肖石林 申請人:上海交通大學