一種全光開關控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光開關領域，具體為一種全光開關控制方法。解決了現(xiàn)有光開關技術工藝復雜、實用性不高的技術問題。一種全光開關控制方法，包括以下步驟：（a）將兩束控制光入射至一個四能級光學介質中，且兩束控制光在四能級光學介質中發(fā)生交叉，再將一束信號光入射至該四能級光學介質中并穿過兩束控制光的交叉區(qū)域；（b）將一束耦合光入射至四能級光學介質中且穿過信號光與兩束控制光交叉的區(qū)域；（c）通過改變控制光的有無，就可以實現(xiàn)零級衍射光的強弱變化。本發(fā)明的光開關系統(tǒng)所用的控制光和耦合光可以非常微弱，甚至是量子水平的光，極大的減小了能耗，甚至可以作為量子全光開光器件來使用。
【專利說明】一種全光開關控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光開關領域，具體為一種全光開關控制方法。
【背景技術】
[0002]在傳統(tǒng)的光——電——光骨干網(wǎng)絡節(jié)點中，尤其是樞紐節(jié)點，典型的情況是約有70-80%的業(yè)務量是直通的，為了少量的業(yè)務不得不全部進行光電變換處理，將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，進行交換與選路，然后再將其變換為光信號，送到適當?shù)墓饴分?。這種電的處理技術大大限制了波分復用(WDM)技術的優(yōu)越性，使網(wǎng)絡節(jié)點乃至網(wǎng)絡的吞吐量變小，形成“電子瓶頸”?？紤]到這種現(xiàn)行網(wǎng)絡的運行情況，為進一步克服“電子瓶頸”現(xiàn)象，全光網(wǎng)絡浮出了水面。全光網(wǎng)(AON)是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光技術，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內(nèi)進行。在全光網(wǎng)絡中，不需要電信號的處理，所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，信號的傳輸具有透明性。
[0003]在全光網(wǎng)絡各種設備器件當中，光交叉連接設備(OXC)和光分插復用設備(OADM)可以說是全光聯(lián)網(wǎng)的核心器件技術。研制全光的交叉連接OXC和分插復用OADM設備，成為建設大容量通信干線網(wǎng)絡十分迫切的任務。而光開關和光開關陣列恰恰是OXC和OADM的核心技術。因此，光開關是全光網(wǎng)絡系統(tǒng)中的一種重要的基本光器件，也是當前阻礙全光網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術之一。
[0004]新型光開關主要分為電控光開關和光控光開關兩類。電控光開關有微電子機械系統(tǒng)(MEMS)光開關、液晶光開關、聲光光開關、熱光開關、噴墨氣泡光開關等等，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(wǎng)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(wǎng)的發(fā)展方向。
[0005]現(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(chǎn)生非線性耦合需要的光功率極大，目前還不可能走向實用。
[0006]NOLM是根據(jù)光纖的薩格納克(Sagnac)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(diào)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(diào)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(jīng)歷更大的非線性相移。這樣導致兩個方向上脈沖信號光產(chǎn)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(jù)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)型光開關等，但它們的工藝都比較復雜，且離實用化有很大距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有光開關技術工藝復雜、實用性不高的技術問題，提供一種全光開關控制方法。
[0008]一種全光開關控制方法，包括以下步驟:(a)將兩束控制光入射至一個四能級光學介質中，且兩束控制光在四能級光學介質中發(fā)生交叉，交叉區(qū)域形成駐波光場；再將一束信號光入射至該四能級光學介質中并穿過兩束控制光的交叉區(qū)域；所述信號光與控制光的光路非平行；(b)將一束耦合光入射至四能級光學介質中且穿過信號光與兩束控制光交叉的區(qū)域；所述四能級光學介質的能級由低到高依次為|1>、|2>、|3>、|4> ;其中|1>是基態(tài)，
2>是亞穩(wěn)態(tài)，|3>和I 4>均為激發(fā)態(tài)；輸入信號光的頻率滿足的共振躍遷頻率；控
制光的頻率與I2〉G I4〉的共振躍遷頻率存在頻率失諧A ;耦合光頻率滿足|2〉g|3〉的共振
躍遷頻率；當耦合光和控制光作用到介質上時，四能級光學介質中耦合光和控制光交叉的區(qū)域成為一個體光柵；當信號光通過這一區(qū)域時，就會發(fā)生衍射；(c)通過改變控制光的有無，就可以實現(xiàn)零級衍射光的強弱變化；當沒有控制光輸入時，信號光經(jīng)四能級光學介質出射后，強度不變；當有控制光入射時，信號光發(fā)生衍射，衍射光的中心即零級衍射光強度小于沒有控制光時信號光的光強；這就實現(xiàn)了通過控制光的有無來控制信號光的強弱。
[0009]四能級光學介質、一束I禹合光以及兩束控制光構成了一個全光開關控制系統(tǒng)。輸入信號光沿某一方向入射到四能級光學介質，光學介質的能級由低到高依次為|1>、|2>、
3>、|4>;|1>是基態(tài)，I 2>是亞穩(wěn)態(tài)，|3>和|4>為激發(fā)態(tài)，信號光的頻率滿足|1〉g|3>的
共振躍遷頻率；兩控制光在四能級光學介質中交叉，在交叉區(qū)域形成駐波；信號光與控制光的光路不平行，保證了控制光的方向與信號光的方向有一定夾角，且在介質中與信號光
有重疊區(qū)域；控制光頻率與|2〉0|4>的共振躍遷頻率有一定的頻率失諧A是指控制光頻率小于等于|2〉e|4>的共振躍遷頻率，實際使用中為了增強衍射效果，A —般不為零，即控制光頻率通常小于|2〉g|4>的共振躍遷頻率；耦合光只要與信號光和控制光有重疊區(qū)域即
可，且其頻率滿足的共振躍遷頻率。當耦合光和控制光作用到介質上時，四能級
光學介質的極化率表達式為:
【權利要求】
1.一種全光開關控制方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)將兩束控制光入射至一個四能級光學介質中，且兩束控制光在四能級光學介質中發(fā)生交叉，交叉區(qū)域形成駐波光場；再將一束信號光入射至該四能級光學介質中并穿過兩束控制光的交叉區(qū)域；所述信號光與控制光的光路非平行；(b)將一束稱合光入射至四能級光學介質中且穿過信號光與兩束控制光交叉的區(qū)域；所述四能級光學介質的能級由低到高依次為|1>、|2>、|3>、|4>;其中1>是基態(tài)，|2>是亞穩(wěn)態(tài)，|3>和|4>均為激發(fā)態(tài)；輸入信號光的頻率滿足|1〉0|3〉的共振躍遷頻率；控制光的頻率與|2〉G |4〉的共振躍遷頻率存在頻率失諧A ;耦合光頻率滿足|2〉g|3>的共振躍遷頻率；當耦合光和控制光作用到介質上時，四能級光學介質中耦合光和控制光交叉的區(qū)域成為一個體光柵；當信號光通過這一區(qū)域時，就會發(fā)生衍射；(c)通過改變控制光的有無，就可以實現(xiàn)零級衍射光的強弱變化；當沒有控制光輸入時，信號光經(jīng)四能級光學介質出射后，強度不變；當有控制光入射時，信號光發(fā)生衍射，衍射光的中心即零級衍射光強度小于沒有控制光時信號光的光強；這就實現(xiàn)了通過控制光的有無來控制信號光的強弱。
2.如權利要求1所述的一種全光開關控制方法，其特征在于，所述兩束控制光是相對入射的。
3.如權利要求2所述的一種全光開關控制方法,其特征在于，所述信號光光路與兩束控制光光路相垂直。
4.如權利要求1或2所述的一種全光開關控制方法，其特征在于，所述四能級介質采用內(nèi)部充有銣的玻璃泡。
5.一種全光開關控制方法，其特征在于，包括以下步驟:Ca)將兩束控制光入射至一個四能級光學介質中，且兩束控制光在四能級光學介質中發(fā)生交叉，交叉區(qū)域形成駐波光場；再將一束信號光入射至該四能級光學介質中并穿過兩束控制光的交叉區(qū)域；所述信號光與控制光的光路非平行；(b)將一束耦合光入射至四能級光學介質中且穿過信號光與兩束控制光交叉的區(qū)域；所述四能級光學介質的能級由低到高依次為|1>、|2>、|3>、|4>;其中11>是基態(tài)，I 2>是亞穩(wěn)態(tài)，I 3>和I 4>均為激發(fā)態(tài)；輸入信號光的頻率滿足|1〉^ |3)的共振躍遷頻率；控制光的頻率與|2>0|4>的共振躍遷頻率存在頻率失諧A ;耦合光頻率滿足|2〉o|3>的共振躍遷頻率；當耦合光和控制光作用到介質上時，四能級光學介質中耦合光和控制光交叉的區(qū)域成為一個體光柵；當信號光通過這一區(qū)域時，就會發(fā)生衍射；(c)通過改變控制光的頻率失諧△，或者改變控制光與耦合光的光強比I e/I胃，就可以實時地改變介質的折射率n的周期性分布情況，從而實時地控制信號光經(jīng)四能級介質出射后的衍射光的零級或一級或負一級的強度大小，即實現(xiàn)了通過控制光與耦合光的光強比或者控制光與|2〉e|4>的共振躍遷頻率之間的頻率失諧A來控制信號光的強弱。
6.如權利要求5所述的一種全光開關控制方法,所述控制光和稱合光的強度為量子水平的光信號。
7.如權利要求5或6所述的一種全光開關控制方法,其特征在于,所述兩束控制光是相對入射的。
8.如權利要求7所述的一種全光開關控制方法,其特征在于,所述信號光光路與兩束控制光光路相垂直。
9.如權利要求5或6所述的一種全光開關控制方法，其特征在于，所述四能級介質采用內(nèi)部充有銣的玻璃泡。
10.如權利要求7所述的一種全光開關控制方法， 其特征在于，所述四能級介質采用內(nèi)部充有銣的玻璃泡。
【文檔編號】G02F1/01GK103616774SQ201310680461
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】董雅賓, 郭耀華 申請人:山西大學