專利名稱：用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于反射型半導(dǎo)體光放大器(RSOA)的全光分組頭提取結(jié) 構(gòu)，尤其涉及一種用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可用于高速光傳輸鏈路中，實現(xiàn)對光分組包中光分組頭(即地址碼)的提取。 技術(shù)背景光分組交換技術(shù)(The optical packet switching OPS)被認(rèn)為第三代光網(wǎng)絡(luò)中最 具有發(fā)展前景的交換技術(shù)。由于缺乏光RAM技術(shù)，全光路由成為光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的 重要瓶頸。但另一方面，全光路由器可以開發(fā)在波長域?qū)崿F(xiàn)交換和競爭機(jī)制，同 時可以在低功耗和低信道干擾的條件下實現(xiàn)高速多波長信號的傳輸，這點是電交 換技術(shù)不可比擬的。OPS技術(shù)具體實現(xiàn)即用一個光分組頭加載在光載荷的頭部，用于在光交換節(jié)點路由轉(zhuǎn)發(fā)。因為光分組頭包含的信息相對較少，所以可以采用低速傳輸。在各個交換節(jié)點，需要把分組頭單獨提取出來，送入控制單元進(jìn)行地址的識別和轉(zhuǎn)發(fā)。輸入控制單元探測頭部地址信息，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，同時根據(jù)競爭狀態(tài)，判斷和轉(zhuǎn)發(fā)地址。輸出控制單元根據(jù)新的路由狀態(tài)表控制輸出接口產(chǎn)生新的分組頭并加載到光載荷上，完成分組交換。作為OPS技術(shù)的一部分，光分組頭的提取質(zhì)量對控 制單元識別地址信息是否準(zhǔn)確和快速有直接的影響。目前，已有一些方案用以完成分組的分組頭提取。在這些方法中，分組頭的 提取采用光負(fù)載波技術(shù)或者自同步方案。雖然這些方案可以實現(xiàn)分組頭的提取， 但是其復(fù)雜性，同步性將限制其可拓展性和應(yīng)用范圍，且開關(guān)比也達(dá)不到很高的 水平。由于半導(dǎo)體光放大器(SOA)有低功耗，低時延，高穩(wěn)定型和便于集成等優(yōu) 點，被普遍應(yīng)用于時鐘提取，電光調(diào)制等，也用于分組頭的提取。目前已有采用 一個或者兩個半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)的分組頭提取方案，但是開關(guān)比也不能達(dá)到很高。本發(fā)明采用一個反射型半導(dǎo)體光放大器作為非線性元件，探測光在RSOA 中經(jīng)歷了兩次增益和相移，系統(tǒng)獲得了較高的開關(guān)比，提高了分組頭提取的效果。 同時，利用RSOA可降低普通SOA對端面反射率的嚴(yán)格要求，減小制造難度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種能夠提高開關(guān)比且便于集成的用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中 的光分組頭提取結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)，包括分光器、反射型 半導(dǎo)體光放大器、第一環(huán)形器和第二環(huán)形器及耦合器，在分光器的輸入端連接有 分組包輸入波導(dǎo)，分光器的第一輸出端經(jīng)過光纖延遲線與第二環(huán)形器的d端口連 接，用于將經(jīng)過分光器得到并經(jīng)延遲后的控制信號輸入至反射型半導(dǎo)體光放大器，分光器的第二輸出端與第一環(huán)形器的a端口連接，第一環(huán)形器的b端口與反 射型半導(dǎo)體光放大器的輸入/輸出端連接，第一環(huán)形器的c端口與耦合器的第一 輸入端連接，反射型半導(dǎo)體光放大器的輸入/輸出端與第二環(huán)形器的e端口連接， 第二環(huán)形器的f端口與耦合器的第二輸入端口相連。探測光一次經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器(SOA)，即可獲得一定的增益和相移，由 于分組頭(地址)和凈荷(數(shù)據(jù))的速率不同，分組頭可以采用低速率傳輸，凈 荷采用高速傳輸，所以分組頭在經(jīng)過SOA時，獲得的增益和相移大于凈荷獲得 的增益和相移，但是，兩者的增益差(即開關(guān)比)可以進(jìn)一步提高。本發(fā)明提出 的RSOA結(jié)構(gòu)即可滿足這一要求。探測光在到達(dá)RSOA右端面時， 一部分探測 光透射出RSOA，由于端面反射，另一部分探測光(這里稱之為反射光)重新返 回RSOA的有源區(qū)，此時控制光到達(dá)RSOA，引起RSOA增益飽和，反射光再 次經(jīng)歷增益和相移，雖然是飽和增益和相移，但是這次分組頭獲得的增益和相移 也大于凈荷獲得的增益和相移。這樣，開關(guān)比在原先基礎(chǔ)上進(jìn)一步成倍提高。反射光的開關(guān)比在經(jīng)歷了兩次的增益和相移后，開關(guān)比已經(jīng)達(dá)到很高。而 反射光與透射光在耦合比可調(diào)的耦合器處干涉輸出后，開關(guān)比又可以再次提高。綜合上述過程，探測光的分組頭部分經(jīng)歷了一次非飽和增益和相移(大) 和一次飽和增益和相移，而凈荷經(jīng)歷了兩次飽和增益和相移(小)，加上最后反射光和透射光在耦合器處的干涉，開關(guān)比三次得到提高。最后，輸出的系統(tǒng)開關(guān)比達(dá)到極高的水平。2、有益效果1 )本發(fā)明采用的反射型半導(dǎo)體光放大器兩次放大分組包的分組頭部分，極大 的提高了系統(tǒng)開關(guān)比。2) 本發(fā)明使用的反射型半導(dǎo)體光放大器不僅有普通半導(dǎo)體放大器體積小、 低功耗、低時延、高穩(wěn)定型和便于集成等優(yōu)點，還具有降低普通半導(dǎo)體放大器對 右端面反射率的嚴(yán)格要求，降低制作難度的優(yōu)點。3) 系統(tǒng)對參數(shù)要求不高。耦合器的耦合、反射型半導(dǎo)體光放大器的小信號 增益、有源區(qū)橫截面積、載流子壽命、有效折射率等參數(shù)變化時，系統(tǒng)仍可以獲 得高開關(guān)比。4) 本發(fā)明對分組頭傳輸速率透明，可實現(xiàn)不同速率分組頭的提取。5) 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用反射型半導(dǎo)體光放大器，耦合器，環(huán)形器，光纖 延遲線和普通光波導(dǎo)實現(xiàn)了光分組頭提取。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、分組包輸入端口， 2、分光器，3、 控制脈沖傳輸光波導(dǎo)，4、光纖延遲線，5、反射型半導(dǎo)體光放大器，6、第二環(huán) 形器，7、透射光傳輸光波導(dǎo)，8、第一環(huán)形器，9、反射型半導(dǎo)體光放大器第一 端口， 10、反射型半導(dǎo)體光放大器的第二端口， 11、耦合器，12、耦合器的一個 輸出端口， 13、經(jīng)過耦合器的另一個輸出端口。圖2是分組頭傳輸速率為2.5G/s的分組頭提取效果圖，其中，圖2a是端口 1輸入的15比特光分組包脈沖圖，圖2b是端口 13輸出的光分組頭脈沖圖。圖3是分組頭傳輸速率為622M/s的分組頭提取效果圖，其中，圖3a是端口 1輸入的15比特光分組包脈沖圖，圖3b是端口 13輸出的光分組頭脈沖圖。具體實施方案一種用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)，包括分光器2、反射 型半導(dǎo)體光放大器5、第一環(huán)形器8和第二環(huán)形器6及耦合器11，在分光器2的輸入端連接有分組包輸入波導(dǎo)1，分光器2的第一輸出端經(jīng)過光纖延遲線4與第 二環(huán)形器6的d端口連接，用于將經(jīng)過分光器2得到并經(jīng)延遲后的控制信號輸入 至反射型半導(dǎo)體光放大器5，分光器2的第二輸出端與第一環(huán)形器8的a端口連 接，第一環(huán)形器8的b端口與反射型半導(dǎo)體光放大器5的輸入/輸出端9連接， 第一環(huán)形器8的c端口與耦合器11的第一輸入端連接，反射型半導(dǎo)體光放大器 5的輸入/輸出端10與第二環(huán)形器6的e端口連接，第二環(huán)形器6的f端口與耦 合器ll的第二輸入端口相連。所述的分光器實現(xiàn)功分，功率不等量分配，其比值為95: 5 99: 1。分組包從端口 l輸入，經(jīng)過分光器2，輸出分成兩路功率不等的信號(此處 仿真選取95: 5)，強(qiáng)信號作為控制信號Pc進(jìn)入光波導(dǎo)3，弱信號作為探測光Ps 進(jìn)入光波導(dǎo)7，由于控制光Pc經(jīng)過光纖延遲線4的延遲，而探測光Ps沒有經(jīng) 過延遲線的延遲，所以探測光先于控制光到達(dá)反射型半導(dǎo)體光放大器5。探測光經(jīng)過第一環(huán)路器8后，首先到達(dá)反射型半導(dǎo)體光放大器5。分組頭由 于傳輸速率低，其脈沖周期大于RSOA載流子壽命，所以經(jīng)歷了非飽和的增益 和相移，而凈荷的速率高，其脈沖周期小于載流子壽命，所以經(jīng)歷飽和增益和相 移。而控制光經(jīng)過光纖延遲線4和第二環(huán)路器6后，從端口10進(jìn)入反射型半導(dǎo) 體光放大器5，引起反射型半導(dǎo)體光放大器5增益飽和，同時探測光在反射型半 導(dǎo)體光放大器5右端面分成兩部分， 一部分反射后又進(jìn)入反射型半導(dǎo)體光放大器 5的有源區(qū)，由于控制光已經(jīng)引起了反射型半導(dǎo)體光放大器5的增益飽和，所以 反射的探測光此次經(jīng)歷了飽和的增益和相移，而此次分組頭獲得的增益也大于凈 荷獲得的增益。其余探測光透射出反射型半導(dǎo)體光放大器5，經(jīng)過第二環(huán)路器6， 從f端口出射后進(jìn)入耦合器ll，反射光經(jīng)歷RSOA后，從RSOA的入射端口9 出射，通過第一環(huán)形器8，從c端口出射后進(jìn)入耦合器ll，。最后，透射光和反 射光在耦合器ll處干涉，分組頭干涉相長，在端口13輸出，凈荷被抑制。案例一，輸入15比特分組包，其格式為(101011001101010)，前5個脈沖 為分組頭，其傳輸速率為2.5G/s，后10個脈沖為凈荷，其傳輸速率為40G/s。 RSOA右端面反射率為10%，耦合器的耦合比為30: 70。數(shù)值仿真結(jié)果如下圖2(a)所示為從端口 1輸入的15比特光分組包脈沖。圖2(b)所示為從端口 13提取的光分組頭脈沖。計算得到和輸入脈沖相比，輸出分組頭脈沖的能量約放大了30dB，而凈荷脈沖只放大了5dB左右，相對于分組頭脈沖，可以看作 被抑制，從圖2(b)可以看出，凈荷基本被抑制了。輸出開光比高達(dá)25dB。案例二，輸入分組包格式不變，光分組頭和凈荷速率分別為622Mb/s和 40Gb/s。選取參數(shù)不變，仿真結(jié)果如圖3。圖3(a)所示為從端口 1輸入的15比特光分組包脈沖。圖3(b)所示為從端口 13提取的光分組頭脈沖。數(shù)值仿真結(jié)果計算得到，在分組頭傳輸速率改變?yōu)?622Mb/s時，輸出開關(guān)比亦可達(dá)到23dB。
權(quán)利要求
1.一種用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)，其特征在于包括分光器(2)、反射型半導(dǎo)體光放大器(5)、第一環(huán)形器(8)和第二環(huán)形器(6)及耦合器(11)，在分光器(2)的輸入端連接有分組包輸入波導(dǎo)(1)，分光器(2)的第一輸出端經(jīng)過光纖延遲線(4)與第二環(huán)形器(6)的d端口連接，用于將經(jīng)過分光器(2)得到并經(jīng)延遲后的控制信號輸入至反射型半導(dǎo)體光放大器(5)，分光器(2)的第二輸出端與第一環(huán)形器(8)的a端口連接，第一環(huán)形器(8)的b端口與反射型半導(dǎo)體光放大器(5)的輸入/輸出端(9)連接，第一環(huán)形器(8)的c端口與耦合器(11)的第一輸入端連接，反射型半導(dǎo)體光放大器(5)的輸入/輸出端(10)與第二環(huán)形器(6)的e端口連接，第二環(huán)形器(6)的f端口與耦合器(11)的第二輸入端口相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述的分光器實現(xiàn)功分，功率不等量分配，其比值為95: 5 99: 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于異步光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光分組頭提取結(jié)構(gòu)，包括分光器、反射型半導(dǎo)體光放大器、第一環(huán)形器和第二環(huán)形器及耦合器，在分光器的輸入端連接有分組包輸入波導(dǎo)，分光器的第一輸出端經(jīng)過光纖延遲線與第二環(huán)形器的d端口連接，用于將經(jīng)過分光器得到并經(jīng)延遲后的控制信號輸入至反射型半導(dǎo)體光放大器，分光器的第二輸出端與第一環(huán)形器的a端口連接，第一環(huán)形器的b端口與反射型半導(dǎo)體光放大器的輸入/輸出端連接，第一環(huán)形器的c端口與耦合器的第一輸入端連接，反射型半導(dǎo)體光放大器的輸入/輸出端與第二環(huán)形器的e端口連接，第二環(huán)形器的f端口與耦合器的第二輸入端口相連。本發(fā)明能夠提高系統(tǒng)開關(guān)比。
文檔編號H04L12/56GK101272631SQ200810024779
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者孫小菡, 俊 趙, 邵宗彪 申請人:東南大學(xué)