一種基于微環諧振腔的全光分組交換開關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光信息技術領域，具體涉及一種基于微環諧振腔的全光分組交換開關。
【背景技術】
[0002]傳統的光學系統體積龐大、穩定性差，不能適應現代光纖通信發展的需求。為了實現全光網絡，越來越多的科學工作者致力于尋找一些體積小、結構簡單、性能穩定的光學器件，而微環諧振腔集這些優點于一身，是其中廣泛研究的光器件之一。目前為止，業內已經研制了多種以微環諧振腔為載體的光學器件，如全光開關、濾波器、光延時、波長轉換、色散補償、激光器等等。光在非線性微環諧振腔中傳輸具有雙穩特性，即一種輸入對應兩種輸出狀態。利用這種特性，通過加入正反饋信號，能使輸入數據從不同路徑輸出，即可以用來構造基于微環諧振腔的全光分組交換開關。這種分組交換開關能有效降低開關功率、體積小、切換速度快、性能穩定等優點。本發明提出一種不同于現有技術的基于微環諧振腔的全光分組交換開關。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種基于微環諧振腔的全光分組交換開關，其采用環形諧振腔，使光信號在腔內環形并累積光學非線性，從而可以有效地降低開關功率，可以高效且快速地分配由光纖傳輸系統提供的巨大的可用帶寬。
[0004]本發明采取以下技術方案:
[0005]—種基于微環諧振腔的全光分組交換開關，包括偏置信號源(1-1)、分組數據流(2-1)、第一寫入信號源(3-1)、第二寫入信號源(4-1)、第一鈮酸鋰調制器(1-2)、第二鈮酸鋰調制器(2-2)、第三鈮酸鋰調制器(3-2)、第四鈮酸鋰調制器(4-2)、波分復用器(1-3)、第一親合器(1-4)、第二親合器(1-5)、第三親合器(3-6)、第四親合器(4-6)、第一摻鉺光纖放大器(3-3)、第二摻鉺光纖放大器(4-3)、第一帶通濾波器(3-4)、第二帶通濾波器(4-4)、第一可變光衰減器(3-5)、第二可變光衰減器(4-5)、第一微環諧振腔(5-1 )、第二微環諧振腔(5-2)ο
[0006]偏置信號源(1-1)與第一鈮酸鋰調制器(1-2)的第一端口連接，第一鈮酸鋰調制器(1-2)的第二端口與波分復用器(1-3)的第一端口連接;分組數據流(2-1)與第二鈮酸鋰調制器(2-2)的第一端口連接，第二鈮酸鋰調制器(2-2)的第二端口與波分復用器(1-3)的第二端口連接，波分復用器(1-3)的第三端口與第一耦合器(1-4)的第一端口、第二耦合器(1-
5)的第二端口都相連接，直通光從第二耦合器(1-5)的第四端口輸出。第一微環諧振腔(5-
1)通過第三耦合器(3-6)和第一耦合器(1-4)與兩直波導臂耦合，第一微環諧振腔(5-1)中的光從第一耦合器(1-4)的第二端口進入，第四端口輸出。第二微環諧振腔(5-2)通過第四耦合器(4-6)和第二耦合器(1-5)與兩直波導臂耦合，第二微環諧振腔(5-2)中的光經過第二耦合器(1-5)的第一端口進入，第三端口輸出。
[0007]第一寫入信號源(3-1)與第三鈮酸鋰調制器(3-2)的第一端口連接，第三鈮酸鋰調制器(3-2)的第二端口與第一摻鉺光纖放大器(3-3)的第一端口連接，第一摻鉺光纖放大器(3-3)的第二端口與第一帶通濾波器(3-4)的第一端口連接，第一帶通濾波器(3-4)的第二端口與第一可變光衰減器(3-5)的第一端口連接，第一可變光衰減器(3-5)的第二端口與第三親合器(3-6)的第四端口連接，光從第三親合器(3-6)的第二端口輸出，第一微環諧振腔(5-1)中的光從第三耦合器(3-6)的第三端口進入，第一端口輸出。
[0008]第二寫入信號源(4-1)與第四鈮酸鋰調制器(4-2)的第一端口連接，第四鈮酸鋰調制器(4-2)的第二端口與第二摻鉺光纖放大器(4-3)的第一端口連接，第二摻鉺光纖放大器(4-3)的第二端口與第二帶通濾波器(4-4)的第一端口連接，第二帶通濾波器(4-4)的第二端口與第二可變光衰減器(4-5)的第一端口連接，第二可變光衰減器(4-5)的第二端口與第四耦合器(4-6)的第三端口連接，光從第四耦合器(4-6)的第一端口輸出，第二微環諧振腔(5-2)中的光從第四耦合器(4-6)的第四端口進入，第二端口輸出。
[0009]優選的，選擇參數相同的四個耦合器，其透射系數均為t= 0.6耦合系數x = 0.8，傳輸損耗α = 2Χ 10—‘―1，為了滿足諧振腔的非線性要求，采用硅材料(非線性材料)，諧振腔的半徑為9.28μπι，非線性折射率為n2 = 2.5 X 10—Vi2/W，線性折射率no = 2，輸入光波長λ =1550nm，帶通濾波器的頻帶寬度為。。-!!!!!，分組數據的周期為^-丨的偽隨機序列’此分組數據為傳輸速率為lOGb/s的不歸零數據，其功率為lyW。偏置信號光功率為800mW，兩個寫入信號的脈沖寬度為lOOps，能量為13fJ，重置信號的脈沖寬度為50ns，周期為lys，為防止數據丟失，開關時間也設為50ns。
[0010]本發明利用光在微環諧振腔中諧振具有雙穩特性，通過加入正反饋信號，能使輸入數據從不同路徑輸出，實現對輸入數據的分組交換;其次，采用環形諧振腔，使光信號在腔內環形并累積光學非線性，從而可以有效地降低開關功率，可以高效且快速地分配由光纖傳輸系統提供的巨大的可用帶寬。由偏置信號經過調制與分組數據流耦合進入微環諧振腔，當任意一路寫入信號加上一個正反饋使得諧振腔處于高透射態時，數據輸出的路由發生改變，當重置信號輸入負反饋時，諧振腔重新回到了低透射態，數據又返回到原路由輸出。
[0011]本發明基于微環諧振腔的全光分組交換開關為未來全光網絡中光交換、光計算和光傳輸提供了基礎條件，光開關是實現交換系統的核心器件，并是決定網絡性能的關鍵因素，在未來的全光高速通信網絡和新一代光計算機中將有著巨大的應用潛力。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明基于微環諧振腔的全光分組交換開關的結構示意圖。
[0013]圖2為基于微環諧振腔的分組交換后信號的開關路由示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明優選實施例作詳細說明。
[0015]如圖1-2所示，本實施例基于微環諧振腔的全光分組交換開關，包括偏置信號源1-1、分組數據流2-1、第一寫入信號源3-1、第二寫入信號源4-1、第一鈮酸鋰調制器1-2、第二鈮酸鋰調制器2-2、第三鈮酸鋰調制器3-2、第四鈮酸鋰調制器4-2、波分復用器1-3、第一耦合器1-4、第二親合器1-5、第三親合器3-6、第四親合器4-6、第一摻鉺光纖放大器3_3、第二摻鉺光纖放大器4-3、第一帶通濾波器3-4、第二帶通濾波器4-4、第一可變光衰減器3-5、第二可變光衰減器4-5、第一微環諧振腔5-1、第二微環諧振腔5-2。
[0016]偏置信號源1-1與第一鈮酸鋰調制器1-2的第一端口 al連接，第一鈮酸鋰調制器1-2的第二端口 a2與波分復用器1-3的第一端口 Cl連接。分組數據流2-1與第二鈮酸鋰調制器2-2的第一端口 bl連接，第二鈮酸鋰調制器2-2的第二端口 b2與波分復用器1-3的第二端口c2連接，波分復用器1-3的第三端口與第一親合器1-4的第一端口 S1、第二親合器1-5的第二端口 11連接，直通光從第一耦合器1-4的第三端口 s2、第二耦合器1-5的第四端口 12輸出。第一微環諧振腔5-1通過第三耦合器3-6、第一耦合器1-4與兩直波導臂耦合，第一微環諧振腔5-1中的光從第一耦合器1-4的第二端口dl進入，第四端口 d2輸出。第二微環諧振腔5-2通過第四耦合器4-6、第二耦合器1-5與兩直波導臂耦合，第二微環諧振腔5-2中的光經過第二耦合器1-5的第一端口 p2進入，第三端口 PI輸出。
[0017]第一寫入信號源3-1與第三鈮酸鋰調制器3-2的第一端口 el連接，第三鈮酸鋰調制器3-2的第二端口 e2與第一摻鉺光纖放大器3-3的第一端口 fl連接，第一摻鉺光纖放大器3-3的第二端口 f 2與第一帶通濾波器3-4的第一端口 gl連接，第一帶通濾波器3-4的第二端口g2與第一可變光衰減器3-5的第一端口 hi連接，第一可變光衰減器3-5的第二端口 h2與第三耦合器3-6的第四端口 iI連接，光從第三耦合器3-6的第二端口 i2輸出，第一微環諧振腔5-1中的光從第三耦合器3-6的第三端口 q2進入，第一端