專利名稱：光開關組件和包含該組件的網絡的制作方法
技術領域：
其涉及適于切換具有高比特率的分組數據流的全光開關組件。
背景技術：
在過去的十年里極高的光纖帶寬使得數據傳輸速度極大增加。在許 多系統中，光信號在連接節點處被轉換成電信號。然后通過分析電子信 號，在電域中執行數據環繞網絡的路由。由于電開關的電信號處理和操 作相對于全光處理而言本質上要慢，所以這就限制了能夠獲得的速度。
各種光路由器是已知的，也許最廣泛使用的是光放大器，它能夠被 放置在網絡中的節點處以增加網絡的傳輸長度。這些設備提升信號的電 平，從而使得盡管有傳輸損耗也可以穿行很長距離。然而，這樣的設備 不對信號環繞網絡的路徑進行切換。
已經進行了提供全光開關的若干嘗試，但至今申請人還不知道任何 可以被成功集成到光傳輸網絡中的設備。已提出了使用干涉測量原理的
設備，它們能夠完成2x2切換但尚未被廣泛地建立。
2x2開關組件的功能是使輸入數據流轉到兩個輸出路徑之一上。該 開關通常在兩種配置之間:操作條狀態(bar state)和交叉(cross-over) 配置。在條配置中，第一輸入流被傳送至第一輸出路徑而第二輸入流被 傳送至第二輸出路徑。在交叉配置中，第一輸入流被傳送至第二輸出路 徑而第二輸入流被傳送至第 一路徑。開關的狀態通過讀取在輸入數據分 組內包含的路由信息(通常通過對信號的電子處理)來確定。
發明內容
根據第一方面，本發明提供了一種光開關組件，其包括至少兩個 光放大器；用于把第一輸入信號加到這兩個放大器的一端并把第二輸入 信號加到另一端的裝置；以及用于同時驅動放大器中的這個或那個至飽
和狀態而另 一 個未飽和以使得只有未飽和的放大器在每 一 端提供對輸 入信號的任意顯著放大的裝置；以及用于把經放大的輸出信號從放大器饋送到至少兩個輸出節點以使得以相反連接(叩posite connection)將這 兩個放大器連接到這兩個輸出節點的裝置。
按照以相反方式連接進行連接，我們指的是一個放大器的第 一端和 另一個放大器的第二端被一起連接在一個節點，而該放大器的第二端和 另 一個放大器的第一端被一起連接在另 一個輸出節點。
該組件更具體地可以包括至少兩個半導體放大器，其均具有輸入節 點和輸出節點。
它可以進一步包括適于接收第 一和第二輸入數據流的兩個輸入數 據流節點。
驅動裝置可以包括適于接收第一和第二泵浦信號(pump signal)的 兩個控制節點；反向(inverted)泵浦信號與泵浦信號反相；笫一連接裝 置用于將泵浦輸入節點連接至第一放大器輸入；并且第二連接裝置用于 將反向泵浦信號連接至第二放大器的輸入節點。
驅動裝置另外可以包括用于將第一數據信號連接至這兩個放大器 的第一端的第三連接裝置；以及用于將第二數據信號連接至這兩個放大 器的第二端的第四連接裝置。
開關組件可以包括第 一和第二輸出節點，其中第五連接裝置用于將 第一放大器的第一端連接至第二輸出節點，第六連接裝置用于將第二放 大器的第一端連接至第一輸出節點，第七連接裝置用于將第一放大器的 第二端連接至第一輸出節點；并且笫八連接裝置用于將第二放大器的第 二端連接至第二輸出節點。
在提供兩個光放大器的情況下，本發明提供能夠以交叉或條配置來 操作的全光2x2開關。開關的配置由分別被加到第一和第二放大器的 泵浦信號和反向泵浦信號的相位相對于數據信號的相位來確定。
半導體光放大器(SOA)本質上為無端鏡的激光二極管，其使光纖 附著于兩端。它們放大來自任一光纖的任何光信號并且將所述信號的放 大版從另一光纖發出。然而，如果放大器因被加到一端的泵浦信號或反 向泵浦信號而飽和，則它不會對加到該放大器的數據流信號提供任何額 外的放大。這就有效地允許對這些放大器進行控制以使得任何時候只有 一個放大器在放大(未飽和)而另 一個不會施加任何顯著的放大(飽和)。
第一放大器和放大器可以包括半導體光放大器，其具有比加到放大 器的泵浦信號和反向泵浦信號更低的飽和電平。本發明因此可以包括足以使選定放大器飽和的泵浦信號和反向泵浦信號的源。
泵浦信號和反向泵浦信號可以包括方波信號。這些可以是反相的以
提供信號之間的期望反轉(inversion)。方波可以具有與將信號分組施
加到開關輸入的速率相等的頻率。
連接裝置可以包括一個或多個光波導，例如光纖。 在需要兩根光纖連接到一個輸入節點或一個輸出節點的情況下，這
兩根光纖可以通過利用極化光束組合器(polarization beam combiner)來接合。
開關可以對于具有1500和1600 nm之間或者1540到1565 nm的較 小范圍之間的波長的輸入信號進行操作。這些放大器可以被選擇以使得 它們具有位于該范圍內的放大的自發發射峰(優選為約1547 nm)。這 可以被選擇成與待切換的分組數據的波長接近或相同。由于放大器的飽 和不必依賴泵浦和分組的波長，所以它們可以具有相同或不同波長。
根據第二方面，本發明提供了一種網絡，該網絡包括第一和第二 輸入信號線，其均傳送包括數據分組的數據信號；根據本發明的第一方 面的開關組件，其具有第一和笫二輸入；以及發生器，其生成泵浦信號 和反向泵浦信號，所述發生器生成具有與這兩個輸入數據流相同頻率的 信號。
所述發生器可以產生泵浦信號，其中所述泵浦信號的高狀態(high state)的持續時間超過數據流中分組的持續時間以便提供保護時間。這 可以超過一短時l殳，比如1 |um。
單個發生器可以被用來產生泵浦信號和反向泵浦信號這二者。可替 換地，可以為每一個使用單獨的發生器。
附圖簡述
現在將參照附圖并如附圖所示，以示例方式描述本發明的實施例， 其中
圖1 (a)是根據本發明的第一方面的釆用條配置的開關組件的概略 圖，而1 (b)是采用交叉配置的相同組件的概略圖2是用于驗證圖1 (a)和(b)中所示的組件的概念的原型開關 組件的示意圖3是用于產生圖2的設備所需的泵浦信號的光電路的示意圖；圖4是用于產生被提供給圖2的開關設備的分組數據信號的光電路 的示意圖5是輸入分組A及B (頂部)以及采用條配置和交叉配置這二者 的輸出分組(底部)的一組眼圖；以及
圖6是采用圖2的設備的條配置和交叉配置這二者時在輸出處所測 量的BER曲線的圖示。
發明實施例的描述
附圖的圖1 (a)和1 (b)示出了包含在光網絡中的光開關組件。 該網絡適于在網絡中的不同節點之間傳送分組數據，并且該組件^L示出 在一個這種節點處提供兩個分組數據流通過該節點的路由。分組數據流 內的每個分組通常包括待遞送的數據有效載荷以及承載路由信息的標 簽。該標簽在節點處由處理電路(未示出)來讀取，并且該信息被用來 配置開關組件。開關的功能是將兩個輸入節點路由至適當的兩個輸出節 點(這是根據開關的配置而發送的)。
該開關包括一對半導體光放大器(10, 20),其被安排成提供具有 條和交叉連接配置的2x2組件。條配置示于圖1 (a)中而交義配置示 于圖1 (b)中。可以看出，在每種配置中兩個輸入信號分組A和分組B 被路由至不同的輸出節點-在條配置中直接通過，而在交叉配置中換路 (switch over)。
更具體而言，如圖2所示，構造了原型開關組件并對其進行測試。 該原型包括兩個半導體光放大器10、20。這些放大器為多量子阱(MQW) 類型，其中小增益為31 dB,飽和功率為13 dBm并且ASE (放大自發 發射)峰在1547 nm。第一放大器IO的第一端11^支饋送以第一分組信 號12 (A)而第二端13被饋送以第二分組信號14 (B),這些是要被路 由通過開關組件的兩個信號。第二放大器20被同樣地環繞連接，其中 第一信號12被連接到第一端21而第二信號14被連接到第二端23。流 經每個放大器10、 20的兩個對向傳播的分組信號被正交極化以使經反 射的可能干涉最小化。
泵浦信號(泵浦1或泵浦2)也被連接到這兩個放大器中的每一個 的第一端。該原型的泵浦信號是使用圖3的布置來產生的。提供一種二 到一的變換器，用于把該信號連同已正在被供給的分組信號一起路由到
7放大器。
泵浦信號的功能是把放大器中的這個或那個驅動到飽和狀態以使 得傳播通過放大器的分組信號受到很少放大或沒有放大。為了確保一次 只有一個飽和，泵浦信號之一 (在這種情況下為泵浦2)與另一泵浦信
號(泵浦1 )相反。輸入到每個SOA的泵浦(或反向泵浦)極化狀態被 選擇以最大化SOA內的交叉增益調制的效應。在放大器輸入處，信號 和泵浦所涉及的平均功率分別是-10dBm和11.5 dBm。泵浦低電平也^皮 選擇為偏離零以便固定放大器的工作點從而減少增益恢復的動態。發現 這可減少由于SOA^^莫式效應而引起的信號失真，因而可在高于IO千兆 比特/秒的分組速率下處理較高性能。
在使用中，在任一時刻一個放大器會放大傳播通過其的對向傳播的 分組A和分組B。另一放大器不會如此。為了利用這一點，第一放大器 的第 一端連同另 一放大器的第二端一起被連接到 一個輸出節點。第 一放 大器的第二端與第二放大器的第 一端一起被連接到另 一個輸出節點。因 而，根據哪個放大器在進行放大，在這些節點處的輸出可能在一個節點 上為分組A而在另一節點上為分組B,或者可能被轉換。
兩個極化光束組合器(pbcl和pbc2)組合兩個正交極化的分組信 號，這些分組信號被饋送到每個輸出節點。帶通濾波器(bpfl或bpf2) 位于組合器和其輸出節點之間以從輸出中除去泵浦信號。最后放大器比 如摻鉺光纖放大器可以被提供在輸出節點處以把輸出提升至有用電平 以^爭越光網絡向前傳輸。
在用于驗證此概念的原型中，泵浦信號是利用根據附圖的圖3所布 置的光設備來產生的。泵浦1 (泵浦)和泵浦2 (反向泵浦)信號是X =1550 nm的方波波形，其頻率等于通過利用由方波發生器33、 34所驅 動的兩個MachZender ( MZ )調制器31、 32來調制連續波激光源30的 輸出而獲得的分組速率。為了兼顧方波波形的轉換時間，方波的高電平 部分被選擇成具有超過分組長度的持續時間。這兩個MZ調制器被反相 驅動以產生反信號。然后，來自每個MZ調制器的信號在送至放大器之 前經過相應的摻鉺光纖放大器35、 36和帶通濾波器37、 38。
測試設備采用 一種用于產生如附圖的圖4所示的分組信號A和B的 設備。這兩個輸入信號包含10 Gbps的1.5微秒長的不歸零(NRZ)有 效載荷，其是通過把經Mach Zender ( MZ )調制器41調制的入=1548.5nm的連續波(CW)激光40分成(231-1 )長的偽隨機比特序列(PBRS ) 而生成的。分組由比特模式(bit pattern)發生器42產生，該比特模式 發生器42以突發(burst)模式運行以模擬分組流。MZ調制器的輸出在 送至可操縱的光束分離器45、 46之前被傳送通過摻鉺光纖放大器 (EDFA) 43并然后通過帶通濾波器44。 實驗結果
叉配置這二者的輸出分組。被報告的信號平均功率對于輸入分組而言是 6 dBm而對輸出端口處的兩個分組而言是2 dBm。這兩種配置的良好眼 圖質量以及在輸出處沒有拍頻噪聲(beating noise )證實了該方案的有效性。
最后，附圖的圖6示出了在輸入波長等于1548.5 nm的情況下、采 用條配置和交叉配置這二者在開關組件的每個輸出端口處的BER測量。 用于獲得讀數的接收器包括具有5 dB噪聲系數的光前置放大器和其輸 入功率被保持為-16 dBm的光接收器。在這種配置下，10^的最大損失 低于ldB，這使得開關組件適合于級聯應用。還針對不同的信號波長測 量了 2x2全光開關的性能，在X= 1540-1565 nm的范圍內都低于1.5 dB, 從而使得所提出的開關適合于WM系統。
權利要求
1. 一種光開關組件，包括至少兩個光放大器，用于把第一輸入信號加到這兩個放大器的一端并把第二輸入信號加到另一端的裝置，以及用于同時驅動放大器中的這個或那個至飽和狀態而另一個未飽和以使得只有未飽和的放大器在每一端提供對輸入信號的任意顯著放大的裝置，以及用于把經放大的輸出信號從放大器饋送到至少兩個輸出節點以使得以相反連接將這兩個放大器連接到這兩個輸出節點的裝置。
2. 如權利要求1所述的光開關組件，其中光放大器包括至少兩個半 導體放大器，其均具有輸入節點和輸出節點。
3. 如權利要求1或2所述的光開關組件，其中驅動裝置包括適于接 收第 一和第二泵浦信號的兩個控制節點；所述第二泵浦信號包括與第一 泵浦信號反相的反向泵浦信號，第一連接裝置用于將第一泵浦信號連接 至第一放大器輸入的輸入節點；并且第二連接裝置用于將反向泵浦信號 連接至第二放大器的輸入節點。
4. 如前述任一項權利要求所述的光開關組件，其中驅動裝置另外包 括用于將第一數據信號連接至這兩個放大器的第一端的第三連接裝置； 以及用于將第二數據信號連接至這兩個放大器的第二端的第四連接裝 置。
5. 如前述任一項權利要求所述的光開關組件，其中開關組件包括第 一和第二輸出節點，其中第五連接裝置用于將第一放大器的第一端連接 至第二輸出節點，第六連接裝置用于將第二放大器的第一端連接至第一 輸出節點，第七連接裝置用于將第 一放大器的笫二端連接至第 一輸出節 點；并且第八連接裝置用于將第二放大器的笫二端連接至第二輸出節 點。
6. 如從屬于權利要求3的前述任一項權利要求所述的光開關組件， 其中泵浦信號和反向泵浦信號包括方波信號。
7. —種網絡，包括第一和第二輸入信號線，每條信號線傳送包括 數據分組的數據信號，根據權利要求1-6中任一項所述的具有第一和第 二輸入的開關組件，以及生成泵浦信號和反向泵浦信號的發生器，所述發生器生成具有與這兩個輸入數據流相同頻率的信號。
8.如權利要求7所述的網絡，其中發生器產生泵浦信號，其中所述泵浦信號的高狀態的持續時間超過數據流中分組的持續時間以便提供保護時間。
全文摘要
一種光開關組件，其包括至少兩個光放大器(10，20)，用于把第一輸入信號加到這兩個放大器(10，20)的一端并把第二輸入信號加到另一端的裝置，以及用于同時驅動放大器中的這個或那個至飽和狀態而另一個未飽和以使得只有未飽和的放大器在每一端提供對輸入信號的任意顯著放大的裝置，以及用于把經放大的輸出信號從放大器饋送到至少兩個輸出節點以使得以相反連接將這兩個放大器(10，20)連接到這兩個輸出節點的裝置。
文檔編號H01S5/00GK101513079SQ200680055883
公開日2009年8月19日 申請日期2006年9月22日 優先權日2006年9月22日
發明者A·博戈尼, G·貝雷蒂尼, L·波蒂 申請人:艾利森電話股份有限公司