專利名稱：異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種全光分組頭和凈荷分離的結構，尤其涉及一種異步光分組交 換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構。本發明可用于高速光傳輸鏈路中，實 現對光分組包中分組頭(即地址碼)和凈荷(即數據)的分離。技術背景光分組交換技術(The叩tical packet switching OPS)被認為第三代光網絡中最 具有發展前景的交換技術。由于缺乏光RAM技術，全光路由成為光網絡發展的 重要瓶頸。但另一方面，全光路由器可以開發在波長域實現交換和競爭機制，同 時可以在低功耗和低信道干擾的條件下實現高速多波長信號的傳輸，這點是電交 換技術不可比擬的。OPS技術具體實現即用一個光分組頭加載在光載荷的頭部，用于在光交換節 點路由轉發。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 個交換節點，需要把分組頭單獨提取出來，送入控制單元進行地址的識別和轉發。 輸入控制單元探測頭部地址信息，査找轉發表，同時根據競爭狀態，判斷和轉發地址。輸出控制單元根據新的路由狀態表控制輸出接口產生新的光分組頭并加載 到光載荷上，完成分組交換。作為OPS技術的一部分，光分組頭的提取質量對 控制單元識別地址信息是否準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光分組頭提取。在這些方法中，光分組 頭的提取采用光負載波技術或者自同步方案。雖然這些方案可以實現光分組頭的 提取，但是其復雜性，同步性將限制其可拓展性和應用范圍。并且，開關比也不 能達到一個很高的水平。由于半導體光放大器(SOA)有低功耗，低時延，高穩定型和便于集成等優 點，被普遍應用于時鐘提取，電光調制等，也用于光分組頭的提取。多模干涉 (MMI)耦合器因為其結構簡單，低插損，高帶寬和偏振不敏感的特性獲得了越來越多的關注，其結構緊湊的優點在集成光學中有廣泛的應用。本發明采用兩 個SOA作為非線性元件，兩個2X2MMI分別用于產生輸入場映像和干涉輸出。發明內容本發明提供一種能夠同時實現光分組頭與凈荷有效提取的異步光分組交換 網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構。本發明采用如下技術方案一種異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構，包括光功分 器和第二多模干涉耦合器，在光功分器的上輸出端口上連接有與第一多模干涉耦 合器且光功分器的上輸出端口與第一多模干涉耦合器的一個輸入端連接，光功分 器的下輸出端口經過光纖延遲線與第一多模干涉耦合器的另一個輸入端連接，第 一多模干涉耦合器的一個輸出端經過第一半導體光放大器與第二多模干涉耦合 器的一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器的另一個輸出端經過第二半導體光放 大器與第二多模干涉耦合器的另一個輸入端連接，在第二多模干涉耦合器的下輸出端口輸出探測光分組頭，在第二多模干涉耦合器的上輸出端口上輸出探測光凈 荷。本發明采用基于半導體光放大器和多模干涉耦合器(SOA-MMI)的光分組 頭和凈荷分離結構。對于兩個2X2的多模干涉耦合器，其傳輸矩陣A如下1 / _ —1,0為初時相位，可設為零。取兩個SOA的載流子壽命不同，其場傳輸矩陣為(包括增益和相移)—^ △(31+/i1/2 o .0 e!'Ap2+v25 =其中，和分別表示上下兩個SOA引起探測脈沖的相位改變量。、 和~分別為兩個SOA對信號的放大函數。則SOA-MMI光分組頭和凈荷分離器的傳輸矩陣為五。 ,=^碼 。 E。ut=[EaEb]T 為輸出波導中的場矢量，Ein=
T為輸入波導中的場矢量。得到輸出場量表達式<formula>formula see original document page 5</formula>因此，若A^二A^，則信號為交叉態傳輸；若A^二A^士;r，則信號為直通態傳輸。其中A^ --|"/^Ap2 = -l"&分別為上下兩個SOA產生的相移量。 與現有技術相比，本發明具有如下優點1) 本發明采用兩個載流子壽命不等的半導體光放大器，兩個多模干涉耦合 器，功分器，光纖延遲線和普通光纖構建了光分組頭和凈荷的分離系統，具有開 關比高、結構簡單、易于集成、容易實現的特點。2) 本發明所采用的結構可以實現光分組頭和凈荷的全光分離，不需要經過 光電光轉換，可滿足高速、大容量系統的數據傳輸需求。3) 本發明所采用的結構具有較高的比特率透明性，可用于實現不同比特率 光分組的分組頭和凈荷的分離。4) 本發明中采用多模干涉儀作為光分組頭和凈荷分離結構的光功分器，具 有結構簡單、插入損耗低、偏振不敏感、帶寬高且易于和光通信系統集成的特點。5) 本發明采用半導體光放大器作為增益和相移的調節單元，具有體積小、 功耗低、時延低、穩定性高和便于集成等優點，且對參數的要求較低，降低了制 作要求。6) 本發明所采用的兩個半導體光放大器位置對稱，參數可調，進而使整體 結構容易實現。


圖1所示為基于多模干涉耦合器的異步光分組交換網絡中使用的光分組頭 與凈荷分離結構。圖中1、分組包輸入端口， 2、光功分器，3、第一多模干涉耦合器MMIl， 4、 第一半導體光放大器，5、第二多模干涉耦合器MMI2， 6、 MMI2上輸出端口， 7、光纖延遲線，8、第二半導體光放大器，9、 MMI2下輸出端口。圖2(a)所示為從端口 1輸入的光分組包脈沖。圖2(b)所示為從端口 9輸出的光分組頭脈沖，圖2(c)所示為從端口 6輸出的光分組凈荷脈沖。
具體實施方式
一種異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構，其特征為包 括光功分器2和第二多模干涉耦合器5，在光功分器2的上輸出端口上連接有 與第一多模干涉耦合器3且光功分器2的上輸出端口與第一多模干涉耦合器3 的一個輸入端連接，光功分器2的下輸出端口經過光纖延遲線7與第一多模干涉 耦合器3的另一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器3的一個輸出端經過第一半 導體光放大器4與第二多模干涉耦合器5的一個輸入端連接，第一多模干涉耦合 器3的另一個輸出端經過第二半導體光放大器8與第二多模干涉耦合器5的另一 個輸入端連接，在第二多模干涉耦合器5的下輸出端口9輸出探測光分組頭，在 第二多模干涉耦合器5的上輸出端口 6上輸出探測光凈荷。在本實施例中，所述 的光功分器2的功分比為95: 5或者99: 1。光分組包經過端口 l傳輸進入光功分器2，輸出分成兩路不等幅的信號(此 處為95: 5，功分比可調，只要相比于控制光對半導體光放大器的影響，探測光 對半導體光放大器的增益特性影響可以忽略即可)，弱信號作為探測光Ps進入第 一個多模干涉耦合器(MMI1) 3，強信號作為控制信號Pc經歷光纖延遲線7的 延遲后到達MMIl，探測光場在MMIl中產生兩個映像，同時分別達到兩個半導 體光放大器(SOA) 4和8。由于探測光很弱，可以認為其對兩個光放大器的增益特性不產生影響，探測 光的分組頭部分首先進入兩個SOA，上下兩路光分組頭部分分別經歷了相等的 非飽和增益和相移；在光分組頭和凈荷之間的保護時間內，控制光場的兩個映像 到達兩個SOA，引起兩個光放大器增益飽和；保護時間之后，探測光的凈荷部 分到達光放大器，上下兩路凈荷脈沖經歷了不等的飽和增益和相移。通過選取適當的兩個SOA的參數，使兩路探測光的光分組頭部分經歷相等 的非飽和增益和相移，相移差為零，滿足交叉態傳輸條件；而使兩路探測光的凈 荷部分經歷不相等的飽和增益和相移，并使相移差為180度，滿足直通態傳輸條 件。因此，探測光的分組頭部分會從MMI2的下端口 9輸出，而探測光的凈荷 部分會從MMI2的上端口 6輸出，從而實現分組頭和凈荷的分離。另外，由于所選取的兩個SOA參數使控制光分組頭和凈荷部分所經歷的相 移不滿足交叉態或直通態傳輸條件，所以在MMI2的端口 6和端口 9不會有控 制光信號輸出。案例說明輸入35比特的分組包，格式為(00)，前5個脈沖為光分組頭脈沖，后30個脈沖為凈荷脈沖，速率分別為2.5Gb/s和 40Gb/s。光分組頭脈沖和凈荷脈沖之間的保護時間是1600ps 1700ps。選取參數 為兩個SOA除載流子壽命不等以外，其他參數均相同。參照圖2a 圖2c，計算得到和輸入脈沖相比，端口9輸出信號光分組頭與 凈荷的開關比為14dB，端口 6輸出信號理論上都是凈荷。
權利要求
1、一種異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構，其特征為包括光功分器(2)和第二多模干涉耦合器(5)，在光功分器(2)的上輸出端口上連接有與第一多模干涉耦合器(3)且光功分器(2)的上輸出端口與第一多模干涉耦合器(3)的一個輸入端連接，光功分器(2)的下輸出端口經過光纖延遲線(7)與第一多模干涉耦合器(3)的另一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器(3)的一個輸出端經過第一半導體光放大器(4)與第二多模干涉耦合器(5)的一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器(3)的另一個輸出端經過第二半導體光放大器(8)與第二多模干涉耦合器(5)的另一個輸入端連接，在第二多模干涉耦合器(5)的下輸出端口(9)輸出探測光分組頭，在第二多模干涉耦合器(5)的上輸出端口(6)上輸出探測光凈荷。
2、 根據權利要求1所述的異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分 離結構，其特征在于所述的光功分器(2)的功分比為95: 5或者99: 1。
全文摘要
本發明涉及一種異步光分組交換網絡中使用的光分組頭與凈荷分離結構，其特征為包括光功分器和第二多模干涉耦合器，在光功分器的上輸出端口上連接有與第一多模干涉耦合器且光功分器的上輸出端口與第一多模干涉耦合器的一個輸入端連接，光功分器的下輸出端口經過光纖延遲線與第一多模干涉耦合器的另一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器的一個輸出端經過第一半導體光放大器與第二多模干涉耦合器的一個輸入端連接，第一多模干涉耦合器的另一個輸出端經過第二半導體光放大器與第二多模干涉耦合器的另一個輸入端連接，在第二多模干涉耦合器的下輸出端口輸出探測光分組頭，在第二多模干涉耦合器的上輸出端口上輸出探測光凈荷。
文檔編號H04Q11/00GK101272633SQ20081009887
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者孫小菡, 俊 趙, 邵宗彪 申請人:東南大學