[发明专利]多波长并行缓存全光缓存器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体地讲是一种多波长并行缓存全光缓存器，即对多波长的波分复用信号进行并行缓存的光缓存器。

背景技术

随着高速全光网的发展，波长交换的缺点逐渐显现，全光网正从以波长为交换粒度的光波长交换网向以包为粒度的光分组交换网过渡，光分组交换将成为全光网的重要方向之一。全光分组交换实质是一种存储-转发技术，因此如何在光域中完成光数据分组的存储成为全光分组交换的技术关键。网络中节点的容量、吞吐量、丢包率等特性均取决于存储器性能的优劣。

目前已经提出了多种全光缓存器的方案，如果按照存储体(介质)进行分类，主要有以下3种：基于电诱导透明(EIT)原理的以半导体量子点、原子气和固态材料为存储体的慢光缓存器；以啁啾光栅为存储体的光栅型缓存器；以光纤为存储体的光纤环路型缓存器。虽然EIT介质具有长的缓存时间以及可以调节的延时特性，但是它昂贵的成本、特定波长的限制以及还没有进行读写控制实验，许多问题尚未暴露。目前处于对光速减慢的探索阶段，离适用于高速数据缓存的实际缓存器相距甚远。至于光栅，由于带宽很窄不能在高速率下使用，没有实际意义。而当前比较实际的还是基于光纤型的光缓存器。

前两种缓存器都是基于对群速度进行控制，而光纤型缓存器是基于对缓存长度进行控制的，目前以光纤为存储体的全光缓存器按结构分为以下三类：

第一类是基于“延迟线+光开关”的方案(如图1)，一个基本的设计包含一个2X2光开关和一组不同延迟时间的光纤。利用光纤的延迟特性配合光开关来调节延迟时间，就构成了“交换延迟线”。

第二类是基于“反射光纤(FP腔)+光开关”的方案(如图2)。基本思想是在一根光纤的两端，分别加一个透过率(反射率)可调的镜片M1和M2。当需要把光信号引入时，可将M1调整到透光状态，待光信号进入光纤后，M1立刻转换为全反射状态，M2此时也是全反射状态，于是光信号就在由两个全反射镜组成的FP腔中来回运动，被存储于光纤中。当需要读出的时候，只需将M2改成透光状态即可。原则上，光子可以在FP腔中存活相当长的时间。常见的改变透过率的方法有非线性环路镜NOLM，T比特非对称解复用器TOAD或非线性光纤萨格奈克干涉仪NFSI(Nonlinear Fiber Sagnec Interferometer)等光开关。目前，可以将32bit的1Gb/s的信号存储时间长达1ms以上。

第三类是基于光纤环(Fiber Loop)的方案，一个基本的设计包含一个2X2光开关和一个光纤环路，存储时间是光信号在环内延迟时间的整数倍。带有功率补偿的光纤环，如果不考虑噪声的积累，理论上光子可在其中存活很长的时间。关键是如何将光子引入(写操作)和将光子输出(读操作)。在具体实现写入与读出方式上包括：a.采用光耦合器输入、光耦合器输出(如图3)；b.采用光耦合器输入、光开关输出(如图4)；c.采用光耦合器输入、采用解复用器输出；d.采用光纤环+TOAD光开关等。这种设计的基本困难是存储时间只能是固定的或者是环时间的整数倍。

目前经过分析发现，双环耦合全光缓存器、全光交换网动态可重构多粒度光缓存器和延迟时间与输出波长可调的光缓存器都没有涉及到多波长光信号的并行缓存问题，而密集波分复用技术DWDM已经在目前的通信系统中广泛应用，所以缓存器也必须适应这种需求。尽管光纤是一种广谱器件，多波长应用没有问题，但是在上述光缓存器中都必须使用快速的光开关，这种光开关或者是基于SOA的，或者是使用高非线性光纤(包括光子晶体光纤)的。这些器件存在严重的交叉增益调制、交叉相位调制、四波混频等不同波长光的相互作用，而且这种作用的强度是随机且不可控制的。比如当使用8波长时，8个波长都是“1”码与只有1个波长是“1”码其余是“0”码相比，总功率相差达到8倍。这种合成信号的总功率大范围变化的现象，导致信号质量严重下降，因此，必须很好的解决多波长缓存时的功率均衡问题，这就是本发明要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种多波长并行缓存全光缓存器。该缓存器是针对密集波分复用DWDM信号并行缓存的问题而设计的，采用功率均衡-并行缓存-解复用-功率均衡-重新复用的多波长并行存储技术，可以保持多波长信号的同步缓存。

本发明的技术方案是：

多波长并行缓存全光缓存器是由一个具有增益饱和特性的输入功率均衡器、一个光缓存单元、一个1×N波分复用解复用器、具有增益饱和特性的输出功率均衡器组以及一个N×1波分复用器组成：