[发明专利]偏振型光缓存器及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体地讲是一种偏振型光缓存器及其调节方法，即利用偏振态在半导体光放大器或者光纤中的非线性旋转作为偏振控制开关，实现对于数据分组信号进行缓存的光缓存器。

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2×2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2×2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。

经过分析发现，上述缓存器中的绝大部分都要使用半导体光放大器SOA，或者作为写入和读出控制的光开关，或者作为非线性元件，因此SOA在这种光纤型缓存器中起着关键作用。但是，SOA是一种具有多种光-光互作用的器件，包括交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制以及4波混频等等。以往的缓存器仅仅利用了交叉增益调制和交叉相位调制，但是这两种工作方式的缺点在于：由于受到增益恢复时间的限制，最快的速度只能达到数十ps的量级，限制了开关速度的进一步提高。SOA中的交叉偏振调制，是目前已经知道的最快的光-光互作用现象，速度可达fs级，已经有用于320Gb/s系统的报道。同时，基于交叉相位调制的缓存器，必须使用干涉原理，而干涉的基础是要求偏振态一致。由于光纤是一个偏振不稳定器件，偏振态受环境影响很大，所以基于交叉相位调制的光开关长时稳定性不够理想。利用偏振态作为开关，可以回避偏振不稳定的问题。此外，目前基于干涉原理的SOA光开关TOAD，缓存深度(缓存数据包的长度与光纤长度之比)受到一定限制，这是因为TOAD中顺时针与逆时针的两路光不能在SOA中相遇，否则它们之间将相互干扰。这使得基于这种光开关的最大缓存深度达不到50％。基于交叉偏振调制的光缓存器，不需要使用干涉原理，因此缓存深度可达90％以上，这就是本发明的出发点。

发明内容