[发明专利]全光控制的光开关系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光控制的光开关系统，具体涉及一种基于马赫-曾德干涉型半导体光放大器(MZI-SOA)的光波长变换和行波半导体光放大器(SOA)增益饱和的全光控制的光开关系统，解决全光开关控制、光开关切换等问题，属于光通信技术领域。

背景技术

波分复用(WDM)传输技术和全光交换技术是全光网的关键技术。光开关在这两个方面都起着重要作用。在WDM传输技术中，光开关的应用场合有波长切换、波长适配、光定时的提取、光码流再生、光归零码(RZ码)与光不归零码(NRZ码)的转换等。在全光交换技术中，光开关被大量用于光交叉连接的光交换矩阵、控制交叉连接的全光逻辑以及选择波长路由时所必需的波长交换。因此，光开关是全光网的基本器件之一，也是当前阻碍全光网发展的关键技术之一。

新型光开关主要分为电控光开关和光控光开关两类。电控光开关有移动光纤式，各种形式的波导开关、热光开关、液晶光开关、声光光开关、微电子机械系统(MEMS)光开关等等，以及由以上电控光开关构成的开关系统都是电开关矩阵，这意味着输入的控制光信号要先变换成相应的电信号，才能对开关进行控制，不便于全光网使用。最具发展潜力的还是光控光开关，使用光控光开关是全光网的发展方向。

现在主要的光控光开关技术有非线性波导定向耦合器和非线性光纤环路镜(NOLM)。非线性波导定向耦合光开关是由多个定向波导耦合器级联而成。这种级联的耦合器能实现包括与门、或门、非门、异或等许多复杂的逻辑操作功能，非线性耦合器的输出功率取决于耦合长度，初始相位差和输入功率。实际上由于产生非线性耦合需要的光功率极大，目前还不可能走向实用。

NOLM是根据光纤的萨格纳克干涉原理制成，光纤环路作为克尔介质，非线性作用(交叉相位调制)就在其中完成。如不加控制光，输出端就没有输出，就像全反射镜一样。如果通过波分复用耦合器顺时针方向引入控制光脉冲到光纤环路中，由于交叉相位调制，与控制光同方向传输并在时域上相互重叠的那部分脉冲信号光将经历更大的非线性相移。这样导致两个方向上脉冲信号光产生相位差，从而使非线性光纤环路镜输出端有输出，实现了开关操作。根据控制光与信号光波长与偏振方向的关系，一般将非线性光纤环路镜分为两类：一是波长不同，偏振方向相同；二是波长相同，偏振方向正交。前者结构简单，开关速度快，开关能量低，但级联不方便，不利于集成化。后者级联相对比较方便，利于集成，但偏振控制复杂，控制光对相移的贡献小。

研究中的全光开关还有双波长马赫-曾德干涉(Mach-Zehnder)型光开关和克尔型光开关，但它们的工艺都比较复杂，且离实用化有很大距离。除此之外，现有的全光开关都只能实现单路光的通断，不能有效地组成用于光交叉连接的光交换的光开关矩阵。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和实际系统的需要，提出一种全光控制的光开关系统，可以实现1×N的光开关功能，提高开关速度，提升光交叉连接中的光开关系统的性能。

为实现这一目的，本发明以MZI-SOA的波长变换，SOA增益饱和特性和波长路由模块为基础，通过两次波长变换、对输入信号光的光信号的擦除和波长路由来实现全光控制的光开关系统。该全光控制的光开关系统控制信号为不同波长的连续光，可以实现输入光信号从任一输出端口输出。输入信号光被分为两部分，控制光输入时，一部分输入信号光的信息通过波长变换先变换到控制光上，不同波长的控制光经过波长路由模块后分离，从波长路由模块相应的端口输出，另一部分信号光通过行波半导体光放大器变为连续光，经过耦合器分路后输入各个第二级波长变换器，携带信息的控制光和波长与输入信号光相同的连续光在第二级的各个波长变换器中进行第二次波长变换，第二级波长变换器的输出则是全光控制的光开关系统的输出。

本发明的方案具体描述如下：

本发明的全光控制的光开关系统的构成主要包括：MZI-SOA波长变换器、行波半导体光放大器、波长路由模块。