[发明专利]一种基于高非线性光纤的法布里-珀罗腔结构全光缓存器

说明书

技术领域：

本发明涉及光信息处理和全光网络中的一个基本元件，特别是一种基于高非线性光纤的法布里-珀罗腔结构全光缓存器。全光缓存器可以缓存光信号，并且，缓存器的信号写入和读出控制也由光控制信号完成，可根据需要实现随机的数据读取。可用于光纤通信系统、全光信号处理等领域。主要是用于高速率光信号的缓存。

背景技术：

随着信息社会的发展，人们对信息的需求和依赖与日俱增。在可见的将来，以3D网络游戏、IPTV、可视电话、远程医疗、远程教育、视频会议、手机电视等为代表的下一代业务的出现和普及必将使得网络从传统的语音、数据分离业务向语音、数据和图像相结合、向多媒体视讯化方向发展。这使得光通信网络上的数据量急剧增长。为了应对这种“爆炸”式增长，提升现有网络带宽和交换能力已经成为一个刻不容缓的问题。在网络带宽方面，40G光传输系统的研究和应用正在如火如荼的开展，而利用波分复用(WDM)技术在单模光纤上实现T比特级的传输带宽也有报道，带宽已不再是网络的瓶颈。在交换方面，目前仍采用的是传统的电路交换方式，网络交换节点仍对数据进行光-电-光的变换，虽然电路由器已有很大的发展，但是电子器件响应时间及节点设备本身带宽的限制决定了它有限的发展空间，与未来超高速的光纤通信网络目标不相适应。

光分组交换OPS(Optical Packet Switching)技术是解决带宽与交换矛盾的一种有效方案，是网络长远发展的一种优先选择。OPS是以光分组为单位来承载业务，可直接在光域对数据进行传输和交换，避开了电交换的制约。从本质上看，OPS是一个基于全光缓存器的存储-转发过程。全光缓存器可以提供节点对包头信息的处理时间，完成全光网络的调度和数据转发，还可以在不同用户对通道争用时提供解决方案。另一个更为重大的意义是：正如开关和存储构成了现代数字电路的基础，如果光存储技术得以突破，理论上讲，将数字电路的功能转移到光域的进程就迈进了一大步，将为“光子时代”带来曙光。但是，由于光子是波色子，没有静质量，所以实现光随机存储具有相当难度，以至于光内存现在仍处于比较原始的阶段，还没有光RAM的出现，因此对全光缓存技术的研究势在必行。

理想的全光缓存器是一个无需光-电-光转换，可由随机光信号控制光数据流写入和读出的器件。国际上对全光缓存器的研究十分重视，也提出了很多方案和实验报道。利用光信号在光纤中的延时传输是最早用于光信号缓存也是最接近实用的一种方案。常见的几种实现方式为：

1、延时线+光开关——利用光纤的延时特性配合光开关构成。具体形式上，可以用不同的延时线配合开关形成不同组合完成可变的延时也可采用多个光纤光栅(FBG)或啁啾光纤光栅(CFBG)配合快速可调谐波长变换器来改变延时量。这种方案难以实现随机的信号读/写，不是真正意义的全光缓存器；

2、光纤结构法布里-珀罗腔+光开关(即F-P腔+光开关)——通过在光纤两端加反射率可调反射镜，使光信号在腔内存活(缓存)并通过改变反射镜的透射率完成写入和读出，这种方案的一个典型代表由Agarwal A.提出(Anjali Agarwal，Li jun Wang，Yikai su and Prem Kumar.“All-opticalloadable and erasable storage buffer based on parametricnonlinearity in fiber”OFC 2001，ThH5-1，2001)。两个由3dB耦合器构成的光纤全反镜构成F-P腔，作为后腔镜的光纤环中插入一段色散位移光纤(DSF)。将光信号注入腔内后信号将在两个光纤全反镜间传输获得延时缓存，期间相位敏感的参量放大过程为信号提供了增益。当需要读出时，将控制光脉冲注入作为后腔镜的光纤环与光信号发生交叉相位调制(XPM)作用，改变光纤全反镜的透射特性，使缓存信号读出。这种方案的结构的比较复杂，F-P腔结构由两个光纤全反镜构成，存储信号的长度主要由光纤环的长度决定而不是F-P腔腔长决定。读出控制光必须是与信号匹配的光时钟脉冲且在控制时需要与信号严格同步，此外相位敏感的参量放大过程需要注意抽运光与信号之间的相位关系，不便实施。