CN105515665B - 基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器。在该全光缓存器中，第一光纤耦合器、第一光隔离器、第一光纤、第一光环行器、光衰减器、第二光隔离器、第二光纤、第二光环行器、光偏振分束器的一个偏振态端口、光放大器和光滤波器闭合连接构成光环形腔，泵浦光源经第二光纤耦合器连接两个偏振控制器，两个偏振控制器分别连接两个光环行器，信号光从第一光纤耦合器传输到第二光环行器，当泵浦光源关闭时，信号光从一个偏振态端口输出；当泵浦光源开启时，泵浦光分别进入两个光纤使信号光的偏振态偏转90度，信号光从另一偏振态端口输出。本发明能够在同一缓存路径中实现对多路信号的缓存延迟量的独立控制。

Description

基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器。

背景技术

全光分组交换是下一代光网络交换技术的首选方案之一，而全光缓存器是实现全光分组交换的关键技术。全光缓存器可以在光域内完成数据包的存储而不需经过光-电-光的变换，因此可极大的提高光交换节点的数据吞吐量并有效降低能量损耗，是实现光分组交换同步、竞争解决和流量整形的关键。

由于光子是玻色子，因此其不能完全静止地存储在某一介质中。目前实现全光缓存的方式有慢光型和延迟型两种，慢光型全光缓存是通过减小传输速度的方式来实现，延迟型全光缓存是通过增大传输距离的方式来实现。现有慢光型全光缓存器的延迟量还很小，而且离实际应用还有一段距离。相比之下，延迟型全光缓存器已有多种实用方案。一种是基于SOA饱和增益效应的环形光缓存器，它利用SOA增益饱和原理来控制信号缓存与否。该光缓存器虽然使用器件较少、结构简单，但需要很强的同步直流光控制信号，且系统结构难于扩展。另一种是基于3×3平行排列光纤耦合器与SOA的双环耦合全光缓存器，它利用控制光来产生两束光之间的相位差，进而实现信号光的缓存。该光缓存器中的每一个缓存器都可以单独缓存一个光分组信息，易于扩展，但控制光的功率需要精度调节，以实现两路信号间的π相移，增加了操作难度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，能够在同一缓存路径中实现对多路信号的缓存延迟量的独立控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，包括第一光纤、第二光纤、第一光环行器、第二光环行器、光衰减器、第一光隔离器、第二光隔离器、泵浦光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、光偏振分束器、光放大器和光滤波器，所述第一光纤耦合器、第一光隔离器、第一光纤、第一光环行器、光衰减器、第二光隔离器、第二光纤、第二光环行器和光偏振分束器顺次连接，且所述光偏振分束器的第一偏振态端口或第二偏振态端口依次经所述光放大器和光滤波器连接所述第一光纤耦合器，以构成光环形腔，所述泵浦光源经所述第二光纤耦合器连接所述第一偏振控制器及第二偏振控制器，所述第一偏振控制器连接所述第一光环行器，所述第二偏振控制器连接所述第二光环行器，所述第一光纤耦合器用于接收信号光，且所述信号光依次经过所述第一光纤耦合器、第一光隔离器、第一光纤、第一光环行器、光衰减器、第二光隔离器、第二光纤和第二光环行器；当所述泵浦光源关闭时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第一偏振态端口输出；当所述泵浦光源开启时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第二偏振态端口输出，并且所述第二光纤耦合器将所述泵浦光源输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光由所述第一偏振控制器调节偏振态后进入所述第一光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态偏转第一角度，所述第二泵浦光由所述第二偏振控制器调节偏振态后进入所述第二光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，所述第一角度和第二角度之和为90度。

优选地，所述泵浦光为线偏振光，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光在所述第一光纤和所述第二光纤中产生的受激布里渊增益谱形状为矩形。

优选地，所述第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。

优选地，所述光环形腔的总增益略小于1。

优选地，所述第一光纤和第二光纤为弱随机双折射光纤。

优选地，所述弱随机双折射光纤包括普通单模光纤或色散位移光纤。

优选地，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器的分光比例为1:1。

优选地，所述光衰减器对经过第一光纤后的信号光的衰减量满足特定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤中产生布里渊增益饱和效应。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1、通过采用两段光纤来调节信号光的偏振态，一方面可以降低调节偏振态时所需的泵浦光强度，另一方面可以实现对信号光的偏振态的90度精准偏转。

2、通过利用泵浦光产生的受激布里渊增益的偏振特性与光偏振分束器相结合，实现了全光开关功能，整体结构简单，与现有光通信系统完全兼容，无需电信号且对信号相位不敏感。

3、通过利用泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应对信号光的偏振态进行调节的同时对其进行了放大，可以补偿各元件连接处的光损耗，实现光信号的无损耗传输。

4、利用光环形腔来缓存信号光，信号光的数量可以为多个，从而可以在同一缓存路径下实现对多路信号的缓存延迟量的独立控制，相较于现有全光缓存器而言，无需通过结构扩展的方式来实现对多路信号的缓存，结构极大简化。

附图说明

图1是本发明实施例基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器的结构示意图。

图2是信号光的偏振态在图1所示的全光缓存器的第一光纤中进行调节的示意图。

图3是信号光的偏振态在图1所示的全光缓存器的第二光纤中进行调节的示意图。

图4是图1所示的全光缓存器对多路信号光进行缓存的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器的结构示意图。本实施例的全光缓存器包括第一光纤11、第二光纤12、第一光环行器21、第二光环行器22、光衰减器3、第一光隔离器41、第二光隔离器42、泵浦光源5、第一光纤耦合器61、第二光纤耦合器62、第一偏振控制器71、第二偏振控制器72、光偏振分束器8、光放大器9和光滤波器10。

其中，第一光纤耦合器61、第一光隔离器41、第一光纤11、第一光环行器21、光衰减器3、第二光隔离器42、第二光纤12、第二光环行器22和光偏振分束器8顺次连接，且光偏振分束器8的第一偏振态端口或第二偏振态端口依次经光放大器9和光滤波器10连接第一光纤耦合器61，以构成光环形腔。也就是说，第一光纤耦合器61、第一光隔离器41、第一光纤11、第一光环行器21、光衰减器3、第二光隔离器42、第二光纤12、第二光环行器22、光偏振分束器8的一个偏振态端口、光放大器9、光滤波器10构成了一个闭合光路，该闭合光路即为光环形腔。

泵浦光源5经第二光纤耦合器62连接第一偏振控制器71及第二偏振控制器72，第一偏振控制器71连接第一光环行器21，第二偏振控制器72连接第二光环行器22，第一光纤耦合器61用于接收信号光，且信号光依次经过第一光纤耦合器61、第一光隔离器41、第一光纤11、第一光环行器21、光衰减器3、第二光隔离器42、第二光纤12和第二光环行器22。

当泵浦光源5关闭时，信号光经过第二光环行器22后，从光偏振分束器8的第一偏振态端口输出；当泵浦光源6开启时，信号光经过第二光环行器22后，从光偏振分束器8的第二偏振态端口输出，并且第二光纤耦合器62将泵浦光源5输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，第一泵浦光由第一偏振控制器71调节偏振态后进入第一光纤11产生受激布里渊散射使信号光的偏振态偏转第一角度，第二泵浦光由第二偏振控制器72调节偏振态后进入第二光纤12产生受激布里渊散射使信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，第一角度和第二角度之和为90度。可选地，第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。由于光偏振分束器8的第一偏振态端口和第二偏振态端口中有一个偏振态端口处于光环形腔中，当信号光从该偏振态端口输出后，就会在光环形腔中循环传输。

具体而言，假设光偏振分束器8的第一偏振态端口处于光环形腔中，那么本实施例的全光缓存器工作时，如果需要对信号光进行缓存，将泵浦光源5关闭，泵浦光源5不再输出泵浦光，信号光在第一光纤11和第二光纤21中传输后从光偏振分束器8的第一偏振态端口输出，并再次进入第一光纤耦合器61，也就是说，信号光会在光环形腔中循环传输。可选地，为了防止信号光在光环形腔中产生自激，光环形腔的总增益略小于1。

如果不需要再对信号光进行缓存，将泵浦光源5开启，泵浦光源5输出泵浦光，并由第二光纤耦合器62进行分光得到第一泵浦光和第二泵浦光。第一泵浦光由第一偏振控制器71调节偏振态后，通过第一光环行器21进入第一光纤11，第二泵浦光由第二偏振控制器72调节偏振态后，通过第二光环行器22进入第二光纤12。可选地，第一光纤耦合器61和第二光纤耦合器62的分光比例为1:1。

由于泵浦光的光功率达到一定值时，会在光纤中产生受激布里渊散，而光纤存在双折射效应，不同偏振态下的泵浦光所产生的布里渊增益值存在较大差异，因此，当第一泵浦光或第二泵浦光的频谱带宽大于信号光的频谱带宽，且信号光的频谱位于第一泵浦光或第二泵浦光的布里渊增益谱之内时，对于某一特定偏振方向的布里渊增益谱，会产生受激布里渊增益谱的偏振拉拽效应，即信号光的偏振态方向会与布里渊增益谱的偏振方向趋于一致，而且信号光的频谱会被布里渊增益谱放大。

因此，信号光的偏振态在第一光纤11中会受到第一泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应而发生改变，信号光的偏振态会偏转第一角度。如图2所示，在第一光纤11中，信号光的初始偏振态假设为Ex方向，第一光纤11中的布里渊增益谱偏振方向与Ex方向的夹角为α，则信号光经过第一光纤11后，其偏振态方向变为与布里渊增益谱方向一致，即信号光的偏振态偏转的第一角度为α。同样地，信号光的偏振态在第二光纤12中会受到第二泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应而发生改变，信号光的偏振态会继续偏转第二角度。在第二光纤12中，布里渊增益谱偏振方向设定为Ey方向，信号光经过第二光纤12之前，其偏振态方向与布里渊增益谱偏振方向相差的角度为β，信号光经过第二光纤12后，其偏振态方向变为与布里渊增益谱方向一致，即信号光的偏振态继续偏转的第二角度为β。通过优化第一泵浦光和第二泵浦光的偏振态和功率，可以方便地实现信号光的偏振态的90度精准偏转，即保证α+β＝90°。对于信号光，其功率的初始大小应确保不会在第一光纤11中产生布里渊增益饱和。

最终，信号光的偏振态相对于无泵浦光下的偏振态偏转了90度，从而在光环形腔内循环传输的信号光再次经过第二光环行器22后，从光偏振分束器8的第二偏振态端口输出，信号光的缓存结束。如图4所示，是本实施例的全光缓存器对多路信号光进行缓存的示意图。图中，信号光共有三种，分别是信号光1、信号光2、信号光3。由于泵浦光1和泵浦光2没有产生，所以信号光1和信号光2的偏振态保持在Ex方向；而泵浦光3产生，所以信号光3的偏振态变为Ey方向。

通过泵浦光源5关闭和开启，信号光从光偏振分束器8的不同偏振态端口输出，在实现了信号光缓存的同时，也实现了光开关功能。

其中，光衰减器3用于对经过第一光纤11后的信号光进行衰减。光衰减器3对经过第一光纤11后的信号光的衰减量满足特定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤12中产生布里渊增益饱和效应，进而影响对信号光的偏振态的调节，改变信号光的频谱形状，造成输出信号畸变。

第一光隔离器41和第二光隔离器42用于分别阻止第一光纤11和第二光纤12中传输的泵浦光从第二光环行器22和第一光环行器21进入泵浦光源5，以免对泵浦光源5产生影响。

光放大器9用于对进入光环形腔的信号光进行放大。

光滤波器10用于滤除光放大器9放大过程中引入的噪声。

在本实施例中，第一光纤11和第二光纤12均为弱随机双折射光纤，弱随机双折射光纤包括但不限于普通单模光纤和色散位移光纤。

为了产生某一特定偏振方向的受激布里渊增益谱，泵浦光源5输出的泵浦光应为线偏振光；为保证受激布里渊增益效应在改变信号光偏振态时不改变其频谱形状，输出泵浦光的频谱形状应为矩形，第一泵浦光和第二泵浦光在第一光纤11和第二光纤12中产生的受激布里渊增益谱形状也为矩形，而且泵浦光源5输出的泵浦光的谱宽应确保信号光的频谱位于布里渊增益谱之内。宽带为矩形频谱形状的线偏振光可以采用以下三种方式产生：1.利用超高斯噪声源电信号直接调制激光器的偏置电流；2.对单色光源的输出光进行外调制，产生顶部平坦的梳状谱；3.将ASE(amplified spontaneous emission，放大自发发射)噪声源分别通过检偏器和矩形谱光滤波器。

通过上述方式，本发明实施例的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器通过设置两段光纤，再利用泵浦光产生的受激布里渊增益的偏振特性与光偏振分束器相结合，实现对信号光的偏振态的调节，信号光的偏振态调节前，信号光在光环形腔内循环传输，信号光的偏振态调节后，信号光从光偏振分束器输出，从而能够在同一缓存路径中实现对多路信号的缓存延迟量的独立控制，信号光偏振态的调节简便，并与现有光纤系统完全兼容，整体结构简单，光信号传输时无损耗。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，包括第一光纤、第二光纤、第一光环行器、第二光环行器、光衰减器、第一光隔离器、第二光隔离器、泵浦光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、光偏振分束器、光放大器和光滤波器，所述第一光纤耦合器、第一光隔离器、第一光纤、第一光环行器、光衰减器、第二光隔离器、第二光纤、第二光环行器和光偏振分束器顺次连接，且所述光偏振分束器的第一偏振态端口或第二偏振态端口依次经所述光放大器和光滤波器连接所述第一光纤耦合器，以构成光环形腔，所述泵浦光源经所述第二光纤耦合器连接所述第一偏振控制器及第二偏振控制器，所述第一偏振控制器连接所述第一光环行器，所述第二偏振控制器连接所述第二光环行器，所述第一光纤耦合器用于接收信号光，且所述信号光依次经过所述第一光纤耦合器、第一光隔离器、第一光纤、第一光环行器、光衰减器、第二光隔离器、第二光纤和第二光环行器；

当所述泵浦光源关闭时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第一偏振态端口输出；当所述泵浦光源开启时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第二偏振态端口输出，并且所述第二光纤耦合器将所述泵浦光源输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光由所述第一偏振控制器调节偏振态后进入所述第一光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态偏转第一角度，所述第二泵浦光由所述第二偏振控制器调节偏振态后进入所述第二光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，所述第一角度和第二角度之和为90度。

2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述泵浦光为线偏振光，所述第一泵浦光在所述第一光纤中产生的受激布里渊增益谱形状和所述第二泵浦光在所述第二光纤中产生的受激布里渊增益谱形状均为矩形。

3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。

4.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述光环形腔的总增益略小于1。

5.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤为弱随机双折射光纤。

6.根据权利要求5所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述弱随机双折射光纤包括普通单模光纤或色散位移光纤。

7.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器的分光比例为1:1。

8.根据权利要求1所述的基于受激布里渊增益偏振特性的全光缓存器，其特征在于，所述光衰减器对经过第一光纤后的信号光的衰减量满足特定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤中产生布里渊增益饱和效应。