CN101877799A - 光分组的提取装置和提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光分组的提取装置和方法，涉及光通信网技术领域，为解决现有技术中分离光分组的方案比较复杂的技术问题而发明。所述光分组的提取装置，包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器以及光时延线；所述第一光耦合器的输入端输入由光脉冲序列构成的光分组；所述第一光耦合器的第一输出端通过所述第一半导体光放大器连接所述第二光耦合器的第一输入端；所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的所述光时延线和所述第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端；所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组。本发明结构简单，实现容易。

Description

光分组的提取装置和提取方法

技术领域

本发明涉及光通信网技术领域，特别是指一种光分组的提取装置和提取方法。

背景技术

在光分组网和光传送网中，光分组或光信号帧到达网络交换节点时，需进行信头或标签的辨识、更新、奇偶校验等快速操作。可以为提取时钟脉冲或者提取光信头或光标签。以提取时钟脉冲为例，而这些操作的前提是快速找到光分组或光信号帧的起始位置，进而生成同步用的时钟信号。

超大容量的光网络要求交换节点的同步过程以超高的速度完成，并要求交换节点在几百纳秒内完成对光分组或光信号帧的处理过程。这一过程的前提是：对到达节点的光分组或光信号帧进行分组级或帧级的同步，即辨识出每个光分组或光信号帧的起始位置。

一般的同步机制需要从网络上级节点向下级节点传输一路时钟信号，对时钟信号进行锁定进而实现同步。目前，光锁相环能够实现精确的时钟同步，但由于相位识别和锁定时间较长，它不适用于高速光网络。自同步方案不需专门传送时钟信号，从接收到的光分组或光信号帧中提取出光分组或光信号帧中代表起始位置的光脉冲，这里称为标志脉冲，并借以生成各种本地时钟。自同步方案的优点包括：节省带宽，速率较快，支持不同的比特速率，利于实现自动交换和自动路由，能够容忍较大的定时抖动等。

目前已有若干种提取光分组的方案，例如现有的自同步方案主要在一连串的光信号中引入波长、极化、比特率或强度不同于其它比特脉冲的标志脉冲，利用波长、极化、速率和强度鉴别装置把标志脉冲提取出来。在实际的网络中，标志脉冲与其它脉冲的这些物理差别不仅会使光信号的产生和传输复杂化，还会破坏标志脉冲与其它脉冲之间的定时关系，实现方案复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现简单的光分组的提取装置和提取方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种光分组的提取装置，包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器以及光时延线；

所述第一光耦合器的输入端输入由光脉冲序列构成的光分组；

所述第一光耦合器的第一输出端通过所述第一半导体光放大器连接所述第二光耦合器的第一输入端；

所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的所述光时延线和所述第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端；

所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的光时延线和第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端具体为：

所述第一光耦合器的第二输出端通过所述光时延线连接所述第二半导体光放大器，所述第二半导体光放大器的输出端连接所述第二光耦合器的第二输入端；或

所述第一光耦合器的第二输出端通过所述第二半导体光放大器连接所述光时延线，所述光时延线的输出端连接所述第二光耦合器的第二输入端。

所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光时延线用于控制所述第二光耦合器的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲到达所述第二光耦合器的时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

所述光时延线控制所述第一光耦合器的第一输出端输出的第一光脉冲序列的第一个光脉冲与第一光耦合器的第二输出端输出的第二光脉冲序列的第一个光脉冲在所述第二光耦合器中干涉时的相位差，所述相位差为π的奇数倍。

所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

所述第一半导体光放大器的工作参数和所述第二半导体光放大器的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

另一方面，提供一种光分组的提取方法，包括：

由光脉冲序列构成的光分组输入第一光耦合器的输入端；

所述光分组被第一光耦合器分成相同的两份分组子信号，分别为第一光分组子信号和第二光分组子信号；

所述第一光分组子信号被第一半导体光放大器增益，生成增益的第一光分组子信号，

所述第二光分组子信号经过光时延线的时延处理和第二半导体光放大器的增益处理后，生成增益的第二光分组子信号；

所述增益的第一光分组子信号输入第二光耦合器的第一输入端；所述增益的第二光分组子信号输入所述第二光耦合器的第二输入端；

所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光时延线用于控制所述第二光耦合器的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲到达所述第二光耦合器的时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

所述第一半导体光放大器的工作参数和所述第二半导体光放大器的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

所述第二光分组子信号经过光时延线的时延处理和第二半导体光放大器增益处理后，生成增益的第二光分组子信号的步骤具体为：

所述第二光分组子信号先经过光时延线的时延处理，再经过第二半导体光放大器的增益处理后，生成增益的第二光分组子信号；或

所述第二光分组子信号先经过第二半导体光放大器的增益处理，再经过光时延线的时延处理后，生成增益的第二光分组子信号。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，所述第一光耦合器的输入端输入由光脉冲序列构成的光分组；所述第一光耦合器的第一输出端通过所述第一半导体光放大器连接所述第二光耦合器的第一输入端；所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的所述光时延线和所述第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端；所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组。连接结构简单，实现比较容易。

附图说明

图1为本发明所述的光分组的提取装置一实施例的连接示意图；

图2为本发明所述的光分组的提取装置另一实施例的连接示意图；

图3为本发明所述的光分组的提取方法的流程示意图；

图4为本发明应用场景的分组级或帧级的光域自同步时钟提取装置框图；

图5为图4中分组级或真机的自同步时钟提取装置的仿真片段，其中(a)为光分组或光信号帧信头的前8个比特(11001011)；(b)为通过半导体光放大器(SOA)之后的输出；(c)为SOA-MZI结构所提取的同步时钟；

图6示出了经过两个级联的SOA-MZI结构后，提取出的自同步时钟；

图7示出了本发明所述的光分组的提取方法的第二应用场景中，输入的光分组信号的脉冲仿真图，输入的光分组信号为111011001101010，该应用场景提取光标签/信头；

图8示出了图7的应用场景中，提取出的光标签/信头脉冲仿真图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例针对现有技术中提取脉冲的方案比较复杂的技术问题而的问题，提供一种光分组的提取装置和方法。

一方面，如图1或图2所示，提供一种光分组的提取装置10，包括：第一光耦合器20、第二光耦合器60、第一半导体光放大器30、第二半导体光放大器50以及光时延线40；

所述第一光耦合器20的输入端输入由光脉冲序列构成的光分组；所述第一光耦合器20的输入端可以为第一输入端，也可以为第二输入端。

所述第一光耦合器20的第一输出端通过所述第一半导体光放大器30连接所述第二光耦合器60的第一输入端；

所述第一光耦合器20的第二输出端通过串联的所述光时延线40和所述第二半导体光放大器50连接第二光耦合器60的第二输入端；

所述第二光耦合器60用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

上述方案连接结构简单，实现比较容易。

所述第二光耦合器60具体为：第二光耦合器60对第二增益光分组与经过延时后的第一增益光分组，进行干涉增强处理和干涉相消处理，在第二光耦合器干涉增强输出端输出干涉增强处理后的信号。

所述第一光耦合器20的第二输出端通过串联的光时延线40和第二半导体光放大器50连接第二光耦合器60的第二输入端具体为：如图1所示，所述第一光耦合器20的第二输出端通过所述光时延线40连接所述第二半导体光放大器50，所述第二半导体光放大器50的输出端连接所述第二光耦合器60的第二输入端；或图2所示，所述第一光耦合器20的第二输出端通过所述第二半导体光放大器50连接所述光时延线40，所述光时延线40的输出端连接所述第二光耦合器60的第二输入端。

可选的，所述第一半导体光放大器30的工作参数和所述第二半导体光放大器50的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

以下描述本发明所述光分组的提取装置的一实施例。所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，p为10的-12次方，s为秒。所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；f为10的-15次方，J为焦耳。

所述第一半导体光放大器30的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器50的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器30的增益恢复时间和第二半导体光放大器50的增益恢复时间；

所述光时延线40用于控制所述第二光耦合器60的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲在到达所述第二光耦合器60的干涉时的相位时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

所述光时延线控制所述第一光耦合器的第一输出端输出的第一光脉冲序列的第一个光脉冲与第一光耦合器的第二输出端输出的第二光脉冲序列的第一个光脉冲在所述第二光耦合器中干涉时的相位差，所述相位差为π的奇数倍。

所述光分组被第一光耦合器20分成相同的两份光分组子信号，分别为第一光分组子信号和第二光分组子信号；

所述第一光分组子信号的第一个光脉冲得到所述第一半导体光放大器30的增益，比所述第一光分组子信号除所述第一个光脉冲以外的后续光脉冲得到的所述第二半导体光放大器50的增益，高至少6dB；

所述第一光分组子信号的第一个光脉冲的相移是π；

所述第一光分组子信号除所述第一个光脉冲以外的后续光脉冲的相移均小于π/2；

所述第二光分组子信号的第一个光脉冲得到所述第一半导体光放大器30的增益，比所述第二光分组子信号除所述第一个光脉冲以外的后续光脉冲得到的所述第二半导体光放大器50的增益，高至少6dB；

所述第二光分组子信号的第一个光脉冲的相移是π；

所述第二光分组子信号除所述第一个光脉冲以外的后续光脉冲的相移均小于π/2。

以下描述本发明所述光分组的提取装置的另一实施例。所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列；所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；p为10的-12次方，s为秒，f为10的-15次方，J为焦耳

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

如图3所示，本发明提供一种光分组的提取方法，包括：

步骤31，由光脉冲序列构成的光分组输入第一光耦合器的输入端；

步骤32，所述光分组被第一光耦合器分成相同的两份分组子信号，分别为第一光分组子信号和第二光分组子信号；

步骤33，所述第一光分组子信号被第一半导体光放大器增益，生成增益的第一光分组子信号；

步骤34，所述第二光分组子信号经过光时延线的时延处理和第二半导体光放大器的增益处理后，生成增益的第二光分组子信号；

步骤35，所述增益的第一光分组子信号输入第二光耦合器的第一输入端；所述增益的第二光分组子信号输入所述第二光耦合器的第二输入端；

步骤36，所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：第二光耦合器对第二增益光分组与经过延时后的第一增益光分组，进行干涉增强处理和干涉相消处理，在第二光耦合器干涉增强输出端输出干涉增强处理后的信号。

可选的，所述第一半导体光放大器的工作参数和所述第二半导体光放大器的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

可选的，所述第二光分组子信号经过光时延线的时延处理和第二半导体光放大器增益处理后，生成增益的第二光分组子信号的步骤具体为：

所述第二光分组子信号先经过光时延线的时延处理，再经过第二半导体光放大器的增益处理后，生成增益的第二光分组子信号；或

所述第二光分组子信号先经过第二半导体光放大器的增益处理，再经过光时延线的时延处理后，生成增益的第二光分组子信号。

以下描述本发明所述的光分组的提取方法的一实施例。所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光时延线用于控制所述第二光耦合器的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲到达所述第二光耦合器的时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

以下描述本发明所述的光分组的提取方法的另一实施例。所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列，

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

以下描述本发明的一应用场景。本应用场景提供一种同步光传送网或同步光分组网中定时和同步的实现方法，能够提取自同步时钟。本方法可用在基于波分复用或光时分复用的高速光分组网和光传送网中，辅助实现分组级和帧级的自同步、信头识别、净荷定位、超高速抽样等功能。

本应用场景将半导体光放大器与马赫-增德尔干涉仪结合起来的结构(所述的结构成为SOA-MZI)，通过半导体光放大器中的自相位调制效应实现强度鉴别功能，通过马赫-增德尔干涉仪的干涉特性实现频率选择和脉冲整形功能，提取光分组或光信号帧起始位置的自同步标志脉冲，提供了一种光分组或光信号帧自同步时钟提取方法和超高速全光自同步时钟提取方法。

如图4所示，为本应用场景的分组级或帧级的光域自同步时钟提取装置框图。采用非对称的SOA-MZI结构，由第一光耦合器C1和第二光耦合器C2相连接构成马赫-增德尔干涉仪MZI，两个半导体光放大器SOA1和SOA2分别放置于上下臂的不同位置。马赫-增德尔干涉仪下臂的脉冲序列LS到达第二半导体光放大器SOA2的时间延迟与上臂的脉冲序列SS到达第一半导体光放大器SOA1的时间，其时间差记为Δτ。实际系统中，第二半导体光放大器(SOA2)前面连接一个可调光纤延迟线TDL，可调光纤延迟线产生Δτ的延迟，并且能够控制Δτ的大小，从而控制马赫-增德尔干涉仪MZI上下臂的脉冲在第二光耦合器C2中干涉时的相位差。Δτ小于光分组的光脉冲的宽度。

在每个时隙中，由超短高强度光脉冲序列构成的光分组或光信号帧从端口1进入SOA-MZI，并被第一光耦合器C1分成相同的两部分。两个半导体光放大器SOA1和SOA2的增益在超短强脉冲的激励下迅速饱和，增强了自相位调制效应。

光分组或光信号帧的前2～3个比特都是“1”，并且脉冲间隔比半导体光放大器中增益恢复时间小很多，则半导体光放大器增益在第一个比特到来时迅速饱和，在脉冲间隔内只得到部分恢复，随即又在后续的第二、第三个脉冲激励下再次饱和。因此，半导体充当了强度鉴别器，光分组或光信号帧经过半导体时，只有第一个光脉冲得到较大的增益和相移。第一个光脉冲所得增益比其他脉冲的高出至少6dB；其相移接近π，而其他脉冲的相移均小于π/2。

所述马赫-曾德尔干涉仪MZI利用干涉特性实现选择功能，上下臂脉冲序列在第二光耦合器C2相干涉，只有光分组或光信号帧的第一个光脉冲得到足够大的相移，经过半导体光放大器的相移接近π，该脉冲得到干涉增强，能够通过马赫-增德尔干涉仪的干涉选择功能从SOA-MZI的端口3输出，后续光脉冲因相移不足而不能得到干涉增强，SOA-MZI处于准平衡状态，从第二输出端口4输出。通过恰当的参数设计，能够尽最大限度地抑止后续光脉冲在端口3的泄漏，使端口3的输出恰为与光分组或光信号帧第一比特同步的光脉冲。

在本应用场景的技术方法中，若要提取出质量较高的自同步时钟，有以下要求：

光分组或光信号帧的第一个比特是“1”，以便识别分组的起始位置；

若输入序列存在过长的连“0”，则会促使半导体光放大器增益充分恢复，因此在编码时应该对光分组或光信号帧进行充分的扰码，以免出现过长的连“0”，进而使时钟提取机制失效；

光脉冲为皮秒级且强度高，以促使半导体光放大器增益迅速地深度饱和；

半导体光放大器的增益恢复时间该比光脉冲间隔大很多；

光分组或光信号帧之间有长于增益恢复时间的保护时间，以促使半导体光放大器在这段时间充分恢复进，而准备好提取下一个光分组或光信号帧的起始脉冲。

实验验证了本应用场景的可行性。输入光分组或光信号帧由40Gb/s归零码的伪随机序列构成，消光比为30dB，脉冲间隔为25ps。其他参数根据半导体材料在1.55nm波长处的典型参数值设定。

本应用场景的技术方法还包括自同步时钟提取系统性能与输入脉冲能量、脉冲宽度、以及半导体光放大器SOA增益恢复时间之间的关系。

本应用场景公开了一种在光分组网或光传送网中实现分组级自同步的技术方法，能够提取出表示光分组或光信号帧起始位置的自同步标志时钟脉冲。主要运用了光脉冲在非对称SOA-MZI中的自相位调制效应和干涉增强特性，在高强度窄脉冲的激励下，半导体光放大器的增益迅速饱和而缓慢恢复，进而起到了强度鉴别作用；马赫-增德尔干涉仪的干涉选择作用则进一步改善了所提取时钟的性能。

本方案可用在基于波分复用或光时分复用的高速光分组网和光传送网中，辅助实现分组级和帧级的自同步、信头或标签识别、净荷定位、超高速抽样等功能。并且，将少数SOA-MZI级联起来能提高自同步系统的性能。

本应用场景采用基于半导体光放大器的非对称马赫-增德尔干涉仪的结构，两个半导体光放大器分别放置于上下臂的不同位置，下臂接入可调光延时线，可调光延时线在半导体光放大器的前面。利用半导体光放大器的自相位调制效应实现强度鉴别功能，利用干涉仪的干涉特性实现选择功能，完成频谱过滤和脉冲整形。

本应用场景提出了光通信网中的高速自同步时钟提取方法，也可以为在光分组网等光通信网中的超高速全光自同步时钟提取方法，可以提取出标志着各个光分组或光信号帧的起始位置的一系列标志脉冲，进而形成分组级或帧级的自同步时钟。高速光脉冲序列构成的光分组或光信号帧进入系统后，被分成相同的两份，分别进入非对称马赫-曾德尔干涉仪的上、下两臂，进而两路光信号获得不同的相位偏移。由于半导体光放大器增益在高速强脉冲的激励下在第一个时钟信号周期迅速饱和，即只有第一个比特得到较大的增益和相移，增强了自相位调制效应，因此标志着起始位置的第一个光脉冲只有第一个比特获得较大的增益和相移，进而通过相干增强在输出端口输出；后续光脉冲的增益和相移不明显，无法形成有效的相干增强，进而不能输出。

具体来讲，一种超高速光分组或光信号帧的自同步时钟提取装置，提取装置包括两个半导体光放大器SOA1和SOA2、两个光耦合器C1，C2、可调光时延线TDL。光耦合器C1、C2构成马赫-曾德尔干涉仪MZI，半导体光放大器SOA1和SOA2放置在马赫-增德尔干涉仪MZI的上下两臂的不同位置(所述的结构被称为SOA-MZI)，可调光延时线在干涉仪的下臂，引入时延Δτ。在每个时隙中，由超短高强度光脉冲序列构成的光分组或光信号帧从端口1进入SOA-MZI。所述可调光延时线TDL放置在马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的下臂，第二半导体光放大器SOA2的前面，引入延迟Δτ，使马赫-增德尔干涉仪下臂的脉冲序列LS比上臂的脉冲序列SS晚到达SOA，其时间差为Δτ。

半导体光放大器SOA1和SOA2增益在超短强脉冲的激励下迅速饱和，增强了自相位调制效应。

利用马赫-增德尔干涉仪MZI的干涉特性实现选择功能。信头的第一个光脉冲能通过马赫-增德尔干涉仪MZI的干涉选择功能从SOA-MZI结构的端口3输出，后续光脉冲因相移不足而不能得到干涉增强，从端口4输出。

光分组或光信号帧的第一个比特是“1”，对光分组或光信号帧进行充分的扰码，避免出现过长的连“0”比特；光分组或光信号帧的光脉冲宽度是皮秒级且脉冲强度很高。

半导体光放大器SOA1和SOA2的增益恢复时间比光脉冲间隔大得多，而且光分组或光信号帧之间的保护时间长于增益恢复时间。

本应用场景针对当前光分组网的发展和分组头的特点，提供一种光通信网中的高速自同步时钟提取方法和同步光传送网或同步光分组网中定时和同步，以及信头与净荷分离的实现方法。

所述第一光耦合器C1是光分路器，将输入的超短高强度光脉冲序列构成的光分组或光信号帧分成相同的两部分。

半导体光放大器增益在超短强脉冲的激励下迅速饱和，增强了自相位调制效应。半导体光放大器增益在第一个比特到来时迅速饱和，在脉冲间隔内只得到部分恢复，随即又在后续的第二、第三个脉冲激励下再次饱和。

光分组或光信号帧信头的第一个比特是“1”，并且光分组或光信号帧的光脉冲宽度是皮秒级且脉冲强度很高，半导体光放大器在第一个时钟信号周期内迅速饱和，只有第一个光脉冲得到较大的增益和相移，只有第一个光脉冲在第二光耦合器C2干涉增强。光分组或光信号帧应该进行充分的扰码，避免出现过长的连“0”比特。

本应用场景公开的一种超高速全光自同步时钟提取方法，结构简单，易于集成，需要的控制量非常少，体现了全光网络的优点，适合大规模应用。本应用场景公开的自同步方法有利于在在40Gb/s以上速率的光网络中实现超高速的自同步、信头或标签识别、净荷定位、超高速抽样等功能。

实验验证了本应用场景的可行性。输入光分组或光信号帧由40Gb/s归零码的伪随机序列构成，消光比为30dB，脉冲间隔为25ps。其他参数根据半导体材料在1.55nm波长处的典型参数值设定。

首先，实验表明随着输入脉冲能量增大，半导体光放大器动态增益变化越剧烈，引起的脉冲相移越迅速，从而频率啁啾绝对值增大。在相同的光功率下，超高斯脉冲的频率啁啾最大，双曲正割脉冲的啁啾次之，高斯脉冲的啁啾则最小。

检验不同能量下输入脉冲序列中每个比特的相移，进一步验证本方案的正确性，实验结果显示在输入脉冲能量为3pJ时，第一个光脉冲相移约为π，因上下臂脉冲之间存在延时，所以它们之间的相位差即为π，在马赫-增德尔干涉仪MZI输出端能得到完全的干涉增强进而从端口3输出；第二个脉冲相移为0.65Rad，第三个脉冲相移更小，不足0.2Rad，因相位差太小，它们都不能从端口3输出。

当光分组或光信号帧的前8个比特为(11001011)时，对自同步系统的仿真分析片段参见图5所示。图5中的(a)示出了光分组或光信号帧的前8个比特。图5中的(b)示出光分组或光信号帧通过半导体光放大器之后的输出，由于第3和第4个输入比特连“0”，使得半导体光放大器的第5个输出比特强度略高于其余的“0”比特，这表明了自同步系统对比特模式有一定程度的依赖性。定义输出消光比为第1个输出脉冲强度与其余脉冲的最高强度之比。例如图5中的(b)示出序列的消光比为第1个脉冲强度比第5个脉冲强度。图5中的(c)示出从SOA-MZI输出的同步信号，由于马赫-增德尔干涉仪的干涉选择特性，具有较大相移的第1个脉冲才能从端口3输出而其余脉冲被抑止，消光比在11dB以上。

少数SOA-MZI的级联可以起到窄带滤波作用，用级联的系统提取自同步时钟，可以进一步提高时钟质量。参见图6，示出了通过两个级联的SOA-MZI之后，所提取的自同步时钟的消光比可达到20dB以上。

本应用场景还包括自同步时钟提取系统性能与输入脉冲能量、脉冲宽度、以及半导体光放大器SOA增益恢复时间之间的关系。实验结果表明缩短τ_C可以显著地提高输出时钟的消光比。此外，增大输入脉冲能量，可以提高输出时钟的消光比；然而当输入脉冲能量超过一定值后，继续增大能量对系统性能的改善变得不再明显。同时适当地增加脉宽也是提高系统性能的十分有效的措施。通过对不同脉宽的分析可以发现，脉宽不应超过脉冲在半导体光放大器的传输时间。当脉冲的半高全宽大于半导体光放大器的渡越时间时，脉冲各部分在半导体光放大器中所得的增益和相移有较明显的差别，致使输出时钟的波形有较明显的变形，并且SOA-MZI的传输窗口将降低。

本应用场景公开了一种在光分组网或光传送网中实现分组级自同步的技术方法，能够提取出表示光分组或光信号帧起始位置的时钟脉冲。主要运用了光脉冲在非对称SOA-MZI中的自相位调制效应和干涉增强特性，在高强度窄脉冲的激励下，半导体光放大器的增益迅速饱和而缓慢恢复，进而起到了强度鉴别作用；马赫-增德尔干涉仪的干涉选择作用则进一步改善了所提取时钟的性能。

本应用场景具有以下优点：

1)本应用场景采用基于半导体光放大器的非对称马赫-增德尔干涉仪的结构，利用两个半导体光放大器、两个光耦合器、可调光纤延时线和普通光纤构建了一种光通信网中的高速自同步时钟提取装置，具有结构简单、易于集成、容易实现等特点。本应用场景需要的控制量非常少，体现了全光网络的优点，适合大规模应用。本应用场景公开的自同步方法有利于在在40Gb/s以上速率的光网络中实现超高速的自同步。

2)可以实现光通信网中的高速自同步时钟提取，不需要经过光电光转换，可以满足高速、大容量系统的数据传输需求。

3)具有较高的比特率透明性，可用于实现不同容量的光通信网的自同步时钟提取。

4)本应用场景采用的两个半导体光放大器作为增益和相移单元，具有体积小、功耗低、时延低、稳定性高和便于集成等优点，且对参数的要求较低，降低了制作要求。

5)本应用场景采用的两个半导体光放大器，具有相同的结构参数、注入电流和偏振不敏感的特点；控制半导体光放大器的电路简单。

6)本应用场景实现的系统具有高消光比，两个级联的SOA-MZI后提取出的自同步时钟具有20dB的消光比。

本发明的另一应用场景，可以提供一种高速光分组网络信头或光标签的辨识与提取方法，为光分组网或光标签交换网节点的信号处理提供依据。与本发明上一应用场景的同步光传送网或同步光分组网中定时和同步以及信头与净荷分离的实现装置相同，但是输入的光分组的参数不同。采用半导体光放大器与马赫-曾德尔干涉仪相结合的结构(所述的结构称为SOA-MZI)，利用半导体光放大器的自相位调制效应实现脉冲的强度和间隔的鉴别功能，利用马赫-曾德尔干涉仪的干涉特性实现选择功能，完成频谱过滤和脉冲整形功能，提取光分组起始位置光分组信头或光标签脉冲序列。光分组由一系列足够强度的高速光脉冲序列构成，包括光分组信头或光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列。光分组信头或标签的脉冲时间间隔大于半导体光放大器的增益恢复时间，净荷光脉冲间隔小于半导体光放大器的增益恢复时间，信头或标签脉冲序列与净荷脉冲序列的间隔小于半导体光放大器的增益恢复时间，光分组之间的保护时间大于半导体光放大器的增益恢复时间。

如图4所示，为本应用场景的高速光分组网络信头或光标签的辨识与提取装置框图。采用非对称的SOA-MZI结构，由第一光耦合器C1和第二光耦合器C2相连接构成马赫-增德尔干涉仪MZI，两个半导体光放大器SOA1和SOA2分别放置于马赫-增德尔干涉仪上下臂的不同位置。马赫-增德尔干涉仪下臂的脉冲序列LS到达第二半导体光放大器SOA2的时间延迟与上臂的脉冲序列SS到达第一半导体光放大器SOA1的时间，其时间差记为Δτ。实际系统中，第二半导体光放大器(SOA2)前面连接一个可调光纤延迟线TDL，可调光纤延迟线产生Δτ的延迟，并且能够控制Δτ的大小，从而控制马赫-增德尔干涉仪MZI上下臂的脉冲在第二光耦合器C2中干涉时的相位差。Δτ远小于光分组的光脉冲的宽度。

在每个时隙中，由超短高强度光脉冲序列构成的光分组从端口1进入SOA-MZI，并被第一光耦合器C1分成相同的两部分。两个半导体光放大器SOA1和SOA2的增益在超短强脉冲的激励下迅速饱和，增强了自相位调制效应。光分组的信头或标签因脉冲间隔较大而使半导体光放大器有足够的时间恢复到较高的增益水平，所以信头或标签中的每一个脉冲都可以获得较大的增益和相移；光分组中脉冲间隔较小的净荷使半导体光放大器持续处于增益饱和状态而得到较小的增益和相移。因半导体光放大器的强度鉴别功能而分离出的初始光信头或标签进入第二个光耦合器C2，通过干涉仪的频率选择特性而使光信头或光标签得到频谱过滤和整形，进而实现质量较高的光信头或光标签的辨识与提取功能。

可调光时延线TDL连接在马赫-曾德尔干涉仪MZI的下臂，引入时延。信头脉冲序列能通过马赫-曾德尔干涉仪MZI的干涉特性实现选择功能，干涉增强，从第二光耦合器C2的干涉增强输出端口输出。

并且，光分组信头的最后一个比特和净荷的第一个比特是“1”，信头脉冲序列与净荷脉冲序列之间的时间间隔小于半导体光放大器SOA的增益恢复时间。并且，净荷采用合适的编码方式，避免出现长连“0”比特，光脉冲的宽度应该是皮秒级且强度很高。

在每个时隙中，由超短高强度光脉冲序列构成的光分组从端口1进入SOA-MZI，并被第一光耦合器C1分成相同的两部分，第一光分组脉冲序列和第二光分组脉冲序列。两个半导体光放大器SOA1和SOA2的增益在超短强脉冲的激励下迅速饱和，增强了自相位调制效应。信头或标签因脉冲间隔较大而使半导体光放大器有足够的时间恢复到较高的增益水平，所以信头或标签中的每一个脉冲都可以获得较大的增益和相移；脉冲间隔较小的净荷使半导体光放大器持续处于增益饱和状态而得到较小的增益和相移。因半导体光放大器的强度鉴别功能而分离出的初始光信头或标签进入第二个光耦合器C2，通过干涉仪的频率选择特性而使光信头或光标签得到频谱过滤和整形，进而实现质量较高的光信头或光标签的辨识与提取功能。

利用半导体光放大器SOA的自相位调制效应实现强度鉴别功能，所述第一光分组的光信头或标签的光脉冲序列被所述半导体光放大器SOA1的增益和第二光分组的光信头或标签的光脉冲序列被所述半导体光放大器SOA2的增益比所述第一光分组净荷光脉冲序列被所述半导体光放大器SOA1的增益和所述第一光分组净荷的光脉冲序列被所述半导体光放大器SOA1的增益多至少6dB；第一光分组的光信头或标签光脉冲序列和第二光分组的光信头或标签的光脉冲序列的相移均接近π，而第一光分组的净荷光脉冲序列和第二光分组的净荷光脉冲序列的相移均小于π/2。

光分组信头的第一个比特和最后一个比特是“1”，并且脉冲宽度应该是皮秒级且脉冲强度很高，光分组的信头脉冲序列得到较大的增益和相移，光分组的净荷的脉冲序列获得较小的增益和相移。对光分组进行充分的扰码，避免出现过长的连“0”比特。

光分组的标签或信头的调制速率小于净荷的调制速率，信头或标签的光脉冲间隔大于净荷的光脉冲间隔，信头的脉冲间隔大于半导体光放大器的增益恢复时间，并且净荷的脉冲间隔远远小于半导体光放大器的增益恢复时间，信头和净荷的间隔时间应该小于半导体光放大器增益恢复时间，并且光分组之间的保护时间应该大于半导体光放大器的增益恢复时间。

可调光时延线TDL控制时延Δτ的大小，控制马赫-曾德尔干涉仪MZI上下臂的脉冲序列在光耦合器C2中干涉时的相位差，时延Δτ远小于脉冲的宽度。

本应用场景所述的高速光分组信头或光标签的辨识与提取方法和装置，为光分组网或光标签交换网节点的信号处理提供首要依据。基于波导的器件，结构简单紧凑，易于集成，功耗低，体积小，速率高，不需要控制脉冲即可实现40Gb/s以上速率的光信头或光标签的辨识与提取功能。

第一光分组和第二光分组的信头或标签中的每一个脉冲都可以获得较大的增益；第一光分组和第二光分组的脉冲间隔较小的净荷使半导体光放大器SOA1和半导体光放大器SOA2持续处于增益饱和状态而得不到足够增益。因此，所述第一光分组和第二光分组的获得较大增益的信头或标签可以通过分别通过所述的半导体光放大器SOA1和半导体光放大器SOA2，但第一光分组和第二光分组的净荷分别使半导体光放大器SOA1和半导体光放大器SOA2增益饱和而被抑制，这样提取出的信头或标签有码型效应，即其中表示“1”比特的幅度高低不一，且脉冲形状有畸变。接着，经过初次提取的第一光分组和第二光分组的光信头或标签分别进入马赫-曾德尔干涉仪MZI，通过马赫-曾德尔MZI的频率选择特性而使光信头或光标签得到频谱过滤和整形，进而实现质量较高的光信头或光标签的辨识与提取功能。

光分组脉冲序列输入到SOA-MZI结构，被所述的第一光耦合器C1分成相同的第一光分组脉冲序列和第二光分组脉冲序列。第一光分组脉冲序列输入到半导体光放大器SOA1，第二光分组脉冲序列输入到半导体光放大器SOA2，由于第一光分组的信头或标签的脉冲间隔和第二光分组的信头或标签的脉冲间隔均大于半导体光放大器SOA1和半导体放大器SOA2的增益恢复时间，所以在第一光分组的信头或标签的脉冲间隔和第二光分组的信头或标签的脉冲间隔内，半导体光放大器SOA1和半导体光放大器SOA2的增益可以得到充分恢复，第一光分组的信头或标签和第二光分组的信头或标签的脉冲序列获得较大的增益和相移；它们的净荷的脉冲间隔远小于增益恢复时间，半导体光放大器SOA1和半导体光放大器SOA2的增益始终处于饱和状态，第一光分组的净荷和第二光分组的净荷内的光脉冲序列不能获得较大的增益和相移。

所述的第一光分组脉冲序列SS和第二光分组脉冲序列LS在所述的第二光耦合器C2内干涉。所述的可调光时延线TDL控制长臂脉冲序列LA和短臂脉冲序列SA的延时Δτ，调节第一光分组脉冲序列SS和第二光分组脉冲序列LS干涉时的相位差。当上述相位差近似于π的奇数倍时，第一光分组脉冲序列SS和第二光分组脉冲序列LS在所述的第二光耦合器C2处干涉增强，光脉冲在杂散频率上的能量得不到明显的上述的干涉增强，进而第二光耦合器C2的干涉增强输出端口2输出的是整形和滤波后的较高质量的光信头或光标签。

信头或标签的脉冲间隔和半导体光放大器的增益恢复时间，使前者略大于后者，半导体光放大器SOA的增益可以在信头或标签的脉冲间隔内恢复到较高水平，所以信头或标签的各个脉冲都可以获得较大的增益和相移。而净荷的脉冲间隔较小，半导体光放大器SOA的增益来不及恢复而使半导体光放大器SOA持续地处于增益饱和状态，最终致使净荷的脉冲序列被抑制而不能从半导体光放大器输出。实验结果显示信头或标签脉冲序列所得增益比净荷脉冲高出至少6dB。

初次提取的第一光分组的光信头或标签的脉冲序列和第二光分组的光信头或标签的脉冲序列分别进入马赫-曾德尔干涉仪MZI。在马赫-曾德尔干涉仪MZI的下臂中引入可调光时延线TDL，下臂为长臂通过第一光分组脉冲序列，而上臂为短臂通过第二光分组脉冲序列。第一光分组脉冲序列SS和第二光分组脉冲序列LS在第二光耦合器C2内干涉。

对于信头或标签脉冲序列，它们在第二光耦合器C2中相干涉，第一光分组脉冲序列SS和第二光分组脉冲序列LS之间会产生较大的相位差，它们在第二光耦合器C2中干涉加强，输出脉冲序列的能量也得到加强，从干涉增强输出端口2中输出。因而，所述的结构可以提取信头或标签。

以下描述本应用场景的技术方法的适用范围和对其光元器件的要求：

光分组信头或标签的脉冲间隔大于半导体光放大器SOA1和SOA2的载流子恢复时间，半导体光放大器SOA1和SOA2的增益在信头或标签的脉冲间隔内得到完全恢复；净荷脉冲间隔远远小于半导体光放大器SOA1和SOA2增益恢复时间，这样光分组的净荷就可以完全被阻塞；光分组的信头或标签的最后一个比特和净荷的第一个比特是“1”，光分组的信头或标签最后一个比特与净荷之间的脉冲间隔小于半导体光放大器SOA1和SOA2的增益恢复时间，这样可以避免增益恢复，防止光分组的净荷中的第一个比特也被提取出来；光分组的净荷采用合适的编码方式，避免出现长连“0”比特，因为长连“0”比特后的“1”比特很容易被当作新信头或标签的开始。由于输入光分组中的信头或标签部分采用了合适的编码方式，因此，信头或标签的长度对分析该装置的性能时的影响可以忽略。假定输入分组包长度为15比特{1，1，1，0，1，1，0，0，1，1，0，1，0，1，0}，如图7所示。其中前五个比特{1，1，1，0，1}为信头脉冲。信头脉冲和净荷脉冲的速率分别为2.5Gbit/s和40Gbit/s。图8中给出了信头提取和净荷恢复的结果。能够看到，在输出信号中，信头或标签脉冲序列的能量放大了至少18dB以上。此外，提取出的信头或标签中各个脉冲的能量有波动，这是由于信头或标签的脉冲间隔小，半导体光放大器的增益在信头或标签脉冲序列的脉冲间隔内没有得到完全的恢复。

在本应用场景中，分析了半导体光放大器SOA的增益恢复时间对提取出的信头或标签的对比度以及传输能量比的影响。实验结果表明，当半导体光放大器的增益恢复时间在100ps到450ps之间时，提取出的信头或标签的对比度的变化不大，并且对比度的值大于10dB。根据对比度的定义，对比度的值应该比提取出来的信头或标签的消光比小，因此，信头或标签的消光比也大于10dB。此外，当半导体光放大器的增益恢复时间在160ps到260ps之间时，经过半导体光放大器后，信头或标签的能量比净荷的能量大10dB以上。这说明与信头或标签相比，净荷的能量受到了很大程度的抑制。半导体光放大器增益恢复时间为212ps时，信头或标签的对比度达到最大值。因此半导体光放大器的增益恢复时间为212ps时，能使信头提取装置达到最佳性能。

其次，分析了半导体光放大器SOA的小信号增益在不同的半导体光放大器SOA载流子寿命和输入脉冲宽度条件下，对恢复的净荷脉冲消光比的影响。小的半导体光放大器SOA小信号增益可以提高输出脉冲的消光比。但是过小的小信号增益会降低系统的开关窗口，从而导致输出脉冲质量的下降。缩短SOA的载流子寿命以及减小输入脉冲的宽度，都可以提高输出净荷脉冲的消光比。这是因为这些变化可以使系统的开关窗口更加迅速的达到关闭状态。

再次，分析了半导体光放大器SOA小信号增益以及线宽增强因子对输出净荷脉冲的影响。大的小信号增益和线宽增强因子值可以增大输出信号的功率。但同时输出信号中‘0’脉冲的功率也增大了，并且‘1’脉冲的峰值功率也变得更加起伏不定，这也将劣化所恢复的净荷脉冲的质量。

本应用场景公开了一种光信头或标签提取方法，主要运用了光脉冲在SOA-MZI结构中的自相位调制效应和干涉增强特性，在高强度窄脉冲的激励下，半导体光放大器的增益迅速饱和而缓慢恢复，进而起到了强度鉴别作用；马赫-曾德尔干涉仪的干涉选择作用则进一步改善了所提取时钟的性能。本方案可用在基于波分复用或光时分复用的高速光分组网中，能实现分组级自同步、信头或标签识别、净荷定位、超高速抽样等功能。将少数SOA-MZI级联起来能提高自同步系统的性能。该方案具有工作功率低、工作速率范围大、结构简单、易于实现和容易集成的优点。

本应用场景提供一种光分组网或光标签交换网中的光信头或光标签的辨识与提取方法，应用于同步光分组网络中。光标签也可以为光分组信头。本方法可用在基于波分复用或光时分复用的高速光分组网中，能实现分组级自同步、信头或标签识别、净荷定位、超高速抽样等功能。本应用场景取得的有益的技术效果：

1)采用半导体光放大器与马赫-曾德尔干涉仪相结合的结构，利用两个半导体光放大器，两个光耦合器，可调光纤延时线和普通光纤构建了一种高速光分组信头或光标签的辨识与提取装置，具有功耗低、工作速率范围大、结构简单、易于实现和容易集成的优点。

2)采用的结构可以实现高速光分组信头或光标签的辨识与提取，不需要经过光电光转换，可以满足高速、大容量系统的数据传输需求。

3)所采用的结构具有较高的比特率透明性，可用于实现不同容量的光通信网的高速光分组信头或光标签的辨识与提取。

4)采用的一个半导体光放大器作为增益和相移单元，结构简单紧凑，具有体积小、功耗低、时延低、稳定性高和便于集成等优点，且对参数的要求较低，降低了制作难度。

5)采用的两个半导体光放大器SOA只需要恒定电流驱动，所以驱动电路简单。

6)本应用场景提出的高速光信头或光标签的辨识与提取方法采用基于波导的器件，结构简单紧凑，易于集成，功耗低，速率高，不需要控制脉冲即可实现40Gb/s以上速率的光信头或光标签的辨识与提取功能。

7)本应用场景提出的高速光信头或光标签的辨识与提取方法，工作速率高，不需要控制脉冲。所述自同步装置在高速系统当中的性能更好，工作速率可以达到160Gbit/s。根据本应用场景的技术方案，利用先进的光集成技术，将方向耦合器、半导体光放大器SOA和波导马赫-曾德尔干涉仪MZI集成在一起，可以制造出具备光信头或光标签提取功能的集成光波导器件。光耦合器可以为波导耦合器，也可以为其他光耦合器。

本发明中，光标签可以为信头，光分组可以为信号帧。光耦合器可以为波导耦合器。所述光分组之间的保护时间为光分组的外部间隔时间。所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的脉冲间隔为光分组的内部间隔时间。本发明中，光脉冲为一个光脉冲，光脉冲序列包括一个或者多个光脉冲。

所述方法实施例是与所述装置实施例相对应的，在方法实施例中未详细描述的部分参照装置实施例中相关部分的描述即可，在装置实施例中未详细描述的部分参照方法实施例中相关部分的描述即可。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如上述方法实施例的步骤，所述的存储介质，如：磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光分组的提取装置，其特征在于，包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器以及光时延线；

所述第一光耦合器的输入端输入由光脉冲序列构成的光分组；

所述第一光耦合器的第一输出端通过所述第一半导体光放大器连接所述第二光耦合器的第一输入端；

所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的所述光时延线和所述第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端；

所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

2.根据权利要求1所述的光分组的提取装置，其特征在于，

所述第一光耦合器的第二输出端通过串联的光时延线和第二半导体光放大器连接第二光耦合器的第二输入端具体为：

所述第一光耦合器的第二输出端通过所述光时延线连接所述第二半导体光放大器，所述第二半导体光放大器的输出端连接所述第二光耦合器的第二输入端；或

所述第一光耦合器的第二输出端通过所述第二半导体光放大器连接所述光时延线，所述光时延线的输出端连接所述第二光耦合器的第二输入端。

3.根据权利要求1所述的光分组的提取装置，其特征在于，

所述第一半导体光放大器的工作参数和所述第二半导体光放大器的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

4.根据权利要求1所述的光分组的提取装置，其特征在于，所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光时延线用于控制所述第二光耦合器的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲到达所述第二光耦合器的时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

5.根据权利要求4所述的光分组的提取装置，其特征在于，

所述光时延线控制所述第一光耦合器的第一输出端输出的第一光脉冲序列的第一个光脉冲与第一光耦合器的第二输出端输出的第二光脉冲序列的第一个光脉冲在所述第二光耦合器中干涉时的相位差，所述相位差为π的奇数倍。

6.根据权利要求1所述的光分组的提取装置，其特征在于，所述第二光耦合器用于根据所述光分组的参数，分离所述光分组具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

7.一种光分组的提取方法，其特征在于，包括：

由光脉冲序列构成的光分组输入第一光耦合器的输入端；

所述光分组被第一光耦合器分成相同的两份分组子信号，分别为第一光分组子信号和第二光分组子信号；

所述第一光分组子信号被第一半导体光放大器增益，生成增益的第一光分组子信号，

所述第二光分组子信号经过光时延线的时延处理和第二半导体光放大器的增益处理后，生成增益的第二光分组子信号；

所述增益的第一光分组子信号输入第二光耦合器的第一输入端；所述增益的第二光分组子信号输入所述第二光耦合器的第二输入端；

所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组。

8.根据权利要求7所述的光分组的提取方法，其特征在于，

所述第一半导体光放大器的工作参数和所述第二半导体光放大器的工作参数相同；所述工作参数包括：半导体光放大器的内部物理结构、外部偏置电流、增益以及增益恢复时间。

9.根据权利要求7所述的光分组的提取方法，其特征在于，所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光分组的第一个光脉冲；

所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列的第一个比特是1；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间均大于所述光分组的光脉冲间隔；

所述光分组之间的保护时间大于第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光时延线用于控制所述第二光耦合器的第一输入端输入的光脉冲和第二输入端输入的光脉冲到达所述第二光耦合器的时间差，所述时间差小于所述光分组的光脉冲宽度。

10.根据权利要求7所述的光分组的提取方法，其特征在于，所述第二光耦合器根据所述光分组的参数，分离所述光分组的步骤具体为：

当所述光分组的参数符合以下条件时，所述第二光耦合器的干涉增强输出端输出所述光标签光脉冲序列；所述光分组的参数为：

所述光分组由光脉冲序列组成，所述光脉冲序列中，在当前时钟周期存在光脉冲时，当前时钟周期用比特1表示，在当前时钟周期不存在光脉冲时，当前时钟周期用比特0表示；

所述光分组的光脉冲序列包括：光标签光脉冲序列和净荷光脉冲序列；

所述光标签光脉冲序列的间隔大于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；所述净荷光脉冲序列的间隔小于所述第一半导体光放大器的增益恢复时间和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述第一半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；所述第二半导体光放大器的增益恢复时间是所述净荷光脉冲序列的间隔的至少3倍；

所述光标签的调制速率小于所述净荷的调制速率；

所述光标签光脉冲序列的最后一个比特与所述净荷光脉冲序列的第一个比特之间的间隔小于所述第一半导体光放大器和所述第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述光分组之间的保护时间大于所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的增益恢复时间；

所述净荷光脉冲序列的第一个比特是1；所述光标签光脉冲序列的第一个比特和最后一个比特都是1；

所述光分组的光脉冲宽度至少大于2ps，所述光分组的光脉冲强度大于100fJ；

所述光分组连续的连0比特的数量小于5个；所述光时延线的时延量小于所述光分组的光脉冲的宽度。

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