CN104317137A - 模块化可扩展的n2×n2波长和空间全光路由器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器。N根单模输入光纤连接第一组波长转换及路由模块后，再经第一空间光路由器与第二组波长转换及路由模块连接，然后经过第二组波长转换及路由模块后，与第二空间光路由器的输入端口连接到第三组波长转换及路由模块，光信号输出进入N根单模输出光纤，完成波长和空间的全光路由；第一空间光路由器和第二空间光路由器镜像工作。本发明用于波分复用光纤通信系统中，可完成光纤内各个信道的任意交换及光纤间各信道的任意交换，并完成波长转换；并能通过对波长转换及路由模块的级联和线性增加，实现更完整的路由功能，增加路由信道数目。整个路由结构可以通过平面光波导技术实现集成。

Description

模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器
技术领域
本发明涉及光纤通信全光路由技术，尤其是涉及一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器。
背景技术
在光纤诞生并成功应用以后，光纤通信技术迅猛发展，WDM通信方式的发明使得光纤通信带宽大大提高。光纤通信数据的急速增大直接对光通信网络中的各处理节点提出了更高要求，全光通信网络成为未来光通信网络的发展方向。
以波长为依据的光信号包转发是WDM光网络中信号路由的一个重要方式。目前的主流技术多采用光-电-光波长转换及路由的处理方式，它的优点是技术上较成熟，可实现定时、再生、整形功能，但这种方案由于引入了光电变换和时钟提取，需要很多高成本、高功耗的高速光电仪器，对信号比特率和信号格式不透明，信号处理速度存在“电子瓶颈”问题，不符合全光网络“高数据吞吐量，高信号处理带宽，低能耗”的发展要求。还有一种基于微电子机械系统开关(MEMS-Switches)的路由结构，已经有支持32输入/输出端口交换的商用器件报道“Glimmerglass Intelligent Optical System,”数据表可在www.glimmerglass.com获取。但是这种结构的最大缺陷是信道切换时间长，达毫秒量级，只适用于一对结点间持续通信时间长度在秒量级的情况。
全光路由不需要经过电域处理，直接将信息从一个光波长转换到另一个光波长，通过光无源器件的转发，达到路由目的。WDM系统光路由器中主要有光解复用、波长转换、光复用、光路由等模块。全光路由不存在“电子瓶颈”问题，带宽巨大，对信号速率和格式透明，且单片集成的全光路由芯片能耗更将比光-电-光路由大大降低。
目前提出的全光路由器主要有光开关、无源阵列波导光栅器件和基于半导体光放大器(SOA)波长转换两种。“Multi-path Routing in an MonolithicallyIntegrated 4×4 Broadcast and Select WDM Cross-connection”,ECOC，September18-22，2011，InP PHOTONICS(Mo.2.LeSaleve)报道了一种基于SOA光开关的全光交叉互连，该结构实现了4×4光信号交叉互连。这种全光路由方式主要由广播选择模块与波长选择模块2部分组成。在广播选择模块中，4个输入端口的光信号通过级联多模干涉耦合器(MMI)分别输入到每一个阵列波导光栅(AWG)的输入端口。在进入AWG之前，每一路上都有SOA开关，通过调节SOA注入的电流，来控制每一路的通断。经过4个循环4×4阵列波导光栅路由器(AWGR)的转发后，信号进入波长选择模块。根据路由表设计，调节波长选择模块AWG各输出端口上SOA电流，可以决定之后连接的级联MMI上各路信号的波长，进而可以达到控制整个路由芯片输出端上每一路的波长。但是，此方法只能进行不同输入端口光信号的转发，而不能将原信号转移到另一波长上，而且随着输入信号通道数目(N)的增加，需要相应增加至N个循环N×NAWGR以及2N个SOA开关。同时，每一路输入信号都要经过级联MMI扩展至N个输出端口，整个路由系统单侧引脚数目为N2个，会大大增加器件尺寸。这种芯片结构十分不利于信道数目的扩展，增加一路信号，整个芯片的设计都要变化，且器件设计难度大大增加。“An 8x8 InP Monolithic Tunable OpticalRouter(MOTOR)Packet Forwarding Chip”，Journal of Lightwave Technology,Vol.28,Issue 4,pp.641-650公开了一种基于SOA波长转换的光路由方式。这种方式通过将原信号经过SOA的交叉调制作用转移到可调谐激光器发出的新波长上，再用AWGR转发到对应信道。但是，这种结构转发能力有限，没有在光网络层面提出多光纤之间的信号交换。
上述全光路由结构均不能完整实现光网络中全光路由的波长转换及端口透明转发的功能需求，并且系统的扩展性不够好。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括第一空间光路由器、三组波长转换及路由模块及第二空间光路由器；N根单模输入光纤和第一空间光路由器之间连接有第一组波长转换及路由模块，通过第一组波长转换及路由模块将单模输入光纤中复用的各个光信号内的各信道进行波长转换处理传送到第一空间光路由器中；第一空间光路由器的输出端口经第二组波长转换及路由模块与第二空间光路由器的输入端口连接，将每组不同波长的光信号经过波长转换处理传送到第二空间光路由器各自对应的输入端口中；第二空间光路由器将由第二组波长转换及路由模块输出的每组不同波长的光信号传送到第二空间光路由器各自对应的输出端口；第二空间光路由器经第三组波长转换及路由模块连接单模输出光纤，通过第三组波长转换及路由模块将第二空间光路由器各路输出端口的光信号经波长转换处理重新加载在该路输出端口中的任意信道上；第一空间光路由器和第二空间光路由器镜像工作，使得由第二空间光路由器输出的每路光纤中的各个光信号波长与第一空间光路由器各自对应的输入光纤中的各个光信号波长一致。
所述的波长转换及路由模块包括依次连接的光解复用器、N个第一波长转换器、第三空间光路由器、N个第二波长转换器和光复用器；第一空间光路由器每路输出端口的光信号先经过光解复用器分解为单波长信号，各个单波长信号经各自的第一波长转换器传输到第三空间光路由器中，第三空间光路由器对单波长信号进行空间路由后再经第二波长转换器波长转换后传送到光复用器，光复用器将各个单波长信号合并为一路光信号输出到第二空间光路由器。
所述的第一波长转换器或者第二波长转换器包括将转换前光信号滤除的光滤波器结构。
所述的第一波长转换器及第二波长转换器中不包括光滤波器结构，第三空间光路由器与第一空间光路由器、第二空间光路由器具有不同的信道间隔，使得单模输入光纤及单模输出光纤中所传输的光信号的波长与第三空间光路由器的传输光谱不匹配。
所述的光解复用器为1×N光解复用器，采用阵列波导光栅或衍射刻蚀光栅。
所述的光复用器为N×1光复用器，采用阵列波导光栅、衍射刻蚀光栅或多模干涉耦合器。
所述的第一空间光路由器或第二空间光路由器为循环阵列波导光栅或循环衍射刻蚀光栅。
所述的第三空间光路由器为循环阵列波导光栅或循环衍射刻蚀光栅。
所述的第一波长转换器或第二波长转换器为利用半导体光放大器的非线性效应将一波长的光信号加载在另一个不同波长的直流激光上的波长转换结构。
所述的第一空间光路由器、第二空间光路由器和波长转换及路由模块全部或部分集成在同一芯片上。
本发明的有益效果是：
基于波长转换及路由模块，有极好的拓展性，降低了全光路由的设计难度，同时具有空间路由和波长转换的效果，可以实现输入端一共N2个信道之间波长与端口的任意交换。
本发明逻辑清晰，可完整实现全光路由中信号波长转换、转发的功能，并对光的信号格式完全透明。
本发明相比传统光-电-光路由器及现有光路由结构享有更大的带宽，可完成更高比特率的光数据处理、交换。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明波长转换及路由模块的结构示意图。
图3是本发明第一空间光路由器路由路径示意图。
图4是本发明第二空间光路由器路由路径示意图。
图5是本发明第三空间光路由器路由表示意图。
图6是本发明全光路由工作方式示例。
图7是实施例的光解复用器示意图。
图8是实施例的光复用器示意图。
图9是实施例的第一种波长转换器结构图。
图10是实施例的第二种波长转换器结构图。
图11是实施例的波长转换器信号转换原理及效果图。
图12是实施例的空间光路由器示意图。
图13是实施例的第三空间光路由器的第一输入端口透射光谱示意图。
图中：A、波长转换及路由模块，3、第一空间光路由器，4、光解复用器，5、第一波长转换器，6、第三空间光路由器，7、第二波长转换器，8、光复用器，9、第二空间光路由器，L1、L2、…LN为单模输入光纤的序号，L1’、L2’、…LN’为单模输出光纤的序号，10、可调谐激光器，11、非线性光放大器，12、延时波导，13、线性光放大器，14、调相器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，整个路由器主要由第一空间光路由器3、三组波长转换及路由模块A及第二空间光路由器9构成；N根单模输入光纤和第一空间光路由器3之间连接有第一组波长转换及路由模块A，通过第一组波长转换及路由模块A将单模输入光纤复用的各个光信号内的各信道进行波长转换处理传送到第一空间光路由器3中；第一空间光路由器3的输出端口经第二组波长转换及路由模块A与第二空间光路由器9的输入端口连接，将每组不同波长的光信号经过波长转换处理传送到第二空间光路由器9各自对应的输入端口中；第二空间光路由器9将由第二组波长转换及路由模块A输出的每组不同波长的光信号传送到第二空间光路由器9各自对应的输出端口；第二空间光路由器9经第三组波长转换及路由模块A连接单模输出光纤，通过第三组波长转换及路由模块A将第二空间光路由器9各路输出端口的光信号经波长转换处理重新加载在该路输出端口中的任意信道上；第一空间光路由器3和第二空间光路由器9镜像工作，使得由第二空间光路由器9输出的每路光纤中的各个光信号波长与第一空间光路由器3各自对应的输入光纤中的各个光信号波长一致。
每组波长转换及路由模块A中的波长转换及路由模块A数量均与单模输入光纤的根数相同。
如图2所示，系统中每个波长转换及路由模块A设计均相同，包括依次连接的光解复用器4、N个第一波长转换器5、第三空间光路由器6、N个第二波长转换器7和光复用器8，负责进行空间光路由器3一个输出端口的一组N个波长光信号的波长转换及路由。
如图2所示，第一空间光路由器3每路输出端口的光信号先经过光解复用器4分解为单波长信号，各个单波长信号经各自的第一波长转换器5传输到第三空间光路由器6中，第三空间光路由器6对单波长信号进行空间路由后再经第二波长转换器7波长转换后传送到光复用器8，光复用器8将各个单波长信号合并为一路光信号输出到第二空间光路由器9。
优选地，第一波长转换器5或者第二波长转换器7包括光滤波器结构，第一波长转换器5或者第二波长转换器7的光滤波器结构将转换前光信号滤除。
优选地，在第一波长转换器5和第二波长转换器7中不包含光滤波器的情况下，第一波长转换器5和第二波长转换器7的输出端口会同时存在原光信号和转换后光信号。如果第三空间光路由器6与第一空间光路由器3、第二空间光路由器9设计相同，则原光信号会路由至3的某一输出端口，干扰路由至该端口输出的转换后光信号。为避免原光信号对转换后光信号串扰，即第三空间光路由器6中每个端口中光信号串扰，第三空间光路由器6与第一空间光路由器3、第二空间光路由器9具有不同的信道间隔，使得单模输入光纤及单模输出光纤中所传输的光信号的波长与第三空间光路由器6的传输光谱(即透射光谱)不匹配。
具体实施时，对于波长转换及路由模块A，使得第三空间光路由器6与第一空间光路由器3、第二空间光路由器9的信道间隔有一定偏差，使原光信号不能通过第三空间光路由器6。原光信号进入第一波长转换器5，使信号加载至一组新的波长，与第三空间光路由器6信道匹配，即在波长转换及路由模块A中采用一组不同波长完成信道交换。在波长转换模块A中，通过第一次波长转换器5，使经光解复用器4解复用后的光信号转移到一组不同波长间隔的光上，通过第三空间光路由器6，再经过第二次波长转换器7，将第三空间光路由器6空间路由后的光信号重新转换至符合第二空间光路由器9信道间隔的波长，继续传输。
光解复用器4为1×N光解复用器，为根据输入光纤内N个信道的波长间隔所设计的单端输入、N个端口单波长输出的光无源器件，优选的采用阵列波导光栅AWG或衍射刻蚀光栅EDG。
光复用器8为N×1光复用器，为N个输入的单波长光信号合并为单端口输出的光无源器件，优选的采用阵列波导光栅AWG、衍射刻蚀光栅EDG或多模干涉耦合器MMI。
优选的第一空间光路由器3、第二空间光路由器9和第三空间光路由器6可相同或者不相同，可采用循环阵列波导光栅AWGR或循环衍射刻蚀光栅EDGR。
所述的第一波长转换器5或第二波长转换器7的结构可相同或者不相同，具体为利用半导体光放大器SOA的非线性效应将一波长的光信号加载在另一个不同波长的直流激光上的波长转换结构。
优选的，第一波长转换器5或第二波长转换器7可采用如图9所示的结构，包括可调谐激光器10、非线性光放大器11和延时波导12，可调谐激光器10发出的探测光和信号光经波导连接非线性光放大器11输入端，非线性光放大器11的输出端分别连接光波导和延时波导12后输出信号。
优选的，第一波长转换器5或第二波长转换器7可采用如图10所示的结构，包括可调谐激光器10、非线性光放大器11、延时波导12、线性光放大器13和调相器14，信号光分为两路，分别经光波导和延时波导12后连接各自的线性光放大器13输入端，可调谐激光器10发出两路探测光，两个线性光放大器13输出端与各自对应的可调谐激光器10的输出端经耦合器耦合，将两个线性光放大器13输出端的信号与可调谐激光器10的两路探测光分别耦合，形成两路光信号后连接到各自的非线性光放大器11输入端，两路非线性光放大器11的其中一个非线性光放大器11输出端连接调相器14后与另一路的非线性光放大器11的输出端耦合后输出最终的光信号。
上述的可调谐激光器为可调谐的半导体激光器，非线性光放大器11采用非线性光放大器，线性光放大器13采用线性半导体光放大器。
本发明的N为正整数，当需要时，只需增加输入和输出光纤数目，并对应增加三个空间光路由器3、6、9端口数目和波长转换及路由模块A的数目，其中波长转换及路由模块A结构与设计均相同。
本发明的工作原理如下：
本发明中，图中出现的各信号波长下标一样则代表波长一样。输入光纤中传输的一组光信号波长矩阵如式1。其中下标第一个数字i代表光纤序号，第二个数字j代表信道序号，例如λ12表示第一根输入光纤的第二个信道波长。
其中，第一空间光路由器3与第二空间光路由器9设计相同，镜像使用，是具有相同自由光谱范围ΔλFSR、相同信道间隔Δv的AWGR或EDGR无源器件，与每根光纤输入信号波长范围及波长间隔相匹配。第一空间光路由器3路由路径如图3。经过路由后，输出端口波长矩阵如式2，其中每一行代表空间光路由器一个对应输出端口的波长：
第二空间光路由器9路由路径如图4，经过波长转换模块后，每个端口输入的波长矩阵如式2输出端口波长矩阵如式3：
波长转换及路由模块A中，基于可调谐激光器、SOA与MZI的第一波长转换器5和第二波长转换器7可以实现覆盖很宽波段的波长转换，即能把输入光信号加载在可调谐激光器能输出的任意波长光上。为避免波长转换后光信号与原信号之间串扰，设计第三空间光路由器6，使其与第一空间光路由器3、第二空间光路由器9具有不同的工作波长，原光信号通过第三空间光路由器6后便有很大的衰减。通过第一次波长转换，使原光信号加载在与3匹配的一组新的波长λ1,λ2,λ3,…λN上。第三空间光路由器6路由表如图5。经过第三空间光路由器6的转发，转换后光信号在对应端口进入第二次波长转换，此时转换后的波长应符合第二空间光路由器9的需要，同理，转换前的光信号通过第二空间光路由器9后也有很大损耗，避免了信道之间的串扰。
下面以几种典型信道交换为例，介绍具体路由过程：
(1)同一光纤中不同信道交换
如果一根光纤内某些信道需要交换，则可以如图6所示，每根输入光纤均连接一个波长转换及路由模块A，以输入光纤LN中的λN1与λN3交换为例，则首先在第一个波长转换及路由模块中，λN1与λN3经解复用分别进入第一、第三通道。将λN1转换至λ3，λN3转换至λ3，经过该波长转换及路由模块中的第三空间光路由器，分别在第二次波长转换的第三、第一通道转换为λN1、λN3，复用后输出，完成了光纤内的信号交换。
(2)不同光纤中，相同逻辑信道交换
相同逻辑信道是指不同光纤中，若直接经过第一空间光路由器3转发，进入第一空间光路由器3的同一个输出端口的波长，即式2中矩阵每一行都是一组相同逻辑信道。以λ11和λ22交换为例，如图6，首先，λ11和λ22分别从输入光纤L1、L2经第一组波长转换及路由模块，保持为λ11、λ22，发送至第一空间光路由器3的第一、第二输入端口，经过路由进入另一组波长转换及路由模块中的第一个。在另一组波长转换及路由模块中，λ11经第一次波长转换至λ2，经过第三空间光路由器6转发，进入第二次波长转换第二通道，再波长转换至λ22。同理，λ22经第一次波长转换至λ2，经过第三空间光路由器6转发，λ2进入第二次波长转换第一通道，再波长转换至λ11。λ11与λ22经复用器8复用后，进入第二空间光路由器9，分别转发至第一、第二输出端口。则完成输入光纤L1中λ11和输入光纤L2中λ22端口与波长的完全交换。
因为每一个第一空间光路由器3的输出端口都包含来自每一根输入光纤的对应相同逻辑信道，因此，输入光纤中的任一信道均可以与另外一根光纤中对应的相同逻辑信道完成端口与波长的完全交换。
接下来，在第三组波长转换及路由模块中，λ11和λ22可以再次分别转换至输出光纤L1’与L2’的任意一个信道。比如，λ11要转换至输出光纤L1’的第三信道λ13，则依据第三空间光路由器6的路由表，如图5，λ11在第三组波长转换及路由模块中，经第一次波长转换，转换至λ3，经过路由，再经第二次波长转换，转换至λ13，进入输出光纤L1’。至此，完成了任一输入光纤中的任一信道路由至某输出光纤的任一信道的全过程。
(3)不同光纤中，不同逻辑信道交换
以输入光纤L1中的λ12与输入光纤L2中的λ22交换为例，如图6。首先，λ12和λ22分别从输入光纤L1、L2经第一组波长转换及路由模块，保持为λ12、λ22，发送至第一空间光路由器3的第一、第二输入端口，经过路由进入另一组波长转换及路由模块中的第二个和第一个。在另一组波长转换及路由模块中，λ22第一次波长转换至λ2，经过第三空间光路由器6转发，λ2进入第二次波长转换第一通道，再波长转换至λ11，经复用器8复用后，进入第二空间光路由器9。同理，λ12经第一次波长转换，将其所载信号加载在λ4，路由至第二次波长转换的第三通道，再将信号加载在λ23。λ11和λ23经过第二空间光路由器9转发分别进入第一、第二输出端口。
与第二种情况下的信道交换不同的是，这种情况下，输入光纤L1中λ12转换为第二空间光路由器9第二输出端口中λ23信道，输入光纤L2中λ22转换为第二空间光路由器9第一输出端口中λ11信道，路由前后波长不一致。
同第二种情况，在第三组波长转换及路由模块中，λ23与λ11可以再次转换为输出光纤L2’与L1’中的任意一个信道。比如，λ23要转换至输出光纤L2’的第二信道λ22，完成输入光纤到输出光纤端口与波长的完全交换，则依据第三空间光路由器6的路由表，如图5，λ23在第三组波长转换及路由模块中，经第一次波长转换，转换至λ4，经过路由，再经第二次波长转换，转换至λ22，进入输出光纤L2’。
本发明除了可以用各种功能模块通过光纤连接搭建系统实现，还可以通过有源无源集成技术在芯片上实现，其中包括基于III-V晶圆的多次外延或量子阱混杂工艺单片集成、III-V与SOI精确键合混合集成。
本发明包括的所有结构，如第一空间光路由器3、第二空间光路由器9和波长转换及路由模块A均可全部或部分集成在同一芯片上。
其中，部分集成具体可根据器件功能分区域集成，比如波长转换及路由模块A中，每个波长转换器5可以集成为一个器件，阵列后，通过光纤和第三空间光路由器6、复用器8、解复用器4等其它器件连接，扩展为整个波长转换及路由模块。波长转换及路由模块与第一空间光路由器3及第二空间光路由器9之间同样采用光纤连接。
本发明的具体实施过程：
光解复用器4采用如图7所示一种AWG结构，在解复用器输入端口有一组波长不同的光信号，经过AWG器件，分为N路，从解复用器输出端口输出。
光复用器8采用如图8所示一种AWG结构，复用器输入端口处N个端口分别输入不同波长的光信号，经过AWG，合为一路，从复用器输出端口输出。
两组波长转换器5、7选择可采用如图9、图10所示结构。可调谐激光器10可以通过电流注入或热调谐等方式，获得直流激光。如图9所示，可调谐激光器10所发出的探测光和信号光一起进入非线性光放大器11，二者通过非线性交叉调制，探测光将会加载信号。由于半导体器件载流子寿命的限制，在高速交叉调制时，探测光的信号强度、相位随信号光改变而发生的变化会有拖尾现象。比如量子阱结构半导体芯片，载流子寿命约为几纳秒ns，显然不能满足10GHz及以上交叉调制响应需求。通过延时波导12，使探测光经不同长度上下两臂，以Δt的时间差到达输出端口。如图11A所示，此时两路探测光存在一个相位差通过优化相位差两束探测光干涉后可以消除原探测光“拖尾”效应，将相位信息转化为强度信息，提高信号质量，如图11B。图10所示结构则是先将入射信号光分成两路，下面一路通过延时波导12使得二者保持时间差Δt，通过线性放大器13使两路信号光功率平衡。10所发出的探测光也分成2路，分别与上臂、下臂信号光耦合为一路后进入非线性放大器11。同样，在11中发生探测光与信号光的交叉调制，再通过调相器14优化调节上下两臂探测光的相位差如图11，获得较好的探测光信号输出。
延时波导14的提供的上下两臂信号延时Δt根据信号速率决定。如果输入信号是10Gbit/s归零码，则Δt约为0.05ns。如果上下两臂探测光信号的相位差为180°，则可以完全干涉消光，达到最大消光比。
三个空间光路由器3、6、9如图12所示，为一种循环刻蚀衍射光栅EDGR，可将左边每一端口输入的波长路由至对应输出端口。结合图6中λ11与λ22的交换过程，当本系统为4根输入光纤，每根输入光纤中有4个信道，即4×4时，输入光纤中的各个信道经第一空间光路由器3转发后，进入第一空间光路由器3的第一输出端口的4个光信号波长分别为λ11＝1549.64nm，λ22＝1550.44nm，λ33＝1551.24nm，λ44＝1552.04nm。λ11经第一次波长转换，将信号加载在λ2＝1550.0nm上。如图13，为第三空间光路由器6的第一输入端口透射谱示例。λ11与λ2同时进入第三空间光路由器6的第一输入端口，但由于λ11不符合第三空间光路由器6的工作条件，所以有28dB以上的损耗，而λ2仅有2dB损耗左右，大大减少了原光信号λ11对后续路由过程的影响。通过转发，λ2在第三空间光路由器6的第二输出端口输出。
本发明的路由带宽主要受有源器件(包括半导体光放大器和可调谐激光器等)的动态响应带宽限制。在WDM系统中，波长可调谐激光器的波长切换响应时间直接决定了以波长为依据的光信号包转发响应时间。本路由结构经历了六次波长转换，则系统的典型最长响应时间为：
ttot＝6×tswitch+tc
其中，tc为一个通道路由路径处理时间，tswitch为波长转换器中可调谐激光器的信道切换时间。总的响应时间ttot也反映出光数据包队列延时，并因此确定了一个通道中相邻两个光信号数据队列之间所需的最小时间间隔。以V型耦合腔激光器为例，电注入调谐信道切换时间约500ps。基于目前的超大规模集成电路技术(VLSI technology)，tc可估计为0.5ns。基于SOA的单片集成波长转换结构可以完成10Gb/s～40Gb/s的波长转换。在40Gb/s情况下，系统的响应时间ttot不会造成信号拥堵，即本全光路由器预计可以完成N2×40Gb/s的数据路由。由此，本发明相比传统光-电-光路由器及现有光路由结构享有更大的带宽，可完成更高比特率的光数据处理、交换。
本发明所能承担的最大路由信道数目为N2，即N根输入光纤，每根光纤中的信道数目≤N。在增加输入光纤数目时，只需要重新设计三个空间光路由器3、6、9，使其端口数目与输入光纤数目保持一致，同时信道间隔符合入射光信号需要。波长转换及路由模块A中两次波长转换设计不需要更改，只需按照需求线性增加个数即可。
本发明中，光解复用器4和光复用器8两处的AWG器件也可以用刻蚀衍射光栅EDG或多模干涉耦合器MMI替代，三个空间光路由器3、6、9处的EDGR器件也可用AWGR器件替代。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：包括第一空间光路由器（3）、三组波长转换及路由模块（A）及第二空间光路由器（9）；N根单模输入光纤和第一空间光路由器（3）之间连接有第一组波长转换及路由模块（A），通过第一组波长转换及路由模块（A）将单模输入光纤中复用的各个光信号内的各信道进行波长转换处理传送到第一空间光路由器（3）中；第一空间光路由器（3）的输出端口经第二组波长转换及路由模块（A）与第二空间光路由器（9）的输入端口连接，将每组不同波长的光信号经过波长转换处理传送到第二空间光路由器（9）各自对应的输入端口中；第二空间光路由器（9）将由第二组波长转换及路由模块（A）输出的每组不同波长的光信号传送到第二空间光路由器（9）各自对应的输出端口；第二空间光路由器（9）经第三组波长转换及路由模块（A）连接单模输出光纤，通过第三组波长转换及路由模块（A）将第二空间光路由器（9）各路输出端口的光信号经波长转换处理重新加载在该路输出端口中的任意信道上；第一空间光路由器（3）和第二空间光路由器（9）镜像工作，使得由第二空间光路由器（9）输出的每路光纤中的各个光信号波长与第一空间光路由器（3）各自对应的输入光纤中的各个光信号波长一致。
2. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的波长转换及路由模块（A）包括依次连接的光解复用器（4）、N个第一波长转换器（5）、第三空间光路由器（6）、N个第二波长转换器（7）和光复用器（8）；第一空间光路由器（3）每路输出端口的光信号先经过光解复用器（4）分解为单波长信号，各个单波长信号经各自的第一波长转换器（5）传输到第三空间光路由器（6）中，第三空间光路由器（6）对单波长信号进行空间路由后再经第二波长转换器（7）波长转换后传送到光复用器（8），光复用器（8）将各个单波长信号合并为一路光信号输出到第二空间光路由器（9）。
3. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第一波长转换器（5）或者第二波长转换器（7）包括将转换前光信号滤除的光滤波器结构。
4. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第一波长转换器（5）及第二波长转换器（7）中不包括光滤波器结构，第三空间光路由器（6）与第一空间光路由器（3）、第二空间光路由器（9）具有不同的信道间隔，使得单模输入光纤及单模输出光纤中所传输的光信号的波长与第三空间光路由器（6）的传输光谱不匹配。
5. 根据权利要求2所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的光解复用器（4）为1×N光解复用器，采用阵列波导光栅（AWG）或衍射刻蚀光栅（EDG）。
6. 根据权利要求2所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的光复用器（8）为N×1光复用器，采用阵列波导光栅（AWG）、衍射刻蚀光栅（EDG）或多模干涉耦合器。
7. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第一空间光路由器（3）或第二空间光路由器（9）为循环阵列波导光栅或循环衍射刻蚀光栅。
8. 根据权利要求2所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第三空间光路由器（6）为循环阵列波导光栅或循环衍射刻蚀光栅。
9. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第一波长转换器（5）或第二波长转换器（7）为利用半导体光放大器的非线性效应将一波长的光信号加载在另一个不同波长的直流激光上的波长转换结构。
10. 根据权利要求1所述的一种模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器，其特征在于：所述的第一空间光路由器（3）、第二空间光路由器（9）和波长转换及路由模块（A）全部或部分集成在同一芯片上。
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