CN104393921B - 基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器 - Google Patents
基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，各部分的连接：光耦合器（20）第一端口接待缓存光信号（10），第三端口经光隔离器（50）与第一环形谐振腔缓存单元输入（111）相连，构成光信号输入部分；（20）的第二端口连接光示波器（30），第四端口接光隔离器（60）的输出，构成光信号输出部分；第一至第N环形谐振腔缓存单元的输出（121、221、…、N21）分别连接第二至第N环形谐振腔缓存单元的输入（211、311、…、N11）和第二光隔离器（60）的输入，构成光信号缓存部分；比特发生器（40）控制第一至第N光相位调制器（1111、1112、…、111N），构成光信号延迟调控部分。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，适用于对高速光信号的存储、控制和处理，特别涉及一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器。
背景技术
信息网由传输和交换组成，目前传输部分已经完成了由电到光的革命，但是与超大容量光传输明显不匹配的是，信息的处理仍采用电子器件，受限于光电转换和电子器件的数据处理速度，很容易造成信息网络的拥塞。为了有效提高全光网络节点的吞吐量，避免不同用户间的网络竞争，迫切需要一种能对光信号进行有效延迟或缓存的光缓存器件。
光信号的传输时间为：，其中是光路的长度，是群速度，因此光缓存器的设计主要有两种思路：（1）延长传输路径的长度；（2）减慢光的速度。基于延长光传输路径的全光缓存器最常采用的是一种“交换延迟线”结构，它是由一系列2×2光开关和多段延迟光纤组成，通过接通不同的光开关，可按需要对光信号进行不同的延迟，但由于没有控制功能，信号的延迟只能通过光开关预先设定，使得这种类型光缓存器的应用范围受到极大限制。目前的改进方案主要是设计光纤反馈环路，如基于3×3耦合器的双环耦合型全光缓存器[吴重庆、付松年、董晖，“双环耦合全光缓存器”，国家发明专利02153429.2]和基于光开关矩阵的光缓存器[迟楠、张俊文，“基于N×N光开关矩阵的可调谐多环路多进制光缓存器”国家发明专利，200910055840.7]。
对于减慢光速，最有效的方法是基于量子相干效应的电磁诱导透明（EIT）技术，但由于需要在超低温（接近绝对零度）下进行，实验系统过于复杂、成本昂贵。另外，还有利用高色散二维波导光子晶体来减慢光速的方法，如[陆培祥、杨振宇、陈伟等，“一种基于光子晶体光纤的全光缓存器”，国家发明专利，200810047325.X]，但是光子晶体与通信用单模光纤连接困难，有较高的插入损耗和偏振依赖性。此外，最近还有人提出利用宽带受激布里渊散射、受激拉曼放大或非线性布拉格光栅等来实现光速减慢的方案，但这些方案目前仍处于理论分析阶段，远未达到可实用化的程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有光缓存器在性能、成本和应用上暴露的不足，提出一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，实现对光信号延迟缓存的灵活调节。
本发明的技术方案：
本发明提出一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，包括：待缓存光信号、第零2×2光耦合器、第一一至第N一2×2光耦合器、第一二至第N二2×2光耦合器、第一至第N光相位调制器、第一至第N单模光纤、第一、第二光隔离器、比特发生器、光示波器。
所述各器件的连接如下：
所述的待缓存信号与第零2×2光耦合器的第一端口相连，第零2×2光耦合器的第三端口经第一光隔离器与第一环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的输入部分；
光示波器与第零2×2光耦合器的第二端口相连，第零2×2光耦合器的第四端口经第二光隔离器与第N环形谐振腔缓存单元的输出端口相连，构成光信号的输出部分；
第一环形谐振腔缓存单元的输出端口与第二环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，第二环形谐振腔缓存单元的输出端口与第三环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，……, 第N-1环形谐振腔缓存单元的输出端口与第N环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的缓存部分；
比特发生器的第一至第N输出端口分别与第一至第N光相位调制器的调制端口相连，构成光信号的延迟调控部分；
第一环形谐振腔缓存单元由第一一、第一二2×2光耦合器、第一光相位调制器，第一单模光纤器件组成，其器件的连接：第一一2×2光耦合器的第一端口为第一环形谐振腔缓存单元的输入端口，第一二2×2光耦合器的第一端口为第一环形谐振腔缓存单元的输出端口。第一一2×2光耦合器的第二端口经第一单模光纤与第一二2×2光耦合器的第二端口相连，第三端口与第一光相位调制器的光输入端口相连，第一光相位调制器的光输出端口与第一二2×2光耦合器的第三端口相连，第四端口与第一二2×2光耦合器的第四端口相连；
第二环形谐振腔缓存单元由第二一、第二二2×2光耦合器、第二相位调制器，第二单模光纤器件组成，其器件的连接：第二一2×2光耦合器的第一端口为第二环形谐振腔缓存单元的输入端口，第二二2×2光耦合器的第一端口为第二环形谐振腔缓存单元的输出端口。第二一2×2光耦合器的第二端口经第二单模光纤与第二二2×2光耦合器的第二端口相连，第三端口与第二光相位调制器的光输入端口相连，第二光相位调制器的光输出端口与第二二2×2光耦合器的第三端口相连，第四端口与第二二2×2光耦合器的第四端口相连；
……；
第N环形谐振腔缓存单元由第N一、第N二2×2光耦合器、第N相位调制器，第N单模光纤器件组成，其器件的连接：第N一2×2光耦合器的第一端口为第N环形谐振腔缓存单元的输入端口，第N二2×2光耦合器的第一端口为第N环形谐振腔缓存单元的输出端口。第N一2×2光耦合器的第二端口经第N单模光纤与第N二2×2光耦合器的第二端口相连，第三端口与第N光相位调制器的输入端口相连，第N光相位调制器的输出端口与第N二2×2光耦合器的第三端口相连，第四端口与第N二2×2光耦合器的第四端口相连；
光信号的输入部分、光信号的缓存部分、光信号的延迟调控部分、光信号的输出部分，构成基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器。
本发明的有益效果具体如下：
本发明提出一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，充分利用光环形谐振腔多次反馈的回路作用，并通过比特发生器的编码控制光相位调制器的相位，使光信号的相干耦合发生变化，从而实现对光信号延迟、存储、提取的灵活处理。该全光缓存器对解决目前的网络拥塞、降低网络构建成本、推动全光网发展将具有重要的经济和社会意义。
附图说明
图1基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器的结构图，N≥1的整数。
图2基于单个环形谐振腔可调延迟的全光缓存器的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一，图1，一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，包括：待缓存光信号10、第零2×2光耦合器20、第一一至第N一2×2光耦合器11、21、……、N1、第一二至第N二2×2光耦合器12、22、……、N2、第一至第N光相位调制器1111、1112、……、111N、第一至第N单模光纤1121、1122、……、112N、第一、第二光隔离器50、60、比特发生器40、光示波器30。
所述各器件的连接如下：
所述的待缓存信号10与第零2×2光耦合器的第一端口201相连，第零2×2光耦合器的第三端口203经第一光隔离器50与第一环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的输入部分；
光示波器30与第零2×2光耦合器的第二端口202相连，第零2×2光耦合器的第四端口204经第二光隔离器60与第N环形谐振腔缓存单元的输出端口相连，构成光信号的输出部分；
第一环形谐振腔缓存单元的输出端口与第二环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，第二环形谐振腔缓存单元的输出端口与第三环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，……, 第N-1环形谐振腔缓存单元的输出端口与第N环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的缓存部分；
比特发生器40的第一至第N输出端口分别与第一至第N光相位调制器1111、1112、……、111N的调制端口相连，构成光信号的延迟调控部分；
第一环形谐振腔缓存单元由第一一2×2光耦合器11、第一二2×2光耦合器12、第一光相位调制器1111，第一单模光纤1121器件组成。其组成器件的连接：第一一2×2光耦合器的第一端口111为第一环形谐振腔缓存单元的输入端口，第一二2×2光耦合器的第一端口121为第一环形谐振腔缓存单元的输出端口。第一一2×2光耦合器的第二端口112经第一单模光纤1121与第一二2×2光耦合器的第二端口122相连，第三端口113与第一光相位调制器1111的光输入端口相连，第一光相位调制器1111的光输出端口与第一二2×2光耦合器的第三端口123相连，第四端口114与第一二2×2光耦合器的第四端口124相连；
第二环形谐振腔缓存单元由第二一2×2光耦合器21、第二二2×2光耦合器22、第二相位调制器1112，第二单模光纤1122器件组成。其组成器件的连接：第二一2×2光耦合器的第一端口211为第二环形谐振腔缓存单元的输入端口，第二二2×2光耦合器的第一端口221为第二环形谐振腔缓存单元的输出端口。第二一2×2光耦合器的第二端口212经第二单模光纤1122与第二二2×2光耦合器的第二端口222相连，第三端口213与第二光相位调制器1112的光输入端口相连，第二光相位调制器1112的光输出端口与第二二2×2光耦合器的第三端口223相连，第四端口214与第二二2×2光耦合器的第四端口224相连；
……；
第N环形谐振腔缓存单元由第N一2×2光耦合器N1、第N二2×2光耦合器N2、第N相位调制器111N，第N单模光纤112N器件组成。其组成器件的连接：第N一2×2光耦合器的第一端口N11为第N环形谐振腔缓存单元的输入端口，第N二2×2光耦合器的第一端口N21为第N环形谐振腔缓存单元的输出端口。第N一2×2光耦合器的第二端口N12经第N单模光纤112N与第N二2×2光耦合器的第二端口N22相连，第三端口N13与第N光相位调制器111N的输入端口相连，第N光相位调制器111N的输出端口与第N二2×2光耦合器的第三端N23口相连，第四端口N14与第N二2×2光耦合器的第四端口N24相连；
1≤N≤20的整数；
第一至第N单模光纤1121、1122、……、112N的长度均在50cm～50m范围之间；
光信号的输入部分、光信号的缓存部分、光信号的延迟调控部分、光信号的输出部分，构成基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器。
实施例二，图2，一种基于单个环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，包括：待缓存光信号10、第零2×2光耦合器20、第一一2×2光耦合器11、第一二2×2光耦合器12、光相位调制器1111、单模光纤1121、第一光隔离器50、第二光隔离器60、比特发生器40、光示波器30。
所述各器件的连接如下：
所述的待缓存信号10与第零2×2光耦合器的第一端口201相连，第零2×2光耦合器的第三端口203经第一光隔离器50与环形谐振腔缓存单元的输入端口111相连，构成光信号的输入部分；
光示波器30与第零2×2光耦合器的第二端口202相连，第零2×2光耦合器的第四端口204经第二光隔离器60与环形谐振腔缓存单元的输出端口121相连，构成光信号的输出部分；
环形谐振腔缓存单元由第一一2×2光耦合器11、第一二2×2光耦合器12、光相位调制器1111，单模光纤1121器件组成，所述各器件间的连接：第一一2×2光耦合器的第二端口112经单模光纤1121与第一二2×2光耦合器的第二端口122相连，第三端口113与光相位调制器1111的光输入端口相连，光相位调制器1111的光输出端口与第一二2×2光耦合器的第三端口123相连，第四端口114与第一二2×2光耦合器的第四端口124相连。环形谐振腔缓存单元构成光信号的缓存部分；
比特发生器40的第一输出端口与光相位调制器1111的调制端口相连，构成光信号的延迟调控部分；
单模光纤1121的长度在50cm～50m范围之间；
光信号的输入部分、光信号的缓存部分、光信号的延迟调控部分、光信号的输出部分，构成基于单个环形谐振腔可调延迟的全光缓存器。
Claims (3)
1.一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，其特征在于，该全光缓存器包括，待缓存光信号(10)、第零2×2光耦合器(20)、第一一至第N一2×2光耦合器(11、21、…、N1)、第一二至第N二2×2光耦合器(12、22、…、N2)、第一至第N光相位调制器(1111、1112、…、111N)、第一至第N单模光纤(1121、1122、…、112N)、第一、第二光隔离器(50)、(60)、比特发生器(40)、光示波器(30)；
所述各器件的连接如下：
待缓存光信号(10)与第零2×2光耦合器的第一端口(201)相连，第零2×2光耦合器的第三端口(203)经第一光隔离器(50)与第一环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的输入部分；
光示波器(30)与第零2×2光耦合器的第二端口(202)相连，第零2×2光耦合器的第四端口(204)经第二光隔离器(60)与第N环形谐振腔缓存单元的输出端口相连，构成光信号的输出部分；
第一环形谐振腔缓存单元的输出端口与第二环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，第二环形谐振腔缓存单元的输出端口与第三环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，依次类推，将前一个环形谐振腔缓存单元的输出端口与后一个环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，第N-1环形谐振腔缓存单元的输出端口与第N环形谐振腔缓存单元的输入端口相连，构成光信号的缓存部分；
比特发生器(40)的第一至第N输出端口分别与第一至第N光相位调制器(1111、1112、…、111N)的调制端口相连，构成光信号的延迟调控部分；
第一环形谐振腔缓存单元由第一一2×2光耦合器(11)、第一二2×2光耦合器(12)、第一光相位调制器(1111)，第一单模光纤(1121)器件组成，其组成器件的连接：第一一2×2光耦合器的第一端口(111)为第一环形谐振腔缓存单元的输入端口，第一二2×2光耦合器的第一端口(121)为第一环形谐振腔缓存单元的输出端口；第一一2×2光耦合器的第二端口(112)经第一单模光纤(1121)与第一二2×2光耦合器的第二端口(122)相连，第一一2×2光耦合器的第三端口(113)与第一光相位调制器(1111)的光输入端口相连，第一光相位调制器(1111)的光输出端口与第一二2×2光耦合器的第三端口(123)相连，第一一2×2光耦合器的第四端口(114)与第一二2×2光耦合器的第四端口(124)相连；
第二环形谐振腔缓存单元由第二一2×2光耦合器(21)、第二二2×2光耦合器(22)、第二光相位调制器(1112)，第二单模光纤(1122)器件组成；其组成器件的连接：第二一2×2光耦合器的第一端口(211)为第二环形谐振腔缓存单元的输入端口，第二二2×2光耦合器的第一端口(221)为第二环形谐振腔缓存单元的输出端口；第二一2×2光耦合器的第二端口(212)经第二单模光纤(1122)与第二二2×2光耦合器的第二端口(222)相连，第二二2×2光耦合器的第三端口(213)与第二光相位调制器(1112)的光输入端口相连，第二光相位调制器(1112)的光输出端口与第二二2×2光耦合器的第三端口(223)相连，第二二2×2光耦合器的第四端口(214)与第二二2×2光耦合器的第四端口(224)相连；
同理，以上述同样的方式构成第三至第N-1环形谐振腔缓存单元；
第N环形谐振腔缓存单元由第N一2×2光耦合器(N1)、第N二2×2光耦合器(N2)、第N光相位调制器(111N)，第N单模光纤(112N)器件组成；其组成器件的连接：第N一2×2光耦合器的第一端口(N11)为第N环形谐振腔缓存单元的输入端口，第N二2×2光耦合器的第一端口(N21)为第N环形谐振腔缓存单元的输出端口；第N一2×2光耦合器的第二端口(N12)经第N单模光纤(112N)与第N二2×2光耦合器的第二端口(N22)相连，第N一2×2光耦合器的第三端口(N13)与第N光相位调制器(111N)的输入端口相连，第N光相位调制器(111N)的输出端口与第N二2×2光耦合器的第三端口(N23)相连，第N一2×2光耦合器的第四端口(N14)与第N二2×2光耦合器的第四端口(N24)相连；
1≤N≤20的整数；
第一至第N单模光纤(1121、1122、…、112N)的长度均在50cm～50m范围之间；
光信号的输入部分、光信号的缓存部分、光信号的延迟调控部分、光信号的输出部分，构成基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器。
2.根据权利要求1所述一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，其特征在于，所述的比特发生器(40)输出为由0或1组成的N比特码，共有2N种码型。
3.根据权利要求1所述一种基于环形谐振腔可调延迟的全光缓存器，其特征在于，所述的第一至第N光相位调制器(1111、1112、…、111N)在0码控制时的相位均为0，在1码控制时的相位均为π；或在0码控制时的相位均为π，在1码控制时的相位均为0。
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