CN107872740B - 一种全光数据选路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全光数据选路装置。该装置中第一输入元件与第一分束元件的输入端连接，第二输入元件与第二分束元件的输入端连接，第一分束元件的第一输出端和第二分束元件的第一输出端分别与第一合束元件的两个输入端连接，第二分束元件的第二输出端与第二合束元件的第一输入端连接，第三输入元件与第二合束元件的第二输入端连接，第一全光开关的两个输入端分别与第一合束元件的输出端和第四输入元件连接，输出端与第一输出元件连接，第二全光开关的两个输入端分别与第二合束元件的输出端和第四输入元件连接，输出端与第二输出元件连接。本发明结构简单，大大提高了数据选路的速度，且降低了整个装置的功耗。

Description

一种全光数据选路装置
技术领域
本发明涉及全光网络技术领域，特别是涉及一种全光数据选路装置。
背景技术
目前，网络中数据的交换、选路装置是以电信号作为信号的载体，大多的选路装置是由晶体管等电子器件集成。而由于现有的选路装置中一方面电子器件本身受到集成的制约，例如，晶体管需要服从摩尔定律，使得制程越来越接近半导体的物理极限，晶体管难以缩小，导致数据选路速度慢；另一方面电子器件的受到开关的时间的制约，也会导致数据选路速度慢。
发明内容
基于此，有必要提供一种能提高数据选路速度的全光数据选路装置。
一种双输出全光数据选路装置，包括：
第一输入元件、第二输入元件、第三输入元件、第四输入元件、第一分束元件、第二分束元件、第一合束元件、第二合束元件、第一全光开关、第二全光开关、第一输出元件和第二输出元件；
所述第一输入元件与所述第一分束元件的输入端连接，所述第一分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第一输入端连接，所述第二输入元件与所述第二分束元件的输入端连接，所述第二分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第二输入端连接，所述第二分束元件的第二输出端与所述第二合束元件的第一输入端连接，所述第三输入元件与所述第二合束元件的第二输入端连接，所述第一合束元件的输出端与所述第一全光开关的第一输入端连接，所述第四输入元件与所述第一全光开关的第二输入端连接，所述第一全光开关的输出端与所述第一输出元件连接，所述第二合束元件的输出端与所述第二全光开关的第一输入端连接，所述第四输入元件与所述第二全光开关的第二输入端连接，所述第二全光开关的输出端与所述第二输出元件连接。
可选的，所述第一输入元件、第二输入元件和第三输入元件均包括偏振激光器，所述偏振激光器用于发出两束光束，并将所述两束光束形成一束相干控制光。
可选的，所述第一输入元件的所述偏振激光器与所述第一分束元件的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第一分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍。
可选的，所述第二输入元件的所述偏振激光器与所述第二分束元件的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第二输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件的第二输出端与所述第二合束元件的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍。
可选的，所述第三输入元件的所述偏振激光器与所述第二合束元件的第二输入端的距离为所述相干控制光的半个波长的奇数倍。
可选的，所述第一分束元件、第二分束元件、第一合束元件和第二合束元件均为表面刻蚀有二氧化硅膜的硅片。
可选的，所述第一全光开关和所述第二全光开关为表面刻蚀有二氧化硅膜的光开关。
可选的，所述第一输入元件、所述第二输入元件、所述第三输入元件、所述第四输入元件、所述第一输出元件和所述第二输出元件均为偏振光纤或波导。
可选的，所述偏振激光器为单纵模偏振激光器。
本发明还提供了一种多输出全光数据选路装置，包括多级选路装置，每级选路装置均由上述双输出全光数据选路装置构成；上一级选路装置中的所述双输出全光数据选路装置的所述第一输出元件的输出端和所述第二输出元件的输出端分别连接一个下一级选路装置中的双输出全光数据选路装置的第四输入元件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种全光数据选路装置，第一输入元件与第一分束元件的输入端连接，第一分束元件的第一输出端与第一合束元件的第一输入端连接，第二输入元件与第二分束元件的输入端连接，第二分束元件的第一输出端与第一合束元件的第二输入端连接，第二分束元件的第二输出端与第二合束元件的第一输入端连接，第三输入元件与第二合束元件的第二输入端连接，第一合束元件的输出端与第一全光开关的第一输入端连接，第四输入元件与第一全光开关的第二输入端连接，第一全光开关的输出端与第一输出元件连接，第二合束元件的输出端与第二全光开关的第一输入端连接，第四输入元件与第二全光开关的第二输入端连接，第二全光开关的输出端与第二输出元件连接。该全光数据选路装置结构简单，避免了设置电学元件，采用光学元件提高了响应时间和计算速度，进而大大提高了数据选路的速度，并且整个运算过程的功耗几乎为零，大大降低了整个装置的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种双输出全光数据选路装置的结构图；
图2为“Y”型结构的分束元件的结构图；
图3为“Y”型结构的合束元件的结构图；
图4为本发明实施例一种四输出全光数据选路装置的结构图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种双输出全光数据选路装置的结构图。
参见图1，实施例中的双输出全光数据选路装置，包括：
第一输入元件All0、第二输入元件A0、第三输入元件All1、第四输入元件Data0、第一分束元件F1、第二分束元件F2、第一合束元件H1、第二合束元件H2、第一全光开关S1、第二全光开关S2、第一输出元件Y1和第二输出元件Y2；
所述第一输入元件All0与所述第一分束元件F1的输入端连接；所述第一分束元件F1的第一输出端与所述第一合束元件H1的第一输入端连接，所述第二输入元件A0与所述第二分束元件F2的输入端连接，所述第二分束元件F2的第一输出端与所述第一合束元件H1的第二输入端连接，所述第二分束元件F2的第二输出端与所述第二合束元件H2的第一输入端连接，所述第三输入元件All1与所述第二合束元件H2的第二输入端连接，所述第一合束元件H1的输出端与所述第一全光开关S1的第一输入端连接，所述第四输入元件Data0与所述第一全光开关S1的第二输入端连接，所述第一全光开关S1的输出端与所述第一输出元件Y1连接，所述第二合束元件H2的输出端与所述第二全光开关S2的第一输入端连接，所述第四输入元件Data0与所述第二全光开关S2的第二输入端连接，所述第二全光开关S2的输出端与所述第二输出元件Y2连接。
本实施例中，所述第一输入元件All0、第二输入元件A0和第三输入元件All1均包括单纵模偏振激光器，所述单纵模偏振激光器用于发出两束光束，并将所述两束光束形成一束相干控制光；所述第一输入元件All0的所述单纵模偏振激光器与所述第一分束元件F1的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第一分束元件F1的第一输出端与所述第一合束元件H1的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍；所述第二输入元件A0的所述单纵模偏振激光器与所述第二分束元件F2的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件F2的第一输出端与所述第一合束元件H1的第二输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件F2的第二输出端与所述第二合束元件H2的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍；所述第三输入元件All1的所述偏振激光器与所述第二合束元件H2的第二输入端的距离为所述相干控制光的半个波长的奇数倍。
本实施例中，所述第一输入元件All0、第二输入元件A0、第三输入元件All1、所述第四输入元件Data0、所述第一输出元件Y1和所述第二输出元件Y2均为偏振光纤或波导；
所述第一分束元件F1、第二分束元件F2、第一合束元件H1和第二合束元件H2均为表面刻蚀有二氧化硅膜的硅片，所述第一分束元件F1、第二分束元件F2、第一合束元件H1和第二合束元件H2的原理相同，均是通过控制相干控制光的光程差实现光信号的相干相消，进而实现控制光信号的运算的；
所述第一分束元件F1和所述第二分束元件F2均为“Y”型结构的分束元件，如图2所示，其中a为“Y”型结构的分束元件的输入端，b、c分别为“Y”型结构的分束元件的输出端，当输入端a有光信号输入的时候，光信号的强度I0，两个输出端b、c的强度在理想情况下同样为I1(I1<kI0,
Figure BDA0001523532700000051
)，当输入端a没有光信号输入的时候，两个输出端口的光信号的强度为0，如下表所示：
Figure BDA0001523532700000052
所述第一合束元件H1和所述第二合束元件H2均为“Y”型结构的合束元件，如图3所示，其中d、e分别为“Y”型结构的合束元件的输入端，f为“Y”型结构的合束元件的输出端，当输入端有光信号输入的时候，信号的强度为
Figure BDA0001523532700000053
或者为0，输出端的光信号强度在理想情况下同样为0、
Figure BDA0001523532700000054
I0三种情况，如下表所示：
Figure BDA0001523532700000055
所述第一全光开关S1和所述第二全光开关S2为表面刻蚀有二氧化硅膜的光开关，所述第一全光开关S1和所述第二全光开关S2均为直线结构，其原理为利用非线性效改变波导透射率，来实现数据的输出，具体为通过控制光H控制输入信号光D的输出，控制光D在半导体上的非线性效应改变了结构波导的折射率进而提高了光的透射率来提信号D的输出，当控制光较弱的时候，D输出信号较弱，输出状态为逻辑0，当控制光较强的时候，D的输出信号较强，输出的状态为逻辑1，如下表所示：
Figure BDA0001523532700000061
本实施例中的所有元件均是通过在圆形微腔结构或者纳米金属颗粒的表面等离子体上使用纳米技工技术得到的。
本实施例中的双输出全光数据选路装置所有的元件均为光学元件，避免了设置电学元件，结构简单，其中采用的“Y”型结构的分束、合束元件的响应时间小于50fs，采用的直线结构的全光开关的响应时间小于500fs，这样使得整个装置的响应时间约为500fs，计算速度为2THz，远远超出了现有的计算水平，因此，大大提高了响应时间和计算速度，进而大大提高了数据选路的速度；所述双输出全光数据选路装置设置所有的元件均为光学元件，还使得整个运算过程的功耗几乎为零，大大降低了整个装置的功耗。
本发明还提供了一种四输出全光数据选路装置，图4为本发明实施例一种四输出全光数据选路装置的结构图，参见图4，所述四输出全光数据选路装置包括三级选路装置，每级选路装置均由上述双输出全光数据选路装置构成，第一级双输出全光数据选路装置1的第一输出元件Y1的输出端连接第二级双输出全光数据选路装置2的第四输入元件，第一级双输出全光数据选路装置1的第二输出元件Y2的输出端连接第三级双输出全光数据选路装置3的第四输入元件，所述四输出全光数据选路装置的输出为D0、D1、D2、D3。
本实施例中的四输出全光数据选路装置所有的元件均为光学元件，避免了设置电学元件，结构简单，设置“Y”型结构的分束、合束元件以及直线结构的全光开关提高了响应时间和计算速度，进而大大提高了数据选路的速度，并且整个运算过程的功耗几乎为零，大大降低了整个装置的功耗。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种双输出全光数据选路装置，其特征在于，包括：
第一输入元件、第二输入元件、第三输入元件、第四输入元件、第一分束元件、第二分束元件、第一合束元件、第二合束元件、第一全光开关、第二全光开关、第一输出元件和第二输出元件；
所述第一输入元件与所述第一分束元件的输入端连接，所述第一分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第一输入端连接，所述第二输入元件与所述第二分束元件的输入端连接，所述第二分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第二输入端连接，所述第二分束元件的第二输出端与所述第二合束元件的第一输入端连接，所述第三输入元件与所述第二合束元件的第二输入端连接，所述第一合束元件的输出端与所述第一全光开关的第一输入端连接，所述第四输入元件与所述第一全光开关的第二输入端连接，所述第一全光开关的输出端与所述第一输出元件连接，所述第二合束元件的输出端与所述第二全光开关的第一输入端连接，所述第四输入元件与所述第二全光开关的第二输入端连接，所述第二全光开关的输出端与所述第二输出元件连接；
所述第一输入元件、第二输入元件和第三输入元件均包括偏振激光器，所述偏振激光器用于发出两束光束，并将所述两束光束形成一束相干控制光；
所述第一输入元件的所述偏振激光器与所述第一分束元件的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第一分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍；
所述第二输入元件的所述偏振激光器与所述第二分束元件的输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件的第一输出端与所述第一合束元件的第二输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍，所述第二分束元件的第二输出端与所述第二合束元件的第一输入端的距离为所述相干控制光的波长的整数倍；
所述第三输入元件的所述偏振激光器与所述第二合束元件的第二输入端的距离为所述相干控制光的半个波长的奇数倍。
2.根据权利要求1所述的一种双输出全光数据选路装置，其特征在于，所述第一分束元件、第二分束元件、第一合束元件和第二合束元件均为表面刻蚀有二氧化硅膜的硅片。
3.根据权利要求1所述的一种双输出全光数据选路装置，其特征在于，所述第一全光开关和所述第二全光开关为表面刻蚀有二氧化硅膜的光开关。
4.根据权利要求1所述的一种双输出全光数据选路装置，其特征在于，所述第一输入元件、所述第二输入元件、所述第三输入元件、所述第四输入元件、所述第一输出元件和所述第二输出元件均为偏振光纤或波导。
5.根据权利要求1所述的一种双输出全光数据选路装置，其特征在于，所述偏振激光器为单纵模偏振激光器。
6.一种多输出全光数据选路装置，其特征在于，包括多级选路装置，每级选路装置均由如权利要求1-5中任意一项所述的双输出全光数据选路装置构成；上一级选路装置中的所述双输出全光数据选路装置的所述第一输出元件的输出端和所述第二输出元件的输出端分别连接一个下一级选路装置中双输出全光数据选路装置的第四输入元件。
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