CN1320401C - 十进制可编程光延时装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种十进制可编程光延时装置。它包含多级延时器模块，每级延时器模块外接不同长度的光纤延时线，多个结构相同的延时器模块以上级延时器模块光信号输出端口连接下级延时器模块光信号输入端口的方式进行串联，最上级的延时器模块的光输入端口构成装置的光输入端口，最下级的延时器模块的光输出端口构成装置的光输出端口；每个延时器模块有一个外接注入电流的电端口。本发明实现了可编程的大范围光延时，减少了波长变换器的使用个数，并实现模块化，便于按需灵活接配使用。

Description

十进制可编程光延时装置
技术领域：
本发明涉及一种光延时装置，特别是一种十进制可编程光延时装置。
背景技术：
在光信号处理领域，经常遇到要对某一信号先延时一段时间然后再做某种信息处理；在光包交换网的交换系统和接入系统中，常常出现包的竞争问题，一种较好的解决办法就是把其中一个包先延时一段时间，待另一个包交换完成或上传结束再把该包从延时器中取出；在军事领域，导弹的精确致导更需要精确的延时器；在微波技术方面，制作电的延时器是比较困难的，因为电缆的损耗太大，而光纤的损耗却非常低，所以用光纤延时器代替电缆是可行的，只要在光纤延时器两端加上电/光，光/电转换器，光纤延时器也能在电的领域发挥作用。
国际上对光延时器的研究十分重视，已经提出很多方案和进行了一系列的实验。
光延时器主要有：基于光延时线加光开关；基于反射光纤(F-P腔)加光开关；基于光纤环等多个方案，其中基于波长变换的光纤环，采用光耦合器输入、解复用器输出的方案是一个实现光包可变延时的较佳方案。
基于波长变换的光延时器，在输入端，先将延时器中包的波长变换到一个特定的波长上去：如果它需要延时一个环路周期，则它在进入延时器之前将被变换成波长λ2，经解复用器和波长变换器再将波长λ2变换为λ1。由于λ1是延时器的输出波长，因此这将导致信号在光纤环中环行一周后输出。同样，如果一个包需要延时两个周期，它将被变换成波长λ3上，在延时器中信号先变换成λ2，延时一个周期，再变换成λ1，这样信号在光纤中环行两周。依次类推，一个包可以通过n个波长变换器延时n个周期。这个方案的优点是光信号的每次环行，产生的干扰比较小，可以不必预留保护带宽。其缺点是环行的次数受到波长变换器数量的限制，因此可延时的时间不长。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种十进制可编程光延时装置，能减少波长变换器的使用数目而获得较大的延时时间，降低成本，同时达到可编程以满足多用途需求。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种十进制可编程光延时装置，它包含有多级延时器模块，延时器模块由波长变换模块和光纤环构成，其特征在于每级延时器模块外接不同长度的光纤延时线，多个结构相同的延时器模块以上级延时器模块光信号输出端口连接下级延时器模块光信号输入端口的方式进行串联，最上级的延时器模块的光输入端口构成装置的光输入端口，最下级的延时器模块的光输出端口构成装置的光输出端口；每个延时器模块有一个外接注入电流的电端口；波长变换模块将信号光波长λs变换为λs的λn，其中n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8或9；光纤环的结构是：一个耦合器的输出依次经一个三端口环行器、一个光纤光栅、一个四波混频波长变换器、一个半导体光放大器、另一个四波混频波长变换器、另一个半导体光放大器和外接光纤延时线后回输至耦合器的一个输入端口，有两个泵浦光源分别连接两个四波混频波长变换器；耦合器的另一个输入端口连接波长变换器的输出端口，三端口环行器的一个输出端口连接光输出端口；若λn等于λ0，信号直接被光纤光栅反射经环行器从本级延时器输出进入下一级；若λn不等于λ0，信号经光纤光栅进入两个四波混频波长变换器，将信号波长变为λn-1然后进入光纤延时线，重新耦合进入光纤光栅再次由两个四波混频波长变换器把信号波长降为λn-2，直到信号延时了n个延时单元、波长变换为λ0，信号被光纤光栅反射，经环行器从本级延时器输出进入下一级。
上述的装置由四个延时器模块串联构成，四个延时器模块的外接光纤延时线分别依次对应1000、100、10和1纳秒的延时单元，每个延时器模块内的波长变换器指出数据包通过其光纤环的次数为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
上述的延时器模块有四个光端口，即两个光端口分别连接光纤延时线的两个端口，一个光输入端口和一个光输出端口；延时器模块由波长变换模块连接光纤环构成。
上述的波长变换模块由可调谐激光器与波长变换器相连构成；波长变换器的一个端口连接光输入端口，另一端连接可调谐激光器，波长变换器的输出端口连接光纤环的耦合器的一个输入端口；可调谐激光器具有所述外接注入电流的电端口。
上述的两个四波混频波长变换器的结构是：两个泵浦光源分别经两个耦合器连接两个四波混频器，该两个耦合器分别串联于两个四波混频器之前的光环路之中，而两个四波混频器之后的光环路之中各串联一个带通滤波器。
上述的两个四波混频器可以是半导体光放大器，也可以是光纤。
本发明的工作原理及特点是：
1.利用数学上常用的十进制的进位方式，采用串联结构，实现了可编程的大范围光延时。具体地讲，本发明由多个结构相同的延时器模块串联组成，每个模块外接不同长度的光纤延时线，分别对应1000、100、10和1纳秒的延时单元，用波长变换器指定数据包通过每级光纤环的次数q、b、s、g(q、b、s、g为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)，用各级延时器的延时组合即可得到总的延时(1000*q+100*b+10*s+1*g)纳秒，因此该延时器的延时范围为1-9999纳秒。
比如，波长为λs的光信号要延时3086纳秒，把该时间要求分别与四个可调激光器的注入电流i3，i0，i8和i6相对应。信号先进入千位延时器，注入电流i3使得本级λn＝λ3，信号经历三次千位延时器的光纤环后输出，进入百位延时器，注入电流i0使得本级λn＝λ0，信号不经历百位延时器的光纤环，直接输出到十位延时器，相应地在十位延时器的光纤环循环8次，在个位延时器的光纤环循环6次后从可编程光延时器中输出。如果需要恢复为进入延时器前的波长λs，可让延时后的信号再通过一个可调波长变换器。
延时器模块的内部结构如图2所示，波长为λs的信号进入延时器后，若需经历n次循环，则在相应注入电流控制下，可调激光器输出波长为λn的激光作为波长变换器的连续探测光源，从而使信号波长变换成λn，经耦合器进入延时器的光纤环中循环。
若λn等于λ0，说明信号的延时时间不足本级单元延时时间，也就不需本级延时器延时，信号就会被光纤光栅反射，经环行器从本级延时器输出，进入下一级；
若λn不等于λ0，信号则经光纤光栅进入两个四波混频波长变换器，信号波长变为λn-1，然后进入光纤延时线，重新耦合进入光纤光栅，再次由两个四波混频的波长变换器把信号的波长降为λn-2，直到信号延时了n个延时单元、波长变换为λ0，信号就会被光纤光栅反射，经环行器从本级延时器输出，本级循环结束，再进入下一级。下一级的循环控制与此类似。
加两个半导体光放大器是为了对光信号进行功率补偿。
2.利用两个四波混频波长变换器串联的结构，通过合理分配两个四波混频波长变换器的泵浦光源频率，主要是控制两泵浦光源的频率间隔等于二分之一的信道频率间隔，实现了同一信道组内波长信道的逐级递减，且波长信道序号每降一次光包就在光纤环中循环一次，延时一个单元时间，大大减少了波长变换器的使用个数，且每个波长变换器的利用率都很高，所以性价比较高。
四波混频波长变换器可以把一组信道信号同时变换到一组新的波长上，但是原波长与变换波长总是分列在泵浦波长两边，且是反序排列的，如图3所示。单用一个四波混频波长变换器无法实现信号波长序号降1后还与原波长属同一组信道。若信道频率间隔为Ω，则ωp2＝ωp1-Ω/2，通过中间变换频率ω9m、ω8m……ω1m，ω9、ω8……ω1信道的频率即变为原频率值减Ω，变换成了ω8、ω7……ω0，亦即波长序号降1。
3.延时单元以纳秒为单位，使得本发明可以灵活地用于不同速率的光信号与电信号的延时。
4.若延时范围不够大或不够精确，还可再增加一级或多级更高或更低延时单元的延时器模块，所以本发明的时延量还可以向两端扩展。
5.本发明还实现了每级延时器的模块化，想让该模块延时多少时间只要外接相应长度的光纤延时线即可，使用起来非常灵活方便。
据上所述，本发明与现有技术相比具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明利用数学上常用的十进制的进位方式，采用串联结构，实现了可编程的大范围光延时。利用两个四波混频波长变换器串联的结构实现了同一信道组内波长信道的逐级递减，减少了波长变换器的使用个数；延时单元以纳秒为单位，可以灵活地用于不同速率的光信号与电信号的延时。每级延时器的模块化，便于按需灵活接配使用。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构框图。
图2是图1示例的延时器模块的原理图。
图3是图1示例的两级四波混频波长变换器实现波长序号降1的示意图。
图4是图1示例的延时器模块的结构框图。
具体实施方式：
本发明的一个优选实施例是：参见图1、图2和图4，本十进制可编程光延时装置，由四个延时器模块4、6、8、10构成，四个延时器模块4、6、8、10的外接光纤延时线3、5、7、9分别依次对应1000、100、10和1纳秒的延时单元，每个延时器模块4、6、8、10内的波长变换器12指出数据包通过其光纤环的次数为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。四个延时器模块4、6、8、10的串连方式是：上级延时器模块光信号输出端口连接下级延时器模块光信号输入端口的方式进行串联，最上级的延时器模块4的光输入端口构成装置的光输入端口2，最下级的延时器模块10的输出端口构成装置的光输出端口11；每个延时器模块4、6、8、10有一个外接注入电流的电端口1；延时器模块4、6、8、10有四个光端口，即两个光端口分别连接光纤延时线3、5、7、9的两个端口，一个光输入端口2和一个光输出端口11；延时器模块4、6、8、10由波长变换模块连接光纤环构成。波长变换模块由可调谐激光器13与波长变换器12相连构成；波长变换器12的一个端口连接光输入端口1，另一端连接可调谐激光器13，波长变换器12的输出端口连接光纤环的耦合器14的一个输入端口；可调谐激光器13有一个外接注入电流的电端口1。光纤环的结构是：一个耦合器14的输出依次经一个三端口环行器15、一个光纤光栅16、一个耦合器23、一个四波混频器24、一个带通滤波器25、一个半导体光放大器19、另一个耦合器26、另一个四波混频器27、另一个带通滤波器28、另一个半导体光放大器22和外接光纤延时线3、5、7、9后回输至耦合器14的一个输入端口，有两个泵浦光源18、21分别经两个耦合器23、26连接两个四波混频器24、27；耦合器14的一个输入端口连接波长变换器12的输出端口，三端口环行器15的一个输出端口连接光输出端口11。
图3示出两级四波混频波长变换器17、20实现波长序号降1的示意图。
上述实施例中，波长变换器12为基于半导体光放大器的交叉增益调制效应的全光波长变换器，信号光与连续探测光从相反方向输入，可省去滤波器。可调激光器13可利用日本NTT公司的宽范围准连续调谐的超结构光栅分布反馈激光器(SSG DFBLD)，波长范围在1540～1574nm，准调谐范围34nm。用它产生10个光频率分别为193.0THz，193.1THz…193.9THz，对应的注入电流分别记作i0，i1，…i9。延时时间数的某数字位上数字为几，就把该级延时器的注入电流设定为几号电流。环行器15用一般的3端口环行器即可，光纤光栅16反射频率为193.0THz，两个四波混频波长变换器17、20的四波混频器24、27可用Opto Speed公司的半导体光放大器SOA1550MRI X1500实现，分别配两个激光器作泵浦光源18、21，输出频率分别为194.0THz和193.95THz，3个耦合器14、23、26为50∶50的2*1耦合器。两个带通滤波器25、28分别滤出两个四波混频器24、27变换出的波长，通带范围分别为194.0~195.0THz，192.9~193.9THz。两个半导体光放大器19、22也可用Opto Speed公司的SOA1550MRI X1500。当然，每个半导体光放大器都需配相应的电源提供注入电流才能工作。
光纤延时线3、5、7、9用普通的G.652单模光纤即可，长度分别为204.778米、20.478米、2.048米和0.205米，是用真空中光速除以光纤折射率再乘以本级延时单元时间计算得到的。

Claims (6)

1.一种十进制可编程光延时装置，它包含有多级延时器模块(4、6、8、10)，延时器模块(4、6、8、10)由波长变换模块和光纤环构成，其特征在于每级延时器模块外接不同长度的光纤延时线(3、5、7、9)，多个结构相同的延时器模块(4、6、8、10)以上级延时器模块光信号输出端口连接下级延时器模块光信号输入端口的方式进行串联，最上级的延时器模块(4)的光输入端口构成装置的光输入端口(2)，最下级的延时器模块(10)的光输出端口构成装置的光输出端口(11)；每个延时器模块(4、6、8、10)有一个外接注入电流的电端口(1)；波长变换模块将信号光波长λs变换为λs的λn，其中n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8或9；光纤环的结构是：一个耦合器(14)的输出依次经一个三端口环行器(15)、一个光纤光栅(16)、一个四波混频波长变换器(17)、一个半导体光放大器(19)、另一个四波混频波长变换器(20)、另一个半导体光放大器(22)和外接光纤延时线(3、5、7、9)后回输至耦合器(14)的一个输入端口，有两个泵浦光源(18、21)分别连接两个四波混频波长变换器(17、20)；耦合器(14)的另一个输入端口连接波长变换器(12)的输出端口，三端口环行器(15)的一个输出端口连接光输出端口(11)；若λn等于λ0，信号直接被光纤光栅反射经环行器从本级延时器输出进入下一级；若λn不等于λ0，信号经光纤光栅进入两个四波混频波长变换器，将信号波长变为λn-1然后进入光纤延时线，重新耦合进入光纤光栅再次由两个四波混频波长变换器把信号波长降为λn-2，直到信号延时了n个延时单元、波长变换为λ0，信号被光纤光栅反射，经环行器从本级延时器输出进入下一级。
2.根据权利要求1所述的十进制可编程光延时装置，其特征在于由四个延时器模块(4、6、8、10)串联构成，四个延时器模块(4、6、8、10)的外接光纤延时线(3、5、7、9)分别依次对应1000、100、10和1纳秒的延时单元，每个延时器模块(4、6、8、10)内的波长变换器(12)指出数据包通过其光纤环的次数为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
3.根据权利要求1所述的十进制可编程光延时装置，其特征在于延时器模块(4、6、8、10)有四个光端口，即两个光端口分别连接光纤延时线(3、5、7、9)的两个端口，一个光输入端口(2)和一个光输出端口(11)；延时器模块(4、6、8、10)由波长变换模块连接光纤环构成。
4.根据权利要求3所述的十进制可编程光延时装置，其特征在于波长变换模块由可调谐激光器(13)与波长变换器(12)相连构成；波长变换器(12)的一个端口连接光输入端口(2)，另一端连接可调谐激光器(13)，波长变换器(12)的输出端口连接光纤环的耦合器(14)的一个输入端口；可调谐激光器(13)上具有所述外接注入电流的电端口(1)。
5.根据权利要求3所述的十进制可编程光延时装置，其特征在于两个四波混频波长变换器(17、20)的结构是：两个泵浦光源(18、21)分别经两个耦合器(23、26)连接两个四波混频器(24、27)，该两个耦合器(23、26)分别串联于两个四波混频器(24、27)之前的光环路之中，而两个四波混频器(24、27)之后的光环路之中各串联一个带通滤波器(25、28)。
6.根据权利要求5所述的十进制可编程光延时装置，其特征在于两个四波混频器(24、27)是半导体光放大器、或光纤、或激光器、或无源半导体波导。
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