DE69811059T2

DE69811059T2 - Optischer speicher

Info

Publication number: DE69811059T2
Application number: DE69811059T
Authority: DE
Inventors: James Blow; John Manning; James Poustie
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: WO1998044512A1; JP2001517321A; DE69811059D1; AU6510298A; EP0970476A1; JP4553987B2; EP0970476B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Speicher.
Die Funktion eines "Speichers" ist einer der Hauptbausteine zur Realisierung einer fortgeschrittenen Informationsverarbeitung in zukünftigen Ultrahochgeschwindigkeits-Photoniknetzen. Beispielsweise ermöglicht der Speicher, optische 100 GBit/s-Pakete zu puffern und für die nachfolgende Verarbeitung der Daten in eine Warteschlange einzureihen. Außerdem ist der Speicher eine interne Funktion für serielle optische Rechensysteme. Zuvor wurden mehrere Typen serieller optischer Speicher unter Verwendung umlaufender Lichtleitfaserschleifen demonstriert. Diese Speicherentwürfe sind entweder impulserhaltend, wobei sich bei jedem Umlauf der Speicherschleife die gleichen optischen Impulse ausbreiten, oder regenerativ, wobei die Impulse nach einer gewissen Anzahl von Speicherumläufen ersetzt werden. Für Impulserhaltungsspeicher hängt die Langzeitstabilität des Datenmusters, da sie wie eine lange Übertragungsleitung wirken und die Impulse durch Ausbreitungswirkungen verschlechtert werden, davon ab, ob die optischen Impulse in der Speicherschleife zeitlich neu eingerichtet und neu geformt werden können. Diese Wirkungen werden durch regenerative Architekturen verringert, die somit eine bessere Stabilität bilden. Ein rein optischer regenerativer Speicher ist beschrieben in einem Artikel mit dem Titel "All-optical regenerative memory", A. J. Poustie, K. J. Blow und R. J. Manning, Nonlinear Guided Waves and their Applications, Bd. 15, 1996, OSA Technical Digest Series, der jetzt entwickelt worden ist, so daß ein binäres Datenmuster optischer Impulse über mehrere Stunden gespeichert werden kann. Dieser hochstabile Betrieb wird durch eine vollständige rein optische Regeneration des Datenmusters nach jedem Umlauf in einer Lichtleitfaser-Verzögerungsleitung erzielt. Dieser in Fig. 1 gezeigte rein optische Speicherentwurf ist eine Kombination zweier nichtlinearer optischer Schaltelemente und einer Lichtleitfaser-Speicherschleife.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch Anspruch 1 definiert ist, wird ein regenerativer optischer Speicher mit einer Übertragungsfunktion geschaffen, die so beschaffen ist, daß lediglich optische Daten mit einer Impulsamplitude oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts gespeichert werden, wobei die Amplitude der gespeicherten optischen Daten nach einer Anzahl von Umläufen in dem optischen Speicher im wesentlichen wenigstens an einen vorgegebenen Pegel angeglichen ist.
In der vorliegenden Erfindung ist ein regenerativer optischer Speicher so beschaffen, daß er eine Übertragungsfunktion schafft, die die Amplitudenangleichung für durch den Speicher gespeicherte optische Daten erzielt. Dies besitzt die Wirkung, Rauschen zu entfernen. Außerdem wird auch irgendeine Impulsamplitudenmodulation in den ursprünglichen Eingangsdaten entfernt. Die Angleichung kann auf eine Anzahl vorgegebener Pegel erfolgen, die durch die Übertragungsfunktion des Speichers bestimmt sind. Es werden lediglich Daten gespeichert, die eine Impulsamplitude oberhalb eines durch die Übertragungsfunktion des Speichers bestimmten Speicherschwellenwertpegels besitzen. Vorzugsweise enthält der regenerative Speicher Mittel zum Ändern des Speicherschwellenwertpegels.
Vorzugsweise umfaßt der regenerative Speicher Mittel zum Ändern der Energie der optischen Datenimpulse. Noch bevorzugter umfaßt der regenerative Speicher einen optischen Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor für die stabile Speicherung von Daten gewählt ist. Wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu klein ist, zerfallen die Daten schnell, während sie in dem Speicher umlaufen. Wenn die Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu groß ist, können in dem Speicher durch die Verstärkung der Signale zufällige Daten mit endlicher Energie erzeugt werden. Geeignete optische Verstärker umfassen optische Halbleiterverstärker und Erbium-dotierte optische Verstärker.
Vorzugsweise umfaßt der regenerative Speicher ein nichtlineares Schaltelement. Noch bevorzugter umfaßt der regenerative Speicher zwei verkettete nichtlineare Schaltelemente, die durch ein optisches Speicherelement miteinander gekoppelt sind. Vorzugsweise ist das optische Speicherelement ein Teilstück einer Lichtleitfaser. Alternativ kann das optische Speicherelement ein optischer Wellenleiter sein, wobei geeignete Beispiele für diesen planare Silica-Wellenleiter und Halbleiterwellenleiter umfassen. Geeignete nichtlineare optische Schaltelemente sind Halbleiterlaserverstärker in einem Schleifenspiegel (SLALOMs). Dies sind interferometrische nichtlineare Schalter mit einem optischen Verstärker als das nichtlineare Element. Am bevorzugtesten sind die nichtlinearen Schaltelemente optische asymmetrische Terahertz-Demultiplexer (TOADs), von denen jeder durch eine optische Quelle angesteuert wird. Geeignete optische Quellen sind Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung.
Vorzugsweise umfaßt der optische Speicher eine optische Quelle zum Zuführen von Schaltimpulsen an einen Eingang des optischen Schaltelements.
Vorzugsweise ist das optische Schaltelement ein interferometrischer nichtlinearer Schalter mit einem optischen Verstärker als das nicht- lineare Element. Noch bevorzugter ist das optische Schaltelement ein optischer asymmetrischer Terahertz-Demultiplexer (TOAD), der auf Schaltimpulse von der optischen Quelle anspricht, um zu ermöglichen, daß Daten aus der optischen Schleife ausgekoppelt werden.
Vorzugsweise weist das optische Schaltelement einen Ausgang zum Auslesen von Daten auf, die aus der optischen Schleife ausgekoppelt werden.
Es gibt mehrere Anwendungen für optische Speicher gemäß der Erfindung. Ein solcher Speicher kann beispielsweise in einem Computer, in einer optischen Verstärkerstation oder in einem Kommunikationsnetz enthalten sein.
Es werden nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben und einem bekannten Speicher gegenübergestellt, wobei in der Zeichnung:
Fig. 1 einen bestehenden rein optischen regenerativen Speicher zeigt;
Fig. 2 ein erstes Beispiel eines rein optischen regenerativen Speichers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 die Entwicklung einer nichtlinearen Schaltcharakteristik von einer Kosinusquadrat-Antwort zu einem Quadratfenster zeigt;
Fig. 4 zeigt, wie sich die in Fig. 3 gezeigte Quadratfenster-Antwort ändert, während eine Übertragungsfunktion eines nichtlinearen optischen Schaltelements in dem Speicher geändert wird;
Fig. 5(a) und 5(e) Oszillographenspuren für eine Anzahl von Datenmustern zeigen:
Fig. 6 ein zweites Beispiel eines rein optischen regenerativen Speichers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 bis 9 experimentelle Ergebnisse vom Schreiben und Lesen von Daten aus dem Speicher aus Fig. 6 mit verschiedenen "Lese"-Mustern zeigt;
Fig. 10 ein Beispiel eines Kommunikationsnetzes zeigt; und
Fig. 11 eine abgeänderte Version des regenerativen Speichers aus Fig. 6 zeigt.
Zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 ein bekannter rein optischer regenerativer Speicher gezeigt. Als die Quellen der optischen Impulse sind zwei schwankungsstabilisierte Halbleiterlaser 1 und 2 mit verteilter Rückkopplung (DFB) und mit geschaltetem Verstärkungsfaktor mit den Wellenlängen 1,551 um (λ&sub1;) bzw. 1,533 um (λ&sub2;) vorgesehen. Die Impulswiederholungsrate beträgt 1 GHz, wobei jede Quelle nach einer linearen Chirp-Kompensation in einem Teilstück einer normal dispergierenden Lichtleitfaser 10 ps-Impulse liefert. Es sind zwei nichtlineare optische Schaltelemente 3 und 4, die jeweils einen verschmolzenen 50 : 50-Faserkoppler umfassen, zwei Wellenlängenmultiplexkoppler (WDM-Koppler) zum Einführen und Abweisen der Schaltimpulse, ein Faserpolarisations- Controller zum Vorspannen des Schleifenspiegels und ein optischer Halbleiterverstärker, der gegenüber der Schleifenmitte versetzt ist, um ein Schaltfenster von 80 ps zu liefern, vorgesehen. Die optischen Schaltelemente von diesem Typ, die als optische asymmetrische Terahertz-Demultiplexer (TOADS) bekannt sind, sind in einem Artikel mit dem Titel "Asymmetric optical 100p mirror: analyses of an all-optical switch", Applied Optics, Bd. 33, Nr. 29, 1994, beschrieben. Der Impulszug mit λ&sub2; wird als das Eingangssignal in das optische Schaltelement 3 verwendet, das in Abwesenheit der Schaltimpulse auf die Gesamtreflexion vorgespannt ist. Der Impulszug mit λ&sub1; wird in zwei Impulszüge aufgespalten; wobei eine Hälfte als das Eingangssignal in das optische Schaltelement 4 verwendet wird, das ebenfalls auf die Gesamtreflexion vorgespannt ist, während die andere Hälfte mit einem LiNbO&sub3;-Amplitudenmodulator 5 moduliert wird, um das zu speichernde Datenmuster zu erzeugen, und lediglich einmal einem Schaltport 6 des optischen Schaltelements 3 zugeführt wird. Um die Speicherschaltung abzuschließen, ist das durchgelassene Ausgangssignal 7 des optischen Schaltelements 3 mit dem Schalteingang 8 für das optische Schaltelement 4 verbunden, während das durchgelassene Ausgangssignal 9 des optischen Schaltelements 4 über eine Lichtleitfaser-Speicherschleife 11 mit einem zweiten Schaltport 10 in dem optischen Schaltelement 3 verbunden ist. Somit schaltet das optische Schaltelement 3 das Datenmuster von λ&sub1; auf λ&sub2;, wobei die kopierten Daten der Speicherschleife 11 zugeführt werden. Das optische Schaltelement 4 setzt lediglich die Wellenlänge der Daten wieder auf λ&sub1; um, so daß sie das optische Schaltelement 3 nachfolgend erneut schalten kann. Die Inhalte des Speichers können durch einen (nicht gezeigten) 10%-Abgriff in der Faserschleife 11 überwacht werden. Mit dieser Anordnung können die beiden kurzen (Musterlänge « τ) und langen (Musterlänge τ)Datenfolgen erfolgreich über mehrere Stunden gespeichert werden. Dies entspricht mehr als 10 Milliarden (engl.: billion) Umläufen um die Speicherschaltung und einem effektiven Bitfehlerratenverhältnis von < 10&supmin;¹³.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines rein optischen regenerativen Speichers der vorliegenden Erfindung, der eine Amplitudenangleichung erzeugt, so daß irgendeine Impulsamplitudenmodulation in den ursprünglichen Eingangsdaten entfernt wird. Die Architektur kann zwischen Eingangsimpulsen mit verschiedenen Amplituden unterscheiden und so selbst auswählen, welche Impulse zu speichern sind. Wie bei der Architektur in Fig. 1 ist die Speicherarchitektur in Fig. 2 eine Kombination von zwei verketteten nichtlinearen optischen Schaltelementen 3 und 4. Durch vollständige rein optische Regenerierung des Datenmusters der optischen Impulse nach jedem Umlauf einer Lichtleitfaser-Speicherschleife 11 wird eine stabile Speicherung über mehrere Stunden erhalten. Solche nichtlinearen optischen Speicher auf der Grundlage optischer Halbleiterverstärker besitzen gegenüber reinen Faserschaltvorrichtungen einige Vorteile, da sie eine sehr niedrige Schaltenergie (typischerweise 1 pJ pro Impuls) benötigen und verhältnismäßig kompakt sein können, um die Latenzzeit in dem optischen Verarbeitungssystem zu verringern. Außerdem ist zusätzlich zu Fig. 1 ein Erbium-Verstärker 12 in die Schleife eingefügt, der das Ausgangssignal 7 des Schaltelements 3 mit dem Schalteingang 8 des Schaltelements 4 verbindet.
Die zusätzlichen Signalverarbeitungsfunktionen, die durch diese Architektur geschaffen werden, werden durch die Verwendung eines variablen Schwellenwertpegels erreicht, der so gewählt wird, daß eine stabile Speicherung geschaffen wird. Das Hauptmerkmal der Speicherarchitektur, welches diese zusätzlichen Signalverarbeitungsfunktionen ermöglicht, ist die sinusförmige Übertragungsfunktion jedes der nichtlinearen Schaltelemente. Für einen Umlauf des Speichers gibt es eine effektive Verkettung der nichtlinearen Antwortfunktionen, wobei diese Übertragungsfunktion jedesmal erneut angewendet wird, wenn die Daten regeneriert werden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, entwickelt sich die nichtlineare Schaltcharakteristik unter dieser Bedingung schnell aus einer Kosinusquadrat-Antwort in ein Quadratfenster. Die Graphen in Fig. 3 sind normiert, so daß eine Energie von 1 Einheit eine Phasenverschiebung von Pi Radiant (und somit in einem TOAD ein 100%-iges Schalten) ergibt, wobei Pi Radiant auf eins normiert gezeigt ist. Dieselbe Quadratantwort ist nach 5 Umläufen gezeigt und ergibt die Übertragung des Speichers im stationären Zustand. Fig. 4 zeigt die Bereiche dieses schließlichen Quadratfensters, während die Gesamtübertragung des optischen Schaltelements 4 geändert wird (wobei die Übertragungsfunktion des optischen Schaltelements 3 festgesetzt ist). Unter einem absoluten Übertragungswert von 0,7785 unterstützt der Speicher kein Fenster, wobei die Impulse verlorengehen. Während der Wert zunimmt, wird das Fenster breiter und der Schwellenwert für die Speicherung verringert. Da alle Eingangsimpulse mit einer Anfangsenergie im Bereich von > Pi/2 bis < 3Pi/2 in der Weise umgeformt werden, daß sie gleiche Energien besitzen, erzeugt die flache Oberseite der verketteten Antwort die Amplitudenwiederherstellungsfunktion. Ähnlich werden alle Anfangsimpulse mit Energien von < Pi/2 oder > 3Pi/2 schnell unterdrückt, wobei die Schwellenwertenergie für die Speicherung bei Pi/2 liegt.
In diesem experimentellen System besitzt der (nicht gezeigte) Datengenerator, der zur einmaligen Eingabe des Impulsdatenmusters in den Speicher verwendet wird, zwei unabhängige Kanäle, die kombiniert werden, um den LiNbo&sub3;-Amplitudenmodulator 5 anzusteuern. Ein Kanal (die binäre Folge 01001000) wird auf einem konstanten Ausgangssignal gehalten, während die Amplitude des zweiten Kanals (binäre Folge 10100101) geändert wird, um für den Speicher eine Eingangsimpulsfolge mit variabler Amplitude zu erzeugen. Da die Lebensdauer des in diesem Speicher vorgesehenen Erbium-Verstärkers 12 wesentlich länger als die Impulswiederholrate ist, werden alle Impulse auf gleiche Weise verstärkt, wobei sie ihre relativen Amplituden behalten. Die experimentellen Ergebnisse sind in den Fig. 5(a) bis 5(e) gezeigt. Die oberen Oszillographenspuren in jeder Figur zeigen die ursprünglichen Eingangsimpuls-Datenmuster, während die unteren Spuren die Datenmuster zeigen, die in dem Speicher gespeichert werden, nachdem das ursprüngliche Muster einmal eingegeben worden ist. Die Figuren zeigen aufeinanderfolgend, wie lediglich die Impulsamplituden oberhalb des Schwellenwertpegels gespeichert werden und die Amplitude angeglichen wird. Die Abhängigkeit der Lage des Schwellenwertpegels wurde dadurch gemessen, daß das Eingangsdatenmuster wie in Fig. 5(c) festgesetzt wurde und der Schwellenwertpegel durch Einstellen des Verstärkungsfaktors eines Erbium-Verstärkers 12 zwischen den optischen Schaltelementen 3 und 4 geändert wurde, um die Gesamtübertragungsfunktion abzuändern. Während der Schwellenwertpegel fortschreitend gesenkt wird, folgt das gespeicherte Muster der in den Fig. 5(c) bis 5(e) gezeigten Folge, so daß anstelle von lediglich drei Impulsen, die über dem ursprünglichen Schwellenwertpegel liegen, alle Impulse gespeichert werden.
Es ist möglich, die Übertragungsfunktion des regenerativen Speichers durch Einstellen des Verstärkungsfaktors des Erbium-Verstärkers in der Weise einzustellen, daß er eine Phasenverschiebung liefert, die für einige Impulse größer als Pi Radiant ist, so daß die verkettete Übertragungsfunktion anstelle einer Quadratfenster-Charakteristik ein zinnenförmiges Fenster ist. Dies ermöglicht die Amplitudenangleichung bei einer Anzahl verschiedener Pegel je nach der Phasenverschiebung jedes Impulses.
Obgleich in Fig. 2 ein einziger Erbium-Verstärker 12 gezeigt ist, können auf Wunsch weitere Verstärker vorgesehen sein.
Der in Fig. 6 gezeigte regenerative optische Speicher ist ähnlich dem aus Fig. 2, wobei er aber ein drittes optisches Schaltelement 13 (TOAD3) enthält, das die wahlweise Abwandlung eines in dem Speicher gespeicherten Datenmusters ermöglicht. Ein Impulszug mit λ&sub2; von dem DFB-Halbleiterlaser 2 wird über eine Verzögerungsstufe 16 einem Elektroabsorptionsmodulator 14 zugeführt, wo er mit Lesedaten moduliert wird, sowie einem Schalteingang 17 des dritten optischen Schaltelements 13 zugeführt. Ein Dateneingang 18 des Elements 13 ist über ein Trennglied 19 mit dem Ausgang 9 des Schaltelements 4 verbunden. In Abwesenheit eines Schaltimpulses an dem Eingang 17 läuft das Datenmuster weiter über das Schaltelement 13 in dem optischen Speicher um. Wenn in den Schalteingang des optischen Schaltelements 13 ein Schaltimpuls eingegeben wird, wird der Datenimpuls aus der Speicherschleife 11 ausgekoppelt, falls im gleichen Augenblick ein Datenimpuls am Eingang in das optische Schaltelement 13 vorhanden ist. Der geschaltete Datenimpuls kann am Ausgang 15 des optischen Schaltelements 13 ausgelesen werden. Auf diese Weise führt das optische Schaltelement 13 eine UND- Funktion aus, die wahlweise Daten aus dem in dem Speicher gespeicherten Datenmuster entfernt. In bezug auf das in dem optischen Speicher umlaufende Datenmuster führt dies zur wahlweisen Entfernung von Impulsen, die logischen "1"-en entsprechen.
In dieser experimentellen Konfiguration werden die Impulse, die gelesen werden, durch das Trennglied 19 oder durch den Eingang in das Element 13 gesperrt, wobei auf sie aber unter Verwendung eines Lichtleitfaserzirkulators direkt zugegriffen werden kann. Die Schaltelemente 3, 4 enthalten beide optische Halbleiterverstärker (SOAs), die Bandkanten um 1560 nm haben. Dies hat den Vorteil, daß das Verhältnis der Phasenänderung zur Änderung des Verstärkungsfaktors bei den Betriebswellenlängen maximiert wird, während der Grad der Amplitudenmodulation für die Impulse in den Elementen verringert wird.
Die einstellbare Verzögerungsleitung 16 und weiter die einstellbaren Verzögerungsleitungen 20, 21 (z. B. Santec ODC-300) werden verwendet, um eine Bitebenensynchronisation zu erreichen.
In Fig. 11 ist eine abgewandelte Version der Vorrichtung aus Fig. 6 gezeigt, in der der Ausgang 15 des optischen Schaltelements 13 mit einem Eingang 101 eines nachfolgenden regenerativen Speichers verbunden ist. Dieser nachfolgende regenerative Speicher 100 kann irgendeine geeignete Form besitzen, obgleich er vorzugsweise ein regenerativer Speicher gemäß der Erfindung ist, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Eingangssignal 101 dadurch gebildet, daß die empfangenen optischen Impulse, anstatt daß der Modulator 5 vorhanden ist, direkt in den Schalteingang 6 des Schaltelements 3 eingegeben werden. Wenn der regenerative Speicher 100 vorhanden ist, wird bei der Eingabe eines Schaltimpulses in den Schalteingang 17 irgendein Datenimpuls, der an dem Eingang 18 in das optische Schaltelement 13 vorhanden ist, über den Ausgang 15 aus der Speicherschleife ausgelesen und in den regenerativen Speicher 100 eingelesen. Somit kann durch die Eingabe einer ununterbrochenen Folge von Schaltimpulsen in den Schalteingang 17 ein Strom von Datenimpulsen aus der Speicherschleife ausgelesen und in dem regenerativen Speicher 100 gespeichert werden.
Durch Verbinden eines Ausgangs 102 des regenerativen Speichers 100 mit einem zweiten Schalteingang 108 des Schaltelements 4 können diese Impulse vorübergehend gespeichert und daraufhin neu in die Speicherschleife eingeführt werden.
Damit eine Datenfolge erfolgreich in die Speicherschleife geschrieben wird, sind in der Schleife an dem Punkt, an dem die Daten eingeschrieben werden sollen, d. h. an dem Schaltpunkt 8, offensichtlich vorzugsweise keine Datenimpulse vorhanden. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, daß ein Abschnitt des Speichers wie oben beschrieben unter Verwendung des Schaltelements 13 gelöscht wird. Alternativ können die nachfolgenden Datenimpulse einfach neu über die in dem Speicher vorhandenen Datenimpulse geschrieben werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die höchstwertigen Bits der einzuschreibenden Daten gegen die niedrigstwertigen Bits der momentan in der Speicherschleife gespeicherten Daten auszutauschen (obgleich dies voraussetzt, daß die Daten beiderseits des gespeicherten Datenworts keine optischen Impulse enthalten).
Irgendwelche Zeitverzögerungen, die erforderlich sind, um sicherzustellen, daß die Daten von dem regenerativen Speicher 100 in den Schalteingang 108 eingegeben werden, werden unter Verwendung geeigneter Verzögerungsstufen 103, 104 zwischen dem Ausgang 15 des Schaltelements 13 und dem regenerativen Speicher 100 und zwischen dem Ausgang 102 des regenerativen Speichers 100 und dem Schalteingang 108 des Schaltelements 4 erreicht.
Es wird erkannt, daß die in dem regenerativen Speicher 100 gespeicherten Daten durch Eingabe in einen Schalteingang des Schaltelements 3 in die Speicherschleife geschrieben werden können.
Eine weitere Alternative besteht darin, daß die aus der Speicherschleife und über das Schaltelement 13 ausgelesenen und in dem regenerativen Speicher 100 gespeicherten Daten dadurch, daß der Ausgang 102 an einen (nicht gezeigten) zweiten Eingang des Schaltelements 13 gekoppelt wird, erneut in die Speicherschleife eingegeben werden können. Dementsprechend werden Datenimpulse in der Speicherschleife von dem Eingang 18 an den Ausgang 15 übertragen, wobei Daten aus der Speicherschleife entfernt werden, wenn in den Schalteingang 17 ein Schaltimpuls eingegeben wird, während die in dem nachfolgenden regenerativen Speicher 100 gespeicherten Daten in den (nicht gezeigten) zweiten Eingang des Schaltelements 13 eingegeben und direkt an die Speicherschleife übertragen werden. Dies ermöglicht, daß die Inhalte der Speicherschleife gereinigt wird, während Daten eingeschrieben werden.
Schließlich ist es außerdem möglich, daß die Daten dadurch, daß der nachfolgende regenerative Speicher 100 und die zugeordneten Verzögerungsleitungen 103, 104 durch eine einzelne Verzögerungsleitung ersetzt werden, aus der Speicherschleife ausgelesen und daraufhin einfach zu einem nachfolgenden Zeitpunkt in die Speicherschleife zurückgeschrieben werden. Diese einzelne Verzögerungsleitung kann dazu verwendet werden, die geforderte Zeitverzögerung einzuführen, bevor das Datenmuster über eines der Schaltelemente 3, 4, 12 wie oben beschrieben in die Speicherschleife zurückgeschrieben wird.
Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen experimentelle Ergebnisse vom Schreiben und Lesen von Daten aus dem Speicher mit verschiedenen "Lese"- Mustern. Jede obere Oszillographenspur zeigt die 40-Bit-Datenfolge, die ursprünglich dadurch in dem Speicher gespeichert wird, daß die "Schreib"-Daten lediglich einmal eingegeben werden. Die mittleren Oszillographenspuren zeigen einen Abschnitt der verschiedenen für die "Lese"-Operation verwendeten Datenfolgen, die erneut nur einmal eingegeben wurden. Da es lediglich eine Synchronisation der gespeicherten Daten mit der "Lese"-Datenfolge auf der Bitebene, aber keine absolute Synchronisation auf der "Speicherrahmen"-Ebene gab, wurde die Länge der "Lese"-Datenfolge so eingerichtet, daß sie den gesamten Speicherrahmen (~1000 Bits) belegt. Dies stellte sicher, daß die 40 Bits gespeicherter Daten beim ersten Auftreten der "Lese"- Daten gelesen wurden. Die untere Oszillographenspur zeigt die endgültigen gespeicherten Daten, nachdem die Impulse wahlweise gelesen worden sind. Jede Figur ist vertikal in einer Bitebenensynchronisation angeordnet, so daß das Auftreten eines "Lese"-Impulses zur Entfernung des entsprechenden ursprünglich gespeicherten Impulses führt. Aus einer sorgfältigen Untersuchung ist ersichtlich, daß die drei verschiedenen endgültigen gespeicherten Datenmuster alle richtig aus den eingegeben "Lese"-Daten folgen.
Die in den Fig. 7 und 9 verwendeten Lesemuster sind:
10101010101... - Fig. 7
1111000011110000... - Fig. 8
100000000010000000001... - Fig. 9
Wie in dem vorhergehenden Beispiel besitzt der Erbium-Verstärker 12 einen einstellbaren Verstärkungsfaktor, so daß der Schwellenwertpegel geändert werden kann, um die Amplitudenangleichung zu erzielen. Allerdings sind in Fig. 6 außerdem eine Anzahl zusätzlicher Erbium-Verstärker 22 vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Schaltimpulse die richtige Energie besitzen.
Fig. 10 zeigt ein Kommunikationsnetz 30 mit einer Anzahl von Endstationen 31, die über eine Anzahl von Netzelementen 32 und Lichtleitfaser-Kommunikationsverbindungen 33 über das Netz 30 verbunden sind. Die Netzendstationen 31 enthalten jeweils einen Computer, der einen regenerativen optischen Speicher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zum Speichern von Daten enthält. Ähnlich enthalten auch die Netzelemente 32, die beispielsweise optische Vermittlungen oder optische Verstärkungsstationen sein können, einen regenerativen optischen Speicher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, um zu ermöglichen, daß optische Daten über das Netz 30 übertragen werden.

Claims

1. Regenerativer optischer Speicher, der eine optische Schleife (11), in der optische Datenimpulse umlaufen, und wenigstens ein nichtlineares Schaltelement (3, 4), das längs der Schleife (11) angeordnet ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Schleife (11) ein optischer Verstärker (12) vorgesehen ist, wobei das (die) nichtlineare(n) Schaltelement(e) (3, 4) und der Verstärker so beschaffen sind, daß sie die in der Schleife (11) umlaufenden optischen Impulse regenerieren, wobei der optische Verstärker (12) einen Verstärkungsfaktor besitzt, derart, daß nur Impulse mit einer Amplitude oberhalb eines Schwellenwertes in dem Speicher gespeichert werden und die Amplitude optischer Impulse, die in dem Speicher gespeichert sind, nach einer Anzahl von Umläufen in der optischen Schleife (11) im wesentlichen an wenigstens einen vorgegebenen Pegel angeglichen wird.

2. Regenerativer optischer Speicher nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein nichtlineares Schaltelement (3, 4) eine sinusförmige Übertragungsfunktion besitzt.

3. Regenerativer optischer Speicher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem längs der Schleife (11) zwei nichtlineare Schaltelemente (3, 4) vorgesehen sind, derart, daß sie verkettet sind, wobei die zwei nichtlinearen Schaltelemente (3, 4) über ein optisches Speicherelement (11) miteinander gekoppelt sind.

4. Regenerativer optischer Speicher nach Anspruch 3, bei dem das optische Speicherelement ein Teilstück einer Lichtleitfaser ist.

5. Regenerativer optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mittel vorgesehen sind, die den Schwellenwert, bei dem die Impulse gespeichert werden, variieren.

6. Regenerativer optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mittel vorgesehen sind, die die Spektralenergie der optischen Datenimpulse ändern.

7. Regenerativer optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das oder jedes optische Schaltelement ein interferometrischer, nichtlinearer Schalter (3, 4) ist, dem als das nichtlineare Element ein optischer Verstärker zugeordnet ist.

8. Regenerativer optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein weiteres optisches Schaltelement (13) in der optischen Schleife (11) aufweist, um in Reaktion auf die Eingabe eines optischen Signals von einer optischen Quelle (2) in einen Eingang (17) des weiteren optischen Schaltelements (13) wenigstens einen Teil der Datenimpulse wahlweise aus der optischen Schleife (11) auszukoppeln, um die Inhalte des Speichers zu ändern.

9. Regenerativer optischer Speicher nach Anspruch 8, bei dem wenigstens das weitere optische Schaltelement (13) ein optischer, asymmetrischer Terahertz-Demultiplexer ist, der auf Schaltimpulse von der optischen Quelle anspricht, um ein Auskoppeln von Daten aus der optischen Schleife zuzulassen.

10. Regeneratives optisches Speichersystem, das einen ersten regenerativen Speicher nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 und einen zweiten regenerativen optischen Speicher (100) umfaßt, wobei der Ausgang (15) des weiteren optischen Schaltelements des ersten Speichers mit einem Eingang (101) des zweiten optischen Speichers verbunden ist, um wenigstens einen Teil eines aus dem ersten optischen Speicher ausgelesenen Datenmusters zu speichern.

11. Regeneratives optisches Speichersystem nach Anspruch 10, bei dem der zweite optische Speicher (100) einen mit einem Eingang (108) des ersten optischen Speichers gekoppelten Ausgang aufweist, um Daten aus dem zweiten optischen Speicher (100) in den ersten optischen Speicher einzulesen.

12. Regeneratives optisches Speichersystem nach Anspruch 11, bei dem der Eingang (108) des ersten optischen Speichers ein zweiter Eingang des optischen Schaltelements ist und bei dem der Ausgang (102) des zweiten regenerativen Speichers (100) mit dem zweiten Eingang des optischen Schaltelements gekoppelt ist, so daß wenigstens ein Abschnitt des Datenmusters in dem zweiten optischen Speicher (100) in Reaktion auf die Eingabe eines optischen Signals in den Eingang des optischen Schaltelements in den ersten optischen Speicher eingelesen werden kann.

13. Computer, der einen optischen Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

14. Optischer Verstärker, der einen optischen Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfaßt.

15. Kommunikationsnetz, das einen optischen Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfaßt.