基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器 技术领域 本发明涉及一种基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 属于光通 信技术领域， 尤其适用于对高速光信号的存储、 控制、 处理等领域。
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， 迫切需要一种能对输入光信号进行有效延迟或缓存的器件。相比 于传统的电控存储器， 光控全光缓存器在处理速度、 存取时间、 每比特能耗、 成本、 体积等方 面都具有明显的优势， 被公认为是向下一代智能全光网络演进的重要支撑器件。
光信号的传输时间为 ： τ ＝ L/vg， 其中 L 是光路的长度， vg 是群速度， 因此光控全 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， 但这种缓存器需要双环协同工作， 信号的存取码速很低 ； 另一种高 Q 谐振 环型全光缓存器， 虽然有效地改善了信号的存取速率， 但其不仅需要具有时间依赖性的复 杂耦合控制， 而且每个谐振环每次只能对单比特进行处理， 长数据串的存取必须采用多环 阵列的方式， 器件尺寸和成本都明显提高。
对于减慢光速， 根据减慢因子 ( 光在真空中的速度与光实际的群速度之比 ) ：
可以通过增大折射率 n 或增大折射率的相对变化来实现， 由于普通介质的折射率与真空相差不大， 依赖增大折射率获得光速减慢将非常有限， 因此出路只 能是增大折射率的相对变化。实现这一目的最有效的方法 ： 一种是在高色散二维波导光子 晶体中引入缺陷， 通过光子能级带隙的设计减慢光速， 但其与通信用光纤连接困难， 有较高 的插入损耗和偏振依赖性。另一种是基于量子相干效应的电磁诱导透明 (EIT) 技术， 但其 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。此外， 人们还提出 了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全光缓存器在性能、 应用和成本上暴露的 不足， 提出一种基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 不仅可在泵浦光增 益控制下实现光信号的缓存， 还能对光脉冲进行整形。本发明的技术方案 ：
本发明提出一种基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 包括 ： 待 缓存光信号的输入部分、 泵浦光对待缓存光信号的控制部分、 光信号的缓存部分和光信号 的探测部分， 所述各部分的连接如下 ：
一种基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 该全光缓存整形器包 括， 待缓存光信号、 复合光栅耦合器、 环形谐振腔、 第一光隔离器、 第二光隔离器、 第一泵浦 光源、 第一波分复用器和光信号分析仪 ； 其构成器件的连接 ：
待缓存光信号通过第一光隔离器与第一波分复用器的第一端口相连， 第一波分复 用器的第三端口与复合光栅耦合器的第一端口连接， 构成光信号的输入部分 ；
第一泵浦光源通过第二光隔离器与第一波分复用器的第二端口相连， 构成待缓存 光信号的控制部分 ；
复合光栅耦合器的第二端口通过单模光纤与复合光栅耦合器的第三端口连成环 形谐振腔， 构成光信号的缓存部分 ；
复合光栅耦合器的第四端口和信号分析仪相连， 构成光信号的探测部分 ；
所述的光信号的输入部分、 待缓存光信号的控制部分、 光信号的缓存部分、 光信号 的探测部分， 构成前向泵浦方式的光控动态全光缓存整形器。 本发明提出的基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 其工作方式 为： 通过注入泵浦光， 沿光栅耦合区产生增益控制， 从而构成折射率和增益复合调制光栅耦 合器。 当泵浦光打开时， 该器件表现出非互易功率转换特性， 即能将复合光栅耦合器的第一 端口输入的光信号交叉耦合到复合光栅耦合器的第三端口， 但对复合光栅耦合器的第二端 口的信号却只能直通， 禁止其交叉转换输出到复合光栅耦合器的第四端口， 从而将输入光 信号存储于环形谐振腔 ； 当关闭泵浦光后， 该器件恢复互易特性， 从复合光栅耦合器的第一 端口到复合光栅耦合器的第三端口、 复合光栅耦合器的第二端口到复合光栅耦合器的第四 端口都可实现交叉功率转换， 从而提取出已缓存光信号。 此外， 泵浦光在复合光栅耦合器中 引入的非线性效应， 还对信号光脉冲具有整形作用。
本发明的有益效果具体如下 ：
本发明提出一种基于复合光栅非互易耦合的光控动态全光缓存整形器， 充分利用 耗散光学时空非互易性， 通过泵浦光产生的增益控制方式， 使复合光栅耦合器和环形谐振 腔构成对光信号的存储、 整形和提取的一体化处理。 该光控动态全光缓存整形器结构简单、 成本低廉， 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 前向泵浦方式的基于复合光栅非互易耦合的动态全光缓存整形器的结构图。
图 2 后向泵浦方式的基于复合光栅非互易耦合的动态全光缓存整形器的结构图。
图 3 双向泵浦方式的基于复合光栅非互易耦合的动态全光缓存整形器的结构图。 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
如图 1， 一种前向泵浦方式的基于复合光栅非互易耦合的动态全光缓存整形器， 其 构成各部件之间的连接 ：
该全光缓存整形器包括， 待缓存光信号 1、 复合光栅耦合器 6、 环形谐振腔 7、 第一 光隔离器 21、 第二光隔离器 22、 第一泵浦光源 31、 第一波分复用器 51 和光信号分析仪 4 ； 其 构成器件的连接 ：
待缓存光信号 1 通过第一光隔离器 21 与第一波分复用器的第一端口 511 相连， 第 一波分复用器的第三端口 513 与复合光栅耦合器的第一端口 61 连接， 构成光信号的输入部 分。
第一泵浦光源 31 通过第二光隔离器 22 与第一波分复用器的第二端口 512 相连， 构成待缓存光信号的控制部分。
复合光栅耦合器的第二端口 62 通过单模光纤与复合光栅耦合器的第三端口 63 连 成环形谐振腔 7， 构成光信号的缓存部分。
复合光栅耦合器的第四端口 64 和信号分析仪 4 相连， 构成光信号的探测部分。
所述的光信号的输入部分、 待缓存光信号的控制部分、 光信号的缓存部分、 光信号 的探测部分， 构成前向泵浦方式的光控动态全光缓存整形器。
实施例二
如图 2， 一种后向泵浦方式的基于复合光栅非互易耦合的动态全光缓存整形器， 其 构成各部件之间的连接 ：
该全光缓存整形器包括， 待缓存光信号 1、 光信号分析仪 4、 复合光栅耦合器 6、 环 形谐振腔 7、 第一光隔离器 21、 第三光隔离器 23、 第二泵浦光源 32 和第二波分复用器 52 ； 其 构成器件的连接 ：
待缓存光信号 1 通过第一光隔离器 21 与复合光栅耦合器的第一端口 61 连接， 构 成光信号的输入部分 ；
复合光栅耦合器的第二端口 62 通过单模光纤与复合光栅耦合器的第三端口 63 连 成环形谐振腔 7， 构成光信号的缓存部分 ；
复合光栅耦合器的第四端口 64 与第二波分复用器的第一端口 521 连接， 第二波分 复用器的第三端口 523 与信号分析仪 4 相连， 构成光信号的探测部分 ；
第二波分复用器的第二端口 522 经第三光隔离器 23 与第二泵浦光 32 连接， 构成 待缓存光信号的控制部分 ；
所述的光信号的输入部分、 所述的光信号的缓存部分、 所述的待缓存光信号的控 制部分和所述的光信号的探测部分， 构成光控动态全光缓存整形器的后向泵浦方式。
实施例三
如图 3， 该全光缓存整形器包括， 待缓存光信号 1、 光信号分析仪 4、 复合光栅耦合 器 6、 环形谐振腔 7、 第一光隔离器 21、 第二光隔离器 22、 第三光隔离器 23、 第一泵浦光源 31、 第二泵浦光源 32、 第一波分复用器 51 和第二波分复用器 52。
其构成器件的连接与实施例一的区别在于 ：
复合光栅耦合器的第四端口 64 与第二波分复用器的第一端口 521 连接， 第二波分 复用器的第三端口 523 与信号分析仪 4 相连， 构成光信号的探测部分 ；第二波分复用器的第二端口 522 经第三光隔离器 23 与第二泵浦光 32 连接， 构成 待缓存光信号的控制部分。
前向和后向共同泵浦， 构成双向泵浦方式的光控动态全光缓存整形器。
所述的复合光栅耦合器 6 为折射率调制和泵浦光源增益调制形成的增益型复合 光栅耦合器， 或折射率调制和周期性微弯损耗调制形成的损耗型复合光栅耦合器， 以及其 它具有周期性复数调制函数的复合光栅耦合器。
所述的复合光栅耦合器 6 在第一泵浦光源 31、 第二泵浦光源 32 控制下， 实现非互 易耦合特性和互易耦合特性之间的灵活转换。
所述的第一和第二波分复用器 (51、 52) 采用 980/1550 波分复用器。
所述的第一光隔离器 21 采用 1550nm 波段的光隔离器、 第二光隔离器 22 和第三光 隔离器 23 采用 980nm 波段的光隔离器。
所述的待缓存光信号 1 是光通信和光网络中传输的高速光信号。
所述的光信号分析仪 4 采用 Agilent 公司的 40G 或其它更高处理速率的光信号分 析仪。