[发明专利]模块化可扩展的N2×N2波长和空间全光路由器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信全光路由技术，尤其是涉及一种模块化可扩展的N²×N²波长和空间全光路由器。

背景技术

在光纤诞生并成功应用以后，光纤通信技术迅猛发展，WDM通信方式的发明使得光纤通信带宽大大提高。光纤通信数据的急速增大直接对光通信网络中的各处理节点提出了更高要求，全光通信网络成为未来光通信网络的发展方向。

以波长为依据的光信号包转发是WDM光网络中信号路由的一个重要方式。目前的主流技术多采用光-电-光波长转换及路由的处理方式，它的优点是技术上较成熟，可实现定时、再生、整形功能，但这种方案由于引入了光电变换和时钟提取，需要很多高成本、高功耗的高速光电仪器，对信号比特率和信号格式不透明，信号处理速度存在“电子瓶颈”问题，不符合全光网络“高数据吞吐量，高信号处理带宽，低能耗”的发展要求。还有一种基于微电子机械系统开关(MEMS-Switches)的路由结构，已经有支持32输入/输出端口交换的商用器件报道“Glimmerglass Intelligent Optical System,”数据表可在www.glimmerglass.com获取。但是这种结构的最大缺陷是信道切换时间长，达毫秒量级，只适用于一对结点间持续通信时间长度在秒量级的情况。

全光路由不需要经过电域处理，直接将信息从一个光波长转换到另一个光波长，通过光无源器件的转发，达到路由目的。WDM系统光路由器中主要有光解复用、波长转换、光复用、光路由等模块。全光路由不存在“电子瓶颈”问题，带宽巨大，对信号速率和格式透明，且单片集成的全光路由芯片能耗更将比光-电-光路由大大降低。

目前提出的全光路由器主要有光开关、无源阵列波导光栅器件和基于半导体光放大器(SOA)波长转换两种。“Multi-path Routing in an Monolithically Integrated 4×4 Broadcast and Select WDM Cross-connection”,ECOC，September 18-22，2011，InP PHOTONICS(Mo.2.LeSaleve)报道了一种基于SOA光开关的全光交叉互连，该结构实现了4×4光信号交叉互连。这种全光路由方式主要由广播选择模块与波长选择模块2部分组成。在广播选择模块中，4个输入端口的光信号通过级联多模干涉耦合器(MMI)分别输入到每一个阵列波导光栅 (AWG)的输入端口。在进入AWG之前，每一路上都有SOA开关，通过调节SOA注入的电流，来控制每一路的通断。经过4个循环4×4阵列波导光栅路由器(AWGR)的转发后，信号进入波长选择模块。根据路由表设计，调节波长选择模块AWG各输出端口上SOA电流，可以决定之后连接的级联MMI上各路信号的波长，进而可以达到控制整个路由芯片输出端上每一路的波长。但是，此方法只能进行不同输入端口光信号的转发，而不能将原信号转移到另一波长上，而且随着输入信号通道数目(N)的增加，需要相应增加至N个循环N×N AWGR以及2N个SOA开关。同时，每一路输入信号都要经过级联MMI扩展至N个输出端口，整个路由系统单侧引脚数目为N²个，会大大增加器件尺寸。这种芯片结构十分不利于信道数目的扩展，增加一路信号，整个芯片的设计都要变化，且器件设计难度大大增加。“An 8x8InP Monolithic Tunable Optical Router(MOTOR)Packet Forwarding Chip”，Journal of Lightwave Technology, Vol.28,Issue 4,pp.641-650公开了一种基于SOA波长转换的光路由方式。这种方式通过将原信号经过SOA的交叉调制作用转移到可调谐激光器发出的新波长上，再用AWGR转发到对应信道。但是，这种结构转发能力有限，没有在光网络层面提出多光纤之间的信号交换。

上述全光路由结构均不能完整实现光网络中全光路由的波长转换及端口透明转发的功能需求，并且系统的扩展性不够好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种模块化可扩展的N²×N²波长和空间全光路由器。

本发明采用的技术方案是：