趙迎　于玥　劉赟

【摘 要】本文在介紹了全光緩存器主要種類和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有全光緩存器存在的主要問(wèn)題，給出了解決該問(wèn)題的一些方法，最終提出了一種全光緩存器并完成了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制策略分析。

【關(guān)鍵詞】全光緩存器；AWG；FBG

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求與依賴越來(lái)越強(qiáng)烈，通過(guò)構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)的方式提高網(wǎng)絡(luò)速度與容量是一個(gè)重要的發(fā)展方向，但目前真正意義上的全光網(wǎng)絡(luò)還并不成熟[1]。現(xiàn)有的交換數(shù)據(jù)層是在電域?qū)崿F(xiàn)的，限制了交換的能力。要想實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)需要解決光子芯片，光器件等諸多核心問(wèn)題，其中光交換就是一個(gè)重要的議題。具有強(qiáng)的交換能力、大的帶寬范圍等優(yōu)勢(shì)，會(huì)使基于光交換的技術(shù)發(fā)展更加強(qiáng)大。而光交換的基礎(chǔ)是儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)，需要解決的主要問(wèn)題是光信號(hào)端口的丟包現(xiàn)象，以及對(duì)光信號(hào)的緩存應(yīng)用。對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)而言，全光交換的性能主要取決于光緩存器對(duì)應(yīng)的容量、速度等。故全光緩存器的研究是十分必要的，也是本文的研究重點(diǎn)。

1 全光緩存器簡(jiǎn)介

光緩存器不需要光電變換，均采用輸入和輸出光的形式完成信息的傳遞，數(shù)據(jù)流的拷貝也具有緩存的能力。緩存器的寫(xiě)、讀均在外部調(diào)制的條件下進(jìn)行，可以任意的改變需要的內(nèi)容。理論上講，光緩存時(shí)間可以理解為光的群速度，而控制群速度就能實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制緩存時(shí)間的控制[2]。

目前，光緩存器可分兩類：1）使用光信號(hào)能量緩存，但該方法速度較慢、匹配過(guò)程較難。在大容量交換網(wǎng)絡(luò)中難以應(yīng)用。其中，對(duì)時(shí)域信號(hào)光的研究很多，例如延遲結(jié)構(gòu)、光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和光纖環(huán)結(jié)構(gòu)。光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)與延遲線聯(lián)合使用后，可以得到一種簡(jiǎn)易的實(shí)現(xiàn)手段。雖然其并不是真正的緩存，但是也能達(dá)到信息緩存的目的[3]。如果光開(kāi)關(guān)和反射結(jié)構(gòu)一起應(yīng)用的話，緩存時(shí)間的范圍是較大的，并且可以隨機(jī)讀寫(xiě)[4]。當(dāng)光放大器要求較高時(shí)，其信號(hào)處理能力就相對(duì)較差了，同時(shí)，這種方法很難做到全反射，并且技術(shù)實(shí)現(xiàn)也是困難的。

2）光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，也是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，同樣存在多種方法，各自特色，但其共同的缺陷是：沒(méi)有復(fù)用技術(shù)使光纖環(huán)路過(guò)大，體積大，集成度低。在實(shí)際應(yīng)用中，光開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換器、放大器的使用太多，大大增加了系統(tǒng)的成本，不利于系統(tǒng)的實(shí)用化。有一些研究機(jī)構(gòu)采取納米材料，以光雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)器完成緩存，也取得了一些進(jìn)展，但總體的看與實(shí)用化還是相差深遠(yuǎn)。綜上所述，光緩存器的發(fā)展仍舊有很大的空間，改善光緩存器的存儲(chǔ)性能仍是一個(gè)重要的研究方向，本文也就對(duì)應(yīng)的提出了一種光緩存器的設(shè)計(jì)思路。

2 全光緩存器的設(shè)計(jì)

首先從問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)目前光纖環(huán)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題入手。1）需要大量光纖環(huán)路配合，體積大；2）需要波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，容易產(chǎn)生“電子瓶頸”問(wèn)題，影響網(wǎng)絡(luò)的總體性能。

設(shè)計(jì)思路：

1）采用波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)，利用AWG復(fù)用器完成位移的循環(huán)變化，從而實(shí)現(xiàn)減少光纖環(huán)路，縮小系統(tǒng)體積。

2）用FBG光柵選擇可是的波長(zhǎng)通道。

3）不采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，避免產(chǎn)生“電子瓶頸”問(wèn)題。

2.1 波長(zhǎng)選擇

對(duì)于不同的波長(zhǎng)而言，采用時(shí)間延遲的方式分離，由SOA控制緩存器，當(dāng)存在不同波長(zhǎng)信號(hào)時(shí)，利用波導(dǎo)陣列復(fù)用技術(shù)，完成波長(zhǎng)的區(qū)分。再根據(jù)不同的信號(hào)特點(diǎn)控制信號(hào)的循環(huán)。

2.2 多信號(hào)輸出

當(dāng)存在多信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)量是十分大的，會(huì)遇到同一信號(hào)中不同波長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)輸出的問(wèn)題，使用AWG復(fù)用器移位性能，令其循環(huán)輸出，避免沖突，實(shí)現(xiàn)多信號(hào)的分時(shí)采集功能。輸入部分把延遲波長(zhǎng)復(fù)用到N*N AWG的端口上，則輸出端可以的得到相同的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。通過(guò)復(fù)用器相應(yīng)的循環(huán)位移功能，信道輸出可以按規(guī)律分布，采用AWG特性還原原有的信號(hào)光。再根據(jù)信號(hào)的控制命令，輸出下一個(gè)周期的數(shù)據(jù)。

2.3 控制策略分析

在不同情況下，波導(dǎo)陣列構(gòu)成的全光緩存器可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的功能，經(jīng)分析我們可知光緩存器能夠延遲的時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致交換速度的降低，同時(shí)造成噪音增大的問(wèn)題；但是如果延遲時(shí)間太短，就不能達(dá)到解決信號(hào)沖突的問(wèn)題，且光緩存器的能力受限。由此可見(jiàn)，在緩存過(guò)程中需要折中的考慮以上兩個(gè)問(wèn)題，我們采用了自適應(yīng)法實(shí)現(xiàn)，可以隨時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行判斷，有效的提高了系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

3 結(jié)論

在光通信中，對(duì)于全光緩存器的研究十分重要的，本文設(shè)計(jì)了一種全光緩存器，對(duì)不同條件下的光信號(hào)分析和控制提出了相應(yīng)的策略，為全光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提出了新的思路。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Li yaming，Hu weixuan，Cheng buwen，Liuzhi，Wang Qiming.Chin.Phys.LETT， 2012，29（3）：34205.

[2]Zhang S，Li Z，Liu Y，et al.Optical shift register based on an opitcal flip-flop with a single active element[C].Procced-ings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter，2004；67-70.

[3]Wang Yang，Pan Jiao-Qing，Zhao Ling-Juan，Zhu Hong-Liang，Wang Wei.Chinese Physics B，2010，19（12）：124215.

[4]吳重慶.全光緩存器研究的新進(jìn)展[J].半導(dǎo)體光電，2005，26（5）：369-373.

[責(zé)任編輯：田吉捷]