基于SOA和改进M-Z干涉仪的光分组头提取方案

　　1　引言

　　光分组交换(OPS)技术直接在光层上实现小粒度的分组交换,具有较少的开销、高的带宽利用率,是解决光通信“电子瓶颈”、实现高速光传输的有效途径,是光交换技术发展的方向和理想模式[1~3]。光分组交换中的分组头中包含分组的路由和控制信息,交换节点要提取和识别分组头信息,以便完成交换矩阵和输出端口的配置、路由选择等功能。在光域实现光分组头的处理可以提高信息交换速率和网络吞吐量,减少净荷的等待时间及对缓存的需要,对全光网络的研究和实现具有重要意义[4~7]。目前人们提出了光的副载波调制术[8]、时隙间插技术[9]和正交调制技术[10]等光分组头的提取方案,这些技术都需要分组头和净荷保持严格的同步,多用于同步光分组交换网络中,不适合灵活的异步分组交换网络,且净荷与信头的消光比达不到理想值,因此信头和净荷并不能有效地分离。

　　本文提出了一种基于半导体光放大器(SOA)和改进的非平衡马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的信头提取方案,在这种方案中信头可以采用ASK、FSK或DPSK等低编码方式,而净荷采用曼彻斯特的高速编码方式以高速率传输,同时使用SOA的交叉增益调制和交叉相位调制特性,使光分组通过半导体光放大器时,信头获得较大的增益和相移,而净荷由于SOA处于饱和状态获得较小的增益。信号再通过M-Z以进行延迟干涉,从而提取出分组头,抑制净荷。通过数值分析,在信头速率为2.5 Gb/s,净荷速率为40 Gb/s时,系统的消光比可以达到15 dB以上。

　　2　工作原理

　　2.1　系统结构

　　光分组的信头提取系统结构如图1所示,由半导体光放大器和改进的M-Z光干涉仪组成。光分组到达SOA后,信头脉冲首先获得SOA的增益放大,并使SOA饱和,由于信头速率低,比特间隔大,应比SOA载流子的寿命时间长,在比特间隔内,保证SOA的增益有足够的时间恢复到一个较高的水平,从而使信头的每一个脉冲都能获得较大的增益。而分组净荷的速率较高,比特间隔小,SOA的增益在净荷的比特间隔内来不及恢复,后面的脉冲又紧随着进入SOA,因此,SOA始终处于一个饱和的相对较低的增益水平状态,净荷中的脉冲仅获得相对较低的增益。

　　耦合器C1和C2的耦合系数分别为K1和K2,C1和C2均为2×2耦合器。使用耦合器C1的一个输入端,另一输入端悬空,相当于输入“0”脉冲,输入信号经耦合器C1后分别在干涉仪的长臂和短臂光纤中传输,引入的光程差为ΔL,产生的时延为Δτ。对SOA来说,大的增益伴随着大的相移,因此在M-Z干涉仪的耦合器C2中,来自两臂的信头脉冲会产生较大的相位差,发生干涉相加;而净荷脉冲在SOA中获得增益小,产生的相位差也小,信号发生干涉相消,输出能量被抑制,实现光分组头的提取。通过调整干涉仪上的微调光纤延迟线(FDL),获得理想的相位差,使提取的信头消光比较高。