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的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有全光緩存器存在的主要問題，給出了解決該問題的一些方法，最終提出了一種全光緩存器并完成了其結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制策略分析。

【關(guān)鍵詞】全光緩存器；AWG；FBG

0 引言

隨著時代的發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)的需求與依賴越來越強烈，通過構(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]?，F(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題，其中光交換就是一個重要的議題。具有強的交換能力、大的帶寬范圍等優(yōu)勢，會使基于光交換的技術(shù)發(fā)展更加強大。而光交換的基礎(chǔ)是儲存和轉(zhuǎn)發(fā)，需要解決的主要問題是光信號端口的丟包現(xiàn)象，以及對光信號的緩存應(yīng)用。對全光網(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。

1 全光緩存器簡介

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、讀均在外部調(diào)制的條件下進行，可以任意的改變需要的內(nèi)容。理論上講，光緩存時間可以理解為光的群速度，而控制群速度就能實現(xiàn)對調(diào)制緩存時間的控制[2]。

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

2）光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，也是當前的一個研究熱點，同樣存在多種方法，各自特色，但其共同的缺陷是：沒有復用技術(shù)使光纖環(huán)路過大，體積大，集成度低。在實際應(yīng)用中，光開關(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)的實用化。有一些研究機構(gòu)采取納米材料，以光雙穩(wěn)態(tài)存儲器完成緩存，也取得了一些進展，但總體的看與實用化還是相差深遠。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性能仍是一個重要的研究方向，本文也就對應(yīng)的提出了一種光緩存器的設(shè)計思路。

2 全光緩存器的設(shè)計

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

設(shè)計思路：

1）采用波導陣列結(jié)構(gòu)，利用AWG復用器完成位移的循環(huán)變化，從而實現(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通道。

3）不采用波長轉(zhuǎn)換器，避免產(chǎn)生“電子瓶頸”問題。

2.1 波長選擇

對于不同的波長而言，采用時間延遲的方式分離，由SOA控制緩存器，當存在不同波長信號時，利用波導陣列復用技術(shù)，完成波長的區(qū)分。再根據(jù)不同的信號特點控制信號的循環(huán)。

2.2 多信號輸出

當存在多信號時，數(shù)據(jù)量是十分大的，會遇到同一信號中不同波長信號同時輸出的問題，使用AWG復用器移位性能，令其循環(huán)輸出，避免沖突，實現(xiàn)多信號的分時采集功能。輸入部分把延遲波長復用到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)。通過復用器相應(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光。再根據(jù)信號的控制命令，輸出下一個周期的數(shù)據(jù)。

2.3 控制策略分析

在不同情況下，波導陣列構(gòu)成的全光緩存器可以實現(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間太長會導致交換速度的降低，同時造成噪音增大的問題；但是如果延遲時間太短，就不能達到解決信號沖突的問題，且光緩存器的能力受限。由此可見，在緩存過程中需要折中的考慮以上兩個問題，我們采用了自適應(yīng)法實現(xiàn)，可以隨時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量進行判斷，有效的提高了系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

3 結(jié)論

在光通信中，對于全光緩存器的研究十分重要的，本文設(shè)計了一種全光緩存器，對不同條件下的光信號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】

[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展[J].半導體光電，2005，26（5）：369-373.

[責任編輯：田吉捷]