專利名稱：光脈沖序列發(fā)生器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及能產(chǎn)生響應(yīng)所輸入的光信號(hào)的所想要的光脈沖序列的方法和裝置。本發(fā)明也包括基于這種脈沖產(chǎn)生技術(shù)的全光學(xué)開(kāi)關(guān)。本申請(qǐng)人早些時(shí)候在1993年4月26日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/GB93/00863和K.Smith與J.K.Lucek所寫(xiě)的論文，Electronic Letters，28，1814(1992)公開(kāi)了這樣的系統(tǒng)，其中輸入到以模式鎖定激光諧振腔的調(diào)制器的脈沖序列會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)于輸入數(shù)據(jù)時(shí)間波形的時(shí)鐘信號(hào)的激光輸出，也就是其輸出脈沖響應(yīng)于輸入脈沖序列的每個(gè)比特位置，而不管在這個(gè)給定的比特位置上出現(xiàn)1或0(一個(gè)脈沖或沒(méi)有脈沖)。
該時(shí)鐘可被用來(lái)產(chǎn)生再生信號(hào)，但這還需要一級(jí)，使所恢復(fù)的時(shí)鐘被原先的信號(hào)調(diào)制。發(fā)明概述按照本發(fā)明的第一方面，給出了產(chǎn)生光脈沖序列的方法，它包括把周期性光信號(hào)加到連接在模式鎖定激光器的激光腔中的光調(diào)制器，以及從激光腔體輸出脈沖序列，其特征在于，周期性光信號(hào)的重復(fù)周期等于腔體來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，藉此在相應(yīng)于輸入的周期性光信號(hào)的非零脈沖的比特位置上驅(qū)動(dòng)激光器輸出脈沖。
本發(fā)明的第一方面給出用于產(chǎn)生想要的脈沖序列的全光學(xué)方法?？梢园l(fā)現(xiàn)，所輸出的脈沖序列具有減小的噪聲和時(shí)間抖動(dòng)的優(yōu)良的脈沖特性，因而適合于用作為再生信號(hào)，以替代輸入信號(hào)。正如下面進(jìn)一步描述的那樣，所輸出的脈沖序列也可被用于，例如，全光學(xué)多路解復(fù)用器的操作，或者其它的信號(hào)處理或開(kāi)關(guān)器件。
本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，如果像重復(fù)的多比特字，或在某些預(yù)定的比特位置上總是為零的OTDM幀序列這樣的周期性信號(hào)被用作為加到激光腔的調(diào)制器的輸入數(shù)據(jù)流，以及如果重復(fù)周期和腔體的來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍相匹配，那么激光器不輸出時(shí)鐘信號(hào)而復(fù)制輸入脈沖序列。這就是，激光器的輸出雖然以前是被鎖定在輸入脈沖序列的時(shí)序上，但現(xiàn)在就在輸入脈沖波形出現(xiàn)零的地方為零，或者在OTDM幀的情況下，在相應(yīng)于被設(shè)置為OFF的編碼數(shù)據(jù)流的那些信道的那些比特位置上為零。
優(yōu)選地，在輸入脈沖序列被去掉或被修改后，使激光器繼續(xù)輸出脈沖序列。
本發(fā)明的這一方面的方法可被用來(lái)提供甚至在原先的產(chǎn)生序列被去掉以后仍能在其輸出維持脈沖序列的光存儲(chǔ)器。為此，腔體可包括脈沖成形部件，以便使它作為混合有源/無(wú)源模式鎖定器件工作。于是，在初始的有源模式-鎖定響應(yīng)輸入脈沖流之后，激光器保持無(wú)源模式鎖定以維持輸出脈沖序列。在以上所列出的論文和國(guó)際專利申請(qǐng)中討論了合適的脈沖成形器件。替換地，激光器可由適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)所驅(qū)動(dòng)的附加調(diào)制器進(jìn)行有源模式鎖定。
按照本發(fā)明的第二方面，給出控制光開(kāi)關(guān)的方法，
其特點(diǎn)為把周期性光信號(hào)加到連接在激光器的激光腔體中的調(diào)制器上，藉此模式鎖定激光器，周期性光信號(hào)的重復(fù)周期等于腔體來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，輸出在腔體內(nèi)產(chǎn)生的脈沖序列，以響應(yīng)所加的周期性光信號(hào)。
把該脈沖序列或由此得出的信號(hào)加到光開(kāi)關(guān)的控制輸入端，此光開(kāi)關(guān)被安排為按照其控制輸入端的信號(hào)狀況把進(jìn)入的數(shù)據(jù)分送到不同的輸出端。
本發(fā)明的這個(gè)方面給出了對(duì)如OTDM(光時(shí)分復(fù)用器)的解復(fù)用器那樣的光開(kāi)關(guān)的編程方法，它可以用僅光編程信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，藉此避免了在使用電子編程的地方會(huì)出現(xiàn)的對(duì)開(kāi)關(guān)或控制速度的限制。周期性光信號(hào)可以是為了對(duì)解復(fù)用器編程的特定目的本地產(chǎn)生的信號(hào)，或者可以是OTDM信號(hào)本身。在這種情況下，編程可由在信號(hào)源的OTDM信號(hào)的適當(dāng)切換來(lái)遙控，隨后是經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)浇粨Q節(jié)點(diǎn)。當(dāng)編程信號(hào)是OTDM信號(hào)時(shí)，那么在相應(yīng)于被重復(fù)的非選擇信道的比特位置上是零點(diǎn)。其它比特位置載送數(shù)據(jù)脈沖，因而對(duì)于每次重復(fù)來(lái)說(shuō)可以是不同的，只要平均來(lái)說(shuō)這些比特位置的每一位的值是非零的。
優(yōu)選地，光開(kāi)關(guān)的不同輸出端的一個(gè)輸出端的信號(hào)被加到激光腔體中的調(diào)制器上，以提供所述的周期性光信號(hào)。優(yōu)選地，此方法包括把光開(kāi)關(guān)設(shè)置成這樣狀態(tài)，其中每個(gè)輸入脈沖的至少一部分是所述一個(gè)輸出端的輸出，而不管控制輸入端的狀態(tài)如何，以及其中輸入端的數(shù)據(jù)流只在相應(yīng)于將被解復(fù)用器選定的OTDM信道的那些比特位置上是非零的。
在本發(fā)明的這個(gè)方面的優(yōu)選實(shí)施例中，光開(kāi)關(guān)的輸出被加到模式鎖定激光器的腔體中的調(diào)制器上，包括響應(yīng)于在開(kāi)關(guān)控制輸入端的控制信號(hào)而選擇的在那些比特位置上的信號(hào)。然后，這就驅(qū)動(dòng)模式鎖定激光器在那些所選定的比特位置上進(jìn)一步輸出控制脈沖，它反過(guò)來(lái)又被加到開(kāi)關(guān)的控制輸入端，如此重復(fù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就以自保持環(huán)路的形式運(yùn)行。
在以上所述的自保持穩(wěn)態(tài)條件被建立以前，系統(tǒng)由起始程序進(jìn)行初始化。在此過(guò)程中，在加到開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)流中一開(kāi)始只有要被選擇的信道被接通。但是由于在開(kāi)關(guān)輸入端還沒(méi)有合適的控制序列，在該階段期間，開(kāi)關(guān)被設(shè)置成這樣的狀態(tài)，以使全部輸入數(shù)據(jù)被傳送給連接到模式鎖定激光器的輸出端。例如，在使用環(huán)狀鏡的優(yōu)選實(shí)施例中，這是藉助于把環(huán)斜放以形成在線性制式下部分是反射模式和部分是傳輸模式。通過(guò)開(kāi)關(guān)傳送的數(shù)據(jù)然后驅(qū)動(dòng)激光器中的調(diào)制器，以便在其輸出端產(chǎn)生所需要的控制模型。一旦該控制輸出被建立，開(kāi)關(guān)就被返回到它的正常工作狀態(tài)，即當(dāng)在控制輸入端有同時(shí)出現(xiàn)的控制脈沖時(shí)，數(shù)據(jù)只被切換到連接在激光器的輸出端上。此方法可包括把第一OTDM數(shù)據(jù)流和一個(gè)或多個(gè)附加數(shù)據(jù)信道輸入到開(kāi)關(guān)，且替換附加數(shù)據(jù)信道，或由開(kāi)關(guān)輸出的數(shù)據(jù)流中的信道。
開(kāi)關(guān)可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)比起從OTDM數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)單地提取信道更復(fù)雜的功能。特別地，它可被用來(lái)將第二信號(hào)源的信道加入。這個(gè)功能可被擴(kuò)展，以給出對(duì)兩個(gè)或多個(gè)輸入OTDM數(shù)據(jù)流的全交叉開(kāi)關(guān)。在構(gòu)成的作為NOLM的開(kāi)關(guān)的情況下，還可以藉使用在環(huán)路的輸入端和輸出端處的環(huán)形器來(lái)實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)將在下面作更詳細(xì)的描述。
按照本發(fā)明的第三方面，給出光開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，包括具有至少一個(gè)信號(hào)輸入端和多個(gè)信號(hào)輸出端以及控制輸入端的光開(kāi)關(guān)，以及包含模式鎖定激光器的光脈沖序列發(fā)生器，該激光器具有連接在激光腔的調(diào)制器，并包括對(duì)于在使用時(shí)被加到調(diào)制器的周期性光信號(hào)的輸入端，腔體具有這樣的來(lái)回時(shí)間，以使周期性光信號(hào)的重復(fù)周期等于所述來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，光脈沖序列發(fā)生器的輸出被直接或間接地連接到光開(kāi)關(guān)的控制輸入端，以及藉此該光開(kāi)關(guān)按照其控制輸入端處的信號(hào)狀態(tài)把進(jìn)入的數(shù)據(jù)分送到不同的輸出端。附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在將參照附圖，僅僅以舉例的方式，描述本發(fā)明的不同方面的實(shí)施例，其中

圖1是說(shuō)明脈沖發(fā)生器電路的第一個(gè)例子的圖；圖2a和2b是說(shuō)明圖1的電路操作的示意圖；圖3a到3f是說(shuō)明藉使用實(shí)施本發(fā)明的電路而得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的強(qiáng)度/時(shí)間圖；圖4a是顯示了可遠(yuǎn)端編程O(píng)TDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的電路圖，圖4b和4c分別是級(jí)聯(lián)的一對(duì)結(jié)點(diǎn)和一個(gè)結(jié)點(diǎn)的示意圖；圖5是概略顯示脈沖發(fā)生器電路的替換實(shí)施例的圖；圖6是概略顯示脈沖發(fā)生器電路的另一個(gè)替換實(shí)施例的圖；圖7是表示在圖4a的電路中所使用的修改的非線性環(huán)狀鏡的圖8a和8b是說(shuō)明圖7的環(huán)狀鏡的使用的圖；圖9是具有總線拓?fù)涞墓饩W(wǎng)絡(luò)示意圖；圖10是開(kāi)關(guān)的示意圖；圖11是在圖10的電路中所使用的字形成網(wǎng)絡(luò)；圖12a和12b是開(kāi)關(guān)的替換實(shí)施例的示意圖；以及圖13是OTDM開(kāi)關(guān)的又一個(gè)例子。示例描述圖1表示了實(shí)施本發(fā)明的第一個(gè)電路實(shí)例。光纖激光器以環(huán)路形式構(gòu)成，并在光腔體中包括光纖調(diào)制器。傳輸光纖3也共同連接到光纖調(diào)制器。
在本例中，光纖激光器被做在鉺摻雜光纖(工作范圍1.52-1.66nm)上并由高功率激光二極管LD泵浦作用，此激光二極管可以是GRINSCH InGaAsP器件。
調(diào)制器包括單模光纖，在本例中它具8.8公里的長(zhǎng)度。適用的光纖已有美國(guó)康寧公司，NewYork 14831的商標(biāo)名稱SMF/DSCPC3作為商品提供。這是被設(shè)計(jì)來(lái)工作在1550nm區(qū)的去色散光纖。它具有8.1微米的模式區(qū)直徑，125微米的敷層直徑和250微米的外層涂層直徑。有效群折射指數(shù)在1550nm處為1.476。
在圖1的電路中，耦合器WDM1、WDM2中的每一個(gè)是雙向器件，它包括形成蒸發(fā)沉積的堆疊介質(zhì)的干擾濾波器。一個(gè)波長(zhǎng)直接通過(guò)濾波器，而另一個(gè)波長(zhǎng)被反射。具有這些性質(zhì)的合適的器件已有JDS FITEC公司以WDM耦合器模塊No.WD1515Y-A1作為商品提供。類似結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)選擇耦合器WDM3被用來(lái)把激光器二極管泵源連接到光纖激光器。
電路進(jìn)一步包括光濾波器F，它可以是干擾濾波器，被用來(lái)控制在激光腔體中的脈沖頻率和寬度。腔體內(nèi)光纖隔離器I確保腔體單方向地工作。適用的隔離器是BT&D技術(shù)公司提供的型號(hào)No.OIC-1100-1550。腔體的輸出由熔融光纖耦合器，例如BT&D公司提供的型號(hào)No.SMCO 202-155-OC，進(jìn)行連接。
在使用時(shí)，在傳輸光纖上載送的脈沖序列被輸入到光纖調(diào)制器，并在此調(diào)制器中以交叉相位調(diào)制在激光腔體中傳播的光波，藉此以模式鎖定激光器。在實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)中，模式鎖定是藉利用腔體的一個(gè)高次諧波而不是基波模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，激光器腔體包括多個(gè)獨(dú)立的脈沖序列。在圖2a和2b中概略顯示的例子中，在每個(gè)激光器來(lái)回時(shí)間內(nèi)有三個(gè)數(shù)據(jù)比特到達(dá)調(diào)制器，且三個(gè)比特中的每個(gè)比特驅(qū)動(dòng)環(huán)路中三個(gè)激光脈沖中的一個(gè)。
在本例中，重復(fù)的同步字被加到傳輸光纖上的調(diào)制器(圖2b)。裝置是像圖2a上的那樣，唯一的不同是，現(xiàn)在激光器有重復(fù)的三個(gè)比特的序列(在該例中的“110”)。三比特序列中的每個(gè)比特調(diào)制環(huán)狀激光器中的某個(gè)特定脈沖。如果數(shù)據(jù)比特為“1”，那么產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖。如果數(shù)據(jù)比特為“0”，那么激光器不被調(diào)制，且在該時(shí)隙無(wú)激光脈沖產(chǎn)生。因此激光器的輸出就以和輸入數(shù)據(jù)流相同的數(shù)據(jù)序列被調(diào)制。通常，以模式間隔的第m次諧波驅(qū)動(dòng)的激光可被模式鎖定到一個(gè)m比特長(zhǎng)的字上，或者是一個(gè)m比特長(zhǎng)的整數(shù)因子的字上。
在圖1的例子中，鉺光纖環(huán)狀激光器由從增益切換DFB激光器得到的約20ps(微微秒)脈沖流模式鎖定在1.007GHz左右。被加到傳輸光纖上的光纖調(diào)制器的連續(xù)脈沖流藉使用LiNbO3(鈮酸鋰)幅度調(diào)制器和數(shù)據(jù)發(fā)生器被編碼。由于腔體特征長(zhǎng)度，L大約等于9km，給出23KHz的C/nL，驅(qū)動(dòng)頻率大約相應(yīng)于模式間隔的第44000次諧波，也就是n≈44000，這樣任意一次在環(huán)狀腔體中有44000個(gè)脈沖。對(duì)于圖3a中所顯示的第一例來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流被設(shè)置為一個(gè)重復(fù)的8比特序列“11010010”。重復(fù)率被調(diào)諧到環(huán)狀腔體的一個(gè)模式上，以便強(qiáng)迫激光器模式鎖定。在使頻率以C/nL的增量或減量進(jìn)行步增或步減后，就可從環(huán)狀腔體中加一個(gè)或減一個(gè)脈沖。在相應(yīng)于腔體中8n個(gè)脈沖的特定環(huán)狀模式的情況下，其中n是整數(shù)，激光器在其輸出端產(chǎn)生相同的“11010010”重復(fù)序列。正如前面所描述的那樣，激光器輸出具有約10ps脈寬的近似限制變形的低抖動(dòng)脈沖流的形式。
圖3c顯示了當(dāng)數(shù)據(jù)重復(fù)率步進(jìn)增加一個(gè)或降低一個(gè)模式間隔，以使在環(huán)狀腔體中分別有8n＋1或8n－1個(gè)激光脈沖時(shí)激光器的輸出。這就意味著，在每個(gè)來(lái)回后，激光器脈沖相對(duì)于驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流中的8比特字滑移一個(gè)比特。因此，在8個(gè)來(lái)回以后，每個(gè)激光脈沖就被字中的所有比特調(diào)制。在這種情況下，最終的激光器輸出包含連續(xù)的“1”的數(shù)據(jù)流。于是，這種工作模式基本上等效于在我們上述的國(guó)際專利申請(qǐng)中所描述的那種。如果替換地，把滑移設(shè)置成，每個(gè)激光脈沖并不經(jīng)歷所有的調(diào)制數(shù)據(jù)比特，那么激光器輸出具有其某些比特或者是“1”或者是“0”的字的形式，這取決于在被調(diào)制的比特上平均有多少個(gè)“1”，也取決于精確的激光器參數(shù)和數(shù)據(jù)字。
脈沖發(fā)生器也可被用來(lái)實(shí)行對(duì)驅(qū)動(dòng)字的邏輯操作。圖3(d)到3(f)顯示了在比特率是8n＋4倍腔體頻率時(shí)所得到的輸出。在圖上從左邊數(shù)到右邊，第一和第五比特經(jīng)歷…111111…這樣的驅(qū)動(dòng)脈沖模式；第二、第三、第六和第七比特經(jīng)歷…101010…這樣的模式，以及第四和第八比特經(jīng)歷…000000…這樣的模式。藉改變激光腔體中的條件，我們可以改變所產(chǎn)生的模式。在(e)和更大程度上在(f)中，經(jīng)歷…111111…這樣模式的脈沖更有利于經(jīng)歷…101010…這樣模式的脈沖。這樣，如果我們把驅(qū)動(dòng)字看作為一對(duì)四比特的字，那么在(d)中，我們可看到在兩個(gè)字的相應(yīng)比特之間的OR(或門(mén))運(yùn)算的結(jié)果，以及在(f)中我們可看到AND(與門(mén))運(yùn)算的結(jié)果。
在圖1中用虛線表示部件是光脈沖成形單元，它可被任選地包括在激光腔體內(nèi)。包含這樣一個(gè)單元可使腔體從全部有源模式鎖定改變?yōu)槿炕虿糠譄o(wú)源模式鎖定，這就是一旦一系列脈沖在腔體中建立就成為自保持的。包含這樣一個(gè)脈沖成形單元可使電路作為光存儲(chǔ)器起作用。這就是，輸入到調(diào)制器的編程數(shù)據(jù)流可被去掉，而在激光腔體的輸出端仍保持脈沖流，以再生編程數(shù)據(jù)的模式。這樣的光存儲(chǔ)器可應(yīng)用在包括光處理或邏輯電路在內(nèi)的多種場(chǎng)合。
脈沖成形單元可由被選擇來(lái)以電路運(yùn)行的光功率進(jìn)行索利頓(Soliton)支持的又一個(gè)光纖調(diào)制器給出，或者替換地，可以例如用非線性半導(dǎo)體波導(dǎo)構(gòu)成。無(wú)論在哪種情況下，單元的功能是削窄腔體中的脈沖，以對(duì)抗在光纖調(diào)制器中沒(méi)有調(diào)制信號(hào)時(shí)脈沖變寬的傾向。
圖4表示了基于按照本發(fā)明的光序列發(fā)生器的遠(yuǎn)端光可編程的OTDM(光時(shí)分多路復(fù)用)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。
器件的穩(wěn)態(tài)工作情形如下。數(shù)據(jù)在A點(diǎn)進(jìn)入非線性環(huán)狀鏡(NOLM)。如上所述的脈沖發(fā)生電路PG的控制脈沖通過(guò)端口E進(jìn)入環(huán)路。如果在與給定的數(shù)據(jù)比特相同的時(shí)間在環(huán)狀鏡處出現(xiàn)控制脈沖，那么該比特通過(guò)環(huán)路被傳送并在B處出現(xiàn)。否則，該數(shù)據(jù)比特被反射并在C處出現(xiàn)。這就是，環(huán)路是線性制式下的反射模式。控制脈沖的模式，例如，11001000，響應(yīng)于重復(fù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被重復(fù)地從脈沖發(fā)生器PG輸出，因此只有在第一、第二和第五信道上的比特通過(guò)環(huán)路被傳送。該解復(fù)用的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖激光器并在F處出現(xiàn)。電路內(nèi)的延時(shí)被控制，以使脈沖發(fā)生器PG輸出的控制字在環(huán)狀鏡與輸入數(shù)據(jù)互相比特同步。然后，控制模式的第一比特和數(shù)據(jù)流的第一信道相一致等等。
在以上所述的穩(wěn)態(tài)條件被建立之前，結(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)起始程序。一開(kāi)始把環(huán)狀鏡斜放，以形成在線性制式下部分是反射模式和部分是傳輸模式。這是藉助于使用環(huán)內(nèi)的極化控制器改變光的極化狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一開(kāi)始，只有要被多路解復(fù)用的信道才在到結(jié)點(diǎn)的輸入端處被接通。每個(gè)數(shù)據(jù)脈沖被部分傳送經(jīng)過(guò)環(huán)。這樣，在本例中，模式發(fā)生器接收到一個(gè)重復(fù)的dd 00 d0 00的模式，其中d是可以取1或0的數(shù)據(jù)脈沖，并且在幾個(gè)重復(fù)中有非零的時(shí)間平均。形式為11001000的模式被產(chǎn)生在脈沖發(fā)生器的輸出端，并被反饋到環(huán)的控制脈沖輸入端。由環(huán)中數(shù)據(jù)上的控制脈沖所遞送的非線性相移使每個(gè)脈沖傳輸穿過(guò)環(huán)的部分的比例增加。然后，改變環(huán)的偏斜以使形成在線性制式下全部是反射模式。盡管數(shù)據(jù)脈沖和控制脈沖同時(shí)發(fā)生，但它們?nèi)耘f被發(fā)送。因此模式發(fā)生器仍舊繼續(xù)產(chǎn)生11001000的控制脈沖模式。這時(shí)，如果其它信道被接通，那么由于環(huán)在線性制式下處于反射模式，且沒(méi)有控制脈沖和這些其它的信道上的數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)，因此那些信道被從環(huán)上反射。如在圖4c上所概略顯示的那樣，多個(gè)這樣的可編程網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可被鏈接在一起。在使用時(shí)，結(jié)點(diǎn)全可被遠(yuǎn)端編程為級(jí)聯(lián)也就是第一(上游)結(jié)點(diǎn)以上述的方式被編程，然后，在該結(jié)點(diǎn)處未被選擇的信道可被用來(lái)編程下游的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，等等。
作為把在起動(dòng)階段完成后，將環(huán)狀鏡從部分傳輸狀態(tài)改變?yōu)槿糠瓷錉顟B(tài)的另一種選擇，環(huán)狀鏡可永久性地保持在這樣的狀態(tài)，即它是以，比如說(shuō)，1％在線性制式下傳輸。這就意味著，環(huán)狀激光器起動(dòng)以后，每個(gè)信道的一部分被接通，然而這些信道并不在激光器內(nèi)產(chǎn)生脈沖，因?yàn)樵诿}沖已經(jīng)存在時(shí)，要在激光腔體內(nèi)產(chǎn)生脈沖所需要的功率比腔體內(nèi)沒(méi)有脈沖時(shí)的功率大。此裝置的缺點(diǎn)是消光比受到損害解復(fù)用數(shù)據(jù)流在空閑信道中包括小量的光。
雖然以上的例子藉使用光纖技術(shù)加以描述的，但本發(fā)明決不受限于這一方面，其它類型的光元件和電路也可被使用。例如，圖5的實(shí)施例顯示了基于混合半導(dǎo)體/光纖電路的模式發(fā)生器。電路中的第一單元是半導(dǎo)體增益介質(zhì)和集成在此增益介質(zhì)的飽和吸收器，并被做成由進(jìn)入的重復(fù)光信號(hào)激勵(lì)。半導(dǎo)體的輸出被連接包括光纖光柵終端反射器的外部的光纖腔體上。
圖6顯示了使用純半導(dǎo)體元件的又一個(gè)替換實(shí)施例。在這種情況下，激光器腔體被限定在半導(dǎo)體器件的端壁之間。半導(dǎo)體又包括一個(gè)飽和吸收器，用在半導(dǎo)體基片上形成的一個(gè)信道中的增益介質(zhì)對(duì)其調(diào)整，布魯格濾波器可被合并在該結(jié)構(gòu)上，使器件調(diào)諧到所需要的波長(zhǎng)。
圖7顯示了用于圖4a電路的環(huán)狀鏡L的修正形式。在該修正的環(huán)中，在耦合器2的輸入和輸出分支上有光環(huán)形器C1、C2。合適的環(huán)行器由研究光學(xué)(Optics for Research)以型號(hào)OC-IR2-3制做，且在本國(guó)有Lambda Photometrics Limited ofHarpenden，Hertfordshire的商品提供。通常，這種環(huán)行器使用被稱作為法拉第(Faraday)旋轉(zhuǎn)器的一種晶體。它具有這樣的性質(zhì)，即入射光的極化面以同樣的方向旋轉(zhuǎn)，而不管在晶體中經(jīng)過(guò)的方向。晶體在其輸入端和輸出端被裝上極化器，這樣環(huán)形器就起到一個(gè)三端口器件的功能。在端口1處進(jìn)入器件的光從端口2離去，在端口2進(jìn)入的光從端口3離去，而在端口3進(jìn)入的光從端口1離去。
使用環(huán)行器后，就使得在結(jié)點(diǎn)處加上信道，以及取下信道成為可能。被加到環(huán)上的光控制脈沖決定了已知數(shù)據(jù)比特從哪個(gè)端口離開(kāi)。在圖8a概略表示的例子中，環(huán)被用來(lái)從一個(gè)OTDM管道取下或多路解復(fù)用出一個(gè)信道，并在此位置加上另一個(gè)信道。要加上的數(shù)據(jù)流在端口PD以這樣的方式被引入，以使在該信道中的脈沖和要取下的信道內(nèi)的脈沖以相同的時(shí)間到達(dá)。端口PD處的數(shù)據(jù)脈沖將從端口PB處離去，因而它和OTDM數(shù)據(jù)流的未被取走的部分相合并。這樣的功能已在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，例如，其中一個(gè)10Gbit/s的信道被從40Gbit/s的數(shù)據(jù)流中取下以及另一個(gè)信道被加在此位置上。這種功能可被擴(kuò)展為全交叉連接功能(圖8b)，其中全部占滿的OTDM數(shù)據(jù)流到達(dá)端口PA和PB。在這種情況下，控制脈沖的出現(xiàn)導(dǎo)致了兩個(gè)數(shù)據(jù)流之間的比特的交換。這樣的器件陣列可被用于一個(gè)OTDM結(jié)點(diǎn)中，允許來(lái)自幾個(gè)進(jìn)入的管道的數(shù)據(jù)信道被切換到出去的管道。
作為對(duì)使用光纖調(diào)制器以便為環(huán)路提供非線性的替換情形，可使用其它器件。例如，可使用半導(dǎo)體放大器作為非線性材料。另外，高數(shù)字孔隙(NA)光纖也可被使用。
上述的關(guān)于圖4b的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可被擴(kuò)展到包括如上所述的ADD功能。從屬數(shù)據(jù)流可被包括在被加入的信道中。結(jié)點(diǎn)以一個(gè)順序被起動(dòng)，它從第一上游結(jié)點(diǎn)進(jìn)行到以后的下游結(jié)點(diǎn)。
圖9顯示了具有總線型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。在圖上，圓圈表示如上所述的遠(yuǎn)端可編程結(jié)點(diǎn)，而方形表示數(shù)據(jù)源或終端。在以下所述的順序中，數(shù)據(jù)信道一旦接通，它就一直保持為接通。這樣對(duì)于這樣的總線網(wǎng)絡(luò)的合適的起動(dòng)順序就如下所述○在D處接通要在C處取下的信道，起動(dòng)結(jié)點(diǎn)C○在A處接通要在B處取下的信道，起動(dòng)結(jié)點(diǎn)B○在A、D、E處接通要在G處取下的信道，起動(dòng)結(jié)點(diǎn)G○接通將從F發(fā)送的信道和在A、D、E處的剩余信道一這些信道均到達(dá)H。
圖10顯示了實(shí)施本發(fā)明的OTDM交換結(jié)點(diǎn)的又一個(gè)例子。在此例中，模式產(chǎn)生器被用于時(shí)鐘恢復(fù)和分隔階段，且其輸出不是被直接用來(lái)控制開(kāi)關(guān)，而是由選通模式發(fā)生器處理。
此例的多路解復(fù)用器包括光路由開(kāi)關(guān)101，它提供在兩個(gè)光輸入端1A、1D和兩個(gè)光輸出端1B、1C之間的交叉連接。開(kāi)關(guān)具有用于選通脈沖的另一個(gè)輸入端1G，此選通脈沖決定開(kāi)關(guān)的設(shè)置。在輸入端1G沒(méi)有脈沖時(shí)，在1A處輸入的光脈沖被直接送到1B。在輸入端1G處有脈沖時(shí)，在1A處輸入的脈沖被交叉連接到輸出端1C。
對(duì)于輸入端G的合適的控制序列是藉助于使用，例如，50∶50的光纖耦合器從輸入的光數(shù)據(jù)流中分出其中的一個(gè)來(lái)產(chǎn)生的。然后，此信號(hào)被加到時(shí)鐘恢復(fù)和分頻電路102，它產(chǎn)生，例如，n信道OTDM幀的比特率的1/n的速率的時(shí)鐘信號(hào)。產(chǎn)生的光時(shí)鐘脈沖序列通過(guò)選通脈沖模式發(fā)生器103，以提供將被加以控制輸入端G的脈沖序列。
在本例中的時(shí)鐘恢復(fù)分頻電路由以上參照?qǐng)D4a所述的光纖環(huán)狀鏡多路解復(fù)用器所提供。該器件以通常方式，只用在起動(dòng)序列期間被傳送的n信道中的一個(gè)信道被起動(dòng)。結(jié)果，器件的輸出被鎖定到輸入數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘上，但其重復(fù)速率是原先的線速率的1/n。
在圖11上更詳細(xì)地顯示了選通模式產(chǎn)生器。它包括分路器/延時(shí)線/組合器裝置105。不同的路徑為分開(kāi)的輸入光脈沖提供各自不同的延時(shí)。延時(shí)是這樣的，以使每個(gè)輸入脈沖引起n個(gè)輸出脈沖，脈沖間隔等于OTDM比特間隔。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)臂包括可通過(guò)或阻斷光的快門(mén)106。這樣，為選通路由開(kāi)關(guān)所需要的時(shí)鐘脈沖的模式可藉控制每個(gè)快門(mén)的狀態(tài)來(lái)產(chǎn)生?？扉T(mén)并不一定要有超快速的開(kāi)關(guān)時(shí)間，因此它們可以被電控并連接到，例如，負(fù)責(zé)配置網(wǎng)絡(luò)路徑的遠(yuǎn)端控制中心。器件的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)可以使用有商品提供的光纖耦合器和螺線管控制的移動(dòng)光纖開(kāi)關(guān)。合適的開(kāi)關(guān)是加拿大的JDS公司所生產(chǎn)的，型號(hào)為No.SWIIS，以及英國(guó)的AGElectro-optics of Tarporley，Cheshire有商品提供。這種開(kāi)關(guān)功能是藉機(jī)械插入一個(gè)單元到光束的路徑的方法來(lái)工作的。替換地和優(yōu)選地，選通網(wǎng)絡(luò)可以是使用平面硅土波導(dǎo)工藝的集成器件。在這種集成網(wǎng)絡(luò)中的快門(mén)可以是半導(dǎo)體激光放大器SLA。當(dāng)接通時(shí)，SLA可被用來(lái)給出增益，以及實(shí)現(xiàn)快門(mén)功能。合適的平面硅工藝在Cassidy等著的論文，BT Techrology Journal，Volumell，p.1377(1993)中被揭示。作為又一個(gè)替換物，光路徑和分路器可由帶有源復(fù)蓋的無(wú)源半導(dǎo)體波導(dǎo)來(lái)構(gòu)成，以定義SLA作為快門(mén)工作。
圖12a顯示了替換的實(shí)施例，其中代替一個(gè)單一的路由開(kāi)關(guān)，使用了2×2陣列的交叉連接的路由開(kāi)關(guān)。此例子允許四個(gè)輸入OTDM管道被連接到四個(gè)輸出管道。所顯示的例子是阻塞陣列。這就是說(shuō)不是交叉連接的所有組合都是可能的。例如，來(lái)自A的信道在B被選擇路由到F的同時(shí)，不能選擇路由到E。非阻塞陣列也可被做造，雖然這將需要附加的交叉連接路由開(kāi)關(guān)。例如，圖12b所顯示的相應(yīng)的非阻塞陣列，通常所說(shuō)的Benes陣列，需要六個(gè)交叉連接路由開(kāi)關(guān)。在任一種情況下，只需要一個(gè)共用時(shí)鐘恢復(fù)器件。如果每個(gè)交叉連接開(kāi)關(guān)要有一個(gè)與其它模式無(wú)關(guān)的選通模式，那么對(duì)于每個(gè)開(kāi)關(guān)需要一個(gè)選通脈沖模式發(fā)生器。在本圖所示的例子中，有四個(gè)輸入通道和四個(gè)輸出通道，每個(gè)通道有六個(gè)時(shí)分復(fù)用信道。圖上顯示了每個(gè)輸入信道所終止的地方，例如“A3”意思是管道A的信道3。每個(gè)開(kāi)關(guān)由控制脈沖的重復(fù)的六比特模式所驅(qū)動(dòng)。在所示的例子中，控制脈沖模式為w 001110x 000101
y 110100z 010110其中每個(gè)序列的第一比特和信道1到達(dá)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)的比特相一致，等等。本圖顯示了當(dāng)信道3s正被切換時(shí)陣列的狀態(tài)。將會(huì)看到，這并不是在一個(gè)瞬間的真實(shí)“快照”，因?yàn)?，事?shí)上，對(duì)于給定信道，在x和z處的控制脈沖應(yīng)當(dāng)比那個(gè)信道在w和y處的控制脈沖遲到達(dá)一段時(shí)間，即要考慮在開(kāi)關(guān)之間數(shù)據(jù)傳播的時(shí)間。在w和x、w和z、y和z以及y和x之間的數(shù)據(jù)路徑長(zhǎng)度必須相等。
圖13表示了OTDM開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)的又一個(gè)例子，就如上面所述的例子中的情況那樣，該結(jié)點(diǎn)使用選通模式發(fā)生器。在本例中，所被處理的數(shù)據(jù)在每個(gè)幀中有一個(gè)總是被置成零的開(kāi)頭的比特。然后，當(dāng)這樣的幀被加到如以上參照?qǐng)D1所述的第一光模式鎖定的激光器131上時(shí)，由激光器產(chǎn)生的模式提供了幀同步信號(hào)。使用本申請(qǐng)人的光模式發(fā)生器，以這種方式產(chǎn)生幀同步信號(hào)是由以下論文提出的M.Obro，P.Thorsen和S.B Andreasen發(fā)表在pp1243-1244，Electronics Letters 21st July 1994，Volume 30，number15.
在以這種方式產(chǎn)生格式為…111110…的幀同步模式以后，該模式就被倒置。這是藉助于使用該模式控制經(jīng)過(guò)延時(shí)(例如，適當(dāng)長(zhǎng)度的光纖環(huán))135輸入到第一光開(kāi)關(guān)132的其自身的延遲形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的延時(shí)后的結(jié)果來(lái)完成的。延時(shí)被設(shè)置成比特周期的任何整倍數(shù)，這樣模式中的和經(jīng)延時(shí)過(guò)的模式形式中的零在開(kāi)關(guān)132處在時(shí)間上不會(huì)對(duì)準(zhǔn)。那么到達(dá)開(kāi)關(guān)132的信號(hào)輸入端的比特只是在控制輸入端有零的那一個(gè)比特位置才進(jìn)到輸出端口1。對(duì)于所有其它的比特位置，其中在控制輸入端有“1”的那些比特位置，信號(hào)被輸出到端口2。這樣，從端口1的輸出是幀同步信號(hào)的反相形式，此信號(hào)被饋送到選通模式發(fā)生器133，它是以參照?qǐng)D10的實(shí)施例所描述的方式進(jìn)行工作的。這就產(chǎn)生了合適的選通模式，它再次以上述的方式被加到第二光開(kāi)關(guān)134。
光開(kāi)關(guān)132和134都可以由非線性環(huán)狀鏡來(lái)構(gòu)成，其中所涉及的兩個(gè)脈沖序列可藉具有正交極化來(lái)區(qū)分。在開(kāi)關(guān)132的情況下，所涉及的兩個(gè)脈沖流是相同的波長(zhǎng)，這和以前的例子是信號(hào)由不同的波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分的情況相對(duì)，因此就需要不同的極化狀態(tài)以分開(kāi)不同的脈沖流。
在所示的例子中，為了從剩余的信道中分出第一、第二和第四信道，由模式產(chǎn)生器133產(chǎn)生的選通脈沖的模式是110100。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生光脈沖序列的方法，包括把重復(fù)性光信號(hào)加到連接在模式鎖定激光器的激光腔中的光調(diào)制器，以及從激光器腔體輸出脈沖序列，其特征在于，重復(fù)性光信號(hào)的重復(fù)周期等于腔體來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，藉此在相應(yīng)于輸入的重復(fù)性光信號(hào)的非零脈沖的比特位置上驅(qū)動(dòng)激光器輸出脈沖。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中在輸入的重復(fù)性光信號(hào)已經(jīng)被去掉或被修改后，激光器被安排成繼續(xù)輸出脈沖序列。
3.按照權(quán)利要求2的方法，包括使激光器腔體中的脈沖通過(guò)用來(lái)削窄脈沖的脈沖成形單元的步驟。
4.控制光開(kāi)關(guān)的方法，其特點(diǎn)為，把重復(fù)性光信號(hào)加到連接在激光器的激光腔體中的調(diào)制器上，藉此模式鎖定激光器，重復(fù)性光信號(hào)的重復(fù)周期等于腔體來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，輸出在腔體內(nèi)響應(yīng)于所加的周期性光信號(hào)而產(chǎn)生的脈沖序列，把該脈沖序列或由此得出的信號(hào)加到光開(kāi)關(guān)的控制輸入端，此光開(kāi)關(guān)被安排為按照其控制輸入端的信號(hào)狀況把進(jìn)入的數(shù)據(jù)分送到不同的輸出端。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中光開(kāi)關(guān)的一個(gè)輸出端的信號(hào)被加到激光腔體中的調(diào)制器，以給出所述的周期性光信號(hào)。
6.按照權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括，把光開(kāi)關(guān)設(shè)置成這樣的狀態(tài)，其中每個(gè)輸入脈沖的至少一部分在所述一個(gè)輸出端輸出，而與控制輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān)，以及其中輸入端的數(shù)據(jù)流只在相應(yīng)于將由多路解復(fù)用器所選定的OTDM信道的那些比特位置上被設(shè)置為非零。
7.按照權(quán)利要求4到6的任一項(xiàng)的方法，其中第一OTDM數(shù)據(jù)流和一個(gè)或多個(gè)附加數(shù)據(jù)信道被輸入到開(kāi)關(guān)，且把每個(gè)附加數(shù)據(jù)信道替換到由開(kāi)關(guān)輸出的數(shù)據(jù)流中。
8.按照權(quán)利要求7中的方法，其中送到開(kāi)關(guān)的輸入至少包括兩個(gè)OTDM數(shù)據(jù)流，且開(kāi)關(guān)響應(yīng)于在其控制輸入端的信號(hào)，在不同數(shù)據(jù)流之間交叉切換信道。
9.按照權(quán)利要求4的方法，其中所述光開(kāi)關(guān)響應(yīng)于在控制輸入端的控制信號(hào)，以輸入數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘速率的整數(shù)因子為速率輸出被恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)。
10.按照權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括把所恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)加到選通模式發(fā)生器，及把由選通模式發(fā)生器輸出的信號(hào)加到又一個(gè)光開(kāi)關(guān)的控制輸入端，這又一個(gè)光開(kāi)關(guān)響應(yīng)于在控制輸入端上的選通信號(hào)在多個(gè)輸出之間切換所述的數(shù)據(jù)流。
11.按照權(quán)利要求9或10的方法，其中重復(fù)性光信號(hào)包括OTDM數(shù)據(jù)幀，所有數(shù)據(jù)幀都有幀頭，在預(yù)定比特位置上的包括零，藉此模式鎖定激光器產(chǎn)生幀同步信號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括把幀同步信號(hào)反相，并把該反相的信號(hào)加到選通模式發(fā)生器，藉此產(chǎn)生用于光開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。
13.光開(kāi)關(guān)系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)信號(hào)輸入端和多個(gè)信號(hào)輸出端以及控制輸入端的光開(kāi)關(guān)，以及包含模式鎖定激光器的光脈沖序列發(fā)生器，該激光器具有連接在激光器腔體的調(diào)制器，并包括在使用時(shí)被加到調(diào)制器的重復(fù)性光信號(hào)的輸入端，腔體具有這樣的來(lái)回時(shí)間，以使重復(fù)性光信號(hào)的重復(fù)周期等于所述來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍，光脈沖序列發(fā)生器的輸出被直接或間接地連接到光開(kāi)關(guān)的控制輸入端，且藉此該光開(kāi)關(guān)按照其控制輸入端處的信號(hào)狀態(tài)把進(jìn)入的數(shù)據(jù)分送到不同的輸出端。
14.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中光開(kāi)關(guān)的輸出端被連接到脈沖序列發(fā)生器的輸入端，以給出所述重復(fù)性光信號(hào)。
15.按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，包括用于在起動(dòng)階段期間設(shè)置光開(kāi)關(guān)為部分傳送狀態(tài)的裝置，在此狀態(tài)下，所有進(jìn)入的信號(hào)至少部分被傳送到連接于脈沖序列發(fā)生器的所述輸出端，而與控制輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān)。
16.按照權(quán)利要求13到15中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)包括對(duì)于OTDM數(shù)據(jù)流的第一輸入端，和對(duì)于一個(gè)或多個(gè)附加的OTDM信道的第二輸入端，且它被構(gòu)造成把一個(gè)或多個(gè)附加信道替換到由開(kāi)關(guān)輸出的數(shù)據(jù)流中。
17.按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)包括對(duì)于兩個(gè)OTDM數(shù)據(jù)流的輸入端，且它被構(gòu)造成來(lái)響應(yīng)于控制輸入端的信號(hào)在兩個(gè)數(shù)據(jù)流之間交叉切換信道。
18.按照權(quán)利要求13到17中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中開(kāi)關(guān)被構(gòu)造成，響應(yīng)于來(lái)自脈沖序列發(fā)生器的控制信號(hào)，以輸入數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘速率的整數(shù)因子的速率輸出所恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)一步包括，連接到光開(kāi)關(guān)的輸出端的選通模式發(fā)生器，它被構(gòu)造成從所恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生用于又一個(gè)被構(gòu)造成接收所述數(shù)據(jù)流的光開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。
19.按照權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中由脈沖序列發(fā)生器輸出的信號(hào)是響應(yīng)于OTDM數(shù)據(jù)幀都在預(yù)定的字頭比特位置上具有零的狀態(tài)所產(chǎn)生的幀同步信號(hào)，且其中連接到脈沖序列發(fā)生器的輸出端的光開(kāi)關(guān)被構(gòu)造成使幀同步信號(hào)反相。
20.按照權(quán)利要求13到19中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中光開(kāi)關(guān)，和/或又一個(gè)光開(kāi)關(guān)包括非線性環(huán)狀鏡。
全文摘要
藉助于把重復(fù)性光信號(hào)加到連接在模式鎖定激光器的激光腔體上的光調(diào)制器的方法產(chǎn)生光脈沖序列。激光腔體中的脈沖序列然后被輸出。重復(fù)性光信號(hào)的重復(fù)周期被設(shè)置為等于腔體來(lái)回時(shí)間或其整數(shù)倍。藉此，激光器被驅(qū)動(dòng)來(lái)在相應(yīng)于輸入的周期性光信號(hào)的非零脈沖的比特位置上輸出脈沖。在一個(gè)實(shí)例中，輸出的脈沖序列被用來(lái)控制光開(kāi)關(guān)，以給出使用光信號(hào)的OTDM可編程多路復(fù)用器。
文檔編號(hào)H01S3/098GK1133652SQ9419371
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1994年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月11日
發(fā)明者J·K·盧切克, K·史密夫 申請(qǐng)人:英國(guó)電訊公司