波长和空间全光路由器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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N2XN2 波长和空间全光路由器。
【背景技术】
[0002] 在光纤诞生并成功应用以后，光纤通信技术迅猛发展，WDM通信方式的实用新型使 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。
[0003] 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, "救据衷可在www. gl immerglass. ^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。
[0004] 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。
[0005] 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 4X4Broadcast and Select WDM Cross-connection"，EC0C， Septemberl8_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 4X4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4X4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 NXN 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N 2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。
[0006] 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】
[0007] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种模块化可扩展的N2XN 2波 长和空间全光路由器。
[0008] 本实用新型采用的技术方案是：
[0009] 本实用新型包括第一空间光路由器、三组波长转换及路由模块及第二空间光路由 器；N根单模输入光纤和第一空间光路由器之间连接有第一组波长转换及路由模块，通过 第一组波长转换及路由模块将单模输入光纤中复用的各个光信号内的各信道进行波长转 换处理传送到第一空间光路由器中；第一空间光路由器的输出端口经第二组波长转换及路 由模块与第二空间光路由器的输入端口连接，将每组不同波长的光信号经过波长转换处理 传送到第二空间光路由器各自对应的输入端口中；第二空间光路由器将由第二组波长转换 及路由模块输出的每组不同波长的光信号传送到第二空间光路由器各自对应的输出端口； 第二空间光路由器经第三组波长转换及路由模块连接单模输出光纤，通过第三组波长转换 及路由模块将第二空间光路由器各路输出端口的光信号经波长转换处理重新加载在该路 输出端口中的任意信道上；第一空间光路由器和第二空间光路由器镜像工作，使得由第二 空间光路由器输出的每路光纤中的各个光信号波长与第一空间光路由器各自对应的输入 光纤中的各个光信号波长一致。
[0010] 所述的波长转换及路由模块包括依次连接的光解复用器、N个第一波长转换器、第 三空间光路由器、N个第二波长转换器和光复用器；第一空间光路由器每路输出端口的光 信号先经过光解复用器分解为单波长信号，各个单波长信号经各自的第一波长转换器传输 到第三空间光路由器中，第三空间光路由器对单波长信号进行空间路由后再经第二波长转 换器波长转换后传送到光复用器，光复用器将各个单波长信号合并为一路光信号输出到第 二空间光路由器。
[0011] 所述的第一波长转换器或者第二波长转换器包括将转换前光信号滤除的光滤波 器结构。
[0012] 所述的第一波长转换器及第二波长转换器中不包括光滤波器结构，第三空间光路 由器与第一空间光路由器、第二空间光路由器具有不同的信道间隔，使得单模输入光纤及 单模输出光纤中所传输的光信号的波长与第三空间光路由器的传输光谱不匹配。
[0013] 所述的光解复用器为IXN光解复用器，采用阵列波导光栅或衍射刻蚀光栅。
[0014] 所述的光复用器为NXl光复用器，采用阵列波导光栅、衍射刻蚀光栅或多模干涉 親合器。
[0015] 所述的第一空间光路由器或第二空间光路由器为循环阵列波导光栅或循环衍射 刻蚀光栅。
[0016] 所述的第三空间光路由器为循环阵列波导光栅或循环衍射刻蚀光栅。
[0017] 所述的第一波长转换器或第二波长转换器为利用半导体光放大器的非线性效应 将一波长的光信号加载在另一个不同波长的直流激光上的波长转换结构。
[0018] 所述的第一空间光路由器、第二空间光路由器和波长转换及路由模块全部或部分 集成在同一芯片上。
[0019] 本实用新型的有益效果是：
[0020] 基于波长转换及路由模块，有极好的拓展性，降低了全光路由的设计难度，同时具 有空间路由和波长转换的效果，可以实现输入端一共N 2个信道之间波长与端口的任意交 换。
[0021] 本实用新型逻辑清晰，可完整实现全光路由中信号波长转换、转发的功能，并对光 的信号格式完全透明。
[0022] 本实用新型相比传统光-电-光路由器及现有光路由结构享有更大的带宽，可完 成更高比特率的光数据处理、交换。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0024] 图2是本实用新型波长转换及路由模块的结构示意图。
[0025] 图3是本实用新型第一空间光路由器路由路径示意图。
[0026] 图4是本实用新型第二空间光路由器路由路径示意图。
[0027] 图5是本实用新型第二空间光路由器路由表不意图。
[0028] 图6是本实用新型全光路由工作方式示例。
[0029] 图7是实施例的光解复用器示意图。
[0030] 图8是实施例的光复用器示意图。
[0031] 图9是实施例的第一种波长转换器结构图。
[0032] 图10是实施例的第二种波长转换器结构图。
[0033] 图11是实施例的波长转换器信号转换原理及效果图。
[0034] 图12是实施例的空间光路由器示意图。
[0035] 图13是实施例的第三空间光路由器的第一输入端口透射光谱示意图。
[0036] 图中：A、波长转换及路由模块，3、第一空间光路由器，4、光解复用器，5、第一波长 转换器，6、第三空间光路由器，7、第二波长转换器，8、光复用器，9、第二空间光路由器，L1、 L2、…LN为单模输入光纤的序号，LI'、L2'、…LN'为单模输出光纤的序号，10、可调谐激 光器，11、非线性光放大器，12、延时波导，13、线性光放大器，14、调相器。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0038] 如图1所示，整个路由器主要由第一空间光路由器3、三组波长转换及路由模块A 及第二空间光路由器9构成；N根单模输入光纤和第一空间光路由器3之间连接有第一组 波长转换及路由模块A，通过第一组波长转换及路由模块A将单模输入光纤复用的各个光 信号内的各信道进行波长转换处理传送到第一空间光路由器3中；第一空间光路由器3的 输出端口经第二组波长转换及路由模块A与第二空间光路由器9的输入端口连接，将每组 不同波长的光信号经过波长转换处理传送到第二空间光路由器9各自对应的输入端口中； 第二空间光路由器9将由第二组波长转换及路由模块A输出的每组不同波长的光信号传送 到第二空间光路由器9各自对应的输出端口；第二空间光路由器9经第三组波长转换及路 由模块A连接单模输出光纤，通过第三组波长转换及路由模块A将第二空间光路由器9各 路输出端口的光信号经波长转换处理重新加载在该路输出端口中的任意信道上；第一空间 光路由器3和第二空间光路由器9镜像工作，使得由第二空间光路由