專利名稱：十進制可編程光延時裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光延時裝置，特別是一種十進制可編程光延時裝置。
背景技術(shù)：
在光信號處理領(lǐng)域，經(jīng)常遇到要對某一信號先延時一段時間然后再做某種信息處理；在光包交換網(wǎng)的交換系統(tǒng)和接入系統(tǒng)中，常常出現(xiàn)包的競爭問題，一種較好的解決辦法就是把其中一個包先延時一段時間，待另一個包交換完成或上傳結(jié)束再把該包從延時器中取出；在軍事領(lǐng)域，導(dǎo)彈的精確致導(dǎo)更需要精確的延時器；在微波技術(shù)方面，制作電的延時器是比較困難的，因為電纜的損耗太大，而光纖的損耗卻非常低，所以用光纖延時器代替電纜是可行的，只要在光纖延時器兩端加上電/光，光/電轉(zhuǎn)換器，光纖延時器也能在電的領(lǐng)域發(fā)揮作用。
國際上對光延時器的研究十分重視，已經(jīng)提出很多方案和進行了一系列的實驗。
光延時器主要有基于光延時線加光開關(guān)；基于反射光纖(F-P腔)加光開關(guān)；基于光纖環(huán)等多個方案，其中基于波長變換的光纖環(huán)，采用光耦合器輸入、解復(fù)用器輸出的方案是一個實現(xiàn)光包可變延時的較佳方案。
基于波長變換的光延時器，在輸入端，先將延時器中包的波長變換到一個特定的波長上去如果它需要延時一個環(huán)路周期，則它在進入延時器之前將被變換成波長λ2，經(jīng)解復(fù)用器和波長變換器再將波長λ2變換為λ1。由于λ1是延時器的輸出波長，因此這將導(dǎo)致信號在光纖環(huán)中環(huán)行一周后輸出。同樣，如果一個包需要延時兩個周期，它將被變換成波長λ3上，在延時器中信號先變換成λ2，延時一個周期，再變換成λ1，這樣信號在光纖中環(huán)行兩周。依次類推，一個包可以通過n個波長變換器延時n個周期。這個方案的優(yōu)點是光信號的每次環(huán)行，產(chǎn)生的干擾比較小，可以不必預(yù)留保護帶寬。其缺點是環(huán)行的次數(shù)受到波長變換器數(shù)量的限制，因此可延時的時間不長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種十進制可編程光延時裝置，能減少波長變換器的使用數(shù)目而獲得較大的延時時間，降低成本，同時達到可編程以滿足多用途需求。
為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種十進制可編程光延時裝置，它包含有多級延時器模塊，其特征在于每級延時器模塊外接不同長度的光纖延時線，多個結(jié)構(gòu)相同的延時器模塊以上級延時器模塊光信號輸出端口連接下級延時器模塊光信號輸入端口的方式進行串聯(lián)，最上級的延時器模塊的光輸入端口構(gòu)成裝置的光輸入端口，最下級的延時器模塊的光輸出端口構(gòu)成裝置的光輸出端口；每個延時器模塊有一個外接注入電流的電端口。
上述的裝置由四個延時器模塊串聯(lián)構(gòu)成，四個延時器模塊的外接光纖延時線分別依次對應(yīng)1000、100、10和1納秒的延時單元，每個延時器模塊內(nèi)的波長變換器指出數(shù)據(jù)包通過其光纖環(huán)的次數(shù)為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
上述的延時器模塊有四個光端口，即兩個光端口分別連接光纖延時線的兩個端口，一個光輸入端口和一個光輸出端口；延時器模塊由波長變換模塊連接光纖環(huán)構(gòu)成。
上述的波長變換模塊由可調(diào)諧激光器與波長變換器相連構(gòu)成；波長變換器的一個端口連接光輸入端口，另一端連接可調(diào)諧激光器，波長變換器的輸出端口連接光纖環(huán)的耦合器的一個輸入端口；可調(diào)諧激光器有一個外接注入電流的電端口。
上述的光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)是一個耦合器的輸出依次經(jīng)一個三端口環(huán)行器、一個光纖光柵、一個四波混頻波長變換器、一個半導(dǎo)體光放大器、另一個四波混頻波長變換器、另一個半導(dǎo)體光放大器和外接光纖延時線后回輸至耦合器的一個輸入端口，有兩個泵浦光源分別連接兩個四波混頻波長變換器；耦合器的另一個輸入端口連接波長變換器的輸出端口，三端口環(huán)行器的一個輸出端口連接光輸出端口。
上述的兩個四波混頻波長變換器的結(jié)構(gòu)是兩個泵浦光源分別經(jīng)兩個耦合器連接兩個四波混頻器，該兩個耦合器分別串聯(lián)于兩個四波混頻器之前的光環(huán)路之中，而兩個四波混頻器之后的光環(huán)路之中各串聯(lián)一個帶通濾波器。
上述的兩個四波混頻器可以是半導(dǎo)體光放大器，也可以是光纖。
本發(fā)明的工作原理及特點是1.利用數(shù)學(xué)上常用的十進制的進位方式，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了可編程的大范圍光延時。具體地講，本發(fā)明由多個結(jié)構(gòu)相同的延時器模塊串聯(lián)組成，每個模塊外接不同長度的光纖延時線，分別對應(yīng)1000、100、10和1納秒的延時單元，用波長變換器指定數(shù)據(jù)包通過每級光纖環(huán)的次數(shù)q、b、s、g(q、b、s、g為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)，用各級延時器的延時組合即可得到總的延時(1000*q+100*b+10*s+1*g)納秒，因此該延時器的延時范圍為1-9999納秒。
比如，波長為λs的光信號要延時3086納秒，把該時間要求分別與四個可調(diào)激光器的注入電流i3，i0，i8和i6相對應(yīng)。信號先進入千位延時器，注入電流i3使得本級λn＝λ3，信號經(jīng)歷三次千位延時器的光纖環(huán)后輸出，進入百位延時器，注入電流i0使得本級λn＝λ0，信號不經(jīng)歷百位延時器的光纖環(huán)，直接輸出到十位延時器，相應(yīng)地在十位延時器的光纖環(huán)循環(huán)8次，在個位延時器的光纖環(huán)循環(huán)6次后從可編程光延時器中輸出。如果需要恢復(fù)為進入延時器前的波長λs，可讓延時后的信號再通過一個可調(diào)波長變換器。
延時器模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，波長為λs的信號進入延時器后，若需經(jīng)歷n次循環(huán)，則在相應(yīng)注入電流控制下，可調(diào)激光器輸出波長為λn的激光作為波長變換器的連續(xù)探測光源，從而使信號波長變換成λn，經(jīng)耦合器進入延時器的光纖環(huán)中循環(huán)。
若λn等于λ0，說明信號的延時時間不足本級單元延時時間，也就不需本級延時器延時，信號就會被光纖光柵反射，經(jīng)環(huán)行器從本級延時器輸出，進入下一級；若λn不等于λ0，信號則經(jīng)光纖光柵進入兩個四波混頻波長變換器，信號波長變?yōu)棣薾-1，然后進入光纖延時線，重新耦合進入光纖光柵，再次由兩個四波混頻的波長變換器把信號的波長降為λn-2，直到信號延時了n個延時單元、波長變換為λ0，信號就會被光纖光柵反射，經(jīng)環(huán)行器從本級延時器輸出，本級循環(huán)結(jié)束，再進入下一級。下一級的循環(huán)控制與此類似。
加兩個半導(dǎo)體光放大器是為了對光信號進行功率補償。
2.利用兩個四波混頻波長變換器串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過合理分配兩個四波混頻波長變換器的泵浦光源頻率，主要是控制兩泵浦光源的頻率間隔等于二分之一的信道頻率間隔，實現(xiàn)了同一信道組內(nèi)波長信道的逐級遞減，且波長信道序號每降一次光包就在光纖環(huán)中循環(huán)一次，延時一個單元時間，大大減少了波長變換器的使用個數(shù)，且每個波長變換器的利用率都很高，所以性價比較高。
四波混頻波長變換器可以把一組信道信號同時變換到一組新的波長上，但是原波長與變換波長總是分列在泵浦波長兩邊，且是反序排列的，如圖3所示。單用一個四波混頻波長變換器無法實現(xiàn)信號波長序號降1后還與原波長屬同一組信道。若信道頻率間隔為Ω，則ωp2＝ωp1-Ω/2，通過中間變換頻率ω9m、ω8m……ω1m，ω9、ω8……ω1信道的頻率即變?yōu)樵l率值減Ω，變換成了ω8、ω7……ω0，亦即波長序號降1。
3.延時單元以納秒為單位，使得本發(fā)明可以靈活地用于不同速率的光信號與電信號的延時。
4.若延時范圍不夠大或不夠精確，還可再增加一級或多級更高或更低延時單元的延時器模塊，所以本發(fā)明的時延量還可以向兩端擴展。
5.本發(fā)明還實現(xiàn)了每級延時器的模塊化，想讓該模塊延時多少時間只要外接相應(yīng)長度的光纖延時線即可，使用起來非常靈活方便。
據(jù)上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下顯而易見的突出特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明利用數(shù)學(xué)上常用的十進制的進位方式，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了可編程的大范圍光延時。利用兩個四波混頻波長變換器串聯(lián)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了同一信道組內(nèi)波長信道的逐級遞減，減少了波長變換器的使用個數(shù)；延時單元以納秒為單位，可以靈活地用于不同速率的光信號與電信號的延時。每級延時器的模塊化，便于按需靈活接配使用。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1示例的延時器模塊的原理圖。
圖3是圖1示例的兩級四波混頻波長變換器實現(xiàn)波長序號降1的示意圖。
圖4是圖1示例的延時器模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖1、圖2和圖4，本十進制可編程光延時裝置，由四個延時器模塊4、6、8、10構(gòu)成，四個延時器模塊4、6、8、10的外接光纖延時線3、5、7、9分別依次對應(yīng)1000、100、10和1納秒的延時單元，每個延時器模塊4、6、8、10內(nèi)的波長變換器12指出數(shù)據(jù)包通過其光纖環(huán)的次數(shù)為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。四個延時器模塊4、6、8、10的串連方式是上級延時器模塊光信號輸出端口連接下級延時器模塊光信號輸入端口的方式進行串聯(lián)，最上級的延時器模塊4的光輸入端口構(gòu)成裝置的光輸入端口2，最下級的延時器模塊10的輸出端口構(gòu)成裝置的光輸出端口11；每個延時器模塊4、6、8、10有一個外接注入電流的電端口1；延時器模塊4、6、8、10有四個光端口，即兩個光端口分別連接光纖延時線3、5、7、9的兩個端口，一個光輸入端口2和一個光輸出端口11；延時器模塊4、6、8、10由波長變換模塊連接光纖環(huán)構(gòu)成。波長變換模塊由可調(diào)諧激光器13與波長變換器12相連構(gòu)成；波長變換器12的一個端口連接光輸入端口1，另一端連接可調(diào)諧激光器13，波長變換器12的輸出端口連接光纖環(huán)的耦合器14的一個輸入端口；可調(diào)諧激光器13有一個外接注入電流的電端口1。光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)是一個耦合器14的輸出依次經(jīng)一個三端口環(huán)行器15、一個光纖光柵16、一個耦合器23、一個四波混頻器24、一個帶通濾波器25、一個半導(dǎo)體光放大器19、另一個耦合器26、另一個四波混頻器27、另一個帶通濾波器28、另一個半導(dǎo)體光放大器22和外接光纖延時線3、5、7、9后回輸至耦合器14的一個輸入端口，有兩個泵浦光源18、21分別經(jīng)兩個耦合器23、26連接兩個四波混頻器24、27；耦合器14的一個輸入端口連接波長變換器12的輸出端口，三端口環(huán)行器15的一個輸出端口連接光輸出端口11。
圖3示出兩級四波混頻波長變換器17、20實現(xiàn)波長序號降1的示意圖。
上述實施例中，波長變換器12為基于半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制效應(yīng)的全光波長變換器，信號光與連續(xù)探測光從相反方向輸入，可省去濾波器。可調(diào)激光器13可利用日本NTT公司的寬范圍準連續(xù)調(diào)諧的超結(jié)構(gòu)光柵分布反饋激光器(SSG DFBLD)，波長范圍在1540～1574nm，準調(diào)諧范圍34nm。用它產(chǎn)生10個光頻率分別為193.0THz，193.1THz…193.9THz，對應(yīng)的注入電流分別記作i0，i1，…i9。延時時間數(shù)的某數(shù)字位上數(shù)字為幾，就把該級延時器的注入電流設(shè)定為幾號電流。環(huán)行器15用一般的3端口環(huán)行器即可，光纖光柵16反射頻率為193.0THz，兩個四波混頻波長變換器17、20的四波混頻器24、27可用Opto Speed公司的半導(dǎo)體光放大器SOA1550MRI X1500實現(xiàn)，分別配兩個激光器作泵浦光源18、21，輸出頻率分別為194.0THz和193.95THz，3個耦合器14、23、26為50∶50的2*1耦合器。兩個帶通濾波器25、28分別濾出兩個四波混頻器24、27變換出的波長，通帶范圍分別為194.0~195.0THz，192.9~193.9THz。兩個半導(dǎo)體光放大器19、22也可用Opto Speed公司的SOA1550MRI X1500。當(dāng)然，每個半導(dǎo)體光放大器都需配相應(yīng)的電源提供注入電流才能工作。
光纖延時線3、5、7、9用普通的G.652單模光纖即可，長度分別為204.778米、20.478米、2.048米和0.205米，是用真空中光速除以光纖折射率再乘以本級延時單元時間計算得到的。
權(quán)利要求
1.一種十進制可編程光延時裝置，它包含有多級延時器模塊(4、6、8、10)，其特征在于每級延時器模塊外接不同長度的光纖延時線(3、5、7、9)，多個結(jié)構(gòu)相同的延時器模塊(4、6、8、10)以上級延時器模塊光信號輸出端口連接下級延時器模塊光信號輸入端口的方式進行串聯(lián)，最上級的延時器模塊(4)的光輸入端口構(gòu)成裝置的光輸入端口(2)，最下級的延時器模塊(10)的光輸出端口構(gòu)成裝置的光輸出端口(11)；每個延時器模塊(4、6、8、10)有一個外接注入電流的電端口(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于由四個延時器模塊(4、6、8、10)串聯(lián)構(gòu)成，四個延時器模塊(4、6、8、10)的外接光纖延時線(3、5、7、9)分別依次對應(yīng)1000、100、10和1納秒的延時單元，每個延時器模塊(4、6、8、10)內(nèi)的波長變換器(12)指出數(shù)據(jù)包通過其光纖環(huán)的次數(shù)為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于延時器模塊(4、6、8、10)有四個光端口，即兩個光端口分別連接光纖延時線(3、5、7、9)的兩個端口，一個光輸入端口(2)和一個光輸出端口(11)；延時器模塊(4、6、8、10)由波長變換模塊連接光纖環(huán)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于波長變換模塊由可調(diào)諧激光器(13)與波長變換器(12)相連構(gòu)成；波長變換器(12)的一個端口連接光輸入端口(2)，另一端連接可調(diào)諧激光器(13)，波長變換器(12)的輸出端口連接光纖環(huán)的耦合器(14)的一個輸入端口；可調(diào)諧激光器(13)有一個外接注入電流的電端口(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)是一個耦合器(14)的輸出依次經(jīng)一個三端口環(huán)行器(15)、一個光纖光柵(16)、一個四波混頻波長變換器(17)、一個半導(dǎo)體光放大器(19)、另一個四波混頻波長變換器(20)、另一個半導(dǎo)體光放大器(22)和外接光纖延時線(3、5、7、9)后回輸至耦合器(14)的一個輸入端口，有兩個泵浦光源(18、21)分別連接兩個四波混頻波長變換器(17、20)；耦合器(14)的另一個輸入端口連接波長變換器(12)的輸出端口，三端口環(huán)行器(15)的一個輸出端口連接光輸出端口(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于兩個四波混頻波長變換器(17、20)的結(jié)構(gòu)是兩個泵浦光源(18、21)分別經(jīng)兩個耦合器(23、26)連接兩個四波混頻器(24、27)，該兩個耦合器(23、26)分別串聯(lián)于兩個四波混頻器(24、27)之前的光環(huán)路之中，而兩個四波混頻器(24、27)之后的光環(huán)路之中各串聯(lián)一個帶通濾波器(25、28)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的十進制可編程光延時裝置，其特征在于兩個四波混頻器(24、27)是半導(dǎo)體光放大器、或光纖、或激光器、或無源半導(dǎo)體波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種十進制可編程光延時裝置。它包含多級延時器模塊，每級延時器模塊外接不同長度的光纖延時線，多個結(jié)構(gòu)相同的延時器模塊以上級延時器模塊光信號輸出端口連接下級延時器模塊光信號輸入端口的方式進行串聯(lián)，最上級的延時器模塊的光輸入端口構(gòu)成裝置的光輸入端口，最下級的延時器模塊的光輸出端口構(gòu)成裝置的光輸出端口；每個延時器模塊有一個外接注入電流的電端口。本發(fā)明實現(xiàn)了可編程的大范圍光延時，減少了波長變換器的使用個數(shù)，并實現(xiàn)模塊化，便于按需靈活接配使用。
文檔編號G02F2/02GK1547069SQ20031010927
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者方捻, 黃肇明, 方 捻 申請人:上海大學(xué)