大动态延迟范围全光缓存器的研究

论文摘要

全光缓存器能够在光域内直接完成数据包的存储而不需要经过光—电—光的变换,有效克服了现存通信网络中的电子速率瓶颈,成为全光包交换网络的关键器件之一。光缓存器延迟时间的动态范围与最小缓存粒度对于全光网络的吞吐量与灵活性起着重要作用。本文针对全光缓存器的动态延迟范围与其在光网络中的作用进行了进行了全面深入的研究,取得的成果对于光缓存器在光网络中的应用和大动态范围全光缓存器的发展有重要的参考价值。本文的创新主要包括以下几点:1.鉴于在双环耦合全光缓存器DLOB中,小信号控制会引起严重的信号损伤,缓存圈数仅有10圈左右;而大控制光能够获得很好的信号波形,克服SOA的非线性增益引起的波形失真,因此本文提出了控制光远远大于信号光的控制方法。本文建立了简化的DLOB的级联SOA的分析模型,对DLOB输出信号的信噪比、消光比、输出光功率及“漏光”现象进行了分析,结果表明,DLOB的缓存圈数可达20～30圈。为了增大DLOB的动态范围,本文提出了一种在缓存过程中增加缓存圈数的间插放大刷新方法,理论计算与实验结果表明,使用该方法可以使缓存圈数提高到60圈。2.提出了级联型DLOB的缓存器结构,按照10倍率的关系依次配置各个缓存单元的环长,可以获得一个十进制的光缓存器,实现了4级DLOB的级联。取得了动态延迟范围达到1～9999个单位延迟的实验结果,缓存的最小粒度可以小到25ns,误码率低于10-9。对级联型DLOB的信噪比、消光比及光功率进行了理论分析,结果表明:同单级DLOB相比,数据包经过4级级联缓存后,输出信号的光功率增加了约5dB,消光比提高了约2dB,信噪比至少提高了7dB。3.提出了NOLM光开关+DLOB的光缓存器结构,使得不需要缓存的数据包通过缓存器的延迟时间减少到2μs左右。NOLM光开关的引入,克服了数据包必须依次进入各级缓存单元的缺点,可以直接进入需要缓存的那一级。搭建了两级的实验系统,实现了两个包在不同缓存单元的交错缓存。提出了基于2×2耦合器+DLOB的级联型光缓存器结构,使经过缓存器的数据包延迟时间减少到8ns左右,同时也可以实现数据包的在顺序上的交错缓存。这些功能有利于解决网络拥塞。4.提出了利用GT-SOA对信号光的增益无关性,克服了传统SOA中XPM调制时XGM的不利影响,解决了DLOB、NOLM及基于SOA的偏振旋转开关的串话、漏光以及功率不均衡等问题。搭建了两种基于GT-SOA开关的实验系统,结果表明:基于GT-SOA的NOLM光开关的漏光比传统的NOLM光开关小20～30倍,两个端口具有近似相同的开关功率;基于GT-SOA的偏振旋转开关也具有两个端口功率均衡的优点。但是由于目前的GT-SOA对1550nm的信号光衰减过大,DLOB环中需要加入EDFA进行功率补偿,可能会引起环的自激,因此有必要减小GT-SOA本身对信号光的衰减,为GT-SOA指出了一个有益的研究方向。5.对DLOB及大范围可调的级联型DLOB在全光网络中的应用进行了理论与实验研究,提出了一种利用这种缓存器进行全光网络的流量控制和光数据包的压缩的方法,结果表明,级联DLOB对数据包的压缩比或解压缩比可以达到9999:1或1:9999;并可实现数据包按照各种不同时序交换与重排。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 全光分组交换网的提出与发展
• 1.2 全光缓存器的研究进展
• 1.2.1 慢光型全光缓存器
• 1.2.2 延迟线型全光缓存器
• 1.2.3 大动态延迟范围全光缓存器
• 1.3 本文的研究内容与结构
• 2 双环耦合全光缓存器的性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 DLOB工作原理
• 2.3 DLOB的读写方式
• 2.3.1 光控读写方法
• 2.3.2 电控读写方法
• 2.4 DLOB中的信号损伤
• 2.4.1 SOA的瞬态放大方程
• 2.4.2 小控制光时的信号损伤
• 2.4.3 大控制光时的信号损伤
• 2.5 DLOB的噪声分析
• 2.6 "漏光"的影响
• 2.7 提高单级DLOB动态延迟范围的方法
• 2.8 单级DLOB缓存实验
• 2.9 本章小结
• 3 级联型DLOB全光缓存器
• 3.1 引言
• 3.2 级联型DLOB光缓存器
• 3.3 快速通过的级联型DLOB光缓存器
• 3.4 本章小结
• 4 基于增益透明的GT-SOA光控光开关及全光缓存器
• 4.1 引言
• 4.2 基于GT-SOA的NOLM光控光开关
• 4.3 基于GT-SOA的偏振旋转光控光开关
• 4.4 基于GT-SOA的DLOB
• 4.5 本章小结
• 5 全光缓存器缓存器在全光网中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 DLOB在全光网中作用的实验研究
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 已经取得的研究成果
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 附录A
• 参考文献
• 缩写词索引
• 作者简介
• 学位论文数据集