本发明专利技术公开了一种全光波长路由集成芯片，属于光通信领域，其包括分布式布拉格反射激光器、多模干涉仪、半导体光放大器、阵列波导光栅和延迟干涉仪，并通过波导连接并集成在同一半导体基片上。本发明专利技术将泵浦光上的信号调制到不同波长的探测光上；加快调制光信号增益的有效恢复，提升了波长转换速度；并且利用延迟干涉仪的周期滤波特性使波长转换信号与原始信号同相，并且提高了消光比，改善了系统的性能，使得波长路由的单通道速率达到160Gbit/s，具备640Gbit/s交换容量的处理能力，并使整个全光波长路由集成芯片的尺寸小至9.6mm×3.7mm，且具有波长路由速度快、结构简单、体积小且易于集成等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光通信领域，特别涉及适用于波分复用(WDM)光通信的一种全光波长路由集成芯片。
技术介绍
信息网络的高速发展对光纤通信网络提出了更高的要求，预计未来5年内，光网络的容量将达到100 Tbit/s，在10年内达到I Pbit/s。对于如此大的通信容量，光波分复用已经逐渐成为高速、大容量光纤通信系统的标准骨干网络。在WDM中，多个波长复用在一根光纤里传输，达到一根光纤物理信道中传输超大容量的目标，从而解决了光纤通信对容量的要求。但是，在光网络节点处进行交换时，仍然采用电子信号处理和电子交换方式，存在着“光一电一光”转换瓶颈以及能耗高、体积庞大等难题，难以满足光网络的发展需求，正成为下一代信息网络发展的制约因素。以著名路由器生产商Cisco采用最新电子技术设计的电子路由器CRS-1为例，要完成92 Tbit/s的交换能力，系统由80个标准机柜(213 cmX60 cmX91 cm)组成，共有2500个输入和输出信道。整个系统占地面积超过100平方米,重达60吨,而且耗电惊人(约为I丽)。而当容量达到I Pbit/s时，耗电量达到惊人的17.4丽，相当于一个中型发电站的发电量。日本的调查报告表明，如果继续利用现有技术，2015年电子路由器的耗电量将占到日本全国总耗电的9%。 此外，这样的庞然大物存在很大的安全隐患，在遭遇地震、区域性断电、恐怖袭击等突发事件时，容易造成灾难性后果。此外，电子路由器采用基于多机柜互连的堆叠形式来实现容量的扩展，这种扩容方式导致路由器在尺寸、重量、能耗等方面都是非线性增长的，不能从根本上解决路由器的可扩展性问题，也就不能从根本上满足互联网容量持续增长的需求，因此研究新型路由器成为必然趋势。基于波长路由的光子路由器为解决目前网络节点所面临的难题提供了一种新的途径。它采用光信号处理，秉承了“光”高速、宽带、透明、低功耗以及潜在的低成本等诸多优点，直接在光域中对光网络信号进行处理，实现路由功能。美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)J.Bowers教授针对电(0-E-0)和光两种不同交换方式下节点容量与能耗之间的关系进行了对比分析，研究结果表明，采用光子路由器，可以使能耗节约1000 - 10000倍。美国加州大学戴维斯分校Ben Yoo教授根据他们初步开展的集成光信号处理工作所获得的数据测算，如果使用光子集成芯片来代替现有的CRS-1路由器的话，光网络节点处路由器的功耗、体积和重量均可降低3个数量级。2009年3月，美国加州大学圣芭芭拉分校发布了全球首款基于单片光子集成芯片的可调谐光波长路由器(Monolithic Tunable Optical Router,简称MOTOR),芯片尺寸只有4.25 mmX14.5 _，具备8端口、40 Gbit/s线速率、640 Gbit/s交换容量的处理能力，接近于单机柜电路由器的水平，而尺寸缩小了大约6个数量级，同时，重量、能耗也随之显著减小。其主要研究人员Nicholes.S.C等人在文献“Steven C.Nicholes, et al.An8X8 InP Monolithic Tunable Optical Router (MOTOR) Packet Forwarding Chip.//Journal of Lightwave Technology, vol.28, n0.4, pp.641-650，Feb.2010”中具体说明了这种采用一个8X8的可调谐全光波长转换阵列及一个8X8的阵列波导光栅组成的全光波长路由集成芯片，如图1所示。该芯片利用取样光栅分布式布拉格反射激光器的波长可调谐以及半导体光放大器的交叉相位调制和交叉增益调制实现可调谐的全光波长转换，并利用阵列波导光栅的波长选择特性实现全光波长路由。该方案是世界上第一个单片集成的可调谐波长路由器，其波长转换采用基于半导体光放大器的马赫曾德干涉仪结构，来实现交叉相位调制的波长转换。这种结构受到半导体光放大器载流子恢复较慢的限制，使其单通道的速率只能达到40 Gbit/s。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种速度快、体积小且结构简单的全光波长路由集成芯片，其旨 在解决现有的波长路由集成芯片，其波长转换速度低因而通道速率过低的技术问题。—种全光波长路由集成芯片,其特征在于,包括第一可调谐分布式布拉格反射激光器3、第一多模干涉仪5、第一半导体光放大器7、第二可调谐分布式布拉格反射激光器4、第二多模干涉仪6、第二半导体光放大器8、4X4阵列波导光栅13、第三多模干涉仪18、第四多模干涉仪19、第五多模干涉仪22、第一延迟干涉仪20、第二延迟干涉仪21和第六多模干涉仪23 ;上述所有器件通过波导连接并集成在同一半导体基片上，构成一个具有第一、第二两个输入端及第一、第二、第三、第四、第五、第六共六个输出端的集成芯片。作为对本专利技术更进一步地描述，所述第一输入端I与第一可调谐分布式布拉格反射激光器3通过第一多模干涉仪5稱合与第一半导体光放大器7的输入端相连；所述第二输入端2与第二可调谐分布式布拉格反射激光器4通过第二多模干涉仪6耦合与第二半导体光放大器8的输入端相连；所述4X4阵列波导光栅13有八个端口即第一端口 9、第二端口 10、第三端口 11、第四端口 12、第五端口 14、第六端口 15、第七端口 16和第八端口 17，第二端口 10和第四端口 12空置,第一端口 9与第一半导体光放大器7的输出端相连,第三端口 11与第二半导体光放大器8的输出端相连,第五端口 14通过第三多模干涉仪18与第一延迟干涉仪20的输入端相连，第六端口 15与集成芯片的第三输出端26相连，第七端口 16通过第四多模干涉仪19与第二延迟干涉仪21的输入端相连，第八端口 17与集成芯片的第六输出端29相连；第一延迟干涉仪20的输出端经第五多模干涉仪22与集成芯片的第一输出端24、第二输出端25相连，第二延迟干涉仪21的输出端经第六多模干涉仪23与集成芯片的第四输出端27、第五输出端28相连； 作为对本专利技术更进一步地描述，波长为I1和I2的载有调制信号的光脉冲作为泵浦光分别从集成芯片的第一输入端1、第二输入端2输入,第一可调谐分布式布拉格反射激光器3以及第二可调谐分布式布拉格反射激光器4分别输出波长为λ 3、λ 4的连续光作为探测光，波长为λ I的泵浦光和波长为λ 3的探测光经第一多模干涉仪5稱合后输入第一半导体光放大器7，波长为λ 2的泵浦光和波长为λ 4的探测光经第二多模干涉仪6耦合后输入第二半导体光放大器8，半导体光放大器将泵浦光上载有的信号调制到探测光上，从而实现波长转换；转换后信号经过4X4阵列波导光栅，多余的泵浦光则被阵列波导光栅滤除，通过调节激光器的输出波长入3和λ 4，使波长为λ 3的转换信号光从第五端口 14输出经第三多模干涉仪18进入延迟干涉仪20，波长为λ4的转换信号光从第七端口 16输出经第四多模干涉仪19进入延迟干涉仪21，在集成芯片的第一输出端24和第二输出端25分别输出与原始信号同相和反相的波长为λ 3的高速转换信号，在集成芯片的第四输出端27和第五输出端28分别输出与原始信号同相和反相的波长为λ 4的高速转换信号。作为对本专利技术更进一步地描述，所述第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全光波长路由集成芯片，其特征在于，包括第一可调谐分布式布拉格反射激光器（3）、第一多模干涉仪（5）、第一半导体光放大器（7）、第二可调谐分布式布拉格反射激光器（4）、第二多模干涉仪（6）、第二半导体光放大器（8）、4×4阵列波导光栅（13）、第三多模干涉仪（18）、第四多模干涉仪（19）、第五多模干涉仪（22）、第一延迟干涉仪（20）、第二延迟干涉仪（21）和第六多模干涉仪（23）；上述所有器件通过波导连接并集成在同一半导体基片上，构成一个具有第一、第二两个输入端及第一、第二、第三、第四、第五、第六共六个输出端的集成芯片。
【技术特征摘要】
1.一种全光波长路由集成芯片，其特征在于，包括第一可调谐分布式布拉格反射激光器(3)、第一多模干涉仪(5)、第一半导体光放大器(7)、第二可调谐分布式布拉格反射激光器(4)、第二多模干涉仪(6)、第二半导体光放大器(8)、4X4阵列波导光栅(13)、第三多模干涉仪(18)、第四多模干涉仪(19)、第五多模干涉仪(22)、第一延迟干涉仪(20)、第二延迟干涉仪(21)和第六多模干涉仪(23);上述所有器件通过波导连接并集成在同一半导体基片上，构成一个具有第一、第二两个输入端及第一、第二、第三、第四、第五、第六共六个输出端的集成芯片。2.根据权利要求I所述的全光波长路由集成芯片，其特征在于，所述第一输入端(I)与第一可调谐分布式布拉格反射激光器(3)通过第一多模干涉仪(5)稱合与第一半导体光放大器(7 )的输入端相连；所述第二输入端(2 )与第二可调谐分布式布拉格反射激光器(4 )通过第二多模干涉仪(6)耦合与第二半导体光放大器(8)的输入端相连；所述4X4阵列波导光栅(13)有八个端口即第一端口(9)、第二端口(10)、第三端口(11)、第四端口(12)、第五端口(14)、第六端口(15)、第七端口(16)和第八端口(17)，第二端口(10)和第四端口(12)空置，第一端口(9)与第一半导体光放大器(7)的输出端相连,第三端口( 11)与第二半导体光放大器(8)的输出端相连，第五端口(14)通过第三多模干涉仪(18)与第一延迟干涉仪(20)的输入端相连，第六端口(15)与集成芯片的第三输出端(26)相连，第七端口(16)通过第四多模干涉仪(19)与第二延迟干涉仪(21)的输入端相连，第八端口(17)与集成芯片的第...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，郑秀，陈立功，王蕾，努尔买买提，陆荣国，张尚剑，张雅丽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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