本发明属于光传输技术领域，具体涉及一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置和方法。
背景技术：
随着通信业务的迅速增长,信息的数量呈几何指数剧增。需要发展全光传输和全光路由器。全光路由器需要用到光分组交换技术。
在光分组交换中，光缓存技术可以存储信息以及解决信号冲突问题。目前采用电缓存器较多，但仍然不适应超大容量的光传输，从而引起互联网的拥塞。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置和方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，包括第一pbs(偏振分束器)、第二pbs、光耦合器、光纤光栅和半导体光放大器；
第一pbs、光耦合器、半导体光放大器、光纤光栅和第二pbs依次串接，构成光纤环；
第一pbs的第一输入端口为信号光输入端，第二输入端口与第二pbs的第二输出端口连接，输出端口连接光耦合器的第二输入端口；
光耦合器的第一输入端口为控制光输入端；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端；
第一pbs起偏振合束的作用，第二pbs起偏振分束的作用。
光耦合器是将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转的功能，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅是将控制信号滤出，保留信号光。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的半导体光放大器的动态特性用行波速率方程模型描述；
所述半导体光放大器中，信号的传播方程被分解成te和tm偏振分量；
所述半导体光放大器的载流子浓度、光场的光子浓度和相位的传播方程表示为：
其中，v是有源区的体积,i是注入电流,r(n)＝an bn2 cn3,a是线性复合系数,b是双分子辐射复合速率系数，c表示俄歇复合系数；
ω是光子频率,c是真空中的光速,vg是群速度，г和αtot是波导限制因子和波导损耗系数；
上标te和tm表示输入信号的偏振方向；
在公式(3)中，δnp表示子带间的折射率变化量；
εsh是由于增益光谱烧孔引起的非线性增益系数。
上述的γte＝0.2,γtm＝0.14。
上述的εsh计算公式为：
其中，ε0是真空中的介电常数，τ1c和τ1v是子带内载流子与载流子的散射时间常数，τ2是偶极子弛豫时间，dk是偶极矩，而nr是材料的折射率。
上述的第二pbs两个端口的输出光子浓度由以下公式给出：
其中，
θ是指偏振态te和偏振态tm的相位差。
一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的方法，包括：
第一pbs的第一输入端口输入信号光；
光耦合器的第一输入端口输入控制光；
第一pbs对输入的信号光进行偏振合束；
光耦合器将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅将半导体光放大器输出信号中的控制信号滤出，保留信号光；
第二pbs对光纤光栅输出的信号光进行偏振分束；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端。
调节控制光的光强改变载流子浓度从而改变θ；
当控制光强为i0时，θ＝0，信号光通过半导体光放大器偏振态不变,信号直接通过缓存器,从第二pbs第一输出端口输出；
当控制光强为i1时，
当需要读出信号时,改变控制光的光强使得信号光经过非线性偏振旋转特性把缓存信号的偏振态再次旋转一次,被缓存的信号从光纤环中读出。
本发明具有以下有益效果：
相比目前的光缓存技术，利用半导体光放大器中光信号的强度可以调节光信号的缓存延时量。
附图说明
图1是基于半导体光放大器实现光缓存的示意图；
图2是第二pbs两个输出端口的光功率随注入控制光光强的变化；
图3是te和tm偏振态的相位差和cos(θ)函数值随着控制光的光强变化；
图4是光缓存示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，包括第一pbs(偏振分束器)、第二pbs、光耦合器、光纤光栅和半导体光放大器；(图1中各器件的下路端口统一为第一端口，上路端口为第二端口)
第一pbs、光耦合器、半导体光放大器、光纤光栅和第二pbs依次串接，构成光纤环；
第一pbs的第一输入端口为信号光输入端，第二输入端口与第二pbs的第二输出端口连接，输出端口连接光耦合器的第二输入端口；
光耦合器的第一输入端口为控制光输入端；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端；
第一pbs起偏振合束的作用，第二pbs起偏振分束的作用。
光耦合器是将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转的功能，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅是将控制信号滤出，保留信号光。
所述半导体光放大器的动态特性用行波速率方程模型描述；
所述半导体光放大器中，信号的传播方程被分解成te和tm偏振分量；
所述半导体光放大器的载流子浓度、光场的光子浓度和相位的传播方程表示为：
其中，v是有源区的体积,i是注入电流,r(n)＝an bn2 cn3,a是线性复合系数,b是双分子辐射复合速率系数，c表示俄歇复合系数；
ω是光子频率,c是真空中的光速,vg是群速度，г和αtot是波导限制因子和波导损耗系数；
上标te和tm表示输入信号的偏振方向；
在公式(3)中，δnp表示子带间的折射率变化量；
εsh是由于增益光谱烧孔引起的非线性增益系数。
其中，ε0是真空中的介电常数，τ1c和τ1v是子带内载流子与载流子的散射时间常数，τ2是偶极子弛豫时间，dk是偶极矩，而nr是材料的折射率。
实施例中，所述γte＝0.2,γtm＝0.14。
第二pbs两个端口的输出光子浓度由以下公式给出：
其中，
θ是指偏振态te和偏振态tm的相位差。
一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的方法，包括：
第一pbs的第一输入端口输入信号光；
光耦合器的第一输入端口输入控制光；
第一pbs对输入的信号光进行偏振合束；
光耦合器将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅将半导体光放大器输出信号中的控制信号滤出，保留信号光；
第二pbs对光纤光栅输出的信号光进行偏振分束；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端。
图2和图3分别描述第二pbs两个输出端口的光功率和te与tm偏振态的相位差随着注入控制光光功率的变化。图2中的两条曲线变化趋势意味着两个端口(端口3、端口4)的输入光功率呈现互补的状态。端口3的输出光功率正比于cos(θ)，而端口4的输出光功率近似正比于(1-cos(θ))。当光功率从-20dbm到10dbm，相位差的变化从0到2π。偏振模式间的相位变化和增益变化导致偏振旋转角度的变化。
由上述公式可知θ实际是由载流子浓度n控制的，而载流子浓度n是光子浓度s的函数，所以可以调节控制光的光强可以改变载流子浓度从而改变θ。
如图4所示，当控制光强为i0时，θ＝0，信号光通过半导体光放大器偏振态不变,信号直接通过缓存器,从第二pbs下路端口4输出；
当控制光强为i1时，
当需要读出信号时,改变控制光的光强使得信号光经过非线性偏振旋转特性把缓存信号的偏振态再次旋转一次,被缓存的信号从光纤环中读出。
其中，因为控制信号是光信号，可实现全关缓存，缓存的反应速度快。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
1.一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，包括第一pbs、第二pbs、光耦合器、光纤光栅和半导体光放大器；
第一pbs、光耦合器、半导体光放大器、光纤光栅和第二pbs依次串接，构成光纤环；
第一pbs的第一输入端口为信号光输入端，第二输入端口与第二pbs的第二输出端口连接，输出端口连接光耦合器的第二输入端口；
光耦合器的第一输入端口为控制光输入端；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端；
第一pbs起偏振合束的作用，第二pbs起偏振分束的作用。
光耦合器是将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转的功能，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅是将控制信号滤出，保留信号光。
2.根据权利要求1所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，所述半导体光放大器的动态特性用行波速率方程模型描述；
所述半导体光放大器中，信号的传播方程被分解成te和tm偏振分量；
所述半导体光放大器的载流子浓度、光场的光子浓度和相位的传播方程表示为：
其中，v是有源区的体积,i是注入电流,r(n)＝an bn2 cn3,a是线性复合系数,b是双分子辐射复合速率系数，c表示俄歇复合系数；
ω是光子频率,c是真空中的光速,vg是群速度，г和αtot是波导限制因子和波导损耗系数；
上标te和tm表示输入信号的偏振方向；
在公式(3)中，δnp表示子带间的折射率变化量；
εsh是由于增益光谱烧孔引起的非线性增益系数。
3.根据权利要求2所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，所述γte＝0.2,γtm＝0.14。
4.根据权利要求2所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，εsh计算公式为：
其中，ε0是真空中的介电常数，τ1c和τ1v是子带内载流子与载流子的散射时间常数，τ2是偶极子弛豫时间，dk是偶极矩，而nr是材料的折射率。
5.根据权利要求1所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置，其特征在于，第二pbs两个端口的输出光子浓度由以下公式给出：
其中，
θ是指偏振态te和偏振态tm的相位差。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的装置的实现光缓存的方法，其特征在于，包括：
第一pbs的第一输入端口输入信号光；
光耦合器的第一输入端口输入控制光；
第一pbs对输入的信号光进行偏振合束；
光耦合器将信号光与控制光耦合进入半导体光放大器；
半导体光放大器实现非线性偏振旋转，利用控制光实现把光信号从一个偏振态转化为与其正交的偏振态；
光纤光栅将半导体光放大器输出信号中的控制信号滤出，保留信号光；
第二pbs对光纤光栅输出的信号光进行偏振分束；
第二pbs的第一输出端口为光纤环的信号光输出端。
7.根据权利要求6所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的方法，其特征在于，调节控制光的光强改变载流子浓度从而改变θ；
当控制光强为i0时，θ＝0，信号光通过半导体光放大器偏振态不变,信号直接通过缓存器,从第二pbs第一输出端口输出；
当控制光强为i1时，
8.根据权利要求6所述的一种由光信号控制的基于半导体光放大器实现光缓存的方法，其特征在于，当需要读出信号时,改变控制光的光强使得信号光经过非线性偏振旋转特性把缓存信号的偏振态再次旋转一次,被缓存的信号从光纤环中读出。
技术总结