一种基于SOA的XGM效应构成XOR光逻辑门实现光标记交换的方法

摘要：提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制(XGM)效应构成异或(XOR)光逻辑门实现光标记交换的方法，并将该方法应用于载荷采用DPSK调制／光标记采用ASK调制的正交调制光标记交换系统中，以此来验证其可行性。通过仿真，在载荷信息速率为10Gbit／s，标记信息速率为2．5Gbit／s的非归零码DPSK／ASK正交调制光标记交换系统中实现了标记交换。
关键词：光标记交换；正交调制；光逻辑门；半导体光放大器

0 引言
    光标记交换(OLS)是指通过提取和更换光标记，实现用户信息的路由选择与交换。近年来，国内外对OLS技术提出了许多新颖的方案，比如副载波光标记、时分复用光标记、多波长光标记、光码标记、正交调制光标记等。目前，光标记交换技术已经成为光交换领域的研究热点。
    通常都是以光调制的方式产生光标记，以光或电的方法来处理光标记。关于标记处理，就目前所提出的方法来看，一种是利用法布里一珀罗滤波器(F-P Filter)、非线性光学环镜(NOLM)光滤波器、太赫兹光非对称解复用器(TOAD)和超高速非线性干涉仪(UNI)等先进行标记擦除，新的标记信息的插入通常是利用LiNbO3外调制器来实现。另一种则是利用SOA或光逻辑门器件实现标记擦除和再生。
    本文将利用SOA的XGM效应构成的XOR光逻辑门应用于光标记交换，通过仿真，在载荷信息速率为10Gbit／s，标记信息速率为2．5Gbit／s的非归零码DPSK／ASK正交调制光标记交换系统中实现了标记交换。

1 工作原理
1．1 基于SOA的XGM实现XOR逻辑门的原理
    基于SOA的XGM实现XOR门的结构如图1所示，用信号A作为探测光，信号B作为泵浦光，B的功率远大于A的功率，当A和B信号都为“1”时，对于SOA-1来说，因为右端有强泵浦光B入射，B将竞争到SOA-1中绝大部分的载流子，信号A则被饱和吸收，所以SOA-1右端可以视为输出为“0”；只有当右端无输入时，A才能够被SOA1放大，输出为“1”。亦即，SOA-1实现了逻辑运算。同理，SOA-2实现了逻辑运算。然后将这两路输出信号耦合，就实现了信号A和信号B之间的XOR运算，即。

1．2 基于XOR实现光标记交换的原理
    假设输入信号的光标记脉冲序列为01001，需要交换的光标记设为第1、第4和第5位，控制进入XOR光逻辑门探测光的序列，经过XOR逻辑运算，就能实现所需要的标记交换，最后输出结果为11010， 同时在这个过程中也完成了旧标记信息的擦除。

2 系统设计与仿真实验
    DPSK／ASK正交调制光标记交换系统的仿真结构如图3所示，主要由DPSK／ASK调制信号的产生、XOR光逻辑门进行标记交换、DPSK／ASK调制信号的接收解调三部分组成。在发送端，由分布式反馈激光器产生连续波，其波长设置为1550nm，对光载波利用马赫-增德尔调制器进行差分相位调制，产生速率为10Gbit／s的载荷信息，再将此载波利用马赫-增德尔调制器进行强度调制，产生速率为2．5Gbit／s的标记信息，标记信息的脉冲序列设置为01001。在标记交换部分，利用XOR光逻辑门来实现标记交换，进入XOR光逻辑门的控制信息的脉冲序列设置为10011经过标记交换后形成新的光包经过80km单模光纤(SMF)传输和16km色散补偿光纤(DCF)的传输。在系统接收端，使用前置的掺饵光纤放大器(EDFA)进行信号放大，随后正交调制的信号首先经过一个窄带的光学滤波器，然后通过耦合器进行分离，其中一路信号直接进行光电转换来提取标记信号，另一路进入1bit的延迟干涉仪进行光域解调，经过相干解调，光相位信号被转换为光强度信号，得到的两路信号分别进行光电转换，经过低通滤波器滤波，并进行差值运算，最后得到载荷信息。

    在未经过XOR光逻辑门进行标记交换前，原来的ASK标记信息的时域波形如图4(a)所示，在进行光标记交换后新的标记信息的时域波形如图4(b)所示。由图可知，DPSK／ASK信号在经过基于SOA的XGM效应生成的XOR光逻辑门时，DPSK载荷信息并不会被改变，而通过XOR逻辑运算，旧的ASK标记信息则被擦除，同时生成新的ASK标记信息。由图4(b)可知输出结果为11010，与理论值相符。

3 结束语
    本文利用SOA的XGM效应构成了XOR光逻辑门，并将其应用于DPSK／ASK正交调制光标记交换系统来完成标记交换，使用Optisystem7．0进行仿真分析。结果表明，通过XOR光逻辑门成功实现了2．5Gbit／s的ASK标记信息的全光域的标记交换。
    这种基于SOA构成XOR逻辑门实现光标记的方案具有结构简单、容易实现、标记交换速率高等优点，同时此方案也利用了正交调制频谱利用率高；标记信息与载荷信息分离简单；DPSK载荷信息具有较强的抗非线性能力等优点。但此方案是在特定的光标记交换系统中完成的，且ASK标记信息易受到SOA中载流子恢复时间和其他非线性效应等因素的影响，对于光标记交换技术的应用和发展有一定的参考价值。