CN113724758B - 一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案。该多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，包括“读、写、擦”激光输出模块、多芯光纤忆阻器、“读”多芯探测模块，其中多芯光纤忆阻器包括多芯光纤、光学相变材料薄膜和防氧化增反膜。在多芯光纤端面后依次镀有光学相变材料薄膜和防氧化增反膜来构造多芯光纤忆阻器；各个纤芯中注入“擦、写”脉冲激光分别对各纤芯端面的光学相变材料的相态进行调控，不同相态下的光学相变材料反射率存在差异，通过“读”连续激光读取每个纤芯的存储状态，从而实现多芯非易失性全光存储。该多芯光纤忆阻器件基于空分复用理念提升单芯光纤非易失性存储的维度，可极大地提高通信、存储容量，突破当前普通单模光纤信息容量极限。
Description
技术领域：
本发明设计属于光信息技术领域，具体涉及到一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案。
背景技术：
近年来，随着空分复用技术的发展和多芯光纤传感技术的发展，多芯光纤已成为当前光纤技术的重要发展方向。多芯光纤在公共包层区存在多个独立的纤芯，能够实现空分复用光信号的传输，极大地提高通信容量，打破当前普通单模光纤的容量极限。当前多芯光纤在通信(忻向军,张琦,杨保国,田清华,张宗雨,田凤,王拥军,杨雷静,盛夏,王鑫,吕凯,宋秀敏.一种多芯光纤通信系统以及一种多芯光纤通信方法[P].北京市：CN109104244A,2018-12-28.)、传感(杜斌,张哲,何俊,王义平.多芯光纤压力传感器及多芯光纤压力传感系统[P].广东省：CN209400111U,2019-09-17.)领域发展成熟，多芯光纤技术亟待得到突破，开发多芯光纤的新功能十分具有意义。
本发明提供了一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，在多芯光纤端面后依次镀有光学相变材料薄膜和防氧化增反膜来构造多芯光纤忆阻器；各个纤芯中注入“擦、写”脉冲激光分别对各纤芯端面的光学相变材料的相态进行调控，不同相态下的光学相变材料反射率存在差异，通过“读”连续激光读取每个纤芯的存储状态，从而实现多芯非易失性全光存储。
发明内容：
本发明目的在于提供一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，在单纤中实现多空间维度的非易失性存储。
一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，包括“读、写、擦”激光输出模块(1、2、3、4、5、6)、多芯光纤忆阻器(7)、“读”多芯探测模块(8、9、10、11)；
所述“读、写、擦”激光输出模块包括“读、写、擦”连续光激光器(1)、光脉冲生成模块(2)、一分N光纤耦合器(3)、一分二光纤耦合器阵列(4)、光纤环形器阵列(5)以及多芯光纤扇入器(6)；
所述“读、写、擦”连续光激光器(1)包括“擦、写”种子源激光器(101～107)以及“读”连续光激光器(108)；
所述“擦、写”种子源激光器(101～107)各自输出不同波长的连续激光至光脉冲生成模块(2)中；
所述“读”连续激光器(108)输出探测连续激光，输出的波长与“擦、写”种子源激光器(101～107)的波长不一致；
所述“读、写、擦”连续光激光器(1)与上位机(11)交互调控输出连续激光的波长及强度等参数；
所述光脉冲生成模块(2)包括密集波分复用器.1(201)、强度调制器(202)、掺铒脉冲光纤放大器(203)、密集波分复用器.2(204)以及电脉冲发生器(205)；
所述密集波分复用器.1(201)与密集波分复用器.2(204)的波长通道与“擦、写”种子源激光器(101～107)适配；
所述密集波分复用器.1(201)功能为将由“擦、写”种子源激光器(101～107)输出的不同波长通道的连续激光合束至单纤中，输入至强度调制器(202)中进行光强度调制；
所述强度调制器(202)的调制脉冲源由电脉冲发生器(205)提供，其功能为对输入的光信号进行强度调制，当强度调制器(202)处于合适的静态工作点时，电脉冲发生器(205)发出电脉冲，经过强度调制器(202)的光信号将收到电脉冲调制，从而产生脉冲光；
所述掺铒脉冲光纤放大器(203)将强度调制器(202)输出的光脉冲信号进行放大，实现高功率脉冲光信号输出；
所述密集波分复用器.2(205)接受掺铒脉冲光纤放大器(203)输出的各个波长的光脉冲信号，将波长分离至各自的波长通道；
所述掺铒脉冲光纤放大器(203)与电脉冲发生器(204)与上位机(11)交互，以实现目标强度的光脉冲信号输出；
所述一分N光纤耦合器(3)将“读”连续激光器(108)出射的探测连续激光的能量均分，输入至一分二光纤耦合器阵列(4)中；
所述一分二光纤耦合器阵列(4)包括多个一分二光纤耦合器(401～407)，将被一分N光纤耦合器(3)均分的探测连续激光与入射至各自波长通道的光脉冲信号耦合，输入至光纤环形器阵列(5)中；
所述光纤环形器阵列(5)包括多个光纤环形器(501～507)，将各自波长通道的光能量从端口1传递至端口2，将由后端器件反射的光能量从端口2传递至端口3；
所述多芯光纤扇入器(6)将各自波长通道的光信号耦合至多芯光纤的对应纤芯中；
所述多芯光纤忆阻器(7)包括多芯光纤(701)、光学相变材料薄膜(702)和防氧化增反膜(703)；
所述多芯光纤(701)至少存在两个纤芯，各纤芯中通入不同参量的脉冲激光；
所述光学相变材料薄膜(702)，其材质为硫系化合物，其中，具体为锗锑碲合金(Ge2Sb2Te5)、银铟锑碲合金(AgInSbTe)等；
所述光学相变材料薄膜(702)至少存在两种相态，晶态与非晶态，以及处于晶态与非晶态之间的中间状态，不同相态的在通讯波段的反射率存在差异；
所述光学相变材料薄膜(702)通过射频磁控溅射的方式与多芯光纤(701)端面结合；
所述防氧化增反膜(703)的材质为氧化铟锡(ITO)或金膜(Au)等，防止光学相变材料薄膜(702)暴露在空气中被氧化，以及增加对通讯波段的反射；
所述防氧化增反膜(703)通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜(702)结合；
所述多芯光纤忆阻器(7)与多芯光纤扇入器(6)输出的多芯光纤对芯焊接，使得各个波长通道的光信号能够被传递至多芯光纤忆阻器(7)的对应纤芯中；
所述“读”多芯探测模块包括光纤滤波器阵列(8)、光电探测器阵列(9)、采集卡(10)以及上位机(11)；
所述光纤滤波器阵列(8)包括多个光纤带通滤波器(801～807)，功能为仅允许探测连续激光的波长光信号通过；
所述光电探测器阵列(9)包含多个单PIN光电探测器(901～907)，功能为实时监测多芯光纤忆阻器(7)各个纤芯反射的光信号大小，即读取各个纤芯的存储信息；
所述光电探测器阵列(9)输出至采集卡(10)中，实现电信号采集；
所述采集卡(10)与上位机(11)交互实现信息的传递；
所述“擦、写”种子源激光器(101～107)、密集波分复用器.1(201)、密集波分复用器.2(204)、一分二光纤耦合器阵列(4)、光纤环形器阵列(5)、多芯光纤扇入器(6)、光纤滤波器阵列(8)及光电探测器阵列(9)中的通道数量与多芯光纤忆阻器(7)的纤芯个数匹配；
所述多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案为，在多芯光纤(701)端面后依次镀有光学相变材料薄膜(702)和防氧化增反膜(703)来构造多芯光纤忆阻器(7)；各个纤芯中注入“擦、写”脉冲激光分别对各纤芯端面的光学相变材料的相态进行调控，不同相态下的光学相变材料反射率存在差异，通过“读”连续激光读取每个纤芯的存储状态，从而实现多芯非易失性全光存储。
本发明的有益效果在于：
本发明赋予多芯光纤非易失性存储的能力，此外继承多芯光纤本身特性，基于空分复用理念提升单芯光纤非易失性存储的维度，极大地提高通信、存储容量，突破当前普通单模光纤信息容量极限。本发明提供的一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案有望于当下多芯光纤通信、传感技术兼容，以推动当前光纤技术的发展。
附图说明：
图1为本发明提供的一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案原理图。
具体实施方式：
为清楚地说明本发明一种多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，以七芯光纤忆阻器(7)为例进行说明：
一种七芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案，包括“读、写、擦”激光输出模块(1、2、3、4、5、6)、七芯光纤忆阻器(7)、“读”七芯探测模块(8、9、10、11)。
其中，“读、写、擦”激光输出模块包括“读、写、擦”连续光激光器(1)、光脉冲生成模块(2)、一分N光纤耦合器(3)、一分二光纤耦合器阵列(4)、光纤环形器阵列(5)以及七芯光纤扇入器(6)。
“读、写、擦”连续光激光器(1)包括“擦、写”种子源激光器(101～107)以及“读”连续光激光器(108)；“擦、写”种子源激光器(101～107)各自输出不同波长的连续激光至光脉冲生成模块(2)中；“读”连续激光器(108)输出探测连续激光，输出的波长与“擦、写”种子源激光器(101～107)的波长不一致；“读、写、擦”连续光激光器(1)与上位机(11)交互调控输出连续激光的波长及强度等参数。
光脉冲生成模块(2)包括密集波分复用器.1(201)、强度调制器(202)、掺铒脉冲光纤放大器(203)、密集波分复用器.2(204)以及电脉冲发生器(205)；密集波分复用器.1(201)与密集波分复用器.2(204)的波长通道与“擦、写”种子源激光器(101～107)适配；密集波分复用器.1(201)功能为将由“擦、写”种子源激光器(101～107)输出的不同波长通道的连续激光合束至单纤中，输入至强度调制器(202)中进行光强度调制；强度调制器(202)的调制脉冲源由电脉冲发生器(205)提供，其功能为对输入的光信号进行强度调制，当强度调制器(202)处于合适的静态工作点时，电脉冲发生器(205)发出电脉冲，经过强度调制器(202)的光信号将收到电脉冲调制，从而产生脉冲光；掺铒脉冲光纤放大器(203)将强度调制器(202)输出的光脉冲信号进行放大，实现高功率脉冲光信号输出；密集波分复用器.2(205)接受掺铒脉冲光纤放大器(203)输出的各个波长的光脉冲信号，将波长分离至各自的波长通道；掺铒脉冲光纤放大器(203)与电脉冲发生器(204)与上位机(11)交互，以实现目标强度的光脉冲信号输出。
一分N光纤耦合器(3)将“读”连续激光器(108)出射的探测连续激光的能量均分，输入至一分二光纤耦合器阵列(4)中；一分二光纤耦合器阵列(4)包括七个一分二光纤耦合器(401～407)，将被一分N光纤耦合器(3)均分的探测连续激光与入射至各自波长通道的光脉冲信号耦合，输入至光纤环形器阵列(5)中；光纤环形器阵列(5)包括七个光纤环形器(501～507)，将各自波长通道的光能量从端口1传递至端口2，将由后端器件反射的光能量从端口2传递至端口3；七芯光纤扇入器(6)将各自波长通道的光信号耦合至七芯光纤的对应纤芯中。
其中，七芯光纤忆阻器(7)包括七芯光纤(701)、光学相变材料薄膜(702)和防氧化增反膜(703)。
七芯光纤(701)至少存在两个纤芯，各纤芯中通入不同参量的脉冲激光；光学相变材料薄膜(702)，其材质为硫系化合物，其中，具体为锗锑碲合金(Ge2Sb2Te5)、银铟锑碲合金(AgInSbTe)等；光学相变材料薄膜(702)至少存在两种相态，晶态与非晶态，以及处于晶态与非晶态之间的中间状态，不同相态的在通讯波段的反射率存在差异；光学相变材料薄膜(702)通过射频磁控溅射的方式与七芯光纤(701)端面结合；所述防氧化增反膜(703)的材质为氧化铟锡(ITO)或金膜(Au)等，防止光学相变材料薄膜(702)暴露在空气中被氧化，以及增加对通讯波段的反射；防氧化增反膜(703)通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜(702)结合。
七芯光纤忆阻器(7)与七芯光纤扇入器(6)输出的七芯光纤对芯焊接，使得各个波长通道的光信号能够被传递至七芯光纤忆阻器(7)的对应纤芯中。
其中，“读”七芯探测模块包括光纤滤波器阵列(8)、光电探测器阵列(9)、采集卡(10)以及上位机(11)。
光纤滤波器阵列(8)包括七个光纤带通滤波器(801～807)，功能为仅允许探测连续激光的波长光信号通过；光电探测器阵列(9)包含七个单PIN光电探测器(901～907)，功能为实时监测七芯光纤忆阻器(7)各个纤芯反射的光信号大小，即读取各个纤芯的存储信息；光电探测器阵列(9)输出至采集卡(10)中，实现电信号采集；采集卡(10)与上位机(11)交互实现信息的传递；
所述“擦、写”种子源激光器(101～107)、密集波分复用器.1(201)、密集波分复用器.2(204)、一分二光纤耦合器阵列(4)、光纤环形器阵列(5)、七芯光纤扇入器(6)、光纤滤波器阵列(8)及光电探测器阵列(9)中的通道数量与七芯光纤忆阻器(7)的纤芯个数匹配。
七芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案为，在七芯光纤(701)端面后依次镀有光学相变材料薄膜(702)和防氧化增反膜(703)来构造七芯光纤忆阻器(7)；各个纤芯中注入“擦、写”脉冲激光分别对各纤芯端面的光学相变材料的相态进行调控，不同相态下的光学相变材料反射率存在差异，通过“读”连续激光读取每个纤芯的存储状态，从而实现七芯非易失性全光存储。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多芯光纤忆阻器件，其特征在于：包括“读、写、擦”激光输出模块（1、2、3、4、5、6）、多芯光纤忆阻器（7）、“读”多芯探测模块（8、9、10、11）；
所述“读、写、擦”激光输出模块包括“读、写、擦”连续光激光器（1）、光脉冲生成模块（2）、一分N光纤耦合器（3）、一分二光纤耦合器阵列（4）、光纤环形器阵列（5）以及多芯光纤扇入器（6）；
所述“读、写、擦”连续光激光器（1）包括“擦、写”种子源激光器（101~107）以及“读”连续激光器（108）；
所述“擦、写”种子源激光器（101~107）各自输出不同波长的连续激光至光脉冲生成模块（2）中；
所述“读”连续激光器（108）输出探测连续激光，输出的波长与“擦、写”种子源激光器（101~107）的波长不一致；
所述“读、写、擦”连续光激光器（1）与上位机（11）交互调控输出连续激光的波长及强度参数；
所述光脉冲生成模块（2）包括密集波分复用器.1（201）、强度调制器（202）、掺铒脉冲光纤放大器（203）、密集波分复用器.2（204）以及电脉冲发生器（205）；
所述密集波分复用器.1（201）与密集波分复用器.2（204）的波长通道与“擦、写”种子源激光器（101~107）适配；
所述密集波分复用器.1（201）功能为将由“擦、写”种子源激光器（101~107）输出的不同波长通道的连续激光合束至单纤中，输入至强度调制器（202）中进行光强度调制；
所述强度调制器（202）的调制脉冲源由电脉冲发生器（205）提供，其功能为对输入的光信号进行强度调制，当强度调制器（202）处于合适的静态工作点时，电脉冲发生器（205）发出电脉冲，经过强度调制器（202）的光信号将收到电脉冲调制，从而产生脉冲光；
所述掺铒脉冲光纤放大器（203）将强度调制器（202）输出的光脉冲信号进行放大，实现高功率脉冲光信号输出；
所述密集波分复用器.2（205）接受掺铒脉冲光纤放大器（203）输出的各个波长的光脉冲信号，将波长分离至各自的波长通道；
所述掺铒脉冲光纤放大器（203）与电脉冲发生器（204）与上位机（11）交互，以实现目标强度的光脉冲信号输出；
所述一分N光纤耦合器（3）将“读”连续激光器（108）出射的探测连续激光的能量均分，输入至一分二光纤耦合器阵列（4）中；
所述一分二光纤耦合器阵列（4）包括多个一分二光纤耦合器（401~407），将被一分N光纤耦合器（3）均分的探测连续激光与入射至各自波长通道的光脉冲信号耦合，输入至光纤环形器阵列（5）中；
所述光纤环形器阵列（5）包括多个光纤环形器（501~507），将各自波长通道的光能量从端口1传递至端口2，将由后端器件反射的光能量从端口2传递至端口3；
所述多芯光纤扇入器（6）将各自波长通道的光信号耦合至多芯光纤的对应纤芯中；
所述多芯光纤忆阻器（7）包括多芯光纤（701）、光学相变材料薄膜（702）和防氧化增反膜（703）；
所述多芯光纤（701）至少存在两个纤芯，各纤芯中通入不同参量的脉冲激光；
所述光学相变材料薄膜（702），其材质为硫系化合物，其中，具体为锗锑碲合金（Ge2Sb2Te5）或银铟锑碲合金（AgInSbTe）；
所述光学相变材料薄膜（702）至少存在两种相态，晶态与非晶态，以及处于晶态与非晶态之间的中间状态，不同相态的在通讯波段的反射率存在差异；
所述光学相变材料薄膜（702）通过射频磁控溅射的方式与多芯光纤（701）端面结合；
所述防氧化增反膜（703）的材质为氧化铟锡（ITO）或金膜（Au），防止光学相变材料薄膜（702）暴露在空气中被氧化，以及增加对通讯波段的反射；
所述防氧化增反膜（703）通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜（702）结合；
所述多芯光纤忆阻器（7）与多芯光纤扇入器（6）输出的多芯光纤对芯焊接，使得各个波长通道的光信号能够被传递至多芯光纤忆阻器（7）的对应纤芯中；
所述“读”多芯探测模块包括光纤滤波器阵列（8）、光电探测器阵列（9）、采集卡（10）以及上位机（11）；
所述光纤滤波器阵列（8）包括多个光纤带通滤波器（801~807），功能为仅允许探测连续激光的波长光信号通过；
所述光电探测器阵列（9）包含多个单PIN光电探测器（901~907），功能为实时监测多芯光纤忆阻器（7）各个纤芯反射的光信号大小，即读取各个纤芯的存储信息；
所述光电探测器阵列（9）输出至采集卡（10）中，实现电信号采集；
所述采集卡（10）与上位机（11）交互实现信息的传递；
所述“擦、写”种子源激光器（101~107）、密集波分复用器.1（201）、密集波分复用器.2（204）、一分二光纤耦合器阵列（4）、光纤环形器阵列（5）、多芯光纤扇入器（6）、光纤滤波器阵列（8）及光电探测器阵列（9）中的通道数量与多芯光纤忆阻器（7）的纤芯个数匹配；
所述多芯光纤忆阻器件及“擦、写、读”方案为，在多芯光纤（701）端面后依次镀有光学相变材料薄膜（702）和防氧化增反膜（703）来构造多芯光纤忆阻器（7）；各个纤芯中注入“擦、写”脉冲激光分别对各纤芯端面的光学相变材料的相态进行调控，不同相态下的光学相变材料反射率存在差异，通过“读”连续激光读取每个纤芯的存储状态，从而实现多芯非易失性全光存储。
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