CN113724759B - 一种基于倏逝场的光纤忆阻单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于倏逝场的光纤忆阻单元。该基于倏逝场的光纤忆阻单元，包括单模光纤、光学相变材料薄膜和防氧化薄膜。其中，光学相变材料薄膜位于单模光纤侧面凹槽，在光学相变材料薄膜上方镀有防氧化薄膜。在该光纤忆阻单元中，纤芯中注入脉冲光通过倏逝场耦合至光纤相变材料薄膜上，实现其相态的调控，使得光纤忆阻单元的透射率发生变化，完成非易失性全光存储。该单模光纤忆阻单元可以作为一种光脉冲调控的光纤存储器件，其存储速率高、能耗低以及抗电磁干扰等，能良好的与当前光纤系统兼容，具备极大的应用潜力。

Description

一种基于倏逝场的光纤忆阻单元
技术领域：
本发明设计属于光信息技术领域，具体涉及到一种基于倏逝场的光纤忆阻单元。
背景技术：
在光盘信息存储领域，其“读写”皆有光学手段完成，此项技术由于电子闪存技术的出现而发展速度变缓。电子闪存技术的存储媒质高度集成化、单位空间存储容量高，然而随着摩尔定律极限的到来，以电子为基础的存储元件将面临挑战，因此光学手段的存储技术发展成为必然。
现有的光学存储技术，多以光学手段实现“读”的操作(F·A·奎兰内尤夫,M·P·C·M·克里杰恩.光学透射式信息存储单元[P].荷兰：CN106104694B,2019-03-26.)，其“写”的操作仍以电学手段实现；再者，光学存储手段仍以光盘信息存储技术为主(游志青,黄兆铭, 桂豫晟.光学存储装置、控制芯片及光头的驱动方法[P].中国台湾：
CN101650949,2010-02-17.)。因此，探寻一种与当下光学技术手段适配的全光存储技术意义重大，光纤作为当下世界主要的通信载体，具备成熟的信息传输及信息感知功能，亟待产生新的技术突破，以光纤为基础的全光存储技术成为发展的必然趋势。
发明内容：
本发明目的在于提供一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，实现光纤上的非易失性全光存储。
一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，包括单模光纤(1)、光学相变材料薄膜(2)、防氧化薄膜(3)以及侧面凹槽(4)；
所述单模光纤(1)的侧面凹槽(4)镀有光学相变材料薄膜(2)，光学相变材料薄膜(2)上方镀有防氧化薄膜(3)；
所述的光学相变材料薄膜(2)，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；
所述的光学相变材料薄膜(2)至少存在两种相态，晶态与非晶态，两种相态的在通讯波段的吸收率存在差异，晶态吸收率高、非晶态吸收率低；
所述的光学相变材料薄膜(2)通过射频磁控溅射的方式与单模光纤(1)中侧面凹槽 (4)底部结合，其厚度为10nm；
所述的防氧化薄膜(3)的材质为氧化铟锡(ITO)等；
所述的防氧化薄膜(3)防止光学相变材料薄膜(2)暴露在空气中被氧化；
所述的防氧化薄膜(3)通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜(2)结合，其厚度为10nm；
所述侧面凹槽(4)由单模光纤(1)通过飞秒激光加工，形成凹槽结构，凹槽的底部距离纤芯2～5μm，凹槽轴向长度为10μm、横向长度为5μm；
所述的基于倏逝场的光纤忆阻单元由峰值功率较大的通讯波段的脉冲激光进行“擦写”操作，脉冲激光通过倏逝场与光学相变材料薄膜(2)耦合作用，调控光学相变材料薄膜 (2)的相态，从晶态到非晶态任意切换；
所述的基于倏逝场的光纤忆阻单元，由功率较弱的通讯波段的连续激光对光纤忆阻单元的透射率进行“读取”，光学相变材料薄膜(2)处于晶态时，吸收率高，光纤忆阻单元出射的连续激光处于低态；光学相变材料薄膜(2)处于非晶态时，吸收率低，光纤忆阻单元出射的连续激光处于高态；光学相变材料薄膜(2)处于晶态与非晶态之间时，光纤忆阻单元出射的连续激光处于中间态，以此表征存储的级次。
本发明的有益效果在于：
本发明为现有光纤技术带来全新的功能，以全光手段实现的光纤上的存储单元结构，以光子来实现“擦写”、“读取”操作，实现非易失性储存功能。本发明的存储过程以光子为介质来实现，相比于电子手段调控速度更快、能耗更小以及抗干扰能力强，有望于被广泛应用。
附图说明：
图1为本发明提供的一种光纤忆阻单元示意图。
图2为本发明中对光纤忆阻单元的调控光路图。
图3为本发明中光纤忆阻单元的非易失多级存储示意图。
具体实施方式：
为清楚地说明本发明一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，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。
本发明目的在于提供一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，实现光纤上的非易失性全光存储。参见图1，图1为本发明提供的一种基于倏逝场的光纤忆阻单元示意图。
一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，包括单模光纤(1)、光学相变材料薄膜(2)、防氧化薄膜(3)以及侧面凹槽(4)。
其中，单模光纤(1)的侧面凹槽(4)镀有光学相变材料薄膜(2)，光学相变材料薄膜(2)上方镀有防氧化薄膜(3)。
其中，光学相变材料薄膜(2)，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(2)至少存在两种相态，晶态与非晶态，两种相态的在通讯波段的吸收率存在差异，晶态吸收率高、非晶态吸收率低；光学相变材料薄膜(2)通过射频磁控溅射的方式与单模光纤(1)中侧面凹槽 (4)底部结合，其厚度为10nm。
其中，防氧化薄膜(3)的材质为氧化铟锡(ITO)等；防氧化薄膜(3)防止光学相变材料薄膜(2)暴露在空气中被氧化；防氧化薄膜(3)通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜(2)结合，其厚度为10nm。
其中，侧面凹槽(4)由单模光纤(1)通过飞秒激光加工，形成凹槽结构，凹槽的底部距离纤芯2～5μm，凹槽轴向长度为10μm、横向长度为5μm。
基于倏逝场的光纤忆阻单元由峰值功率较大的通讯波段的脉冲激光进行“擦写”操作，脉冲激光通过倏逝场与光学相变材料薄膜(2)耦合作用，调控光学相变材料薄膜(2)的相态，从晶态到非晶态任意切换；
基于倏逝场的光纤忆阻单元，由功率较弱的通讯波段的连续激光对光纤忆阻单元的透射率进行“读取”，光学相变材料薄膜(2)处于晶态时，吸收率高，光纤忆阻单元出射的连续激光处于低态；光学相变材料薄膜(2)处于非晶态时，吸收率低，光纤忆阻单元出射的连续激光处于高态；光学相变材料薄膜(2)处于晶态与非晶态之间时，光纤忆阻单元出射的连续激光处于中间态，以此表征存储的级次。
参见图2，图2为本发明的一个实施例提供的基于倏逝场的光纤忆阻单元的调控光路图。
基于倏逝场的光纤忆阻单元的调控光路图，包括脉冲激光器(5)、连续激光器(6)、耦合器(7)、光纤忆阻单元(8)、光滤波器(9)、光电探测器(10)以及信号处理系统(11)。
其中，脉冲激光器(5)出射高功率脉冲激光，经过耦合器(6)入射至光纤忆阻单元(8)中，然后被光滤波器(9)隔离；脉冲激光器(5)出射的高功率脉冲激光的能量较为集中，能够引起光纤忆阻单元(8)中光学相变材料(2)的相态发生转变，即“擦写”操作；通过调控脉冲激光器(5)出射的脉冲激光峰值功率、脉冲宽度、重复频率等参数，能够对光纤忆阻单元(8)实现多相态调控。
其中，连续激光器(5)出射低功率连续激光，经过耦合器(6)入射至光纤忆阻单元(8)中，然后经过光滤波器(9)后，由光电探测器(10)接受，且将光信号转换为电信号输出至，信号处理系统(11)；连续激光器(5)出射低功率连续激光是为了“读取”光纤忆阻单元(8)的透射率(所处的状态)，光纤忆阻单元(8)处于不同的相态时，其对光的反射率是存在差异的。
其中，信号处理系统(11)接受光电探测器(10)中“读取”激光的信息，还需对脉冲激光器(5)、连续激光器(6)进行控制，调控脉冲激光器(5)出射的脉冲激光参数以及连续激光器(6)出射的连续激光参数。
基于倏逝场的光纤忆阻单元的调控光路图能够实现全光非易失性多级存储。参见图3，图3为光纤忆阻单元的非易失多级存储示意图。
基于倏逝场的光纤忆阻单元的非易失多级存储示意图，其为光纤忆阻单元(8)在时域被调控的表现，由脉冲激光器(5)进行“擦写”操作，实现其相态改变；由连续激光器(6)进行“读取”操作，实现透射率的探测；透射率从高级次向零级次切换，共实现7 个高位台阶向零级台阶切换；能够实现8级存储，即3位(3bit)。
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)

1.一种基于倏逝场的光纤忆阻单元，包括单模光纤（1）、光学相变材料薄膜（2）、防氧化薄膜（3）以及侧面凹槽（4）；
所述单模光纤（1）的侧面凹槽（4）镀有光学相变材料薄膜（2），光学相变材料薄膜（2）上方镀有防氧化薄膜（3）；
所述的光学相变材料薄膜（2），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）；
所述的光学相变材料薄膜（2）至少存在两种相态，晶态与非晶态，两种相态的在通讯波段的吸收率存在差异，晶态吸收率高、非晶态吸收率低；
所述的光学相变材料薄膜（2）通过射频磁控溅射的方式与单模光纤（1）中侧面凹槽（4）底部结合，其厚度为10nm；
所述的防氧化薄膜（3）的材质为氧化铟锡（ITO）；
所述的防氧化薄膜（3）防止光学相变材料薄膜（2）暴露在空气中被氧化；
所述的防氧化薄膜（3）通过射频磁控溅射的方式与光学相变材料薄膜（2）结合，其厚度为10nm；
所述侧面凹槽（4）由单模光纤（1）通过飞秒激光加工，形成凹槽结构，凹槽的底部距离纤芯2~5μm，凹槽轴向长度为10μm、横向长度为5μm；
所述的基于倏逝场的光纤忆阻单元由峰值功率较大的通讯波段的脉冲激光进行“擦写”操作，脉冲激光通过倏逝场与光学相变材料薄膜（2）耦合作用，调控光学相变材料薄膜（2）的相态，从晶态到非晶态任意切换；
所述的基于倏逝场的光纤忆阻单元，由功率较弱的通讯波段的连续激光对光纤忆阻单元的透射率进行“读取”，光学相变材料薄膜（2）处于晶态时，吸收率高，光纤忆阻单元出射的连续激光处于低态；光学相变材料薄膜（2）处于非晶态时，吸收率低，光纤忆阻单元出射的连续激光处于高态；光学相变材料薄膜（2）处于晶态与非晶态之间时，光纤忆阻单元出射的连续激光处于中间态，以此表征存储的级次。
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