[發(fā)明專利]一種多芯光纖憶阻器件及“擦、寫、讀”方案

有效

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• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN113724758B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金威;程思瑩;李翔;李亞茹;張毅博;張亞勛;張羽;劉志海;楊軍;苑立波
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G11C13/04
• 分類號: G11C13/04;G11C16/10;G11C16/26
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818
• 代理人: 劉巖

1.一種多芯光纖憶阻器件，其特征在于：包括“讀、寫、擦”激光輸出模塊（1、2、3、4、5、6）、多芯光纖憶阻器（7）、“讀”多芯探測模塊（8、9、10、11）；

所述“讀、寫、擦”激光輸出模塊包括“讀、寫、擦”連續(xù)光激光器（1）、光脈沖生成模塊（2）、一分N光纖耦合器（3）、一分二光纖耦合器陣列（4）、光纖環(huán)形器陣列（5）以及多芯光纖扇入器（6）；

所述“讀、寫、擦”連續(xù)光激光器（1）包括“擦、寫”種子源激光器（101~107）以及“讀”連續(xù)激光器（108）；

所述“擦、寫”種子源激光器（101~107）各自輸出不同波長的連續(xù)激光至光脈沖生成模塊（2）中；

所述“讀”連續(xù)激光器（108）輸出探測連續(xù)激光，輸出的波長與“擦、寫”種子源激光器（101~107）的波長不一致；

所述“讀、寫、擦”連續(xù)光激光器（1）與上位機(jī)（11）交互調(diào)控輸出連續(xù)激光的波長及強(qiáng)度參數(shù)；

所述光脈沖生成模塊（2）包括密集波分復(fù)用器.1（201）、強(qiáng)度調(diào)制器（202）、摻鉺脈沖光纖放大器（203）、密集波分復(fù)用器.2（204）以及電脈沖發(fā)生器（205）；

所述密集波分復(fù)用器.1（201）與密集波分復(fù)用器.2（204）的波長通道與“擦、寫”種子源激光器（101~107）適配；

所述密集波分復(fù)用器.1（201）功能為將由“擦、寫”種子源激光器（101~107）輸出的不同波長通道的連續(xù)激光合束至單纖中，輸入至強(qiáng)度調(diào)制器（202）中進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制；

所述強(qiáng)度調(diào)制器（202）的調(diào)制脈沖源由電脈沖發(fā)生器（205）提供，其功能為對輸入的光信號進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制器（202）處于合適的靜態(tài)工作點時，電脈沖發(fā)生器（205）發(fā)出電脈沖，經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制器（202）的光信號將收到電脈沖調(diào)制，從而產(chǎn)生脈沖光；

所述摻鉺脈沖光纖放大器（203）將強(qiáng)度調(diào)制器（202）輸出的光脈沖信號進(jìn)行放大，實現(xiàn)高功率脈沖光信號輸出；

所述密集波分復(fù)用器.2（205）接受摻鉺脈沖光纖放大器（203）輸出的各個波長的光脈沖信號，將波長分離至各自的波長通道；

所述摻鉺脈沖光纖放大器（203）與電脈沖發(fā)生器（204）與上位機(jī)（11）交互，以實現(xiàn)目標(biāo)強(qiáng)度的光脈沖信號輸出；

所述一分N光纖耦合器（3）將“讀”連續(xù)激光器（108）出射的探測連續(xù)激光的能量均分，輸入至一分二光纖耦合器陣列（4）中；

所述一分二光纖耦合器陣列（4）包括多個一分二光纖耦合器（401~407），將被一分N光纖耦合器（3）均分的探測連續(xù)激光與入射至各自波長通道的光脈沖信號耦合，輸入至光纖環(huán)形器陣列（5）中；

所述光纖環(huán)形器陣列（5）包括多個光纖環(huán)形器（501~507），將各自波長通道的光能量從端口1傳遞至端口2，將由后端器件反射的光能量從端口2傳遞至端口3；

所述多芯光纖扇入器（6）將各自波長通道的光信號耦合至多芯光纖的對應(yīng)纖芯中；

所述多芯光纖憶阻器（7）包括多芯光纖（701）、光學(xué)相變材料薄膜（702）和防氧化增反膜（703）；

所述多芯光纖（701）至少存在兩個纖芯，各纖芯中通入不同參量的脈沖激光；

所述光學(xué)相變材料薄膜（702），其材質(zhì)為硫系化合物，其中，具體為鍺銻碲合金（Ge₂Sb₂Te₅）或銀銦銻碲合金（AgInSbTe）；

所述光學(xué)相變材料薄膜（702）至少存在兩種相態(tài)，晶態(tài)與非晶態(tài)，以及處于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的中間狀態(tài)，不同相態(tài)的在通訊波段的反射率存在差異；

所述光學(xué)相變材料薄膜（702）通過射頻磁控濺射的方式與多芯光纖（701）端面結(jié)合；

所述防氧化增反膜（703）的材質(zhì)為氧化銦錫（ITO）或金膜（Au），防止光學(xué)相變材料薄膜（702）暴露在空氣中被氧化，以及增加對通訊波段的反射；

所述防氧化增反膜（703）通過射頻磁控濺射的方式與光學(xué)相變材料薄膜（702）結(jié)合；

所述多芯光纖憶阻器（7）與多芯光纖扇入器（6）輸出的多芯光纖對芯焊接，使得各個波長通道的光信號能夠被傳遞至多芯光纖憶阻器（7）的對應(yīng)纖芯中；

所述“讀”多芯探測模塊包括光纖濾波器陣列（8）、光電探測器陣列（9）、采集卡（10）以及上位機(jī)（11）；

所述光纖濾波器陣列（8）包括多個光纖帶通濾波器（801~807），功能為僅允許探測連續(xù)激光的波長光信號通過；

所述光電探測器陣列（9）包含多個單PIN光電探測器（901~907），功能為實時監(jiān)測多芯光纖憶阻器（7）各個纖芯反射的光信號大小，即讀取各個纖芯的存儲信息；

所述光電探測器陣列（9）輸出至采集卡（10）中，實現(xiàn)電信號采集；

所述采集卡（10）與上位機(jī)（11）交互實現(xiàn)信息的傳遞；

所述“擦、寫”種子源激光器（101~107）、密集波分復(fù)用器.1（201）、密集波分復(fù)用器.2（204）、一分二光纖耦合器陣列（4）、光纖環(huán)形器陣列（5）、多芯光纖扇入器（6）、光纖濾波器陣列（8）及光電探測器陣列（9）中的通道數(shù)量與多芯光纖憶阻器（7）的纖芯個數(shù)匹配；

所述多芯光纖憶阻器件及“擦、寫、讀”方案為，在多芯光纖（701）端面后依次鍍有光學(xué)相變材料薄膜（702）和防氧化增反膜（703）來構(gòu)造多芯光纖憶阻器（7）；各個纖芯中注入“擦、寫”脈沖激光分別對各纖芯端面的光學(xué)相變材料的相態(tài)進(jìn)行調(diào)控，不同相態(tài)下的光學(xué)相變材料反射率存在差異，通過“讀”連續(xù)激光讀取每個纖芯的存儲狀態(tài)，從而實現(xiàn)多芯非易失性全光存儲。