一种光纤数据存储器的制备方法及解调方法与流程

1.本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种光纤数据存储器的制备方法及解调方法。


背景技术：

2.现有的存储器一般为磁存储器，或者光存储器。
3.磁存储器，是利用表面磁介质作为信息记录的载体，通过两种不同剩磁状态或者是剩磁方向表示0或1的开关状态，进而实现二进制数字信息存储。
4.磁存储器是目前最常用的存储器，但是其有以下缺点：1、磁存储器通常需要较多的机械与电路系统，如信号记录电路、信号重放电路、伺服机械系统等，系统的尺寸较大，由于数据的指数爆炸增长，磁存储的方式存放大量数据需要较大的空间；2、磁存储器存在寿命短的问题，对于需要长期稳定存放的数据，磁存储难以满足该要求；3、磁存储器通常需要长期供电使用，大大增加了使用磁存储方式的成本与功耗。
5.传统光存储器，是通过激光在光盘的刻录层产生结构性的变化，由此改变了局部区域的折射率。当光照射在上面后会有不同的反射信号，再将其转化为0或1的数字信号。
6.这类光存储器结合多维度复用技术，已获得较高的存储密度，但其仍存在一些不足：1、传统光存储器件不能在强光下存放，以防止光对存储器材料以及内部信息的影响；2、由于高温对传统光存储器的材料影响较大，因此其无法存放、工作在高温环境中；3、由于传统光存储器易磨损，在保存时需要更好的机械保护。


技术实现要素：

7.鉴于现有存储器的不足，本发明的目的在于提供一种光纤数据存储器的制备方法及解调方法。
8.本技术提供的一种光纤数据存储器的制备方法，包括以下步骤：s1，对需要存储的数据信息进行处理，转换成统一数制的数据；再按照预设定的规则，转换为沿光纤轴向的光纤光栅阵列的空间分布规律；s2，根据s1得到的光纤光栅阵列的空间分布规律，利用飞秒激光在光纤纤芯中写入光纤光栅阵列，将统一数制的数据写入保存在光纤光栅阵列中。
9.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，所述步骤s1中，统一数制的数据为多进制数据。
10.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，，通过控制不同光栅片段的调制强度，实现多进制的编码。
11.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，通过控制不同光栅片段的光栅周期，实现多进制的编码。
12.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，所述光纤光栅阵列包括多个光栅片段，一个光栅片段用于定义一位数据，光栅片段由若干个周期相同的光栅
组成。
13.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，所述光纤还包括位于光纤纤芯外的包层、以及涂覆层。
14.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的制备方法，所述光纤光栅阵列为线阵列结构或者点阵列结构。
15.本技术还提供了一种光纤数据存储器的解调方法，所述光纤数据存储器系通过上述的制备方法获得；解调方法包括：s3，通过时域反射信号检测终端读取光纤数据存储器的时域反射信号；s4，利用解调程序对获得的时域反射信号进行处理，还原出写入的数据信息，实现对光纤光栅阵列的数据解调。
16.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的解调方法，所述步骤s3中，所述光纤数据存储器的一端通过光纤跳线接入时域反射信号检测终端，所述时域反射信号检测终端与计算机相连接；通过时域反射信号检测终端检测并记录光纤光栅阵列的时域反射信号。
17.根据本技术实施例所提供的一种光纤数据存储器的解调方法，所述步骤s4中，通过计算机中的解调程序对获得的时域反射信号进行处理，并获得写入在光纤光栅阵列中的数据。
18.本发明具有如下有益效果：本技术利用飞秒激光加工的灵活性、准确性，能够通过数据的预处理而灵活改变制备参数；在不破坏光纤原本的机械强度的前提下，能准确实现大批量数据的自动写入。与磁存储器相比，本技术的光纤数据存储器是基于光纤光栅阵列的数据存储方式，尺寸小，利用飞秒激光微加工的光纤光栅阵列能够实现高密度的存储。由于光纤本身抗电磁干扰，写入的光纤光栅阵列耐高温，因此通过该方法制备得到的光纤数据存储器可以在强磁场的环境中稳定存放、工作。光纤光栅阵列可以长期稳定存放，此过程中无需担心温度、湿度等对材料的影响，也无需供电使用等。能够在需长期存放的大数据存储、特殊信息加密等场景应用，也可以作为极端环境重要信息保存的手段。因此可以将数据稳定保存于光纤光栅阵列中，对于需要稳定保存的数据类型而言，其长期使用成本更低。
19.传统的光存储器件对光照、温度等外界条件要求苛刻。本技术的光纤数据存储器，尽管光纤光栅器件对外界条件也存在响应，但是在数据存储与解调时并不会对信息写入与读取造成大的影响。基于飞秒激光微加工的光纤光栅阵列，能够稳定工作于高达800℃的高温环境中，因此拓展了光纤光栅阵列数据存储器的使用场景，降低了对工作环境的限制。
附图说明
20.图1是本技术一个具体实施例的一种光纤数据存储器的示意图；图2是本技术另一具体实施例的一种光纤数据存储器的示意图；图3是本技术的光纤数据存储器解调系统的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
22.为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰、明确，结合以下参考的附图及示范性实施例，将对本发明进行进一步的详细说明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
23.本技术提供了一种光纤数据存储器，包括光纤，以及位于光纤纤芯（32）中的信息单元。其中，本技术具体实施例的信息单元为光纤光栅阵列（33），数据信息系通过飞秒激光写入保存在光纤光栅阵列（33）中。
24.本技术具体实施例，光纤光栅阵列（33）包括多个光栅片段（301），一个光栅片段（301）用于定义一位数据，光栅片段（301）由若干个周期相同的光栅所组成。
25.本技术，可先对需要存储的数据信息进行处理，转换成统一数制的数据；按照预设定的规则，建立起光栅和数据信息之间的对应规则。利用光纤光栅阵列（33）来记录保存数据信息。
26.统一数制的数据信息为多进制数据，如二进制、四进制、八进制等。可以理解的，多进制的数制并不以此为限。
27.例如，将数据信息转换成二进制数据，二进制数据的编码用二进制0或1进行表示。用光栅片段（301）来表示编码位0或1，设定编码位数据用光栅片段表示的具体规则，如数个（n个，n〉=1）光栅为一组，来表示0或1。
28.如图1所示为其中一个具体实施例的光纤数据存储器的示意图，若干个光栅为一个光栅片段（301），一个光栅片段（301）为一位编码位，表示1。图1中光纤光栅阵列（33）共有6个这样的光栅片段（301），光栅片段（301）的间距（编码位之间的间隔）固定。每个光栅片段（301）（编码位）占据的实体空间长度相同。该光纤光栅阵列（33）的空间分布表示二进制编码111 111。
29.如图2所示为另一个具体实施例的光纤数据存储器的示意图，若干个光栅为一个光栅片段（301），表示1。光栅片段（301）（编码位）之间的间距固定，其中光栅片段（301）共有4个。而无光栅区域有两个，表示在此编码位代表数据为0。图2中的光纤光栅阵列（33），表示二进制编码101 011。
30.图1、图2仅为光纤光栅阵列（33）表达数据信息的其中一种应用，可以理解的，光栅和数据信息之间的对应规则并不以此为限。
31.光纤光栅阵列（33）中的光栅，可以如图、图2所示的线阵列结构，或者，还可以为点阵列结构。
32.上述系通过二进制数据表示数据信息，通过光栅片段（301）空间分布的有或无代表1或0。
33.在此基础上，数据信息还可以转换成四进制、八进制等数据，可以通过控制不同光栅片段（301）的调制强度，实现由二进制转化为多进制的编码。在此基础上可以通过反射信号的强弱实现四进制、八进制等多种组合。
34.因此，本技术可采用不同调制强度的光栅片段（301）作为存储的片段，通过不同调制强度光栅反射信号的强弱作为区分，可以实现四进制、八进制等多进制的存储。其原理在于不同光栅片段（301）采用不同的激光能量等方式引入不同的调制量，时域反射信号的强度会不相同。通过定义不同反射信号强度区间作为区分，在解调时根据不同强度采用对应
进制的解调方法进行数据恢复。由于光栅周期众多，因此在波长域内有复杂的排列。可以通过定义不同光栅周期对应的数据，实现对数据的加密。
35.本技术，还可以通过控制不同光栅片段的光栅周期，实现多进制的编码。上述用于表示多进制数据信息编码位的光栅片段（301），可以是相同光栅周期的光纤光栅。或者，还可以通过具有不同光栅周期的光纤光栅进一步优化其存储密度。由于不同光栅周期的光纤光栅会反射不同波长的光，在解调的时候通过调整时域反射信号检测终端的输入波长，分别检测出不同周期的光栅反射信号，从而利用这些信号实现多进制的存储，最终通过多组数据的整合实现原始数据的提取与恢复。
36.本技术还提供了一种光纤数据存储器的制备方法，包括以下步骤：s1，对需要存储的数据信息进行处理；转换为沿光纤轴向的光纤光栅阵列（33）的空间分布规律；s2，根据s1得到的光纤光栅阵列（33）的空间分布规律，利用飞秒激光在光纤纤芯中写入光纤光栅阵列（33）。
37.上述步骤s1中，将需要存储的数据信息处理后转换成统一数制的数据；再按照预设定的规则，将其转化为沿光纤轴向的光纤光栅阵列（33）的空间分布规律。
38.上述步骤s1中，分析所要储存的信息数据，将所需要存储的数据统一为多进制的数据，如二进制、四进制、八进制等。
39.以二进制为例，二进制序列用二进制0或1进行表示；以此表示光纤光栅阵列（33）的写入顺序以及空间轴向分布，从而将二进制数据转换为光纤轴向光栅阵列的空间分布规律，得到光纤光栅阵列（33）制备参数。其他进制的信息数据，需要转化为二进制表示。在光纤光栅阵列（33）中采用数个光栅为一组表示一位数据，最终在解调算法中对数据进行处理即可。
40.与磁存储器相比，本技术的光纤数据存储器是基于光纤光栅阵列（33）的数据存储方式，尺寸小，利用飞秒激光微加工的光纤光栅阵列（33）能够实现高密度的存储。由于光纤本身抗电磁干扰，因此该类存储器可以在强磁场的环境中稳定存放、工作。光纤光栅阵列（33）可以长期稳定存放，此过程中无需担心温度、湿度等对材料的影响，也无需供电使用等。因此可以将数据稳定保存于光纤光栅阵列（33）中，对于需要稳定保存的数据类型而言，其长期使用成本更低。
41.传统的光存储器件对光照、温度等外界条件要求苛刻。本技术的光纤数据存储器，尽管光纤光栅器件对外界条件也存在响应，但是在数据存储与解调时并不会对信息写入与读取造成大的影响。基于飞秒激光微加工的光纤光栅阵列（33），能够稳定工作于高达800℃的高温环境中，因此拓展了光纤光栅阵列（33）数据存储器的使用场景，降低了对工作环境的限制。
42.本技术的光纤数据存储器，在数据写入时，可通过飞秒激光加工光纤光栅实现。
43.将光纤固定在三维位移平台上，调节平台使飞秒激光能够准确聚焦于光纤纤芯。选用高倍率、大数值孔径的显微物镜作为加工物镜。输入已经获得的制备参数，如光栅写制的空间分布规律、光栅片段（301）长度（每个编码位占据的实体空间长度）、光栅片段（301）间距（编码位之间的间隔）等，开始自动制备光纤光栅阵列（33）。在光纤轴向的不同位置按照步骤s1获得的规律写入光纤光栅，每个位置的光纤光栅采用飞秒激光微加工刻写点阵列
或线阵列，每小段光栅的长度仅在微米量级。
44.利用飞秒激光进行写入，参数可适时调整、制备灵活，加工速度快、效率高。利用飞秒激光微加工法的精密性，可以光纤纤芯刻写具有一定规律的结构，如线阵列、点阵列等，从而对光纤进行折射率调制。
45.光纤光栅阵列（33）数据存储的原理是由于在同一段光纤中，不同位置的光纤光栅反射的信号光存在一定的时间延迟，通过测量光纤光栅阵列（33）的时域反射信号可以解调出反射信号对应于光纤的空间位置。
46.在加工的过程中，以二进制为例，可以将已知1或0的二进制编码序列转换成空间上光栅的有或无，通过飞秒激光快速、准确的将信号写入光纤中。在解调的时候，只需将时域反射信号提取，利用编写的程序对其进行后处理，从而还原出写入的信息。
47.在此基础上，通过改变不同光栅片段的调制强度，可以实现由二进制转化为多进制的编码。通过光栅空间分布的有或无代表1或0，在此基础上可以通过反射信号的强弱实现四进制、八进制等多种组合。通过定义不同反射信号强度区间作为区分，在解调时根据不同强度采用对应进制的解调方法进行数据恢复。
48.如图1所示的光纤数据存储器，光纤光栅阵列（33）表示在一段光纤内连续在不同位置中写入6个光纤光栅片段（301），则在输出端会在时域上存在6个反射信号峰，通过解调出该信息即认为该段光纤光栅阵列（33）带有编码信息为共6位数据、数据均为1。
49.本技术还提供了一种光纤数据存储器解调系统，包括计算机、时域反射信号检测终端、以及如上所述的光纤数据存储器。
50.其中，光纤数据存储器的一端通过光纤跳线接入时域反射信号检测终端，时域反射信号检测终端与计算机相连接。时域反射信号检测终端用于检测并记录光纤光栅阵列（33）的时域反射信号；计算机用于对获得的时域反射信号进行处理，并提取、获得写入在光纤光栅阵列（33）中的数据信息。
51.本技术还提供了一种光纤数据存储器的解调方法，可通过以下方法对存储的数据信息进行提取：s3，通过时域反射信号检测终端读取光纤数据存储器的时域反射信号；s4，利用解调程序对获得的时域反射信号进行处理，还原出写入的数据信息，实现对光纤光栅阵列（33）的数据解调。
52.上述步骤s3中，光纤数据存储器的一端通过光纤跳线接入时域反射信号检测终端，时域反射信号检测终端与计算机相连接；通过时域反射信号检测终端检测并记录光纤光栅阵列（33）的时域反射信号。
53.上述步骤s4中，通过计算机中的解调程序对获得的时域反射信号进行数据解调处理，并获得写入在光纤光栅阵列（33）中的数据。
54.对于已经写入数据的光纤光栅阵列（33）数据存储器，通过测量光纤光栅阵列（33）的时域反射信号实现数据的获取。如图3所示为解调系统的装置示意图，其中（1）为时域反射信号检测终端、（2）为计算机、（3）为光纤数据存储器。
55.在提取、解调之前，首先对时域反射信号检测终端（1）进行校准匹配，校准过程利用探测光信号照射到固定长度的反射面上，具体的，利用时域反射信号检测终端（1）发射一
束探测光到一段已知长度、已知介质的跳线上。跳线端面镀金将光信号反射，则经过已知时间延迟后可以从终端检测到该光信号。利用固定波长光波在相同介质、相同长度传播时间不变的特性，利用该原理对时域反射信号检测终端进行校准。以已知的时间延迟作为校准条件，对装置1进行校准。
56.在步骤s3数据读取时，光纤光栅阵列（33）数据存储器的一端通过光纤跳线接入时域反射信号检测终端，时域反射信号检测终端1发出探测光信号输入至光纤中，时域反射信号检测终端１扫描获取并记录光纤光栅阵列（33）的时域反射信号，通过收集光纤光栅阵列（33）时域反射信号实现信号记录。
57.最后，通过计算机（2）中的解调程序对获得的时域反射信号进行后处理，提取出光纤光栅阵列（33）对应的存储信息；如步骤s４所述。
58.计算机（2）采用已经编写的程序，对获得的时域反射信号进行低通滤波、信号峰提取、编码等操作，最终实现对光纤光栅阵列（33）的数据解调，获得写入在光纤光栅阵列（33）中的数据。
59.数据解调后，可获得多进制数据如二进制数据。如果原始数据是非二进制数据，在解调算法中只需要选择对应进制进行相应恢复处理即可。
60.本技术利用光纤光栅阵列（33）的时域反射信号作为解调方式，在数据提取时不需要进行复杂的运算，通过灵敏的检测器即可获取反射的时序信号，之后利用已经编写的解调程序并配置所需参数后即可完成数据提取与恢复。
61.本技术提出了一种光纤数据存储器，是一种牢固稳定的光纤光栅阵列（33）数据存储器。与现有的磁存储器、传统光存储器相比，本技术的突出优势是可以利用飞秒激光加工的灵活性、准确性，能够通过数据的预处理而灵活改变制备参数，进而可以将大批量的数据自动写入光纤中，在保证信息准确的前提下实现大批量数据的自动写入。在不破坏光纤原本的机械强度的前提下，将数据批量、自动写入光纤中，能够实现信息在高温高压等恶劣环境的大数据存储，减少了传统存储方式对环境的限制、降低了传统存储方式所需的维护成本。与此同时，由于光纤本身抗电磁干扰、写入的光纤光栅阵列（33）耐高温，因此该数据存储器件能适用于强磁场、高温等工作环境。本技术的光纤数据存储器，能够在需长期存放的大数据存储、特殊信息加密等场景应用，也可以作为极端环境重要信息保存的手段。
62.本技术的光纤数据存储器，光纤包括包层（31），包层（31）外还具有涂覆层(图中未示意出)。利用飞秒激光进行写入，由于光纤光栅阵列（33）数据存储器是将信息直接写入光纤纤芯中，此过程中不需要去除光纤的涂覆层，从而不会影响光纤本身的机械强度。因此该类存储器对存放环境要求较低，不需要担心数据因为机械磨损而改变或消失，从而几乎不需维护成本。故可以将光纤光栅阵列（33）数据存储器良好保护，因此对该类存储器的存放不需要过多的机械保护装置。
63.本技术利用飞秒激光加工制备的光纤数据存储器，由于对使用场景、环境条件没有过多要求，因此适用于各类大数据稳定存放。对于数据较多并且需要长期存放的数据库而言，该类数据存储器可以利用飞秒激光加工的精准特性实现大规模数据的批量写入，因此可以实现数据稳定低成本存储。
64.本技术提出的光纤数据存储器，不仅可以用于数据存储，还可以用于信息加密。通过向信息数据中加入冗余的干扰信息，并将所有信息写入光纤光栅阵列中。在解调时通过
特定的算法，将冗余信息予以去除，从而准确地将有效信息提取，实现对数据的加密。也可以通过特定的解调算法，将不同强度或者周期的光栅片段代表的数据进行特殊的定义，只有对应的算法才能恢复出数据的原样。
65.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利保护范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。