作 者

蔡智濠、廖常銳、王義平等

文章導(dǎo)讀

隨著數(shù)據(jù)指數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，人類(lèi)社會(huì)對(duì)寬帶業(yè)務(wù)提出了前所未有的高要求，如服務(wù)更優(yōu)、速度更快等。為了維護(hù)數(shù)量日益增長(zhǎng)的光傳輸信道，降低運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)維成本，高效檢測(cè)鏈路的使用情況，從而獲取用戶端的“啞”信息是極為重要的。傳統(tǒng)的鏈路標(biāo)記高度依賴專(zhuān)業(yè)的人員對(duì)端口進(jìn)行標(biāo)記、識(shí)別、記錄、保存等，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本昂貴的同時(shí)，還容易出現(xiàn)紕漏導(dǎo)致大量端口失效，最終造成資源的浪費(fèi)。最近，深圳大學(xué)王義平教授團(tuán)隊(duì)的廖常銳教授和碩士研究生蔡智濠等人在SCI核心期刊《極端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上發(fā)表了題為《Encrypted optical fiber tag based on encoded fiber Bragg grating array》的研究論文。該團(tuán)隊(duì)研究了一種基于布拉格光柵陣列的全光纖加密標(biāo)記方法（如圖1），結(jié)合布拉格光柵的反射信號(hào)以及空間分布，提升標(biāo)簽攜帶信息的容量并賦予標(biāo)簽加密屬性。此全光加密標(biāo)記方法有望為光網(wǎng)絡(luò)提供一種良好、穩(wěn)定、高效的維護(hù)及檢測(cè)方法，為智能光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）的建設(shè)發(fā)展提供思路。

亮 點(diǎn)

使用飛秒激光多脈沖曝光法制備編碼布拉格光柵陣列；

通過(guò)布拉格光柵的反射率及反射波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)光纖標(biāo)簽容量擴(kuò)增；

基于布拉格光柵陣列的加密光纖標(biāo)簽為光傳輸信道標(biāo)記提供思路。

圖1光纖標(biāo)簽的制備及工作原理示意圖。(a) 飛秒激光直寫(xiě)制備光纖標(biāo)簽示意圖；(b) 光纖標(biāo)簽的編碼及檢測(cè)原理。

研究背景

在傳統(tǒng)的ODN網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，常?？梢杂萌斯な謱?xiě)或者一次性機(jī)器打印標(biāo)簽，以此作為端口標(biāo)記的手段。這些微小、不顯眼的標(biāo)簽包含不同光纜在運(yùn)營(yíng)商以及客戶端的接入端口信息，是對(duì)應(yīng)運(yùn)營(yíng)商向用戶開(kāi)展業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。由于ODN設(shè)備常常安置于室外環(huán)境下（如馬路邊、電線桿上等），無(wú)法避免受到環(huán)境污染甚至是人為破壞從而導(dǎo)致這類(lèi)簡(jiǎn)易標(biāo)簽失效，最終大大增加維護(hù)成本。這類(lèi)實(shí)體標(biāo)簽的信息不能通過(guò)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別并讀取，需要專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員進(jìn)行人工掃描以及記錄。當(dāng)在識(shí)別、讀取、記錄以及保存等環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，將大大增加溯源難度從而導(dǎo)致錯(cuò)誤端口失效，使得運(yùn)營(yíng)商端口資源造成極大的浪費(fèi)。同時(shí)，這些物理標(biāo)記常對(duì)所有人開(kāi)放可讀，這在特定的場(chǎng)景是不被允許的。

光纖布拉格光柵能夠在光傳輸信道中留下永久的標(biāo)記，是良好的光信道編碼工具。飛秒激光直寫(xiě)制備布拉格光柵陣列具有高效率、高靈活性、高穩(wěn)定性、光柵參數(shù)可定制等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于分布式光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)制備等。因此，利用飛秒激光高效制備用于編碼的布拉格光纖光柵陣列，可使光纖攜帶豐富的信息進(jìn)而成為信道身份識(shí)別的標(biāo)簽。飛秒激光高效制備布拉格光柵陣列的光纖加密標(biāo)簽為開(kāi)發(fā)智能ODN提供了方法。

最新進(jìn)展

基于光柵空間分布的編碼原理。王義平教授團(tuán)隊(duì)使用飛秒激光直寫(xiě)制備編碼布拉格光柵陣列，將預(yù)設(shè)的二進(jìn)制編碼序列按照光柵的存在（代表代碼1）與否（代表代碼0）寫(xiě)入光纖中，并結(jié)合光時(shí)域反射信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，將光纖標(biāo)簽中對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行恢復(fù)（如圖2）。通過(guò)飛秒激光的高效制備以及光時(shí)域反射儀的高速檢測(cè)，驗(yàn)證了基于布拉格光柵陣列的光纖標(biāo)簽攜帶信息的能力。

圖2光纖標(biāo)簽的可行性驗(yàn)證。光纖標(biāo)簽攜帶二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列示意圖以及其對(duì)時(shí)域反射信號(hào)檢測(cè)圖。

基于光柵反射強(qiáng)度的標(biāo)簽擴(kuò)容技術(shù)。團(tuán)隊(duì)使用飛秒激光多脈沖曝光技術(shù)，制備具有不同反射率的光柵陣列，從而使光纖標(biāo)簽獲得更多的編碼狀態(tài)（如圖3）。與傳統(tǒng)利用功率控制模塊對(duì)激光進(jìn)行衰減，利用飛秒激光多脈沖曝光技術(shù)制備光柵陣列能夠更加高效、靈活的調(diào)控不同位置布拉格光柵的反射率。

圖3基于光柵反射率的標(biāo)簽容量擴(kuò)增方法。強(qiáng)度擴(kuò)容的光纖標(biāo)簽攜帶的編碼序列及對(duì)應(yīng)時(shí)域反射信號(hào)檢測(cè)圖。

基于光柵反射波長(zhǎng)的標(biāo)簽擴(kuò)容技術(shù)。團(tuán)隊(duì)使用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)的靈活性，制備具有不同反射波長(zhǎng)的光柵陣列，從而使光纖標(biāo)簽攜帶更豐富的信息（如圖4）。當(dāng)采用不同掃描波長(zhǎng)檢測(cè)標(biāo)簽時(shí)域反射信號(hào)時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的光柵將具有更高的反射率，因此僅有其攜帶的信息能夠被正確恢復(fù)。利用具有不同反射波長(zhǎng)的光柵可以分別表示一組二進(jìn)制編碼序列，也可以代表不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以增加標(biāo)簽的信息容量。

圖4基于光柵反射波長(zhǎng)的標(biāo)簽容量擴(kuò)增方法。波長(zhǎng)擴(kuò)容的光纖標(biāo)簽(a) 攜帶的編碼序列及(b)-(f) 對(duì)應(yīng)時(shí)域反射信號(hào)檢測(cè)圖。

為光信道加密編碼、標(biāo)記提供了新的思路。通過(guò)制備具有不同反射率、不同反射波長(zhǎng)的布拉格光柵陣列，以此證明光纖標(biāo)簽在信息讀取及恢復(fù)時(shí)存在冗余性（如圖5）。不同的光柵反射特征信息可以用于表示不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可以作為信息存儲(chǔ)的通道，還可以作為標(biāo)簽攜帶冗余的信息，即只有特定的管理員才能從中恢復(fù)攜帶的信息。光纖加密標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了全光編碼與信息存儲(chǔ)，可以作為光傳輸信道的加密身份標(biāo)記、識(shí)別工具。

圖5基于光柵反射波長(zhǎng)的標(biāo)簽容量擴(kuò)增方法。波長(zhǎng)擴(kuò)容的光纖標(biāo)簽(a) 攜帶的編碼序列及(b)-(f) 對(duì)應(yīng)時(shí)域反射信號(hào)檢測(cè)圖。

未來(lái)展望

本研究提出的全光纖加密標(biāo)簽具有易制備、穩(wěn)定性高、可加密、抗電磁干擾和全光操作等優(yōu)點(diǎn)，在光信道編碼、標(biāo)記以及光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將在光纖陣列中制備加密光標(biāo)簽，進(jìn)而提高全光加密標(biāo)簽的實(shí)用性與集成度?；诓祭窆鈻抨嚵械墓庑诺兰用軜?biāo)記方法能夠廣泛應(yīng)用于智能ODN網(wǎng)絡(luò)中，為運(yùn)營(yíng)商維護(hù)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供更穩(wěn)定、更高效、更低成本的手段。

審核編輯：湯梓紅