作 者

蔡智濠、廖常銳、王義平等

文章導讀

隨著數據指數量級增長，人類社會對寬帶業務提出了前所未有的高要求，如服務更優、速度更快等。為了維護數量日益增長的光傳輸信道，降低運營商的運維成本，高效檢測鏈路的使用情況，從而獲取用戶端的“啞”信息是極為重要的。傳統的鏈路標記高度依賴專業的人員對端口進行標記、識別、記錄、保存等，費時、費力、成本昂貴的同時，還容易出現紕漏導致大量端口失效，最終造成資源的浪費。最近，深圳大學王義平教授團隊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）上發表了題為《Encrypted optical fiber tag based on encoded fiber Bragg grating array》的研究論文。該團隊研究了一種基于布拉格光柵陣列的全光纖加密標記方法（如圖1），結合布拉格光柵的反射信號以及空間分布，提升標簽攜帶信息的容量并賦予標簽加密屬性。此全光加密標記方法有望為光網絡提供一種良好、穩定、高效的維護及檢測方法，為智能光分配網絡（ODN）的建設發展提供思路。

亮 點

使用飛秒激光多脈沖曝光法制備編碼布拉格光柵陣列；

通過布拉格光柵的反射率及反射波長實現光纖標簽容量擴增；

基于布拉格光柵陣列的加密光纖標簽為光傳輸信道標記提供思路。

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

研究背景

在傳統的ODN網絡基礎設施中，常?？梢杂萌斯な謱懟蛘咭淮涡詸C器打印標簽，以此作為端口標記的手段。這些微小、不顯眼的標簽包含不同光纜在運營商以及客戶端的接入端口信息，是對應運營商向用戶開展業務的基礎。由于ODN設備常常安置于室外環境下（如馬路邊、電線桿上等），無法避免受到環境污染甚至是人為破壞從而導致這類簡易標簽失效，最終大大增加維護成本。這類實體標簽的信息不能通過設備自動識別并讀取，需要專業維護人員進行人工掃描以及記錄。當在識別、讀取、記錄以及保存等環節發生錯誤時，將大大增加溯源難度從而導致錯誤端口失效，使得運營商端口資源造成極大的浪費。同時，這些物理標記常對所有人開放可讀，這在特定的場景是不被允許的。

光纖布拉格光柵能夠在光傳輸信道中留下永久的標記，是良好的光信道編碼工具。飛秒激光直寫制備布拉格光柵陣列具有高效率、高靈活性、高穩定性、光柵參數可定制等優勢，廣泛應用于分布式光纖傳感器網絡制備等。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而成為信道身份識別的標簽。飛秒激光高效制備布拉格光柵陣列的光纖加密標簽為開發智能ODN提供了方法。

最新進展

基于光柵空間分布的編碼原理。王義平教授團隊使用飛秒激光直寫制備編碼布拉格光柵陣列，將預設的二進制編碼序列按照光柵的存在（代表代碼1）與否（代表代碼0）寫入光纖中，并結合光時域反射信號檢測技術，將光纖標簽中對應信息進行恢復（如圖2）。通過飛秒激光的高效制備以及光時域反射儀的高速檢測，驗證了基于布拉格光柵陣列的光纖標簽攜帶信息的能力。

圖2光纖標簽的可行性驗證。光纖標簽攜帶二進制數據序列示意圖以及其對時域反射信號檢測圖。

基于光柵反射強度的標簽擴容技術。團隊使用飛秒激光多脈沖曝光技術，制備具有不同反射率的光柵陣列，從而使光纖標簽獲得更多的編碼狀態（如圖3）。與傳統利用功率控制模塊對激光進行衰減，利用飛秒激光多脈沖曝光技術制備光柵陣列能夠更加高效、靈活的調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簽容量擴增方法。強度擴容的光纖標簽攜帶的編碼序列及對應時域反射信號檢測圖。

基于光柵反射波長的標簽擴容技術。團隊使用飛秒激光直寫技術的靈活性，制備具有不同反射波長的光柵陣列，從而使光纖標簽攜帶更豐富的信息（如圖4）。當采用不同掃描波長檢測標簽時域反射信號時，與之對應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。利用具有不同反射波長的光柵可以分別表示一組二進制編碼序列，也可以代表不同的開關狀態以增加標簽的信息容量。

圖4基于光柵反射波長的標簽容量擴增方法。波長擴容的光纖標簽(a) 攜帶的編碼序列及(b)-(f) 對應時域反射信號檢測圖。

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

圖5基于光柵反射波長的標簽容量擴增方法。波長擴容的光纖標簽(a) 攜帶的編碼序列及(b)-(f) 對應時域反射信號檢測圖。

未來展望

本研究提出的全光纖加密標簽具有易制備、穩定性高、可加密、抗電磁干擾和全光操作等優點，在光信道編碼、標記以及光網絡維護等方面具有廣闊的應用前景。在未來，團隊將在光纖陣列中制備加密光標簽，進而提高全光加密標簽的實用性與集成度?；诓祭窆鈻抨嚵械墓庑诺兰用軜擞浄椒軌驈V泛應用于智能ODN網絡中，為運營商維護、監測網絡提供更穩定、更高效、更低成本的手段。

審核編輯：湯梓紅