能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统及方法，利用遗传算法来选择最佳的泵浦光波长、泵浦光功率及光纤长度，进而优化光纤参量放大器的增益。即只需采用遗传算法找出最优的参数，指导后续的仿真和实验参数的选择，就可以有效地优化基于六波混频的光纤参量放大器的增益，本方案及装置简单容易实现，提高了基于六波混频的光纤参量放大器的增益优化特性和系统灵活性。

System and method for optimizing optical parametric amplifier gain based on six wave mixing

The invention discloses a method to optimize the gain of fiber optical parametric amplifier system and method based on six wave mixing, to choose the optimal pump wavelength, pump power and fiber length using genetic algorithm to optimize the gain of fiber optical parametric amplifier. That is only using genetic algorithm to find the optimal parameters, the guidance parameters of simulation and experiment of the subsequent selection, can effectively optimize the optical parametric amplifier gain of six wave mixing based on this scheme and device is simple and easy to implement, improves the gain characteristics and the flexibility of the system optimization parameters of fiber amplifier based on six wave mixing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信和非线性光纤光学领域，涉及一种光纤参量放大器，尤其是一种基于六波混频的光纤参量放大器。
技术介绍
随着国家“三网合一”战略的急需发展，光纤通信系统因其大容量、宽带、低损耗和抗电磁干扰等特点，构成了现代通信网络的主干。其中，波分复用技术能充分地利用光纤的传输带宽，是用于骨干网配置的首选方案；但是波分复用系统中亦伴随着数据传输中的损耗等问题，因此需要先进的全光放大技术作为支撑。其中，光纤参量放大技术具有可对任意波长的信号进行放大、低噪声系数、宽带、高增益、高相敏特性以及产生闲频带等显著优点，受到了越来越多的关注。提高放大系统的增益特性是研究放大系统的重要指标，因此，研究提高光纤参量放大器的增益成为极有吸引力的热点。就目前的研究进展而言，主要是研究基于四波混频的光纤参量放大器的增益特性，但是，在双泵浦系统结构，信号光波长位于两个泵浦光波长之间时更容易产生六波混频效应，目前，对六波混频的光纤参量放大器的研究尚少，因此，如何优化基于六波混频效应的光纤参量放大器的增益特性成为研究光纤参量放大器的关键因素。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的上述问题，本专利技术提出了一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统。本专利技术的技术方案为：一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统，包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控器、第五偏振控制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、信号激光器、光衰减器、光耦合器、高非线性光纤和光谱分析仪，其中，所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；所述第一泵浦光和第二泵浦光分别经第一偏振控制器和第三偏振控制器调整其偏振态，然后分别经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，再分别经第二偏振控制器和第四偏振控器进一步调整偏振态，后分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。基于上述能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统，本专利技术还提出了能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益方法，具体为：第一泵浦激光器产生的第一泵浦光和第二泵浦激光器产生的第二泵浦光依次分别经第一偏振控制器和第三偏振控制调整其偏振态，经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和经由第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，经第二偏振控制器和第四偏振控制器进一步调整其偏振态，分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。本专利技术的有益效果：本专利技术的能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统及方法利用遗传算法来选择最佳的泵浦光波长、泵浦光功率及光纤长度，进而优化光纤参量放大器的增益。即只需采用遗传算法找出最优的参数，指导后续的仿真和实验参数的选择，就可以有效地优化基于六波混频的光纤参量放大器的增益，本方案及装置简单容易实现，提高了基于六波混频的光纤参量放大器的增益优化特性和系统灵活性，优化了光纤参量放大器的增益，有利于光通信系统中全光放大技术的发展。附图说明图1为能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统框图。图2为本专利技术实施例六波混频的示意图。图3为本专利技术实施例采用遗传算法优化的光纤参量放大器的增益谱图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施作进一步的描述。如图1所示，一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统，包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控器、第五偏振控制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、信号激光器、光衰减器、光耦合器、高非线性光纤和光谱分析仪，其中，所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；所述第一泵浦光和第二泵浦光分别经第一偏振控制器和第三偏振控制器调整其偏振态，然后分别经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，再分别经第二偏振控制器和第四偏振控器进一步调整偏振态，后分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。基于上述系统本专利技术还提出了能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益方法，具体为：第一泵浦激光器产生的第一泵浦光和第二泵浦激光器产生的第二泵浦光依次分别经第一偏振控制器和第三偏振控制调整其偏振态，经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和经由第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，经第二偏振控制器和第四偏振控制器进一步调整其偏振态，分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化，实现了基于六波混频的光纤参量放大器增益的优化。在本实施例中具体通过遗传算法的选优方法选择出一组最佳数据以得到最佳放大，遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟进化过程搜索最优解的方法。其步骤为：1)将实际问题中的增益的峰值、带宽及平坦性三者作为求解六波混频放大的参数集；2)为了简便起见首先将参数集通过二进制编码将其初始化、再通过十进制进行转化后记录下每代个体的参数值。3)根据增益内增益幅值的方差作为衡量个体适应度，选择策略采用轮盘赌策略，令PP0＝0，其中PPi为累计概率，Pi为个体的选择概率，其计算公式为：其中fitness(xi)为个体适应度。共转轮NP次(NP为种群个体数)，每次转轮时，随机产生0到1之间的随机数r,当PPi-1≤r＜PPi时选择个体i。4)将适应度高的个体保存下来进行重组与交叉变异；5)最后将每代个体代入六波混频的方程组：其中，i为虚数单位；γ为高非线性光纤系数；Aj(j＝1,2,3,4,5,6)为各个光波的增益幅值，Aj*(j＝1,2,3,4,5,6)为增益幅值Aj的复共轭；|Aj|2为各个波的功率；z为光纤的长度；其中Δβjkmn为光纤的非线性系数，为在角频率为ωj(j＝1,2,3,4,5,6)时光纤的线性系数，其中j＝1,2时代表两个泵浦光，j＝3时代表信号光，j＝4,5,6时代表闲频光；为在角频率为ωk时光纤的线性系数,ωj为各个波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统，包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控器、第五偏振控制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、信号激光器、光衰减器、光耦合器、高非线性光纤和光谱分析仪，其中，所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；所述第一泵浦光和第二泵浦光分别经第一偏振控制器和第三偏振控制器调整其偏振态，然后分别经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，再分别经第二偏振控制器和第四偏振控器进一步调整偏振态，后分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。

【技术特征摘要】
1.一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统，包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控器、第五偏振控制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、信号激光器、光衰减器、光耦合器、高非线性光纤和光谱分析仪，其中，所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；所述第一泵浦光和第二泵浦光分别经第一偏振控制器和第三偏振控制器调整其偏振态，然后分别经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，再分别经第二偏振控制器和第四偏振控器进一步调整偏振态，后分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。2.一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益方法，具体为：第一泵浦激光器产生的第一泵浦光和第二泵浦激光器产生的第二泵浦光依次分别经第一偏振控制器和第三偏振控制调整其偏振态，经由第一1Gb/s伪随机序列驱动的第一相位调制器和经由第二1Gb/s伪随机序列驱动的第二相位调制器调制，经第二偏振控制器和第四偏振控制器进一步调整其偏振态，分别经第一掺铒光纤放大器和第二掺铒光纤放大器放大后，并与经过第五偏振控制器和光衰减器调整的信号激光器产生的信号光，通过光耦合器耦合，然后两个泵浦光和信号光同时进入高非线性光纤，通过光纤中的六波混频效应实现三个闲频光的产生和信号光的放大，利用光谱分析仪测量相应功率的变化。3.根据权利要求2所述的一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益方法，其特征在于，具体通过采用遗传算法选择最佳的泵浦光波长、泵浦光功率及光纤长度，进而优化光纤参量放大器的增益。4.根据权利要求3所述的一种能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益方法，其特征在于，所述的遗传算法具体如下：S1.将增益的峰值、带宽及平坦性三者作为求解六波混频放大的参数集；S2.将参数集通过二进制编码将其初始化、再通过十进制进行转化后记录下每代个体的参数值。S3.根据增益内增益幅值的方差作为衡量个体适应度，选择策略采用轮盘赌策略，令PP0＝0，其中PPi为累计概率，Pi为个体的选择概率，其计算公式为：其中fitness(xi)为个体适应度,共转轮NP次(NP为种群个体数)，每次转轮时，随机产生0到1之间的随机数r，当PPi-1≤r＜PPi时选择个体i；S4.将适应度高的个体保存下来进行重组与交叉变异；S5.将每代个体代入六波混频的方程组： ∂ A 1 ∂ z = i γ { ( 2 P 0 - P 1 ) A 1 + 2 A 3 A 4 A 2 * ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏娜，李培培，赵建鹏，高晓蓉，王泽勇，赵全轲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51