一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法技术

本发明专利技术公开了一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，包括以下步骤：S1、随机初始化加热功率粒子群，得到n个加热功率粒子对应的直通端光功率值、加热功率粒子群直通端光功率最优值以及加热功率粒子群最优位置；S2、判断第i代加热功率粒子群最优值Y

【技术实现步骤摘要】
一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法


[0001]本专利技术属于硅基微环波长控制
，具体涉及一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法。

技术介绍

[0002]微环由于其光谱选择性、紧凑的占地面积和低功耗特性，大量应用于光子集成领域。实际应用中一般需要将谐振波长与信号波长对准实现相应功能，以基于微环设计的调制器为例进行说明，在微环上集成PN结进行高速电光调制，0状态时，微环谐振波长与信号波长一致，此时直通端光功率处于低状态；1状态时，微环谐振波长与信号波长不一致，此时直通端光功率处于高状态，在直通端采用光电探测器进行转换就可以得到调制后信号。理想情况下原始信号与调制信号是同幅同相的，但由于硅基微环器件的热敏感性，环境温度的波动会使微环的谐振波长左右偏移，进而导致谐振波长与信号波长不对齐，此时直通端光功率会一直处于高状态，就会大大影响调制信号质量。除温度波动影响谐振波长漂移之外，加工制造误差的存在，微环的实际谐振波长与设计的谐振波长也会有所偏差。目前，为解决环境温度波动和制造误差影响微环谐振波长的问题，监视微环波长失准后引起的参数变化，通过对集成在微环上的微加热器施加合适的加热功率来抵消环境温度的影响，形成闭环控制系统来保持谐振波长与目标波长的始终对齐是常用的波长锁定方法。
[0003]微环上的微加热器加热功率控制算法一般分为全局搜索和局部锁定阶段，全局扫描搜索局部锁定的控制算法技术成熟、应用广泛、稳定性高。但是全局扫描算法具有一定的局限性，首先，该算法需要设置固定步长，如果步长过大，递增一次加热功率导致的谐振波长的漂移跳过目标波长，整个扫描过程就不会出现最小直通端光功率值，无法找到全局最佳加热功率；如果步长设置过小，虽然会扫描到最小直通端光功率值，但是需要大量的步数才能完成整个扫描过程，耗费过多的搜索时间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，方法将粒子群算法用于微环波长锁定的全局搜索最佳加热功率过程，解决现存全局扫描搜索算法的搜索次数多、速度慢的痛点，为提高硅基微环的波长锁定全局搜索速度提供了解决方案。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，包括以下步骤：
[0007]S1、随机初始化加热功率粒子群，得到n个加热功率粒子对应的直通端光功率值、加热功率粒子群直通端光功率最优值以及加热功率粒子群最优位置；
[0008]S2、判断第i代加热功率粒子群最优值Y
m
是否小于阈值；
[0009]S3、更新粒子群中每个加热功率粒子移动速度和位置；
[0010]S4、得到新一代加热功率粒子群直通端光功率值y(n)、更新加热功率粒子历史最
优位置p(n)和新一代加热功率粒子群全局最优位置g，判断迭代后得到的全局最优值Y
m
是否小于阈值。
[0011]进一步的，步骤S1具体为：
[0012]在[0,P
max
]范围内随机选取n个初始加热功率粒子x(b)，分别将多个初始加热功率粒子施加到微环谐振器上，在微环的直通端得到每个初始加热功率粒子对应的光功率y(n)；其中，P
max
为最大加热功率；
[0013]比较多个y(n)得到最小直通端光功率值Y
m
，即为第0代加热功率粒子群直通端光功率最优值，而Y
m
对应的加热功率X
m
为第0代加热功率粒子群最优位置。
[0014]进一步的，步骤S2具体为：
[0015]假设当微环直通端光功率处于较大值水平时，微环的谐振波长与信号波长不对齐，当微环直通端光功率处于极小值水平时，微环的谐振波长与信号波长完全对齐；
[0016]设置合适阈值；
[0017]当第i代加热功率粒子群直通端光功率最优值小于阈值时，则微环的谐振波长与信号波长大致对齐，此时微环进入局部锁定阶段，在第i代加热功率粒子群最优位置X
m
基础上进行调整，保证微环直通端输出光功率处于极小值水平，此时微环的谐振波长与信号波长完全对齐，完成微环的局部波长锁定阶段；
[0018]否则，进行下一次迭代得到新的加热功率粒子群直通端光功率最优值和加热功率粒子群最优位置，即进入步骤S3。
[0019]进一步的，步骤S3包括：
[0020]S31、计算得到新的加热功率粒子移动速度值并进行边界处理；
[0021]S32、更新加热功率粒子位置并进行边界处理。
[0022]进一步的，步骤S31具体为：
[0023]计算加热功率粒子移动速度值，计算公式为：
[0024]v(n)＝w*v(n)+C1*rand1*[p(n)
‑
x(n)]+C2*rand2*[g
‑
x(n)][0025]其中，v(n)为第n个加热功率粒子的移动速度值，移动速度初始值在[V
min
，V
max
]范围内随机选取，V
max
、V
min
分别为加热功率粒子移动速度的最大值和最小值；w为动态惯性权重值，计算公式为：
[0026]w＝W
max
‑
(W
max
‑
W
min
)*i/T
[0027]其中，W
max
、W
min
分别为设置的加热功率粒子移动速度惯性权重最大值和最小值，i为迭代次数，T为最大迭代次数；
[0028]随着迭代次数的增加，动态惯性权重值逐渐减小，上一代加热功率粒子的移动速度对该代加热功率粒子的移动速度影响越小；
[0029]C1、C2为加热功率粒子移动速度学习因子均为常数，rand1、rand2为(0，1)范围内的随机数，p(n)为第n个加热功率粒子历史最优位置，即在多次迭代后该加热功率粒子历次直通端光功率最小值对应的位置，g为上一代加热功率粒子群最优位置；
[0030]进行边界处理，当v(n)不处于[V
min
，V
max
]范围时，将其更新为该范围内的一个随机值。
[0031]进一步的，步骤S32具体为：
[0032]更新加热功率粒子位置，具体为：
[0033]x(n)＝x(n)+v(n)
[0034]在第n个加热功率粒子在原来位置x(n)上进行v(n)的移动得到新的加热功率粒子位置；
[0035]进行边界处理，当x(n)不处于[0，P
max
]范围时，将其更新为该范围内的一个随机值。
[0036]进一步的，步骤S4具体为：
[0037]将新的加热功率粒子群x(n)依次施加在微环谐振器上得到新的直通端光功率值y(n)，将新一代粒子群中每一个加热功率粒子的x(n)对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、随机初始化加热功率粒子群，得到n个加热功率粒子对应的直通端光功率值、加热功率粒子群直通端光功率最优值以及加热功率粒子群最优位置；S2、判断第i代加热功率粒子群最优值Y
m
是否小于阈值；S3、更新粒子群中每个加热功率粒子移动速度和位置；S4、得到新一代加热功率粒子群直通端光功率值y(n)、更新加热功率粒子历史最优位置p(n)和新一代加热功率粒子群全局最优位置g，判断迭代后得到的全局最优值Y
m
是否小于阈值。2.根据权利要求1所述的一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，其特征在于，步骤S1具体为：在[0，P
max
]范围内随机选取n个初始加热功率粒子x(n)，分别将多个初始加热功率粒子施加到微环谐振器上，在微环的直通端得到每个初始加热功率粒子对应的光功率y(n)；其中，P
max
为最大加热功率；比较多个y(n)得到最小直通端光功率值Y
m
，即为第0代加热功率粒子群直通端光功率最优值，而Y
m
对应的加热功率X
m
为第0代加热功率粒子群最优位置。3.根据权利要求1所述的一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，其特征在于，步骤S2具体为：假设当微环直通端光功率处于较大值水平时，微环的谐振波长与信号波长不对齐，当微环直通端光功率处于极小值水平时，微环的谐振波长与信号波长完全对齐；设置合适阈值；当第i代加热功率粒子群直通端光功率最优值小于阈值时，则微环的谐振波长与信号波长大致对齐，此时微环进入局部锁定阶段，在第i代加热功率粒子群最优位置X
m
基础上进行调整，保证微环直通端输出光功率处于极小值水平，此时微环的谐振波长与信号波长完全对齐，完成微环的局部波长锁定阶段；否则，进行下一次迭代得到新的加热功率粒子群直通端光功率最优值和加热功率粒子群最优位置，即进入步骤S3。4.根据权利要求2所述的一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，其特征在于，步骤S3包括：S31、计算得到新的加热功率粒子移动速度值并进行边界处理；S32、更新加热功率粒子位置并进行边界处理。5.根据权利要求4所述的一种结合粒子群算法的微环谐振波长搜索方法，其特征在于，步骤S31具体为：计算加热功率粒子移动速度值，计算公式为：v(n)＝w*v(n)+C1*rand1*[p(n)
‑
x(n)]+C2*rand2*[g
‑
x(n)]其中，v(n)为第n个加热功率粒子的移动速度值，移动速度初始值在[V
min
，V
max...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯元华，田华麟，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：