一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，方法包括设置加热功率上下限，随机初始化初代加热功率物种，将初代加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率并比较得到初代最优加热功率物种，随后进行最佳加热功率判断，经过互利阶段、共栖阶段以及寄生阶段的操作，不断迭代变化加热功率物种，直至得到最佳加热功率。本发明专利技术方法相对于步进扫描搜索最佳加热功率减少了搜索次数，提高了搜索速度，解决了现存步进扫描搜索最佳加热功率搜索次数多、速度慢的痛点，为提升微环波长锁定的速度提供了解决方案。波长锁定的速度提供了解决方案。波长锁定的速度提供了解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法


[0001]本专利技术属于微环波长控制
，具体涉及一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法。

技术介绍

[0002]硅基微环谐振器由于其具备波长选择性，并在体积和功耗方面有进一步优势，成为构建光滤波器、光开关、光源、光调制器、光探测器等核心通信器件的理想方案。由于硅基微环谐振器的波长选择特性，一般需要在特定的波长下工作，然而在工艺误差的影响下，其谐振波长往往与目标信号波长间存在较大偏差。另一方面，硅材料高的热光系数也使得微环谐振波长对所处环境温度变化非常敏感，因此在基于硅基微环构建大规模集成光路时，解决其波长漂移问题十分关键。
[0003]在硅基微环谐振器上集成微加热器，对微加热器施加不同的加热功率使微环的谐振波长产生偏移，搜索最佳加热功率实现硅基微环的波长锁定是常用的波长锁定方案。当微环谐振的谐振波长与目标信波长对齐时，光信号能量会大部分耦合进微环从而微环输出端光功率会处于极小值水平，使输出光功率最小的加热功率即为最佳加热功率。基于以上思路，常用的步进扫描搜索算法通过固定步长逐步递增加热功率，记录输出光功率比较得到输出光功率的极小值，该极小值对应的加热功率即为最佳加热功率；但是，该方法具有一定的局限性，首先，该方法需要设置固定步长，如果步长过大，递增一次加热功率会导致微环的谐振波长偏移跳过目标波长，整个扫描过程就不会出现最小输出光功率进而无法找到最佳加热功率，如果步长设置过小，虽然会扫描到最小输出光功率，但是需要大量的步数才能完成整个扫描过程，会耗费过多的搜索时间，因此步进扫描搜索算法无法在精度和速度同时满足硅基微环波长锁定的要求。

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，提出一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，相对于步进扫描搜索最佳加热功率减少了搜索次数，提高了搜索速度。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，包括：
[0007]S1、设置加热功率上下限，随机初始化初代加热功率物种，将初代加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率并比较得到初代最优加热功率物种，判断是否为最优加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S2；
[0008]S2、互利阶段，对上一代所有加热功率物种进行互利更新，得到下一代加热功率物种，将加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S3；
[0009]S3、共栖阶段，从加热功率物种中随机选择二分之一加热功率物种进行共栖更新，
剩下加热功率物种不变，将更新后的加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S4；
[0010]S4、寄生阶段，从加热功率物种中随机选择四分之一加热功率物种进行寄生更新，设为寄生物种，剩余加热功率物种不变，将寄生物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则跳转至步骤S2，继续迭代循环进行后续步骤，直至找到最佳加热功率。
[0011]进一步的，设置加热功率上下限，随机初始化初代加热功率物种具体为：
[0012]设置加热功率上、下限[0,P
max
]，随机初始化n个加热功率物种其中，的上标表示第0代加热功率物种，i＝1,2...n代表第i个加热功率物种。
[0013]进一步的，步骤S1还包括：
[0014]将第0代加热功率物种逐个施加在微加热器上得到第0代微环输出光功率Y
i0
，比较得到输出光功率最小值和其对应的加热功率物种，将其设置为第0代最优加热物种
[0015]判断是否小于设置的输出光功率阈值Th，若小于阈值Th，则即为最佳加热功率，方法结束，否则进入步骤S2。
[0016]进一步的，互利阶段具体为：
[0017]对所有第k代加热功率物种互利更新后得到第k+1代加热功率物种将第k+1代加热功率物种逐次施加在微加热器上得到第k+1代微环输出光功率Y
ik+1
,判断Y
ik+1
是否小于输出光功率阈值Th，若存在Y
ik+1
小于阈值Th则方法结束，其对应的加热功率物种即为最佳加热功率；
[0018]若不存在Y
ik+1
小于阈值Th，比较第k+1代和第k代对应的输出光功率，若Y
ik+1
＜Y
ik
,表明互利成功更新第k+1代加热功率物种；否则，互利更新失败，保持更新前的加热功率物种不变比较得到第k+1代输出光功率最小值和其对应的加热功率物种设置为第k+1代最优加热功率物种进入步骤S3。
[0019]进一步的，互利更新的方法为：
[0020]对于第k代加热功率物种的2个加热功率物种则：
[0021][0022][0023]其中，代表第k代最优加热功率物种，R
mv
代表的交互关系r1、r2是区间[0，1]的随机数，bf1、bf2为利益因子，当r1＜0.5时，bf1＝1表示部分受益，当r1＞0.5时，bf1＝2表示完全受益，bf2同理。
[0024]进一步的，共栖阶段具体为：
[0025]从第k+1代加热功率物种随机选择n/2个加热功率物种进行共栖更新，剩余的n/2
个加热功率物种保持不变即
[0026]将共栖更新后的n/2个加热功率逐次施加在微加热器上得到第k+2代微环输出光功率Y
ik+2
，判断Y
ik+2
是否小于输出光功率阈值Th，若存在Y
ik+2
小于阈值Th则方法结束，对应的加热功率物种即为最佳加热功率；
[0027]若不存在Y
ik+2
小于阈值Th，比较第k+2代和第k+1代对应的输出光功率，若Y
ik+2
＜Y
ik+1
，表明共栖成功更新第k+2代加热功率物种；否则，共栖更新失败，保持共栖更新前的值不变比较得到第k+2代输出光功率最小值和其对应的加热功率物种，并将其设置为第k+2代最优加热物种进入步骤S4。
[0028]进一步的，共栖更新的方法为：
[0029][0030]其中，r3是区间[
‑
1，1]的随机数，表示第k+1代中的2个不同的加热功率物种。
[0031]进一步的，寄生阶段具体为：
[0032]从第k+2代加热功率种群中随机选择n/4个加热功率物种，将其设置为寄生物种并进行更新；
[0033]将更新后的n/4个寄生物种加热功率逐次施加在微加热器上得到第k+3代微环输出光功率Y
ik+3
，判断Y
ik+3
是否小于输出光功率阈值Th，若存在Y
ik+3
小于阈值Th则方法结束，对应的加热功率物种即为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，其特征在于，包括：S1、设置加热功率上下限，随机初始化初代加热功率物种，将初代加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率并比较得到初代最优加热功率物种，判断是否为最优加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S2；S2、互利阶段，对上一代所有加热功率物种进行互利更新，得到下一代加热功率物种，将加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S3；S3、共栖阶段，从加热功率物种中随机选择二分之一加热功率物种进行共栖更新，剩下加热功率物种不变，将更新后的加热功率物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则进入步骤S4；S4、寄生阶段，从加热功率物种中随机选择四分之一加热功率物种进行寄生更新，设为寄生物种，剩余加热功率物种不变，将寄生物种逐次施加在微加热器，得到输出光功率，判断是否存在最佳加热功率，若是，方法结束，否则跳转至步骤S2，继续迭代循环进行后续步骤，直至找到最佳加热功率。2.根据权利要求1所述的一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，其特征在于，设置加热功率上下限，随机初始化初代加热功率物种具体为：设置加热功率上、下限[0,P
max
]，随机初始化n个加热功率物种其中，的上标表示第0代加热功率物种，＝1,2
…
n代表第i个加热功率物种。3.根据权利要求2所述的一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，其特征在于，步骤S1还包括：将第0代加热功率物种逐个施加在微加热器上得到第0代微环输出光功率Y
i0
，比较得到输出光功率最小值和其对应的加热功率物种，将其设置为第0代最优加热物种判断是否小于设置的输出光功率阈值Th，若小于阈值Tg，则即为最佳加热功率，方法结束，否则进入步骤S2。4.根据权利要求3所述的一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，其特征在于，互利阶段具体为：对所有第k代加热功率物种互利更新后得到第k+1代加热功率物种将第k+1代加热功率物种逐次施加在微加热器上得到第k+1代微环输出光功率Y
ik+1
,判断Y
ik+1
是否小于输出光功率阈值Th，若存在Y
ik+1
小于阈值Th则方法结束，其对应的加热功率物种即为最佳加热功率；若不存在Y
ik+1
小于阈值Th，比较第k+1代和第k代对应的输出光功率，若Y
ik+1
＜Y
ik
,表明互利成功更新第k+1代加热功率物种；否则，互利更新失败，保持更新前的加热功率物种不变比较得到第k+1代输出光功率最小值和其对应的加热功率物种设置为第k+1代最优加热功率物种进入步骤S3。5.根据权利要求4所述的一种基于共生生物算法的硅基微环波长锁定方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯元华，田华麟，邱辞源，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：