一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法技术

本发明专利技术公开一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，该方法通过对非对称脉冲进行调参来替代将对称脉冲添加弱触发达到有效调控光畸形波的效果，并推导出了光畸形波的目标函数，结合粒子群算法可以准确快速寻找到调控光畸形波的最佳脉冲参数。本发明专利技术方法的操作简单，一个激光器就可以实现脉冲输入，并且可以准确寻求找调控光畸形波的最佳脉冲参数，实用性较高。实用性较高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法


[0001]本专利技术属于光纤激光
，具体是一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法。

技术介绍

[0002]当长脉冲作为泵浦脉冲入射光纤反常色散区时，调制不稳定性通过相位匹配四波混频实现宽带噪声放大，导致了在超连续谱产生过程中辐射出一系列基阶孤子以及孤子之间满足相位匹配的色散波。接下来，在拉曼效应的作用下，孤子之间或孤子与色散波之间的多次碰撞使得孤子之间的能量重新分布，最终导致光畸形波的产生。然而由于光畸形波在光纤系统中的产生是不可预测的且是瞬时的，因此尽管具有较高的峰值强度以及较大的红移却无法得到有效利用。在噪声诱导调制不稳定条件下，光畸形波的产生是及其不稳定的，而且光学畸形波的极高强度对于光纤系统的信号传输也有很大危害。同时，输出脉冲大部分的能量集中在光畸形波上，这很大程度上抑制了平滑和宽带的超连续谱的产生。因此，如何调控超连续谱中的光畸形波成为一个重要课题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于有效调控超连续谱中的光畸形波，提供一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法。该方法利用非对称脉冲对超连续谱中光畸形波进行调控，结合粒子群算法可以准确快速寻找到调控光畸形波的最佳脉冲参数。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：设计一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0005]步骤1：根据非对称脉冲的公式，选定非对称脉冲的可变参数，根据可变参数的一般取值范围，在每个可变参数的取值范围内均匀选取若干数据点，并将选出的不同的可变参数的数据进行随机不重复的组合，得到多个具有不同可变参数的非对称脉冲的参数组；获得上述多个具有不同可变参数的非对称脉冲的光谱数据；
[0006]步骤2：对步骤1中的可变参数的取值以及对应的非对称脉冲的光谱数据进行统计分析，推导光畸形波的目标函数，并确定可变参数的有效取值范围；
[0007]步骤3：将粒子群算法应用于光畸形波调控分析中，将步骤2中的目标函数设为粒子群算法的适应度函数，可变参数的有效取值范围即为种群粒子的上下限；并以输出光谱的峰值功率的平均值与四倍标准差之和作为粒子群算法的约束条件；粒子群算法适应度值最好的对应的可变参数的取值即为最佳可变参数值。根据该最佳可变参数值，即可得到符合要求的超连续谱。
[0008]与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，通过对非对称脉冲进行调参来替代将对称脉冲添加弱触发达到有效调控光畸形波的效果，并推导出了光畸形波的目标函数，结合粒子群算法可以准确快速寻找到调控光畸形波的最佳脉冲参数。本专利技术方法的操作简单，一个激光器就可以实现脉
冲输入，并且可以准确寻找调控光畸形波的最佳脉冲参数，实用性较高。
具体实施方式
[0009]本实施例所述的一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤1：根据非对称脉冲的公式，选定非对称脉冲的可变参数，根据可变参数的一般取值范围，在每个可变参数的取值范围内均匀选取若干数据点，并将选出的不同的可变参数的数据进行随机不重复的组合，得到多个具有不同可变参数的非对称脉冲的参数组；获取上述多个具有不同可变参数的非对称脉冲的光谱数据；
[0011]获取上述多个具有不同可变参数的非对称脉冲的光谱数据的具体过程，可以通过激光器将多个具有不同可变参数的非对称脉冲作为泵浦光泵浦到非线性光纤中，通过光谱分析仪接收并输出光谱数据；也可以利用泵浦光在光纤中传输模型计算获得，光脉冲在光子晶体光纤上的演化可以用非线性薛定谔方程描述，脉冲沿光纤的传输模型可以用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程得到。输入非对称脉冲的波长位于光纤的反常色散区。
[0012]作为一种实施例，所述可变参数为非对称脉冲峰值功率、截断系数、脉冲持续时间、啁啾参数、分布因子中的至少一种。
[0013]步骤2：对步骤1中的可变参数的取值以及对应的非对称脉冲的光谱数据进行统计分析，推导光畸形波的目标函数，研究可变参数对光畸形波的调控效果，并确定可变参数的有效取值范围；所述步骤2的具体过程为：
[0014]步骤2
‑
1：对步骤1中获得的多个具有不同参数的非对称脉冲的光谱数据进行统计，以峰值功率作为横坐标，峰值功率值出现次数为纵坐标，得到输出光谱的峰值功率统计直方图，在直方图上寻找出现次数最多的光谱峰值作为节点，将该节点右侧的峰值功率作为高功率部分，将高功率部分的取值跨度(即该部分的最大峰值功率与最小峰值功率之差，下同)占所有峰值功率的取值跨度的比例作为调控光畸形波效果的衡量标准，即目标函数；高功率部分占比越高说明传输过程中有光畸形波稳定产生，占比越低说明传输过程中无光畸形波产生；
[0015]步骤2
‑
2：对步骤1中获得的多个具有不同参数的非对称脉冲的光谱数据进行统计，选取输出光谱中频率范围超过100THz(超连续谱产生条件)对应的可变参数值，并对其分别进行统计，确定每种可变参数的有效取值范围。
[0016]步骤3：将粒子群算法应用于光畸形波调控分析中，将步骤2中的目标函数设为粒子群算法的适应度函数，并以输出光谱的峰值功率的平均值与四倍标准差之和作为粒子群算法的约束条件，当输出光谱的峰值功率都低于约束条件时，认为非对称脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱过程中没有光畸形波的产生；当输出光谱存在高于约束条件的峰值功率时，认为非对称脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱过程中有光畸形波的产生。粒子群算法适应度值最好的对应的可变参数的取值即为最佳可变参数值。根据该最佳可变参数值，即可得到符合要求的超连续谱。所述步骤3的具体过程为：
[0017]步骤3
‑
1：随机初始化粒子种群，确定最大迭代次数、种群数量，根据步骤2中确定的每种可变参数的有效取值范围，规定种群粒子的上下限；
[0018]步骤3
‑
2：获取初始化的种群粒子对应的非对称脉冲的光谱数据，计算适应度函
数，并根据适应度函数获取本次迭代的个体最优位置和全局最优位置；当需要调控超连续谱中产生光畸形波时，适应度函数值最大即为最优，当需要调控超连续谱中无光畸形波产生时，适应度函数值最小即为最优。计算种群粒子对应的非对称脉冲的光谱峰值的平均值与四倍标准差之和作为粒子群算法的约束条件，当输出光谱功率都低于约束条件时，认为非对称脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱过程中没有光畸形波的产生；当输出光谱存在高于约束条件的功率时，认为非对称脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱过程中有光畸形波的产生。当需要调控超连续谱中产生光畸形波时，若输出光谱功率都低于约束条件，则对与该光谱对应的粒子的适应度函数赋予一个不大于0.001的数值；当需要调控超连续谱中无光畸形波产生时，若输出光谱存在高于约束条件的功率，则对与该光谱对应的粒子的适应度函数赋予一个不小于1000的数值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据非对称脉冲的公式，选定非对称脉冲的可变参数，根据可变参数的一般取值范围，在每个可变参数的取值范围内均匀选取若干数据点，并将选出的不同的可变参数的数据进行随机不重复的组合，得到多个具有不同可变参数的非对称脉冲的参数组；获取上述多个具有不同可变参数的非对称脉冲的光谱数据；步骤2：对步骤1中的可变参数的取值以及对应的非对称脉冲的光谱数据进行统计分析，推导光畸形波的目标函数，并确定可变参数的有效取值范围；步骤3：将粒子群算法应用于光畸形波调控分析中，将步骤2中的目标函数设为粒子群算法的适应度函数，可变参数的有效取值范围即为种群粒子的上下限；并以输出光谱的峰值功率的平均值与四倍标准差之和作为粒子群算法的约束条件；粒子群算法适应度值最好的对应的可变参数的取值即为最佳可变参数值；根据该最佳可变参数值，即可得到符合要求的超连续谱。2.根据权利要求1所述的一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：步骤2
‑
1：对步骤1中获得的多个具有不同参数的非对称脉冲的光谱数据进行统计，以峰值功率作为横坐标，峰值功率值出现次数为纵坐标，得到输出光谱的峰值功率统计直方图，在直方图上寻找出现次数最多的光谱峰值作为节点，将该节点右侧的峰值功率作为高功率部分，将高功率部分的取值跨度占所有峰值功率的取值跨度的比例作为调控光畸形波效果的衡量标准，即目标函数；高功率部分占比越高说明传输过程中有光畸形波稳定产生，占比越低说明传输过程中无光畸形波产生；步骤2
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2：对步骤1中获得的多个具有不同参数的非对称脉冲的光谱数据进行统计，选取输出光谱中频率范围超过100THz对应的可变参数值，并对其分别进行统计，确定每种可变参数的有效取值范围。3.根据权利要求1所述的一种利用非对称脉冲调控超连续谱中光畸形波的方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：步骤3
‑
1：随机初始化粒子种群，确定最大迭代次数、种群数量，根据步骤2中确定的每种可变参数的有效取值范围，规定种群粒子的上下限；步骤3
‑
2：获取初始化的种群粒子对应的非对称脉冲的光谱数据，计算适应度函数，并根据适应度函数获取本次迭代的个体最优位置和全局最优位置；当需要调控超连续谱中稳定产生光畸形波时，适应度函数值最大即为最优，当需要调控超连续谱中无光畸形波产生时，适应度函数值最小即为最优；计算种群粒子对应的非对称脉冲的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，尹聪颖，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：