本發(fā)明屬于光纖通信和非線性光纖光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種光纖參量放大器，尤其是一種基于六波混頻的光纖參量放大器。

背景技術(shù)：

隨著國家“三網(wǎng)合一”戰(zhàn)略的急需發(fā)展，光纖通信系統(tǒng)因其大容量、寬帶、低損耗和抗電磁干擾等特點(diǎn)，構(gòu)成了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的主干。其中，波分復(fù)用技術(shù)能充分地利用光纖的傳輸帶寬，是用于骨干網(wǎng)配置的首選方案；但是波分復(fù)用系統(tǒng)中亦伴隨著數(shù)據(jù)傳輸中的損耗等問題，因此需要先進(jìn)的全光放大技術(shù)作為支撐。其中，光纖參量放大技術(shù)具有可對任意波長的信號進(jìn)行放大、低噪聲系數(shù)、寬帶、高增益、高相敏特性以及產(chǎn)生閑頻帶等顯著優(yōu)點(diǎn)，受到了越來越多的關(guān)注。提高放大系統(tǒng)的增益特性是研究放大系統(tǒng)的重要指標(biāo)，因此，研究提高光纖參量放大器的增益成為極有吸引力的熱點(diǎn)。

就目前的研究進(jìn)展而言，主要是研究基于四波混頻的光纖參量放大器的增益特性，但是，在雙泵浦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信號光波長位于兩個(gè)泵浦光波長之間時(shí)更容易產(chǎn)生六波混頻效應(yīng)，目前，對六波混頻的光纖參量放大器的研究尚少，因此，如何優(yōu)化基于六波混頻效應(yīng)的光纖參量放大器的增益特性成為研究光纖參量放大器的關(guān)鍵因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)，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、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、第二摻鉺光纖放大器、信號激光器、光衰減器、光耦合器、高非線性光纖和光譜分析儀，其中，

所述第一泵浦激光器用于產(chǎn)生第一泵浦光；

所述第二泵浦激光器用于產(chǎn)生第二泵浦光；

所述第一泵浦光和第二泵浦光分別經(jīng)第一偏振控制器和第三偏振控制器調(diào)整其偏振態(tài)，然后分別經(jīng)由第一1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第一相位調(diào)制器和第二1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第二相位調(diào)制器調(diào)制，再分別經(jīng)第二偏振控制器和第四偏振控器進(jìn)一步調(diào)整偏振態(tài)，后分別經(jīng)第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大后，與經(jīng)過第五偏振控制器和光衰減器調(diào)整的信號激光器產(chǎn)生的信號光，通過光耦合器耦合，然后兩個(gè)泵浦光和信號光同時(shí)進(jìn)入高非線性光纖，通過光纖中的六波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)閑頻光的產(chǎn)生和信號光的放大，利用光譜分析儀測量相應(yīng)功率的變化。

基于上述能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益方法，具體為：第一泵浦激光器產(chǎn)生的第一泵浦光和第二泵浦激光器產(chǎn)生的第二泵浦光依次分別經(jīng)第一偏振控制器和第三偏振控制調(diào)整其偏振態(tài)，經(jīng)由第一1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第一相位調(diào)制器和經(jīng)由第二1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第二相位調(diào)制器調(diào)制，經(jīng)第二偏振控制器和第四偏振控制器進(jìn)一步調(diào)整其偏振態(tài)，分別經(jīng)第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大后，并與經(jīng)過第五偏振控制器和光衰減器調(diào)整的信號激光器產(chǎn)生的信號光，通過光耦合器耦合，然后兩個(gè)泵浦光和信號光同時(shí)進(jìn)入高非線性光纖，通過光纖中的六波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)閑頻光的產(chǎn)生和信號光的放大，利用光譜分析儀測量相應(yīng)功率的變化。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)及方法利用遺傳算法來選擇最佳的泵浦光波長、泵浦光功率及光纖長度，進(jìn)而優(yōu)化光纖參量放大器的增益。即只需采用遺傳算法找出最優(yōu)的參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)的仿真和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇，就可以有效地優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器的增益，本方案及裝置簡單容易實(shí)現(xiàn)，提高了基于六波混頻的光纖參量放大器的增益優(yōu)化特性和系統(tǒng)靈活性，優(yōu)化了光纖參量放大器的增益，有利于光通信系統(tǒng)中全光放大技術(shù)的發(fā)展。

附圖說明

圖1為能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例六波混頻的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例采用遺傳算法優(yōu)化的光纖參量放大器的增益譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，一種能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益系統(tǒng)，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、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、第二摻鉺光纖放大器、信號激光器、光衰減器、光耦合器、高非線性光纖和光譜分析儀，其中，所述第一泵浦激光器用于產(chǎn)生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器用于產(chǎn)生第二泵浦光；

所述第一泵浦光和第二泵浦光分別經(jīng)第一偏振控制器和第三偏振控制器調(diào)整其偏振態(tài)，然后分別經(jīng)由第一1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第一相位調(diào)制器和第二1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第二相位調(diào)制器調(diào)制，再分別經(jīng)第二偏振控制器和第四偏振控器進(jìn)一步調(diào)整偏振態(tài)，后分別經(jīng)第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大后，與經(jīng)過第五偏振控制器和光衰減器調(diào)整的信號激光器產(chǎn)生的信號光，通過光耦合器耦合，然后兩個(gè)泵浦光和信號光同時(shí)進(jìn)入高非線性光纖，通過光纖中的六波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)閑頻光的產(chǎn)生和信號光的放大，利用光譜分析儀測量相應(yīng)功率的變化。

基于上述系統(tǒng)本發(fā)明還提出了能優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器增益方法，具體為：第一泵浦激光器產(chǎn)生的第一泵浦光和第二泵浦激光器產(chǎn)生的第二泵浦光依次分別經(jīng)第一偏振控制器和第三偏振控制調(diào)整其偏振態(tài)，經(jīng)由第一1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第一相位調(diào)制器和經(jīng)由第二1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第二相位調(diào)制器調(diào)制，經(jīng)第二偏振控制器和第四偏振控制器進(jìn)一步調(diào)整其偏振態(tài)，分別經(jīng)第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大后，并與經(jīng)過第五偏振控制器和光衰減器調(diào)整的信號激光器產(chǎn)生的信號光，通過光耦合器耦合，然后兩個(gè)泵浦光和信號光同時(shí)進(jìn)入高非線性光纖，通過光纖中的六波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)閑頻光的產(chǎn)生和信號光的放大，利用光譜分析儀測量相應(yīng)功率的變化，實(shí)現(xiàn)了基于六波混頻的光纖參量放大器增益的優(yōu)化。

在本實(shí)施例中具體通過遺傳算法的選優(yōu)方法選擇出一組最佳數(shù)據(jù)以得到最佳放大，遺傳算法是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，是一種通過模擬進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法。其步驟為：

1)將實(shí)際問題中的增益的峰值、帶寬及平坦性三者作為求解六波混頻放大的參數(shù)集；

2)為了簡便起見首先將參數(shù)集通過二進(jìn)制編碼將其初始化、再通過十進(jìn)制進(jìn)行轉(zhuǎn)化后記錄下每代個(gè)體的參數(shù)值。

3)根據(jù)增益內(nèi)增益幅值的方差作為衡量個(gè)體適應(yīng)度，選擇策略采用輪盤賭策略，令PP₀＝0，其中PP_i為累計(jì)概率，P_i為個(gè)體的選擇概率，其計(jì)算公式為：其中fitness(x_i)為個(gè)體適應(yīng)度。共轉(zhuǎn)輪NP次(NP為種群個(gè)體數(shù))，每次轉(zhuǎn)輪時(shí)，隨機(jī)產(chǎn)生0到1之間的隨機(jī)數(shù)r,當(dāng)PP_i-1≤r＜PP_i時(shí)選擇個(gè)體i。

4)將適應(yīng)度高的個(gè)體保存下來進(jìn)行重組與交叉變異；

5)最后將每代個(gè)體代入六波混頻的方程組：

其中，i為虛數(shù)單位；γ為高非線性光纖系數(shù)；A_j(j＝1,2,3,4,5,6)為各個(gè)光波的增益幅值，A_j^*(j＝1,2,3,4,5,6)為增益幅值A(chǔ)_j的復(fù)共軛；|A_j|²為各個(gè)波的功率；z為光纖的長度；其中Δβ_jkmn為光纖的非線性系數(shù)，為在角頻率為ω_j(j＝1,2,3,4,5,6)時(shí)光纖的線性系數(shù)，其中j＝1,2時(shí)代表兩個(gè)泵浦光，j＝3時(shí)代表信號光，j＝4,5,6時(shí)代表閑頻光；為在角頻率為ω_k時(shí)光纖的線性系數(shù),ω_j為各個(gè)波長的角頻率，其計(jì)算公式為(j＝1,2,3,4,5),其中λ為各個(gè)光波的波長。

按照此方法進(jìn)行下去將第一次優(yōu)化后得到的泵浦光波長代入到下一次遺傳算法程序中，即將泵浦光的波長設(shè)為優(yōu)化后所得的數(shù)據(jù)，繼續(xù)優(yōu)化泵浦光的功率；將泵浦功率與泵浦光的波長改為優(yōu)化后的數(shù)據(jù)繼續(xù)對光纖的長度進(jìn)行優(yōu)化。最后就得到一組含有泵浦光波長，光纖長度，泵浦功率的優(yōu)化數(shù)據(jù)。按照優(yōu)化后得到的一組數(shù)據(jù)定量的對信號光進(jìn)行放大。

這里通過采用遺傳算法，選擇最佳的泵浦光波長、泵浦光功率及光纖長度，進(jìn)而優(yōu)化光纖參量放大器的增益。

遺傳算法從問題解的串集開始搜索，而不是從單個(gè)解開始，避免了局部最優(yōu)解。遺傳算法不是采用確定性規(guī)則，而是采用概率的變遷規(guī)則來指導(dǎo)它的搜索方向。遺傳算法僅用適應(yīng)度函數(shù)值來評估個(gè)體，適應(yīng)度函數(shù)值不僅不受連續(xù)可微的約束，而且其定義域可以任意設(shè)定。本方法借助于遺傳算法快速的找到了一組最佳放大信號光的數(shù)據(jù)組合。

在圖1中，第一泵浦激光器產(chǎn)生波長為1460.9nm的泵浦光，經(jīng)過第一偏振控制器調(diào)整其偏振后進(jìn)入由第一1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第一相位調(diào)制器，再次經(jīng)過第二偏振控制器后進(jìn)入摻鉺光纖放大器放大至3.4194W；第二泵浦激光器產(chǎn)生波長為1595.5nm的泵浦光，經(jīng)過第三偏振控制器調(diào)整其偏振后進(jìn)入由第二1Gb/s偽隨機(jī)序列驅(qū)動(dòng)的第二相位調(diào)制器，再次經(jīng)過第四偏振控制器后進(jìn)入第二摻鉺光纖放大器放大至3.4194W；信號激光器作為信號光源可產(chǎn)生可調(diào)諧的激光，信號光波長可在1480nm到1600nm間調(diào)節(jié)，經(jīng)衰減器后調(diào)為-40dBm。將兩個(gè)泵浦光與信號光共同注入到耦合器中然后經(jīng)過非線性系數(shù)為γ＝20W^-1Km^-1，三階極化率為β₃＝0.49×10^-40s³m^-1，四階極化率為β₄＝-5.8×10^-56s⁴m^-1，光纖長度為96m的高非線性光纖中發(fā)生六波混頻作用。產(chǎn)生三個(gè)波長的閑頻光，同時(shí)對信號光進(jìn)行放大。在光纖參量放大過程中，如圖2所示，兩個(gè)泵浦光ω₁ω₂、信號光ω₃和三個(gè)閑頻光ω₄ω₅ω₆間的角頻率滿足,ω₁+ω₂＝ω₄+ω₅，2ω₁＝ω₃+ω₄，2ω₂＝ω₅+ω₆的條件。光纖距離較短時(shí)一般不考慮其傳輸損耗，并且在各個(gè)光波偏振態(tài)保持線偏振連續(xù)光的情況下，六個(gè)光波間的復(fù)振幅變化過程滿足耦合模方程(1)，通過遺傳算法選擇的最優(yōu)參數(shù)，得到了圖3中的信號光的最大增益為72dB，增益帶寬為140nm的增益譜圖，

綜合以上陳述，本發(fā)明具有如下特征：1).在光纖參量放大系統(tǒng)分析研究六波混頻的增益特性；2).采用遺傳算法優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)得到增益的最優(yōu)結(jié)果。有利于優(yōu)化基于六波混頻的光纖參量放大器的特性，為密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)的全光放大技術(shù)提供新的方案。

以上所陳述的僅僅是本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明方案及裝置實(shí)質(zhì)的前提下，在實(shí)際實(shí)施中可以做出若干更改(比如改變高非線性光纖的非線性系數(shù)和光纖參數(shù)時(shí))也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。