能优化基于六波混频的光纤参量放大器增益系统及方法与流程

技术特征：

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PP_i为累计概率，P_i为个体的选择概率，其计算公式为：其中fitness(x_i)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PP_i-1≤r＜PP_i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：

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_1}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_1)A_1+2A_3{A}_4{A}_2^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{3412}\left)z\right)+2A_5{A}_6{A}_2^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{5612})z)+2A_2{A}_3{A}_6^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2316})z)\\ +2A_2{A}_5{A}_4^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2514})z)+2A_3{A}_5{A}_1^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{3511})z)\}\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_2}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_2)A_2+2A_3{A}_4{A}_1^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{3412}\left)z\right)+2A_5{A}_6{A}_1^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{5612})z)+2A_1{A}_6{A}_3^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1623})z)\\ +2A_1{A}_4{A}_5^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1425})z)+2A_4{A}_6{A}_2^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{4622})z)\}\end{array}---\left(2\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_3}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_3)A_3+2A_1{A}_2{A}_4^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1234}\left)z\right)+{A_1}^2{A}_5^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1135})z)\\ +2A_1{A}_6{A}_2^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1623})z)+2A_5{A}_6{A}_4^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{5634})z)\}\end{array}---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_4}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_4)A_4+2A_1{A}_2{A}_3^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1234}\left)z\right)+{A_2}^2{A}_6^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2246})z)\\ +2A_2{A}_5{A}_1^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2514})z)+2A_5{A}_6{A}_3^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{5634})z)\}\end{array}---\left(4\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_5}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_5)A_5+2A_1{A}_2{A}_6^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1256}\left)z\right)+{A_1}^2{A}_3^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1135})z)\\ +2A_1{A}_4{A}_2^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1425})z)+2A_3{A}_4{A}_6^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{3456})z)\}\end{array}---\left(5\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂A_6}{\∂z}=i\mathrm{\γ}\{(2P_0-P_6)A_6+2A_1{A}_2{A}_5^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{1256}\left)z\right)+{A_2}^2{A}_4^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2246})z)\\ +2A_2{A}_3{A}_1^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{2316})z)+2A_3{A}_4{A}_5^{*}\exp \left(i\right({\mathrm{\Δ\β}}_{3456})z)\}\end{array}---\left(6\right)$

其中，i为虚数单位；γ为高非线性光纤系数；A_j(j＝1,2,3,4,5,6)为各个光波的增益幅值，A_j^*(j＝1,2,3,4,5,6)为增益幅值A_j的复共轭；|A_j|²为各个波的功率；z为光纤的长度；其中Δβ_jkmn为光纤的非线性系数，为在角频率为ω_j(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ω_k时光纤的线性系数,ω_j为各个波长的角频率，其计算公式为(j＝1,2,3,4,5)，其中λ为各个光波的波；

S6.将第一次优化后得到的泵浦光波长代入到下一次遗传算法程序中，即将泵浦光的波长设为优化后所得的数据，继续优化泵浦光的功率；将泵浦功率与泵浦光的波长改为优化后的数据继续对光纤的长度进行优化，进而得到一组含有泵浦光波长，光纤长度，泵浦功率的优化数据。