一種新型拉曼放大器增益譜的優化機制的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及增益譜的優化，特別是拉曼放大器增益譜。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著計算機網絡和各類新型數據傳輸業務的迅猛發展，人們對通信容量 和帶寬的需求進一步提高。光纖拉曼放大器（FRA)日益受到關注，尤其是在波分復用（WDM) 系統中具有廣闊的應用前景。FRA之所以越來越受到關注，是因為它具有以下優點：
[0003] 1，增益帶寬大。石英光纖典型的拉曼增益系數譜如圖1所示。圖1中拉曼增益譜 頻寬很寬，大約40THZ。在13THZ附近有較寬的主峰。
[0004]
[0005] 2,增益波段靈活。如圖1所示，Raman增益系數譜的橫坐標是信號光頻率相對于 泵浦光頻率的差值，而不是信號光的絕對頻率。這就說明Raman增益系數峰值的位置由泵 浦波長來決定，而不像EDFA那樣取決于摻雜離子的能級結構。所以對于FRA來講，只要有 合適波長的泵浦源，理論上可以實現對任意波段信號光的放大。
[0006] 3,噪聲指數低。對于分布式FRA而言，光信號的放大是在整個光纖長度上進行的， 這一特征使得分布式FRA的噪聲指數比分立式放大器的噪聲指數低得多。
[0007] 在WDM光纖通信系統中，如何實現很寬波段內多路信號光的同時均衡放大是迫切 需要解決的一個關鍵問題。如圖1所示，FRA雖然具有很寬的增益譜，但是這個增益譜是很 不平坦的。多波長寬帶FRA是通過加入多個泵浦光來提高增益帶寬和增益譜的平坦度。它 具有全波段放大、可利用傳輸光纖進行在線放大以及優良的低噪聲特性等優點，再次成為 光纖通信系統中的研宄熱點。然而在多波長寬帶FRA設計中，增益譜的波動是衡量光纖拉 曼放大器性能的一個非常重要的指標，因為同一泵浦光對不同波長的信號的增益系數是不 一樣的，這就造成了光纖拉曼放大器增益譜的不平坦。增益譜不平坦不僅限制了系統的光 信嗓比，也將導致各信道的功率不一致，增加復用輸出端的串話。目前，采用混合式放大器 或分布式多波長光纖拉曼放大器，都可以達到80nm以上的增益帶寬，但是平坦度還不甚理 想，這無疑限制了其在系統中的應用。雖然可以采用增益均衡器來優化增益譜，但是引入附 加損耗，又增加了成本。對于多波長寬帶拉曼放大器，可以通過優化泵浦源的功率、波長的 配置使得增益譜盡量平坦。理論上，只要有足夠的泵浦源，可以達到任意平坦度的理想增益 譜。但是，由于泵浦光與泵浦光、信號光與信號光以及泵浦光與信號光之間的受激拉曼散射 使得整個系統具有高度的非線性，選擇泵浦光組合來獲得特定的增益曲線變得非常困難。 工程設計中大都憑借經驗，手動調整泵浦光波長和功率等參數，以得到好的結果，但這種方 法相對耗時。所以，一種能夠智能選擇合適泵浦光的增益譜優化機制就顯得非常必要了。
【發明內容】
[0008] (一）要解決的技術問題：
[0009] 本發明要解決的技術問題是：提供一種能夠智能選擇多泵浦光纖拉曼放大器的泵 浦功率和波長的機制，來達到拉曼增益譜實現預期設定的平坦度，進而提升光纖WDM系統 的傳輸能力。
[0010] (二）技術方案：
[0011] 本發明通過選擇合適的FRA泵浦光波長和功率來提高拉曼放大器增益譜的平坦 度。具體的選擇機制如下：
[0012] 一種新型拉曼放大器增益譜的優化機制
[0013] 1，初始化一個泵浦庫，泵浦集中包含η個泵浦矢量，對于雙泵浦拉曼放大器，每 個泵浦矢量包含4個分量，例如，第i個泵浦矢量表示為Xi = 〇^1，^2，^3，^4)，其中， xil，xi2代表兩個泵浦的波長，xi3，xi4代表兩個泵浦的功率。初始化每個泵浦的變化矢 量，第i個泵浦變化矢量表示為Vi= (Vil，vi2，Vi3，vi4)。設置迭代次數t = 0,限定泵浦 的波長和功率范圍。設定需要的實現的增益譜波動最大值，例如ldB。
[0014] 2,對目標泵浦矢量進行變異處理，1^=Χ^+Ρ·(Χ^+Χ^)角標rl，r2, r3,是屬 于[0, η]的不同整數且與當前目標矢量索引i不同，F是縮放因子。I^li是生成的變異泵 浦矢量。
[0015] 3,判斷是否選擇變異泵浦矢量，當對拉曼增益優化時，也就是尋找使得拉曼增益 譜波動最小的泵浦矢量。
[0016]
【主權項】
1. 一種拉曼拉曼放大器增益譜的優化機制，其特征在于具體步驟如下： 1) 初始化一個泵浦庫，泵浦庫中包含n個泵浦矢量，設置迭代次數t= 0,限定泵浦的 波長和功率范圍。設定需要的實現的增益譜波動最大值，例如IdB。 2) 對目標泵浦矢量進行變異處理。 3) 判斷是否選擇變異泵浦矢量，當對拉曼增益優化時，也就是尋找使得拉曼增益譜波 動最小的泵浦矢量。
其中，函數f()是用來計算拉曼增益譜最大波動值。 4) 找出當前泵浦庫中能使得拉曼增益譜波動最小的泵浦矢量。設為Pi== (pil，pi2,pi3,pi4)。判斷是否滿足增益譜平坦度要求，如果滿足則結束，不滿足則繼續下 面步驟。 5) 更新泵浦庫中的每個泵浦矢量。判斷是否滿足增益譜平坦度要求，如果滿足則結束， 不滿足則繼續下面步驟。 6) 對目標泵浦矢量和變異泵浦矢量進行參數交叉生成試驗泵浦矢量，這一過程稱之為 交叉。父代個體和變異個體依據交叉概率生成新的個體。 7) 再對目標泵浦矢量和實驗泵浦矢量進行選擇操作，形成新的泵浦庫。
8) 跳轉至步驟2。
2. 如權利要求1所述優化機制，其特征在于，步驟1)的具體方法如下：初始化一個泵 浦庫，泵浦庫中包含n個泵浦矢量，對于雙泵浦拉曼放大器，每個泵浦矢量包含4個分量，例 如，第i個泵浦矢量表示為Xi= (xil,xi2,xi3,xi4)，其中，xil,xi2代表兩個泵浦的波長， xi3,xi4代表兩個泵浦的功率。初始化每個泵浦的變化矢量，第i個泵浦變化矢量表示為 Vi= (Vil，vi2，Vi3，vi4)。設置迭代次數t= 0,限定泵浦的波長和功率范圍。設定需要的 實現的增益譜波動最大值，例如ldB。
3. 如權利要求1所述優化機制，其特征在于，步驟2)變異處理的具體方法如下：
角標rl，r2,r3,是屬于[0，n]的不同整數且與當前目標矢量索引 i不同，F是縮放因子。h;11是生成的變異泵浦矢量。
4. 如權利要求1所述優化機制，其特征在于，步驟5)中更新泵浦庫的具體方法如下：
l^i^nl^d^4 其中，cl，c2為正常數，稱為加速因子；rand〇為[0，1]之間的隨機數；w稱慣性因子。 角標d代表泵浦矢量的第d個分量，迭代中若位置和速度超過邊界范圍則取邊界值。Pi表 示第i個泵浦矢量目前迭代過程中的使增益譜最優位置。其中第g個泵浦矢量的過去最優 位置Pg為所有Pi(i= 1，…，n)中最優。Pg判斷是否滿足增益譜平坦度要求，如果滿足則 結束，不滿足則繼續下面步驟。
5.如權利要求1所述優化機制，其特征在于，步驟6)對目標泵浦矢量和變異泵浦矢量 進行參數交叉生成試驗泵浦矢量的具體方法如下：
l^i^nl^d^4 rand(0, 1)G[〇,1]為均勻分布的隨機數，CRG[〇,1]是交叉概率常數。
【專利摘要】本發明提供了一種帶有反饋的拉曼放大器增益譜的優化方法。該方法能夠快速選擇出拉曼放大器中泵浦的功率和波長來提供足夠平坦的增益，從而提升了光信號的傳輸容量。本發明主要利用了一種新型的優化算法來尋找最優解，即使拉曼增益譜最平坦的泵浦的功率和波長。
【IPC分類】H04B10-294
【公開號】CN104579481
【申請號】CN201410659192
【發明人】劉博 , 忻向軍, 張麗佳, 張琦, 王擁軍, 尹霄麗, 李明杰, 李博文, 田清華
【申請人】北京郵電大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月18日