[发明专利]一种基于智能算法的对拉曼增益谱优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及增益谱的优化，特别是拉曼放大器增益谱。

背景技术

近年来，随着计算机网络和各类新型数据传输业务的迅猛发展，人们对通信容量和带宽的需求进一步提高。光纤拉曼放大器(FRA)日益受到关注，尤其是在波分复用(WDM)系统中具有广阔的应用前景。FRA之所以越来越受到关注，是因为它具有以下优点：

1，增益带宽大。石英光纤典型的拉曼增益系数谱如图1所示。图中拉曼增益谱频宽很宽，大约40THz。在13THz附近有较宽的主峰。

2，增益波段灵活。如图1所示，Raman增益系数谱的横坐标是信号光频率相对于泵浦光频率的差值，而不是信号光的绝对频率。这就说明Raman增益系数峰值的位置由泵浦波长来决定，而不像EDFA那样取决于掺杂离子的能级结构。所以对于FRA来讲，只要有合适波长的泵浦源，理论上可以实现对任意波段信号光的放大。

3，噪声指数低。对于分布式FRA而言，光信号的放大是在整个光纤长度上进行的，这一特征使得分布式FRA的噪声指数比分立式放大器的噪声指数低得多。

在WDM光纤通信系统中，如何实现很宽波段内多路信号光的同时均衡放大是迫切需要解决的一个关键问题。如图1所示，FRA虽然具有很宽的增益谱，但是这个增益谱是很不平坦的。多波长宽带FRA是通过加入多个泵浦光来提高增益带宽和增益谱的平坦度。它具有全波段放大、可利用传输光纤进行在线放大以及优良的低噪声特性等优点，再次成为光纤通信系统中的研究热点。然而在多波长宽带FRA设计中，增益谱的波动是衡量光纤拉曼放大器性能的一个非常重要的指标，因为同一泵浦光对不同波长的信号的增益系数是不一样的，这就造成了光纤拉曼放大器增益谱的不平坦。增益谱不平坦不仅限制了系统的光信嗓比，也将导致各信道的功率不一致，增加复用输出端的串话。目前，采用混合式放大器或分布式多波长光纤拉曼放大器，都可以达到80nm以上的增益带宽，但是平坦度还不甚理想，这无疑限制了其在系统中的应用。虽然可以采用增益均衡器来优化增益谱，但是引入附加损耗，又增加了成本。对于多波长宽带拉曼放大器，可以通过优化泵浦源的功率、波长的配置使得增益谱尽量平坦。理论上，只要有足够的泵浦源，可以达到任意平坦度的理想增益谱。但是，由于泵浦光与泵浦光、信号光与信号光以及泵浦光与信号光之间的受激拉曼散射使得整个系统具有高度的非线性，选择泵浦光组合来获得特定的增益曲线变得非常困难。工程设计中大都凭借经验，手动调整泵浦光波长和功率等参数，以得到好的结果，但这种方法相对耗时。所以，一种能够智能选择合适泵浦光的增益谱优化机制就显得非常必要了。

发明内容

(一)要解决的技术问题：

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够智能选择多泵浦光纤拉曼放大器的泵浦功率和波长的机制，来达到拉曼增益谱实现预期设定的平坦度，进而提升光纤WDM系统的传输能力。

(二)技术方案：

本发明通过选择合适的FRA泵浦光波长和功率来提高拉曼放大器增益谱的平坦度。具体的选择机制如下：

1,初始化一个泵浦库，泵浦集中包含n个泵浦矢量，对于双泵浦拉曼放大器，每个泵浦矢量包含4个分量，例如，第i个泵浦矢量表示为Xi＝(xi1,xi2,xi3,xi4)，其中，xi1,xi2代表两个泵浦的波长，xi3,xi4代表两个泵浦的功率；设置最大迭代次数Gm＝200，限定泵浦的波长和功率范围。

2,对目标泵浦矢量进行变异处理，角标r1，r2，r3，是属于[0,n]的不同整数且与当前目标矢量索引i不同，F是缩放因子。是生成的变异泵浦矢量。

3,对目标泵浦矢量和新生成的变异泵浦矢量进行杂交操作生成实验泵浦矢量，这一过程称之为交叉，父代个体和变异个体依据交叉概率生成新的个体，具体方法如下：