[发明专利]一种基于遗传算法的多包层光纤设计方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的多包层光纤设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定输入信号和优化目标，并对输入信号进行处理，根据输入信号每一个特征的取值范围和求解精度，以此对输入信号的每一个特征进行二进制编码处理，并形成对应的“输入信号特征——编码”映射关系，生成编/解码表；输入信号为多包层光纤的光纤层数，每层半径以及所对应相对折射率的取值范围和求解精度；优化目标为多包层光纤跟少模/单模光纤连接以及多芯少模/单模光纤连接各传输模式的插入损耗，其计算公式为：Γ＝-10lg(|C_μν|²)，其中，E_μ是发射光纤中传输的模式场，E_ν是接收光纤中传输的模式场，A是两光纤的重叠面积，ε₀和μ₀分别是真空介电常数和真空中的磁导率，Γ为插入损耗，C_μν为模式场E_μ和模式场E_ν间的模耦合系数，*为共轭算符，d为微分算符，||为绝对值算符；

(2)随机产生若干个包含输入信号所有特征的个体，并根据步骤(1)生成的编/解码表，对每个个体进行编码处理，产生一系列01的基因型数字序列，形成种群；

(3)根据优化目标计算种群中每个个体对应的适应度；个体对应的适应度为该个体所对应的多包层光纤跟少模/单模光纤连接以及多芯少模/单模光纤连接各传输模式的插入损耗的最大值；

(4)对每个个体根据其所对应的适应度分配不同的淘汰概率，按照一定比率淘汰掉适应度较低的个体，保留适应度较高的个体；所述每个个体淘汰概率跟个体适应度一一对应，映射关系为“该个体适应度/所有个体适应度总和”；所述每个个体的权重跟个体适应度一一对应，映射关系为“该个体适应度/所有保留个体适应度总和”，个体的权重对应着每个个体被选择进行基因型互换产生新个体的概率；

(5)在保留的个体中根据权重任意选出两个个体，两个个体间的基因型发生交叉互换，产生两个全新的个体，重复该过程直至种群的个体数目跟步骤(2)产生的个体数目一致；

(6)根据预设几率对新种群每个个体的基因型进行变异；重复步骤(3)—(5)，直至产生适应度满足优化要求的新个体或者达到迭代次数；

(7)将设计的多包层光纤拉制出来，并通过熔融拉锥法制备多芯光纤耦合器，跟少模/单模光纤和多芯少模/单模光纤熔接并封装。

2.如权利要求1所述的基于遗传算法的多包层光纤设计方法，其特征在于，所述步骤(1)对输入信号进行编码时，编码方式采用格雷码、普通二进制编码或者真值编码。

3.如权利要求1所述的基于遗传算法的多包层光纤设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中基因型互换方法为单点交叉互换、多点交叉互换、均匀交叉互换或者算术交叉互换。

4.如权利要求1所述的基于遗传算法的多包层光纤设计方法，其特征在于，所述步骤(6)中对个体采用的变异方式为高斯变异、基本位变异、有效基因变异、均匀变异或者概率自调整变异。

5.如权利要求4所述的基于遗传算法的多包层光纤设计方法，其特征在于，所述变异方式为基本位变异，每个个体发生变异的几率小于预设值，避免优良基因因变异而不能遗传至下一代。