[发明专利]一种基于遗传算法的多包层光纤设计方法

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的多包层光纤设计方法。本发明提出的多包层光纤其主要应用场景为熔融拉锥制备多芯光纤耦合器，多包层光纤拉锥前跟少模/单模光纤连接，拉锥后跟多芯少模/单模光纤连接，对于由多包层光纤连接的空分复用系统中传输的所有模式，通过适当的编码、淘汰、基因型互换、变异等一系列遗传算法的操作，正向优化多包层光纤的具体特性参数，使其传输的各模式在整个空分复用系统中具有极低的插入损耗。本发明中提供的多包层光纤其芯层结构复杂，调节自由度高，利用本发明提供的方法，理论上可以为其他应用场景提供不同的多包层光纤定制方案，且算法计算速度快，计算精度高，具有很好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种基于遗传算法的多包层光纤设计方法。

背景技术

互联网技术的迅速普及和发展，为人们生活工作带来了极大便利与舒适，与此同时，人们对数据流量的要求也越来越高。随着对数据需求的不断增长，传统的单模光纤技术受限于低损耗和光放大器的增益带宽，已逼近其最大的数据传输容量极限，无法满足即将到来的5G，物联网等应用的数据传输需求。而基于多芯光纤的空分复用技术，是一种极具发展潜力的提高通信系统容量的技术，因此得到国内外学者的广泛研究。

在以多芯光纤为基础的空分复用系统中，其复用器/解复用器是最关键的技术部分。基于熔融拉锥(CN201811089100.0)，(CN 201811393656.9)(CN202010231292.5)的复用/解复用器成本较低，且工艺也较为简单，是目前最主流的多芯光纤复用/解复用器件制备方法。

但是，基于熔融拉锥的多芯光纤复用复用/解复用器目前面临的主要问题是，随着空分复用通信系统中需要传输的模式数量进一步提高，现有的多包层光纤结构无法通过简单的熔融拉锥制备出所有传输模式插入损耗都较低的多芯光纤复用/解复用器件。为了解决这个问题，需要对多包层光纤进行定制化设计，现有的多包层光纤普遍层数较少，设计自由度不高，且人工调节光纤结构优化各模式插入损耗过于繁琐复杂，优化时间和成本较高，且不容易得到满足要求的结果。而层数较高排列复杂的多包层光纤可以有效降低各模式的插入损耗，但需要调整的光纤参数有些时候多达几十个，简单地人工调节显然无法完成光纤的定制化设计。

发明内容

本发明为克服上述背景技术所述的多包层光纤设计对于特定应用场景下的最优性能光纤设计的寻找，耗时长、人工调节困难且复杂度高的缺陷，提供一种基于遗传算法的多包层光纤的优化设计方法。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(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；

(2)随机产生若干个包含输入信号所有特征的个体，并根据步骤一生成的编/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；

(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；

(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二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。

所述步骤(1)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。