基于自适应差分进化算法的多通道光纤光栅滤波器的优化设计

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光纤光栅具有体积小、低损耗、低成本、抗电磁干扰等特点,并且通过对光栅的设计,可以得到各种丰富的光谱特性,利用这一特性可构成许多性能独特的光纤无源器件。光纤光栅滤波器就是其中一种非常重要的光纤光栅器件,在光纤通信、光纤传感、光计算和光信息处理等领域均有着广阔的应用前景。随着不同的应用对波长通道数目需求的增长,对滤波器的性能提出了更加严格的要求,多通道光纤光栅滤波器的设计成为光滤波技术的研究热点和难点之一。  多通道光纤光栅的光谱要求有多个窄带通道,不同通道的中心波长不同,而且随着通道数目的增加,折射率调制深度也会递增,从而导致物理上不可实现。这些特点使多通道光纤光栅的设计比单通道的光纤光栅设计更加困难。在设计多通道光纤光栅滤波器时,不仅要使光谱满足预期的谱线特点,还要使尽可能的减少折射率调制深度,使其满足物理可实现。  本文针对多通道光纤光栅滤波器设计上存在的问题,在基于群时延的光纤光栅滤波器直接设计方法基础上,充分分析了群时延参数对折射率调制深度的影响。以最小化最大折射率调制深度为优化目标,建立群时延参数的优化模型,运用参数自适应的差分进化算法对优化模型进行求解,为多通道光纤光栅滤波器的每个子光栅分配合适的群时延参数,最终设计得到的多通道光纤光栅滤波器具有较低的折射率调制深度,使其在物理上可实现。  为验证所提出的设计方法的有效性,本文分别设计了8通道均匀滤波器、80通道均匀滤波器、101通道均匀滤波器以及80通道非均匀滤波器,并与现有的设计结果对比分析。实验表明由本文算法设计出的滤波器在折射率调制深度的衰减系数上明显优于现有的设计方法。  本文通过挖掘多通道光纤光栅滤波器现有设计中存在的可优化问题,采用进化算法优化技术进行跨领域研究,得到了较好的研究成果,本文的研究对于智能优化分析方法在光纤光栅器件研究领域的应用具有一定的参考价值。
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