基于打靶和遗传算法模拟多阶级联拉曼光纤激光器
基于目标级联法和遗传算法的多学科设计优化研究
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Ａ ａｙ ｃｌ ａｇｔ ａｃｄｎ ，Ｔ ）是 ｉｈｌ ｎｌ ｉ ｅ 等 ９９年 个学科之间的相互耦合关系 ， 利用适当的方法将系统分解为以学 （ ｎｌｔ ａＴｒｅ Ｃ ｓａｉｇＡ Ｃ ， Ｍ ｃｅ ａｏ 人 于 １９ 是一种解 科为基础的模型 ， 然后根据学科之间的相互关 系， 通过特定 的框 提出了一种解决复杂工程系统中目标优化问题 的新方法 ，
多泵浦宽带拉曼光纤放大器优化设计的研究
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图１宽带多波 长泵浦的ＦＲＡ的原理结构示意 图
图１给 出了一个 多波长 泵浦的ＦＲＡ的基本原理结构示
意 图。利用 高非线性 光子 晶体光 纤、色散 补偿光 纤或者
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍ ｕｌｔｉ—ｐｕｍｐｅｄ Ｒａｍ ａｎ ｆｉｂｅｒ ａｍ ｐｌｉｆｉｅｒ；ｇａｉｎ ｆｌａｔｎｅｓｓ；ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ；ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
０ 引 言 近年来 ，ＩＴ产业这 一新 名词不 断出现在 人们 的视 野 中 ，对 它 的讨 论也不 绝于耳 。而作 为其发展 进程 中必不 可少 的一环 ，人们对 通信容量 和带 宽传输 的要求 也在 日 益提高 。波分复用 （ＷＤＭ）光纤通信技术 是有效解决这一 迫切需求 的秘方 良药。但 是 ，ＷＤＭ系统 的发展需要有光放 大器做 其强有 力的后盾 。相较 昂贵且 复杂 的光一 电～ 光 （３Ｒ）中继放 大器 ，光放大器以其成本低、结构简单、对光 信 号 比特率和 调制透 明 的优 点 ，获得 更 多的研 究机 会 。 应用在ＷＤＭ光纤通信系统 中的光纤拉曼放大器 （ＦＲＡ）的 一 个 基 本 要 求 是 在 整 个 工 作 波 段 内 具 有 较 好 的 增 益 平 坦 度，这是 因为ＷＤＭ信号 的平坦度对各 路信号的光信噪 比 （ＯＳＮＲ）有重 要影响，并且 ，各信道之 间较大 的功率差异 会 增加ＷＤＭ信道解 复用器输 出端 的串话 。 目前，主要采 用两种 方法来 拓展光 纤放大 器 的平 坦增益 带宽 ：一种是
混合 光纤放 大器 ；另一种 是多波 长泵浦 的ＦＲＡ。 多波长泵 浦 的ＦＲＡ是采用 不 同激 射波长 的 多个 泵浦
喇曼光纤激光器和超连续谱的研究的开题报告
喇曼光纤激光器和超连续谱的研究的开题报告
尊敬的评审老师们：
我是XXX，本科生，非常荣幸能够在这里为大家展示我的开题报告。
本文主要研究喇曼光纤激光器和超连续谱的性质和相互作用。
随着信息和通信技术的不断发展，激光技术在许多领域得到广泛应用，如光纤通信、医学、材料加工等。
其中，喇曼光纤激光器具有节能、高效、可靠、方便等优点，成为目前最有潜力的光纤激光器类型之一。
同时，由于连续谱在光谱分析、生物医学成像等方面应用广泛，超连续谱的研究也备受关注。
超连续谱指的是光源能够产生的带宽非常宽广的光连续谱。
超连续谱源是各种光学非线性效应的产物，并且具有很高的带宽（通常超过100nm），可以为许多应用提供需要的光谱宽度。
本研究的主要目的是探究喇曼光纤激光器和超连续谱之间的相互作用，分析光纤内模式的演化以及光谱的特点，研究光纤参数对超连续谱生成的影响，以及超连续谱在不同领域的应用。
研究方法主要是理论模拟和实验验证相结合。
首先，我们会通过数学模型分析光纤内模式的演化，选择合适的参数设置进行模拟，了解光纤中各个模式之间的相互作用和影响。
然后，根据模拟结果进行实验验证，检测实验结果和模拟结果的一致性和可靠性。
本研究的意义在于深入了解喇曼光纤激光器和超连续谱的特性和相互作用，为实际应用提供理论基础和实验支撑。
同时，对于深入探究光纤激光器的内部特性，提高传输效率和光谱控制等方面的研究也具有一定的参考价值。
感谢评审老师们的耐心阅读和指导，期待我能够做出优秀的研究成果。
级联拉曼光纤激光器
为泵 源 ， 要 经 过三级 拉 曼 频 移 才 能 获 得 波 长 １ ２ ｔ 需 ．４ｔ ｍ 的激 光 。Ｄｊ ｒ等 报 道 的 线 形 腔 级 联 拉 曼 光 纤 激 光 器 哺 结 构 如 图 ３所 示 。该 激 光 器 采 用掺 Ｙｂ光 纤 激 光 器作 为 泵源 ， 台 到 一 段 长 １ ２ 耦 ．Ｋｍ 的 锗 硅 光 纤 中 ， 产
维普资讯
１ ４
・
《 光杂 志 ） ０ ２年 第 ２ 激 ２０ ３卷 第 １ 期
Ｌ Ｅ Ｏ ．ＡＬ（ ｌ２ ． ０ ２ ＡＳ Ｒ ｊ ＵＲＮ Ｖｏ ３ Ｎｏ Ｌ ２ ０ ）
激 光元件 与器件 ・
级 联 拉 曼 光 纤 激 光 器
苏红新 付成鹏 黄榜才 李乙钢 吕福云 吕可诚
早期 的级 联 拉 曼光 纤 激 光 器 ｌ 大 都 采 用掺 杂 锗 ４ 元 素 的单 模 石英 光 纤 （ 硅 光 纤 ） 为 拉 曼 增 益 光纤 。 锗 作 锗硅 光 纤 的 拉 曼 频 移 约 为 ４ ０ 一 ， 果 采 用 波 长 ４ ｍａ 如
ｌ ０ ｔ 的常 见 激光 器 （ Ｙｂ激 光 器 ， ６ｔ ｍ 如 Ｎｄ激光 器 等 ） 作
拉曼 光 纤 激 光 器 是 一 种 基 于 受 激 拉 曼 散 射 效 应 （ Ｒｓ 的光 纤 激 光 器 ， 要 具 备 合 适 的 泵 源 ， 能 够 在 ｓ ） 只 它 很大 的渡长 范 围 内获 得 激 光 输 出 ， 可 进 行 宽 带 调 谐 。 并
早在 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 人 们 就 研 制 了 拉 曼 光 纤 激 光
生 了 １ １ Ｔａ 、 ．７ ｔ 和 １ ２ ｔ 三 级 Ｓｏ ｅ 。在 ． ｌｔｎ １ １ ５ｔ ｍ ．４ｉ ｍ ｔｋｓ渡
多波长后向泵浦拉曼放大器优化算法研究
数值求解，设计了一种新型的打靶法，数值仿真证明其收敛速度较快(12个泵浦光波时打靶次数少于7次)。
根据
I
* k
只考虑传输损耗估计一组泵浦光功率初
Ppk
(L)
(k=1,2,…,n)，又知
Psk
(L)
=
Psk
(0)Gk
(k=n+1,n+2,…,n+m)
(相当于假定了一个 dPk 在L处的初值，即假定打靶方向)，故可用常用的数值法进行求解，经计算得到功率 dz
以及信号光之间的能量耦合，使用来描述受激拉曼散射效应的能量耦合方程是一个高度非线性的 n (信号光
与泵浦光的总个数)维一阶非线性微分方程组，因此，通常的优化算法难以实现上述泵浦光优化过程，或者 实现起来效率很低。本文讨论一种较为有效的泵浦光优化算法。
1 拉曼放大模型和优化算法设计
1.1 拉曼放大数学模型 光波在多波长后向泵浦的拉曼放大器传输过程中会发生很多光学效应[1, 2]，针对超宽带拉曼放大器的增
随机生 成规模 为N的 初始群 体
评价 初始 群体
实施选 择、交叉 和变异算 子，生成 新一代群 体
评价新一 代群体的 适应度， 并记录该 代群体中 的最优个 体
否
实施最优保 留策略，同时 为了抑制早 熟，随机产生 一个新个体 代替群体中 适应度最小
的个体
检验是否 符合算法 收敛准则
输出最
好的个
体作为
… , uk2−1, r1uk2
+
(1 −
r1
)u1k
,
…
,
rl
u2 k +l
+
(1− rl )u1k+l ,
我国高功率拉曼光纤激光器研究取得进展
活性炭知识活性炭知识近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心冯衍研究员领衔的课题组，在高功率拉曼光纤激光器研究中取得新进展。
提出了一种镱-拉曼集成的光纤放大器结构，有效地解决了拉曼光纤激光器功率提升的主要技术瓶颈问题，在1120nm波长，首次获得580W的单横模线偏振拉曼光纤激光和1.3kW的近单模拉曼光纤激光输出。
近年来，高功率光纤激光器发展迅速。
1μm波段的掺镱光纤激光器，近衍射极限输出功率可达20kW，多横模输出功率可达100kW。
尽管如此，稀土掺杂光纤激光器的输出波长，因稀土离子能级跃迁的限制，仅能覆盖有限的光谱范围，限制了其应用领域。
基于光纤中受激拉曼散射效应的拉曼光纤激光器是拓展光纤激光器波长范围的有效手段。
该项研究中，在一般的高功率掺镱光纤放大器中注入两个或多个波长的种子激光，波长间隔对应光纤的拉曼频移量。
处于镱离子增益带宽中心的种子激光率先获得放大后，在后续光纤中作为泵浦激光对拉曼斯托克斯激光进行逐级放大。
初步的演示实验获得了300 W的1120nm拉曼光纤激光输出;接着采用较大包层(400μm)的光纤，获得了580W的单横模线偏振拉曼光纤激光和1.3kW的近单模拉曼光纤激光输出。
结果发表于《光学快报》(Optics Letters)和《光学快讯》(Optics Express) [Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014); Opt. Express 22, (2014)]。
鉴于目前高功率掺镱光纤激光器均采用主振放大结构，新提出的光纤放大器结构可用于进一步提升拉曼光纤激光的输出功率。
初步的数值计算也表明，该技术方法有望在1～2μm范围内任意波长获得千瓦级激光输出。
该项研究得到了中国科学院百人计划、国家“863”计划、国家自然科学基金等项目的支持。
随着单级高速鼓风机的齿轮箱和高速叶轮及稀油站等部件试装运转实验的成功，现场人员无不欢欣鼓舞。
转动拉曼-米偏振激光雷达粒子退偏比校正算法及仿真
转动拉曼-米偏振激光雷达粒子退偏比校正算法及仿真摘要：转动拉曼-米偏振激光雷达（Raman-Mie Polarization Lidar，RMPL）是一种测量大气中气溶胶光学性质的重要装置。
粒子退偏比（Depolarization Ratio，DR）是衡量气溶胶粒子形态和大小的重要参数。
在RMPL测量过程中，由于仪器的本身和大气条件等原因，DR可能存在误差，需要进行校正。
本文提出了一种基于Kalman滤波的DR校正方法，将RMPL实际测量得到的DR值与云模型计算得到的DR值进行比较，利用Kalman滤波算法进行DR值的修正。
同时，通过数值仿真验证了该算法的有效性和可行性。
关键词：RMPL，粒子退偏比，Kalman滤波，云模型，数值仿真一、引言气溶胶是大气中的一种重要污染物，对人类健康和环境造成严重威胁。
因此，对气溶胶的精确测量和研究具有重要意义。
粒子退偏比是气溶胶粒子形态和大小的重要参数，广泛应用于大气气溶胶粒子的识别、分类及气溶胶光学性质的研究中。
转动拉曼-米偏振激光雷达是一种重要的气溶胶粒子测量设备，能够实现对气溶胶粒子光学性质的高精度测量。
但是，在RMPL测量过程中，由于仪器的本身和大气条件等原因，粒子退偏比可能会出现误差，需要进行校正。
在传统方法中，采用对比实验来进行校正，但是这种方法成本较高，操作复杂。
在本文中，我们提出了一种基于Kalman滤波的粒子退偏比校正算法，利用云模型计算得到的理论退偏比与RMPL测量得到的实际退偏比进行比较，利用Kalman滤波算法进行参数的修正。
同时，我们还通过数值仿真验证了该算法的有效性和可行性。
二、RMPL粒子退偏比测量原理RMPL使用转动拉曼（Rotational Raman Scattering）和米偏振（Mie Polarization）相结合的方法对粒子退偏比进行测量。
其中，转动拉曼散射适用于氮气分子，米偏振散射适用于气溶胶和云滴等物质。
RMPL使用两个波长的激光进行测量，其中，一个为532nm的激光用于米偏振散射测量，另一个为355nm的激光用于转动拉曼散射测量。
1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器的理论和实验优化研究的开题报告
1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器的理论和实验优化研究的开题报告题目：1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器的理论和实验优化研究一、研究背景及意义激光器是利用放大的光从一个有源激光介质中产生的放射而发出强定向的单色光，具有高激光光束质量、高功率输出和小尺寸等优势。
光纤拉曼激光器是一种基于拉曼效应运作的激光器，具有低噪声、光谱范围宽等特点，被广泛应用于通信、医学、科研等领域。
在拉曼激光器中，掺磷光纤具有良好的光学性能和强的非线性效应，可以显著增强激光器的效率和稳定性。
因此，研究掺磷光纤拉曼激光器的性能优化和理论模拟具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和技术路线本研究旨在通过理论模拟和实验验证的方法，对1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器进行优化研究。
具体研究内容如下：1.分别设计出理论模拟和实验验证的方案，通过数值仿真和实验结果对其进行验证。
2.进行掺磷光纤拉曼激光器的电热光耦合仿真，得到拉曼增益谱和激光输出特性。
3.对比不同掺磷光纤材料的拉曼增益、自发辐射和杂散光，选出最优掺磷光纤材料。
4.提出一种新型掺磷光纤拉曼激光器的结构设计，进行仿真研究。
5.进行实验验证，测试激光器输出功率、波长等性能参数。
技术路线如下：1.阅读相关文献，深入了解掺磷光纤拉曼激光器的理论基础和制备技术。
2.建立理论数值模拟系统，通过优化模型参数得到最优化的掺磷光纤拉曼激光器设计方案。
3.进行实验验证，测试激光器的各项性能参数。
4.分析试验数据，得到实验和理论模拟结果。
三、预期结果本研究将研究掺磷光纤拉曼激光器的性能优化和理论模拟，预期达到以下结果：1.分析不同掺磷光纤材料的加工制备工艺和光学性能，选出最优材料。
2.提出一种新型掺磷光纤拉曼激光器的结构设计，优化激光器的输出功率和谐波性能。
3.得到掺磷光纤拉曼激光器的拉曼增益谱和激光输出参数，为光通信、医疗等领域的实际应用提供理论基础。
四、研究进度计划本研究计划分为四个阶段，具体进度如下：第一阶段（6个月）：文献阅读、理论分析和仿真模拟。
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基于打靶和遗传算法模拟多阶级联拉曼光纤激光器
尚卫东;李发丹;孙建国;冯光;郭占斌;周晓军;秦祖军
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2008(038)008
【摘要】直接采用打靶算法数值求解表征光纤中受激拉曼散射效应的非线性耦合方程组对多阶段联拉曼光纤激光器的输出特性进行仿真,任意设置的各阶Stokes光功率初始值会导致计算过程不收敛.本文提出首先采用遗传算法对各阶的Stokes光功率初值进行优化筛选,解决了各阶Stokes光功率初值选择的收敛性问题,然后利用四阶龙格-库塔及打靶算法进行数值求解,结果表明该方法非常有效.在此基础上,对六阶掺锗级联拉曼光纤激光器进行了数值模拟,并比较分析了光纤长度、输出耦合器反射率、泵浦功率等因素对六阶级联拉曼光纤激光器输出特性的影响.
【总页数】4页(P774-777)
【作者】尚卫东;李发丹;孙建国;冯光;郭占斌;周晓军;秦祖军
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南,郑州,450015;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南,郑州,450015;电子科技大学光电信息学院,四川,成都610054;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南,郑州,450015;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南,郑州,450015;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南,郑州,450015;电子科技大学光电信息学院,四川,成都610054;电子科技大学光电信息学院,四川,成都610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1;O437.3
【相关文献】
1.二阶掺磷级联拉曼光纤激光器的数值模拟及分析 [J], 李发丹;孙建国;庄永锋;郭占斌;冯光
2.基于增益谱多项式拟合的双泵浦碲基光纤级联拉曼光纤放大器 [J], 巩稼民;郭涛;杨钰荃;柳华勃
3.一种求解级联拉曼光纤激光器的方法 [J], 刘聪;潘炜;罗斌;王昱枭;冯显桂;江宁
4.无谐振腔结构的四级级联拉曼光纤激光器 [J], 郭春雨;伍一鸣;杨锦辉;;;
5.级联拉曼光纤激光器 [J], 苏红新;付成鹏;黄榜才;李乙钢;吕福云;吕可诚
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