[發(fā)明專(zhuān)利]弱耦合少模光纖逆向?qū)崿F(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010320689.1
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111381315B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜江兵;何祖源;何枝琴;陳心怡;沈微宏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/036
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/036
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種弱耦合少模光纖逆向?qū)崿F(xiàn)方法，以?huà)呙璧玫降亩喹h(huán)型少模光纖的數(shù)值仿真結(jié)果作為少模光纖數(shù)據(jù)集，并以可傳輸模式數(shù)量與需優(yōu)化模式數(shù)量相同為條件選取目標(biāo)所需數(shù)據(jù)集設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并進(jìn)行訓(xùn)練，再針對(duì)少模光纖的弱耦合需求設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)，即以有效折射率數(shù)值作為輸入，輸出光纖的折射率階躍分布結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)值；最后通過(guò)將預(yù)測(cè)值與優(yōu)化目標(biāo)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)少模光纖結(jié)構(gòu)的逆向優(yōu)化。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了最小相鄰模式/模群有效折射率差的最大化，光纖傳輸?shù)哪Ｊ阶钚∮行д凵渎什羁蛇_(dá)到10supgt;?3/supgt;以上，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好，就可以快速預(yù)測(cè)出光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，具有高效性、高精確度的特點(diǎn)，能夠應(yīng)用在少模光纖模分復(fù)用中，滿(mǎn)足弱耦合傳輸需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種光纖領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種弱耦合少模光纖逆向?qū)崿F(xiàn)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的少模光纖模分復(fù)用傳輸中存在模間串?dāng)_，通常采用MIMO技術(shù)補(bǔ)償這種串?dāng)_，但MIMO技術(shù)需要較高的能耗和成本。現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)少模光纖的結(jié)構(gòu)，使光纖在一定波長(zhǎng)下的具體模式之間的有效折射率達(dá)到特定數(shù)值，能夠滿(mǎn)足弱耦合的需要；利用物理模型設(shè)計(jì)光纖，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)單一，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)增加設(shè)計(jì)和加工難度，且效率和精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種弱耦合少模光纖逆向?qū)崿F(xiàn)方法，有助于打破傳統(tǒng)器件固定的幾何結(jié)構(gòu)，增加器件的參數(shù)空間，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，將器件性能提高到極限。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明以?huà)呙璧玫降亩喹h(huán)型少模光纖的數(shù)值仿真結(jié)果作為少模光纖數(shù)據(jù)集，并以可傳輸模式數(shù)量與需優(yōu)化模式數(shù)量相同為條件選取目標(biāo)所需數(shù)據(jù)集設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并進(jìn)行訓(xùn)練，再針對(duì)少模光纖的弱耦合需求設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)，即以有效折射率數(shù)值作為輸入，輸出光纖的折射率階躍分布結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)值；最后通過(guò)將預(yù)測(cè)值與優(yōu)化目標(biāo)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)少模光纖結(jié)構(gòu)的逆向優(yōu)化。

所述的掃描，采用但不限于Mode?Solutions仿真軟件計(jì)算特定條件下少模光纖的模式特性，具體為：在1.55μm支持的模式及其對(duì)應(yīng)的有效折射率數(shù)值。

所述的優(yōu)化目標(biāo)為最小相鄰模式/模群有效折射率差的最大化。

所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為Keras結(jié)構(gòu)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括：每層有300個(gè)神經(jīng)元的三個(gè)隱藏層、優(yōu)化器、激活函數(shù)、損失函數(shù)以及目標(biāo)函數(shù)。

所述的多環(huán)型少模光纖為四環(huán)結(jié)構(gòu)且在波長(zhǎng)為1.55μm處傳輸多個(gè)低階模式。

所述的多個(gè)低階模式為L(zhǎng)P₀₁、LP₁₁、LP₂₁和LP₀₂，其中：LP₀₁的有效折射率為1.4532～1.4573，LP₁₁的有效折射率為1.4507～1.4549；LP₂₁的有效折射率為1.4475～1.4517；LP₀₂的有效折射率為1.4467～1.4507。

所述的四環(huán)結(jié)構(gòu)的第一環(huán)的半徑為7.2～7.6μm，且與包層之間的折射率差為0.008～0.012。

所述的四環(huán)結(jié)構(gòu)的第二環(huán)的半徑為6.7～7.1μm，且與包層之間的折射率差為0.0087～0.0127。

所述的四環(huán)結(jié)構(gòu)的第三環(huán)的半徑為6.2～6.6μm，且與包層之間的折射率差為0.0094～0.0134。

所述的四環(huán)結(jié)構(gòu)的第四環(huán)的半徑為5.7～6.1μm，且與包層之間的折射率差為0.00995～0.01395。

本發(fā)明涉及上述方法得到的弱耦合少模光纖，具體為以無(wú)摻雜二氧化硅為折射率基準(zhǔn)的四環(huán)型少模光纖，在波長(zhǎng)為1.55μm處具有多個(gè)低階模式。

技術(shù)效果