本發(fā)明涉及鎖模激光器及自動控制，特別是涉及一種多模四波混頻自動鎖模裝置及方法。

背景技術：

1、傳統(tǒng)的鎖模光纖激光器使用的是單模光纖，時空鎖模光纖激光器使用的是多模光纖，多模光纖可以傳輸多種橫模。橫模指的是光場的不同空間模式，即激光束橫截面上的強度分布。時空鎖模指實現(xiàn)縱模和橫模的同步鎖定，即時間和空間的同步鎖定。通過多模光纖與單模/少模光纖的熔接，或者是多模光纖之間的錯位熔接，可以產生多模干涉濾波效應，對激光脈沖的波長進行濾波。通過對多模光纖上的偏振控制器進行調節(jié)，可以利用多模干涉濾波效應產生豐富的脈沖現(xiàn)象，例如波長調諧、多波長、四波混頻等。其中，偏振控制器是用于調整激光器狀態(tài)的器件。

2、傳統(tǒng)的激光器鎖模需要通過研究人員手動調試偏振控制器，觀察檢測儀器的現(xiàn)象來實現(xiàn)鎖模脈沖，耗費大量的時間和人力資源。自動鎖模可以通過程序控制電動偏振控制器，并獲取檢測儀器的實驗數(shù)據(jù)，通過評價函數(shù)對實驗數(shù)據(jù)進行評分，程序根據(jù)評分使用智能算法(如遺傳算法)決定電動偏振控制器下一步的調整，從而實現(xiàn)智能鎖模，節(jié)省人力物力。其中，評價函數(shù)是根據(jù)目標現(xiàn)象編寫的公式。通常電動偏振控制器需要輸入一個電壓值組，稱為一個個體，包括三個電壓值，分別控制三個部件。

3、目前自動鎖模僅應用于單模光纖鎖模激光器中，未有對多模光纖鎖模激光器(時空鎖模激光器)的自動鎖模，且未有對四波混頻現(xiàn)象進行自動鎖模的應用。且當使用傳統(tǒng)的遺傳算法對多模光纖鎖模激光器進行自動鎖模時，很容易就會鎖定到激光器中占據(jù)電動偏振控制器電壓值范圍較廣的個體中，使得出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象較為單一，不利于自動鎖模的調諧。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種多模四波混頻自動鎖模裝置及方法，通過對四波混頻光譜的識別，克服了現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)四波混頻自動鎖模的缺陷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種多模四波混頻自動鎖模裝置，包括上位機、電動偏振控制器、時空鎖模激光器、示波器、光譜儀；其中，電動偏振控制器位于時空鎖模激光器內；上位機與電動偏振控制器連接；示波器、光譜儀的輸入端連接時空鎖模激光器，示波器、光譜儀的輸出端連接上位機；

4、上位機，用于輸出電壓控制電動偏振控制器，獲取示波器和光譜儀的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行四波混頻自動鎖模算法；

5、電動偏振控制器，用于接收來自上位機的電壓信號，調控時空鎖模激光器的偏振態(tài)和光纖長度，并改變時空鎖模激光器內不同橫模的能量耦合；

6、時空鎖模激光器，用于在電動偏振控制器的調控下，輸出不同現(xiàn)象的鎖模脈沖，且輸出激光通過光耦合器分成兩路，分別傳輸至示波器和光譜儀；

7、示波器，用于接收來自時空鎖模激光器的時域信號，并輸出激光的時域圖像和數(shù)據(jù)；

8、光譜儀，用于接收來自時空鎖模激光器的光譜信號，并輸出激光的光譜圖像和數(shù)據(jù)。

9、一種多模四波混頻自動鎖模方法，應用于上述的多模四波混頻自動鎖模裝置，包括以下步驟：

10、s1、上位機隨機選擇電壓值區(qū)間，選取初始電壓值控制電動偏振控制器，調控時空鎖模激光器的輸出狀態(tài)；

11、s2、示波器接收時空鎖模激光器輸出的激光信號，并將光信號的時域信號傳輸?shù)缴衔粰C，上位機對時域信號進行判別，然后通過遺傳算法實現(xiàn)自動鎖模操作；

12、s3、光譜儀接收時空鎖模激光器輸出的激光信號，并將激光的光譜圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，上位機調用光譜儀的波長復用分析程序，判別光譜信息是否為四波混頻，并計算四波混頻的輸出狀態(tài)；

13、s4、若輸出狀態(tài)不符合預設的目標狀態(tài)，則更換電壓值區(qū)間，重新進行初始種群的選取，直至四波混頻輸出狀態(tài)符合預設的目標狀態(tài)；

14、s5、若四波混頻輸出狀態(tài)符合預設的目標狀態(tài)，則結束多模四波混頻的自動鎖模。

15、優(yōu)選的，s2中，上位機對時域信號進行判別，然后通過遺傳算法實現(xiàn)自動鎖模操作具體包括：

16、上位機獲取示波器的時域數(shù)據(jù)后，進行峰值檢測，將強度大于指定閾值的峰判定為脈沖，從而獲得脈沖個數(shù)，通過脈沖的峰值幅度計算得到脈沖平均幅值和抖動情況；對脈沖個數(shù)，脈沖平均幅值和抖動情況三者進行加權評分，得到的總和為該電壓值下激光器的輸出現(xiàn)象的時域信號評分，越接近鎖模脈沖狀態(tài)，評分越高；遺傳算法將根據(jù)時域信號評分進行遺傳、交叉和變異操作，直至實現(xiàn)鎖模脈沖的輸出。

17、優(yōu)選的，s2中，采用的遺傳算法為區(qū)域遺傳算法，將控制電動偏振控制器的電壓值范圍分為若干個區(qū)間，隨機選取其中一個區(qū)間生成初始種群，進行遺傳算法的交叉、變異和遺傳操作，直至實現(xiàn)鎖模脈沖輸出。

18、優(yōu)選的，s3中，上位機調用光譜儀的波長復用分析程序，判別光譜信息是否為四波混頻，并計算四波混頻的輸出狀態(tài)具體包括：

19、上位機調用光譜儀的波分復用分析程序，獲取光譜中大于指定閾值的譜峰的波長和電平信息；對相鄰譜峰進行波長間隔的計算，當出現(xiàn)連續(xù)三個相同的波長間隔時，即判定為四波混頻；并將其對應譜峰的波長提取出來組成四波混頻波長組，進而得到四波混頻的波長數(shù)和波長間隔，對四波混頻波長組中的波長求平均值得到中心波長。

20、優(yōu)選的，s4-s5中，根據(jù)四波混頻輸出狀態(tài)是否符合預設的目標狀態(tài)，來進行不同的操作，具體包括：

21、上位機通過對四波混頻光譜的判別，判斷是否為四波混頻，并計算四波混頻的波長數(shù)、波長間隔和中心波長是否符合預設的目標狀態(tài)，若不是符合目標條件的四波混頻，則耐心值減1，重新開始搜索；當耐心值為0時，更換下一個電壓值區(qū)間進行操作；若符合預設的目標狀態(tài)，則結束多模四波混頻的自動鎖模。

22、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一項的一種多模四波混頻自動鎖模方法。

23、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

24、本發(fā)明提供的多模四波混頻自動鎖模裝置及方法，對四波混頻現(xiàn)象進行自動化檢測，可以實現(xiàn)對四波混頻的自動鎖模；通過對四波混頻光譜的識別，克服了現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)四波混頻自動鎖模的缺陷。通過本發(fā)明提出的區(qū)域遺傳算法，利用多模干涉濾波效應，可以更大范圍地搜索激光器的狀態(tài)，更容易搜尋到目標的四波混頻狀態(tài)；可以搜尋到時空鎖模激光器的更多實驗現(xiàn)象，有利于對不同預設目標狀態(tài)的四波混頻自動鎖模。

技術特征：

1.一種多模四波混頻自動鎖模裝置，其特征在于，包括上位機、電動偏振控制器、時空鎖模激光器、示波器、光譜儀；其中，所述電動偏振控制器位于所述時空鎖模激光器內；所述上位機與所述電動偏振控制器連接；所述示波器、光譜儀的輸入端連接所述時空鎖模激光器，所述示波器、光譜儀的輸出端連接所述上位機；

2.一種多模四波混頻自動鎖模方法，應用于權利要求1所述的多模四波混頻自動鎖模裝置，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種多模四波混頻自動鎖模方法，其特征在于，所述s2中，上位機對時域信號進行判別，然后通過遺傳算法實現(xiàn)自動鎖模操作，具體包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種多模四波混頻自動鎖模方法，其特征在于，所述s2中采用的遺傳算法為區(qū)域遺傳算法，將控制電動偏振控制器的電壓值范圍分為若干個區(qū)間，隨機選取其中一個區(qū)間生成初始種群，進行遺傳算法的交叉、變異和遺傳操作，直至實現(xiàn)鎖模脈沖輸出。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種多模四波混頻自動鎖模方法，其特征在于，所述s3中，上位機調用光譜儀的波長復用分析程序，判別光譜信息是否為四波混頻，并計算四波混頻的輸出狀態(tài)，具體包括：

6.根據(jù)權利要求4所述的一種多模四波混頻自動鎖模方法，其特征在于，所述s4-s5中，根據(jù)四波混頻輸出狀態(tài)是否符合預設的目標狀態(tài)，來進行不同的操作，具體包括：

7.一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求2至6任一項所述的一種多模四波混頻自動鎖模方法。

技術總結
本發(fā)明公開了一種多模四波混頻自動鎖模裝置及方法，所述裝置包括：上位機、電動偏振控制器、時空鎖模激光器、示波器、光譜儀；其中，所述上位機與時空鎖模激光器連接；所述電動偏振控制器位于所述時空鎖模激光器內；所述示波器、光譜儀的輸入端連接所述時空鎖模激光器，所述示波器、光譜儀的輸出端連接所述上位機；上位機，用于輸出電壓控制所述電動偏振控制器，獲取示波器和光譜儀的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行四波混頻自動鎖模算法；電動偏振控制器，用于接收來自上位機的電壓信號，調控所述時空鎖模激光器的偏振態(tài)和光纖長度，并改變時空鎖模激光器內不同橫模的能量耦合。本發(fā)明通過對四波混頻現(xiàn)象進行自動化檢測，可以實現(xiàn)對四波混頻的自動鎖模。

技術研發(fā)人員：羅愛平,林君豪,元楚鳴,覃葉婷,李煒
受保護的技術使用者：華南師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8