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基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化

作　者: 刘奇
导　师: 周力
学　校: 南昌航空大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 声光器件 ZnO镀膜 遗传算法 粒子群算法 混合粒子群算法 反射系数 耦合效率 相位偏移
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


为适应光纤通信、光纤传感技术发展的需要,光纤声光器件成为了现代光纤通信的研究热点,它对光纤传输系统的发展有着重要的促进作用。本文主要对ZnO镀膜光纤传感器进行了研究。该器件具有结构简单,驱动能量低,工作频率范围大等优点。提高器件的功率耦合效率是制作该类声光器件的一大难题,关键在于解决器件参数的匹配问题。本文致力于研究ZnO镀膜光纤器件各参数对传输系统的影响,通过遗传算法(Genetic Algorithm)、粒子群算法(Particle Swarm Optimization)和混合粒子群算法(Hybrid Particle Swarm Optimization)对器件各参数进行优化。主要取得了以下成果:1、在已有的研究基础上,(1)分析了反射系数与频率、谐振腔长度、压电层厚度等八个参数之间的关系。(2)分析了器件参数对耦合效率的影响。(3)通过仿真图对比了优化前后器件参数对反射系数及耦合效率的影响。2、在器件相位偏移研究方面,(1)研究了ZnO压电层镀膜光纤传感器的相位偏移,从理论上推导出了压电层在外加电场作用下产生声光作用的机理,求出了光信号通过该段镀膜光纤时所产生的相位偏移的数学模型。(2)将优化后的最大相移仿真值与优化前的实验值进行了比较和分析。3、在参数优化方面,(1)建立了反射系数与声功率耦合效率目标优化模型。(2)实现了GA算法、PSO算法和HPSO算法对目标函数的优化。(3)得到了三种算法对目标函数优化后的参数结果,并对优化结果进行了综合比较。通过仿真得出的一系列器件参数数据,为ZnO镀膜光纤声光相位传感器的制作提供了理论参考。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 声光器件国内外研究现状  10-11
    1.2.2 粒子群算法国内外研究现状  11-12
  1.3 论文内容介绍  12-14
第2章 声光相位传感器的数学模型  14-27
  2.1 块状声光器件模型  14-20
    2.1.1 非压电平板的一维等式  14-16
    2.1.2 压电平板的一维等式  16-19
    2.1.3 输入阻抗近似表达  19-20
  2.2 柱状声光相位传感器模型  20-26
    2.2.1 等效电路  21-24
    2.2.2 网络模型  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章 遗传算法与粒子群优化算法原理  27-35
  3.1 遗传算法原理  27-29
    3.1.1 遗传算法常用术语  27
    3.1.2 遗传算法基本要素  27-28
    3.1.3 遗传算法的参数设定  28
    3.1.4 遗传算法步骤及流程图  28-29
  3.2 粒子群算法原理  29-32
    3.2.1 基本粒子群算法  29-30
    3.2.2 基本PSO 算法的参数设定  30
    3.2.3 基本PSO 算法步骤及流程图  30-32
  3.3 PSO 算法的改进  32-34
    3.3.1 标准PSO 算法  32
    3.3.2 带有收缩因子的PSO 算法  32-33
    3.3.3 混合粒子群算法  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 ZnO 镀膜光纤器件反射系数参数优化  35-47
  4.1 ZnO 镀膜光纤器件反射系数网络模型  35-37
  4.2 基于HPSO 算法的反射系数参数优化  37-40
    4.2.1 目标函数的建立  37-38
    4.2.2 HPSO 算法的实现  38-40
  4.3 仿真结果及参数分析  40-46
    4.3.1 仿真结果  40-41
    4.3.2 ZnO 镀膜光纤传感器参数对反射系数的影响  41-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 ZnO 镀膜光纤器件功率耦合效率与相位偏移参数优化  47-59
  5.1 声功率耦合效率模型  47-49
  5.2 声光器件总相位偏移  49-50
  5.3 功率耦合效率与相位偏移参数优化结果及分析  50-55
    5.3.1 功率耦合效率与相位偏移参数优化结果  50-51
    5.3.2 器件参数对功率耦合效率的影响  51-55
  5.4 器件最大相移实验结果及分析  55-57
  5.5 本章小结  57-59
第6章 总结与展望  59-61
  6.1 研究工作总结  59-60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-66
研究生期间研究成果  66-67
致谢  67-68
附录一 HPSO 优化后的器件反射系数和参数值  68-69
附录二 HPSO 优化后的器件功率耦合系数和参数值  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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