CN105867045A - 光纤参数计算方法及装置、全光相位再生装置及psa - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤参数计算方法和计算装置，用于计算得到光纤参数，本发明还提供一种相位敏感放大器和全光相位再生装置，其中，相位敏感放大器用于全光相位再生，其中涉及到的光纤通过计算方法和计算装置得到。光纤参数计算方法获取信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及在双泵浦简并PSA的光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型，通过求解信号光波的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位；进而通过调整非线性相移和光纤二阶色散系数，获得最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数。根据上述参数制作光纤，将光纤应用于PSA中，此时的PSA将具有较大的GER且工作在较小的非线性相移下，进而得到低功耗全光相位再生装置。

Description

光纤参数计算方法及装置、全光相位再生装置及PSA

技术领域

本发明涉及全光相位再生技术领域，特别涉及一种光纤参数计算方法及装置、全光相位再生装置及PSA(相位敏感放大器)。

背景技术

随着我国经济实体的快速发展，网络基础设施的不断完善，我国互联网对带宽的需求保持长期高速的增长。近年来，数据中心、云计算、互联网商务、视频等各种网络业务的快速增长加速了对光纤通信网络容量升级的需求。高容量需求推动着光纤通信从Mb/s的单信道点对点通信系统发展到Gb/s的波分复用点对点通信系统及Tb/s的智能全光网络通信系统。但是，原有的幅度调制直接检测50GHz栅格波分复用1Tb/s光纤通信系统已经耗尽了整个光纤的低损耗通信窗口。

为了继续增加光纤通信传输系统的容量，目前采用具有更高频谱效率的多维度调制信号，所述多维度调制信号指的是从多个维度调制光信号，如偏振、振幅、相位、频率等维度，多维度调制信号技术具有效率高、可行性强的特点，无疑是升级光纤通信容量的优选方案。

然而，多维度调制信号在光纤传输系统中，易受到光放大器噪声及光纤非线性相位噪声的影响，为了实现信号的高质量传输，就需要抑制其相位噪声，而用于全光相位再生的相位敏感放大器(PSA)正可以解决该问题。

而PSA之所以能够用作多维度调制信号的全光再生主要是基于它的高相位敏感度(GER)。目前针对双泵浦简并PSA已经展开了广泛的研究，并利用其同相相位放大、正交相位衰减的相位敏感特性应用于差分相移键控(DifferentialPhase Shift Keying，以下简称为DPSK)信号再生与正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，以下简称为QPSK)信号的相位解复用中。为了实现有效的相位再生，获得阶梯状的相位响应，就必须提高双泵浦简并PSA的相位敏感度(GER)，相位敏感度是指相位敏感放大器的同相放大增益与正交衰减之差。现有技术中通常通过增大非线性相移(γP_PL)来提高GER。其中，非线性相移(γP_PL)是泵浦功率(P_P)、光纤的非线性系数(γ)和光纤长度(L)的乘积。即通过调节泵浦功率和光纤的非线性系数以及光纤的长度，可以提高PSA的GER。但PSA的非线性相移γP_PL又体现出它的能耗特性，非线性相移越小则能耗越小，反之则越大。在当今的绿色节能科技环境下，如何通过调节光纤的参数得到具有小的非线性相移且较大GER的PSA，即得到节能高效的全光相位再生器已成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光纤参数计算方法及装置、全光相位再生装置及PSA，以解决现有技术中为获得阶梯状的相位响应，必须提高PSA的GER，进而使得PSA的能耗较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光纤参数的计算方法，所述光纤参数用于制作光纤，所述光纤应用于相位敏感放大器，所述相位敏感放大器用以全光相位再生；

所述计算方法包括：

基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型；

基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到所述信号光波的再生光波的振幅相位；

在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将所述最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数；

在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数；

调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

优选地，基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型的具体过程为：

获取7个波，所述7个波包括：角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波；

其中，ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2；

基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型，所述7个波的耦合波方程为：

${\mathrm{dA}}_j\left(z\right)/dz=-(\mathrm{\α}/2)A_j+i\mathrm{\γ}|A_j{|}^2+2i\mathrm{\γ}(\Σ|A_k{|}^2)A_j+2i\mathrm{\γ}\ΣA_o{A}_p{A}_q^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,o,p,q}z)+i\mathrm{\γ}\ΣA_m^2{A}_n^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,m,m,n}z)$

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，光纤传输常数β＝1/2*β₂，β₂为光纤的二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，符号右上角标*表示取共轭操作。

优选地，所述信号光波的耦合波方程：

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_s\left(z\right)}{dz}=-\frac{\mathrm{\α}}{2}{A}_s+i\mathrm{\γ}|A_s{|}^2{A}_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left(\right|A_{pp1}{|}^2+|A_{ps1}{|}^2+|A_{p1}{|}^2+|A_{p2}{|}^2+|A_{ps2}{|}^2+\left|A_{pp2}{|}^2\right)A_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}{A}_{ps1}{A}_{p1}{A}_{pp1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p1,pp1}z)+A_{pp1}{A}_{p2}{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,p2,ps1}z)+A_{pp1}{A}_{ps2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,ps2,p1}z)\\ +A_{ps1}{A}_{p2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p2,p1}z)+A_{ps1}{A}_{pp2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,pp2,p2}z)+A_{p1}{A}_{ps2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,ps2,p2}z)\\ +A_{p1}{A}_{pp2}{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,pp2,ps2}z)+A_{p2}{A}_{ps2}{A}_{pp2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,ps2,pp2}z)\end{array}\right]\\ +i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}2A_{pp1}{A}_{pp2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,pp2,s}z)+A_{p1}^2{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p1,ps1}z)+2A_{ps1}{A}_{ps2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,ps2,s}z)\\ +2A_{p1}{A}_{p2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p2,s}z)+A_{p2}^2{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,p2,ps2}z)\end{array}\right]\end{array}$

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

本发明还提供一种光纤参数的计算装置，包括：

建立数值模型单元，用于建立7波数值模型，所述7波数值模型基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光；

第一计算单元，用于基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位；

第二计算单元，用于在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，计算得到相位敏感度；计算得到相位敏感度的具体过程为：调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数；

第三计算单元，用于计算得到最优非线性相移，所述得到最优非线性相移的过程具体为：在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数；

第四计算单元，用于计算得到光纤二阶色散系数，所述得到光纤二阶色散系数的具体过程为：调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

优选地，所述建立数值模型单元包括：

获取单元，用于获取7个波，所述7个波分别为角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波，其中：

ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2；

数值模型建立子单元，用于基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型，所述7个波的耦合波方程为：

${\mathrm{dA}}_j\left(z\right)/dz=-(\mathrm{\α}/2)A_j+i\mathrm{\γ}|A_j{|}^2{A}_j+2i\mathrm{\γ}(\Σ|A_k{|}^2)A_j+2i\mathrm{\γ}\ΣA_o{A}_p{A}_q^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,o,p,q}z)+i\mathrm{\γ}\ΣA_m^2{A}_n^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,m,m,n}z)$

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，β＝1/2*β₂，β₂为光纤的二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，符号右上角标*表示取共轭操作。

优选地，所述数值模型建立子单元包括信号光波耦合波方程建立单元，用于建立信号光波耦合波方程，所述信号光波耦合波方程如下：

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_s\left(z\right)}{dz}=-\frac{\mathrm{\α}}{2}{A}_s+i\mathrm{\γ}|A_s{|}^2{A}_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left(\right|A_{pp1}{|}^2+|A_{ps1}{|}^2+|A_{p1}{|}^2+|A_{p2}{|}^2+|A_{ps2}{|}^2+\left|A_{pp2}{|}^2\right)A_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}{A}_{ps1}{A}_{p1}{A}_{pp1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p1,pp1}z)+A_{pp1}{A}_{p2}{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,p2,ps1}z)+A_{pp1}{A}_{ps2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,ps2,p1}z)\\ +A_{ps1}{A}_{p2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p2,p1}z)+A_{ps1}{A}_{pp2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,pp2,p2}z)+A_{p1}{A}_{ps2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,ps2,p2}z)\\ +A_{p1}{A}_{pp2}{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,pp2,ps2}z)+A_{p2}{A}_{ps2}{A}_{pp2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,ps2,pp2}z)\end{array}\right]\\ +i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}2A_{pp1}{A}_{pp2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,pp2,s}z)+A_{p1}^2{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p1,ps1}z)+2A_{ps1}{A}_{ps2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,ps2,s}z)\\ +2A_{p1}{A}_{p2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p2,s}z)+A_{p2}^2{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,p2,ps2}z)\end{array}\right]\end{array}$

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

另外，本发明还提供一种相位敏感放大器，用以全光相位再生，包括由上面所述的光纤参数的计算方法得到的光纤。

优选地，所述光纤为高非线性光纤。

本发明还提供一种全光相位再生装置，包括上面所述的相位敏感放大器。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的光纤参数计算方法和计算装置，基于双泵浦简并PSA的光纤中发生的四波混频过程，获取信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型，基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位；在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，计算得到相位敏感度，在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，确定最优非线性相移，最后调整所述光纤二阶色散系数，得到多个最优非线性相移，获得最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数。根据所述二阶色散系数以及所述最优非线性相移得到光纤，将所述光纤应用于PSA中，此时的PSA具有较大的GER且工作在较小的非线性相移下。

本发明还提供了一种PSA以及包括所述PSA的全光相位再生装置，由于所述PSA中的光纤为按照光纤参数计算方法而获得的光纤，能够使得所述全光相位再生装置能够工作在较小的非线性相移时，获得较大的相位敏感度，也即能够在泵浦功率较低的情况下得到较大的相位敏感度，即本发明提供的全光相位再生装置为低功耗高效能的全光相位再生器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为相位敏感增益随非线性相移γP_PL变化曲线图；

图2a为相位非敏感放大器放大效果示意图；

图2b为相位敏感放大器放大效果示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光纤参数的计算方法流程图；

图4a为双泵浦简并PSAFWM前示意图；

图4b为双泵浦简并PSAFWM后同相放大示意图；

图4c为双泵浦简并PSAFWM后正交衰减示意图；

图5为7波数值模型示意图；

图6为输出的再生光波的相位和相应增益与输入的信号光波的相位之间的关系图；

图7为最优非线性相移与光纤二阶色散系数的关系图；

图8为仿真输出信号同相分量与正交分量随非线性相移增大而变化的复频域轨迹图；

图9为仿真输出信号正交分量在不同色散值下随非线性相移增大而变化的复频域轨迹图；

图10为光纤参数的计算装置；

图11为全光相位再生装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

术语解释：

PSA：相位敏感放大器，本发明中所述相位敏感放大器用于全光相位再生；

DPSK：差分相移键控Differential Phase Shift Keying的缩写，指利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息；

QPSK：正交相移键控Quadrature Phase Shift Keying的缩写，是一种数字调制方式；

γP_PL：非线性相移，是泵浦功率(P_P)、非线性系数(γ)和光纤长度(L)的乘积；

GER：双泵浦简并PSA的相位敏感度；

SOA：semiconductor opticalamplifier，半导体光放大器。

FWM：四波混频，四波混频是在非线性光学中，介质中两个特定频率的光波在非线性材料中交会时，有可能产生另外两个频率的讯号，相互作用所引起的非线性光学效应。

发明人在研究过程中，发现针对不同的信号调制格式，用于全光相位再生的PSA可由不同材料与配置结构实现。例如：英国南安普敦大学，主要利用基于HNLF的双泵浦简并PSA，实现差分相移键控(DPSK)信号幅度和相位再生；而利用双泵浦非简并PSA，实现正交相移键控(QPSK)信号幅度和相位再生。另外爱尔兰科克大学则集中研究基于SOA的双泵浦PSA，实现双信道DPSK相位再生。

而在现有的各种PSA技术中，发明人发现基于边带辅助的PSA以及混合光相位压缩器与偏振辅助PSA的这些低能耗方法都能够以一个更小的非线性相移γP_PL来实现GER的增强，从而获得一个更好的相位再生效果。

基于边带辅助的PSA，发明人在一些研究中发现，边带影响的存在能够使PSA在相对较低的泵浦功率情况下，依旧可以取得超过30dB的高相位敏感度。而低色散斜率光纤的双泵浦PSA无需添加额外的器件就能生成高阶边带，正是由于边带辅助双泵浦PSA的较易实现，发明人基于该研究进行了更加深度的研究。

发明人发现在边带辅助双泵浦PSA结构下，如图1所示，在以非线性相移γP_PL为横坐标，相位敏感增益为纵坐标的图中可以看到一条近似平直上升的弯折线1与一条成翻转状的弯折线2，其中弯折线1上的点为每次改变一个γP_PL值获得的最大增益值，对应其下方的弯折线2上的点为最小增益值，两者的差值即为GER，从图1中可以看出，在非线性相移约为0.9rad处获得了GER最大值30dB。定义取得GER最大值的非线性相移为“最优非线性相移”。然而在非线性相移0.9rad处获得的30dB的GER只是一个特殊值，并不能确定在边带辅助双泵浦PSA的低能耗结构中是否还能找到一个更小的最优非线性相移或是更大的GER值。

本发明利用双泵浦PSA同相信号放大与正交信号衰减的特性，采用7波数值模型，通过调节输入信号的相位、计算得到相位敏感度，并在光纤二阶色散系数不变的情况下，通过调整非线性相移计算得到最优非线性相移，最后通过调节光纤的二阶色散系数，得到多个最优非线性相移，从而获得最优非线性相移与光纤二阶色散系数之间的关系，计算得到最小的最优非线性相移对应的光纤的二阶色散系数，并根据所得的光纤二阶色散系数以及最小的最优非线性相移制作光纤，将该光纤应用于PSA中，从而使得在更小的非线性相移处(如0.73rad)获得较大的GER。

发明人经过MATLAB以及光学软件仿真模拟，最终在最大GER保持在30dB以上的情况下，找到了低至0.73rad的最优非线性相移，并通过实验进行了验证。

具体请参见以下实施例：

实施例一

本发明实施例提供一种光纤参数的计算方法，所述光纤参数用于制作光纤，所述光纤应用于相位敏感放大器中。

如图2a所示，为相位非敏感放大器放大效果示意图，所述相位非敏感放大器的增益与输入光波信号的相位没有关系，其放大效果在所有相位上都相同。

如图2b所示，为相位敏感放大器(PSA)放大效果示意图，所述相位敏感放大器的增益和输入光波信号的相位有关，放大同相位信号，衰减正交相位信号，这种同相放大、正交衰减效应可用于实现超低噪声光放大，也可实现对某一个相位方向噪声的压缩(如二进制相移键控信号相位再生)。

本实施例中所述光纤应用于所述相位敏感放大器中，用于光相位再生的相位敏感放大器所使用的非线性光介质材料主要有高非线性光纤(HNLF)、周期性极化铌酸锂(PPLN)、半导体光放大器(SOA)和一些新兴的非线性介质材料包括光子晶体光纤(PCF)、子带间跃迁半导体光放大器(ISBT)、硅波导(Silicon)、硫化物波导(Chalcogenide)等。本实施例中所述光纤不做限定，优选的所述光纤为高非线性光纤(HNLF)。

如图3所示，所述计算方法包括：

步骤S101：基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型。

需要说明的是，本实施例中所述信号光波为经过对光载波信号调制后的信号光波；所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波为全光相位再生器中经过功率和相位调整的泵浦光，而所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波的原理是基于双泵浦简并PSA结构实现的。

双泵浦简并PSA结构的工作原理为：如图4a所示，相位相关的第一泵浦光波ω_p1、第二泵浦光波ω_p2和信号光波ω_s注入双泵浦简并PSA结构中的HNLF，产生四波混频(FWM)效应。其中第一泵浦光波ω_p1、第二泵浦光波ω_p2对称地分布在信号光波ω_s两侧(即2ω_s＝ω_p1+ω_p2)，则根据FWM中的频率关系：ω_i+ω_s＝ω_p1+ω_p2与相位关系：(在一般的情况下，将两泵浦光的相位设为0，即)，可知，在FWM过程中将会产生与信号光波ω_s频率相同、相位共轭的空闲光波ω_i。然后，信号光波ω_s与空闲光波ω_i在不同的相对相位关系下会出现不同的叠加效果。

如图4b所示，当信号光波ω_s与空闲光波ω_i同相时，两者能够做到完全的叠加，此时的增益称之为“同相放大增益”，也是PSA的最大增益G_max。而当两者之间的相对相位关系处于正交状态时，如图4c所示，则此时空闲光波ω_i对信号光波ω_s所产生的叠加作用已变成了衰减，称之为“正交衰减”，这种情况下得到的是PSA的最小增益G_min。

在实际情况中，只需对PSA进行参数设置，确保信号光波ω_s与空闲光波ω_i处于同相状态下，令信号光波ω_s得到G_max的放大，获得最大的放大效果。而混杂在信号中的各种相位噪声(例如光纤非线性相位噪声、自发辐射噪声(ASE)等)的相位相对杂散，只有极小一部分处于与空闲光波ω_i同相的状态下，而其余极大部分得到的放大效果都小于信号光波ω_s得到的放大效果，甚至与空闲光波ω_i相位差处于(π，2π)的部分会被衰减。即经过双泵浦简并PSA对信号光波与相位噪声产生不同的放大效果来压缩相位噪声，实现信号光波的相位再生功能。

本实施例中充分考虑了边带对PSA的影响，从而建立7波数值模型来获取光纤的具体参数。7波数值模型的具体建立过程为：

获取7个波，所述7个波包括：角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波；如图5所示，为7波数值模型示意图，其中，ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2。

在整个模型的7个波中，总共会发生22个FWM过程，其中包括9个简并四波混频过程和13个非简并四波混频过程，其中ω_j+ω_q＝ω_m+ω_n代表非简并FWM过程，ω_j+ω_o＝2ω_q代表简并FWM过程。考虑到光波在HNLF的整个传输过程中会受到以下影响：

(1)光纤损耗：

-(α/2)A_j——公式(1)

(2)自相位调制：

iγ|A_j|²A_j——公式(2)

(3)交叉相位调制：

2iγ(Σ|A_k|²)A_j(k≠j)——公式(3)

(4)非简并FWM：

其中各光波角频率关系满足：ω_j+ω_q＝ω_o+ω_p

(5)简并FWM：

其中各光波角频率关系满足：ω_j+ω_n＝2ω_m。综上所述，可知7个波的耦合波方程，如下：

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，其中，光纤传输常数β＝1/2*β₂，β₂为二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，包括光波的振幅信息和相位信息，符号右上角标*表示取共轭操作。

需要说明的是，理论上β＝1/2*β₂+1/6*β₃+1/24*β₄；其中，β₂为二阶色散系数，β₂＝-λ²*D_λ/(2*π*c)；β₃为三阶色散系数，β₃＝λ^3/(2*π²*c²)*(D_λ+λ/2*s)；β₄为四阶色散系数，β₄＝-λ⁴/(8*π³*c³)*(6*D_λ+6*λ*s)；D_λ为色散值，D_λ＝s*(λ-λ₀)；其中s为光纤的零色散斜率，λ₀为零色散波长，λ为信号光波的波长，c为光速。

从上述计算公式可知，三阶色散系数与四阶色散系数在β中占比较小，因此，本实施例中优选地所述光纤传输常数近似为β＝1/2*β₂，在实际仿真过程中还可以计算三阶色散系数和四阶色散系数，本实施例中对此不做限定。

基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型。通过求解各个波的耦合波方程可以得出经过FWM后的最终振幅与相位。需要说明的是，本实施例中涉及到的是全光相位再生装置，因此重点关注信号光波经FWM后获得的最终振幅和相位。

因此，建立7波数值模型后，进入步骤S102：基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到所述再生光波的复振幅，包括再生光波的振幅信息和相位信息；

需要说明的是，在7波数值模型中，涉及到信号光波的FWM有13个，分别如下所示：

a、8个非简并FWM：

(1)ω_s+ω_pp1＝ω_ps1+ω_p1；(2)ω_s+ω_ps1＝ω_pp1+ω_p2；

(3)ω_s+ω_p1＝ω_pp1+ω_ps2；(4)ω_s+ω_p1＝ω_ps1+ω_p2；

(5)ω_s+ω_p2＝ω_ps1+ω_pp2；(6)ω_s+ω_p2＝ω_p1+ω_ps2；

(7)ω_s+ω_ps2＝ωp₁+ω_pp2；(8)ω_s+ω_pp2＝ω_p2+ω_ps2；

b、5个简并FWM：

(1)2ω_s＝ω_pp1+ω_pp2；(2)ω_s+ω_ps1＝2ω_p1；(3)2ω_s＝ω_ps1+ω_ps2；

(4)2ω_s＝ω_p1+ω_p2；(5)ω_s+ω_ps2＝2ω_p2；

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

将8个非简并FWM涉及的光波的振幅和相位代入到公式(4)中，将公式(4)中的求和符号展开为8个非简并FWM因子的和，且将5个简并FWM涉及的光波的振幅和相位带入到公式(5)中，将公式(5)中的求和符号展开为5个简并FWM因子的和，代入到公式(6)中得到信号光波的耦合波方程：

通过求解耦合波方程，得出信号光波经过再生后的再生光波的复振幅A_s，A_s包含再生光波的振幅信息和相位信息。

步骤S103：在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将所述最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数。

在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，经过调整N次信号光波的相位，能够得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，以输入的信号光波的相位为横坐标，输出的再生光波的相位和增益为纵轴，得到输出的再生光波的相位和相应增益与输入的信号光波的相位之间的关系图，如图6所示，从图中可以获得最大增益值和最小增益值，二者的差值即为PSA的GER。

步骤S104：在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数。

在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整非线性相移M次，可以得到M个相位敏感度，以非线性相移γP_PL为横坐标，相位敏感增益为纵坐标，得到相位敏感增益随非线性相移γP_PL变化曲线图，如图1所示，从图中可以得到M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移，本实施中定义为最优非线性相移，即取得GER最大值时的非线性相移。

经过上述计算可知，在不改变光纤二阶色散系数的情况下，都能够对应得到PSA的最优非线性相移。

步骤S105：调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

本实施例中通过调整光纤二阶色散系数L次，得到最优非线性相移与光纤二阶色散系数的关系，如图7所示，横坐标为光纤二阶色散系数，纵坐标表示最优非线性相移，通过不断调整光纤二阶色散系数，能够得到最优非线性相移的最小值，确定该最小的最优非线性相移处的光纤二阶色散系数，并以此制定光纤，则可以使得PSA工作在较小的非线性相移，而获得较大的GER。非线性相移(γP_PL)是泵浦功率(P_P)、光纤的非线性系数(γ)和光纤长度(L)的乘积，当非线性相移很小时，PSA的泵浦功率(P_P)也必然很小，进而降低了PSA的功耗，达到绿色环保的目的。

本实施例中提供的光纤参数计算方法基于MATLAB进行仿真，本实施例中，PSA中发生四波混频过程的光纤长度为600米的高非线性光纤，其零色散波长为λ₀＝1542nm，非线性系数为γ＝10W-¹km-¹，且零色散斜率为0.026ps/nm²/km。将信号光波的波长设置在λ_s＝1567nm处，第一泵浦光波和第二泵浦光波的波长间隔为3.5nm(即λ_P1＝1565.25nm，λ_P2＝1568.75nm)。故此时，信号波长处的二阶色散为-1ps²/km，在此处可实现最优的非线性相移0.73rad,对应泵浦功率大约是20.9dBm.

如图8所示为计算得出的输出信号同相分量(外侧曲线)与正交分量(内侧曲线)在信号波长处的色散为0ps/nm/km时，随着非线性相移每增大0.1rad而变化的复频域轨迹图。其中同相分量随着非线性相移变大而增加缓慢，这是由于产生的边带在一定程度上消耗了泵浦的功率。而当非线性相移大约在0.89rad时，正交分量衰减迅速并且输出信号矢量十分接近原点。图6示出了相应的增益与相位传递函数，其中超过30dB的高GER使相位传递函数呈现出一个理想的阶梯状。

在边带辅助双泵浦PSA中，GER的增强是依赖于较大的正交衰减。因此，为了获得大的GER，尝试使输出正交信号的轨迹通过原点。发明人通过改变HNLF的色散值，得到了输出正交信号的轨迹图，如图9所示，其中，圆圈(曲线a)为光纤色散为-0.208ps/nm/km时的输出正交信号随着非线性相移每增大0.1rad而变化的复频域轨迹、方点(曲线b)为光纤色散为0.472ps/nm/km时的输出正交信号随着非线性相移每增大0.1rad而变化的复频域轨迹、星形(曲线c)为光纤色散为0.832ps/nm/km时的输出正交信号随着非线性相移每增大0.1rad而变化的复频域轨迹、菱形(曲线d)为光纤色散为1.04ps/nm/km时的输出正交信号随着非线性相移每增大0.1rad而变化的复频域轨迹。针对不同的色散值，输出正交信号有不同的轨迹，通过优化输入信号的相位，总能使输出正交分量的轨迹图通过原点，即每一个轨迹都都有自己的最优非线性相移，也即零点值或最靠近零点值对应的非线性相移。

因此，通过调整输入信号的相位可以获得任意高的GER，但是最优非线性相移却是由系统参数决定的。图7中显示的是最优非线性相移随光纤二阶色散的变化曲线，从图中可以看到在二阶色散约为-1ps²/km时可取到最优非线性相移的最小值，约为0.73rad。因此，可以通过寻找一个优化的色散值来最小化最优非线性相移。得到光纤参数后，根据参数制作光纤可用于设计低能耗双泵浦PSA，从而有效实现二进制相位再生与正交相位的解复用。

本实施例中提供的光纤参数计算方法，基于双泵浦简并PSA的光纤中发生的四波混频过程，获取信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型，基于所述7波数值模型中信号光的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位；在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，计算得到相位敏感度，在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，确定最优非线性相移，最后调整所述光纤二阶色散系数，得到多个最优非线性相移，获得最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数。即可得到光纤的参数，根据所述光纤的参数制作光纤，并将其应用到用于全光相位再生的相位敏感放大器中，能够使所述相位敏感放大器具有较大的GER且工作在较小的非线性相移下，从而降低了PSA的功耗，达到绿色环保的目的。

实施例二

本实施例提供一种光纤参数计算装置，如图10所示，包括依次相连的建立数值模型单元5、第一计算单元1、第二计算单元2、第三计算单元3和第四计算单元4。

建立数值模型单元5，用于建立7波数值模型，所述7波数值模型基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光。

需要说明的是，建立数值模型单元5包括获取单元51和数值模型建立子单元52。

获取单元用于获取7个波，所述7个波分别为角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波，其中：ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2。

数值模型建立子单元，用于基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型，所述7个波的耦合波方程为：

${\mathrm{dA}}_j\left(z\right)/dz=-(\mathrm{\α}/2)A_j+i\mathrm{\γ}|A_j{|}^2{A}_j+2i\mathrm{\γ}(\Σ|A_k{|}^2)A_j+2i\mathrm{\γ}\ΣA_o{A}_p{A}_q^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,o,p,q}z)+i\mathrm{\γ}\ΣA_m^2{A}_n^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,m,m,n}z)$

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，光纤传输常数β＝1/2*β₂，β₂为光纤的二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，符号右上角标*表示取共轭操作。

所述数值模型建立子单元包括信号光波耦合波方程建立单元，用于建立信号光波耦合波方程，所述信号光波耦合波方程如下：

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_s\left(z\right)}{dz}=-\frac{\mathrm{\α}}{2}{A}_s+i\mathrm{\γ}|A_s{|}^2{A}_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left(\right|A_{pp1}{|}^2+|A_{ps1}{|}^2+|A_{p1}{|}^2+|A_{p2}{|}^2+|A_{ps2}{|}^2+\left|A_{pp2}{|}^2\right)A_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}{A}_{ps1}{A}_{p1}{A}_{pp1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p1,pp1}z)+A_{pp1}{A}_{p2}{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,p2,ps1}z)+A_{pp1}{A}_{ps2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,ps2,p1}z)\\ +A_{ps1}{A}_{p2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p2,p1}z)+A_{ps1}{A}_{pp2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,pp2,p2}z)+A_{p1}{A}_{ps2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,ps2,p2}z)\\ +A_{p1}{A}_{pp2}{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,pp2,ps2}z)+A_{p2}{A}_{ps2}{A}_{pp2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,ps2,pp2}z)\end{array}\right]\\ +i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}2A_{pp1}{A}_{pp2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,pp2,s}z)+A_{p1}^2{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p1,ps1}z)+2A_{ps1}{A}_{ps2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,ps2,s}z)\\ +2A_{p1}{A}_{p2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p2,s}z)+A_{p2}^2{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,p2,ps2}z)\end{array}\right]\end{array}$

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

第一计算单元，用于基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位。

第二计算单元，用于在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，计算得到相位敏感度；计算得到相位敏感度的具体过程为：调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数。

第三计算单元，用于计算得到最优非线性相移，所述得到最优非线性相移的过程具体为：在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数。

第四计算单元，用于计算得到光纤二阶色散系数，所述得到光纤二阶色散系数的具体过程为：调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

本实施例提供一种光纤参数的计算装置，所述计算装置从PSA中获取7个波，并基于所述7个波建立7波数值模型，通过解析所述7波数值模型，并通过调整信号光波的相位得到相位敏感度，通过调节非线性相移得到最优非线性相移，最后通过调节光纤二阶色散系数，得到最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数。

实施例三

本实施例提供一种全光相位再生装置，如图11所示，包括依次相连的激光器111、光梳生成器112、可编程光滤波器113、耦合器114和相位敏感放大器(PSA)115；

激光器111发射频率为f_s的连续光波后，将频率为f_s的连续光波输入光梳生成器112中，生成一系列相位相关的光梳，分别从中选出频率f_s的连续光进行数据加载，以及以其为中心，波长相距3.5nm的两个相位相关的光作为泵浦光波，在可编程光滤波器113中对两个泵浦光波进行功率与相位的调整。最后再将信号光波和泵浦光波进行耦合输入至PSA115中，进行全光相位再生，最后滤出相位再生后的信号作为系统的输出。

需要说明的是，由于光梳生成器中的本振技术的限制，仅通过相位调制的方式难以产生波长间隔相差3.5nm的两个泵浦光波，故需要通过四波混频(FWM)产生更多的光梳，再从中选取。本实施例中用于此处FWM的光纤为长120m的HNLF1。

本实施例中PSA中用于实现相位再生的HNLF2中的参数由实施例一提供的光纤参数计算方法获得，本实施例中HNLF2的长度为在其长度为L＝600m。色散斜率为0.026ps/nm²/km,非线性系数γ＝10W-¹km-¹。将信号光波长取为λs＝1567nm，而两个泵浦波长为λ_p1＝1565.25nm、λ_p2＝1568.75nm，根据信号光波长的设置，HNLF2的零色散点应设在λ₀＝1542nm处，根据上述参数的设置，此时信号光所在处的色散值为-1ps²/km。也正是因为在信号处色散值的优化选择，致使泵浦光功率可以降低至20.9dBm就可获得一个较好的相位再生效果，而整个PSA的非线性相移γP_pL只有0.73rad。从而通过改变光纤的色散二阶色散系数，最终在最大GER保持在30dB以上的情况下找到了低至0.73rad的最优非线性相移。

需要说明的是，以上所述的光纤的长度、色散斜率、非线性系数等参数只是本实施例提供的一个实例，并不对光纤起限定作用，利用本发明实施例一提供的光纤参数计算方法可以得到不同的光纤参数，使得PSA和全光相位再生装置在最大GER保持在30dB以上的情况下，其最优非线性相移较小。相对于现有技术中通过增大非线性相移来提高PSA的GER，得到具有较大GER的全光相位再生装置，解决了现有技术中全光相位再生装置能耗较大的问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光纤参数的计算方法，其特征在于，所述光纤参数用于制作光纤，所述光纤应用于相位敏感放大器，所述相位敏感放大器用以全光相位再生；

所述计算方法包括：

基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型；

基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到所述信号光波的再生光波的振幅相位；

在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将所述最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数；

在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数；

调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在所述光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光波建立7波数值模型的具体过程为：

获取7个波，所述7个波包括：角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波；

其中，ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2；

基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型，所述7个波的耦合波方程为：

${\mathrm{dA}}_j\left(z\right)/dz=-(\mathrm{\α}/2)A_j+i\mathrm{\γ}|A_j{|}^2{A}_j+2i\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\Σ}\right|A_k{|}^2)A_j+2{\mathrm{i\γ\ΣA}}_o{A}_p{A}_q^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,o,p,q}z)+{\mathrm{i\γ\ΣA}}_m^2{A}_n^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,m,m,n}z)$

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，光纤传输常数β＝1/2*β₂，β₂为光纤的二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，符号右上角标*表示取共轭操作。

3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述信号光波的耦合波方程：

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_s\left(z\right)}{dz}=-\frac{\mathrm{\α}}{2}{A}_s+i\mathrm{\γ}|A_s{|}^2{A}_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left(\right|A_{pp1}{|}^2+|A_{ps1}{|}^2+|A_{p1}{|}^2+|A_{p2}{|}^2+|A_{ps2}{|}^2+\left|A_{pp2}{|}^2\right)A_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}{A}_{ps1}{A}_{p1}{A}_{pp1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p1,pp1}z)+A_{pp1}{A}_{p2}{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,p2,ps1}z)+A_{pp1}{A}_{ps2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,ps2,p1}z)\\ +A_{ps1}{A}_{p2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p2,p1}z)+A_{ps1}{A}_{pp2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,pp2,p2}z)+A_{p1}{A}_{ps2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,ps2,p2}z)\\ +A_{p1}{A}_{pp2}{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,pp2,ps2}z)+A_{p2}{A}_{ps2}{A}_{pp2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,ps2,pp2}z)\end{array}\right]\\ +i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}2A_{pp1}{A}_{pp2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,pp2,s}z)+A_{p1}^2{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p1,ps1}z)+2A_{ps1}{A}_{ps2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,ps2,s}z)\\ +2A_{p1}{A}_{p2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p2,s}z)+A_{p2}^2{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,p2,ps2}z)\end{array}\right]\end{array}$

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

4.一种光纤参数的计算装置，其特征在于，包括：

建立数值模型单元，用于建立7波数值模型，所述7波数值模型基于信号光波、第一泵浦光波和第二泵浦光波以及所述信号光波、所述第一泵浦光波和所述第二泵浦光波在光纤中发生四波混频产生的四个边带空闲光；

第一计算单元，用于基于所述7波数值模型中信号光波的耦合波方程，计算得到再生光波的振幅相位；

第二计算单元，用于在光纤二阶色散系数和非线性相移不变的情况下，计算得到相位敏感度；计算得到相位敏感度的具体过程为：调整N次所述信号光波的相位，得到N个对应的再生光波的振幅相位，基于所述N个相应的再生光波的振幅相位与其对应的N个信号光波的振幅相位，计算得到N个相应的增益，基于所述N个相应的增益，确定最大增益和最小增益，将最大增益和所述最小增益的差值做为相位敏感度，N为正整数；

第三计算单元，用于计算得到最优非线性相移，所述得到最优非线性相移的过程具体为：在所述光纤二阶色散系数不变的情况下，调整所述非线性相移M次，得到M个相位敏感度，基于所述M个相位敏感度，确定M个相位敏感度中最大的相位敏感度对应的非线性相移为最优非线性相移，M为正整数；

第四计算单元，用于计算得到光纤二阶色散系数，所述得到光纤二阶色散系数的具体过程为：调整所述光纤二阶色散系数L次，得到L个最优非线性相移，确定最小的最优非线性相移对应的光纤二阶色散系数，L为正整数。

5.根据权利要求4所述的计算装置，其特征在于，所述建立数值模型单元包括：

获取单元，用于获取7个波，所述7个波分别为角频率为ω_s的所述信号光波，角频率为ω_p1的所述第一泵浦光波，角频率为ω_p2的所述第二泵浦光波，以及所述第一泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps1的第一边带空闲光波，所述第二泵浦光波与所述信号光波四波混频产生的角频率为ω_ps2的第二边带空闲光波，所述第一泵浦光波与所述第二泵浦光波四波混频产生的角频率为ω_pp1的第三边带空闲光波和角频率为ω_pp2的第四边带空闲光波，其中：

ω_s+ω_ps1＝2ω_p1，ω_s+ω_ps2＝2ω_p2，ω_p2+ω_pp1＝2ω_p1，ω_p1+ω_pp2＝2ω_p2；

数值模型建立子单元，用于基于所述7个波的耦合波方程，建立7波数值模型，所述7个波的耦合波方程为：

${\mathrm{dA}}_j\left(z\right)/dz=-(\mathrm{\α}/2)A_j+i\mathrm{\γ}|A_j{|}^2{A}_j+2i\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\Σ}\right|A_k{|}^2)A_j+2{\mathrm{i\γ\ΣA}}_o{A}_p{A}_q^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,o,p,q}z)+{\mathrm{i\γ\ΣA}}_m^2{A}_n^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{j,m,m,n}z)$

其中，下角标j,k,p,q,o,m,n代表7波数值模型中7个波，i是虚数单位，γ为非线性系数，Δβ(Δβ_j,o,p,q＝β_j-β_o-β_p+β_q)为光纤传输常数失配量，β＝1/2*β₂，β₂为光纤的二阶色散系数，α为光纤损耗系数，z为沿光纤传播方向上的距离，A为光波的复振幅，符号右上角标*表示取共轭操作。

6.根据权利要求5所述的计算装置，其特征在于，所述数值模型建立子单元包括信号光波耦合波方程建立单元，用于建立信号光波耦合波方程，所述信号光波耦合波方程如下：

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_s\left(z\right)}{dz}=-\frac{\mathrm{\α}}{2}{A}_s+i\mathrm{\γ}|A_s{|}^2{A}_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left(\right|A_{pp1}{|}^2+|A_{ps1}{|}^2+|A_{p1}{|}^2+|A_{p2}{|}^2+|A_{ps2}{|}^2+\left|A_{pp2}{|}^2\right)A_s\\ +2i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}{A}_{ps1}{A}_{p1}{A}_{pp1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p1,pp1}z)+A_{pp1}{A}_{p2}{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,p2,ps1}z)+A_{pp1}{A}_{ps2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,ps2,p1}z)\\ +A_{ps1}{A}_{p2}{A}_{p1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,p2,p1}z)+A_{ps1}{A}_{pp2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,pp2,p2}z)+A_{p1}{A}_{ps2}{A}_{p2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,ps2,p2}z)\\ +A_{p1}{A}_{pp2}{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,pp2,ps2}z)+A_{p2}{A}_{ps2}{A}_{pp2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,ps2,pp2}z)\end{array}\right]\\ +i\mathrm{\γ}\left[\begin{array}{c}2A_{pp1}{A}_{pp2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,pp1,pp2,s}z)+A_{p1}^2{A}_{ps1}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p1,ps1}z)+2A_{ps1}{A}_{ps2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,ps1,ps2,s}z)\\ +2A_{p1}{A}_{p2}{A}_s^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p1,p2,s}z)+A_{p2}^2{A}_{ps2}^{*}\exp (-{\mathrm{i\Δ\β}}_{s,p2,p2,ps2}z)\end{array}\right]\end{array}$

其中，下角标s代表所述信号光波、p1代表所述第一泵浦光波；p2代表所述第二泵浦光波，ps1代表所述第一边带空闲光波，ps2代表所述第二边带空闲光波，pp1代表所述第三边带空闲光波，pp2代表所述第四边带空闲光波。

7.一种相位敏感放大器，其特征在于，用以全光相位再生，包括由权利要求1-3任意一项所述的光纤参数的计算方法得到的光纤。

8.根据权利要求7所述的相位敏感放大器，其特征在于，所述光纤为高非线性光纤。

9.一种全光相位再生装置，其特征在于，包括权利要求7-8任意一项所述的相位敏感放大器。