CN117614545A - 基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法及系统，涉及激光能量传输技术领域，通过在通信设备传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应，当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应，监测和调节通信设备的激光功率，监测和调节通信设备的激光信号，基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标，依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制。该传输系统能够综合分析激光能量传输过程中的多项数据后，综合判断激光能量的传输质量是否合格，保障通信设备的稳定通信。
Description
技术领域
本发明涉及激光能量传输技术领域，具体涉及基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法及系统。
背景技术
激光能量传输系统是一种利用激光技术将能量从一个地方传输到另一个地方的技术系统，这种系统通常利用激光束的高能量和方向性，以实现远距离、高效率的能量传输，激光能量传输系统有各种应用领域，包括太空能源收集、激光通信、医疗设备、工业应用等；
激光能量传输系统的基本工作原理是利用激光器产生的激光束，将能量从一个地点传输到另一个地点，通常，激光束的能量会被转换为电能或其他形式的能量，以满足接收端的需求，激光能量传输系统具有较高的能量传输效率，相比传统的导线传输系统，激光能量传输系统能够减少能量损失，并且在空气或真空中传输能量，不受传统导线系统的限制。
现有技术存在以下不足：
在通信设备进行传输激光能量的过程中，会存在多种影响稳定通信的因素，现有的传输方法通常是针对每种影响参数设定相应的阈值来进行监测和控制，然而，在实际应用中，当多种影响参数均向坏的方向发展，但均为超过预设的阈值，此时通信的稳定性依旧会受到影响，现有传输方法对这种影响无监测和分析处理，从而无法有效保障通信设备的通信稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法及系统，以解决背景技术中不足。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，所述传输方法包括以下步骤：
S1：基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置，并接收目标位置的激光信号；
S2：在传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应，当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应；
S3：监测和调节通信设备的激光功率，监测和调节通信设备的激光信号；
S4：基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标；
S5：依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制，并将管理策略发送至用户。
在一个优选的实施方式中，所述评估模型的建立包括以下步骤：
获取激光能量传输过程中的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数；
将非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数归一化处理后，综合计算传输指数csz，计算表达式为：式中，JGW为激光信号稳定系数，FXY为非线性效应系数，JGP为激光功率偏差，a1、a2、a3分别为激光信号稳定系数、非线性效应系数、激光功率偏差的比例系数，且a1、a2、a3均大于0；
在获取传输指数csz值后，将传输指数csz值与质量阈值进行对比，以完成评估模型的建立。
在一个优选的实施方式中，在实际激光能量传输过程中，获取实时的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数后，代入评估模型传输指数csz的计算公式中计算得到传输指数csz值；
若传输指数csz值大于等于质量阈值，判断激光能量传输的质量达标，若传输指数csz值小于质量阈值，判断激光能量传输的质量不达标。
在一个优选的实施方式中，所述激光信号稳定系数的计算表达式为：式中，i＝{1、2、3、...、n}，n表示时间取样点的数量，n为正整数，Pi表示第i个时间取样点处的激光频率，/>表示激光频率平均值；
非线性效应系数的计算表达式为：式中，c是光速，m2是非线性折射率，Aeff是等效模场面积，L是光波长，/>是光纤长度，P1、P2是输入信号的功率；
激光功率偏差的计算表达式为：式中，G2表示实时获取的激光功率，G1表示标准激光功率。
在一个优选的实施方式中，步骤S2中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应包括以下步骤：
使用光谱分析仪监测光信号的频谱，使用自动相位计监测光信号的相位变化；
通过光学探测器和时域分析技术观察光信号在时间上的变化；
基于傅里叶变换观察光信号在频率上的响应，通过使用差频探测器测量光信号中的差频。
在一个优选的实施方式中，步骤S2中，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应包括以下步骤：
光纤光栅在相应频率范围内引入折射率调制，对非线性效应的频率选择性抑制；
光纤光栅的在相应波长范围内引入折射率调制，实现波长选择性的非线性效应抑制；
通过光纤光栅在光纤中引入周期性的折射率调制，改变光信号的相速度和群速度，影响非线性效应的产生。
在一个优选的实施方式中，使用光谱分析仪监测光信号的频谱，使用自动相位计监测光信号的相位变化包括以下步骤：
将光谱分析仪连接到接收光信号的通信设备中，使用光纤连接器将接收到的光信号输入到光谱分析仪中；
设置光谱分析仪的参数，参数包括频谱范围、分辨率、测量时间，启动光谱分析仪对光信号的频谱进行测量；
光谱分析仪产生频谱图，显示光信号在不同频率上的光强度，分析光谱图，识别光信号中的频谱特征；
将自动相位计连接到接收光信号的通信设备中，将接收到的光信号输入到自动相位计中；
设置自动相位计的参数，包括测量范围、灵敏度，启动自动相位计对光信号的相位进行测量；
自动相位计提供相位变化的实时信息或记录相位随时间的变化曲线，分析相位测量结果，观察光信号的相位变化情况。
在一个优选的实施方式中，基于傅里叶变换观察光信号在频率上的响应，通过使用差频探测器测量光信号中的差频包括以下步骤：
将接收到的光信号输入到光学探测器中，使光信号照射到探测器的敏感区域，使用域分析设备光信号在时间域上的波形进行采集，对时域采集的光信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域；
分析得到的频域信号，观察光信号在频率上的响应，识别频谱图中的主要频率成分；
差频探测器通过混频原理测量输入信号中的差频成分，以电压形式输出测得的差频信号。
在一个优选的实施方式中，通过光纤光栅在光纤中引入周期性的折射率调制，改变光信号的相速度和群速度，影响非线性效应的产生包括以下步骤：
设计光纤光栅频率范围内引入周期性的折射率调制；
选择光纤光栅的工作波长，使光纤光栅对目标频率范围内的光信号具有影响；
在光纤中引入周期性折射率调制，包括使用UV激光照射、干涉法或光纤拉锥法；
将制备好的光纤光栅安装到通信设备中，使光纤光栅与需要调制非线性效应的频率范围内的光信号相匹配。
本发明还提供基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输系统，包括光纤传输模块、监测模块、抑制模块、功率调控模块、调制模块、信号接收模块、综合分析模块、管理模块、用户界面模块：
光纤传输模块：基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置；
监测模块：用于监测通信设备光纤中是否产生非线性效应；
抑制模块：当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应；
功率调控模块：用于监测和调节通信设备的激光功率；
调制模块：用于监测和调节通信设备的激光信号；
信号接收模块：用于接收目标位置的激光信号；
综合分析模块：基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标；
管理模块：依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制；
用户界面模块：提供用户与通信设备交互的接口，并向用户展示生成的管理策略，使用户能够远程监控通信设备。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
本发明通过在通信设备传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应，当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应，监测和调节通信设备的激光功率，监测和调节通信设备的激光信号，基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标，依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制。该传输系统能够综合分析激光能量传输过程中的多项数据后，综合判断激光能量的传输质量是否合格，保障通信设备的稳定通信。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
实施例1：请参阅图1所示，本实施例所述基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，所述传输方法包括以下步骤：
基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置，具体为：
通信设备中生成激光信号，这个模块包括激光器和调制器，用于产生携带信息的激光光束，生成的激光信号进入光纤，将激光信号输入到光纤中，以便将信号传输到目标位置，光纤通常用于实现远距离、低损耗的信号传输，在光纤传输的路径中，光纤耦合器起到了重要的作用，光纤耦合器用于连接两个或多个光纤，使激光信号能够顺利地从一个光纤传输到另一个光纤，或者将光纤连接到其他光学元件；
光纤耦合器采用不同的工作原理，其中一种常见的是分束耦合器，在分束耦合器中，入射的激光信号被分成两个或多个输出路径，这些路径是平行的或呈特定的几何形状，根据设计，一部分光信号被传输到目标位置，而其他部分则被用于其他目的或被衰减，这种方式允许在不同光纤之间或不同光学元件之间实现光的耦合，通过光纤耦合器的作用，激光信号被传输到目标位置，这是连接到另一个通信设备、传感器、激光器或其他光学元件的地方。
在传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生的非线性效应，如自相位调制、四波混频等，这涉及使用传感器或探测器来检测信号的变化，具体为：
使用光谱分析仪或光谱仪器，监测光信号的频谱，非线性效应通常会导致信号的频谱发生变化，光谱分析用于检测这些变化，典型的非线性效应如自相位调制和四波混频会在频谱中产生新的频率成分，通过使用相位测量设备，如自动相位计或相位探测器，监测光信号的相位变化，自相位调制通常导致光信号的相位变化，因此，相位测量可用于检测这种非线性效应；
利用快速光学探测器和时域分析技术，观察光信号在时间上的变化，非线性效应导致光脉冲形状的变化，时域分析有助于观察这些变化，使用频域分析技术，如傅里叶变换，观察光信号在频率上的响应，非线性效应导致信号在频域上的非线性特征，频域分析可用于检测这些特征，通过测量光信号中的差频，检测到四波混频等非线性效应，这通过使用差频探测器或差频测量设备来实现，对光信号的波形进行分析，观察是否存在非线性效应引起的波形畸变，这需要使用示波器或其他波形分析工具，使用专门的光学计量设备，如非线性光学计量系统，以监测光信号中的非线性效应；
使用光谱分析仪监测光信号的频谱，使用自动相位计监测光信号的相位变化包括以下步骤：
将光谱分析仪连接到接收光信号的系统中，确保仪器的校准和设置是适用于特定的信号和频谱分析要求的，将接收到的光信号输入到光谱分析仪中，这涉及使用光纤连接器或其他适当的接口，根据需要设置光谱分析仪的参数，包括频谱范围、分辨率、测量时间等，确保仪器能够捕捉到光信号的完整频谱信息，启动光谱分析仪，开始对光信号的频谱进行测量，仪器将产生一个频谱图，显示光信号在不同频率上的光强度，分析光谱图，识别光信号中的频谱特征，如特定频率成分的强度和分布，这有助于了解光信号的频谱特性和存在的非线性效应；
将自动相位计连接到接收光信号的系统中，确保设备的校准和设置适用于相位测量的需求，将接收到的光信号输入到自动相位计中，确保信号能够充分涵盖自动相位计所需的相位信息，根据需要设置自动相位计的参数，包括测量范围、灵敏度等，确保设备能够准确地测量光信号的相位变化，启动自动相位计，开始对光信号的相位进行测量，仪器将提供关于相位变化的实时信息或记录相位随时间的变化曲线，分析相位测量结果，观察光信号的相位变化情况，这对于检测自相位调制等非线性效应是至关重要的，在需要的情况下，根据相位监测结果，实时调整系统参数，以最小化非线性效应的影响；
通过光学探测器和时域分析技术观察光信号在时间上的变化包括以下步骤：
根据光信号的特性和应用需求选择合适类型的光学探测器，常见的光学探测器包括光电二极管(Photodiode)、光电探测器阵列等，将接收到的光信号输入到光学探测器中，确保信号能够有效地照射到探测器的敏感区域，将光学探测器连接到时域分析仪，时域分析仪用于测量信号在时间上的变化，是示波器、数字存储示波器(DSO)等，根据测量要求，设置时域分析仪的参数，包括时间分辨率、采样率等，确保仪器能够捕捉到光信号在时间域上的完整信息，启动时域分析仪，开始对光信号在时间上的变化进行测量，仪器将提供一个表示信号强度随时间变化的波形图，分析时域波形图，观察光信号的时间特性，包括脉冲宽度、周期性、起伏等，这有助于理解光信号的动态行为，根据需要，测量光信号的各种参数，例如脉宽、上升时间、下降时间等，以获取更详细的时间域信息，对时域信号进行进一步的处理，例如滤波、调制、去噪等，以提取所需的信息；
基于傅里叶变换观察光信号在频率上的响应，通过使用差频探测器测量光信号中的差频包括以下步骤：
选择适合应用需求的光学探测器，如光电二极管或光电探测器阵列，以接收光信号，将接收到的光信号输入到光学探测器中，确保信号能够有效地照射到探测器的敏感区域，使用示波器或数字存储示波器(DSO)等时域分析设备，对光信号在时间域上的波形进行采集，对时域采集的光信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，这使用数字信号处理工具或傅里叶变换仪器来实现，分析得到的频域信号，观察光信号在频率上的响应，频谱图显示了信号在不同频率上的幅度和相位信息，识别频谱图中的主要频率成分，这有助于了解光信号的频率特性；
选择适合应用需求的差频探测器，差频探测器通常用于测量两个频率之间的差值，根据信号的特性和差频测量的要求，设置差频探测器的参数，如中心频率、带宽等，将光信号输入到差频探测器中，差频探测器通过混频原理测量输入信号中的差频成分，差频探测器输出测得的差频信号，通常以电压或其他电信号形式呈现，分析差频信号的特性，包括幅度、相位等，这些信息提供关于光信号频率差异的有用信息，根据测得的差频信息，进行相应的应用或系统调整，这涉及到频率调谐、光学元件的调整等。
当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件，来减轻或抑制光纤中的非线性效应，具体为：
光纤光栅通过在光纤中引入周期性的折射率调制，影响光信号的传播特性，这种调制改变光信号的相速度和群速度，从而影响非线性效应的产生，光纤光栅的设计使其在特定频率范围内引入折射率调制，从而实现对非线性效应的频率选择性抑制，这对于特定频率的非线性效应，如四波混频等，具有很好的效果，光纤光栅被设计成在一定条件下引入非线性效应抑制，这种条件与激光功率、波长或其他光学参数有关，通过调整这些条件，实现对非线性效应的阈值调控；
光纤光栅的设计还使其在特定波长范围内引入折射率调制，从而实现波长选择性的非线性效应抑制，这对于特定波长下的非线性效应，如自相位调制，具有影响，结合实时监测系统，监测光纤中的非线性效应的程度，并根据监测结果实时调整光纤光栅的参数，以优化抑制效果，采用可调谐的光纤光栅，根据需要调整其参数，以适应不同通信场景下的非线性效应抑制需求；
光纤光栅在相应频率范围内引入折射率调制，对非线性效应的频率选择性抑制包括以下步骤：
设计具有特定折射率调制特性的光纤光栅，通过选择合适的周期、折射率调制深度和长度，实现对特定频率范围内光信号的影响，确定需要抑制的非线性效应的频率范围，不同的非线性效应在光谱中具有不同的频率分布，因此需要根据实际应用情况选择目标频率范围，选择光纤光栅的工作波长，确保它在需要抑制的非线性效应频率范围内工作，波长选择取决于非线性效应的性质和频率，利用光纤光栅制备技术，在光纤中引入折射率调制，这通过使用光纤光栅制备设备，例如UV激光照射、干涉法或光纤拉锥法等方法来实现；
将制备好的光纤光栅安装到通信设备中，确保它与光信号的路径相匹配，根据实际需求，调整光纤光栅的参数，包括周期、深度和长度，以优化对非线性效应的抑制效果，将光纤光栅集成到光学系统中，确保它能够有效地对指定频率范围内的光信号产生影响，通过引入折射率调制，光纤光栅将选择性地影响特定频率范围内的光信号，这有助于抑制在这个频率范围内发生的非线性效应；
光纤光栅的在相应波长范围内引入折射率调制，实现波长选择性的非线性效应抑制包括以下步骤：
确定需要抑制的非线性效应的波长范围，然后设计光纤光栅，使其在该波长范围内引入折射率调制，这通过调整光栅的周期、深度和长度等参数来实现，选择光纤光栅的工作波长，以确保它能够在需要抑制的非线性效应的波长范围内工作，波长选择通常与非线性效应的波长相关，利用相应的制备技术，在光纤中引入波长选择性的折射率调制，制备方法包括UV激光照射、干涉法或光纤拉锥法等；
将制备好的光纤光栅安装到通信设备中，确保它与需要抑制非线性效应的波长范围内的光信号相匹配，根据实际需求，调整光纤光栅的参数，包括周期、深度和长度等，以优化对非线性效应的抑制效果，将光纤光栅集成到光学系统中，确保它能够有效地对指定波长范围内的光信号产生影响；
通过光纤光栅在光纤中引入周期性的折射率调制，改变光信号的相速度和群速度，影响非线性效应的产生包括以下步骤：
确定需要对非线性效应进行调制的频率范围，并设计光纤光栅，使其在该频率范围内引入周期性的折射率调制，设计涉及选择合适的周期、深度和长度等参数，选择光纤光栅的工作波长，以确保它对目标频率范围内的光信号具有影响，波长选择通常与非线性效应的频率相关；
利用相应的制备技术，在光纤中引入设计好的周期性折射率调制，制备方法包括使用UV激光照射、干涉法或光纤拉锥法等，将制备好的光纤光栅安装到通信设备中，确保它与需要调制非线性效应的频率范围内的光信号相匹配，根据实际需求，调整光纤光栅的参数，包括周期、深度和长度等，以优化对非线性效应的调制效果。
本申请通过在通信设备传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应，当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应，监测和调节通信设备的激光功率，监测和调节通信设备的激光信号，基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标，依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制。该传输系统能够综合分析激光能量传输过程中的多项数据后，综合判断激光能量的传输质量是否合格，保障通信设备的稳定通信。
实施例2：监测和调节通信设备的激光功率，以确保在传输过程中维持适当的功率水平，具体为：
使用光功率监测器(光功率计)来实时测量激光发射模块输出的功率水平，这是光电探测器或其他专用传感器，能够转换光信号的光强度为电信号，建立一个功率监测系统，集成光功率监测器并连接到通信设备的控制系统，该系统能够连续地监测激光功率的变化，根据监测到的激光功率信息，实现反馈控制系统，通过调整激光发射模块的参数，例如调整激光器的电流或调制器的驱动电压，来维持设定的功率水平；
在激光发射模块中引入功率稳定器，以稳定激光输出，这是光纤耦合器、稳定化器或其他器件，有助于降低功率的波动，设定功率的上下阈值，当激光功率超出这些范围时触发警报，这有助于及时发现功率异常，并采取相应的措施，温度变化会影响激光器的性能，引入温度监测器并实施温度补偿，以确保在不同环境条件下维持适当的激光功率，对于远程设备，建立遥测系统，通过网络传输激光功率信息，并远程监测和调整功率水平，对激光功率监测器和调节系统进行定期校准，以确保其准确性和可靠性，在用户界面或监测设备上实时显示激光功率的图形，使操作人员能够直观地了解功率的变化趋势。
监测和调节通信设备的激光信号，以满足通信需求，包括解调器、调制器等，具体为：
解调器用于将激光信号中携带的信息恢复为原始数据，在通信设备的接收端，激光信号经过光探测器接收后，通过解调器进行解调，将光信号转换为电信号，调制器用于在激光信号中嵌入信息，即调制光信号，在通信设备的发射端，调制器通常用于将电信号调制成激光信号，不同调制技术(如振幅调制、频率调制、相位调制)满足不同的通信需求，信号调解器用于调解不同频率或模式的信号，以适应不同的通信标准或网络协议，这有助于确保激光信号与目标设备之间的兼容性；
对于多波长激通信设备，波长多路复用器可用于在同一光纤上传输多个波长的信号，监测和调整各波长的功率、相位等参数，以确保它们在光纤中传输时的稳定性和一致性，光电探测器用于将激光信号转换为电信号，在接收端，光电探测器起到关键作用，负责将激光信号的光强度转化为电信号，供解调器进一步处理，滤波器用于选择特定频率范围内的信号，抑制其他频率成分，这对于在激光信号中实现频率选择性传输是重要的，用于确保激光信号与接收端设备的时钟同步，以保障数据的正确解调，在接收端，AGC用于自动调整电信号的增益，以适应不同传输距离和光强度，在解调过程中，引入错误检测和纠正机制，以提高通信系统的可靠性。
通过光探测器接收目标位置的激光信号包括以下步骤：
在目标位置设置光探测器以接收从通信设备或其他光源发射的激光信号，激光信号通过光纤传输，空气传输等方式到达光探测器，选择合适类型的光探测器，以匹配激光信号的特性，常见的光探测器包括光电二极管(Photodiode)、光电探测器阵列等，将激光信号引导到光探测器表面，确保光线能够有效地照射到探测器的敏感区域，
光探测器敏感区域的材料在光照射下会发生电荷分离，产生电流或电压信号，这个过程是通过光电效应实现的，即光子能量转换为电子能量，通过放大器放大从光探测器中输出的微弱电信号，这有助于提高信号的检测灵敏度，特别是在长距离传输或信号弱的情况下，使用滤波器和其他信号调理设备，以滤除噪声和干扰，确保从光探测器输出的信号质量良好，
通过采样电路对光探测器输出的电信号进行离散采样，这是为了将连续的光信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理，对采样后的信号进行进一步的数字信号处理，包括滤波、解调、去噪等步骤，以提取携带的信息，将处理后的信号翻译成目标信息或原始数据，根据通信系统的协议或协议解析算法，将最终的数据输出到相应的系统或设备，包括数据存储、显示或进一步的通信传输；
基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标，依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制，向用户展示生成的管理策略；
评估模型的建立包括以下步骤：
获取激光能量传输过程中的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数；
将非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数归一化处理后，综合计算传输指数csz，计算表达式为：式中，JGW为激光信号稳定系数，FXY为非线性效应系数，JGP为激光功率偏差，a1、a2、a3分别为激光信号稳定系数、非线性效应系数、激光功率偏差的比例系数，且a1、a2、a3均大于0；
获取传输指数csz值后，由传输指数csz值的计算表达式可知，传输指数csz值越大，表明激光能量传输的质量越好，因此，为了区域激光能量传输质量的好坏，我们设定质量阈值，在获取传输指数csz值后，将传输指数csz值与质量阈值进行对比，以完成评估模型的建立；
在实际激光能量传输过程中，获取实时的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数后，代入评估模型传输指数csz的计算公式中计算得到传输指数csz值；
若传输指数csz值大于等于质量阈值，判断激光能量传输的质量达标，若传输指数csz值小于质量阈值，判断激光能量传输的质量不达标。
激光信号稳定系数的计算表达式为：
式中，i＝{1、2、3、...、n}，n表示时间取样点的数量，n为正整数，Pi表示第i个时间取样点处的激光频率，表示激光频率平均值，激光信号稳定系数越大，表明激光能量传输越稳定，质量越好。
非线性效应系数的计算表达式为：式中，c是光速，m2是非线性折射率，Aeff是等效模场面积，L是光波长，/>是光纤长度，P1、P2是输入信号的功率，非线性效应系数越大，表明由四波混频引起的相移越大，表示激光能量传输质量越差。
激光功率偏差的计算表达式为：式中，G2表示实时获取的激光功率，G1表示标准激光功率，激光功率偏差越大，表明激光能量传输过程中，激光的功率越偏离标准激光功率，表示激光能量传输质量越差。
若判断激光能量传输的质量不达标，依据判断结果生成相应的管理策略为：
进行系统诊断，检查激光器、光学元件、传输介质等各个部分的状态，定期进行预防性维护，确保系统各部分的性能处于良好状态，安装环境监测设备，实时监测温度、湿度、振动等环境因素，针对监测结果，采取相应的环境控制措施，如加装温湿度控制设备、减少振动等；
制定激光能量传输的质量控制标准，确保系统在规定的性能范围内工作，根据标准进行定期的性能测试，以确保激光能量传输质量的一致性和稳定性，设置激光功率的上下限，并实时监测激光功率，当激光功率偏离设定范围时，采取自动或手动调整激光器参数，以维持合适的功率水平；
使用合适的光纤光栅、光纤耦合器等装置，抑制光纤中的非线性效应，优化光学系统的配置，确保激光能量在传输过程中保持稳定，引入备份设备和冗余设计，以降低故障对系统的影响，定期测试备份设备的可用性，确保在需要时无缝切换到备份系统，为操作人员提供系统操作和维护的培训，确保他们能够及时、有效地处理问题，设定标准的操作流程和紧急情况的响应计划，提高人员的应急处理能力，部署实时监测系统，及时发现问题并生成警报，建立反馈机制，定期评估系统性能，根据反馈结果调整和改进管理策略。
实施例3：本实施例所述基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输系统，包括光纤传输模块、监测模块、抑制模块、功率调控模块、调制模块、信号接收模块、综合分析模块、管理模块、用户界面模块：
光纤传输模块：基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置，目标位置信息发送至信号接收模块；
监测模块：用于监测通信设备光纤中是否产生的非线性效应，如自相位调制、四波混频等，这涉及使用传感器或探测器来检测信号的变化，监测结果发送至抑制模块以及综合分析模块；
抑制模块：当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过非线性光纤、光纤光栅或其他非线性效应抑制器件，来减轻或抑制光纤中的非线性效应；
功率调控模块：用于监测和调节通信设备的激光功率，以确保在传输过程中维持适当的功率水平，监测结果发送至综合分析模块；
调制模块：用于监测和调节通信设备的激光信号，以满足通信需求，包括解调器、调制器等，监测结果发送至综合分析模块；
信号接收模块：用于接收目标位置的激光信号，包括光探测器、光纤接收机等，目标位置激光信号信息发送至用户界面模块；
综合分析模块：基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标，判断结果发送至管理模块；
管理模块：依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制，并将管理策略发送至用户界面模块；
用户界面模块：提供用户与通信设备交互的接口，并向用户展示生成的管理策略，使用户能够远程监控通信设备。
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示存在三种关系，例如，A和/或B，表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A，B是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。所属领域的技术人员清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：所述传输方法包括以下步骤：
S1：基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置，并接收目标位置的激光信号；
S2：在传输过程中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应，当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应；
S3：监测和调节通信设备的激光功率，监测和调节通信设备的激光信号；
S4：基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标；
S5：依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制，并将管理策略发送至用户。
2.根据权利要求1所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：所述评估模型的建立包括以下步骤：
获取激光能量传输过程中的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数；
将非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数归一化处理后，综合计算传输指数csz，计算表达式为：式中，JGW为激光信号稳定系数，FXY为非线性效应系数，JGP为激光功率偏差，a1、a2、a3分别为激光信号稳定系数、非线性效应系数、激光功率偏差的比例系数，且a1、a2、a3均大于0；
在获取传输指数csz值后，将传输指数csz值与质量阈值进行对比，以完成评估模型的建立。
3.根据权利要求2所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：在实际激光能量传输过程中，获取实时的非线性效应系数、激光功率偏差以及激光信号稳定系数后，代入评估模型传输指数csz的计算公式中计算得到传输指数csz值；
若传输指数csz值大于等于质量阈值，判断激光能量传输的质量达标，若传输指数csz值小于质量阈值，判断激光能量传输的质量不达标。
4.根据权利要求2所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：所述激光信号稳定系数的计算表达式为： 式中，i＝{1、2、3、...、n}，n表示时间取样点的数量，n为正整数，Pi表示第i个时间取样点处的激光频率，/>表示激光频率平均值；
非线性效应系数的计算表达式为：式中，c是光速，m2是非线性折射率，Aeff是等效模场面积，L是光波长，/>是光纤长度，P1、P2是输入信号的功率；
激光功率偏差的计算表达式为：式中，G2表示实时获取的激光功率，G1表示标准激光功率。
5.根据权利要求1所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：步骤S2中，监测通信设备光纤中是否产生非线性效应包括以下步骤：
使用光谱分析仪监测光信号的频谱，使用自动相位计监测光信号的相位变化；
通过光学探测器和时域分析技术观察光信号在时间上的变化；
基于傅里叶变换观察光信号在频率上的响应，通过使用差频探测器测量光信号中的差频。
6.根据权利要求5所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：步骤S2中，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应包括以下步骤：
光纤光栅在相应频率范围内引入折射率调制，对非线性效应的频率选择性抑制；
光纤光栅的在相应波长范围内引入折射率调制，实现波长选择性的非线性效应抑制；
通过光纤光栅在光纤中引入周期性的折射率调制，改变光信号的相速度和群速度，影响非线性效应的产生。
7.根据权利要求5所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：使用光谱分析仪监测光信号的频谱，使用自动相位计监测光信号的相位变化包括以下步骤：
将光谱分析仪连接到接收光信号的通信设备中，使用光纤连接器将接收到的光信号输入到光谱分析仪中；
设置光谱分析仪的参数，参数包括频谱范围、分辨率、测量时间，启动光谱分析仪对光信号的频谱进行测量；
光谱分析仪产生频谱图，显示光信号在不同频率上的光强度，分析光谱图，识别光信号中的频谱特征；
将自动相位计连接到接收光信号的通信设备中，将接收到的光信号输入到自动相位计中；
设置自动相位计的参数，包括测量范围、灵敏度，启动自动相位计对光信号的相位进行测量；
自动相位计提供相位变化的实时信息或记录相位随时间的变化曲线，分析相位测量结果，观察光信号的相位变化情况。
8.根据权利要求5所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：基于傅里叶变换观察光信号在频率上的响应，通过使用差频探测器测量光信号中的差频包括以下步骤：
将接收到的光信号输入到光学探测器中，使光信号照射到探测器的敏感区域，使用域分析设备光信号在时间域上的波形进行采集，对时域采集的光信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域；
分析得到的频域信号，观察光信号在频率上的响应，识别频谱图中的主要频率成分；
差频探测器通过混频原理测量输入信号中的差频成分，以电压形式输出测得的差频信号。
9.根据权利要求8所述的基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输方法，其特征在于：通过光纤光栅在光纤中引入周期性的折射率调制，改变光信号的相速度和群速度，影响非线性效应的产生包括以下步骤：
设计光纤光栅频率范围内引入周期性的折射率调制；
选择光纤光栅的工作波长，使光纤光栅对目标频率范围内的光信号具有影响；
在光纤中引入周期性折射率调制，包括使用UV激光照射、干涉法或光纤拉锥法；
将制备好的光纤光栅安装到通信设备中，使光纤光栅与需要调制非线性效应的频率范围内的光信号相匹配。
10.基于光纤非线性效应抑制的激光能量传输系统，用于实现权利要求1-9任一项所述的传输方法，其特征在于：包括光纤传输模块、监测模块、抑制模块、功率调控模块、调制模块、信号接收模块、综合分析模块、管理模块、用户界面模块：
光纤传输模块：基于光纤耦合器将通信设备的激光信号传输到目标位置；
监测模块：用于监测通信设备光纤中是否产生非线性效应；
抑制模块：当监测通信设备光纤中产生非线性效应，通过光纤光栅抑制器件抑制光纤中的非线性效应；
功率调控模块：用于监测和调节通信设备的激光功率；
调制模块：用于监测和调节通信设备的激光信号；
信号接收模块：用于接收目标位置的激光信号；
综合分析模块：基于评估模型综合分析非线性效应监测结果、激光功率监测结果以及激光信号监测结果，判断激光能量传输质量是否达标；
管理模块：依据判断结果生成相应的管理策略，基于管理策略对通信设备进行相应控制；
用户界面模块：提供用户与通信设备交互的接口，并向用户展示生成的管理策略，使用户能够远程监控通信设备。
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|---|---|---|---|---|
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