(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210859266.6 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 于晋龙　梁英　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 李丽萍 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/14(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 结合时频分析的激光器的非连续光注入锁 定仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种结合时频分析的激光器 的非连续光注入锁定仿真方法， 主要包括： 读取 注入光信号并降频得到基带信号， 采用经验模态 分解将该基带信号表示为n个单分量平稳信号的 叠加； 从中提取包含目标频率分量的平稳信号； 对从激光器参数进行初始化； 分别建立基于注入 光信号参量和平稳信号参量的速率方程组； 采用 四阶‑五阶Runge ‑Kutta算法分别对上述两个速 率方程组求解， 从而分别得到从激光器的载流子 数量和输 出光的幅值和相位； 进而重构得到两组 光信号的时频分布和频谱； 通过对比两组光信号 的时频分布和频谱， 分析其中目标频率分量在注 入锁定过程中的分布变化是否满足要求。 本发明 能够解决无法分析注入信号瞬时特征、 频率分量 仿真结果无参 考价值的问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115238493 A 2022.10.25 CN 115238493 A 1.一种结合时频分析的激光器的非连续光注入锁定仿真方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 1)读取注入光信号； 2)对注入光信号进行降频得到基带信号， 采用经验模态分解将该基带信号表示为n个 单分量平稳信号的叠加； 从中提取包 含目标频率分量的平稳信号； 3)对从激光器参数进行初始化； 4)建立基于光信号 参量的速率方程组； 5)将注入光信号的参量和步骤2)所述的包含目标频率分量的平稳信号的参量分别代 入步骤4)所述的速率方程组， 从而 形成了基于注入光信号参量的速率方程组和基于所述的 平稳信号 参量的速率方程组； 6)采用四阶 ‑五阶Runge‑Kutta算法分别对上述两个速率方程组求解， 从而分别得到注 入光信号参与锁定的从激光器的载流子数量和输出光的幅值和相位、 所述的平稳信号参与 注入锁定从激光器的载流子数量和输出光的幅值和相位， 进而得到所述注入光信号和所述 目标频率分量的平稳信号 光分别注入从激光器后得到的两组光信号的时频分布和频谱； 7)通过对比两组光信号的时频分布和频谱， 分析其中目标频率分量在注入锁定过程中 的分布变化是否满足要求， 如果不满足要求， 则调整所述平稳信号的参量后与步骤2)中其 他单分量平稳信号叠加， 重构为新的注入光信号后返回步骤1)； 如果满足要求， 结束仿 真过 程。 2.根据权利要求1所述的激光器的非连续光注入锁定仿真方法， 其特征在于， 步骤7) 中， 调整所述平稳信号的参 量包括频率、 相位、 功率和波形。 3.根据权利要求1所述的激光器的非连续 光注入锁定 仿真方法， 其特 征在于， 步骤2)中， 采用经验模态分解得到n个固有模态函数， 用以表示n个符合单分量特征的 平稳信号； 由每一个固有模态函数得到一组瞬时频率， 根据目标频率分量， 从n个固有模态 函数中提取包含目标频率分量的固有模态函数， 将此作为后续步骤参与速率方程计算的平 稳信号。 4.根据权利要求3所述的激光器的非连续光注入锁定仿真方法， 其特征在于， n＝2～ 10。 5.根据权利要求1所述的激光器的非连续光注入锁定仿真方法， 其特征在于， 步骤4)建 立的所述基于光信号 参量的速率方程组如下： 其中， A(t)为从激光器输出光的振幅， φ(t)为从激光器输出光与注入光的相位差； Ai (t)为代入光的光参量振幅， Δωi(t)为代入光的光参量频率ωi与从激光器自由振荡频率 ωs间的频率失谐量； N(t)为从激光器的载流子数； g、 Nth、 κ、 α 、 γN、 γP、 J分别为增益系数、 载 流子数量阈值、 耦合系 数、 线宽增强因子、 载流子复合速率、 光子衰减速率和归一化泵浦电权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238493 A 2流； 所述代入光是注入光信号 时， 上述速率方程组为步骤5)中所述的基于注入光信号参量 的速率方程组； 所述代入光是目标频率分量的平稳信号时， 上述速率方程组为步骤5)中所 述的基于所述的平稳信号 参量的速率方程组。 6.根据权利要求1所述的激光器的非连续光注入锁定仿真方法， 其特征在于， 步骤6) 中， 所述两个速率方程求解的结果包括从激光器输出光的振幅A(t)、 从激光器输出光与注 入光的相位差φ(t)和从激光器的载流子数N(t)； 根据 从激光器输出光的振幅A(t)和从激 光器输出光与注入光的相位差φ(t)进 行计算叠加， 重构出两组光信号， 两组光信号包括由 注入光信号注入的从激光器的输出光和由所述平稳信号注入的从激光器的输出光； 针对上述两组光信号再次采用经验模态进行分解， 并求取两组光信号的瞬时频率， 根 据两组光信号的振幅A(t)和瞬时频率得到两组光信号的时频分布； 分别对两组光信号进 行 离散傅里叶变换 得到频谱。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238493 A 3