Deep learning based pulse prediction of nonlinear dynamics in fiber optics

光学 超短脉冲 计算机科学 非线性系统 参数统计 光纤 人工神经网络 卷积神经网络 物理 电信 算法 数学 人工智能 激光器 统计 量子力学
作者
Hao Sui,Hongna Zhu,Le Cheng,Bin Luo,Stefano Taccheo,Xihua Zou,Lianshan Yan
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:29 (26): 44080-44080 被引量:5
标识
DOI:10.1364/oe.443279
摘要

The initial state of a nonlinear optical fiber system plays a vital role in the ultrafast pulse evolution dynamic. In this work, a data-driven compressed convolutional neural network, named inverse network, is proposed to predict initial pulse distribution through a series of discrete power profiles at different propagation distances. The inverse network is trained and tested based on two typical nonlinear dynamics: (1) the pulse evolution in a fiber optical parametric amplifier system and (2) soliton pair evolution in high-nonlinear fibers. Great prediction accuracy is reached when the epoch grows to 5000 in both cases, with the normalized root mean square errors below 0.01 on the entire testing set. Meanwhile, the lightweight network is highly effective. In this work, it takes approximately 30 seconds for 5,000 epochs training with a dataset size of 900. The inverse network is further tested and analyzed on the dataset with different signal-to-noise ratios and input sizes. The results show fair stability at the deviation on the testing set. The proposed inverse network demonstrates a promising approach to optimizing the initial pulse of fiber optics systems.
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