[發明專利]一種偏振控制方法及其控制系統

無效

• 申請號: 200910067964.7
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101504555A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 姚曉天;劉鐵根;王鐵城;萬木森
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D25/02
• 分類號: G05D25/02;G05B13/02;G02B27/28;G06N3/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

【技術領域】：

本發明方法應用于光纖通信、光纖傳感等相關領域中，涉及光纖中傳輸的光信號偏振態的控制方法。

【背景技術】：

理想光纖的橫截面是完美的圓形，并具有圓對稱的折射率分布。但在實際情況中光纖的生產、成纜、光纜鋪設、環境改變都不可避免地造成光纖沿不同的方向有不同的有效折射率，即導致光纖的雙折射現象，使單模光纖實質上變成了“雙模”光纖。單模光纖的雙折射現象將對光信號的偏振態產生影響，例如在光纖通信系統中導致光信號的串擾，誤碼率的增加。因此必須通過偏振控制器和附加的控制算法對光信號的偏振態進行實時的控制補償。

在偏振控制中，通常采用擠壓光纖型偏振控制器對傳輸的光信號偏振態進行控制，傳統的控制算法多為利用目標函數的梯度信息進行搜索。但是在實際應用中，由于偏振控制為多自由度的問題，梯度法在多維搜索空間中容易陷入局部極值，并且易受到系統噪聲的影響，從而失去正確的梯度搜索方向。同樣的，在傳統算法的基礎上為使控制器實現無端復位需要進行復雜的計算過程，因此傳統算法并不適宜實際的偏振控制問題。

【發明內容】：

本發明的目的是解決上述方法中不足，提供一種新型的偏振控制器及其控制方法。

本發明方法中使用局部粒子群算法作為控制算法進行偏振控制，該算法是一種仿生鳥類捕食行為的模擬進化算法。計算過程中采用實數編碼，無需目標函數的梯度信息、附加的復位算法，具有全局解空間搜索能力，且對函數的形式和性質無特殊要求。選用理論成功率為100％的拓撲結構從而避免搜索過程中陷入局部極小點問題，保證控制的有效性。

在偏振控制中以期望輸出偏振態方向(或正交方向)光功率作為反饋信號，即算法的目標函數值，因此目標函數的最佳解為光功率最大(或光功率最小)時對應的偏振控制器外加電壓值。粒子在反饋信號和當前搜索最佳解的共同作用下逐漸趨于整體最佳解，當反饋信號滿足迭代終止條件時停止搜索，并把最佳解對應的電壓值寫入偏振控制器，使光信號恢復為初始狀態。

本發明提供的偏振控制方法依次包括：

第一、將任意偏振態的光信號輸入到偏振控制器中；

第二、偏振控制器的輸出光通過分光鏡耦合部分光進入偏振分束器，其余部分的輸出光作為接收端最終接收到的光信號；

第三、利用偏振分束器檢偏功能得到目標方向的線偏光；

第四、用光電探測器對第三步線偏光的光功率進行探測，并轉化為相應的電信號；

第五、由計算機通過采集電路采集第四步的電信號；

第六、由計算機運行程序，利用局部粒子群算法對施加到偏振控制器上的最佳電壓值進行搜索，從而實現偏振態的控制。

作為控制算法的局部粒子群算法的搜索過程如下：

采用偏振控制器的三個擠壓器進行偏振控制，則問題可以用下述方程表征：

P＝F(V₁，V₂，V₃)

其中P為期望輸出偏振態方向(或其正交方向)的光功率，V_i(i＝1，2，3)為三個擠壓器上所施加的電壓值。當P達到最大值(或最小值)時的V_i值為最佳電壓值，此時輸出光為期望偏振態，實現控制的目的。因此算法搜索過程如下：

第一、目標搜索空間設定為三維空間，空間范圍由擠壓器上所能施加的最大電壓值確定。搜索粒子設定為20個，每個粒子在搜索空間中的位置用一個三維向量表示，因此向量中的具體數值分別表征三個擠壓器上所施加的電壓值。每個粒子的速度也為一個三維向量，表征粒子在空間中朝各個方向飛行的速度分量，從而更新粒子在空間的位置。

第二、將每個粒子所對應的三個電壓值施加到偏振控制器上，期望輸出偏振態方向(或其正交方向)的光功率即為該粒子的適應度，即對應的目標函數值。

第三、將每個粒子在搜索過程中得到的最佳的目標函數值作為個體的最佳值，對應的向量作為個體最佳解。

第四、根據拓撲結構進行分組，并相應得到搜索過程中每組的最佳目標函數值和對應的解。

第五、比較所有粒子的個體最佳值從而得到整體的最佳值，對應的向量作為最佳解。

第六、根據個體最佳解和所在組的最佳解對每個粒子的飛行速度及空間位置進行更新，從而使粒子飛向整體最佳解。

第七、當前整體最佳值與理論該方向的光功率之間的誤差滿足誤差要求時則停止搜索，否則繼續第二到第七步。

一種實現上述偏振控制方法的控制系統，包括：