[發明專利]一種實現偏振穩定的控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011294682.3
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112485930B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 余宇;廖佳文;蔡宏雋;劉巍;楊常鳴;張新亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種實現偏振穩定的控制方法，其特征在于,該方法具體包括以下步驟：

由輸入光和目標偏振態斯托克斯參數直接計算出偏振控制器所需施加波片相位差以及對應的電壓值；所述偏振控制器由五級等效相位差可調角度固定波片組成，每一級波片的角度依次為0°、45°、0°、45°、0°，前三級波片用于控制輸出光偏振態，后兩級波片用于當前三級波片上施加電壓達到極限時，回退前三級波片電壓至中間電壓以便于繼續調節電壓；

對偏振控制器施加所述電壓值以調整輸出光偏振態在邦加球的位置，以使輸出光偏振態與目標偏振態在邦加球上的夾角小于預設臨界角度；

通過隨機梯度下降算法進一步調整輸出光偏振態以趨向于目標偏振態，從而實現偏振穩定。

2.根據權利要求1所述的一種實現偏振穩定的控制方法，其特征在于，對偏振控制器施加所述電壓值以調整輸出光偏振態在邦加球的位置，以使輸出光偏振態與目標偏振態在邦加球上的夾角小于預設臨界角度，包括以下具體步驟：

根據輸入光偏振態與目標偏振態在邦加球上相對位置區分為不在盲區和在盲區兩種情況，偏振控制器只需前兩級波片改變相位差或需要前三級波片改變相位差，再由輸入光偏振態和目標偏振態斯托克斯參數采用不同的公式計算前兩級波片或前三級波片相位差，將該相位差對應的電壓施加在標定好的偏振控制器上，通過偏振控制器的前兩級波片或前三級波片調節即可將輸出光偏振態調整至目標偏振態附近，以使光經過偏振控制器后的所述夾角小于預設臨界角度。

3.根據權利要求2所述的一種實現偏振穩定的控制方法，其特征在于，通過隨機梯度下降算法進一步調整輸出光偏振態以趨向于目標偏振態，從而實現偏振穩定，包括以下步驟：

按照一定的步長依次調節偏振控制器內各波片的電壓，步長與當前輸出光偏振態和目標偏振態在邦加球上的夾角成正比，每次對一個波片增加或減少一個步長的電壓，然后測量輸出光偏振態，根據輸出光偏振態與目標偏振態夾角在哪種情況減小選擇對此波片增加還是減小一個步長電壓，再對下一個波片相同操作，依次循環調節三個波片，直至輸出光偏振態與目標偏振態夾角小于設定閾值。

4.根據權利要求3所述的一種實現偏振穩定的控制方法，其特征在于，由輸入光偏振態和目標偏振態斯托克斯參數直接計算出偏振控制器所需施加波片相位差以及對應的電壓值前還需對偏振控制器進行標定，所述偏振控制器的標定過程為：

標定所述偏振控制器各個波片上的電壓，使用偏振分析儀測量輸出光偏振態；

觀察所述輸出光偏振態隨電壓逐漸增大的過程中在邦加球上走過一個圓軌跡，并將偏振態旋轉的角度與電壓對應起來，偏振控制器標定完成。

5.根據權利要求4所述的一種實現偏振穩定的控制方法，其特征在于，所述輸出光偏振態與目標偏振態在邦加球上的夾角為輸出光偏振態與邦加球球心連線和目標偏振態與邦加球球心連線之間的夾角；

計算輸出光偏振態與目標偏振態在邦加球上的夾角步驟具體為：

設定目標偏振態的對S₀歸一化斯托克斯參數S₁、S₂、S₃，以及由目標偏振態和輸入/輸出光偏振態歸一化斯托克斯參數計算兩者在邦加球上的夾角公式

θ＝acrcos(S₁*S′₁+S₂*S′₂+S₃*S′₃)

其中S₁、S₂、S′₃為設定目標偏振態的歸一化斯托克斯參數，S′₁、S′₂、S′₃為檢測到的輸入/輸出光偏振態的歸一化斯托克斯參數。