一種基于耦合效率優(yōu)化的快速控制反射鏡光纖耦合對(duì)準(zhǔn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域，設(shè)及一種光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置，尤其是一種基于禪合效率 優(yōu)化的快速控制反射鏡光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光通信通常采用光纖禪合探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，其光纖禪合效率直接影響通信效率和 成碼率。因此要求裝置在滿(mǎn)足微弱能量探測(cè)的同時(shí)保持很高禪合效率。然而受大氣到達(dá)角 起伏、機(jī)械振動(dòng)和溫度環(huán)境變化等因素的影響，接收端光斑會(huì)出現(xiàn)漂移或隨機(jī)抖動(dòng)，從而造 成光纖禪合效率下降。因此光纖禪合處的光斑抖動(dòng)成為了制約光通信效率的最重要因素之 〇
[0003] 圖1為傳統(tǒng)光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置的示意圖，由快速控制反射鏡，分光鏡，成像透鏡組， 光纖，反射鏡，禪合透鏡組，位置探測(cè)器和快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)組成。傳統(tǒng)光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝 置通過(guò)CCD或者PSD等位置靈敏度探測(cè)器件對(duì)光斑質(zhì)屯、位置進(jìn)行探測(cè)，與快速控制反射鏡進(jìn) 行閉環(huán)，利用光纖與位置探測(cè)器同軸實(shí)現(xiàn)光纖的禪合對(duì)準(zhǔn)。此裝置雖然能達(dá)到穩(wěn)定光束的 作用，但同時(shí)存在W下問(wèn)題:一是不能解決裝置初對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，由于每次初始狀態(tài)光束的焦點(diǎn) 位置都存在差異，并不能夠有效的進(jìn)行禪合，通常采用人工對(duì)準(zhǔn)的方法實(shí)現(xiàn)初始光束的禪 合;二是快速控制反射鏡的控制是通過(guò)信標(biāo)光閉環(huán)，不能直接解決禪合效率問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于禪合效率優(yōu)化的快速控制反射鏡光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝 置，運(yùn)種裝置直接利用入射到光纖中的光的能量作為評(píng)價(jià)因子，無(wú)需CCD、PSD等位置探測(cè) 器，也不需要計(jì)算光斑的質(zhì)屯、位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，禪合效率高的特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于禪合效率優(yōu)化的快速控制反射鏡光纖禪合對(duì) 準(zhǔn)裝置，整個(gè)裝置包括光纖、快速控制反射鏡、快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)、隨機(jī)并行梯度下降算 法控制器、禪合透鏡組和能量探測(cè)器。在整個(gè)禪合裝置工作時(shí)，接收光經(jīng)快速控制反射鏡入 射到禪合透鏡組，禪合透鏡組將入射光聚焦至光纖端面，光纖與能量探測(cè)器連接，能量探測(cè) 器探測(cè)入射到光纖中光的能量作為整個(gè)禪合裝置的評(píng)價(jià)因子，然后由隨機(jī)并行梯度下降算 法控制器輸出一個(gè)隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)，擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)施加到快速控制反射鏡 上，由于快速控制反射鏡的控制電壓改變，它的鏡面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致入射光經(jīng)禪合透鏡組聚 焦到光纖中的能量發(fā)生改變，此時(shí)由能量探測(cè)器探測(cè)當(dāng)前光纖中的能量并將能量值傳送給 隨機(jī)并行梯度下降算法控制器，隨機(jī)并行梯度下降算法控制器利用隨機(jī)并行梯度下降算法 根據(jù)得到的光功率評(píng)價(jià)因子的變化估計(jì)優(yōu)化的梯度方向，并計(jì)算得到W適合的增益沿估計(jì) 的梯度方向獲取快速控制反射鏡的控制電壓，該電壓經(jīng)快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)施加到快速控 制反射鏡上，完成一次迭代;通過(guò)反復(fù)迭代使得光纖功率計(jì)中光能量值穩(wěn)定在較大值，獲得 理想的光纖禪合效果。
[0006] 其中，所述的光纖的波長(zhǎng)、數(shù)值孔徑根據(jù)實(shí)際情況而定，種類(lèi)不限，可W是單模光 纖、多模光纖、保偏光纖等;所述的快速控制反射鏡實(shí)現(xiàn)光束角度的偏轉(zhuǎn)，也可w采用其他 的光束偏轉(zhuǎn)器件，如液晶空間光調(diào)制器、機(jī)械掃描裝置等;所述的能量探測(cè)器種類(lèi)不限，可 W是各種光功率計(jì)、、單光子計(jì)數(shù)器或Aro等能量探測(cè)器件;所述的隨機(jī)并行梯度下降算法 控制器，其種類(lèi)不限，可W是計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路等能夠執(zhí)行該算法控制的相關(guān)設(shè)備和 器件。
[0007]其中，該裝置評(píng)價(jià)因子為能量探測(cè)器探測(cè)到的光纖中的能量值，評(píng)價(jià)因子取得越 接近極值時(shí)，光纖禪合效率越高。
[000引本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于：
[0009] (1)本發(fā)明根據(jù)能量探測(cè)器探測(cè)到的光纖中入射光的能量就可W完成裝置的禪 合，不需要其他獨(dú)立的位置探測(cè)器，從而不需要對(duì)光纖位置W及位置探測(cè)器上的位置進(jìn)行 標(biāo)定，簡(jiǎn)化了禪合對(duì)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)，減小了禪合對(duì)準(zhǔn)裝置的體積和重量。同時(shí)避免了通常禪 合對(duì)準(zhǔn)裝置中位置探測(cè)器與禪合光纖相互獨(dú)立分光、浪費(fèi)了入射光能量的缺點(diǎn)，直接對(duì)入 射到光纖中的能量進(jìn)行禪合對(duì)準(zhǔn)，避免了因分光造成的波前變化，提高了禪合對(duì)準(zhǔn)裝置的 能量利用率。
[0010] (2)本發(fā)明根據(jù)能量探測(cè)器中探測(cè)到的入射到光纖中能量作為評(píng)價(jià)因子，評(píng)價(jià)因 子變化估計(jì)優(yōu)化梯度方向進(jìn)行工作，無(wú)需信標(biāo)光，無(wú)需測(cè)量快速控制反射鏡和位置探測(cè)器 之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，使用簡(jiǎn)單。
[0011] (3)本發(fā)明的隨機(jī)并行梯度下降算法計(jì)算過(guò)程為向量的相減和相乘，且算法簡(jiǎn)單， 適合用DSP、FPGA等技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)。
[0012] (4)本發(fā)明提供的光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置，效率、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖的禪合對(duì)準(zhǔn)，在 激光通信、量子通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為傳統(tǒng)光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置的示意圖。
[0014] 圖2為基于隨機(jī)并行梯度下降算法的快速控制反射鏡光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置示意圖， 其中1為快速控制反射鏡，2為禪合透鏡組，3為光纖，4為能量探測(cè)器，5為隨機(jī)并行梯度下降 算法控制器，6為快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖W及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0016] 如圖2,一種基于禪合效率優(yōu)化的快速控制反射鏡光纖禪合對(duì)準(zhǔn)裝置由光纖3、快 速控制反射鏡1、快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)6、隨機(jī)并行梯度下降算法控制器5、禪合透鏡組2、能 量探測(cè)器4構(gòu)成，其中能量探測(cè)器4用于測(cè)量入射到光纖3中光的能量，隨機(jī)并行梯度下降算 法控制器5完成SPGD算法的實(shí)現(xiàn)W及快速控制反射鏡1控制電壓的輸出。
[0017] 在整個(gè)禪合對(duì)準(zhǔn)裝置工作時(shí)，接收光經(jīng)快速控制反射鏡入射到禪合透鏡組2,禪合 透鏡組2將入射光聚焦至光纖3端面上，光纖3與能量探測(cè)器4相連接，能量探測(cè)器4探測(cè)入射 到光纖3中光的能量作為整個(gè)禪合裝置的評(píng)價(jià)因子，然后由SPGD算法控制器5輸出一個(gè)隨機(jī) 擾動(dòng)信號(hào)，擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)快速控制反射鏡驅(qū)動(dòng)6施加到快速控制反射鏡1上，由于快速控制反 射鏡1的控制電壓改變，它的鏡面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致入射光經(jīng)禪合透鏡組2聚焦到光纖3中的能 量發(fā)生改變，此時(shí)由能量探測(cè)器4探測(cè)當(dāng)前光纖3中的能量并將能量值傳送給隨機(jī)并行梯度 下降算法控制器5，SPGD算法根據(jù)得到的光能量評(píng)價(jià)因子的變化估計(jì)優(yōu)化的梯度方向，并計(jì) 算得到W適合的增益沿估計(jì)的梯度方向獲取快速控制反射鏡1的控制電壓，該電壓經(jīng)快速 控制反射鏡巧g動(dòng)施加到快速控制反射鏡上，完成一次迭代;通過(guò)反復(fù)迭代使得能量探測(cè)器 中光能量值穩(wěn)定在較大值，從而獲得理想的光纖禪合效果。
[0018] 隨機(jī)并行梯度下降算法控制器產(chǎn)生控制電壓的過(guò)程為：
[0019] 對(duì)于能量探測(cè)器中探測(cè)到的光纖中的能量值，首先定義其為性能評(píng)價(jià)因子J，（ux， Uy