[发明专利]一种偏振控制方法及其控制系统

说明书

【技术领域】：

本发明方法应用于光纤通信、光纤传感等相关领域中，涉及光纤中传输的光信号偏振态的控制方法。

【背景技术】：

理想光纤的横截面是完美的圆形，并具有圆对称的折射率分布。但在实际情况中光纤的生产、成缆、光缆铺设、环境改变都不可避免地造成光纤沿不同的方向有不同的有效折射率，即导致光纤的双折射现象，使单模光纤实质上变成了“双模”光纤。单模光纤的双折射现象将对光信号的偏振态产生影响，例如在光纤通信系统中导致光信号的串扰，误码率的增加。因此必须通过偏振控制器和附加的控制算法对光信号的偏振态进行实时的控制补偿。

在偏振控制中，通常采用挤压光纤型偏振控制器对传输的光信号偏振态进行控制，传统的控制算法多为利用目标函数的梯度信息进行搜索。但是在实际应用中，由于偏振控制为多自由度的问题，梯度法在多维搜索空间中容易陷入局部极值，并且易受到系统噪声的影响，从而失去正确的梯度搜索方向。同样的，在传统算法的基础上为使控制器实现无端复位需要进行复杂的计算过程，因此传统算法并不适宜实际的偏振控制问题。

【发明内容】：

本发明的目的是解决上述方法中不足，提供一种新型的偏振控制器及其控制方法。

本发明方法中使用局部粒子群算法作为控制算法进行偏振控制，该算法是一种仿生鸟类捕食行为的模拟进化算法。计算过程中采用实数编码，无需目标函数的梯度信息、附加的复位算法，具有全局解空间搜索能力，且对函数的形式和性质无特殊要求。选用理论成功率为100％的拓扑结构从而避免搜索过程中陷入局部极小点问题，保证控制的有效性。

在偏振控制中以期望输出偏振态方向(或正交方向)光功率作为反馈信号，即算法的目标函数值，因此目标函数的最佳解为光功率最大(或光功率最小)时对应的偏振控制器外加电压值。粒子在反馈信号和当前搜索最佳解的共同作用下逐渐趋于整体最佳解，当反馈信号满足迭代终止条件时停止搜索，并把最佳解对应的电压值写入偏振控制器，使光信号恢复为初始状态。

本发明提供的偏振控制方法依次包括：

第一、将任意偏振态的光信号输入到偏振控制器中；

第二、偏振控制器的输出光通过分光镜耦合部分光进入偏振分束器，其余部分的输出光作为接收端最终接收到的光信号；

第三、利用偏振分束器检偏功能得到目标方向的线偏光；

第四、用光电探测器对第三步线偏光的光功率进行探测，并转化为相应的电信号；

第五、由计算机通过采集电路采集第四步的电信号；

第六、由计算机运行程序，利用局部粒子群算法对施加到偏振控制器上的最佳电压值进行搜索，从而实现偏振态的控制。

作为控制算法的局部粒子群算法的搜索过程如下：

采用偏振控制器的三个挤压器进行偏振控制，则问题可以用下述方程表征：

P＝F(V₁，V₂，V₃)

其中P为期望输出偏振态方向(或其正交方向)的光功率，V_i(i＝1，2，3)为三个挤压器上所施加的电压值。当P达到最大值(或最小值)时的V_i值为最佳电压值，此时输出光为期望偏振态，实现控制的目的。因此算法搜索过程如下：

第一、目标搜索空间设定为三维空间，空间范围由挤压器上所能施加的最大电压值确定。搜索粒子设定为20个，每个粒子在搜索空间中的位置用一个三维向量表示，因此向量中的具体数值分别表征三个挤压器上所施加的电压值。每个粒子的速度也为一个三维向量，表征粒子在空间中朝各个方向飞行的速度分量，从而更新粒子在空间的位置。

第二、将每个粒子所对应的三个电压值施加到偏振控制器上，期望输出偏振态方向(或其正交方向)的光功率即为该粒子的适应度，即对应的目标函数值。

第三、将每个粒子在搜索过程中得到的最佳的目标函数值作为个体的最佳值，对应的向量作为个体最佳解。

第四、根据拓扑结构进行分组，并相应得到搜索过程中每组的最佳目标函数值和对应的解。

第五、比较所有粒子的个体最佳值从而得到整体的最佳值，对应的向量作为最佳解。

第六、根据个体最佳解和所在组的最佳解对每个粒子的飞行速度及空间位置进行更新，从而使粒子飞向整体最佳解。

第七、当前整体最佳值与理论该方向的光功率之间的误差满足误差要求时则停止搜索，否则继续第二到第七步。

一种实现上述偏振控制方法的控制系统，包括：