[发明专利]三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统及其实现方法

权利要求书

1.一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：包括相互相连的一高压驱动电路与一控制电路；所述高压驱动电路包含一直流稳压单元、一高精度稳压单元、一DAC单元以及一高压放大单元；所述控制电路包括一ARM主控单元以及一DSP运算单元；所述控制电路根据从输入偏振态到目标偏振态的搜索路径，用以控制所述高压驱动电路的输出电压；所述高压驱动电路与一自由空间相干光通信的三晶片型偏振态编码器相连，用以为三晶片型偏振态编码器提供驱动偏压，实现自由空间单光束相干光通信的偏振态编码；所述自由空间相干光通信的三晶片型偏振态编码器包括第一晶片、第二晶片与第三晶片，编码器输出偏振态与外加偏压和输入偏振态的关系为：

其中，引入Stokes参量描述偏振态，S₂和S₃为输出偏振态的Stokes参量，V₁、V₂和V₃分别为所述高压驱动电路的三组输出偏压，即施加在三块晶片上的偏压。

2.根据权利要求1所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述ARM主控单元与所述DSP运算单元通过一SPI总线相连，所述ARM主控单元还通过串口或USB总线与一用以显示编码信号的上位机相连；所述ARM主控单元随机选择编码信号并通过所述SPI总线发送至所述DSP运算单元，所述ARM主控单元还通过串口或USB总线发送至一上位机显示编码信号，所述DSP运算单元采用偏振搜索算法找到该编码对应的一组编码电压返回至所述ARM主控单元；所述ARM主控单元将编码电压值转换为电压控制信号，通过另一SPI总线发送至所述高压驱动电路中的所述DAC单元。

3.根据权利要求1所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述直流稳压单元的输出端与所述高精度稳压单元的输入端相连；所述DAC单元包括一第一DAC模块、一第二DAC模块以及一第三DAC模块，所述高压放大单元包括一第一PA模块，一第二PA模块以及一第三PA模块；所述第一DAC模块、第二DAC模块以及第三DAC模块的输入端均与所述高精度稳压单元的输出端连接，所述第一DAC模块、第二DAC模块以及第三DAC模块的输入端还通过总线与所述ARM主控单元相连；所述第一DAC模块、第二DAC模块以及第三DAC模块的输出端分别与所述第一PA模块，第二PA模块以及第三PA模块的第一输入端相连；所述直流稳压单元还与所述第一PA模块，第二PA模块以及第三PA模块的第二输入端相连；所述第一PA模块，第二PA模块以及第三PA模块的输出端分别与所述三晶片型偏振态编码器的第一晶片、第二晶片以及第三晶片的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述高压驱动电路与所述三晶片型偏振态编码器的三晶片两侧采用SMA-n跳线相连，所述SMA-n跳线共六根，所述SMA-n跳线的一头为SMA公头，与所述三晶片型偏振态编码器的SMA母头相连，所述SMA-n跳线的一头为跳线帽，与所述PA模块的引脚连接。

5.根据权利要求1所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述DSP运算单元采用禁忌搜索方法实现偏振路径搜索，采用偏振态矩阵分解和三角函数线性化，快速搜索目标偏振态路径，确定优化的控制电压值，控制高压电路的输出电压值。

6.根据权利要求1所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述高压驱动电路的输出电压范围为0V~150V，驱动的上升时间为2us，下降时间为2.5us，最大编码速率为119kHz，输出电压的纹波不大于118mV，最低分辨率为0.146V，线性度误差小于1%。

7.根据权利要求1所述的一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，其特征在于：所述的ARM控制单元包括一ARM芯片，型号为STM32F103RFT6，所述DSP运算模块包括一数字信号处理器，型号为TMS320F2812。

8.一种如权利要求1所述的三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：对电路进行初始化设置，所述初始化设置包括系统时钟设置、延时初始化、SPI口初始化、USB初始化、模数转换ADC初始化以及串口USART初始化；

步骤S2：所述ARM主控单元产生随机调制信号，通过所述SPI总线发送至所述DSP运算单元，并接受所述DSP运算模块返回的前一次计算好的一组电压值，存入所述ARM主控单元中的环形队列的队尾，同时将调制信号通过串口或USB总线发送至一上位机；

步骤S3：所述DSP运算模块开启中断，若接收到所述ARM主控单元发送的数据，则中断响应，接受所述ARM主控单元发送的调制信号，存入环形队列的队尾；提取队首的调制信号，通过偏振搜索算法快速搜索目标偏振态路径，确定优化的控制电压值，通过所述SPI总线将该组控制电压值发送至所述ARM控制单元；否则由偏振搜索算法继续计算电压值，并将计算结果存入缓存中；

步骤S4：所述ARM主控单元将环形队列队首的一组电压值转换为电压控制信号，通过总线发送至所述DAC单元，所述DAC单元将所述电压控制信号发送至所述高压放大单元得到一组驱动电压，施加在所述三晶片型偏振态编码器的三晶片上，使入射偏振光经过偏振态编码器时其偏振方向随着施加电压所改变，完成了相干光通信的偏振态编码过程；

其中，所述步骤S2、步骤S3、步骤S4为并行执行的任务。