[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

说明书

技术领域

本发明涉及信号生成电路、相干光通信以及量子保密通信领域，特别是一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统及其实现方法。

背景技术

偏振编码，作为一种光信号编码方式，广泛用于经典的相干光通信和量子保密通信当中。偏振编码要用偏振控制器来完成，常见的偏振控制器主要有：可旋晶体波片型偏振控制器、磁光调制器、液晶型偏振控制器以及电光调制器等几种。

磁光调制器利用的Faraday旋光效应，其驱动器需要提供高达几安培电流，受制于电磁铁的磁回滞效应，驱动器速率较慢，导致编码速率只能达到几KHz。可旋晶体波片型偏振控制器利用机械旋转波片达到偏振控制的目的，其驱动器包含机械可移动部件，并需要反馈信号控制波片的运动，需要的时间较长，编码速率较慢。液晶型偏振控制器，通过驱动器控制电压改变一定厚度液晶的双折射，从而引起液晶相位延迟量的改变，响应快，但是插入损耗大，稳定性较差，不适合偏振编码。电光调制器一般使用LiNbO₃晶体的Pockels效应实现偏振编码。编码速度快，可以实现GHz的编码速率。但是缺点是驱动器的驱动电压非常高，半波电压可达几千伏。这个缺点限制了电光编码器的应用。

NewPort公司生产的电光调制驱动器可以电控波片，控制出射光的偏振态，但是速率较慢；美国通用光电公司生产的PSG-101，只能产生5-6个特殊偏振态，而且驱动器精度低，切换速度大于250us。

三晶片型偏振态编码器是一种电光型的调制器，其驱动器需要满足以下几方面要求。一是调制电压高，在0~120V左右；二是调制的速率的要求；三是对调制信号的噪声以及精度的要求。上述的偏振控制器驱动器以及以上两家公司的驱动器均无法胜任，而国内尚无相关驱动器的成熟产品。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统及其实现方法，用于驱动三晶片型偏振态编码器，实现自由空间中单光束相干光的偏振编码。

本发明采用以下方案实现：一种三晶片型偏振态编码器的驱动控制系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。