[发明专利]用于光学参数控制的自适应步长调节最值锁定方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于光学参数控制的自适应步长调节最值锁定方法和系统，属于光电芯片设计领域。本发明提出的自适应步长调节方法在检测到光子器件物理量处于连续“上坡”或连续“下坡”状态，则增大步长，以加快锁定速度；在检测到物理量处于最值附近抖动的状态，则减小步长，以增大锁定精度，从而同时实现高锁定精度与高锁定速度，用于快速且精准的最值锁定。较于已有的最值锁定算法而言，本发明只涉及到简单的加减乘除操作，仅需要简单的逻辑操作即可实现，因此在较小的硬件开销下即可实现自适应步长调节，无需模数转换器的协助，从而克服已有自适应步长调整算法存在的硬件开销大的问题，适用于大规模使用。

技术领域

本发明属于光电芯片设计领域，更具体地，涉及一种用于光学参数控制的自适应步长调节最值锁定方法和系统。

背景技术

片上光子器件拥有着传输带宽高、传输损耗小以及易于大规模集成等诸多优点，广泛用于光通信、光探测以及光计算等领域。为了防止光子器件的光学参数由于温度变化、制造工艺偏差以及输入激光变化等影响而发生改变，通常会引入闭环反馈控制系统对其光学参数进行检测及控制。如图1所示，闭环反馈控制系统大都由光子器件、监控单元、控制算法单元以及调谐单元组成。其工作原理为：监控单元检测光子器件的光学参数，控制算法单元根据合适的控制算法计算出合适的输出值给调谐单元，调谐单元实现对光子器件的光学参数的调节。

控制算法大部分可以分为最值锁定算法和参考值锁定算法两类。参考值锁定算法，即结合监控单元检测得到的代表光学参数的物理量，根据检测得到的物理量与通过手动或者自动设置的参考值的差距，计算出合适的输出值给调谐单元，最终实现锁定到参考点附近。虽然参考值锁定算法硬件实现较为容易，但是需要保证手动或者自动设置的参考值的可靠性，不然会导致最后锁定点的偏差。例如，若没有额外的辅助模块，输入激光功率波动会使得监控单元检测到的物理量发生变化，然而微环谐振器的谐振波长等光学参数并不会随着输入激光功率变化而剧烈改变，因此会导致锁定点的偏移。最值锁定算法，又可称为爬坡算法，适合需要锁定到局部最值点的应用场景。其工作原理为：结合监控单元检测得到的代表光学参数的物理量，根据物理量的变化以及上一时刻输出值的变化判断出目前处于的状态，从而做出下一个时刻的判断，得出合适的输出值，从而实现最值锁定。如图2所示为最大值锁定算法流程图，如图3所示为最小值锁定算法。其中，SLOPE_tn为当前时刻检测到的物理量相较于上一时刻检测到的物理量的大小；CONTROL_tn-1为上一时刻的控制值，控制上一时刻输出值是增加还是减小；CONTROL_tn为当前时刻的控制值，控制当前时刻输出值是增加还是减小；OUT_tn-1为上一时刻的输出值；OUT_tn为当前时刻的输出值；Step为每次输出变化的变化量。最值锁定算法能够有效地补偿工艺偏差、热波动以及输入激光变化带来的光学参数的变化，并且同样消耗较小的硬件资源，因此被广泛应用于光子器件的光学参数的闭环反馈控制系统中。

已有的最值锁定算法大都采用固定步长(Step)。当控制单元工作频率一定时，更大的步长将带来更快的锁定速度，能够快速的找到锁定点以及补偿变化更迅速的热变化，但是会降低锁定精度；更小的步长能够实现更高的锁定精度，但是使得锁定速度降低以及难以补偿快速变化的热变化。当控制单元工作频率提高时，纵然步长保持不变，但是也会导致明显的抖动。因此，传统的固定步长的最值锁定算法存在锁定速度和锁定精度之间的折衷。有工作提出采用粗细调切换的方式来打破这种折衷，同时提高锁定速度和锁定精度，但是这种方式大都需要手动设置粗细调切换的阈值，不适合大规模使用。其次，当较大的热波动发生时会导致粗细调切换机制发生错误，难以实现稳定的锁定。有工作提出检测物理量斜率的变化大小来动态调整步长，但是这种方式需要模数转换模块(Analog-to-DigitalConverter)以及复杂的计算单元来确定斜率的具体大小，增加了硬件开销。

发明内容