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基于透明电光陶瓷偏振控制器及其算法的设计与研究

李伟文  
【摘要】:偏振控制器是光纤通信系统尤其是偏振模色散补偿和相干光通信不可少的偏振态控制元件。偏振控制器要求有快的响应速度,大的消光比,小的波动,并能无端复位或不需复位就可进行无端偏振态控制。 综述了偏振控制器的研究进展,总结出按控制器波片对偏振态作用原理可把电控制偏振控制器分成三类:延迟量控制型偏振控制器,方位角控制型偏振控制器、延迟量—方位角控制型偏振控制器。描述了偏振态在电光材料的传播特性及其数学表达,并分析了可用于偏振控制器制作的材料特性。 设计了延迟量控制型四波片偏振控制器模型:四个延迟器波片的快轴与水平参考方向的夹角依次为45°、0°、45°、0°。首次采用遗传算法和模拟退火算法进行光强寻优的反馈控制算法。仿真结果表明,遗传算法用于偏振态控制时,收敛性好,其光强波动小于2%,但收敛速度相对要慢。 着重研究了模拟退火算法在偏振控制器中的应用。通过仿真确定了模拟退火算法在偏振态控制中应用的最佳控制参数。仿真结果表明,利用模拟退火算法进行偏振态控制时,其收敛速度快,收敛性好,最小光强波动可小于1%,由于采用闭区间寻优,不需要进行附加的重置复位。 采用响应速度快,电光系数大的电光陶瓷材料按提出的偏振控制器模型设计了四波片组,并由此制作了四波片偏振控制器。采用模拟退火控制算法,进行了实验验证。实验结果表明,设计的偏振控制器响应速度快于400μs,消光比大于20dB,可进行慢速度自动复位。 分析了延迟量控制型偏振控制器的各种复位方法,仿真说明Noe复位法存在复位振荡,基于此首次提出了强制复位方法,仿真结果表明其有良好的复位能力,并消除了复位振荡。把延迟量可变波片通过一定的组合方法构建等效方位角可变波片,仿真显示该算法完全解决延迟量控制偏振控制器的复位问题,不需复位操作就能实现偏振态的无端控制。通过对可变-可转波片分析,提出了后馈法无端控制算法,仿真结果表明其无端性良好。


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