本實用新型屬于激光技術領域，具體涉及一種激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置。

背景技術：

偏振態(tài)作為光波的一項重要的基本特性，其在高速光通信、相干光通信、光量子通信、光纖傳感、高功率激光裝置等領域均有重要的影響及應用。若已知輸入光的偏振態(tài)，通過配置一系列波片，即可獲得任意期望偏振態(tài)的輸出。對于未知的偏振態(tài)輸入，為獲得期望的偏振態(tài)輸出，控制方法主要有以下四種：

1)基于光功率的偏振態(tài)控制方法。

該方法利用偏振分束器獲取某一偏振方向的偏振分量，基于該偏振方向的光功率值并配合搜索算法，對偏振控制器進行控制，即可實現(xiàn)輸出光偏振態(tài)的控制及穩(wěn)定。該方法提取的信息量有限，主要用于實現(xiàn)任意偏振態(tài)輸入到線偏振輸出的狀態(tài)轉換。

此方法由于其提取的信息量有限，無法給出明確的控制量，為了實現(xiàn)最優(yōu)的偏振態(tài)控制，一般需要采用各種尋優(yōu)算法(包括模擬退火算法、粒子群算法、遺傳算法等)，但無論采用哪種尋優(yōu)方法，均存在一定的盲目性以及大量的嘗試，而尋優(yōu)過程存在的大量局部最優(yōu)值，實際偏振控制器件存在的滯回特性也將會對算法的搜索造成影響，因此尋優(yōu)時間的長短存在不確定性，而尋優(yōu)結果亦可能陷于局部最優(yōu)。

2)基于偏振態(tài)檢測的偏振態(tài)控制方法

該方法需要對當前輸出光偏振態(tài)進行最少一次探測，獲取當前輸出光的偏振態(tài)的描述參數(shù)，隨后基于該描述參數(shù)，快速調整，實現(xiàn)任意偏振態(tài)的輸出。該方法控制精度高、響應速度快，但需要對偏振態(tài)進行檢測，裝置復雜。

3)基于干涉信號的偏振態(tài)控制方法

該方法常見于光纖傳感系統(tǒng)中，通過獲得包含偏振態(tài)信息的干涉信號，并配合搜索算法，調整偏振控制器，實現(xiàn)所需偏振態(tài)的控制及穩(wěn)定。該方法不理會輸入輸出光的偏振態(tài)，其目標是獲得期望的干涉信號。

4)基于拍頻信號的偏振控制方法

該方法通過探測頻率相近的雙波長正交偏振光通過起偏器后表現(xiàn)出的拍頻信號，提取雙波長激光的偏振態(tài)信息，然后進行反饋控制，實現(xiàn)雙波長正交偏振光的偏振態(tài)控制和穩(wěn)定。該方法可以實現(xiàn)雙波長乃至多波長的偏振態(tài)控制，具有較高的靈敏度。該方法主要應用于頻率相近的雙波長系統(tǒng)中。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置，快速實現(xiàn)控制電壓的搜索和輸出偏振態(tài)的穩(wěn)定，克服現(xiàn)有的偏振態(tài)控制穩(wěn)定方法的不完善性。

本實用新型提供的一種激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置，包括偏振控制器、起偏器、分束器和電控組件，偏振控制器、起偏器和分束器依次經(jīng)光纖連接，激光輸入偏振控制器，分束器將光束分為2路，比較大的一束作為輸出激光，比較小的一束作為監(jiān)測光信號連接到電控組件，電控組件輸出的控制電壓信號接入偏振控制器。起偏器與偏振控制器連接的輸入光纖為普通單模光纖，起偏器與分束器連接的輸出光纖為保偏光纖。

所述分束器的分束比為(90:10)～(99:1)。

所述的偏振控制器為光纖擠壓型偏振控制器，包含4個擠壓件，相鄰擠壓件間成45度夾角。

所述電控組件含有依次連接的光電探測器、AD轉換模塊、數(shù)字信號處理芯片(DSP)、DA轉換模塊，DA轉換模塊的輸出與偏振控制器相連接，分束器的輸出接入光電探測器。光電探測器將由分束器得到的光信號轉換為電信號，經(jīng)AD轉換模塊轉換為數(shù)字信號，送入數(shù)字信號處理芯片，在此芯片中按控制算法實時快速處理數(shù)據(jù)，得到控制信號，經(jīng)DA轉換模塊轉換為模擬信號，接入偏振控制器作為控制電壓。

所述的光電探測器為PIN型光電二極管。

為了避免光電探測器飽和，讓裝置具有更寬廣的適用范圍，在分束器和電控組件之間接入可調衰減器。

本實用新型的一種激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置，通過電控組件對偏振控制器中各個擠壓件預置電壓，依次掃描各個擠壓件的控制電壓，掃描中得到本裝置線偏振態(tài)激光輸出最大時對應的擠壓件控制電壓為最優(yōu)控制電壓。本裝置經(jīng)穩(wěn)定控制和當某個擠壓件的控制電壓到達控制邊緣時的復位控制保持線偏振態(tài)激光輸出最大。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的一種激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置的優(yōu)點是：1)采用預置控制電壓，以及各擠壓件按不同順序的錯位掃描方式，能快速有效地尋找到偏振控制器的最優(yōu)控制電壓；2)本方法不引入隨機量，不會陷于局部最優(yōu)，搜索時間短且確定，任意偏振態(tài)輸入均能經(jīng)本裝置轉換為最大線偏振輸出；3)本方法包含穩(wěn)定控制和復位控制，有效應對控制電壓到達邊緣的情況，可長時間保證輸出光處于線偏振最大輸出狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置實施例的結構框圖；

圖2為本激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置的最優(yōu)控制電壓搜索結果；

圖3為本激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置的偏振態(tài)穩(wěn)定控制的邦加球示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本激光偏振態(tài)控制穩(wěn)定裝置的結構框圖如圖1所示，圖中的虛線連接符號表示光路，實線連接符號表示電路。本實施例包括偏振控制器、起偏器、分束器、可調衰減器和電控組件，其中偏振控制器、起偏器、分束器依次經(jīng)光纖連接，激光輸入偏振控制器，本例分束器的分束比為90:10，分束器將光束分為2路，90％的光束作為輸出，10％的光束作為監(jiān)測信號經(jīng)可調衰減器連接到電控組件。

起偏器前后分別為普通單模光纖和保偏光纖。

本例的偏振控制器為光纖擠壓型偏振控制器，包含四個擠壓件，相鄰擠壓件間成45度夾角。

本例電控組件含有依次連接的光電探測器、AD轉換模塊、數(shù)字信號處理芯片(DSP)和DA轉換模塊，DA轉換模塊的輸出與偏振控制器相連接，分束器的輸出接入光電探測器。光電探測器將由分束器得到的光信號轉換為電信號，經(jīng)AD轉換模塊轉換為數(shù)字信號，送入數(shù)字信號處理芯片，在此芯片中按控制算法實時快速處理數(shù)據(jù)，得到控制信號，經(jīng)DA轉換模塊轉換為模擬信號，接入偏振控制器作為控制電壓。

本例光電探測器為PIN型光電二極管。

仿真實驗中取1000個不同的偏振態(tài)激光輸入本裝置進行實驗，得到本裝置最大的線偏振輸出對應的最優(yōu)控制電壓，進行控制穩(wěn)定的仿真測試1000次，測定并計算本裝置起偏器后輸出的線偏振態(tài)激光強度與輸入激光強度之比。在本仿真實驗中不考慮器件帶來的固有損耗，實驗結果如圖2所示，圖2橫軸表示起偏器后輸出的線偏振態(tài)激光強度與輸入激光強度之比，縱軸表示仿真次數(shù)。由圖2可見，采用本實用新型的裝置，可以實現(xiàn)任意偏振態(tài)輸入轉換到最大偏振態(tài)輸出，即偏振態(tài)輸出值近似于輸入值。

最優(yōu)控制電壓搜索完畢后，進入穩(wěn)定控制過程，給出輸入偏振態(tài)激光持續(xù)變化，起偏器前偏振控制器輸出的偏振態(tài)激光的的變化，偏振態(tài)使用邦加球表示，如圖3所示。圖3中，雪花點表示持續(xù)變化的輸入光偏振態(tài)，圓圈點表示起偏器前偏振控制器輸出的激光偏振態(tài)。可見，在輸入偏振態(tài)持續(xù)變化的情況下，偏振控制器輸出的線偏振態(tài)激光仍可保持穩(wěn)定。

上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內。