一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法与装置，该方法为：对阵列波导器进行初始寻光；基于粒子群算法—数学优化寻找峰值位置，加入自适应变化惯性权重并进行仿真分析；采用有限测量光功率值并进行优化迭代；通过优化迭代找到实际峰值位置；该装置包括：CCD系统模块、激光光源、第一定位模块、第二定位模块、波导芯片、第一阵列光纤、第二阵列光纤、光功率检测模块、控制系统及对准耦合算法模块；本发明基于粒子群算法只需通过较少的迭代次数即可找到峰值点，提高了搜索效率；在寻优过程中不涉及人为权限设定，解决了现行自动对准耦合的不足之处，提高了收敛速度、局部搜索能力和搜索精度。
【专利说明】一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明属于阵列波导器件领域，尤其涉及一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法与装置。
【背景技术】
[0002]阵列波导器件是光网络通信系统中的关键部件，主要用于光信号的转换和传输。随着光通信系统的高速发展，该领域对阵列波导器件的需求越来越大，对器件的质量要求也越来越高。但是阵列波导器件较高的成本成为制约光网络通信发展的因素之一，阵列波导器件的制造成本主要集中在封装过程中，而封装过程的关键技术则是光子器件的耦合与对准，所以高效耦合对准算法的提出对集成光子器件的成本降低和质量提高有重要意义。
[0003]目前，在阵列波导器件封装制造业中，国内广泛采用的是手动工艺来进行阵列波导器件的对准耦合。传统的阵列波导器件对准耦合方法存在对准精度低，需要较多的耦合次数，搜索效率低，波导芯片与阵列光纤的低损耗快速对准耦合的自动化程度低的问题。而自动化对准的速度快，耦合结果好，劳动力成本较低，是阵列波导器件对准耦合工艺的发展方向。但全自动的阵列波导器件封装又被少数几家国外企业垄断，因此对阵列波导器件自动化对准耦合装置及算法的研究可以有效的打破国外垄断，降低阵列波导器件的成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法与装置，旨在解决传统的阵列波导器件对准耦合方法存在对准精度低，需要较多的耦合次数，搜素效率低，波导芯片与阵列光纤的低损耗快速对准耦合的自动化程度低的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法包括:
[0006]步骤一:对阵列波导器进行初始寻光；
[0007]步骤二:基于粒子群算法一数学优化寻找峰值位置，加入自适应变化惯性权重并进行仿真分析；
[0008]步骤三:采用有限测量光功率值并进行优化迭代；
[0009]步骤四:通过优化迭代找到实际峰值位置。
[0010]进一步，该基于粒子群算法寻找峰值的方法为初始化粒子群体，初始化完成后通过计算各粒子的适应度来更新粒子的位置和速度，当搜索目标符合阀值要求之后，搜索终止。
[0011 ] 进一步，可以用改进粒子群算法代替粒子群算法，改进粒子群算法是采用弓I入交叉机制的杂交PSO模型与自适应变化惯性权重相结合的粒子群算法，杂交PSO模型把选择机制引入基本粒子群算法中，对每一次迭代产生的新粒子根据适应度进行选择，以适应度高的部分粒子取代适应度低的部分粒子。
[0012]进一步，交叉机制类似于遗传算法中的交叉遗传，以交叉概率选择待交叉粒子，两两组合交叉操作之后产生新粒子，新粒子的位置和速度矢量如下式所示:
【权利要求】
1.一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法包括: 步骤一:对阵列波导器进行初始寻光； 步骤二:基于粒子群算法一数学优化寻找峰值位置，加入自适应变化惯性权重并进行仿真分析； 步骤三:采用有限测量光功率值并进行优化迭代； 步骤四:通过优化迭代找到实际峰值位置。
2.如权利要求1所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，其特征在于，该基于粒子群算法寻找峰值的方法为初始化粒子群体，初始化完成后通过计算各粒子的适应度来更新粒子的位置和速度，当搜索目标符合阀值要求之后，搜索终止。
3.如权利要求1所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，其特征在于，可以用改进粒子群算法代替粒子群算法，改进粒子群算法是采用引入交叉机制的杂交PSO模型与自适应变化惯性权重相结合的粒子群算法，杂交PSO模型把选择机制引入基本粒子群算法中，对每一次迭代产生的新粒子根据适应度进行选择，以适应度高的部分粒子取代适应度低的部分粒子。
4.如权利要求3所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，其特征在于，交叉机制类似于遗传算法中的交叉遗传，以交叉概率选择待交叉粒子，两两组合交叉操作之后产生新粒子，新粒子的位置和速度矢量如下式所示:
5.如权利要求1所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合方法自适应变化惯性权重惯性权重ω值的大小达标粒子对当前速度的继承能力，改变惯性权重值可以控制算法的搜索能力，自适应变化惯性权重惯性权重ω值的公式
6.一种基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置包括:CCD系统模块、激光光源、第一定位模块、第二定位模块、波导芯片、第一阵列光纤、第二阵列光纤、光功率检测模块、控制系统及对准耦合算法模块； 与控制系统及对准耦合算法模块连接，用于对阵列波导器件对准耦合装置实现初始对准的CCD系统模块； 激光光源设置在第一定位模块的左侧； 用于安装输入光纤、输出光纤的第一定位模块和第二定位模块，分别安装在控制系统及对准耦合算法模块的左右两侧； 波导芯片设置在控制系统及对准耦合算法模块的中间位置； 第一阵列光纤连接激光光源，设置在第一定位模块的上面； 用于对阵列波导器件封装装置实现精密对准的光功率检测模块，设置在第二阵列光纤的右侧；第二阵列光纤连接光功率检测模块，设置在第二定位模块的上面；用于对对准耦合装置进行控制的控制系统及对准耦合算法模块。
7.如权利要求6所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置还包括: 用于安装输入光纤、波导芯片和输出光纤的六轴超精定位模块； 用于六轴高精度调整模块固定的精密光学夹具模块。
8.如权利要求6和7所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置对准步骤如下: 利用精密夹具将波导芯片固 定，在CCD系统模块监控下移动输入阵列光纤； 激光光源与输入端第一阵列光纤稱合，红外相机检测波导芯片输出的光，按照粗对准算法加精确对准算法的顺序移动输入端第一阵列光纤，直至红外相机检测到N个规则的圆形光斑； 在CCD系统模块的引导下，移动输出端第二阵列光纤至波导芯片，按照粗对准算法移动输出端第二阵列光纤，直至检测到光功率值，然后按照精确对准算法移动输出端第二阵列光纤，直至I或N通道光功率值达到最大； 按照多通道对准方案旋转输出端第二阵列光纤，直至I和N通道光功率值达到最佳均衡状态。
9.如权利要求6所述的基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置，其特征在于，该基于粒子群算法的阵列波导器件对准耦合装置采用的是自动化对准算法。
【文档编号】G02B6/43GK103513350SQ201310467810
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】郑煜, 段吉安, 王丽军, 吕文, 李继攀, 卢胜强 申请人:中南大学