一种基于耦合效率优化的快速控制反射镜光纤耦合对准装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于光通信领域，设及一种光纤禪合对准装置，尤其是一种基于禪合效率 优化的快速控制反射镜光纤禪合对准装置。
【背景技术】
[0002] 光通信通常采用光纤禪合探测器进行探测，其光纤禪合效率直接影响通信效率和 成码率。因此要求装置在满足微弱能量探测的同时保持很高禪合效率。然而受大气到达角 起伏、机械振动和溫度环境变化等因素的影响，接收端光斑会出现漂移或随机抖动，从而造 成光纤禪合效率下降。因此光纤禪合处的光斑抖动成为了制约光通信效率的最重要因素之 〇
[0003] 图1为传统光纤禪合对准装置的示意图，由快速控制反射镜，分光镜，成像透镜组， 光纤，反射镜，禪合透镜组，位置探测器和快速控制反射镜驱动组成。传统光纤禪合对准装 置通过CCD或者PSD等位置灵敏度探测器件对光斑质屯、位置进行探测，与快速控制反射镜进 行闭环，利用光纤与位置探测器同轴实现光纤的禪合对准。此装置虽然能达到稳定光束的 作用，但同时存在W下问题:一是不能解决装置初对准问题，由于每次初始状态光束的焦点 位置都存在差异，并不能够有效的进行禪合，通常采用人工对准的方法实现初始光束的禪 合;二是快速控制反射镜的控制是通过信标光闭环，不能直接解决禪合效率问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于禪合效率优化的快速控制反射镜光纤禪合对准装 置，运种装置直接利用入射到光纤中的光的能量作为评价因子，无需CCD、PSD等位置探测 器，也不需要计算光斑的质屯、位置，具有结构简单，禪合效率高的特点。
[0005] 本发明采用的技术方案为:一种基于禪合效率优化的快速控制反射镜光纤禪合对 准装置，整个装置包括光纤、快速控制反射镜、快速控制反射镜驱动、随机并行梯度下降算 法控制器、禪合透镜组和能量探测器。在整个禪合装置工作时，接收光经快速控制反射镜入 射到禪合透镜组，禪合透镜组将入射光聚焦至光纤端面，光纤与能量探测器连接，能量探测 器探测入射到光纤中光的能量作为整个禪合装置的评价因子，然后由随机并行梯度下降算 法控制器输出一个随机扰动信号，扰动信号经快速控制反射镜驱动施加到快速控制反射镜 上，由于快速控制反射镜的控制电压改变，它的镜面发生偏转，导致入射光经禪合透镜组聚 焦到光纤中的能量发生改变，此时由能量探测器探测当前光纤中的能量并将能量值传送给 随机并行梯度下降算法控制器，随机并行梯度下降算法控制器利用随机并行梯度下降算法 根据得到的光功率评价因子的变化估计优化的梯度方向，并计算得到W适合的增益沿估计 的梯度方向获取快速控制反射镜的控制电压，该电压经快速控制反射镜驱动施加到快速控 制反射镜上，完成一次迭代;通过反复迭代使得光纤功率计中光能量值稳定在较大值，获得 理想的光纤禪合效果。
[0006] 其中，所述的光纤的波长、数值孔径根据实际情况而定，种类不限，可W是单模光 纤、多模光纤、保偏光纤等;所述的快速控制反射镜实现光束角度的偏转，也可w采用其他 的光束偏转器件，如液晶空间光调制器、机械扫描装置等;所述的能量探测器种类不限，可 W是各种光功率计、、单光子计数器或Aro等能量探测器件;所述的随机并行梯度下降算法 控制器，其种类不限，可W是计算机、大规模集成电路等能够执行该算法控制的相关设备和 器件。
[0007]其中，该装置评价因子为能量探测器探测到的光纤中的能量值，评价因子取得越 接近极值时，光纤禪合效率越高。
[000引本发明与现有技术相比优点在于：
[0009] (1)本发明根据能量探测器探测到的光纤中入射光的能量就可W完成装置的禪 合，不需要其他独立的位置探测器，从而不需要对光纤位置W及位置探测器上的位置进行 标定，简化了禪合对准装置的结构，减小了禪合对准装置的体积和重量。同时避免了通常禪 合对准装置中位置探测器与禪合光纤相互独立分光、浪费了入射光能量的缺点，直接对入 射到光纤中的能量进行禪合对准，避免了因分光造成的波前变化，提高了禪合对准装置的 能量利用率。
[0010] (2)本发明根据能量探测器中探测到的入射到光纤中能量作为评价因子，评价因 子变化估计优化梯度方向进行工作，无需信标光，无需测量快速控制反射镜和位置探测器 之间的旋转关系，使用简单。
[0011] (3)本发明的随机并行梯度下降算法计算过程为向量的相减和相乘，且算法简单， 适合用DSP、FPGA等技术快速实现。
[0012] (4)本发明提供的光纤禪合对准装置，效率、精度高，能够实现光纤的禪合对准，在 激光通信、量子通信等领域有广泛应用前景。
【附图说明】
[0013] 图1为传统光纤禪合对准装置的示意图。
[0014] 图2为基于随机并行梯度下降算法的快速控制反射镜光纤禪合对准装置示意图， 其中1为快速控制反射镜，2为禪合透镜组，3为光纤，4为能量探测器，5为随机并行梯度下降 算法控制器，6为快速控制反射镜驱动。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图W及具体实施例进一步说明本发明。
[0016] 如图2,一种基于禪合效率优化的快速控制反射镜光纤禪合对准装置由光纤3、快 速控制反射镜1、快速控制反射镜驱动6、随机并行梯度下降算法控制器5、禪合透镜组2、能 量探测器4构成，其中能量探测器4用于测量入射到光纤3中光的能量，随机并行梯度下降算 法控制器5完成SPGD算法的实现W及快速控制反射镜1控制电压的输出。
[0017] 在整个禪合对准装置工作时，接收光经快速控制反射镜入射到禪合透镜组2,禪合 透镜组2将入射光聚焦至光纤3端面上，光纤3与能量探测器4相连接，能量探测器4探测入射 到光纤3中光的能量作为整个禪合装置的评价因子，然后由SPGD算法控制器5输出一个随机 扰动信号，扰动信号经快速控制反射镜驱动6施加到快速控制反射镜1上，由于快速控制反 射镜1的控制电压改变，它的镜面发生偏转，导致入射光经禪合透镜组2聚焦到光纤3中的能 量发生改变，此时由能量探测器4探测当前光纤3中的能量并将能量值传送给随机并行梯度 下降算法控制器5，SPGD算法根据得到的光能量评价因子的变化估计优化的梯度方向，并计 算得到W适合的增益沿估计的梯度方向获取快速控制反射镜1的控制电压，该电压经快速 控制反射镜巧g动施加到快速控制反射镜上，完成一次迭代;通过反复迭代使得能量探测器 中光能量值稳定在较大值，从而获得理想的光纤禪合效果。
[0018] 随机并行梯度下降算法控制器产生控制电压的过程为：
[0019] 对于能量探测器中探测到的光纤中的能量值，首先定义其为性能评价因子J，（ux， Uy