一種基于耦合效率優化的快速控制反射鏡光纖耦合對準裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于光通信領域，設及一種光纖禪合對準裝置，尤其是一種基于禪合效率 優化的快速控制反射鏡光纖禪合對準裝置。
【背景技術】
[0002] 光通信通常采用光纖禪合探測器進行探測，其光纖禪合效率直接影響通信效率和 成碼率。因此要求裝置在滿足微弱能量探測的同時保持很高禪合效率。然而受大氣到達角 起伏、機械振動和溫度環境變化等因素的影響，接收端光斑會出現漂移或隨機抖動，從而造 成光纖禪合效率下降。因此光纖禪合處的光斑抖動成為了制約光通信效率的最重要因素之 〇
[0003] 圖1為傳統光纖禪合對準裝置的示意圖，由快速控制反射鏡，分光鏡，成像透鏡組， 光纖，反射鏡，禪合透鏡組，位置探測器和快速控制反射鏡驅動組成。傳統光纖禪合對準裝 置通過CCD或者PSD等位置靈敏度探測器件對光斑質屯、位置進行探測，與快速控制反射鏡進 行閉環，利用光纖與位置探測器同軸實現光纖的禪合對準。此裝置雖然能達到穩定光束的 作用，但同時存在W下問題:一是不能解決裝置初對準問題，由于每次初始狀態光束的焦點 位置都存在差異，并不能夠有效的進行禪合，通常采用人工對準的方法實現初始光束的禪 合;二是快速控制反射鏡的控制是通過信標光閉環，不能直接解決禪合效率問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基于禪合效率優化的快速控制反射鏡光纖禪合對準裝 置，運種裝置直接利用入射到光纖中的光的能量作為評價因子，無需CCD、PSD等位置探測 器，也不需要計算光斑的質屯、位置，具有結構簡單，禪合效率高的特點。
[0005] 本發明采用的技術方案為:一種基于禪合效率優化的快速控制反射鏡光纖禪合對 準裝置，整個裝置包括光纖、快速控制反射鏡、快速控制反射鏡驅動、隨機并行梯度下降算 法控制器、禪合透鏡組和能量探測器。在整個禪合裝置工作時，接收光經快速控制反射鏡入 射到禪合透鏡組，禪合透鏡組將入射光聚焦至光纖端面，光纖與能量探測器連接，能量探測 器探測入射到光纖中光的能量作為整個禪合裝置的評價因子，然后由隨機并行梯度下降算 法控制器輸出一個隨機擾動信號，擾動信號經快速控制反射鏡驅動施加到快速控制反射鏡 上，由于快速控制反射鏡的控制電壓改變，它的鏡面發生偏轉，導致入射光經禪合透鏡組聚 焦到光纖中的能量發生改變，此時由能量探測器探測當前光纖中的能量并將能量值傳送給 隨機并行梯度下降算法控制器，隨機并行梯度下降算法控制器利用隨機并行梯度下降算法 根據得到的光功率評價因子的變化估計優化的梯度方向，并計算得到W適合的增益沿估計 的梯度方向獲取快速控制反射鏡的控制電壓，該電壓經快速控制反射鏡驅動施加到快速控 制反射鏡上，完成一次迭代;通過反復迭代使得光纖功率計中光能量值穩定在較大值，獲得 理想的光纖禪合效果。
[0006] 其中，所述的光纖的波長、數值孔徑根據實際情況而定，種類不限，可W是單模光 纖、多模光纖、保偏光纖等;所述的快速控制反射鏡實現光束角度的偏轉，也可w采用其他 的光束偏轉器件，如液晶空間光調制器、機械掃描裝置等;所述的能量探測器種類不限，可 W是各種光功率計、、單光子計數器或Aro等能量探測器件;所述的隨機并行梯度下降算法 控制器，其種類不限，可W是計算機、大規模集成電路等能夠執行該算法控制的相關設備和 器件。
[0007]其中，該裝置評價因子為能量探測器探測到的光纖中的能量值，評價因子取得越 接近極值時，光纖禪合效率越高。
[000引本發明與現有技術相比優點在于：
[0009] (1)本發明根據能量探測器探測到的光纖中入射光的能量就可W完成裝置的禪 合，不需要其他獨立的位置探測器，從而不需要對光纖位置W及位置探測器上的位置進行 標定，簡化了禪合對準裝置的結構，減小了禪合對準裝置的體積和重量。同時避免了通常禪 合對準裝置中位置探測器與禪合光纖相互獨立分光、浪費了入射光能量的缺點，直接對入 射到光纖中的能量進行禪合對準，避免了因分光造成的波前變化，提高了禪合對準裝置的 能量利用率。
[0010] (2)本發明根據能量探測器中探測到的入射到光纖中能量作為評價因子，評價因 子變化估計優化梯度方向進行工作，無需信標光，無需測量快速控制反射鏡和位置探測器 之間的旋轉關系，使用簡單。
[0011] (3)本發明的隨機并行梯度下降算法計算過程為向量的相減和相乘，且算法簡單， 適合用DSP、FPGA等技術快速實現。
[0012] (4)本發明提供的光纖禪合對準裝置，效率、精度高，能夠實現光纖的禪合對準，在 激光通信、量子通信等領域有廣泛應用前景。
【附圖說明】
[0013] 圖1為傳統光纖禪合對準裝置的示意圖。
[0014] 圖2為基于隨機并行梯度下降算法的快速控制反射鏡光纖禪合對準裝置示意圖， 其中1為快速控制反射鏡，2為禪合透鏡組，3為光纖，4為能量探測器，5為隨機并行梯度下降 算法控制器，6為快速控制反射鏡驅動。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖W及具體實施例進一步說明本發明。
[0016] 如圖2,一種基于禪合效率優化的快速控制反射鏡光纖禪合對準裝置由光纖3、快 速控制反射鏡1、快速控制反射鏡驅動6、隨機并行梯度下降算法控制器5、禪合透鏡組2、能 量探測器4構成，其中能量探測器4用于測量入射到光纖3中光的能量，隨機并行梯度下降算 法控制器5完成SPGD算法的實現W及快速控制反射鏡1控制電壓的輸出。
[0017] 在整個禪合對準裝置工作時，接收光經快速控制反射鏡入射到禪合透鏡組2,禪合 透鏡組2將入射光聚焦至光纖3端面上，光纖3與能量探測器4相連接，能量探測器4探測入射 到光纖3中光的能量作為整個禪合裝置的評價因子，然后由SPGD算法控制器5輸出一個隨機 擾動信號，擾動信號經快速控制反射鏡驅動6施加到快速控制反射鏡1上，由于快速控制反 射鏡1的控制電壓改變，它的鏡面發生偏轉，導致入射光經禪合透鏡組2聚焦到光纖3中的能 量發生改變，此時由能量探測器4探測當前光纖3中的能量并將能量值傳送給隨機并行梯度 下降算法控制器5，SPGD算法根據得到的光能量評價因子的變化估計優化的梯度方向，并計 算得到W適合的增益沿估計的梯度方向獲取快速控制反射鏡1的控制電壓，該電壓經快速 控制反射鏡巧g動施加到快速控制反射鏡上，完成一次迭代;通過反復迭代使得能量探測器 中光能量值穩定在較大值，從而獲得理想的光纖禪合效果。
[0018] 隨機并行梯度下降算法控制器產生控制電壓的過程為：
[0019] 對于能量探測器中探測到的光纖中的能量值，首先定義其為性能評價因子J，（ux， Uy