專利名稱：自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制器的控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制器的控制方法及其系統(tǒng)屬于偏振控制技術(shù)領(lǐng)域。
控制邏輯的作用是根據(jù)反饋信號(反饋信號反映的是輸出偏振態(tài)和設(shè)定的偏振態(tài)之間的吻合程度，反饋信號達(dá)到最大值，表示輸出偏振態(tài)和設(shè)定偏振態(tài)完全吻合)，改變各個光纖擠壓器的驅(qū)動電壓，使輸出偏振態(tài)和設(shè)定偏振態(tài)一致，主要控制過程采用步進(jìn)、搜索的方法來實現(xiàn)。具體工作步驟如下1.嘗試改變一點輸出的電壓(嘗試改變擠壓器驅(qū)動電壓ΔV)2.讀入反饋信號，判斷反饋信號的變化情況(變大或者變小)3.根據(jù)反饋信號的變化進(jìn)行相應(yīng)的處理。如果反饋信號變大，則保留本次電壓改變的嘗試；如果反饋信號變小，那么取消這一次電壓的改變嘗試，將電壓恢復(fù)到原來的數(shù)值。
通過不斷的多次嘗試，反饋信號就會越變越大，即輸出偏振態(tài)越來越接近設(shè)定偏振態(tài)，從而實現(xiàn)偏振控制的目的。
上述控制邏輯中，電壓嘗試步長是單一的，存在著控制速度和控制精度的矛盾電壓嘗試步長越長，控制速度高，但控制精度低；反過來，電壓嘗試步長越短，控制速度慢，但控制精度則高。
實際應(yīng)用中，為了避免光纖擠壓器的驅(qū)動電壓超出正常工作范圍及過度擠壓造成光纖遭受破壞性損傷，通常需要通過復(fù)位將接近極限電壓的擠壓器的驅(qū)動電壓恢復(fù)到中心電壓。當(dāng)某一擠壓器處于復(fù)位時，該擠壓器就不參與控制(即中斷控制)。因此，為了實現(xiàn)無中斷復(fù)位，至少需要五個擠壓器，即在控制過程中，三個擠壓器處于控制工作狀態(tài)，另兩個擠壓器執(zhí)行復(fù)位。然而光纖擠壓器個數(shù)增加會導(dǎo)致插入損耗增加，控制速度和控制精度下降，偏振控制器的體積及成本增加。
本發(fā)明的特征在于其驅(qū)動電壓的控制方式是變步長式的，在反饋信號上升過程中，用長嘗試步長的控制電壓使反饋信號的上升沿足夠陡以保證控制速度要求；在接近設(shè)定偏振態(tài)時，用短嘗試步長的控制電壓使反饋信號變化幅度小以保證控制精度；具體而言，它依次含有以下步驟處在不需要復(fù)位時，依照下述次序進(jìn)行(1)根據(jù)前次反饋信號的大小，設(shè)置控制電壓嘗試的步長反饋信號越大，對應(yīng)控制電壓嘗試的步長越小；若反饋信號小于其最大值的90％，則對應(yīng)控制電壓的嘗試步長變大；(2)電壓增加一個步長；(3)讀取反饋信號，按下式計算反饋信號的優(yōu)值函數(shù)S以判斷反饋信號的變化情況，從而決定似乎否應(yīng)該取消本次控制電壓的嘗試S=Uf-Σi(v(i)-Vmid)4;]]>式中Uf反饋信號；V(i)各路控制電壓，i是序號；Vmid壓電陶瓷微位移器工作電壓范圍內(nèi)的中點值；(4)若反饋信號大于最大值的95％，則根據(jù)反饋信號的優(yōu)值函數(shù)的變化方向來判斷是否應(yīng)保留本次電壓嘗試若優(yōu)值函數(shù)變小，表示驅(qū)動電壓向超出正常工作范圍方向變化，可能會造成復(fù)位情況地發(fā)生，應(yīng)取消本次嘗試電壓并改變下次電壓嘗試方向；否則，保留本次嘗試電壓；若反饋信號尚未達(dá)到最大值的95％，則根據(jù)反饋信號的變化方向來判斷是否應(yīng)保留本次嘗試電壓若反饋信號變小，應(yīng)取消本次嘗試電壓并改變下次嘗試電壓方向；否則，保留本次嘗試電壓；處在需要復(fù)位時，采用小步復(fù)位的方法，即把壓電陶瓷微位移器的控制電壓只作小的變化恢復(fù)到允許的范圍以內(nèi)，然后再進(jìn)行下一路控制電壓處理。
根據(jù)本發(fā)明提出的控制方法而設(shè)計的自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制系統(tǒng)，其特征在于它含有接受輸入光信號的光纖擠壓器，接受光纖擠壓器輸出的光信號的偏振器，和偏振器輸出端相連的光強(qiáng)檢測器，接受光強(qiáng)檢測器輸出的反饋信號的A/D轉(zhuǎn)換器以及與上述A/D轉(zhuǎn)換器依次連接的單片機(jī)，D/A轉(zhuǎn)換器，輸出端與光纖擠壓器中壓電陶瓷微位移器的輸入端相連的電壓放大器。
所述的光纖擠壓器包括擠壓方向互成45度角交錯排列的三個光纖擠壓器。
所述的各個光纖擠壓器，其夾具的長度與壓電陶瓷微位移器截面長度等長，且其側(cè)向加壓方向與水平面成22.5度夾角。
所述的光纖擠壓器是對ZL01233489.8，名為“自鎖定斜面滑塊式光纖擠壓器”專利技術(shù)的改進(jìn)。
使用證明它實現(xiàn)了預(yù)期目的。
圖2光纖擠壓器裝配圖；圖3光纖擠壓式電控偏振控制器系統(tǒng)的電路原理框圖；圖4本發(fā)明所述方法的程序流程框圖。
圖5改進(jìn)設(shè)計后的自鎖定斜面滑塊式光纖擠壓器結(jié)構(gòu)5(a)正22.5度光纖擠壓器；5(b)負(fù)22.5度光纖擠壓器；
初始情況各路電壓都在工作范圍以內(nèi)，不需要復(fù)位。
加速階段1.比較反饋信號和反饋信號的最大值，為0.5％，遠(yuǎn)小于95％，設(shè)定電壓嘗試步長為1V；2.對第一路電壓增加一個嘗試步長，工作電壓為151V；3.讀入反饋信號為50；4.反饋信號變大，保留本次電壓嘗試；5.進(jìn)入下一步電壓判斷，重復(fù)步驟1～5，共三路。
控制階段初始狀態(tài)三路控制電壓分別為133V，172V，155V；反饋信號為1990；反饋信號的優(yōu)值函數(shù)S＝1988.1；反饋信號最大值為2000。
1.比較反饋信號和反饋信號的最大值，為99.5％，遠(yuǎn)大于95％，設(shè)定電壓的嘗試步長為0.1V；2.對第一路電壓增加一個嘗試步長，工作電壓變成133.1V；3.讀入反饋信號，反饋信號為1993；4.計算反饋信號的優(yōu)值函數(shù)，結(jié)果為1991.3；5.反饋信號優(yōu)值函數(shù)變大，保留本次電壓嘗試；6.進(jìn)入下一路電壓的判斷，重復(fù)步驟1～5。
在這個階段，電壓嘗試步長都處于最小值。可以保證有很高的控制精度，而且由于電壓波動范圍相應(yīng)也小，從而可有效減小復(fù)位發(fā)生概率。
由此可見，本發(fā)明可以同時實現(xiàn)高的控制速度和控制精度；引入的優(yōu)值函數(shù)，可以有效地防止工作電壓偏離中點值，避免復(fù)位的發(fā)生。
另外，光纖擠壓器的改進(jìn)，使半波電壓減小，增加了光纖擠壓器的工作范圍，也可有效地降低復(fù)位發(fā)生的概率，從而使只使用三個光纖擠壓器成為可能。
權(quán)利要求
1.自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制器的控制方法，它是根據(jù)反映輸出偏振態(tài)和設(shè)定的偏振態(tài)之間的吻合程度的反饋信號的變化方向及大小，通過控制邏輯改變光纖擠壓器中壓電陶瓷微位移器的驅(qū)動電壓來調(diào)節(jié)輸出偏振態(tài)，當(dāng)反饋信號最大時，其輸出偏振態(tài)與設(shè)定偏振態(tài)便保持一致，其特征在于其驅(qū)動電壓的控制方式是變步長式的，在反饋信號上升過程中，用長嘗試步長的控制電壓使反饋信號的上升沿足夠陡以保證控制速度要求；在接近設(shè)定偏振態(tài)時，用短嘗試步長的控制電壓使反饋信號變化幅度小以保證控制精度；具體而言，它依次含有以下步驟處在不需要復(fù)位時，依照下述次序進(jìn)行(1)根據(jù)前次反饋信號的大小，設(shè)置控制電壓嘗試的步長反饋信號越大，對應(yīng)控制電壓嘗試的步長越小；若反饋信號小于其最大值的90％，則對應(yīng)控制電壓的嘗試步長變大；(2)電壓增加一個步長；(3)讀取反饋信號，按下式計算反饋信號的優(yōu)值函數(shù)S以判斷反饋信號的變化情況，從而決定是否應(yīng)該取消本次控制電壓的嘗試S=Uf-Σi(v(i)-Vmid)4;]]>式中Uf反饋信號；V(i)各路控制電壓，i是序號；Vmid壓電陶瓷微位移器工作電壓范圍內(nèi)的中點值；(4)若反饋信號大于最大值的95％，則根據(jù)反饋信號的優(yōu)值函數(shù)的變化方向來判斷是否應(yīng)保留本次電壓嘗試若優(yōu)值函數(shù)變小，表示驅(qū)動電壓向超出正常工作范圍方向變化，可能會造成復(fù)位情況的發(fā)生，應(yīng)取消本次嘗試電壓并改變下次電壓嘗試方向；否則，保留本次嘗試電壓；若反饋信號尚未達(dá)到最大值的95％，則根據(jù)反饋信號的變化方向來判斷是否應(yīng)保留本次嘗試電壓若反饋信號變小，應(yīng)取消本次嘗試電壓并改變下次嘗試電壓方向；否則，保留本次嘗試電壓；處在需要復(fù)位時，采用小步復(fù)位的方法，即把壓電陶瓷微位移器的控制電壓只作小的變化恢復(fù)到允許的范圍以內(nèi)，然后再進(jìn)行下一路控制電壓處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制器的控制方法而設(shè)計的系統(tǒng)，其特征在于，它含有接受輸入光信號的光纖擠壓器，接受光纖擠壓器輸出的光信號的偏振器，和偏振器輸出端相連的光強(qiáng)檢測器，接受光強(qiáng)檢測器輸出的反饋信號的A/D轉(zhuǎn)換器以及與上述A/D轉(zhuǎn)換器依次連接的單片機(jī)，D/A轉(zhuǎn)換器，輸出端與光纖擠壓器中壓電陶瓷微位移器的輸入端相連的電壓放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光纖擠壓器包括擠壓方向互成45度角交錯排列的三個光纖擠壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制系統(tǒng)，其特征在于所述的各個光纖擠壓器，其夾具的長度與壓電陶瓷微位移器截面長度等長，且其側(cè)向加壓方向與水平面成22.5度夾角。
全文摘要
自適應(yīng)光纖擠壓式電控偏振控制器的控制方法及其系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏振控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于其驅(qū)動電壓的控制方式是變步長的，在反饋信號上升過程中，用長嘗試步長的控制電壓來保證控制速度；在接近設(shè)定偏振態(tài)時，用短嘗試步長的控制電壓來保證控制精度；同時，在反饋信號達(dá)到最大值的95％時，引入反饋信號與工作電壓偏離中心工作點的值兩者之差的優(yōu)值函數(shù)來有效地防止工作電壓偏離中心工作點，避免復(fù)位情況的發(fā)生；采用小步復(fù)位方法，使復(fù)位時，工作不中斷。同時，改進(jìn)了光纖擠壓器的結(jié)構(gòu)，減少了半波電壓，增加了光纖擠壓器的工作范圍，也可以有效地減少復(fù)位發(fā)生的概率，從而使得只使用三個光纖擠壓器成為可能。實驗結(jié)果，其控制速度達(dá)到2500πrad/s，偏振態(tài)地控制偏差小于1％。
文檔編號G02F1/03GK1402050SQ02131330
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者姚敏玉, 溫平進(jìn), 徐千帆, 陳碩, 燕萌 申請人:清華大學(xué)