一种免重置切换的片上光合束控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种免重置切换的片上光合束控制系统及方法，属于光电子系统控制领域，包括：光学预处理模块和预处理控制模块；预处理控制模块在相位角Φ'的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，对可调相移Φ

【技术实现步骤摘要】
一种免重置切换的片上光合束控制系统及方法


[0001]本专利技术属于光电子系统控制领域，更具体地，涉及一种免重置切换的片上光合束控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在片上光学系统中，常需要对不同的光信号进行调制，操纵以及处理。其中，将两束相干光进行合束是十分普遍且重要的操作，在偏振控制、模式解串扰、光学矩阵计算、光学人工智能等领域具有十分广泛的应用。
[0003]对于两束具有随机分布的振幅以及相位的相干光，现有的片上光合束控制系统常采用两级马赫曾德尔干涉仪的结构对其进行合束，其中，第一级相移器用于补偿两束相干光之间的相位差，第一级相移器以及3dB耦合器用于补偿两束相干光之间的幅度差；并在这个过程中，基于反馈电压信号来实时控制各相移器的相移量大小，通过电学反馈控制以实现完美合束。
[0004]然而在实际的应用场景中，两束输入光的相位以及幅度往往不是固定不变的，会随着时间发生变化，因此，在合束过程中各相移器的相移量大小需要根据输入实时变化。但是，由于角度具有周期性，两束输入光的相位角以及幅度角无限增长时，也可视为在[0，2π]之间往复循环，从2π瞬间变化到0。而在电学反馈控制中，由于所输出的反馈电压信号是有上限的，无法无限增长，同时也无法从到达2π时所需电压瞬间变化至到达0时所需的电压。因此，现有的光合束控制方法通常需要对达到输出上限阈值的相移器进行重置，或者直接切换相移器，使其能够重新具有调节功能，以实现无尽调节。
[0005]为了解决上述问题，现有技术利用三级马赫曾德尔单元来实现一个无休止的相移器功能，当中间马赫曾德尔单元的相移器达到输出上限阈值(相移达到2π)时，左侧以及右侧的马赫曾德尔单元进行开关切换，使光从中间马赫曾德尔单元中没有相移器的一侧进行传输，完成切换后，对中间马赫曾德尔单元的相移器进行重置至零，完成重置后再由左侧以及右侧的马赫曾德尔单元进行开关切换至开始的状态，从而保证相位调节的连续性以及无休止。该方法在原理上尝试用离散的调节方式去模拟连续的调节，但是，该方法对切换的速度和切换时刻相移量大小的精度有着较高要求，较慢的切换速度会导致切换过程中输出功率出现大幅抖动，且必须在2π节点进行准确的切换才可保证在切换过程中相移量变换的连续性，在实际系统中实施存在困难，难以实现真正的连续无休止调节，往往在切换或重置的过程中对输出信号产生较大影响，因此，亟需一种无需重置和切换的连续调节方法来实现无尽的光学合束。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种免重置切换的片上光合束控制系统及方法，用于解决现有技术由于需要对相移器进行重置或切换所导致的无法对相移器进行连续调节以实现无尽光学合束的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种免重置切换的片上光合束控制系统，包括：
[0008]光学预处理模块，用于通过引入可调相移Φ
c
，并基于3dB耦合器对待合束光进行干涉，从而对待合束光琼斯矢量中的幅度角θ与相位角Φ进行转换，以将转换后的待合束光琼斯矢量中的幅度角θ'与相位角Φ'限制在预设范围内；
[0009]片上光合束模块，与光学预处理模块的输出端相连，包括多级相移器和3dB耦合器，用于对转换后的待合束光的相位差以及幅度差进行补偿后，进行合束，从而在输出端口处生成单一输出光，同时在反馈端口处生成剩余部分光，并转化为反馈信号，输出至反馈控制模块；
[0010]反馈控制模块，与片上光合束模块的反馈端口相连，用于实时调整片上光合束模块中各相移器的相移量，从而将反馈信号最小化；并根据当前片上光合束模块上所施加的反馈控制电压计算相位角Φ
′
的当前值，并输出至预处理控制模块；
[0011]预处理控制模块，用于在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，对可调相移Φ
c
进行连续调节，使其在0到π之间变化，以保证相位角Φ
′
被限制在预设范围内。
[0012]进一步优选地，预处理控制模块用于在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，判断可调相移Φ
c
的大小，当可调相移Φ
c
为0时，对其进行连续调节，使其从0缓慢增大到π；当可调相移Φ
c
为π时，对其进行连续调节，使其从π缓慢减小到0。
[0013]进一步优选地，幅度角θ
′
和相位角Φ
′
与幅度角θ、相位角Φ及可调相移Φ
c
的关系式为：
[0014][0015][0016]进一步优选地，上述光学预处理模块包括一级相移器和3dB耦合器；其中，相移器的相移值为可调相移Φ
c
。
[0017]进一步优选地，每一级相移器和3dB耦合器中的相移器为1或多个。
[0018]进一步优选地，上述相移器包括：基于热光效应的热调相移器、基于等离子色散效应的反偏PN相移器或正偏PIN相移器、基于MEMS结构的硅基相移器或基于LiNbO3薄膜材料的相移器。
[0019]进一步优选地，上述3dB耦合器包括：定向耦合器、多模干涉仪或Y型节耦合器。
[0020]进一步优选地，片上光合束模块的反馈端口处设置有光电转换单元，用于将反馈端口处生成的剩余部分光转化为反馈信号，并输出至反馈控制模块。
[0021]进一步优选地，光电转换单元包括：光电二极管或无接触集成光子探针。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种免重置切换的片上光合束控制方法，应用于本专利技术第一方面所提供的免重置切换的片上光合束控制系统，包括以下步骤：
[0023]S1、通过引入可调相移Φ
c
，并基于3dB耦合器对待合束光进行干涉，从而对待合束光琼斯矢量中的幅度角θ与相位角Φ进行转换，以将转换后的待合束光琼斯矢量中的幅度
角θ
′
与相位角Φ
′
限制在预设范围内；
[0024]S2、采用片上光合束模块对转换后的待合束光的相位差以及幅度差进行补偿后，进行合束，从而在输出端口处生成单一输出光，同时在反馈端口处生成剩余部分光，并转化为反馈信号；其中，片上光合束模块包括多级相移器和3dB耦合器；
[0025]在这个过程中，实时调整片上光合束模块中各相移器的相移量，从而将反馈信号最小化；并根据当前片上光合束模块上所施加的反馈控制电压计算相位角Φ
′
的当前值，并在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，对可调相移Φ
c
进行连续调节，使其在0到π之间变化，以保证相位角Φ
′
被限制在预设范围内。
[0026]进一步优选地，在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种免重置切换的片上光合束控制系统，其特征在于，包括：光学预处理模块，用于通过引入可调相移Φ
c
，并基于3dB耦合器对待合束光进行干涉，从而对待合束光琼斯矢量中的幅度角θ与相位角Φ进行转换，以将转换后的待合束光琼斯矢量中的幅度角θ
′
与相位角Φ
′
限制在预设范围内；片上光合束模块，与所述光学预处理模块的输出端相连，包括多级相移器和3dB耦合器，用于对转换后的待合束光的相位差以及幅度差进行补偿后，进行合束，从而在输出端口处生成单一输出光，同时在反馈端口处生成剩余部分光，并转化为反馈信号，输出至反馈控制模块；反馈控制模块，与所述片上光合束模块的反馈端口相连，用于实时调整所述片上光合束模块中各相移器的相移量，从而将所述反馈信号最小化；并根据当前所述片上光合束模块上所施加的反馈控制电压计算相位角Φ
′
的当前值，并输出至预处理控制模块；预处理控制模块，用于在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，对所述可调相移Φ
c
进行连续调节，使其在0到π之间变化，以保证相位角Φ
′
被限制在预设范围内。2.根据权利要求1所述的片上光合束控制系统，其特征在于，所述预处理控制模块用于在相位角Φ
′
的当前值刚超出预设边界范围或者与预设边界范围的上边界或下边界的差值小于预设值时，判断所述可调相移Φ
c
的大小，当所述可调相移Φ
c
为0时，对其进行连续调节，使其从0缓慢增大到π；当所述可调相移Φ
c
为π时，对其进行连续调节，使其从π缓慢减小到0。3.根据权利要求1所述的片上光合束控制系统，其特征在于，幅度角θ
′
和相位角Φ
′
与幅度角θ、相位角Φ及可调相移Φ
c
的关系式为：的关系式为：4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的片上光合束控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭旻，汪宇航，陈晓飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：