论文题目: 基于透明电光陶瓷偏振控制器及其算法的设计与研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电子科学与技术
作者: 李伟文
导师: 章献民
关键词: 偏振控制器,透明电光陶瓷,模拟退火算法,无端复位,延迟量
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 偏振控制器是光纤通信系统尤其是偏振模色散补偿和相干光通信不可少的偏振态控制元件。偏振控制器要求有快的响应速度,大的消光比,小的波动,并能无端复位或不需复位就可进行无端偏振态控制。 综述了偏振控制器的研究进展,总结出按控制器波片对偏振态作用原理可把电控制偏振控制器分成三类:延迟量控制型偏振控制器,方位角控制型偏振控制器、延迟量—方位角控制型偏振控制器。描述了偏振态在电光材料的传播特性及其数学表达,并分析了可用于偏振控制器制作的材料特性。 设计了延迟量控制型四波片偏振控制器模型:四个延迟器波片的快轴与水平参考方向的夹角依次为45°、0°、45°、0°。首次采用遗传算法和模拟退火算法进行光强寻优的反馈控制算法。仿真结果表明,遗传算法用于偏振态控制时,收敛性好,其光强波动小于2%,但收敛速度相对要慢。 着重研究了模拟退火算法在偏振控制器中的应用。通过仿真确定了模拟退火算法在偏振态控制中应用的最佳控制参数。仿真结果表明,利用模拟退火算法进行偏振态控制时,其收敛速度快,收敛性好,最小光强波动可小于1%,由于采用闭区间寻优,不需要进行附加的重置复位。 采用响应速度快,电光系数大的电光陶瓷材料按提出的偏振控制器模型设计了四波片组,并由此制作了四波片偏振控制器。采用模拟退火控制算法,进行了实验验证。实验结果表明,设计的偏振控制器响应速度快于400μs,消光比大于20dB,可进行慢速度自动复位。 分析了延迟量控制型偏振控制器的各种复位方法,仿真说明Noe复位法存在复位振荡,基于此首次提出了强制复位方法,仿真结果表明其有良好的复位能力,并消除了复位振荡。把延迟量可变波片通过一定的组合方法构建等效方位角可变波片,仿真显示该算法完全解决延迟量控制偏振控制器的复位问题,不需复位操作就能实现偏振态的无端控制。通过对可变-可转波片分析,提出了后馈法无端控制算法,仿真结果表明其无端性良好。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 偏振控制器概述
1．2．1 偏振控制器性能指标
1．2．2 偏振控制器分类
1．2．3 偏振控制器偏振态控制原理
1．3 光纤型偏振控制器
1．3．1 光纤环偏振控制器
1．3．2 挤压光纤偏振控制器
1．3．3 可转光纤挤压器
1．4 电光晶体偏振控制器
1．4．1 LiNbO_3可转波片偏振控制器
1．4．2 液晶可转波片偏振控制器
1．4．3 PLZT可变可转波片偏振控制器
1．5 棱镜型偏振控制器
1．5．1 分光棱镜型偏振控制器
1．5．2 Babinet-Soleil补偿器偏振控制器
1．6 偏振控制器的控制算法和无端复位
1．6．1 偏振控制器控制算法
1．6．2 偏振控制器的无端复位
1．7 本文的主要工作
参考文献
第二章 光的偏振态及其在电光晶体中的传播
2．1 光偏振态的数学描述
2．1．1 偏振光
2．1．2 椭圆偏振态的描述
2．1．3 光偏振态的邦加球表示
2．1．4 斯托克斯矢量与密勒矩阵
2．1．5 琼斯矢量与琼斯矩阵
2．2 光在晶体中的传播
2．2．1 晶体中的双折射现象
2．2．2 晶体的折射率椭球
2．2．3 晶体延迟器及其数学表示
2．3 透明铁电陶瓷
2．3．1 电光效应
2．3．2 偏振控制器中的电光晶体
2．3．3 透明铁电陶瓷
2．4 小结
参考文献
第三章 偏振控制器模型及控制算法的设计
3．1 延迟量控制型偏振控制器模型设计
3．1．1 偏振控制器模型
3．1．2 反馈控制算法
3．2 遗传算法在可变波片偏振控制器中的应用
3．2．1 遗传算法概述
3．2．2 基于遗传算法偏振控制器的仿真
3．3 模拟退火算法
3．3．1 模拟退火算法分析
3．3．2 模拟退火算法中的控制参数
3．4 模拟退火算法控制参数的确定
3．4．1 初温T_0对收敛性的影响
4．2．2 温度更新函数的p参量对收敛性的影响
3．4．3 状态产生函数中常数s对收敛性的影响
3．4．4 综合仿真
3．5 基于模拟退火法偏振控制器的波片相移特性
3．5．1 三波片控制器波片相移特性
3．5．2 四波片偏振控制器相移特性
3．6 小结
参考文献
第四章 基于透明铁电陶瓷延迟器波片组设计
4．1 用于制备控制器波片的电光陶瓷性能
4．2 电光陶瓷延迟器波片电极设计
4．3 电光陶瓷延迟器波片组设计
4．4 小结
参考文献
第五章 基于模拟退火算法电光陶瓷偏振控制器实验
5．1 偏振控制器系统设计
5．1．1 波片组
5．1．2 高压产生电路
5．1．3 光纤偏振分束器
5．1．4 光电转换电路
5．1．5 DSP处理器
5．2 偏振控制器性能测试实验平台
5．3 性能测试
5．3．1 对稳定输入偏振态的控制
5．3．2 对随机输入偏振态的控制
5．3．3 偏振控制器的响应速度
5．4 小结
参考文献
第六章 延迟量控制型偏振控制器的无端复位
6．1 偏振控制器的无端复位方法
6．1．1 直接复位方法
6．1．2 小步倒退复位法
6．2 Noé复位法
6．2．1 Noé复位法
6．2．2 Noé复位法在基于模拟退火算法偏振控制器中的应用
6．2．3 Noé复位法的改进-强迫Noé复位法
6．3 小结
参考文献
第七章 延迟量控制型偏振控制器的可转控制算法
7．1 由延迟量可变波片组构造等效方位角可变波片
7．1．1 延迟片的四元数表示
7．1．2 由两个可变波片构造的等效可转波片
7．1．3 等效1/4可转波片的构造
7．1．4 等效1/2可转波片的构造
7．2 基于等效可转波片的延迟量控制型偏振控制器
7．2．1 五波片偏振控制器
7．2．2 四波片偏振控制器
7．3 小结
参考文献
第八章 基于可变可转单波片无端偏振控制器
8．1 可变可转 PLZT单波片偏振控制器
8．1．1 PLZT可变可转波片
8．1．2 PLZT波片偏振控制器
8．2 仿真结果
8．3 小结
参考文献
第九章 总结
致谢
攻读博士期间发表论文
发布时间: 2005-07-27
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