专利名称：偏振检测器的校准方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种偏振检测器的校准方法和装置。
背景技术：
随着人们对通信网带宽和速率的需求越来越大，现有的10(ibit/S的骨干网正在 逐步升级到40(ibit/S、100(;bit/S的高速率大容量通信网。而在骨干网、城域网乃至接入网 的升级过程中，光纤中光信号的偏振管理问题日益凸显出来。在光纤中光信号偏振管理系统包括偏分复用系统、偏振模色散自适应补偿系 统、偏振稳定系统等，都需要光纤偏振检测器来实时精确检测光纤中光信号的偏振态，尤 其在偏振模色散光自适应补偿器、偏振稳定器中，偏振检测器将提供光纤链路中信号的 SOP (State of Polarization，偏振态)与 DOP (Degree ofPolarization，偏振度)的瞬态 值，作为偏振模色散光自适应补偿器、偏振稳定器等的反馈信号。在对现有技术进行分析后，发明人发现现有技术至少具有如下缺点偏振检测器大致包括检测光头与检测电路(包括线性放大、AD转换、检测标定)， 检测光头至少输出4路电流，经过电路转换得到的4路电压，将这4路电压再转换为4个斯 托克斯参量(S0，Si，S2，S3)时需要一个4X4的标定矩阵，由于现有技术在获取标定矩阵 时，需要先捕获输入的特定偏振态的光信号，这不仅使得标定矩阵获取的效率低和速度慢， 而且获取的标定矩阵使得偏振检测器的输出的精确度较差。

发明内容
本发明实施例提供了一种偏振检测器的校准方法和装置。所述技术方案如下—方面，一种偏振检测器的校准方法，所述方法包括根据输入的随机偏振态的光信号，获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的多组 输出向量；根据所述多组输出向量，构造所述偏振检测器所对应的包含多个待求矩阵元的斯 托克斯参量方程；所述多个待求矩阵元构成标定矩阵；求取使所述斯托克斯参量方程达到最小值时的所述多个待求矩阵元；应用各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵对所述偏振检测器进行校准。另一方面，一种偏振检测器的校准装置，所述装置包括向量获取模块，用于获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的的多组输出向量；方程构造模块，用于根据所述多组输出向量，构造所述偏振检测器所对应的包含 多个待求矩阵元的斯托克斯参量方程；其中，所述多个待求矩阵元构成标定矩阵；计算模块，用于求取使所述斯托克斯参量方程达到最小值时的所述多个待求矩阵 元；校准模块，用于将各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵应用于对所述偏振检测 器进行校准。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是根据输入的随机偏振态的光信号，从而构造出相对应的斯托克斯参量方程，然后 通过将偏振检测器所对应的标定矩阵求取问题从非线性优化问题转化成全局求最小值问 题，不仅实现了对偏振检测器的自动标定，而且求取的标定矩阵使得偏振检测器的检测精 度得到大幅度提高。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1提供的一种偏振检测器的校准方法的流程图；图2是本发明实施例2提供的又一种偏振检测器的校准方法的流程图；图3a是本发明实施例提供的获得检测标定矩阵的实验结构示意图；图北是本发明实施例提供的DPSO算法的流程图；图4是本发明实施例3提供的一种偏振检测器的校准装置的结构示意图；图5为本发明实施例3提供的又一种偏振检测器的校准装置的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。在介绍本发明提供的偏振检测器的校准方法之前，对本发明所用到的基础内容进 行简要的介绍1、斯托克斯参量，是一组用来描述偏振态的物理量纲完全相同的参量，一般用于 表示完全偏振光、部分偏振光乃至自然光。2、PSO (Partical Swarm Optimization，粒子群优化)算法，是今年来发展起来 的一种新的进化算法，它从随机解触发，通过迭代寻找最优解，它通过适应度来评价解的品 质，并通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优解。具体地，PSO算法采用N个粒子组 成群体，在空间中搜索最佳位置。它定义第i个粒子为D维空间中的位置矢量，表示为& = (xn, xi2,. . . , Xid,. . . , xiD)。同时定义该粒子的速度矢量为 Vi = (vn, vi2,. . . , Vid,. . . viD)。 搜索开始时，首先随机初始化N个粒子的位置和速度，使N个粒子均勻地分布在搜索空间 中。在每一代中，每个粒子先反馈输出自己的当前位置，判断是否已经找到目标位置。如果 是，则停止搜索；否则，等待更新自己的位置，以进入下一代的搜索。如果N个粒子在某一代 中都没有找到目标位置，则进行更新。N个粒子根据自己历代搜索到的最佳位置和群体搜索 到的最佳位置来更新自己的位置。其中，粒子本身所找到的最佳位置即最优解称为个体极 值pBest，整个种群目前找到的最佳位置即最优解称为全局极值gBest。实施例1为了提高偏振检测器的检测精度，本发明实施例提供了一种偏振检测器的校准方 法，参见图1，该方法包括
101 根据输入的随机偏振态的光信号，获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的 多组输出向量；102 根据该多组输出向量，构造该偏振检测器所对应的包含多个待求矩阵元的斯 托克斯参量方程；其中，所述多个待求矩阵元构成标定矩阵；103 求取使该斯托克斯参量方程达到最小值时的该多个待求矩阵元；104:应用各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵对该偏振检测器进行校准。根据输入的随机偏振态的光信号，从而构造出相对应的斯托克斯参量方程，然后 通过将偏振检测器所对应的标定矩阵求取问题从非线性优化问题转化成全局求最小值问 题，不仅实现了对偏振检测器的自动标定，而且求取的标定矩阵使得偏振检测器的检测精 度得到大幅度提高。实施例2为了提高偏振检测器的检测精度，本发明实施例提供了一种偏振检测器的校准方 法，本发明实施例中，仅以该偏振检测器的检测光头输出4路输出向量，且该输出向量为输 出电压向量为例进行说明，参见图2，该方法包括步骤201 获取偏振检测器中偏振光检测单元的k组输出电压向量V1, ...，Vk， k e R ；需要说明的是，该多组输出电压向量是根据输入的随机偏振态的光信号得到的。具体地，该获取多组电压向量可以通过操作本发明实施例中所用到的实验结构得 到，例如，多次旋转PC (Polarization Controller，偏振控制器)，每次旋转均得到一组电压 向量，其中，参见图3a，实现偏振检测器矩阵标定的结构包括连续激光器A、起偏器B、偏振 控制器C、偏振光检测单元D (包括偏振处理元件、光电探测器等)、放大电路E、AD转换器F 及电脑或DSP采集与处理数据装置G ；其中，偏振光检测单元D、放大电路E、AD转换器F及 电脑或DSP采集与处理数据装置G组成一偏振检测器，其工作原理为连续激光器A发出的 光经过尾纤输出，经起偏器B形成完全线偏振光，该完全线偏振光再经过PC C的调整形成 任意的完全偏振光输入偏振光检测单元。从偏振光检测单元输出4路模拟电压，经过放大 电路放大，再经过4路AD转换成数字电压。将4路数字输出电压(该4路数字输出电压构 成一组电压输出向量)输入电脑或者DSP采集与处理数据装置G进行采集与处理，最后得 到4X4的标定矩阵。上述实验结构中还可以不包括起偏器，使得输入偏振光检测单元的光 的状态为随意状态，再利用根据该随意光对应输出随意的多组输出电压向量。根据实现该 偏振检测器矩阵标定的结构可知，该多组输出电压向量是经过放大电路、AD转换器处理后 的数字电压向量。202 根据该多组输出电压向量V1, ...，Vk和斯托克斯参量，获取多个第一矩阵 VirMV,;其中，众=Mr(2,:)M(2,:) + Mr (3，:)M(3，:) + Mt (4,:)M(4,:)-Mr (1,:)M(1，:)，Vt是输出电压向量的转置向量，MT(i，)为标定矩阵第i行向量的转置向量V1为 第一组输出电压向量，Vk为第k组输出电压向量。具体地，得到该第一矩阵Vl^tiV1,…，V/。Vt的方法为在偏振检测器中，标定矩阵用于将偏振光检测单元的输出电压转换为斯托克斯参量，其转换关系为S = MV其中，在上式中，S表示斯托克斯参量，M表示4X4标定矩阵，V为电压向量，其中，
权利要求
1.一种偏振检测器的校准方法，其特征在于，所述方法包括根据输入的随机偏振态的光信号，获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的多组输出向量；根据所述多组输出向量，构造所述偏振检测器所对应的包含多个待求矩阵元的斯托克 斯参量方程；所述多个待求矩阵元构成标定矩阵；求取使所述斯托克斯参量方程达到最小值时的所述多个待求矩阵元； 应用各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵对所述偏振检测器进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求取使所述斯托克斯参量方程达到 最小值时的所述多个待求矩阵元之后，还进一步包括根据所述偏振光检测单元的输出向量，对由求取的各个待求矩阵元构成的标定矩阵进 行规范化，得到规范化后的标定矩阵；相应地，所述各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵具体为规范化后的标定矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其特征在于，所述根据所述多组输出向量，构 造所述偏振检测器所对应的包含多个待求矩阵元的斯托克斯参量方程，具体包括根据所述多组输出向量和斯托克斯参量，获取多个包含待求矩阵元的第一矩阵； 对所述多个第一矩阵分别求取残差，得到多个包含待求矩阵元的第二矩阵； 对每个所述第二矩阵进行平方，并将得到的多个矩阵相加，得到包含所述多个待求矩 阵元的斯托克斯参量方程。
4.根据权利要求1或2所述的校准方法，其特征在于，求取使所述斯托克斯参量方程达 到最小值时的所述多个待求矩阵元具体包括将所述斯托克斯参量方程作为适应度函数，采用粒子群算法，求取使所述斯托克斯参 量方程达到最小值时的待求矩阵元。
5.一种偏振检测器的校准装置，其特征在于，所述装置包括向量获取模块，用于获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的的多组输出向量； 方程构造模块，用于根据所述多组输出向量，构造所述偏振检测器所对应的包含多个 待求矩阵元的斯托克斯参量方程；其中，所述多个待求矩阵元构成标定矩阵；计算模块，用于求取使所述斯托克斯参量方程达到最小值时的所述多个待求矩阵元； 校准模块，用于将各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵应用于对所述偏振检测器进 行校准。
6.根据权利要求5所述的校准装置，其特征在于，还进一步包括规范化模块，用于根据所述偏振光检测单元的输出向量，对由所述计算模块求取的各 个待求矩阵元构成的标定矩阵进行规范化，得到规范化后的标定矩阵；相应地，所述校准模块具体地用于将所述规范化后的标定矩阵应用于对所述偏振检测 器进行校准。
7.根据权利要求5或6所述的校准装置，其特征在于，所述方程构造模块包括第一矩阵获取单元，用于根据所述多组输出向量和斯托克斯参量，获取多个包含待求 矩阵元的第一矩阵；第二矩阵获取单元，用于对所述多个第一矩阵分别求取残差，得到多个包含待求矩阵 元的第二矩阵；斯托克斯参量方程获取单元，用于对每个所述第二矩阵进行平方，并将得到的多个矩 阵相加，得到包含多个待求矩阵元的斯托克斯参量方程。
8.根据权利要求5所述的校准装置，其特征在于，所述计算模块包括 粒子群算法单元，用于将所述斯托克斯参量方程作为适应度函数，采用粒子群算法优 化，求取使所述斯托克斯参量方程达到最小值时的待求矩阵元。
全文摘要
本发明公开了一种偏振检测器的校准方法和装置，属于光通信领域。该方法包括根据输入的随机偏振态的光信号，获取偏振检测器中偏振光检测单元输出的多组输出向量；根据该多组输出向量，构造该偏振检测器所对应的包含多个待求矩阵元的斯托克斯参量方程；求取使该斯托克斯参量方程达到最小值时的该多个待求矩阵元；应用各个待求矩阵元得到确定后的标定矩阵对该偏振检测器进行校准。该装置包括向量获取模块、方程构造模块、计算模块和校准模块。本发明通过将偏振检测器所对应的标定矩阵求取问题从非线性优化问题转化成全局求最小值问题，不仅实现了对偏振检测器的自动标定，而且求取的标定矩阵使得偏振检测器的检测精度得到大幅度提高。
文档编号G01M11/00GK102147326SQ20101026879
公开日2011年8月10日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者席丽霞, 张光勇, 张文博, 张晓光, 李喜祥, 熊前进, 邸青玥 申请人:华为技术有限公司