[发明专利]一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统

权利要求书

1.一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：包括快速倾斜反射镜(1)、耦合透镜(2)、光纤端面定位器(3)、单模光纤(4)、1×2光纤分路器(5)、光电探测器(6)、控制平台(7)和多通道高压放大器(8)；空间激光束经快速倾斜反射镜(1)反射后进入耦合透镜(2)，并在光纤端面定位器(3)内置的单模光纤(4)端面处形成艾里斑衍射图样，耦合进单模光纤(4)内的光能量经1×2光纤分路器(5)分束后一部分传输至通信终端，另一部分经光电探测器(6)后转换为电压反馈信号，作为性能指标进入控制平台(7)，控制平台(7)首先输出两组周期性二维扫描信号至多通道高压放大器(8)，控制光纤端面定位器(3)带动单模光纤(4)端面实现对聚焦光斑的二维扫描，与此同时采集经光电探测器(6)转换后得到的性能指标，从而计算出当前耦合效率的优化梯度，随后通过优化算法推算出两组控制电压信号至多通道高压放大器(8)，驱动快速倾斜反射镜(1)执行相应的迭代校正；

所述耦合效率优化梯度探测以及控制电压推算过程，包括以下步骤：

步骤1)控制平台(7)输出两组幅值及频率相同、相位间隔π/2的正弦电压，经多通道高压放大器(8)放大后作用于光纤端面定位器(3)，驱动单模光纤(4)端面对聚焦光斑进行周期性二维扫描，设其扫描开始时刻为t、周期为T；

步骤2)控制平台(7)采集光纤端面位于一个扫描周期内、时间间隔T/4的4组性能指标，设采集开始时刻为t′，将性能指标依次记为J(t′)、和其中为光纤端面在二维扫描控制下的相位响应延时角；

步骤3)控制平台(7)根据公式(1)完成控制电压迭代推算，其中k为算法迭代步数；γ为算法迭代步长；为根据采集开始时刻t′所确定的、两组相互正交方向的耦合效率优化梯度近似值；U_X、U_Y为算法推算出的对应方向的控制电压，

步骤4)控制平台(7)输出控制电压U_X、U_Y至多通道高压放大器(8)，控制快速倾斜反射镜(1)执行对应方向的迭代校正；

步骤5)重复步骤1)～4)，使系统的耦合效率经多次迭代后收敛至最优值并维持稳定。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的快速倾斜反射镜(1)亦可替换为两组快速倾斜反射镜(1-X)、(1-Y)的结构，分别执行相互正交方向的迭代校正，进一步提高系统的控制带宽。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的单模光纤(4)亦可替换为保偏光纤、大模场直径光纤、多模光纤或光子晶体光纤。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的1×2光纤分路器(5)的作用是提取耦合进光纤内的部分光能量进行闭环控制，根据实际需要确定其分束比。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的光电探测器(6)的作用是实现光功率至电压信号的线性变换，其工作波长范围应覆盖信号激光束的光波长，是光电二极管、光电三极管或光电倍增管。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的光电探测器(6)是雪崩光电二极管。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面二维扫描的单模光纤自适应耦合系统，其特征在于：所述的多通道高压放大器(8)的通道数大于等于4，分别用于快速倾斜反射镜的二维控制与光纤端面定位器的二维控制。