CN105629518A - 偏振稳定控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏振稳定控制装置及方法，其中，所述装置包括：偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块、射频功率探测模块、处理模块；处理模块，包括：模数变换器、数字信号处理器和数模变换器，数字信号处理器通过模数变换器与数模变换器连接；偏振控制器与耦合器、处理模块的数模变换器分别连接，偏振分束器与耦合器、光电转换模块分别连接，射频功率探测模块与光电转换模块、处理模块的模数变换器分别连接。上述装置可解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

Description

偏振稳定控制装置及方法

技术领域

本发明涉及高速光纤通信技术领域，尤其涉及一种偏振稳定控制装置及方法。

背景技术

随着互联网业务的快速发展，运营商骨干网络的业务流量在以～2dB/year的速度增长。这促使高速光纤通信系统的传输速度有待进一步提高。

目前有多种技术用来提升系统速率，其中，波分复用是在同一个波长上利用相互正交的两个偏振态同时传输两路信号，可以在不对原有通信系统进行大规模改变的情况下，使得光通信系统的频谱效率加倍；另一种方式是采用高阶调制，如多进制数字相位调制(MultiplePhaseShiftKeying，简称MPSK)、多进制正交幅度调制(MultipleQuadratureAmplitudeModulation，简称MQAM)等来增加频谱利用效率。为了更好地提高接收灵敏度，高阶调制系统通常采用相干接收来改善接收机的灵敏度。但是波分复用系统和相干接收系统都对光信号的偏振态敏感，光纤链路的不理想和环境的影响使得光信号的偏振态发生随机变化，偏振态的随机变化严重影响信号质量、降低通信系统的传输性能。

目前实现偏振控制和稳定的方法主要可以概括为两类：第一类是：直接在光域实现偏振态的控制与稳定；第二类是：将光信号的偏振相关信息映射到电域，在电域消除偏振相关的信号损伤。

目前对于第一类方法主要有两种实现方案。第一种实现方案是：基于偏振跟踪直接检测，该方案利用偏振分束器(PolarizationBeamSplitter，简称PBS)在光域提取能够表征链路中偏振态随机变化的特征量，利用该特征量作为反馈信号并配合搜索算法去控制偏振控制器(PolarizationController，简称PC)以实现偏振稳定。该方案响应速度快，能够检测链路中高速的偏振态变化，但是该方案对调制格式不透明，其能够解决如移相键控(PhaseShiftKeying，简称PSK)、正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying，简称QPSK)等恒功率调制信号的偏振态控制问题，但对于二进制启闭键控(On-OffKeying，简称OOK)、正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation，简称QAM)等调制格式，该方案还需要高速控制电路才能实现偏振控制。第二种实现方案是：基于偏振态检测，该方案在光域利用偏振检偏器(Polarimeter)得到表征偏振光状态的斯托克斯参量作为反馈信号并配合搜索算法控制偏振控制器以实现偏振检测和稳定。该方案可以将偏振态稳定在预先设定的任意值，但是受限于偏振检偏器带宽的影响，该方案所能追踪的最大偏振态变化速率不高，不能跟踪高速变化的偏振态。

对于第二类方法，其在电域实现偏振检测主要是基于数字相干接收，由于相干接收可将光信号的所有光学属性(偏振态、幅度、相位)映射到电域，我们可以在电域对偏振态进行跟踪，利用算法消除与偏振态有关的信号损伤。该方案基于高速数字电信号处理，需要高速模数转换芯片和高速数字电信号处理芯片，但是受限于当前芯片设计工艺，高速模数转换芯片和高速数字电信号处理芯片还很难达到高速光纤通信系统速率的要求，目前该方案的研究主要集中在高速离线算法仿真研究与低速硬件实现。

鉴于此，当前需要解决的技术问题为：如何解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，并能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该实现方案与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提供一种偏振稳定控制装置及方法，可解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

第一方面，本发明提供一种偏振稳定控制装置，包括：

偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块、射频功率探测模块、处理模块；

所述处理模块，包括：模数变换器、数字信号处理器和数模变换器，所述数字信号处理器通过所述模数变换器与所述数模变换器连接；

所述偏振控制器与所述耦合器、处理模块的所述数模变换器分别连接，所述偏振分束器与所述耦合器、所述光电转换模块分别连接，所述射频功率探测模块与所述光电转换模块、处理模块的所述模数变换器分别连接；

所述射频功率探测模块获取依次通过所述偏振控制器、所述耦合器、所述偏振分束器、所述光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；

所述模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号；

所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压；

所述数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器，以实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出；

所述耦合器将所述耦合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器。

可选地，所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压，包括：

所述数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取偏振控制器的数字控制电压。

可选地，所述耦合器为：3dB耦合器。

可选地，在模拟控制电压不存在时，所述偏振控制器输出的光信号为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)& \cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变；及

所述偏振分束器的输出的光信号为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\θ}\left(t\right)\cos \mathrm{\ϵ}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\θ}\left(t\right)\sin \mathrm{\ϵ}\left(t\right)\end{array}\right..$

可选地，所述模拟电信号的功率谱密度为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}R\left(\mathrm{\τ}\right)e^{-\mathrm{j\ω\τ}}\mathrm{d\τ}\≈{\∫}_{-\∞}^{\∞}{\mathrm{\σ}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\τ}\right)e^{-\mathrm{j\ω\τ}}\mathrm{d\τ}\\ ={\mathrm{\σ}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\θ}+{\sin }^4\mathrm{\θ}+\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\τ}}_0\right)e^{-\mathrm{\γ}{\mathrm{\τ}}_0}]S_M\left(\mathrm{\ω}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\θ}\right)e^{-2{\mathrm{\γ\τ}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\ω}\right)\⊗S_M\left(\mathrm{\ω}\right)\⊗S_c\left(\mathrm{\ω}\right)+{\cos }^2\mathrm{\θ}{\sin }^2\mathrm{\θ\π\δ}\left(\mathrm{\ω}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\ω}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\ω}\≠0\\ \∞,\mathrm{\ω}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。

第二方面，本发明提供一种使用上述装置的偏振稳定控制方法，包括：

S1、射频功率探测模块获取依次通过偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；

S2、处理模块中的模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号；

S3、处理模块中的数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压；

S4、处理模块中的数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器，以实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从偏振稳定控制装置中输出；

S5、所述耦合器将所述耦合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器，定期执行步骤S1-S4，以使所述装置输出稳定的具有期望输出的偏振态。

可选地，所述步骤S3，包括：

处理模块中的数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压。

可选地，所述步骤S1，包括：

偏振控制器获取光纤链路中的光信号和处理模块中的数模变换器发送的模拟控制电压，在模拟控制电压不存在时，将所述光信号发送给耦合器；在模拟控制电压存在时，根据所述模拟控制电压，调整所述光信号的偏振态，并将具有调整后的偏振态的光信号发送给耦合器；

耦合器将所述偏振控制器发送的光信号分成功率相等的两束光信号，将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出，将第二束光信号发送给偏振分束器；

偏振分束器获取所述耦合器分出的第二束光信号，将所述第二束光信号分为两束正交的的光信号，在所述两束正交的的光信号中的一束光信号中提取表征所述光纤链路中偏振态随机变化的特征量，将这束具有所述特征量的光信号作为反馈信号发送给光电转换模块；

光电转换模块将所述偏振分束器发送的所述反馈信号转换为电信号，并就所述电信号发送给射频功率探测模块，所述电信号为模拟电信号；

射频功率探测模块获取所述光电转换模块转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号，在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换。

可选地，所述耦合器为：3dB耦合器。

可选地，在模拟控制电压不存在时，所述偏振控制器输出的光信号为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& \cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变；及

所述偏振分束器的输出的光信号为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right.;$ 及

所述模拟电信号的功率谱密度为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}R\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\&ap;{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{\mathrm{\&sigma;}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\\ ={\mathrm{\&sigma;}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\&theta;}+{\sin }^4\mathrm{\&theta;}+\sin \left(2\mathrm{\&theta;}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\&tau;}}_0\right)e^{-\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}]S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\&theta;}\right)e^{-2{\mathrm{\&gamma;\&tau;}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)+{\cos }^2\mathrm{\&theta;}{\sin }^2\mathrm{\&theta;\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&omega;}\&NotEqual;0\\ \&infin;,\mathrm{\&omega;}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。

由上述技术方案可知，本发明的偏振稳定控制装置及方法，其中，所述装置包括：偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块、射频功率探测模块、处理模块；处理模块，包括：模数变换器、数字信号处理器和数模变换器，数字信号处理器通过模数变换器与数模变换器连接；偏振控制器与耦合器、处理模块的数模变换器分别连接，偏振分束器与耦合器、光电转换模块分别连接，射频功率探测模块与光电转换模块、处理模块的模数变换器分别连接，由此，可解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的偏振稳定控制装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的偏振稳定控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的光电转换模块输出的模拟电信号的功率谱密度与θ-ε关系示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的偏振稳定控制装置的结构示意图，如图2所示，本实施例的偏振稳定控制装置，包括：

偏振控制器1、耦合器2、偏振分束器3、光电转换模块(Photo-Detector，简称PD)4、射频功率探测模块(RadioFrequencyDetector，简称RFDetector)5、处理模块6；

所述处理模块6，包括：模数变换器(AnalogtoDigitalConverter，简称AD)7、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称DSP)8和数模变换器(DigitaltoAnalogConverter，简称DA)9，所述数字信号处理器8通过所述模数变换器7与所述数模变换器9连接；

所述偏振控制器1与所述耦合器2、处理模块6的所述数模变换器9分别连接，所述偏振分束器3与所述耦合器2、所述光电转换模块4分别连接，所述射频功率探测模块5与所述光电转换模块4、处理模块6的所述模数变换器7分别连接；

所述射频功率探测模块5获取依次通过所述偏振控制器1、所述耦合器2、所述偏振分束器3、所述光电转换模块4的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；

所述模数变换器7获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号；

所述数字信号处理器8将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器1的数字控制电压；

所述数模变换器9将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器1，以实时控制所述偏振控制器1输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器2将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出；

所述耦合器2将所述耦合器2分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器3。

举例来说，在具体应用中，所述数字信号处理器8将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器1的数字控制电压，可以包括：

所述数字信号处理器8使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取偏振控制器1的数字控制电压。

应说明的是，本实施例也可以使用其他算法获取偏振控制器1的数字控制电压，本实施例并不对其进行限定，然而经过实际的仿真，在本实施例中，为了获取偏振控制器1的数字控制电压而使用的最优算法为：粒子群优化算法，该粒子群优化算法是一种改进的粒子群优化算法。

在具体应用中，本实施例在模拟控制电压不存在(即第一次使用本实施例所述装置)时，所述偏振控制器1输出的光信号可以为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器1输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& \cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变。

在具体应用中，本实施例的所述偏振分束器3的输出的光信号可以为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right..$

在具体应用中，本实施例的所述模拟电信号的功率谱密度可以为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}R\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\&ap;{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{\mathrm{\&sigma;}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\\ ={\mathrm{\&sigma;}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\&theta;}+{\sin }^4\mathrm{\&theta;}+\sin \left(2\mathrm{\&theta;}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\&tau;}}_0\right)e^{-\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}]S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\&theta;}\right)e^{-2{\mathrm{\&gamma;\&tau;}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)+{\cos }^2\mathrm{\&theta;}{\sin }^2\mathrm{\&theta;\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块4输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&omega;}\&NotEqual;0\\ \&infin;,\mathrm{\&omega;}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器3输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。

在具体应用中，本实施例的所述装置中各部件可以通过单模光纤(SingleModeFiber，简称SMF)0来连接。

图3示出了本发明实施例提供的光电转换模块4输出的模拟电信号的功率谱密度与θ-ε关系示意图，如图3所示，当偏振分束器3输入信号满足θ＝0°,ε＝0°或者θ＝90°,ε＝0°时输出光功率最小，也就是说我们可以通过控制偏振控制器1，使得反馈信号保持最低，就可以保持偏振分束器3输入端光信号偏振态的稳定。

应说明的是，本实施例的光电转换模块光电转换模块4输出的电信号幅值随着光纤链路中光信号偏振态的变化而变化，当光纤链路中所传输光信号为恒功率调制格式(如PSK，QPSK)时，光电转换模块4输出低频信号的幅值反映偏振态的变化。当光纤链路中所传输光信号为OOK、QAM等调制格式时，光电转换模块输出一高频信号，该高频信号经过射频功率探测模块5，输出能表征光纤链路中偏振态变化的低频信号。

在本实施例中，我们想得到的偏振态是当所述模数变换器7采集到的模拟信号始终保持最小值时偏振控制器1输出的偏振态。本实施例的数字信号处理器8将所述数字电信号进行计算处理所使用的算法是根据所述模数变换器7的输入值大小，实时调整所述数模变换器9的输出，最终达到平衡，使得采集到的所述模数变换器7信号最小，并调整所述数模变换器9的输出，使该最小值始终得到保持，这时偏振控制器1输出的偏振态是我们想得到的稳定的具有期望输出的偏振态。

本实施例的偏振稳定控制装置，可解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

图2示出了本发明一实施例提供的使用图1所示实施例所述装置的偏振稳定控制方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的使用图1所示实施例所述装置的偏振稳定控制方法如下所述。

S1、射频功率探测模块获取依次通过偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换。

S2、处理模块中的模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号。

S3、处理模块中的数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压。

举例来说，在具体应用中，所述步骤S3，可以包括：

处理模块中的数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压。

应说明的是，本实施例也可以用其他算法获取偏振控制器的数字控制电压，本实施例并不对其进行限定，然而经过实际的仿真，在本实施例中，为了获取偏振控制器的数字控制电压而使用的最优算法为：粒子群优化算法，该粒子群优化算法是一种改进的粒子群优化算法。

S4、处理模块中的数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器，以实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从偏振稳定控制装置中输出。

S5、所述耦合器将所述耦合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器，定期执行步骤S1-S4，以使所述装置输出稳定的具有期望输出的偏振态。

在具体应用中，所述步骤S1，可以包括：

偏振控制器获取光纤链路中的光信号和处理模块中的数模变换器发送的模拟控制电压，在模拟控制电压不存在时，将所述光信号发送给耦合器；在模拟控制电压存在时，根据所述模拟控制电压，调整所述光信号的偏振态，并将具有调整后的偏振态的光信号发送给耦合器；

耦合器将所述偏振控制器发送的光信号分成功率相等的两束光信号，将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出，将第二束光信号发送给偏振分束器；

偏振分束器获取所述耦合器分出的第二束光信号，将所述第二束光信号分为两束正交的的光信号，在所述两束正交的的光信号中的一束光信号中提取表征所述光纤链路中偏振态随机变化的特征量，将这束具有所述特征量的光信号作为反馈信号发送给光电转换模块；

光电转换模块将所述偏振分束器发送的所述反馈信号转换为电信号，并就所述电信号发送给射频功率探测模块，所述电信号为模拟电信号；

射频功率探测模块获取所述光电转换模块转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号，在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换。

在具体应用中，本实施例在模拟控制电压不存在(即第一次使用本实施例所述装置)时，所述偏振控制器输出的光信号可以为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& \cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变。

在具体应用中，本实施例的所述偏振分束器的输出的光信号可以为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right..$

在具体应用中，本实施例的所述模拟电信号的功率谱密度可以为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}R\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\&ap;{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{\mathrm{\&sigma;}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\\ ={\mathrm{\&sigma;}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\&theta;}+{\sin }^4\mathrm{\&theta;}+\sin \left(2\mathrm{\&theta;}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\&tau;}}_0\right)e^{-\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}]S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\&theta;}\right)e^{-2{\mathrm{\&gamma;\&tau;}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)+{\cos }^2\mathrm{\&theta;}{\sin }^2\mathrm{\&theta;\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&omega;}\&NotEqual;0\\ \&infin;,\mathrm{\&omega;}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left({\mathrm{\&omega;\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。

图3示出了本发明实施例提供的光电转换模块输出的模拟电信号的功率谱密度与θ-ε关系示意图，如图3所示，当偏振分束器输入信号满足θ＝0°,ε＝0°或者θ＝90°,ε＝0°时输出光功率最小，也就是说我们可以通过控制偏振控制器，使得反馈信号保持最低，就可以保持偏振分束器输入端光信号偏振态的稳定。

应说明的是，本实施例的光电转换模块输出的电信号幅值随着光纤链路中光信号偏振态的变化而变化，当光纤链路中所传输光信号为恒功率调制格式(如PSK，QPSK)时，光电转换模块输出低频信号的幅值反映偏振态的变化。当光纤链路中所传输光信号为OOK、QAM等调制格式时，光电转换模块输出一高频信号，该高频信号经过射频功率探测模块5，输出能表征光纤链路中偏振态变化的低频信号。

在本实施例中，我们想得到的偏振态是当所述模数变换器采集到的模拟信号始终保持最小值时偏振控制器输出的偏振态。本实施例的数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理所使用的算法是根据所述模数变换器的输入值大小，实时调整所述数模变换器的输出，最终达到平衡，使得采集到的所述模数变换器信号最小，并调整所述数模变换器的输出，使该最小值始终得到保持，这时偏振控制器输出的偏振态是我们想得到的稳定的具有期望输出的偏振态。

本实施例的偏振稳定控制方法，可解决光纤通信系统中偏振态随机变化的问题，能够实现将光纤链路输出光信号的偏振态稳定在一个特定点上，且该装置与光信号调制格式和信号速率无关，适应性更强，不需要高速电路，结构和方法也更简单。

本实施例的基于载波聚合的载波资源动态调整装置，可以使用图1所示实施例所述装置的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种偏振稳定控制装置，其特征在于，包括：

偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块、射频功率探测模块、处理模块；

所述处理模块，包括：模数变换器、数字信号处理器和数模变换器，所述数字信号处理器通过所述模数变换器与所述数模变换器连接；

所述偏振控制器与所述耦合器、处理模块的所述数模变换器分别连接，所述偏振分束器与所述耦合器、所述光电转换模块分别连接，所述射频功率探测模块与所述光电转换模块、处理模块的所述模数变换器分别连接；

所述射频功率探测模块获取依次通过所述偏振控制器、所述耦合器、所述偏振分束器、所述光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；

所述模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号；

所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压；

所述数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器，以实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出；

所述耦合器将所述耦合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压，包括：

所述数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取偏振控制器的数字控制电压。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器为：3dB耦合器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在模拟控制电压不存在时，所述偏振控制器输出的光信号为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& \cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变；及

所述偏振分束器的输出的光信号为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right..$

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模拟电信号的功率谱密度为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}R\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{dt}\&ap;{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{\mathrm{\&sigma;}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\\ ={\mathrm{\&sigma;}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\&theta;}+{\sin }^4\mathrm{\&theta;}+\sin \left(2\mathrm{\&theta;}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\&tau;}}_0\right)e^{-\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}]S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\&theta;}\right)e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)+{\cos }^2\mathrm{\&theta;}{\sin }^2\mathrm{\&theta;\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&omega;}\&NotEqual;0\\ \&infin;,\mathrm{\&omega;}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。

6.一种使用权利要求1所述装置的偏振稳定控制方法，其特征在于，包括：

S1、射频功率探测模块获取依次通过偏振控制器、耦合器、偏振分束器、光电转换模块的由光信号所转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号；在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换；

S2、处理模块中的模数变换器获取所述低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号转换为数字电信号；

S3、处理模块中的数字信号处理器将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压；

S4、处理模块中的数模变换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压，将所述模拟控制电压发送给所述偏振控制器，以实时控制所述偏振控制器输出具有期望输出的偏振态的光信号，以使所述耦合器将所述具有期望输出的偏振态的光信号分成功率相等的两束光信号后将第一束光信号作为输出光信号从偏振稳定控制装置中输出；

S5、所述耦合器将所述耦合器分出的第二束光信号发送给所述偏振分束器，定期执行步骤S1-S4，以使所述装置输出稳定的具有期望输出的偏振态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：

处理模块中的数字信号处理器使用粒子群优化算法，将所述数字电信号进行计算处理，获取所述偏振控制器的数字控制电压。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：

偏振控制器获取光纤链路中的光信号和处理模块中的数模变换器发送的模拟控制电压，在模拟控制电压不存在时，将所述光信号发送给耦合器；在模拟控制电压存在时，根据所述模拟控制电压，调整所述光信号的偏振态，并将具有调整后的偏振态的光信号发送给耦合器；

耦合器将所述偏振控制器发送的光信号分成功率相等的两束光信号，将第一束光信号作为输出光信号从所述装置中输出，将第二束光信号发送给偏振分束器；

偏振分束器获取所述耦合器分出的第二束光信号，将所述第二束光信号分为两束正交的的光信号，在所述两束正交的的光信号中的一束光信号中提取表征所述光纤链路中偏振态随机变化的特征量，将这束具有所述特征量的光信号作为反馈信号发送给光电转换模块；

光电转换模块将所述偏振分束器发送的所述反馈信号转换为电信号，并就所述电信号发送给射频功率探测模块，所述电信号为模拟电信号；

射频功率探测模块获取所述光电转换模块转换的模拟电信号，并根据所述模拟电信号获取输出光信号的平均光功率，在所述模拟电信号为高频模拟电信号时，将所述高频模拟电信号转换为表征所述光纤链路中偏振态随机变化的低频模拟电信号，在所述模拟电信号为低频模拟电信号时，不对所述模拟电信号进行转换。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述耦合器为：3dB耦合器。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在模拟控制电压不存在时，所述偏振控制器输出的光信号为：

其中，E_xE_y为所述偏振控制器输出的光信号的振幅,ω_c为角频率为相位角，j为虚数单位，T为光纤链路对光信号的偏振影响，T是通过第一公式计算得到的；

其中，第一公式是琼斯矩阵，为：

$T=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& -\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ \sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)& \cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right]$

θ(t)为光纤链路对光信号位相角的改变，ε(t)为光纤链路对光信号椭圆率的改变；及

所述偏振分束器的输出的光信号为：

其中， $\left\{\begin{array}{c}A=\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)-j\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\\ B=-\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\cos \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)+j\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\sin \mathrm{\&epsiv;}\left(t\right)\end{array}\right.;$ 及

所述模拟电信号的功率谱密度为：

$\begin{array}{c}S\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}R\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{dt}\&ap;{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{\mathrm{\&sigma;}}^2{G}_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\\ ={\mathrm{\&sigma;}}^2\left\{\right[{\cos }^4\mathrm{\&theta;}+{\sin }^4\mathrm{\&theta;}+\sin \left(2\mathrm{\&theta;}\right)\cos \left(w_c{\mathrm{\&tau;}}_0\right)e^{-\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}]S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\\ \frac{1}{2}{\sin }^2\left(2\mathrm{\&theta;}\right)e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}{S}_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)\&CircleTimes;S_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)+{\cos }^2\mathrm{\&theta;}{\sin }^2\mathrm{\&theta;\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\}\end{array}$

其中，R(τ)为光电转换模块输出的光信号的自相关函数，δ(ω)为单位脉冲函数， $\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&omega;}\&NotEqual;0\\ \&infin;,\mathrm{\&omega;}=0\end{array}\right\},$ σ为光探测器量子效率，τ₀为光信号x,y支路相互之间的时延，γ为光信号载波半峰宽度，为偏振分束器输出的光信号的二阶自相关函数，是通过第二公式计算得到的，S_M(ω)是通过第三公式计算得到的，S_c(ω)是通过第四公式计算得到的；

其中，第二公式为：

$G_E^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=<E_{\mathrm{out}}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}^{*}\left(t\right)E_{\mathrm{out}}(t+\mathrm{\&tau;})E_{\mathrm{out}}^{*}(t+\mathrm{\&tau;})>,$

<*>为取平均值；

第三公式为：

$S_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\&pi;\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{1}{4}T{\sin c}^2\left(\frac{\mathrm{\&omega;T}}{2\mathrm{\&pi;}}\right);$

第四公式为：

$\begin{array}{c}{S}_c\left(\mathrm{\&omega;}\right)=4\mathrm{\&pi;}{\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)\mathrm{\&delta;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)+\frac{8\mathrm{\&gamma;}}{{\left(2\mathrm{\&gamma;}\right)}^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}\{\mathrm{ch}\left(2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)+\\ {\cos }^2\left({\mathrm{\&omega;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_0\right)[\cos \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)-e^{-2\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&tau;}}_0}-\frac{\sin \left(\mathrm{\&omega;}{\mathrm{\&tau;}}_0\right)2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&omega;}}]\}\end{array}$

ω₀为光信号载波中心频率。