CN114690328B - 数字可调多通道光路控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数字可调多通道光路控制方法，所述数字可调多通道光路控制方法包括以下步骤：所述控制器获取控制指令，所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，所述角度命令经由该控制指令解析到的多个输入通道中的其中一个生成；所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述微镜控制单元的控制规则指令，其中控制规则指令包括微镜单元的翻转数量、各个微镜单元是否翻转、各个微镜单元的翻转频率、各个微镜单元的翻转角度中的一个或多个。所述控制器能够分别通过旋转控制单元和微镜控制单元对MEMS微镜阵列及其各个微镜单元进行精确控制，从而能够具有通道切换功能外，还可实现通道中光的能量、波长和带宽等的控制。

Description

数字可调多通道光路控制方法

技术领域

本发明涉及一种光路控制方法，尤其涉及一种数字可调多通道光路控制方法。

背景技术

传统的光路切换器一般仅能实现光通道切换功能，其通常采用反射镜来实现光路路径的管理，例如光从一路到其他路径的控制，但是显然该种结构和方法无法对路径中通过光的参数进行调节。

此外，在切换过程中多个通道之间能量的一致性由于器件本身加工参数的差异和组装导致的误差差异，很难实现多个通道能量一致性的控制和光谱透过率一致性的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种数字可调多通道光路控制方法，其能有效解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了一种数字可调多通道光路控制方法，该光路控制系统包括MEMS微镜阵列、用于使MEMS微镜阵列旋转的旋转控制单元，所述MEMS微镜阵列包括多个微镜单元以及能分别控制各个微镜单元独立转动的微镜控制单元，

所述光路控制系统包括输入调理模组、光控模组和输出光处理模组，其中，输入调理模组包括多个与各个通道一一对应的输入耦合器、多个分别与输入耦合器一一对应的入射光栅、多个分别与入射光栅一一对应的反射镜和多个分别与反射镜一一对应的成像镜头，输入耦合器的内部设置有狭缝、透镜和滤光片，输入耦合器用于耦合光纤输入的光，并将输入的光进行预处理和准直，经过准直入射的光经过入射光栅后按波长空间展开，再经过反射镜和成像镜头投射到MEMS微镜阵列上；

所述数字可调多通道光路控制方法包括以下步骤：

输出的能量、当下所述微镜单元的翻转总数被能量取样器和通道能量探测器采集记录到控制器中，当下一次输入耦合器重新连接时，如果需要输出和此前相同的能量时，控制器根据上次记录的能量反馈给微镜控制单元，使得微镜单元的翻转数量达到与之前记录能量值相同的状态；

其中，所述控制器将所述MEMS微镜阵列目前的角度和与该通道对应的成像镜头所在的空间位置角度进行比较，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，从而使所述MEMS微镜阵列旋转至面向该成像镜头；

其中，所述控制器获取控制指令，所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，所述角度命令经由该控制指令解析到的多个输入通道中的其中一个生成；所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述微镜控制单元的控制规则指令，其中控制规则指令包括微镜单元的翻转数量、各个微镜单元是否翻转、各个微镜单元的翻转频率、各个微镜单元的翻转角度中的一个或多个微镜阵列微镜阵列微镜阵列。

优选地，还包括以下步骤，所述控制器记录第一时刻下的任一输入通道的当下控制规则，其中，当下控制规则包括所述微镜单元的翻转总数，在所述控制器获取到的控制指令为生成与第一时刻下任一输入通道相同能量的光，所述控制器根据当下控制规则生成待提供给所述微镜控制单元的预定控制规则，其中，所述当下控制规则中的所述微镜单元的翻转总数和所述预定控制规则中的所述微镜单元的翻转总数相同，由此实现各个输入通道输出的光能量在任意时刻能输出相同能量的功能。

优选地，还包括以下步骤，所述控制指令包括光输入能量与光输出能量之间的数学关系，所述控制规则指令包括预设时间段内微镜单元的翻转数量变化曲线；由此实现各输入通道输出的光能量依照与数学关系对应的预设规则进行输出。

优选地，所述数学关系包括线性关系、对数关系、多次函数关系中的一种或多种。

优选地，还包括以下步骤，所述输入通道中由直流光源输入，所述MEMS微镜阵列的输出端连接有锁相放大器，所述控制指令包括调制规则，所述控制规则指令包括MEMS微镜单元的翻转数量和翻转频率，由此实现将直流光能量调节到某单一频率的信号范围内。

优选地，所述调制规则包括正弦调制、开关调制、AM调制中的一种或多种。

优选地，还包括以下步骤，所述控制指令包括滤波规则，所述MEMS微镜阵列包括N行×M列个微镜单元，所述控制规则指令包括根据滤波规则对某一列的微镜单元处于开启或关闭状态，其余列的微镜单元出关闭状态。

优选地，所述滤波规则包括低通滤波、带通滤波、高通滤波、带阻滤波、组合带通、带阻滤波中的一种或多种。

优选地，所述MEMS微镜阵列在所述旋转控制单元控制下能绕水平方向360°旋转，多个反射镜沿所述MEMS微镜阵列的旋转方向间隔排列，每个所述反射镜与一个所述输入通道一一对应。

优选地，还包括以下步骤，依次通过入射光栅、反射镜、成像镜头将由输入通道输入的光导入至MEMS微镜阵列；经过所述MEMS微镜阵列上选择输出的光经过出射镜头处理后入射到出射光栅上，所述出射光栅将选择的光整合成后入射到能量取样器；所述能量取样器按照比例反射一部分光到能量探测器内。

综上所述，本发明实施例所采用上述方法，具有以下优点：

1、所述控制器能够分别通过旋转控制单元和微镜控制单元对MEMS微镜阵列及其各个微镜单元进行精确控制，从而能够具有通道切换功能外，还可实现通道中光的能量、波长和带宽等的控制；

2、该方法可以实现能量的精准控制和记忆，有助于稳定光路系统的传递关系，使不同时刻下系统处于恒久的稳定态；

3、可实现能量数控调节，使能量按照设定的程序进行输出，灵活实现设定的能量输出过程；

4、波长可实现选择输出管理，数控可调，波长和能量可实现同步调节，多个通道可轮询实现波长与能量的自由控制；

5、具有参数记忆功能，某一时刻的传输过程均可记录，可进行不同时间的对比调节，也可实现不同通道的对比调节，增加预设的灵活性；

6、MEMS微镜控制器随旋转控制器联动，可实现多个通道的连续切换，拓展性强，系统光路切换实现了旋转维度、平面反射维度，多维度，多参数控制使光的控制更加灵活。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书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说明书中记载的一些实施例，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示出了本申请实施例中光路控制方法的原理示意图。

图2示出了本申请实施例中光路控制系统的结构示意图。

图3示出了本申请实施例中光路控制系统输出控制的示意图。

图4示出了本申请实施例中光路控制系统输出调制的示意图。

图5示出了本申请实施例中光路控制系统输出滤波的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

参照图1所示，本申请实施例公开了数字可调多通道光路控制方法，该包括MEMS微镜阵列、用于使MEMS微镜阵列旋转的旋转控制单元，所述MEMS微镜阵列包括多个微镜单元以及能分别控制各个微镜单元独立转动的微镜控制单元，所述数字可调多通道光路控制方法包括以下步骤：

所述控制器获取控制指令，

所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，所述角度命令经由该控制指令解析到的多个输入通道中的其中一个生成；

所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述微镜控制单元的控制规则指令，其中控制规则指令包括微镜单元的翻转数量、各个微镜单元是否翻转、各个微镜单元的翻转频率、各个微镜单元的翻转角度中的一个或多个。

借由上述方法，所述控制器能够分别通过旋转控制单元和微镜控制单元对MEMS微镜阵列及其各个微镜单元进行精确控制，从而能够具有通道切换功能外，还可实现通道中光的能量、波长和带宽等的控制。

具体的，参照图2所示，本申请实施例中的光路控制系统包括输入调理模组、光控模组和输出光处理模组。其中，输入调理模组包括多个与各个通道一一对应的输入耦合器、多个分别与输入耦合器一一对应的入射光栅、多个分别与入射光栅一一对应的反射镜和多个分别与反射镜一一对应的成像镜头。输入耦合器的内部设置有狭缝、透镜和滤光片。输入耦合器用于耦合光纤输入的光，并将输入的光进行预处理和准直。经过准直入射的光经过入射光栅后按波长空间展开，再经过反射镜和成像镜头投射到MEMS微镜阵列上。

所述光控模组包括MEMS微镜阵列、微镜控制单元以及旋转控制单元。其中，所述微镜控制单元和所述旋转控制单元可以与控制器电性连接，以与控制器进行数据交互。在本实施方式中，所述MEMS微镜阵列呈板状，其可以在旋转控制单元的控制下，绕一旋转轴整体旋转，呈板状的所述MEMS微镜阵列的长度轴与旋转轴呈一不为0度、90度或180度的夹角，在本实施方式中，所述MEMS微镜阵列的长度轴与旋转轴呈45度的夹角。

所述MEMS微镜阵列的整体旋转角度可以是0-360度之间。所述MEMS微镜阵列包括N行×M列个微镜单元。每个所述微镜控制单元可以在微镜控制单元的控制下，能够绕其自身轴线旋转。

在本实施方式中，输入耦合器沿竖直方向间隔排列。多个成像镜头以旋转轴为中心的周向间隔排列。各个反射镜用于使相应的入射光栅和相应的成像镜头进行光路配合。

所述输出光处理模组可以包括出射镜头、出射光栅、能量取样模组、电路系统以及输出耦合器等。MEMS微镜阵列上选择输出的光经过出射镜头处理后入射到出射光栅上，出射光栅将选择的光整合成“复色光”后入射到能量取样器上，能量取样器按照比例反射一部分光到能量探测器内，能量探测器将该路入射能量存储到电路系统中，以此实现通道参数的记录功能。能量取样器透射的光经过出射耦合器耦合到装置外部进行使用，装置外部可以连接光谱仪或其他光学测量装置。

所述MEMS微镜阵列上接收的波长按空间展开的像通过控制微镜单元翻转的数量、频率和位置实现能量大小的控制、波长选择输出的控制以及输出带宽的控制。由此，该光路控制系统提供了多个控制参数，以分别对微镜控制单元以及旋转控制单元进行控制，从而可以满足各个应用场景的需要。

参照图3所示，本申请实施例中的光路控制系统可以实现各个通道的输出以及快速切换。例如，当需要对某个通道进行输出时，控制器可以所述MEMS微镜阵列目前的角度和与该通道对应的成像镜头所在的空间位置角度进行比较，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，从而使所述MEMS微镜阵列旋转至面向该成像镜头。在完成输出后，如果需要切换至下一个输出通道，那么控制器可以根据所述MEMS微镜阵列目前的角度(也就是上一个成像镜头所在的空间位置角度)和与下一个输出通道对应的下一个成像镜头所在的空间位置角度进行比较，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，从而使所述MEMS微镜阵列旋转至面向下一个成像镜头。

本申请实施例中的光路控制系统可以实现各个通道的精确输出。在微镜单元面向或部分面向与输入通道对应的成像镜头时，该微镜单元可以将入射光反射到输出通道内部。而微镜单元背离与输入通道对应的成像镜头时，入射光无法通过该微镜单元反射到输出通道内部。因此，控制器可以通过控制微镜单元来使输出光达到目标要求。例如，如果需要输出某个光强的光，所述控制器可以根据输入通道的输入光和输出的光强来生成待提供给所述微镜控制单元的控制规则指令，该控制规则指令可以包括微镜单元的翻转数量、各个微镜单元是否翻转、各个微镜单元的翻转频率、各个微镜单元的翻转角度中的一个或多个。

参照图3所示，本申请实施例中的光路控制系统可以实现单个通道在不同时刻输出相同的光强。当某个通道被选择后，该通道入射光通过微镜单元打开的数量即可控制输出光的能量调节。此时输出的能量、当下所述微镜单元的翻转总数可以被能量取样器和通道能量探测器采集记录到控制器中。当下一次输入耦合器重新连接时，如果需要输出和此前相同的能量时，控制器根据上次记录的能量反馈给微镜控制单元，使得微镜单元的翻转数量达到与之前记录能量值相同的状态，实现了每次连接均可实现输出能量一致的功能。当然的，不同通道输入耦合器各自输入能量均可单独记录，每个独立的通道均可实现能量一致性的控制。

参照图3所示，在一个优选的实施方式中，本申请实施例中的光路控制系统可以实现使得输出的光和输入的光之间符合相对应的数学关系。例如，如果输入的光与输出的光之间想要实现能量衰减倍率的调节，控制器可以通过所述微镜控制单元使微镜单元的翻转数量、翻转频率来实现衰减倍率线性和非线性调节的功能，进而输入与输出能量之间可建立起设定的数学关系，例如线性关系、对数关系、多次函数关系等。

参照图4所示，在一个优选的实施方式中，本申请实施例中的光路控制系统可以效率高、精度高地实现各个通道能量的调制输出。所述输入通道中由直流光源输入，所述MEMS微镜阵列的输出端连接有锁相放大器，所述控制指令包括调制规则，所述控制规则指令包括MEMS微镜单元的翻转数量和翻转频率，由此实现将直流光能量调节到某单一频率的信号范围内。例如，可以将直流光能量调节到某单一频率的信号范围内，调节频率与镜子翻转频率相同，联合锁相放大器能实现极微弱信号的检测，降低直流噪声的干扰，提高系统的灵敏度，进而将输入耦合器进入的光进行交流调制(能量调制)，实现能量按照一定频率和幅度输出，通过控制所述微镜单元翻转的数量和翻转的频率可实现正弦调制、开关调制、AM调制等功能。

参照图5所示，在一个优选的实施方式中，本申请实施例中的光路控制系统可以实现滤波功能(当多通道输入耦合器内的光需要将光部分波长和部分波长的能量进行选择性输出)。所述控制指令包括滤波规则，所述MEMS微镜阵列包括N行×M列个微镜单元，所述控制规则指令包括根据滤波规则对某一列的微镜单元处于开启或关闭状态，其余列的微镜单元出关闭状态。例如，入射光经过入射光栅分光后投射到MEMS微镜阵列上，此时每一列微镜单元对应一部分波长，当MEMS微镜阵列只翻转N×1个微镜单元时，对应这一列的光输出到外部，此时这一列微镜单元反射的光具有“单一”波长的信息，其他波长不输出，进而实现了波长选择的功能，对输出光N×1个微镜单元中，N的数量进行控制即可实现被选择波长的输出光的能量控制，输入光与输出光即实现了滤波器的功能，可对输出光的波长和能量进行输出控制，不同输入通道的光均可轮询实现滤波，并将参数记录在能量取样系统中。依据滤波方式，本申请实施例可以实现多通道输入滤波功能，包括低通滤波、带通滤波、高通滤波、带阻滤波功能和组合带通和带阻滤波功能。

综上所述，本申请实施例中的数字可调多通道光路控制方法可以具备以下效果：

1、该方法可以实现能量的精准控制和记忆，有助于稳定光路系统的传递关系，使不同时刻下系统处于恒久的稳定态；

2、可实现能量数控调节，使能量按照设定的程序进行输出，灵活实现设定的能量输出过程；

3、波长可实现选择输出管理，数控可调，波长和能量可实现同步调节，多个通道可轮询实现波长与能量的自由控制；

4、具有参数记忆功能，某一时刻的传输过程均可记录，可进行不同时间的对比调节，也可实现不同通道的对比调节，增加预设的灵活性；

5、MEMS微镜控制器随旋转控制器联动，可实现多个通道的连续切换，拓展性强，系统光路切换实现了旋转维度、平面反射维度，多维度，多参数控制使光的控制更加灵活。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的实施方式包括这些变形和变化而不脱离本申请。

Claims (10)

1.一种数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，该光路控制系统包括MEMS微镜阵列、用于使MEMS微镜阵列旋转的旋转控制单元，所述MEMS微镜阵列包括多个微镜单元以及能分别控制各个微镜单元独立转动的微镜控制单元，

所述光路控制系统包括输入调理模组、光控模组和输出光处理模组，其中，输入调理模组包括多个与各个通道一一对应的输入耦合器、多个分别与输入耦合器一一对应的入射光栅、多个分别与入射光栅一一对应的反射镜和多个分别与反射镜一一对应的成像镜头，输入耦合器的内部设置有狭缝、透镜和滤光片，输入耦合器用于耦合光纤输入的光，并将输入的光进行预处理和准直，经过准直入射的光经过入射光栅后按波长空间展开，再经过反射镜和成像镜头投射到MEMS微镜阵列上；

所述数字可调多通道光路控制方法包括以下步骤：

输出的能量、当下所述微镜单元的翻转总数被能量取样器和通道能量探测器采集记录到控制器中，当下一次输入耦合器重新连接时，如果需要输出和此前相同的能量时，控制器根据上次记录的能量反馈给微镜控制单元，使得微镜单元的翻转数量达到与之前记录能量值相同的状态；

其中，所述控制器将所述MEMS微镜阵列目前的角度和与该通道对应的成像镜头所在的空间位置角度进行比较，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，从而使所述MEMS微镜阵列旋转至面向该成像镜头；

其中，所述控制器获取控制指令，所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述旋转控制单元的角度命令，所述角度命令经由该控制指令解析到的多个输入通道中的其中一个生成；所述控制器根据获取到的控制指令，生成待提供给所述微镜控制单元的控制规则指令，其中控制规则指令包括微镜单元的翻转数量、各个微镜单元是否翻转、各个微镜单元的翻转频率、各个微镜单元的翻转角度中的一个或多个。

2.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，所述控制器记录第一时刻下的任一输入通道的当下控制规则，其中，当下控制规则包括所述微镜单元的翻转总数，在所述控制器获取到的控制指令为生成与第一时刻下任一输入通道相同能量的光，所述控制器根据当下控制规则生成待提供给所述微镜控制单元的预定控制规则，其中，所述当下控制规则中的所述微镜单元的翻转总数和所述预定控制规则中的所述微镜单元的翻转总数相同，由此实现各个输入通道输出的光能量在任意时刻能输出相同能量的功能。

3.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，所述控制指令包括光输入能量与光输出能量之间的数学关系，所述控制规则指令包括预设时间段内微镜单元的翻转数量变化曲线；由此实现各输入通道输出的光能量依照与数学关系对应的预设规则进行输出。

4.根据权利要求3所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，所述数学关系包括线性关系、对数关系、多次函数关系中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，所述输入通道中由直流光源输入，所述MEMS微镜阵列的输出端连接有锁相放大器，所述控制指令包括调制规则，所述控制规则指令包括MEMS微镜单元的翻转数量和翻转频率，由此实现将直流光能量调节到某单一频率的信号范围内。

6.根据权利要求5所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，所述调制规则包括正弦调制、开关调制、AM调制中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，所述控制指令包括滤波规则，所述MEMS微镜阵列包括N行×M列个微镜单元，所述控制规则指令包括根据滤波规则对某一列的微镜单元处于开启或关闭状态，其余列的微镜单元出关闭状态。

8.根据权利要求7所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，所述滤波规则包括低通滤波、带通滤波、高通滤波、带阻滤波、组合带通、带阻滤波中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，所述MEMS微镜阵列在所述旋转控制单元控制下能绕水平方向360°旋转，多个反射镜沿所述MEMS微镜阵列的旋转方向间隔排列，每个所述反射镜与一个所述输入通道一一对应。

10.根据权利要求1所述的数字可调多通道光路控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，依次通过入射光栅、反射镜、成像镜头将由输入通道输入的光导入至MEMS微镜阵列；经过所述MEMS微镜阵列上选择输出的光经过出射镜头处理后入射到出射光栅上，所述出射光栅将选择的光整合成后入射到能量取样器；所述能量取样器按照比例反射一部分光到能量探测器内。

Images