引用本文:
翟耀宗,黄春晖:单光束相干光通信中偏振态控制器的GRNN建模[J]. 光通信技术,2019,43(6):25-29.
翟耀宗,黄春晖*
福州大学 物理与信息工程学院,福州 350116)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对偏振态控制器(PSC)输出信号精度不高的问题,在制作LiNbO3晶体X-Z-X型PSC的基础上,提出了采用广义回归神经网络(GRNN)对实际的PSC进行建模的方案,并对所提出的方案进行了实验测试和仿真计算。实测结果显示:未加修正模块的PSC输出信号误差最大约为0.06,加上修正模块的信号最大误差约为0.03。
关键词:相干光通信;偏振控制;广义回归神经网络;LiNbO3
中图分类号:TN918 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)06-0025-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.06.007
0 引言
量子密钥分发(QKD)技术已经成为量子通信领域的研究热点之一[1,2]。根据载体不同,可分为连续变量量子密钥分发(CV-QKD)[3]和离散变量量子密钥分发(DV-QKD)[4]。DV-QKD研究相对较早,技术也相对成熟,但由于光源制备困难、检测设备昂贵和检测效率低等因素制约了其进一步发展;CV-QKD技术研究虽然发展起步相对较晚,但其具有光源较易实现、通信容量大、检测设备简单和检测灵敏度高等诸多优点,成为QKD领域新的研究热点之一[5-7]。由于单光束相干光通信(SBCOC)的众多优点,可以使用SBCOC搭建CV-QKD系统,由于CV-QKD传输的是微弱光信号,其偏振态控制器(PSC)的器件蠕动特性、安装偏差等因素导致的误差使得PSC输出精度不高,会对系统的工作状态产生很大影响。因此,提高CV-QKD中PSC输出信号的精度具有实际应用价值[8,9]。
近年来,提高PSC输出信号精度主要有外加模块修正输出法和公式描述法[10]。在外加模块修正法中,如用比例-积分-微分(PID)控制器对PSC进行调节使得输出稳定[11],但是存在调节速度缓慢以及当器件的特性发生蠕动后,PID控制效果下降等问题;也有使用在线偏振仪对PSC输出进行修正[12],但是存在设备昂贵与增加搭建复杂度等问题。在公式描述法中,常对PSC作用原理用公式推导加以描述,但公式是在理想情况下建立的,实际器件有材料特性误差、加工误差和安装位置误差等现实原因,必将导致输出与理论值存在偏差和误差,降低实验的稳定性和精度。
为使PSC稳定地输出精确信号,本文在分析PSC原理和误差产生因素的基础上,提出利用广义回归神经网络(GRNN)[13,14]非线性逼近能力,辨识PSC的输入/输出之间的非线性特性,建立输入电压与输出修正量之间的模型。
4 结束语
本文针对PSC输出信号误差较大的问题,首先介绍了PSC的工作原理,分析了误差引入的原因,并且在理论分析基础上,构造控制器实物。为了提升PSC输出信号精度,提出了一种基于GRNN的PSC修正预测模型。经过计算仿真和实验测量,对比了修正补偿后的预测值与理论值、未修正补偿的测量值与理论值之间的误差,发现由GRNN得到的模型能更好地修正误差,使最终的误差不超过0.03,远远优于未加修正补偿的误差,使得PSC的输出能更逼近理论值,进一步提升了PSC的性能。该器件模型可用于单光束相干光通信中。