專利名稱：基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)－光纖自動調(diào)芯法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法及裝置，屬于光通信領(lǐng)域中、集成光波導(dǎo)器件與單模光纖列陣的自動連接技術(shù)和封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，在光通信干線網(wǎng)的超高速傳輸實驗、以及接入網(wǎng)的光纖到戶技術(shù)中，越來越多地采用了光波導(dǎo)器件。在光纖網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)入光波導(dǎo)器件，必須解決光纖和光波導(dǎo)的連結(jié)封裝。其中要解決的一個關(guān)鍵技術(shù)是光波導(dǎo)器件與光纖列陣的低損耗對接。國際上的先進(jìn)指標(biāo)是每端損耗低于0.15dB。要達(dá)到這一指標(biāo)，一方面要求光波導(dǎo)的模場分布盡可能與光纖的一致，另一方面必須要求光波導(dǎo)與光纖的光軸對準(zhǔn)精度控制在0.1μm以下。
利用高精度調(diào)整架采用常規(guī)手動操作，技術(shù)要求很高，特別是在耦合進(jìn)入0.3dB后，作為操作判據(jù)的微變信號精確測試是技術(shù)關(guān)鍵，相應(yīng)的微操作十分困難，因此效率很低、重復(fù)性很差。采用自動化技術(shù)實現(xiàn)光波導(dǎo)與光纖之間的高效率、低損耗對接耦合是一種有效的手段，常規(guī)自動調(diào)芯方法沿襲手動操作的思路，通過掃描微調(diào)波導(dǎo)光軸與光纖光軸的相對位置來獲得盡可能大的耦合效率。相關(guān)的專利文獻(xiàn)有a)光波導(dǎo)器件和光纖陣列的自動對準(zhǔn)及其通道能量均衡技術(shù)(武漢光訊科技有限公司，申請?zhí)?2115963.7，公開號1383012)b)一種用于光波導(dǎo)器件和光纖陣列自動對準(zhǔn)的方法(武漢光訊科技有限公司，申請?zhí)?2115964.5，公開號1383005)常規(guī)自動調(diào)芯方法依賴于對微變信號的精確測試，不僅要求調(diào)節(jié)架的導(dǎo)軌有非常高的走行精度，還要求探測器有很高的靈敏度。一般情況下，由于精度原因和各種隨機(jī)誤差，常常導(dǎo)致調(diào)芯的重復(fù)性不好。
近年報道了一種新的質(zhì)心調(diào)芯法用于解決這個問題，該方法避開直接尋找峰值位置，采用測量計算峰值附近的耦合效率分布的質(zhì)心來確定峰值位置。從原理上克服了常規(guī)調(diào)芯過程依賴于對微變信號精確測試的困難。相關(guān)的專利文獻(xiàn)有c)波導(dǎo)-光纖自動對接的質(zhì)心調(diào)芯法及其所用自動調(diào)芯裝置(上海理工大學(xué)，專利號ZL03129249.6)該系統(tǒng)的工作原理建立在光信號的反饋伺服基礎(chǔ)上，表現(xiàn)出很強(qiáng)的邏輯性。必須通過初調(diào)使得光纖-波導(dǎo)-光纖間實現(xiàn)通光，計算機(jī)與功率計間的反饋通道進(jìn)入可運行狀態(tài)時，自動調(diào)芯程序方能生效。初調(diào)通光工作仍然需要人工操作來完成，這個工作對操作人員的技術(shù)要求很高，依賴操作者的熟練程度，時間無法一概而論。鑒此，最近提出了一種采用遺傳算法的自動調(diào)芯系統(tǒng)，一個重要改善是初調(diào)通光實現(xiàn)了自動化，對人的依賴大幅減少。相關(guān)的專利文獻(xiàn)有d)基于遺傳算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法及其裝置(上海理工大學(xué)，申請?zhí)?00410018175.1)不過，盡管遺傳法不受反饋處理的強(qiáng)邏輯性限制，允許采用空間各維的并行操作，但是每代種群須含數(shù)十～數(shù)百個個體，意味著每遺傳一代至少須進(jìn)行數(shù)十組并行操作，光纖列陣與光波導(dǎo)列陣調(diào)芯的尋優(yōu)收斂需歷經(jīng)近100代的遺傳，總的并行操作達(dá)數(shù)千組，費時要數(shù)十分鐘。另外，列陣對接自動調(diào)芯涉及的是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，既要求各個通道有高的耦合效率，又希望各通道耦合效率之間有良好的均勻性。由于分立的列陣器件不可避免地存在通道間隔誤差，實際調(diào)芯時，兩個目標(biāo)的實現(xiàn)過程常常是互相沖突的，不可能同時得到滿足。兩個指標(biāo)中何重何輕由加權(quán)左右，但是權(quán)重比例的合理設(shè)定至今仍是一件困難事情，一般只能采用反復(fù)試調(diào)逐漸修正的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述遺傳法自動調(diào)芯操作量過大、權(quán)重比例設(shè)定困難的技術(shù)問題，開發(fā)一種新的基于多目標(biāo)演化算法的自動調(diào)芯方法及其適用于該方法的自動調(diào)芯裝置。
本發(fā)明基于以下基本原理光通信系統(tǒng)中通常遇到的是單模波導(dǎo)列陣和單模光纖列陣之間的對接，在對接端面，通過本征模之間的功率耦合實現(xiàn)載波傳輸。波導(dǎo)與光纖之間填滿了對工作波長吸收小且折射率匹配的待固化粘結(jié)劑，端面反射接近-50dB，可以忽略，單芯端面耦合效率理論上表現(xiàn)為熟知的導(dǎo)模場分布間的重疊積分。不失一般性，如圖1所示，設(shè)條波導(dǎo)的光軸沿z方向，光纖光軸與條波導(dǎo)光軸間有一個角度偏差θ，兩光軸心在垂直于z軸方向上有偏差Δx和Δy，光纖端面和波導(dǎo)端面沿z軸方向的間距為Δz?？紤]到光波導(dǎo)制造工藝中一些不可預(yù)測的因素導(dǎo)致波導(dǎo)模場分布的不對稱，用Wxo和Wyo分別表示單模波導(dǎo)導(dǎo)模在x和y方位上的束腰，光纖模的束腰為Wfo。單芯端面耦合效率η可表示為η＝ηx·ηy(1a)
ηx=2exp[-k2(Wfo2+Wxo2)θ22ηxo(Δz)-2ηxo(Δz)(Δx2Wfo2+(Δzθ-Δx)2Wxo2)]ηxo(Δz)...(1b)]]>ηy=2exp[-2Δy2ηyo(Δz)(1Wfo2+1Wyo2)]ηyo(Δz)...(1c)]]>式中ηxo(Δz)=(WxoWfo+WfoWxo)2+(2ΔzkWfoWxo)2...(2a)]]>ηyo(Δz)=(WyoWfo+WfoWyo)2+(2ΔzkWfoWyo)2...(2b)]]>這里，k是光波在波導(dǎo)與光纖之間的介質(zhì)中的波數(shù)，與介質(zhì)的折射率有關(guān)，反映了粘結(jié)劑的介電影響。耦合效率η隨θ、Δx、Δy和Δz的減小而增大，當(dāng)θ、Δx、Δy和Δz為零時，有最大耦合效率ηmax=1(WfoWxo+WxoWfo)(WfoWyo+WyoWfo)...(3)]]>此時若波導(dǎo)與光纖的模場分布完全相同，理論上式(3)給出100％的端面耦合效率。盡管實際情況不是如此理想，但理論分析指出一個原則，對于給定的光波導(dǎo)和光纖，要獲得高的端面耦合效率，必須盡可能使兩者的光軸對準(zhǔn)且保持平行、兩者的端面間隔應(yīng)盡量小且填充適當(dāng)?shù)恼凵渎势ヅ浣橘|(zhì)。
多通道列陣耦合在原理上是上述單芯耦合的推廣，由于實際的波導(dǎo)列陣和光纖列陣在芯間距上不盡一致，不可能做到所有通道都同時獲得最高的耦合效率，實用的折中辦法是采用兩個指標(biāo)對調(diào)芯結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡評價，一個是所有通道的插入損耗之和是否足夠小，另一個是所有通道中插入損耗最大值與最小值之差是否足夠小，后者被用來定義均勻性。由于分立器件自身的損耗是確定的，進(jìn)入調(diào)芯對接流程時，影響插入損耗的因素主要是端面耦合損耗，端面耦合損耗用端面耦合效率的分貝值來表示。
列陣調(diào)芯時能夠?qū)崟r監(jiān)測所有通道的輸出當(dāng)然最好，但由于波導(dǎo)通道數(shù)隨器件技術(shù)的發(fā)展不斷增多、以及受封裝系統(tǒng)成本的限制，調(diào)芯系統(tǒng)一般不配備大量的光功率計，實際現(xiàn)狀是采用如圖2例示的雙芯調(diào)芯的方法，1×8波導(dǎo)分支耦合器與光纖列陣對接耦合時，取第2和第7路通道(亦可以是相隔一定距離的其它兩路通道)的輸出作為采樣信號，其它通道的對接耦合靠分立器件各通道幾何位置的精度來保證。對于0.1μm位置精度的光波導(dǎo)列陣和小于0.5μm位置精度的光纖列陣，采用雙芯調(diào)芯方法實用上沒有障礙。
由于多芯列陣的端面有較大的長寬比，端面間隔的微調(diào)必須與端面平行度相關(guān)聯(lián)，要求端面間近乎平行，否則由于邊端碰撞導(dǎo)致間隔微調(diào)不能進(jìn)行。因此商用波導(dǎo)芯片或光纖列陣的光軸與其端面的垂直度偏差一般在0.2°以內(nèi)，以保障波導(dǎo)光軸與光纖光軸之間的平行度可以通過調(diào)整兩列陣端面之間的平行度來控制。出射端的端面間平行度和端面間距的調(diào)整涉及和θx、θy和z三維，列陣雙芯對接涉及x、y和θz三維。在入射端，由于單光纖的圓對稱性，θz的調(diào)整喪失意義。因此雙芯自動調(diào)芯涉及的空間維數(shù)為11維，分別是處于波導(dǎo)芯片輸入端一側(cè)的、調(diào)整輸入光纖芯位置的空間五維，以及處于波導(dǎo)芯片輸出端一側(cè)的、調(diào)整光纖列陣的定位光纖芯位置的空間六維。
多目標(biāo)演化算法的導(dǎo)入列陣對接自動調(diào)芯涉及的是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，既要求各個通道有高的耦合效率，又希望各通道耦合效率之間有良好的均勻性。本發(fā)明涉及的多目標(biāo)演化算法是一種基于穩(wěn)定淘汰策略的、多目標(biāo)進(jìn)化的非劣解集算法，采用無支配排序規(guī)則對種群中的每個個體分配Pareto秩，個體按Pareto秩號分類后，對具有相同秩號的所有個體算出其擁擠距離，低Pareto秩號的個體意味著更趨近多個目標(biāo)的綜合要求，大擁擠距離的個體意味著更富多樣性。與傳統(tǒng)遺傳算法相比，本發(fā)明不采用建立包含多個加權(quán)目標(biāo)的單一適應(yīng)度函數(shù)來評價種群中的個體，而是按個體的Pareto秩號及其擁擠距離的大小決定淘汰順序，Pareto秩小且擁擠距離大的個體被賦予更多的繁衍機(jī)會。
為了提高收斂速度，尋優(yōu)過程結(jié)合了多父代交叉和蟻群爬山法兩個啟發(fā)式。對M個親代個體先用多父代交叉方法產(chǎn)生一個新的后代個體，組成一個M+1個個體的中間群體，按個體的Pareto秩號及其擁擠距離的大小淘汰一個末位個體后，再用實值變異方法產(chǎn)生一個新的后代個體，按相同判據(jù)淘汰一個末位個體，由此得到由M個個體組成的下一代種群。顯然，本發(fā)明的方法付諸實用時，對每一代進(jìn)化只需做兩個個體的機(jī)器操作，操作量較傳統(tǒng)遺傳算法大幅減少，可顯著提高自動調(diào)芯的效率。
導(dǎo)入多目標(biāo)演化算法機(jī)理需要解決演化算法基因模型與實際調(diào)芯過程的映射，用演化算法模型中的個體概念描述實際調(diào)芯時波導(dǎo)光軸與光纖光軸之間某個空間相對方位；種群概念反映了所考慮的所有空間相對方位的集合。本發(fā)明的方法的好處是允許采用實數(shù)編碼方案，不僅避免了二進(jìn)制編碼處理連續(xù)函數(shù)時存在的精度與搜索空間之間的矛盾，而且計算速度大大提高，因此用含有多個決策變量的實數(shù)數(shù)組來表示染色體，相當(dāng)于物理空間的坐標(biāo)。調(diào)芯過程期望達(dá)到的兩個指標(biāo)分別作為兩個目標(biāo)函數(shù)值。經(jīng)過如此概念映射，列陣對接自動調(diào)芯對耦合效率和均勻性的尋優(yōu)過程轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)演化算法對兩個目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化的過程。
取圖2所示1×8波導(dǎo)分支耦合器與光纖列陣的對接耦合為例，雙芯自動調(diào)芯涉及的空間維數(shù)是11維。一般地，在顯微監(jiān)視操作下，波導(dǎo)光軸與光纖光軸間的初始偏差容易控制在50μm之內(nèi)，波導(dǎo)端面和光纖端面的間距容易控制在4μm之內(nèi)，由此確定x軸和y軸參量的變化范圍為[-50μm，50μm]，z軸參量的變化范圍為
。取θz角的搜索范圍為±5°。為了避免波導(dǎo)芯片與光纖列陣發(fā)生上下或左右的邊端碰撞，θx角和θy角的搜索范圍由下式-zmaxh≤sinθx≤zmaxh,-zmaxw≤sinθy≤zmaxw...(4)]]>決定，這里h、w和zmax分別是光纖列陣的厚度、寬度以及兩端面間的最大間隔。
上述空間11維對應(yīng)于演化算法的11個決策變量，一組11維的決策變量構(gòu)成一個個體Ui，通過建立M個個體的集合形成種群。每個個體在調(diào)芯過程中對應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的耦合效率，將耦合效率轉(zhuǎn)化為上述兩個目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行評價。由于實際操作時得到的是采樣信號的光功率，它與插入損耗成反比，則均勻性直接用兩個采樣信號功率的差值來表示。兩個目標(biāo)函數(shù)分別用f1(Ui)＝-[P1(Ui)+P2(Ui)] (5)f2(Ui)＝|P1(Ui)-P2(Ui)|(6)定義，式中P1和P2分別是調(diào)芯位置處于由個體Ui規(guī)定的空間方位時、由兩個采樣通道測得的輸出光功率，它們與輸入光功率的比值采用分貝表示時即為插入損耗。顯然P1和P2愈大，目標(biāo)函數(shù)f1愈小；P1與P2的差異愈小，目標(biāo)函數(shù)f2愈小。
種群中所有個體的Pareto秩的分配規(guī)則是設(shè)所考察的個體為Ui，若與另一個體Uj≠i存在如下目標(biāo)函數(shù)值關(guān)系f1(Ui)＞f1(Uj≠i)and f2(Ui)≥f2(Uj≠i)(7)則個體Ui的Pareto秩號增加1，否則秩號增量為0。通過與Ui以外的所有個體逐個比較，累計得到個體Ui的Pareto秩號值。如此考察過程遍及所有個體，完成種群的個體按Pareto秩號的分類。顯然，(7)式的判據(jù)以及秩號分配規(guī)則保證了低Pareto秩號的個體更具備雙目標(biāo)同時優(yōu)化的傾向。對種群中具有相同秩號的個體，按以下規(guī)則計算擁擠距離把相同秩號下的k個個體Uj按f1(Um)＜f1(Um+1)m＝1，2，L，k-1.(8)f2(Un)＜f2(Un+1)n＝1，2，L，k-1.的順序分別用過渡性的m下標(biāo)和n下標(biāo)排列，算出d1(Um)=∞at m=1or kf1(Um+1)-f1(Um-1)f1(Uk)-f1(U1)at m≠1or k...(9a)]]>d2(Un)=∞at n=1or kf2(Un+1)-f2(Un-1)f2(Uk)-f2(U1)at n≠1or k...(9b)]]>再將m下標(biāo)排列和n下標(biāo)排列分別對應(yīng)回復(fù)到原來的i下標(biāo)排列，于是每個個體Ui由此得一對d1(Ui)和d2(Ui)。個體Ui的擁擠距離定義為d(Ui)＝d1(Ui)+d2(Ui) (10)上述過程遍歷種群中所有個體。顯然，這里的擁擠距離是指由兩個目標(biāo)維數(shù)決定的兩維空間中、種群中的某個被考察個體與其同秩號相鄰個體之間的空間距離的估算。擁擠距離大的個體，它的兩個目標(biāo)函數(shù)值與同秩號相鄰個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值的差異大，因此對種群中同秩號個體的多樣性貢獻(xiàn)大。物理上，多樣性有助于調(diào)芯過程避免陷入次優(yōu)的局部收斂?？傊?，對于種群中的任意兩個個體，秩號小的個體優(yōu)于秩號大的個體；對于秩號相同的兩個個體，擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體。至此用Pareto秩和擁擠距離兩個參數(shù)完成了對一代種群中所有個體的評價。
種群的遺傳由交叉、變異和淘汰等三個步驟來完成。交叉和變異影響進(jìn)化是否收斂、以及收斂的速度。參與交叉的個體愈多，進(jìn)化收斂至最優(yōu)的可能性愈大；參與交叉的個體的優(yōu)劣評價愈排前，收斂速度愈快。為此采用多父代交叉，從當(dāng)前大小為M的種群中選擇m個評價排前的個體，由以下的交叉操作U0=Σi=1maiUi...(11)]]>得到一個新個體U0，這里權(quán)重系數(shù)滿足Σi=1mai=1,-0.5≤ai≤1.5...(12)]]>的關(guān)系。新個體U0與原M個個體構(gòu)成一個大小為M+1的過渡種群，算出新個體U0的Pareto秩以及擁擠距離，按這兩個指標(biāo)淘汰末位個體后，重新得到一個大小為M的新種群。為了進(jìn)一步增加種群多樣性和加快收斂速度，再做實值變異操作，從新種群中隨機(jī)選取一個個體，通過實值變異，增加一個在父個體附近的新個體，再次構(gòu)成大小為M+1的過渡種群。類似地通過計算、比較Pareto秩以及擁擠距離，淘汰末位個體后，方得一個大小為M的下一代種群。采用如此的蟻群爬山法，通過一代一代的交叉、變異、穩(wěn)定淘汰等基因操作，不斷進(jìn)化，直至到達(dá)設(shè)定的最大進(jìn)化代數(shù)為止。最大進(jìn)化代數(shù)的大小與多目標(biāo)演化算法的收斂特性有關(guān)，可以參考試驗運行的結(jié)果或參考數(shù)值仿真試驗的結(jié)果來確定，本發(fā)明取最大進(jìn)化代數(shù)為大于或等于35。
數(shù)值仿真以圖2給出的對接系統(tǒng)作為仿真模型，采樣光纖是第2和第7通道，為了突出端面耦合效率，不失一般性，忽略1×8波導(dǎo)分支耦合器的傳輸損耗、彎曲損耗和Y分支耦合損耗，這個模型在端面耦合效率達(dá)100％的理想情況下，波導(dǎo)分支耦合器各通道的插入損耗等于9.031dB的1分8原理損耗。取1550nm波長下常規(guī)單模光纖的束腰Wfo＝5.63μm，石英單模條波導(dǎo)的模場非對稱因子α＝1-(Wxo/Wyo)一般在0.1％量級，這里按0.4％取相對折射率差Δ＝0.3％的石英單模條波導(dǎo)的束腰Wyo＝5.63μm、Wxo＝5.61μm，輸入光功率為0dBm。初始種群用完全隨機(jī)的方法產(chǎn)生，種群大小為30。
為了把握多目標(biāo)演化調(diào)芯過程的收斂特性，先考慮光纖列陣和波導(dǎo)列陣的芯間隔均為250μm的理想情況，第2和第7采樣光纖之間的間距為1250μm。波導(dǎo)兩端面與輸入/輸出光纖列陣端面之間的間隙內(nèi)填充的介質(zhì)參照BP300紫外粘結(jié)劑的參數(shù)，1550nm波長上的折射率為1.444，與石英的折射率差小于0.01，透過率為98％/mm。做了10次重復(fù)仿真，每次遺傳100代，初始種群采用隨機(jī)方法生成。仿真結(jié)果列于表1，兩芯插入損耗平均值為9.042dB，扣除原理損耗，端面耦合損耗平均值約為0.011dB。由于設(shè)定了光纖和波導(dǎo)的表1.理想間距的光纖列陣與波導(dǎo)列陣雙芯對接耦合仿真結(jié)果。

通道間距相等，均勻性誤差為0dB。圖3給出了其中一次仿真的收斂進(jìn)程，早期收斂非常迅速，大約經(jīng)過35代進(jìn)化即可進(jìn)入小于9.1dB的區(qū)域，搜索效率和收斂性都很好。
實際產(chǎn)品中，波導(dǎo)列陣由于采用光刻技術(shù)制備，列陣間距有很好的精度，光纖列陣的制備采用刻V形槽后掩埋光纖的工藝，列陣間距的精密控制較困難，表2給出了用列陣芯距測試儀實測的一個石英基板V形槽8芯光纖列陣的芯中心的位置分布數(shù)據(jù)，與250μm理論間距比較，最大誤差＜0.35μm。結(jié)合實際情況，用表2的實測數(shù)據(jù)替代理想光纖列陣，做了表2. 8芯光纖列陣芯中心位置實測值。

多目標(biāo)演化算法的雙芯自動對接仿真，表3歸納了10次仿真的結(jié)果，進(jìn)化100代時對應(yīng)的通道2和通道7的插入損耗的平均值分別是9.050dB和9.085dB。
表3.實測光纖列陣與波導(dǎo)列陣雙芯對接耦合仿真結(jié)果。

與理想情況相比，分別增加了0.008dB和0.043dB，反映了光纖列陣芯距誤差的影響。選擇表3中第1次仿真得到的耦合位置，計算了8個通道的插入損耗，結(jié)果示于圖4。8個通道的插入損耗的平均值為9.072dB，扣除原理損耗，端面耦合損耗平均值約為0.041dB，表征均勻性指標(biāo)的最大值與最小值的差為0.054dB，滿足實用要求。上述結(jié)果為多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。
基于上述原理，一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特點是，方法步驟為1.建立波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯物理參數(shù)與多目標(biāo)演化算法模型之間的映射，其中調(diào)芯時波導(dǎo)光軸與光纖光軸之間某個空間相對位置和方向?qū)?yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的個體，上述空間相對位置和方向的集合對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的種群，空間坐標(biāo)軸參量對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的染色體，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率之和對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第一個目標(biāo)函數(shù)f1，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率的最大值和最小值之差對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第二個目標(biāo)函數(shù)f2；2.光纖列陣-光波導(dǎo)-光纖列陣系統(tǒng)初調(diào)確認(rèn)采用計算機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的方式調(diào)整輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣，使之分別與光波導(dǎo)輸入端口和輸出端口的對準(zhǔn)偏差在±50μm范圍內(nèi)；3.用完全隨機(jī)的方法產(chǎn)生初始種群Q(t＝0)，這里t代表進(jìn)化代數(shù)，種群中個體的數(shù)目為30或30以上，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)≥35；4.對每個個體計算其目標(biāo)函數(shù)值輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣按每個個體的規(guī)定用指定的方向姿態(tài)進(jìn)入指定的空間位置，并讀取和記錄保存兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率值，該過程按個體順序依次進(jìn)行，利用所述測得的光功率值計算每個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值f1和f2；5.根據(jù)每一個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值計算每一個個體的Pareto秩，對Pareto秩相同的個體計算其擁擠距離；6.按照Pareto秩號小的個體優(yōu)于Pareto秩號大的個體、Pareto秩號相同的兩個個體中擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體的原則，完成對一代種群中所有個體的評價；7.采用交叉、變異和末位淘汰三個步驟產(chǎn)生下一代種群，上述過程迭代進(jìn)行，直至到達(dá)設(shè)定的最大進(jìn)化代數(shù)為止，完成一次波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯過程。
一種基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法所用的自動調(diào)芯裝置，其特征在于所述裝置包括抗震平臺、光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架、兩臺驅(qū)動器、兩套監(jiān)測系統(tǒng)、激光源、光功率計和計算機(jī)，光波導(dǎo)芯片被固定于所述光波導(dǎo)支架上，該光波導(dǎo)支架可在x、y、z三維實現(xiàn)手動調(diào)整，所述兩套精密六維調(diào)節(jié)架分別用于固定和調(diào)整輸入用和輸出用光纖列陣的空間方位、并分別位于所述光波導(dǎo)支架的兩側(cè)，所述兩套監(jiān)測系統(tǒng)分別位于光波導(dǎo)支架的上方和正前方，所述光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架和兩套監(jiān)測系統(tǒng)均固定安裝在所述抗震平臺上。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯方法及其調(diào)芯裝置，從機(jī)理上改進(jìn)了現(xiàn)行自動調(diào)芯方法的不足。本發(fā)明的顯著效果表現(xiàn)在與常規(guī)遺傳法自動調(diào)芯比較，機(jī)器操作次數(shù)大幅減少，且無需人為參與目標(biāo)權(quán)重的設(shè)定，顯著提高了可操作性，有效地提高了實現(xiàn)光纖列陣-波導(dǎo)器件-光纖列陣系統(tǒng)低損耗快速對接耦合的自動化程度和工作效率。


圖1為單模光纖和單模條波導(dǎo)的端面耦合的解析模型圖；圖2為1×8波導(dǎo)Splitter與光纖列陣的對接耦合圖；圖3.為多目標(biāo)演化算法調(diào)芯數(shù)值仿真進(jìn)程曲線圖；圖4為8個通道的插入損耗圖；圖5為多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯流程圖；圖6為自動調(diào)芯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖。
具體實施例方式
一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特點是，方法的具體步驟為1.建立波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯物理參數(shù)與多目標(biāo)演化算法模型之間的映射，其中調(diào)芯時波導(dǎo)光軸與光纖光軸之間某個空間相對位置和方向?qū)?yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的個體，上述空間相對位置和方向的集合對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的種群，空間坐標(biāo)軸參量對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的染色體，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率之和對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第一個目標(biāo)函數(shù)f1，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率的最大值和最小值之差對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第二個目標(biāo)函數(shù)f2；2.光纖列陣-光波導(dǎo)-光纖列陣系統(tǒng)初調(diào)確認(rèn)采用計算機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的方式調(diào)整輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣，使之分別與光波導(dǎo)輸入端口和輸出端口的對準(zhǔn)偏差在±50μm范圍內(nèi)；3.用完全隨機(jī)的方法產(chǎn)生初始種群Q(t＝0)，這里t代表進(jìn)化代數(shù)，種群中個體的數(shù)目為30或30以上，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)≥35；
4.對每個個體計算其目標(biāo)函數(shù)值輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣按每個個體的規(guī)定用指定的方向姿態(tài)進(jìn)入指定的空間位置，并讀取和記錄保存兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率值，該過程按個體順序依次進(jìn)行，利用所述測得的光功率值計算每個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值f1和f2；5.根據(jù)每一個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值計算每一個個體的Pareto秩，對Pareto秩相同的個體計算其擁擠距離；6.按照Pareto秩號小的個體優(yōu)于Pareto秩號大的個體、Pareto秩號相同的兩個個體中擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體的原則，完成對一代種群中所有個體的評價；7.采用交叉、變異和末位淘汰三個步驟產(chǎn)生下一代種群，上述過程迭代進(jìn)行，直至到達(dá)設(shè)定的最大進(jìn)化代數(shù)為止，完成一次波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯過程。
所述步驟1中所述的空間坐標(biāo)軸參量為空間11維，包括輸入端一側(cè)除了繞光纖光軸轉(zhuǎn)動以外的5維和輸出端一側(cè)的6維，該11維坐標(biāo)變量用實數(shù)數(shù)組來編碼。
所述步驟1中所述的任意第i個個體由上所述的、用任意第i個實數(shù)數(shù)組編碼的11維坐標(biāo)變量Ui構(gòu)成。
所述步驟1中所述的第一個目標(biāo)函數(shù)f1(Ui)和第二個目標(biāo)函數(shù)f2(Ui)分別由以下二式得到f1(Ui)＝-[P1(Ui)+P2(Ui)]f2(Ui)＝|P1(Ui)-P2(Ui)|式中，P1(Ui)和P2(Ui)分別是調(diào)芯位置處于由個體Ui規(guī)定的空間方位時、由兩個采樣通道測得的輸出光功率。
所述步驟5中所述的個體的Pareto秩由以下規(guī)則計算得到對于任意第i個個體Ui，若與另一個體Uj≠i存在如下目標(biāo)函數(shù)值關(guān)系f1(Ui)＞f1(Uj≠i)以及f2(Ui)≥f2(Uj≠i)那么，個體Ui的Pareto秩號增加1，否則秩號增量為0。按這個規(guī)則，通過與Ui以外的所有個體逐個比較，累計得到個體Ui的Pareto秩號值。
所述步驟5中所述的個體的擁擠距離由以下規(guī)則計算得到對種群中具有相同秩號的個體，把相同秩號下的k個個體Ui按
f1(Um)＜f1(Um+1)m＝1，2，L，k-1.
f2(Un)＜f2(Un+1)n＝1，2，L，k-1.
的順序分別用過渡性的m下標(biāo)和n下標(biāo)排列，算出 再將m下標(biāo)排列和n下標(biāo)排列分別對應(yīng)回復(fù)到原來的i下標(biāo)排列，于是每個個體Ui由此得一對d1(Ui)和d2(Ui)，個體Ui的擁擠距離d(Ui)由下式得到d(Ui)＝d1(Ui)+d2(Ui)所述步驟7中所述的末位淘汰是指剔除Pareto秩號最大的個體群中、擁擠距離最小的個體。
所述步驟7中所述的交叉由以下規(guī)則計算得到按照Pareto秩號小的個體優(yōu)于Pareto秩號大的個體、Pareto秩號相同的兩個個體中擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體的原則，從當(dāng)前大小為M的種群中選擇m個評價排前的個體，由以下計算U0=Σi=1maiUi]]>得到一個新個體U0，式中權(quán)重系數(shù)ai滿足Σi=1mai=1,-0.5≤ai≤1.5]]>的關(guān)系，新個體U0與原M個個體構(gòu)成一個大小為M+1的過渡種群，按上述5的規(guī)則算出新個體U0的Pareto秩以及擁擠距離，按上述7的規(guī)則淘汰末位個體后，重新得到一個大小為M的新種群。
所述步驟7中所述的變異由以下規(guī)則得到從上述得到的新種群中隨機(jī)選取一個個體，采用實數(shù)值改變所述的該個體的實值編碼，由此增加一個在父代個體附近的新個體，再次構(gòu)成大小為M+1的過渡種群。按上述Pareto秩和個體的擁擠距離的計算規(guī)則得到該過渡種群中所有個體的Pareto秩以及擁擠距離，按照末位淘汰規(guī)則淘汰末位個體后，得到一個個體數(shù)量為M的下一代種群。
具體實施的調(diào)芯過程概括為在顯微攝像監(jiān)測下調(diào)整兩端的單模光纖列陣，使之與光波導(dǎo)器件的輸入/輸出波導(dǎo)基本對準(zhǔn)，然后啟動以下程序如圖5所示。
基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯裝置的結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括抗震平臺、光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架、兩臺驅(qū)動器、兩套監(jiān)測系統(tǒng)、激光源、光功率計和計算機(jī)，光波導(dǎo)芯片被固定于所述光波導(dǎo)支架上，該光波導(dǎo)支架可在x、y、z三維實現(xiàn)手動調(diào)整，所述兩套精密六維調(diào)節(jié)架分別用于固定和調(diào)整輸入用和輸出用光纖列陣的空間方位、并分別位于所述光波導(dǎo)支架的兩側(cè)，所述兩套監(jiān)測系統(tǒng)分別位于光波導(dǎo)支架的上方和正前方，所述光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架和兩套監(jiān)測系統(tǒng)均固定安裝在所述抗震平臺上。
光波導(dǎo)芯片被固定于中間的光波導(dǎo)支架上，該光波導(dǎo)支架可在x、y、z三維實現(xiàn)手動調(diào)整。兩側(cè)兩臺精密六維調(diào)節(jié)架分別置于光波導(dǎo)支架的左右兩側(cè)，分別用于固定和調(diào)整輸入光纖列陣和輸出光纖列陣的空間方位。精密六維調(diào)節(jié)架的x、y、z三維移動軸和繞移動軸轉(zhuǎn)動的θx、θy、θz三維轉(zhuǎn)動軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。x、y、z三維移動軸的最小移動量為0.05μm，θx轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0030度，θy轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0032度，θz轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0025度。兩臺驅(qū)動器用于驅(qū)動兩臺精密六維調(diào)節(jié)架的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動器通過GPIB接口與計算機(jī)相連，可用軟件編程進(jìn)行控制。監(jiān)測系統(tǒng)由兩套沿x、y直交布置的CCD顯微鏡及其微調(diào)架、顯示器和照明冷光源組成，用于初調(diào)整時的顯微觀察。激光源用以提供穩(wěn)定的工作光波，激光源的輸出接口與光纖對接。光功率計用于探測輸出光纖的輸出光功率，配有兩個輸入接口，可同時測試來自于兩根光纖的輸出功率。光功率計置有GPIB接口，與計算機(jī)連接實現(xiàn)通信。指令系統(tǒng)由計算機(jī)擔(dān)當(dāng)，根據(jù)軟件編程控制調(diào)芯操作，實時接受光功率計探測得到的光功率信號，實時完成判別、記憶和反饋操作。系統(tǒng)軟件用VB語言編制。
實施例1.單芯光纖-條波導(dǎo)-單芯光纖系統(tǒng)的端面耦合多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯及其結(jié)果選擇單芯光纖-條波導(dǎo)-單芯光纖系統(tǒng)的自動調(diào)芯、考察端面耦合損耗的試驗，可排除波導(dǎo)自身損耗帶來的問題，便于更客觀地反映調(diào)芯系統(tǒng)在硬件和軟件兩方面的性能。由于是單芯耦合，均勻性指標(biāo)被脫敏。光波導(dǎo)選用日本NHK公司石英基掩埋型單模條波導(dǎo)，波導(dǎo)芯截面設(shè)計尺寸為8×8μm2，相對折射率差為0.3％，兩端面平面研磨。光纖為日本住友電工公司的平面研磨單模光纖。清潔干燥的光纖端面和波導(dǎo)端面間置有微量的折射率匹配液，有效抑制端面反射。初調(diào)在直交的x、y兩維顯微監(jiān)視下進(jìn)行，采用鼠標(biāo)操作、0.1μm步進(jìn)驅(qū)動，容易將光纖和光波導(dǎo)的芯對準(zhǔn)偏差控制在±50μm范圍內(nèi)，波導(dǎo)端面和光纖端面的間距控制在4μm之內(nèi)。此時啟動按上述方法步驟編制的多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯程序，兩端調(diào)芯并行進(jìn)行，結(jié)束后記錄輸出功率，完成一次調(diào)芯費時不大于3min。調(diào)芯完畢后，輸出端單模光纖改為多模光纖，重復(fù)上述調(diào)芯過程。由于多模光纖的芯徑達(dá)50μm，可以近似認(rèn)為多模光纖全部接收了單模條波導(dǎo)的輸出功率。多模光纖與單模光纖的測量值的分貝差即為單模條波導(dǎo)與單模光纖的端面耦合損耗。自動調(diào)芯實驗次數(shù)為7次，結(jié)果列于表4。1542.4nm波長上的耦合損耗平均值為0.1136dB，單次耦合損耗的最大值小于0.13dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.02dB。表明該系統(tǒng)在實現(xiàn)高效率、低損耗的光纖-波導(dǎo)自動對接方面是十分有效的。
表4.光纖-波導(dǎo)-光纖系統(tǒng)的端面耦合調(diào)芯試驗結(jié)果。

2.單光纖列陣-1×8波導(dǎo)分支耦合器-8光纖列陣的多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯及其結(jié)果波導(dǎo)器件選用日本NHK公司的石英基1×8分支耦合器，輸入端的單芯光纖列陣和輸出端的8芯光纖列陣選用霓達(dá)光電器件公司產(chǎn)品。波導(dǎo)端面和光纖列陣端面經(jīng)平面研磨，端面間置有待固化BP300紫外粘結(jié)劑，波導(dǎo)和光纖列陣的芯間距公稱值是250μm。在顯微監(jiān)視下完成初調(diào)后，啟動按上述步驟編制的多目標(biāo)演化算法自動調(diào)芯程序，工作波長是1542.4nm，采樣信道是第2和第7通道。重復(fù)調(diào)芯測試7次，單次調(diào)芯時間均小于10min。表5歸納了實測數(shù)據(jù)，各通道插入損耗均小于10.7dB，均勻性指標(biāo)小于0.77dB。表明基于多目標(biāo)演化算法的自動調(diào)芯系統(tǒng)具備在短時間內(nèi)實現(xiàn)低損耗列陣調(diào)芯、重復(fù)性好的特征。
表5.光纖列陣-1×8波導(dǎo)分支耦合器-光纖列陣系統(tǒng)的自動調(diào)芯實驗結(jié)果。

權(quán)利要求
1.一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特點是，方法具體步驟為(1)建立波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯物理參數(shù)與多目標(biāo)演化算法模型之間的映射，其中調(diào)芯時波導(dǎo)光軸與光纖光軸之間某個空間相對位置和方向?qū)?yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的個體，上述空間相對位置和方向的集合對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的種群，空間坐標(biāo)軸參量對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的染色體，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率之和對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第一個目標(biāo)函數(shù)f1，調(diào)芯過程測得的兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率的最大值和最小值之差對應(yīng)多目標(biāo)演化算法模型中的第二個目標(biāo)函數(shù)f2；(2)光纖列陣-光波導(dǎo)-光纖列陣系統(tǒng)初調(diào)確認(rèn)采用計算機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的方式調(diào)整輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣，使之分別與光波導(dǎo)輸入端口和輸出端口的對準(zhǔn)偏差在±50μm范圍內(nèi)；(3)用完全隨機(jī)的方法產(chǎn)生初始種群Q(t＝0)，這里t代表進(jìn)化代數(shù)，種群中個體的數(shù)目為30或30以上，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)≥35；(4)對每個個體計算其目標(biāo)函數(shù)值輸入用單模光纖列陣和輸出用單模光纖列陣按每個個體的規(guī)定用指定的方向姿態(tài)進(jìn)入指定的空間位置，并讀取和記錄保存兩個或兩個以上波導(dǎo)通道的光功率值，該過程按個體順序依次進(jìn)行，利用所述測得的光功率值計算每個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值f1和f2；(5)根據(jù)每一個個體的兩個目標(biāo)函數(shù)值計算每一個個體的Pareto秩，對Pareto秩相同的個體計算其擁擠距離；(6)按照Pareto秩號小的個體優(yōu)于Pareto秩號大的個體、Pareto秩號相同的兩個個體中擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體的原則，完成對一代種群中所有個體的評價；(7)采用交叉、變異和末位淘汰三個步驟產(chǎn)生下一代種群，上述過程迭代進(jìn)行，直至到達(dá)設(shè)定的最大進(jìn)化代數(shù)為止，完成一次波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(1)中所述的空間坐標(biāo)軸參量為空間11維，包括輸入端一側(cè)除了繞光纖光軸轉(zhuǎn)動以外的5維和輸出端一側(cè)的6維，該11維坐標(biāo)變量用實數(shù)數(shù)組來編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(1)中所述的任意第i個個體由上所述的、用任意第i個實數(shù)數(shù)組編碼的11維坐標(biāo)變量Ui構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(1)中所述的第一個目標(biāo)函數(shù)f1(Ui)和第二個目標(biāo)函數(shù)f2(Ui)分別由以下二式得到f1(Ui)＝-[P1(Ui)+P2(Ui)]f2(Ui)＝|P1(Ui)-P2(Ui)|式中，P1(Ui)和P2(Ui)分別是調(diào)芯位置處于由個體Ui規(guī)定的空間方位時、由兩個采樣通道測得的輸出光功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(5)中所述的個體的Pareto秩由以下規(guī)則計算得到對于任意第i個個體Ui，若與另一個體Uj≠i存在如下目標(biāo)函數(shù)值關(guān)系f1(Ui)＞f1(Uj≠i)以及f2(Ui)≥f2(Uj≠i)那么，個體Ui的Pareto秩號增加1，否則秩號增量為0。按這個規(guī)則，通過與Ui以外的所有個體逐個比較，累計得到個體Ui的Pareto秩號值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(5)中所述的個體的擁擠距離由以下規(guī)則計算得到對種群中具有相同秩號的個體，把相同秩號下的k個個體Ui按f1(Um)＜f1(Um+1)m＝1，2，L，k-1.f2(Un)＜f2(Un+1)n＝1，2，L，k-1.的順序分別用過渡性的m下標(biāo)和n下標(biāo)排列，算出 再將m下標(biāo)排列和n下標(biāo)排列分別對應(yīng)回復(fù)到原來的i下標(biāo)排列，于是每個個體Ui由此得一對d1(Ui)和d2(Ui)，個體Ui的擁擠距離d(Ui)由下式得到d(Ui)＝d1(Ui)+d2(Ui)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(7)中所述的末位淘汰是指剔除Pareto秩號最大的個體群中、擁擠距離最小的個體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(7)中所述的交叉由以下規(guī)則計算得到按照Pareto秩號小的個體優(yōu)于Pareto秩號大的個體、Pareto秩號相同的兩個個體中擁擠距離大的個體優(yōu)于擁擠距離小的個體的原則，從當(dāng)前大小為M的種群中選擇m個評價排前的個體，由以下計算U0=Σi=1maiUi]]>得到一個新個體U0，式中權(quán)重系數(shù)ai滿足Σi=1mai=1,]]>-0.5≤ai≤1.5的關(guān)系，新個體U0與原M個個體構(gòu)成一個大小為M+1的過渡種群，按上述5和6的規(guī)則算出新個體U0的Pareto秩以及擁擠距離，按上述7的規(guī)則淘汰末位個體后，重新得到一個大小為M的新種群。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標(biāo)演算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法，其特征在于，所述的步驟(7)中所述的變異由以下規(guī)則得到從上述得到的新種群中隨機(jī)選取一個個體，采用實數(shù)值改變所述的該個體的實值編碼，由此增加一個在父代個體附近的新個體，再次構(gòu)成大小為M+1的過渡種群。按上述Pareto和個體的擁擠距離的計算規(guī)則得到該過渡種群中所有個體的Pareto秩以及擁擠距離，按照淘汰規(guī)則淘汰末位個體后，得到一個個體數(shù)量為M的下一代種群。
10.一種基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法所用的自動調(diào)芯裝置，其特征在于，所述裝置包括抗震平臺、光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架、兩臺驅(qū)動器、兩套監(jiān)測系統(tǒng)、激光源、光功率計和計算機(jī)，光波導(dǎo)芯片被固定于所述光波導(dǎo)支架上，該光波導(dǎo)支架可在x、y、z三維實現(xiàn)手動調(diào)整，所述兩套精密六維調(diào)節(jié)架分別用于固定和調(diào)整輸入用和輸出用光纖列陣的空間方位、并分別位于所述光波導(dǎo)支架的兩側(cè)，所述兩套監(jiān)測系統(tǒng)分別位于光波導(dǎo)支架的上方和正前方，所述光波導(dǎo)支架、兩套精密六維調(diào)節(jié)架和兩套監(jiān)測系統(tǒng)均固定安裝在所述抗震平臺上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法所用的自動調(diào)芯裝置，其特征在于，所述的六維調(diào)節(jié)架的x、y、z三維移動軸和繞移動軸轉(zhuǎn)動的θx、θy、θz三維轉(zhuǎn)動軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。x、y、z三維移動軸的最小移動量為0.05μm，θx轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0030度，θy轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0032度，θz轉(zhuǎn)動軸的最小轉(zhuǎn)動量為0.0025度，兩臺六維調(diào)節(jié)架的步進(jìn)電機(jī)由兩臺驅(qū)動器分別進(jìn)行驅(qū)動，驅(qū)動器通過GPIB接口與計算機(jī)相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于多目標(biāo)演化算法的波導(dǎo)-光纖自動調(diào)芯法所用的自動調(diào)芯裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測系統(tǒng)由兩套沿x、y直交布置的CCD顯微鏡及其微調(diào)架、顯示器和照明冷光源組成，用于初調(diào)整時的顯微觀察。
全文摘要
本發(fā)明開發(fā)了一種基于多目標(biāo)演化算法的自動調(diào)芯方法及其適用于該方法的自動調(diào)芯裝置。基于多目標(biāo)演化算法的自動調(diào)芯方法采用穩(wěn)定淘汰策略處理離散的遺傳篩選過程，搜索過程采用多父代交叉和實值變異，最重要特點是每代遺傳種群只需更換兩個個體，因此可大幅提高效率。另外，該方法在實現(xiàn)多個目標(biāo)的優(yōu)化過程中不涉及人為的權(quán)重設(shè)定，提高了可操作性和合理性，解決現(xiàn)行自動調(diào)芯方法的不足之處。有效地提高了實現(xiàn)光纖列陣－波導(dǎo)器件－光纖列陣系統(tǒng)低損耗快速對接耦合的自動化程度和工作效率。
文檔編號G02B6/26GK101047449SQ200710038988
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者陳抱雪, 隋國榮, 張曉微 申請人:上海理工大學(xué)