基于适应性矩估计的偏振控制算法 
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Polarization Control Algorithm Based on Adaptive Moment Estimation
西南通信研究所保密通信重点实验室, 四川 成都 610041
图 & 表
图 1. 基于Adam算法的偏振控制系统
Fig. 1. Polarization control system based on Adam algorithm
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图 2. 庞加莱球
Fig. 2. Poincare sphere
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图 3. 光纤挤压式电动偏振控制器结构
Fig. 3. Structure of optical fiber extruded electric polarization controller
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图 4. 5个不同偏振态的偏振控制过程。(a)~(e)偏振态1~5
Fig. 4. Polarization control process of 5 different polarization states. (a)--(e) Polarization state 1--5
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图 5. 不同衰减率情形下的迭代曲线
Fig. 5. Iteration curves at different decay rates
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图 6. 不同噪声幅度情形下的实验结果。(a)不同噪声幅度情形下的控制过程;(b)不同噪声幅度情形下的迭代曲线
Fig. 6. Experimental results of different noise amplitudes. (a) Control process of different noise amplitudes; (b) iterative curves of different noise amplitudes
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图 7. 基于Adam算法的偏振控制系统装置图
Fig. 7. Device diagram of polarization control system based on Adam algorithm
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图 8. 输入偏振态(0,0,-1)到目标偏振态(0,1,0)的偏振控制。(a)庞加莱球上的偏振控制过程;(b)偏振控制时间变化曲线
Fig. 8. Polarization control from input SOP (-1,0,0) to the aim SOP (0,1,0). (a) Polarization control process on Poincare sphere; (b) polarization control time variation curve
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表 1输入/输出偏振态与迭代步数
Table1. Input/output polarization and iteration step
| Point | Input SOP | Aim SOP | Number of iteration steps |
|---|
| 1 | (0,0,1) | (0,1,0) | 81 | | 2 | (0,0,-1) | (0,1,0) | 76 | | 3 | (1,0,0) | (0,1,0) | 48 | | 4 | (-1,0,0) | (0,1,0) | 55 | | 5 | (0.62,-0.73,-0.28) | (0,1,0) | 74 |
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表 2Adam算法在不同衰减率下的最高控制精度及迭代步数
Table2. Maximum Control accuracy and iteration steps of Adam algorithm under different attenuation rates
| α | 10-2 | 10-3 | Sth10-4 | 10-5 | 10-6 |
|---|
| 0.01 | 176 | 186 | 189 | 192 | 191 | | 0.02 | 77 | 81 | 82 | 101 | N/A | | 0.03 | 50 | 52 | 53 | N/A | N/A | | 0.04 | 37 | 39 | N/A | N/A | N/A |
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表 3SGD算法在不同衰减率下的控制精度及迭代步数
Table3. Control accuracy and iteration steps of SGD algorithm under different attenuation rates
| α | Sth |
|---|
| 10-2 | 10-3 | 10-4 |
|---|
| 0.01 | 97 | N/A | N/A | | 0.02 | 56 | N/A | N/A | | 0.03 | 39 | N/A | N/A | | 0.04 | 30 | N/A | N/A |
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表 4不同噪声幅度下的算法迭代步数
Table4. Iteration steps of the two algorithms under different noise amplitudes
| Algorithm | γ | |
|---|
| 0 | 0.0003 | 0.0005 | 0.0007 | 0.001 | 0.003 |
|---|
| SGD | 198 | 188 | 187 | 188 | N/A | N/A | | Adam | 143 | 145 | 147 | 150 | 154 | 190 |
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表 5不同输入偏振态的偏振控制时间
Table5. Polarization control time for different SOPs
| Point | Input SOP | Aim SOP | Polarization control time /s |
|---|
| 1 | (0,0,1) | (0,1,0) | 3.0 | | 2 | (0,0,-1) | (0,1,0) | 1.2 | | 3 | (1,0,0) | (0,1,0) | 6.0 | | 4 | (-1,0,0) | (0,1,0) | 4.0 | | 5 | (0.62,-0.73,-0.28) | (0,1,0) | 4.8 |
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表 6Adam算法在不同衰减率下的偏振控制时间
Table6. Adam algorithm polarization control time under different attenuation rates
| α | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 |
|---|
| Time /s | 25.0 | 20.0 | 8.0 | 3.6 |
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夏骞, 张涛, 刘金璐, 杨杰, 何远杭, 黄伟, 李大双, 徐兵杰. 基于适应性矩估计的偏振控制算法[J]. 光学学报, 2020, 40(15): 1526001. Qian Xia, Tao Zhang, Jinlu Liu, Jie Yang, Yuanhang He, Wei Huang, Dashuang Li, Bingjie Xu. Polarization Control Algorithm Based on Adaptive Moment Estimation[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(15): 1526001.
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