本技术涉及偏振光扰偏，尤其涉及一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置及扰偏方法。
背景技术：
1、不同的偏振光应用场景对扰偏器的需求不同。在抑制偏振相关损伤的工作场景中，需要扰偏器通过对偏振光去偏振化，从而降低器件的偏振相关性对系统的影响；对于通信算法的测试场景，则需要扰偏器产生具备可调性高且在庞加莱球上分布均匀的输出偏振态。目前的扰偏器主要用于产生高速扰动且低偏振度的输出偏振态，通过改进硬件结构来提升扰偏性能。另外，全光路扰偏技术也获得了广泛关注。这种基于退相干相互作用实现扰偏效果的结构具有较低的插入损耗，并且具有结构简单的优势。然而，相关的扰偏研究主要聚焦于发展先进的偏振调控结构，从而实现具备低偏振度、高变化率的输出偏振态。近年来，研究逐渐转向控制扰偏后的输出偏振态的统计分布特征。然而目前主流的基于旋转波片结构设计的扰偏器所采用的驱动信号形式往往较为复杂，难以获得模型的传输函数、控制偏振态的偏振统计特性，且模型的调控缺乏充分的理论指导，可控性较差。
2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。
技术实现思路
1、本技术实施例的主要目的在于提出一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置及扰偏方法，能够独立控制扰偏速度以及偏振概率分布，提高扰偏模型的可控性，实现可调性强的高速偏振扰动。
2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置，所述波片级联扰偏装置包括光发射机、扰偏模块和计算模块，所述扰偏模块为基于外旋模型与内旋模型的波片级联扰偏器，所述光发射机的输出端与所述扰偏模块的第一输入端连接，所述计算模块的输出端与所述扰偏模块的第二输入端连接，其中：
3、所述光发射机用于发射具有固定偏振态的偏振光；
4、所述计算模块用于根据所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解转换处理，得到三级电信号；
5、所述扰偏模块用于根据所述三级电信号对所述偏振光进行偏振态调节处理，得到调节后的偏振光。
6、在一些实施例中，所述计算模块包括现场可编程门阵列、第一数模转换器、第二数模转换器和第三数模转换器，所述现场可编程门阵列的输出端分别与所述第一数模转换器的输入端、所述第二数模转换器的输入端以及所述第三数模转换器的输入端连接，其中：
7、所述现场可编程门阵列用于对所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解处理，得到三级基本旋转矩阵，并根据所述三级基本旋转矩阵确定三个相位延迟和所述三个相位延迟对应的控制电压信号；
8、所述第一数模转换器、所述第二数模转换器和所述第三数模转换器用于分别对所述控制电压信号进行转化处理，得到第一电信号、第二电信号与第三电信号。
9、在一些实施例中，所述扰偏模块包括偏振分束器、基于三级mzi结构的扰偏器和偏振合束器，所述偏振分束器的输出端与所述基于三级mzi结构的扰偏器的输入端连接，所述基于三级mzi结构的扰偏器的输出端与所述偏振合束器的的输入端连接，其中：
10、所述偏振分束器用于对所述偏振光进行分束处理，得到分束后的偏振光；
11、所述基于三级mzi结构的扰偏器用于对所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球轴进行旋转处理，得到调节后的分束偏振光；
12、所述偏振合束器用于对所述调节后的分束偏振光进行合成处理，得到所述调节后的偏振光。
13、在一些实施例中，所述基于三级mzi结构的扰偏器包括第一级电压控制结构、第二级电压控制结构和第三级电压控制结构，所述第一级电压控制结构、所述第二级电压控制结构和所述第三级电压控制结构依次连接，其中：
14、所述第一级电压控制结构用于控制所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球s3轴进行旋转处理；
15、所述第二级电压控制结构用于控制所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球s1轴进行旋转处理；
16、所述第三级电压控制结构用于控制所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球s3轴进行旋转处理。
17、在一些实施例中，所述第一级电压控制结构包括第一多模干涉耦合器、第一移相器和第二多模干涉耦合器，所述第二级电压控制结构包括第二移相器，所述第三级电压控制结构包括第三多模干涉耦合器、第三移相器和第四多模干涉耦合器，其中：
18、所述第一多模干涉耦合器与所述第三多模干涉耦合器用于对所述分束后的偏振光的偏振态进行功率分配；
19、所述第一移相器、所述第二移相器和所述第三移相器用于分别获取所述第一电信号、所述第二电信号与所述第三电信号，对所述分束后的偏振光的偏振态进行相位差调节处理；
20、所述第三多模干涉耦合器与所述第四多模干涉耦合器用于对所述分束后的偏振光的偏振态进行功率分配。
21、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置的扰偏方法，所述方法包括：
22、获取具有固定偏振态的偏振光；
23、给定扰偏速度和白噪声分布，确定所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵；
24、对所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解转换处理，得到三级电信号，所述三级电信号包括第一电信号、第二电信号与第三电信号；
25、根据所述三级电信号，对所述具有固定偏振态的偏振光进行偏振态调节处理，得到调节后的偏振光。
26、在一些实施例中，所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵的表达式分别如下所示：
27、mk1＝m(η,φk)mk-1＝r2(φk)r3(η)mk-1
28、mk2＝mk-1m(η,φk)＝mk-1r3(η)r2(φk)
29、上式中，mk1表示外旋模型的传输矩阵，mk2表示内旋模型的传输矩阵，φk表示k时刻的高斯白噪声，m(·)表示演变矩阵，mk-1表示上一时刻的传输矩阵，η表示旋转角，r2表示使偏振态绕庞加莱球s2轴旋转的基本旋转矩阵，r3表示使偏振态绕庞加莱球s3轴旋转的基本旋转矩阵。
30、在一些实施例中，所述对所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解转换处理，得到三级电信号，包括：
31、对所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解处理，得到三级基本旋转矩阵；
32、根据所述三级基本旋转矩阵确定三个相位延迟和所述三个相位延迟对应的控制电压信号；
33、对所述控制电压信号进行转换处理，得到所述三级电信号。
34、在一些实施例中，所述根据所述三级电信号，对所述具有固定偏振态的偏振光进行偏振态调节处理，得到调节后的偏振光，包括：
35、对所述具有固定偏振态的偏振光进行分束处理，得到分束后的偏振光；
36、根据所述三级电信号，对所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球轴进行旋转处理，得到调节后的分束偏振光；
37、对所述调节后的分束偏振光进行合成处理，得到所述调节后的偏振光。
38、在一些实施例中，所述根据所述三级电信号，对所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球轴进行旋转处理，得到调节后的分束偏振光，包括：
39、根据所述第一电信号，对所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球s3轴进行旋转处理，得到第一旋转后的分束偏振光；
40、根据所述第二电信号，对所述第一旋转后的分束偏振光的偏振态绕庞加莱球s1轴进行旋转处理，得到第二旋转后的分束偏振光；
41、根据所述第三电信号，对所述第二旋转后的分束偏振光的偏振态绕庞加莱球s3轴进行旋转处理，得到所述调节后的分束偏振光。
42、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术提供一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置及扰偏方法，该方案通过基于外旋模型与内旋模型的波片级联扰偏器构建扰偏模块，进而引入计算模块，通过外旋模型与内旋模型两个独立参数控制扰偏速度以及偏振概率分布，提高扰偏模型的可控性，实现可调性强的高速偏振扰动。
1.一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置，其特征在于，所述波片级联扰偏装置包括光发射机、扰偏模块和计算模块，所述扰偏模块为基于外旋模型与内旋模型的波片级联扰偏器，所述光发射机的输出端与所述扰偏模块的第一输入端连接，所述计算模块的输出端与所述扰偏模块的第二输入端连接，其中：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括现场可编程门阵列、第一数模转换器、第二数模转换器和第三数模转换器，所述现场可编程门阵列的输出端分别与所述第一数模转换器的输入端、所述第二数模转换器的输入端以及所述第三数模转换器的输入端连接，其中：
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扰偏模块包括偏振分束器、基于三级mzi结构的扰偏器和偏振合束器，所述偏振分束器的输出端与所述基于三级mzi结构的扰偏器的输入端连接，所述基于三级mzi结构的扰偏器的输出端与所述偏振合束器的的输入端连接，其中：
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述基于三级mzi结构的扰偏器包括第一级电压控制结构、第二级电压控制结构和第三级电压控制结构，所述第一级电压控制结构、所述第二级电压控制结构和所述第三级电压控制结构依次连接，其中：
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一级电压控制结构包括第一多模干涉耦合器、第一移相器和第二多模干涉耦合器，所述第二级电压控制结构包括第二移相器，所述第三级电压控制结构包括第三多模干涉耦合器、第三移相器和第四多模干涉耦合器，其中：
6.一种基于外旋与内旋形式的波片级联扰偏装置的扰偏方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵的表达式分别如下所示：
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述外旋模型的传输矩阵与所述内旋模型的传输矩阵进行分解转换处理，得到三级电信号，包括：
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述三级电信号，对所述具有固定偏振态的偏振光进行偏振态调节处理，得到调节后的偏振光，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述三级电信号，对所述分束后的偏振光的偏振态绕庞加莱球轴进行旋转处理，得到调节后的分束偏振光，包括：
