CN103516426A - 一种波分复用网络光时域反射计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波分复用网络光时域反射计，其探测光源产生类噪声的连续宽谱光信号。探测光源为由包括半导体放大器、隔离器、偏振控制器和光纤耦合器用光纤组成的环腔结构。腔内的信号光经光纤耦合器后分为两份，其中一部分作为反馈光继续在环腔中循环，另一部分作为输出光，用于探测。本发明实现了波分复用网络光纤断点的精确定位并且能识别各个支路，测量的空间分辨率与探测距离无关。

Description

一种波分复用网络光时域反射计

技术领域

本发明涉及光纤测量领域，具体涉及一种基于半导体放大器以及相关法的波分复用网络光时域反射计。

背景技术

光时域反射测量是光纤损耗分布、连接点以及光纤断点定位的主要技术，它根据背向散射、反射光测定光纤的损耗特性，界定诸如弯曲、断点等故障事件的类型和位置。随着光纤通信支线网络和光纤承载射频通信的发展，高密度事件分布的局域网需要更高精度的测量。目前，常用的光时域发射仪采用单脉冲飞行时间法的测量原理，通过测量光脉冲从发射到接受相隔的时间来确定测量距离。引入超短光脉冲及其他光学技术可以提高空间分辨率和信噪比。然而，脉冲式光时域反射计存在一个固有缺陷，即测量精度和测量距离存在原理上的矛盾，这是由于脉冲宽度与测量距离成正比，与分辨率成反比，所以必须折中考虑平衡二者。而且，如果不采用昂贵复杂的超短光脉冲激光器，依靠现有的调制技术，其分辨率多在数十米，盲区则更宽，在实际应用中存在较大的局限性。相关法脉冲式光时域反射计利用伪随机光脉冲序列代替单脉冲，通过参考信号与探测信号的互相关运算进行测量。该方法可以通过增加码长的方式，增加探测光能量，从而提高测量距离，可以解决测量精度与测量距离的矛盾。但是，其测量精度受限于伪随机调制的电子带宽瓶颈，无法在精度上获得较大突破。此外，由于波分复用光网络中每一支路只允许特定波长的光通过，导致传统的光时域反射计在波分复用网络的故障检测上存在较大困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种波分复用网络光时域反射计，克服传统光时域反射计空间分辨率受测量距离限制的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种波分复用网络光时域反射计，该波分复用网络光时域反射计所采用一种探测光光源，该探测光源输出一种类噪声的连续宽谱光信号，并结合互相关运算实现对光纤断点的精确定位，取代了脉冲测量方式。

所述探测光源为由包括半导体放大器、隔离器、偏振控制器和光纤耦合器用光纤组成的环腔结构。利用半导体放大器的自发辐射，以光纤环腔对半导体放大器进行自反馈，从而产生类噪声的连续宽谱光信号。

所述环腔内的隔离器用于控制光的单向性，偏振控制器用于控制腔内光的偏振态；腔内的信号光经光纤耦合器后分为两份，其中一部分作为反馈光继续在环腔中循环，另一部分作为输出光，用于探测。

所述波分复用网络光时域反射计还包括掺铒光纤放大器、光纤耦合器、光环行器、可调滤波器和光电探测器，所述输出光经掺铒光纤放大器放大后，由光纤耦合器分为两份，其中一份作为参考光信号直接被光电探测器接收，另一份作为探测光信号；探测光信号经过光环行器后进入波分复用无源光纤网络的各支路中，各支路光纤的断面或端面会反射探测光，各支路反射的探测光经环形器传出后由可调滤波器选择通过，再被光电探测器接收。光电探测器将接收到的参考光和反射光转换为电信号，电信号被记录并进行互相关运算后即可得到测量结果。同时根据可调滤波器的通带中心波长，可识别所测支路。

本发明的基本原理是：探测光源产生类噪声的连续宽谱光信号。该光信号经过光电探测器转换为电信号后，在时域上为幅度随机变化的波形，在频谱上则是连续均匀的宽谱，符合白噪声信号的特点。白噪声的另一典型特征是，其自相关函数为δ函数，即一个细锐的冲激。相关函数用来定量地确定白噪声信号x(t)与时移副本x(t-τ)的差别或相似程度，相关函数的一般形式如下：

$R_x\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}x\left(t\right)x(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

通过白噪声信号x(t)的自相关函数和x(t)与时移副本x(t-τ)的互相关函数可以得出这两个信号的相对时移τ。

光源输出的信号光被分为参考光信号和探测光信号，参考光信号被光电探测器检测后用于作自相关运算以标记测量的零点。探测光信号将进入待测波分复用光纤网络中，经光纤断面或端面反射后传回，由此反射的探测光的检测和记录会滞后于参考光，两者之间产生了相对时延。在光电转换后，通过计算反射信号和参考信号的互相关函数，再与先前参考信号的自相关零点进行比对，即可定量计算出二者之间的时延。按照光纤中的光速将时延换算为长度，便能定位光纤断点的位置或是测出待测光纤的长度。在本发明中，提高光源的输出功率就可以增加测量距离，并且空间分辨率只取决于光电转换后电信号的带宽，因此分辨率与测量距离无关。

本发明的有如下优点：实现了波分复用网络光纤断点的精确定位并且能识别各个支路，测量的空间分辨率与探测距离无关。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的探测光源示意图。

图2为本发明的探测系统示意图。

图中：1—半导体放大器，2—光隔离器，3—偏振控制器,4—90:10光纤耦合器，5—探测光源，6—掺铒光纤放大器，7—99:1光纤耦合器，8—光环形器，9—波分复用无源光纤网络，10—可调滤波器，11—光电探测器，12—数据记录和处理设备。

具体实施方式

如图1所示，本例的光源部分为一个由半导体放大器1和其他元件组成的环腔结构。环腔内的隔离器2用于控制光的单向性，偏振控制器3用于控制腔内光的偏振态。腔内的信号光经光纤耦合器4后分为两份，其中90%作为反馈光继续在环腔中循环，余下10%作为输出光，用于探测。

如图2所示，探测光源5输出的探测光经掺铒光纤放大器6放大后，由光纤耦合器7分为两份，其中1%作为参考光信号直接被光电探测器11接收，余下99%作为探测光信号。探测光信号经过光环行器8后进入波分复用无源光纤网络9的各支路中，各支路光纤的断面或端面会反射探测光，各支路反射的探测光经环形器8传出后由可调滤波器10选择通过，再被光电探测器11接收。光电探测器11将接收到的参考光和反射光转换为电信号，电信号被记录并进行互相关运算后即可得到测量结果。根据可调滤波器10的通带中心波长，便可识别所测支路。本例的探测光为覆盖C波段的宽谱光，可一次性检测波分复用网络全部支路，但是实际应用中，需要能够鉴别各个支路。根据波分复用网络的特性，依波长来鉴别支路是最直接的方法，本例使用可调滤波器对各个支路反射回的探测光进行选通，从而到达支路识别的目的。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种波分复用网络光时域反射计，包括探测光源，其特征在于，所述探测光源产生类噪声的连续宽谱光信号。

2.根据权利要求1所述的波分复用网络光时域反射计，其特征在于，所述探测光源为由包括半导体放大器、隔离器、偏振控制器和光纤耦合器用光纤组成的环腔结构。

3.根据权利要求2所述的波分复用网络光时域反射计，其特征在于，所述环腔内的隔离器用于控制光的单向性，偏振控制器用于控制腔内光的偏振态；腔内的信号光经光纤耦合器后分为两份，其中一部分作为反馈光继续在环腔中循环，另一部分作为输出光，用于探测。

4.根据权利要求3所述的波分复用网络光时域反射计，其特征在于，还包括掺铒光纤放大器、光纤耦合器、光环行器、可调滤波器和光电探测器，所述输出光经掺铒光纤放大器放大后，由光纤耦合器分为两份，其中一份作为参考光信号直接被光电探测器接收，另一份作为探测光信号；探测光信号经过光环行器后进入波分复用无源光纤网络的各支路中，各支路光纤的断面或端面会反射探测光，各支路反射的探测光经环形器传出后由可调滤波器选择通过，再被所述光电探测器接收。

5.根据权利要求4所述的波分复用网络光时域反射计，其特征在于，所述光电探测器将接收到的参考光和反射光转换为电信号，电信号被记录并进行互相关运算后即可得到测量结果；同时根据可调滤波器的通带中心波长，识别所测支路。

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