CN111595246A - 波分复用器通道长度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种波分复用器通道长度测量装置及方法，其中装置包括线性扫频激光器、第一光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、第二光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡及计算机。信号光经过波分复用器后，不同波长光进入相应通道。每一通道中的背向散射光返回与参考光发生拍频干涉，解调该信号得到有多个尾端反射峰的距离‑反射率曲线，进一步通过FFT窗口变换获取反射峰的波长信息。波长信息用于通道的识别，反射峰横坐标距离用于通道长度的确定，从而有效实现了通过单次测量同时进行通道识别与长度精准测量。该方法长度测量精度可达几十微米，快捷方便，简单易行，尤其适用于通道数较多的波分复用器的测量。

Description

波分复用器通道长度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种波分复用器通道长度测量装置及方法。

背景技术

波分复用器是光通信系统中的重要器件，它可以实现将两种或以上不同波长的光信号耦合到同一根光纤中进行传输或是将各种波长的光分离出来，在不同的通道各自传输，从而大量减少了光纤的使用量，极大提升了光纤网络的传输容量。为确保波分复用器的性能达到使用要求，需要对其进行性能测试。通道长度是一项基础的测试指标。通道长度测量即光纤长度的测量，通常采用OTDR、OCDR技术，这两种技术均是通过解调干涉信号得到光纤尾端反射位置从而确定长度。由于这两种技术是通过时间差定位，因而测量精度不高。同时，由于尾端光反射率无法表示各通道的特征，这两种技术仅能测量长度而无法识别通道，因此在使用这两段手段进行长度测量的同时，需要辅以人工测试，通过不断调试光源波长及读取出射光功率来进行通道识别，费时费力。

光频域反射技术（OFDR）是基于频域分析的一种先进技术。该技术采用等频率间隔采样，通过反FTT变换将拍频信号转化为时域信号用于光纤沿线定位，测量精度较高。另一方面，该拍频信号携带待测物的特征频率信息，有效的解调手段能分离出频率信息用于智能判断与识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对目前波分复用器通道长度测量中测量精度不高，通道识别困难等问题，提出一种波分复用器通道长度测量装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种波分复用器通道长度测量装置，包括线性扫频激光器、第一光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、第二光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡及计算机，其中：

所述线性扫频激光器发出波长周期性变化的激光，通过所述第一光纤耦合器分为两束，作为信号光的一路入射所述光纤环形器，作为参考光的一路直接入射第二光纤耦合器；

信号光经由所述光纤环形器进入所述波分复用器，进行波长分配后入射相应通道，相应通道产生瑞利散射光再次经过环形器进入所述第二光纤耦合器，并与参考光在此处发生拍频干涉，产生拍频干涉信号；波分复用器的每个通道传输特定波长的光；

所述光电探测器将拍频干涉信号转化为电信号；

所述数据采集卡在外部时钟的触发下，对电信号进行等频率采样；

所述计算机对采样的频率信号进行处理，识别波分复用器的各个通道并计算各个通道的长度，具体为：

对采样的频率信号进行反FFT变换，转化为时域信号并由时域信号与物理位置之间的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-反射率曲线；

以每一反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，波长-反射率曲线上峰值代表该反射峰对应通道的传输光的波长，根据波长信息，将反射峰与各个通道一一对应，完成通道识别；

根据距离-反射率曲线上的波峰所对应的横坐标，计算得到波分复用器各个通道的精准长度。

接上述技术方案，所述计算机还与所述线性扫频激光器、所述数据采集卡进行数据通信，控制所述线性扫频激光器和所述数据采集卡。

接上述技术方案，按照所述波长复用器工作波段，所述线性扫频激光器可以调整为C波段、O波段或其他波段。

本发明还提供了一种波分复用器通道长度测量方法，该方法基于上述技术方案所述的波分复用器通道长度测量装置，具体包括以下步骤：

S1、线性扫频激光器输出的激光通过第一光纤耦合器分为两束，信号光经由环形器进入待测波分复用器，每一通道中产生的瑞利散射光返回进入第二光纤耦合器，与参考光发生拍频干涉；

S2、拍频干涉信号经光电探测器转换为电信号，经数据采集卡采集；

S3、对采集的频率信号进行反FFT变换转化为时域信号并由其与物理位置之间的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-反射率曲线；

S4、以每一反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，波长范围为激光器扫频范围；

S5、波长-反射率曲线上峰值代表波分复用器不同通道传输光的波长，根据波长信息，将反射峰与各个通道一一对应，完成通道识别；

S6、由距离-反射率曲线上的横坐标，计算得到波分复用器多个通道的精准长度。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行上述技术方案的方法。

本发明的有益效果是：通过OFDR技术采集解调得到距离-反射率曲线并进一步通过窗口FFT变换获取曲线上反射峰的波长信息。由波长信息对通道进行识别，由反射峰横坐标距离计算得到通道长度，实现波分复用器通道长度的精准测量。本发明长度测量精度高，通道识别与长度测量同时进行，单次测量就能轻松获取任意通道数波分复用器各通道长度，方便快捷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例波分复用器通道长度测量装置的示意图；

图2为采用本发明装置测量波分复用器得到的距离-反射率曲线示意图；

图3为距离-反射率曲线上尾端反射峰经FFT变换得到的波长-反射率曲线示意图；

图4为本发明实施例波分复用器通道长度测量方法的流程图。

图1中：1为线性扫频激光器、2为第一光纤耦合器、3为光纤环形器、4为第二光纤耦合器、5为波分复用器、6为光电探测器、7为数据采集卡、8为计算机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的原理：OFDR信号采集采用的是相干检测技术，拍频干涉产生的信号经转换得到的光电流中中频信号即为差频项。对该信号进行一次反傅立叶变换将该频域信号转化为时域信号。由信号大小与物理距离的线性关系，并结合信号强度，可以在坐标轴中绘制出距离-反射率曲线。该曲线表示实际中距装置接口一定长度位置处的反射率。由于波分复用器中每个通道尾端存在较强的菲涅尔反射，因此曲线上呈现的多个反射峰位置即代表每个通道尾端具体位置。

同时，该反射峰包含激光器扫频范围内所有波长光的贡献。由窗口傅里叶变换对该段信号进行分析，提取出频率特征，相当于在该波长范围内分离出不同波长光的反射率特征。由于波分复用器每个通道传输特定波长的光，因此通道尾端反射峰的波长特征可以作为通道识别的有效标识，反射率峰值对应波长即为该通道传输波长。进行通道识别，将反射峰与具体通道一一对应，并由距离-反射率曲线计算得到通道长度，就能实现波分复用器通道长度的精准测量。

如图1所示，本发明一种波分复用器通道长度测量装置包括线性扫频激光器1，第一光纤耦合器2，光纤环形器3，第二光纤耦合器4，波分复用器5，光电探测器6，数据采集卡7，计算机8。

线性扫频激光器1与第一光纤耦合器2的输入端连接，第一光纤耦合器2的输出端分别与光纤环形器3的1端口及第二光纤耦合器4的输入端连接，光纤环形器3的2端口连接待测波分复用器5。

线性扫频激光器1作为光源发出波长线性变化的激光，扫描范围为1520nm-1630nm。通过第一光纤耦合器（1*2）2后，50%的光直接进入第二光纤耦合器4（1*2）作为参考光，另外50%的光作为信号光进入环形器3的1端口并由2端口出射进入波分复用器5，经波长分配后分别输入各自通道。信号光途经的整个光纤链路上都发生向后散射，反射光再次经过环形器3，从3端口出射进入第二光纤耦合器4，并与参考光在此处发生拍频干涉。光电探测器6将该信号转化为电信号，被数据采集卡7采集传输给计算机8进行运算处理。

光频域反射技术探测的拍频信号大小与物理距离呈线性关系，信号强度正比于反射信号强度，通过计算机对该信号频率进行反FFT变换转化为时域信号并由相应的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-信号强度即距离-反射率曲线。

图2为采用本装置测量波分复用器得到的距离-反射率曲线示意图。从图中可以看到第一个反射峰为波分复用器与环形器连接接头位置，其余反射峰为各通道尾端位置。以①号反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，如图3所示。曲线表示该通道对不同波长光的反射特征，反射率峰值对应波长表示该通道的传输光波长，由此确定该通道的具体序号。按照相同方法将其余反射峰与具体通道序号一一对应，完成通道识别。

由图2中的接头与尾端反射峰对应的横坐标，计算得到波分复用器各个通道精准长度。

应该强调的是本实施例采用的激光器及波分复用器的工作波段均为C波段，但本发明并不限定于仅测量C波段波分复用器，可以根据待测波分复用器的工作波段调整激光器波段。

如图4所示，本发明实施例波分复用器通道长度测量方法，具体包括以下步骤：

S1、线性扫频激光器输出的激光通过第一光纤耦合器分为两束，信号光经由环形器进入待测波分复用器，每一通道中产生的瑞利散射光返回进入第二光纤耦合器，与参考光发生拍频干涉；

S2、拍频干涉信号经光电探测器转换为电信号，经数据采集卡采集；

S3、对采集的频率信号进行反FFT变换转化为时域信号并由其与物理位置之间的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-反射率曲线；

S4、以每一反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，波长范围为激光器扫频范围；

S5、波长-反射率曲线上峰值代表波分复用器不同通道传输光的波长，根据波长信息，将反射峰与各个通道一一对应，完成通道识别；

S6、由距离-反射率曲线上的横坐标，计算得到波分复用器多个通道的精准长度。距离-反射率曲线上的峰值所对应的横坐标为波分复用器中某一通道的前端接头与尾端反射峰对应的横坐标。

本发明的计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行图4中步骤S3-S6的方法。

综上，本发明有效实现了通过单次测量同时进行波分复用器的通道识别与长度精准测量。使用该方法，长度测量精度可达几十微米，快捷方便，简单易行，尤其适用于通道数较多的波分复用器的测量。

本领域的技术人员容易理解，此处所说明的附图及实施例仅用以说明本发明技术方案而非对其限制，凡不脱离本发明方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种波分复用器通道长度测量装置，其特征在于，包括线性扫频激光器、第一光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、第二光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡及计算机，其中：

所述线性扫频激光器发出波长周期性变化的激光，通过所述第一光纤耦合器分为两束，作为信号光的一路入射所述光纤环形器，作为参考光的一路直接入射第二光纤耦合器；

信号光经由所述光纤环形器进入所述波分复用器，进行波长分配后入射相应通道，相应通道产生瑞利散射光再次经过环形器进入所述第二光纤耦合器，并与参考光在此处发生拍频干涉，产生拍频干涉信号；波分复用器的每个通道传输特定波长的光；

所述光电探测器将拍频干涉信号转化为电信号；

所述数据采集卡在外部时钟的触发下，对电信号进行等频率采样；

所述计算机对采样的频率信号进行处理，识别波分复用器的各个通道并计算各个通道的长度，具体为：

对采样的频率信号进行反FFT变换，转化为时域信号并由其与物理位置之间的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-反射率曲线；

以每一反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，波长-反射率曲线上峰值代表于该反射峰对应通道的传输光的波长，根据波长信息，将反射峰与各个通道一一对应，完成通道识别；

根据距离-反射率曲线上的波峰所对应的横坐标，计算得到波分复用器各个通道的精准长度。

2.根据权利要求1所述的一种波分复用器通道长度测量装置，其特征在于，所述计算机还与所述线性扫频激光器、所述数据采集卡进行数据通信，控制所述线性扫频激光器和所述数据采集卡。

3.根据权利要求1所述的波分复用器通道长度测量装置，其特征在于，按照所述波长复用器工作波段，所述线性扫频激光器可以调整为C波段、O波段或其他波段。

4.一种波分复用器通道长度测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-3中任一项所述的波分复用器通道长度测量装置，具体包括以下步骤：

S1、线性扫频激光器输出的激光通过第一光纤耦合器分为两束，信号光经由环形器进入待测波分复用器，每一通道中产生的瑞利散射光返回进入第二光纤耦合器，与参考光发生拍频干涉；

S2、拍频干涉信号经光电探测器转换为电信号，经数据采集卡采集；

S3、对采集的频率信号进行反FFT变换转化为时域信号并由其与物理位置之间的对应关系，在坐标轴上描绘出距离-反射率曲线；

S4、以每一反射峰为中心，截取部分信号进行窗口FFT变换得到波长-反射率曲线，波长范围为激光器扫频范围；

S5、波长-反射率曲线上峰值代表波分复用器不同通道传输光的波长，根据波长信息，将反射峰与各个通道一一对应，完成通道识别；

S6、由距离-反射率曲线上的横坐标，计算得到波分复用器多个通道的精准长度。

5.一种计算机存储介质，其特征在于，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行权利要求4中S3-S6的方法。

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