CN102148643A - 用于波分复用无源光网络故障检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于波分复用无源光网络故障检测装置及其方法，包括激光源，光环行器，波分复用器，光电探测器以及数据处理系统，其所述激光源是波长可调谐光纤激光混沌源；其所述方法包括混沌相关法，实现至少两信道以上的波分复用无源光网络的任意故障点的测量。本发明采用可调谐的光纤激光器中实现波长可调谐的宽带混沌光纤激光源，通过混沌激光波长的调谐，实现对波分复用无源光网络不同信道的检测，解决了时间飞行法中测量距离与空间分辨率存在的矛盾，通过宽带混沌实现高测量精度、短盲区。
Description
技术领域
本发明涉及波长可调谐混沌光纤激光器用于波分复用无源光网络故障检测的装置，包括光波长可调谐光纤激光混沌源，光纤耦合器，光环行器，波分复用器，光电探测器以及数据处理系统，也包括波长可调谐混沌光纤激光器用于波分复用无源光网络故障检测方法。具体地说，是一种利用光纤激光器产生的波长可调谐的混沌激光用于波分复用无源光网络故障检测的装置及其方法，应用于通信测量、光网络等领域。
背景技术
波分复用无源光网络（WDM-PON）是采用波分复用技术的无源光纤接入网络，可通过不同波长承载不同用户和不同业务提升带宽和安全性等。
对于光纤网络的检测较为成熟技术为单波长光时域反射仪（OTDR），随着光纤网络的不断发展，新的光纤测试技术也不断研究和出现。中国科学院半导体研究所祝宁华课题组提出基于波长编码的OTDR，见Ning Hua Zhu，Jian Hong Ke， Hong Guang Zhang， Wei Chen，Jian Guo Liu， Ling Juan Zhao， and Wei Wang.Journal of Lightwave Technology，Vol.28, No.6，972-977，2010。日本东京大学Yosuke Mizuno课题组提出基于布里渊光相关反射仪（(BOCDR) Yosuke Mizuno，Weiwen Zou， Zuyuan He，and Kazuo Hotate.Optics Express，Vol.16，No. 16，12148-12153，2008，在太原理工大学王云才课题组提出基于混沌相关反射仪（CCOTDR）Yuncai Wang, Bingjie Wang, and Anbang Wang.IEEE Photonics Technology Letters， Vol. 20，No19，1636-1638，2008，但这些测试方法和传统的OTDR都无法进行波长的选择。随着WDM-PON网络的发展，对于WDM-PON网络监测方面也不断得到发展。但对于WDM-PON网络，由于波分复用器的存在，单波长OTDR只能采用分段检测的方法，无法实现实时测量。对于WDM-PON网络监测，研究者提出利用在网络中传输数据进行相干探测和相关探测，见R.Rodes，J.B.Jensen，D.Zibar，C.Neumeyr，E.Roenneberg，J.Rosskopf，M.Ortsiefer，and I.T.Monroy. Optics Express，Vol. 18, No24. 24969-24974，2010.和Y. Takushima and Y. C. Chung. Optics Express，Vol. 15，No. 9，5318-5326，2007，利用数据进行在线检测对下行和下行的数据将带来影响。
波长可调谐技术为解决波分复用网络实时测量问题提供了解决问题的途径。1993年N.Kagi和Vincentv C.Y.So分别采用锁模光纤激光器和半导体激光器实现波长可调的光时域反射仪，见N.Kagi，A.Oyobe，A.Fujisaki，and H.Ogoshi，Conference on Optical Fiber Communication/International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communication，Vol.4，paper ThA2，1993.和Vincentv C.Y. So，Ottawa,Michel Lessard St.Hubert.United States Patent,Patent Number 5179420，1993，自此波长可调谐的OTDR得到广泛的研究，见Yamashita，Ikuo and Ohashi, Masaharu,Communications and Photonics Conference and Exhibition (ACP)，1- 6, 2009。1997年波长可调谐的OTDR用于WDM-PON网络监测研究Tanaka，K.,Izumita，H.Tomita，N. Inoue，Y.Intergrated Opitcs and Optical Fibre Communications，11th international Conference，and 23rd European Confenence on Optics Communications. Vol.3，295-298,1997，采用FP半导体激光器的注入锁定和可调谐激光器作为光源，见Min Zhu，Shilin Xiao，Wei Guo，Meihua Bi，Zhao Zhou，Yaohui Jin and Weisheng Hu.Proc SPIE 7989，79890D，887450，2010.
和Swook Hann，Jun-sang Yoo and Chang-Soo Park，Measurement Science and Technology.Vol. 17，No. 10，1070-1074，2006，通过对光源进行脉冲调制，用于WDM-PON网络监测的波长可调OTDR研究。2008年韩国Chang-Soo Park课题组采用半导体光放大器结合时间飞行法实现调谐范围30nm，分辨率达50m的WDM-PON网络检测，见Madhan Thollabandi, Tae-Young Kim，Swook Hann，and Chang-Soo Park，IEEE Photonics Technology Letters,Vol. 20，No. 15, 1323-1325,2008。2010年上海交通大学的董毅课题组提出双正交编码的波长可调谐的OTDR并用于光无源网络在线监测研究，见沈东辉，谢玮霖，董毅，何浩，胡卫生，光通信技术，Vol.34，No.4，39-41.2010。作为光纤到户的关键接入网，WDM-PON检测主要为建筑物或小区内的小型光纤网络，迫切需求高分辨率和短盲区的网络测量方法。
然而传统的脉冲时间飞行法存在原理缺陷，见http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_time-domain_reflectometer，其测量距离与空间分辨率存在无法调和的矛盾：要提高空间分辨率和减小事件盲区，需要缩短脉冲的宽度，这将导致脉冲能量降低，进而减少可测量距离。一般的外部调制的激光器产生脉冲的OTDR其测量精度较低，其精度根本无法监测建筑物内甚至小区内的接入网络。若采用超短脉冲提高精度，则波长可调谐的超短脉冲脉冲技术及微弱光信号的探测技术，将大大增加系统的复杂性，操作难度和成本，难于实用化和小型化。
伪随机码相关法可以解决时间飞行法中测量距离与空间分辨率的问题。2009年Woojin Shin课题组通过采用光纤激光器进行波长调谐、外部声光调制输出伪随机的脉冲序列，利用相关法实现波长可调的OTDR，实现了调谐范围为23nm，分辨率为20m的WDM-PON网络的测量，见Woojin Shin, Bong-Ahn Yu， Yeung Lak Lee， Young-Chul Noh，Do-Kyeong Ko and Kyunghwan O.Optics Communications，Vol. 282，No. 6，1191-1195,2009。对于伪随机的脉冲序列可增加码长可增大测量距离，且不会影响空间分辨率，但随机光脉冲序列的产生需要通过电随机码调制激光器，受电子器件带宽瓶颈的限制，使得随机码相关法的空间分辨率、和盲区并未明显改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于波分复用无源光网络故障检测装置及其方法，实现高空间分辨率和无盲区的光纤网络故障检测，用以解决受电子器件带宽瓶颈的限制，使得随机码相关法的空间分辨率、和盲区并未明显改善的问题。
一种用于波分复用无源光网络故障检测装置，包括激光源，光环行器，波分复用器，光电探测器以及数据处理系统；其特征在于：
所述的激光源是波长可调谐光纤激光混沌源。其中，所述的波长可调谐光纤激光混沌源是光纤环形腔激光器、线性腔光纤激光器或者是八字形腔光纤激光器。
一种用于上述用于波分复用无源光网络故障检测装置的检测方法，包括混沌相关法；其所述的波长可调谐光纤激光混沌源是产生波长可调谐混沌激光，将实现至少两路径以上的波分复用无源光网络的任意故障点的测量。其中，所述的波长可调谐光纤激光混沌源是泵浦调制法、损耗调制法、非线性克尔效应和双环耦合中的任意一种。
本发明提出的一种用于波分复用无源光网络故障检测装置及其方法，与在先技术相比所具有的优点与积极效果在于：
本发明提出了一种利用波长可调谐的混沌光纤激光，用于波分复用无源光网络故障检测方案及其检测方法。
该方案利用光纤的非线性效应在光纤激光器中可产生GHz带宽的混沌振荡。由于混沌的带宽决定了混沌相关的特性，尤其是相关曲线的主峰宽度决定了混沌测量的精度。利用光纤激光器的非线性效应实现的宽带特性，获得高精度的光纤测量。
该方案采用可调谐的光纤激光器中实现波长可调谐的宽带混沌光纤激光源。通过混沌激光波长的调谐，实现对波分复用无源光网络不同信道的检测。
对于波分复用网络故障点的检测，采用混沌相关法，这样解决时间飞行法中测量距离与空间分辨率存在的矛盾，通过宽带混沌实现高测量精度、短盲区。本发明的实施将会促进混沌激光在光纤无源网络测量方面相关学科做出原创性的工作。
附图说明
图1是本发明的一种用于波分复用无源光网络故障检测装置及其方法的结构示意图。
图中：1：波长可调谐光纤激光混沌源；2：光纤耦合器；3：光环行器；4：波分复用器；5：网络故障点示意；6：光电探测器Ⅰ；7：光电探测器Ⅱ；8.：数据处理系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。
本发明涉及波长可调谐混沌光纤激光器用于波分复用无源光网络故障检测的装置，包括波长可调谐光纤激光混沌源，光纤耦合器，光环行器，波分分复用器，光电探测器Ⅰ，光电探测器Ⅱ以及数据处理系统。
本发明上述发生装置的技术方案所述的波长可调谐光纤激光混沌源发出的光信号是波长可调谐的混沌激光；所述的光信号传输是光纤传输；所述的波长可调谐的混沌激光光纤环形腔、线性腔或者是八字形光纤激光器，产生混沌源的机理为通过采用非线性效应实现的宽带的混沌光源。所述的波分复用器包含通信用的波分复用器和常规的波分复用器。
本发明涉及波长可调谐混沌光纤激光器用于波分复用无源光网络故障检测的方法，包括波长可调谐光纤激光混沌源，光纤耦合器，光环行器，波分分复用器，光电探测器Ⅰ，光电探测器Ⅱ以及数据处理系统。
本发明上述发生方法的技术方案所述的波长可调谐的光纤激光混沌源是产生波长可调谐的混沌激光。所述的光纤耦合器是将混沌信号分成参考混沌光信号和测量混沌光信号。所述的光环行器是将网络故障点的反射信号导出作为测量信号。所述的波分复用器是针对波分复用无源光网络使用的波分复用器。所述的光电探测器是将不同波长的信号进行光电转换，用于光纤网络故障点的测量。所述的数据处理系统是通过参考信号和测量信号的互相关，得出波分复用无源光网络的故障点的位置。
波长可调谐混沌光纤激光器用于波分复用无源光网络故障检测装置及其方法，其构成在于由波长可调谐光纤激光混沌源1发出的光信号传输到光纤耦合器2，通过光纤耦合器2将混沌光分成两路，一路作为参考混沌光，另外一路通过光环行器3，进入波分复用器4，进入波分复用无源光网络系统，通过波长的可调谐实现波分复用系统不同路径的测量。网络故障点示意5反射回的混沌光信号作为测量混沌光信号和光纤耦合器2分出的参考混沌光信号通过测量混沌光电探测器Ⅰ6和参考混沌光电探测器Ⅱ7变成电信号，分别输入到数据处理系统8，将参考混沌光与反射回的测量混沌光信号在数据处理系统8中，进行相关处理，进而得出网络故障点。
以测量其中网络的一路来说明测量的原理：波长可调谐光纤激光混沌源1发出的光信号传输到光纤耦合器2，通过光纤耦合器2将混沌光分成两路，一路作为参考混沌光，则参考混沌光通过光电探测器Ⅱ7，变成电信号，假设其输出满足的函数关系式为 。另外一路通过光环行器3通过某一波长的混沌光经过网络故障点示意5时，将反射回混沌光信号，反射回的混沌光信号通过光环行器3进入测量混沌光信号光电探测器Ⅰ6，假设往返时间为，则测量信号光电探测器Ⅰ6输出满足的函数关系式为，则其互相关函数
，只有当时，互相关函数存在唯一峰值。基于此原理，通过数据处理软件8进行相关处理就可以获得参考混沌光经过网络故障点反射的往返时间
，再根据，从而获得网络故障点的具体位置，其中
为光在真空中的光速，
为光在光纤中的折射。通过调节波长可调谐光纤激光混沌源1发出的不同波长的混沌激光，可以实现波分复用无源光网络的不同路径的故障点的检测。
Claims (4)
1.一种用于波分复用无源光网络故障检测装置，包括激光源、光环行器、波分复用器、光电探测器和数据处理系统；其特征在于：
所述的激光源是波长可调谐光纤激光混沌源。
2.如权利要求1所述的用于波分复用无源光网络故障检测装置；其特征在于：
波长可调谐光纤激光混沌源是光纤环形腔激光器、线性腔光纤激光器或者是八字形腔光纤激光器。
3.一种用于权利要求1所述的用于波分复用无源光网络故障检测装置的检测方法，包括混沌相关法；其特征在于：
所述的波长可调谐光纤激光混沌源是产生波长可调谐混沌激光，将实现至少两路径以上的波分复用无源光网络的任意故障点的检测。
4.如权利要求3所述的用于波分复用无源光网络故障检测装置的检测方法，其特征在于：波长可调谐光纤激光混沌源是非线性克尔效应产生的宽带宽的混沌光源。
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