CN102494617B - 一种单模光纤长度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单模光纤长度测量系统，其特征是，脉冲光源通过光纤连接第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接高速光电转换模块，高速光电转换模块连接频谱分析仪；第一光纤耦合器的另一个输出端连接由第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和待测长度单模光纤组成无源光纤环腔，无源光纤环腔连接光谱仪。本发明与传统的OTDR测量方法相比，利用光学游标效应，测量分辨率大大提高；本发明通过频谱分析仪跟踪光源的纵模间隔不稳定带来的测量漂移的问题，确保了测量的精度。

Description

一种单模光纤长度测量系统
技术领域
 本发明涉及一种单模光纤长度测量系统。
背景技术
准确的光纤长度测量在光纤通信和光纤传感系统中很重要。
最常用的光纤长度测试手段是OTDR（光时域反射仪），它的原理是，在光线入射端面探测后向散射光和菲涅尔反射光，进行信号处理，从而得到断点，接头位置和光纤长度等信息。OTDR存在这许多因素的引起误差，以及接受探测器响应时间所产生的测量盲区，分辨率不高，精度受到限制，常见商品化的OTDR测量精度约1m左右。
基于迈克尔逊干涉仪结构的光纤测试手段主要有OLCR（低同调光反射测量仪）、OFDR（光频域反射仪）、OCDR（光相干域反射测量仪）。OLCR精度可达10um，但测量动态范围很小，只有几厘米。OFDR精度只有mm，测量动态范围几千米，OCDR测量的精度很高，可达10um，测量动态范围比较大，但是OFDR与OCDR需要光源具有良好的稳定性和相干性。
2005年，Bing Qi等人提出了基于频移不对称Sagnac干涉仪。这种方法测量分辨率可以到达微米量级，测量动态范围可以到几十千米。这种方法的误差主要来源于对干涉信号中极小值点频率的读数误差。 
2007年4月华为公司隋猛公布的一种光纤长度测量方法，建立一种算法，通过测量光线路终端与光网络单元或光网络终端进行信息交互的时长，确定光纤的长度。由于网络单元和发送终端之间存在预均衡时延和起始端的时隙，信息交互时长存在较大误差，从而对光纤长度测量造成较大误差。
2008年7月浙江大学何赛灵等人采用声光调制器光频变换调制技术和Sagnac结构，实现了高精度大范围光纤长度测量。由于声光调制器依据的是多普勒效应，在调节输出光频率存在误差，给光纤长度测量带来误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分辨率高的单模光纤长度测量系统。
为解决上述技术问题，本发明的单模光纤长度测量系统包括脉冲光源，第一光纤耦合器，无源光纤环腔，高速光电转换模块，频谱分析仪，光谱仪；
所述脉冲光源通过光纤连接第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接高速光电转换模块，高速光电转换模块连接频谱分析仪；第一光纤耦合器的另一个输出端连接由第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和待测长度单模光纤组成无源光纤环腔，无源光纤环腔连接光谱仪，所述脉冲光源为纵模间隔可调的锁模光纤激光器。
所述锁模光纤激光器包括，掺铒光纤，第三光纤耦合器，波分复用器，隔离器，饱和吸收体，中心波长980nm尾纤输出式泵浦源，可调光纤延迟线。所述中心波长为980nm的泵浦源输出的泵浦光通过波分复用器耦合到掺铒光纤中，使掺铒光纤处于粒子数反转状态，通过光纤延迟线、饱和吸收体、光隔离器、波分复用器和第三光纤耦合器的光纤串联，将掺铒光纤头尾相连组成了一个环形振荡腔；环形振荡腔产生的脉冲激光信号通过所述第三光纤耦合器的尾纤输出。
所述无源光纤环腔由耦合比均为99:1的第二、第三光纤耦合器和待测光纤组成，第二、第三光纤耦合器通过熔接方式连接，第二第三光纤耦合器与待测光纤通过FC/APC光纤接头对接。
本发明的有益效果在于：
1、本发明与传统的OTDR测量方法相比，利用光学游标效应，测量分辨率大大提高；
2、本发明通过频谱分析仪跟踪光源的纵模间隔不稳定带来的测量漂移的问题，确保了测量的精度。
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为本发明的单模光纤长度测量系统结构图；
图2为本发明的无源光纤环腔的结构图；
图3为本发明的测量系统光源结构图。
具体实施方式
图1给出了单模光纤长度测量系统结构图，脉冲光源1输出光通过第一光纤耦合器2分为两路，一路光通过高速光电转换模块3转化成电信号后接入到频谱分析仪4中，实时动态扫描脉冲光源1纵模间隔。另一路光接入由第二、第三光纤耦合器和待测光纤组成的无源光纤环腔5的输入端，无源光纤环腔输出端连接到光谱仪6。通过调整光源1的腔长，当无源光纤环腔5的腔长接近光源1的腔长的整数倍时，光谱仪6上可以观察到一系列透射峰，通过频谱仪4测量到的光源纵模间隔和光谱仪6透射峰间距，便可以计算出无源光纤环腔的腔长，减去第二、第三光纤耦合器光纤长度，便可以得到待测单模光纤长度。
图2给出了测量系统所用到的脉冲光源1的内部结构图，波长为980nm的泵浦模块7输出的泵浦光通过波分复用器8耦合到掺铒光纤9中，使掺铒光纤9处于粒子数反转状态，通过饱和吸收体10、光纤延迟线11、第四光纤耦合器12、光隔离器13、波分复用器8等光学器件的串联，将掺铒光纤9头尾相连组成了一个环形振荡腔，且光隔离器13实现光的单向传输从而实现了稳定的多纵模的激光输出。腔内加入损耗随着光功率变化的饱和吸收体10来调制光强，使腔内纵模间产生一个稳定的相位差，从而实现脉冲激光的输出。通过调整可调光纤延迟线11来调整光源的纵模间隔。图2所述的脉冲光源1腔长不超过3米，以减小测量盲区。
图3给出了无源光纤环腔的结构图，无源光纤环腔是光纤接入接出式，耦合比均为99:1的第二、第三光纤耦合器14、15都是1×2式，第二光纤耦合器14的1%端口作为无源光纤环腔5的输入端连接第一耦合器2，第三光纤耦合器15的1%端口作为无源光纤环腔5的输出端连接光谱仪6。第二光纤耦合器14与第三光纤耦合器15的99%端口通过熔接方式连接，第二光纤耦合器14与第三光纤耦合器15的输入端口分别熔接第一、第二FC/APC光纤接头16、17。待测光纤18两端分别通过法兰盘与第一、第二FC/APC光纤接头16、17连接。
图3中待测光纤18为折射率已知单模光纤，光纤两头均接有FC/APC光纤接头。待测光纤长度要求大于100米小于5千米。
图3中第二、第三光纤耦合器14、15均为单模光纤器件。
图3中第二、第三光纤耦合器14、15尾纤长度总和（不包含1%端口）要为脉冲光源1腔长的整数倍或者整数倍分之一，以便系统能准确测量出第二、第三光纤耦合器长度总和。
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 (4)

1.一种单模光纤长度测量系统，其特征在于，包括脉冲光源，第一、第二、第三光纤耦合器，高速光电转换模块，频谱分析仪，光谱仪；
所述脉冲光源通过光纤连接第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接高速光电转换模块，高速光电转换模块连接频谱分析仪；第一光纤耦合器的另一个输出端连接由第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和待测长度单模光纤组成的无源光纤环腔，无源光纤环腔连接光谱仪；
通过调整脉冲光源的腔长，当无源光纤环腔的腔长接近脉冲光源的腔长的整数倍时，光谱仪上可以观察到一系列透射峰，通过频谱分析仪测量到的光源纵模间隔和光谱仪透射峰间距，便可以计算出无源光纤环腔的腔长，减去第二、第三光纤耦合器光纤长度，便可以得到待测单模光纤长度。
2.根据权利要求1所述的单模光纤长度测量系统，其特征在于，所述无源光纤环腔由耦合比均为99:1的第二、第三光纤耦合器和待测光纤组成，第二、第三光纤耦合器通过熔接方式连接，第二、第三光纤耦合器与待测光纤通过FC/APC光纤接头对接。
3.根据权利要求1所述的单模光纤长度测量系统，其特征在于，所述脉冲光源为纵模间隔可调的锁模光纤激光器。
4.根据权利要求3所述的单模光纤长度测量系统，其特征在于，其特征在于所述锁模光纤激光器包括掺铒光纤，第四光纤耦合器，波分复用器，光隔离器，饱和吸收体，中心波长980nm尾纤输出式泵浦源，可调光纤延迟线；所述中心波长为980nm的泵浦源输出的泵浦光通过波分复用器耦合到掺铒光纤中，使掺铒光纤处于粒子数反转状态，通过可调光纤延迟线、饱和吸收体、光隔离器、波分复用器和第四光纤耦合器的光纤串联，将掺铒光纤头尾相连组成了一个环形振荡腔，环形振荡腔产生的脉冲激光信号通过所述第四光纤耦合器的尾纤输出。
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