CN102636121A - 高精度光纤长度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度光纤长度测量系统。现有的光纤长度测量系统OTDR具有测量精度低，设备庞大并且不能测短距离光纤的缺点；OFDR和OLCR具有造价昂贵、稳定性不高等缺点。本发明可以克服以上这些缺点。本发明主要由激光光源发射出的连续光经电光调制器调制出时域短脉冲信号，经过光分束器，一束光进入光环行器、待测光纤和法拉第旋转镜进入探测器；另一束直接进入探测器。通过分别测量未接入待测光纤和接入待测光纤的时间差，可以精确测量光纤的长度。测量精度可达厘米量级，并且系统简单，稳定性高。

Description

高精度光纤长度测量系统

技术领域

本发明涉及一种高精度光纤长度测量系统。

背景技术

高精度光纤长度测量系统在光纤通信系统中具有重要的应用价值。传统的光纤测量方法主要包括光时域反射仪(OTDR)，光频域反射仪(OFDR)，光低相干反射仪(OLCR)等。

其中OTDR是基于后向瑞利散射和菲涅尔反射原理制成的，是目前最广泛的测量光纤长度的仪器。OTDR的优点是测量长度可达上百公里，缺点是精确度较差，只能达到米的量级，且不可测量短距离光纤，设备体积庞大。

OFDR和OLCR的测量精度虽然相对较高，分别可以达到毫米和几十微米量级，但是实际操作的稳定性和可靠性比较低。另外，复杂的结构与高昂的造价也一定程度上限制了他们的应用。

发明内容

本发明提供了一种高精度光纤长度测量系统，主要解决了现有测量系统结构复杂、成本高，且在对光纤长度进行测量时，精度低、稳定性差的问题。

本发明的具体技术解决方案如下：

该高精度光纤长度测量系统包括用于产生脉冲激光的脉冲发生装置，脉冲发生装置连接有光分束器，光分束器的上设置有两个输出端，光分束器第一输出端与光环形器第一端口连接，光分束器第二输出端通过第二光电探测器与示波器连接，光环形器第二端口依次和待测光纤及法拉第旋转镜连接，光环形器第三端口通过第一光电探测器与示波器连接。

上述激光光源可以选择1550nm或1310nm的连续激光光源。

上述脉冲发生装置是依次连接的激光光源、偏振控制器和电光调制器，或脉冲激光光源。

本发明的优点是：

1、该光纤长度测量系统精度取决于电光调制器调制的脉冲宽度，所用脉冲宽度越窄，脉冲上升沿越陡峭，得到的结果越精确。若取脉宽为1ns的光脉冲信号，精度可达厘米量级。

2、该光纤长度测量系统利用脉冲在待测光纤中具有传播延时来测量光纤长度。结构简单，所用光学器件价格相对低廉，使用方便，性价比高。

3、该光纤长度测量系统没有基于弱信号反射或干涉原理，对入射光要求比较低，有较好的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是高精度光纤长度测量系统的结构示意图；

图2是未接待测光纤时，示波器输出图像；

图3是接10026.4m的待测光纤时，示波器输出图像。

具体实施方式

1550nm或1310nm的DFB激光光源发出的连续光经过偏振控制器(PC)之后进入电光调制器，由电光调制器调制出具有一定脉宽的光脉冲信号；光脉冲信号被90/10的光分束器分成两束，(光分束器的分光比由待测光纤长度引起的损耗决定。若激光光源输出的激光足够强，则光分束器任意比例分光比均可。)90％的一束经过光环行器1端口至2端口进入待测光纤，由法拉第旋转镜反射回的光脉冲经过光环行器2端口至3端口进入一个光电探测器；10％的一束直接进入另一个光电探测器；由示波器探测光脉冲的时延，计算出待测光纤的长度。其中偏振控制器的作用是使进入电光调制器的激光具有良好的偏振特性；光分束器的分光比由待测光纤长度引起的损耗决定；法拉第旋转镜在该系统起到反射镜的作用，同时可以稳定反射光的偏振态。

设在未接待测光纤情况下，光分束器90％端口连接到光环行器1端口的总长度是L₁，光环行器2端口连接到法拉第旋转镜的总长度是L₂，光环行器3端口连接到电光调制器的总长度是L₃，光分束器10％端口连接到电光调制器的总长度是L₄，待测光纤的长度是L。在未接待测光纤情况下，示波器探测到两信号脉冲的时间差为Δt₁，则

${\mathrm{\Δt}}_1=\frac{L_1+2L_2+L_3-L_4}{c/n}---\left(1\right)$

其中，c是真空中的光速，n是光纤折射率。

有待测光纤情况下，示波器探测到两信号脉冲的时间差为Δt₂，则

${\mathrm{\Δt}}_2=\frac{L_1+2L+{2L}_2+L_3-L_4}{c/n}---\left(2\right)$

(2)-(1)，得

$\mathrm{\Δt}={\mathrm{\Δt}}_2-{\mathrm{\Δt}}_1=\frac{2\mathrm{Ln}}{c}---\left(3\right)$

由此，可以得到待测光纤长度为：

$L=\frac{\mathrm{c\Δt}}{2n}=\frac{c({\mathrm{\Δt}}_2-{\mathrm{\Δt}}_1)}{2n}---\left(4\right)$

该高精度光纤长度测量系统测量精度可以达到厘米量级，因系统中不存在干涉及弱反射，所以稳定性和可靠性都很高。

实施例：

激光光源入射的连续光，经过电光调制器输出脉宽为1ns的光脉冲；待测光纤为G652型单模光纤(折射率为1.4685)，标称长度为10026.4m。未接待测光纤时，示波器输出如图2所示，根据输出数据，可计算得到Δt₁＝26.612ns；连接上待测光纤时，示波器输出如图3所示，根据输出数据，可计算得到Δt₂＝98221.191ns。真空中的光速取299792458m/s，根据公式(4)计算得到的光纤长度为10025.98m，误差为十万分之四。

Claims (3)

1.一种高精度光纤长度测量系统，包括用于产生脉冲激光的脉冲发生装置，其特征在于：所述脉冲发生装置连接有光分束器，光分束器的上设置有两个输出端，光分束器第一输出端与光环形器第一端口连接，光分束器第二输出端通过第二光电探测器与示波器连接，光环形器第二端口依次和待测光纤及法拉第旋转镜连接，光环形器第三端口通过第一光电探测器与示波器连接。

2.根据权利要求1所述的高精度光纤长度测量系统，其特征在于：所述激光光源是1550nm或1310nm的连续激光光源。

3.根据权利要求1所述的高精度光纤长度测量系统，其特征在于：所述脉冲发生装置是依次连接的激光光源、偏振控制器和电光调制器，或脉冲激光光源。

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