CN103076160B - 一种基于自相干的otdr系统测量单模光纤拍长的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自相干的OTDR系统测量单模光纤拍长的系统，包括窄线宽激光器、脉冲调制器、隔离器、偏振控制器、环行器、单模测试光纤、数据采集单元以及信息处理系统，窄线宽激光器产生的窄线宽激光通过调制器产生脉冲激光，依次通过隔离器以及偏振控制器，经过偏振控制器之后使x，y方向的分量的光功率大致相等，再通过环行器耦合进入单模测试光纤，环行器1端口作为输入端通过连接光纤与偏振控制器相连，2端口与单模测试光纤连接，3端口通过连接光纤与数据采集单元中的光电探测器相连。通过探测环行器端口输出的干涉光计算测试光纤的拍长。本系统设计新颖，实验设备精简，能够高效准确的测量出测试光纤的拍长，以研究光纤中的应力双折射效应，测量光纤的应力或应变以及温度等。

Description

一种基于自相干的OTDR系统测量单模光纤拍长的系统

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，特别涉及一种基于OTDR系统采用自相干原理测量光纤拍长的系统。

背景技术

伴随着光纤技术的发展，分布式光纤传感器的研究也已经成为最具代表性的新兴技术之一，其应用已经逐步从军事领域发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域。迄今，已经证明光纤传感器可以应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度、声场、流量、浓度、PH值等七十多个物理量的测量。其中，应力或应变成为工程应用中测量最多的物理量之一。OTDR（光时域反射计）是测试光纤传输链路特性的仪器，它以瑞利后向散射理论为基础。后向瑞利散射理论由Barnoski和Jensen于1975年首次提出。1976年Personik对后向散射技术作了进一步的研究和发展，并通过各种实验数据，建立了多模光纤的瑞利后向散射功率方程。1980年Brinkmeyer将后向散射技术应用于单模光纤，推导出同样的关系，论证了瑞利后向散射功率不仅适用于多模光纤，也适用于单模光纤。1984年HHartog和MartinPGold进一步从理论上对单模光纤的后向散射理论进行了阐述，并论证了后向散射系数与光纤结构参数的关系。分布式光纤传感器的发展是随着OTDR的出现而成熟起来的。OTDR是利用背向散射光来测量光纤的传播特性。光源发出的光脉冲在光纤中会发生后向瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，其中瑞利散射是最强的散射过程，待测光纤中的某些参数会在散射过程中调制到脉冲光上。因此利用OTDR技术系统就可以通过测定后向散射光强随时间的变化关系来检测光纤参数的分布情况，从而确定光纤的长度和每一处的参数分布信息。

单模光纤的拍长表征的是在光纤中传输光的复合偏振态完成一个周期变化所传输的光纤长度。当一个线偏振光随机注入保偏光纤时，能力被耦合到X,Y两个方向，在光纤的不同位置，他们的合成偏振态是不同的，从线偏振光到顺时针旋转的椭圆偏振光，到逆时针旋转的椭圆偏振光，然后回到同方向的线偏振光，完成一个偏振周期，这时的传输距离即等于拍长。拍长是和光纤双折射效应直接联系的，反应了单模光纤中传输光的偏振态信息，对于分析光纤所受到的应力或应变、温度等环境参数有着重要的帮助。拍长测量方法种类较多,目前主要方法有：散射法、POTDR法、扭转法、压力法、压力调制法、光弹性调制法、电磁法、剪断法等。侧压法通过在保偏光纤上施加一个压应力来改变保偏光纤的耦合能力，同时移动压力点的位置，光纤的耦合能力有一个正弦的变化。通过测试这种正弦变化的周期来获得光纤的拍长。使用侧压法由于所施加压应力的大小，方向和位置都会影响光纤的耦合能力，因此获得一个稳定的变化周期比较困难。

发明内容

针对上述现有的技术，本发明提供一种基于自相干的OTDR系统测量光纤拍长的系统，能够便捷准确的测出单模光纤的拍长。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于自相干的OTDR系统测量单模光纤拍长的系统，其特征在于：包括窄线宽激光器、脉冲调制器、隔离器、偏振控制器、环行器、单模测试光纤、数据采集单元以及信息处理系统，窄线宽激光器产生的窄线宽激光通过脉冲调制器产生脉冲激光，依次通过隔离器以及偏振控制器，经过偏振控制器之后使x，y方向的分量的光功率大致相等，再通过环行器耦合进入单模测试光纤。环行器1端口作为输入端通过连接光纤与偏振控制器相连，2端口与单模测试光纤连接，3端口通过连接光纤与数据采集单元中的光电探测器相连。

所述窄线宽激光器的工作波长为1540nm-1560nm，典型值为1550nm，线宽小于0.1nm。

所述信号探测单元的光电探测器使用高速探测模块，峰值波长1550nm，波长范围800-1700nm。

所述隔离器用于阻隔经环行器返回的光，防止返回光产生的干扰。

通过调节偏振控制器将光源的输出光分别耦合进测试光纤的两个不同的方向，传输过程中在光纤某些部分折射率分布不均匀，会产生后向瑞利散射，散射光在环行器中发生自相干，形成稳定的干涉波形，最后通过数据采集以及处理单元得到所需要的探测信号。利用周期性的干涉波形，可以通过计算相邻波峰间的距离等参数来计算出单模测试光纤的拍长。此系统为测试光纤拍长提供了一种基于自相干理论和OTDR的新方法。

本发明提供了一种基于自相干的OTDR系统测量单模光纤拍长的系统，本系统设计新颖，实验设备精简，能够高效准确的测量出测试光纤的拍长，以研究光纤中的应力双折射效应等。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本方案基于OTDR的自相干测量方法能够在计算拍长的同时实现分布式的应力或应变测量。

2.根据相干波形的波峰以及波谷之间的距离计算拍长的方法简单易行，通过调节偏振控制器能使偏振分量上的光功率大致相等，能使检测精度提高，系统稳定性增强。

3.整个系统结果简单，操作可控，可移植性高，成本较低，可用于分析光纤中的应力双折射效应，测量光纤的应力或应变以及温度等。

附图说明

图1是一种基于OTDR系统采用自相干原理测量光纤拍长的系统结构示意图；

图2是测量拍长的相干波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，为基于自相干的OTDR测量光纤拍长系统结构示意图，其中，光源为窄线宽激光器。工作波长为1540nm-1560nm，典型值为1550nm。线宽小于0.1nm。窄线宽激光器产生的窄线宽激光通过调制器产生脉冲激光，依次通过隔离器以及偏振控制器，经过偏振控制器之后使x，y方向分量的光功率大致相等，再通过环行器耦合进入单模测试光纤。单模测试光纤直径为125μm。不同的线偏振光在光纤传输过程中会在某处发生后向瑞利散射，后向散射光返回经过环行器，在环行器内发生自相干作用，得到的干涉波形，如图2所示。图中的自相干波形直接反应了测试光纤的拍长信息，通过计算干涉波形的波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离，再利用干涉极值条件可对应计算出光纤的双折射大小，从而计算出测试光纤的拍长值。

Claims (1)

1.一种基于自相干的OTDR系统测量单模光纤拍长的系统，其特征在于：包括窄线宽激光器、脉冲调制器、隔离器、偏振控制器、环行器、单模测试光纤、数据采集单元以及信息处理系统，窄线宽激光器产生的窄线宽激光通过脉冲调制器产生脉冲激光，依次通过隔离器以及偏振控制器，经过偏振控制器之后使x，y方向的分量的光功率相等，再通过环行器耦合进入单模测试光纤；环行器1端口作为输入端通过连接光纤与偏振控制器相连，2端口与单模测试光纤连接，3端口通过连接光纤与数据采集单元中的光电探测器相连；所述窄线宽激光器采用半导体激光器或者光纤激光器，线宽小于0.1nm；所述数据采集单元的光电探测器使用宽带高灵敏度探测模块，波长适用范围800-1700nm。