CN103763021B - 一种相干光时域反射测量方法及反射仪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种相干光时域反射测量方法，其特征在于：采用测试脉冲光获取被测器件的散射/反射信息，采用本地脉冲光与散射/反射回来的光信号进行干涉，通过调整测试脉冲光和本地脉冲光各自的重复频率，完整的构造出反射/散射光信号，再经光电转换和模数转换，获取散射/反射光位置信息；所述测试脉冲光和本地脉冲光的脉宽与所需空间分辨率相适应，相邻脉冲距离远大于脉宽。一种采用上述方法的相干光时域反射仪装置，其特征在于：包括激光器、光分束器、一对脉冲发生装置、光循环器、光电检测器。本发明可以同时实现超高空间分辨率，以及散射/反射光位置信息的自动获取，且无需使用昂贵的高速光电探测器和高速模数转换器。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种相干光时域反射测量方法及装置。
背景技术
光时域反射测量技术（OTDR）（参考文献1,M.K.Barnoski,M.D.Rourke,S.M.Jensen,andR.T.Melville,"Opticaltimedomainreflectometer,"Appl.Opt.16,p.2375–p.2379,1977），通过将光脉冲输入到被测器件中，该光脉冲在线路上受到散射或反射后将有光信号重新回到输入起点，通过测量该信号并进行时域分析，可以获得该线路的状态，包括衰减指数等线路的基本传输指标，以及弯曲、折断、熔接损耗等各种线路上的“事件”。OTDR技术的优点是长距离测量，可测距离能达到50千米甚至以上。然而其空间分辨率取决于测试光脉冲的宽度，如果对空间分辨率要求很高，就需要使用非常窄的测试光脉冲，以及与之相对应的光电探测器、模数转换器。越是高速的光电探测器和模数转换器，它们的价格越是非常昂贵。
相干OTDR（C-OTDR）（参考文献2,RobertC.Youngquist,SallyCarr,andD.E.N.Davies,"Opticalcoherence-domainreflectometry:anewopticalevaluationtechnique,"Opt.Lett.12,p.158–p.160,1987）是将激光器产生的激光分成两束，一束称为测试光，一束称为本地光。测试光与在OTDR技术中一样形成脉冲后输入被测器件，其中散射或反射回来的光信号与本地连续光进行干涉，再经过光电检测器进行光电转换从而获取被测器件的散射/反射信息。C-OTDR技术相比较OTDR技术而言，因为采用了相干接收，增加了灵敏度，因而拥有更大的动态范围。
OTDR以及C-OTDR由于脉冲宽度受限于光电检测器的频率特性以及噪声基底，理论上空间分辨率很难达到1米以下。如果相邻的“事件”很接近，该技术无法给出准确的测试结果。与传统技术相比，具有高分辨率将能解决常规技术所不能解决的许多问题，例如1）光缆接续盒、光纤分纤盒内部故障分析；2）光纤链路上光器件内部故障分析；3）用户对户内光纤的潜在物理损伤分析；4）早期敷设光缆的偏波模色散（PMD）分布测试。本发明目标就是提高C-OTDR技术的空间分辨率，而且无需使用昂贵的高速光电探测器和高速模数转换器。
发明内容
为了提高C-OTDR技术的空间分辨率，本发明提供了一种新的测量技术。该技术能在采用极窄的脉冲光进行测量的同时，无需采用与之对应的超高频光电探测器，在获得超高空间分辨率的同时，还实现了散射/反射光位置信息的自动获取。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种相干光时域反射测量方法，其特征在于：采用测试脉冲光获取被测器件的散射/反射信息，采用本地脉冲光与散射/反射回来的光信号进行干涉，通过调整测试脉冲光和本地脉冲光各自的重复频率，完整的构造出反射/散射光信号，再经光电转换和模数转换，获取散射/反射光位置信息；所述测试脉冲光和本地脉冲光的脉宽与所需空间分辨率相适应，相邻脉冲距离远大于脉宽。
一种采用上述方法的相干光时域反射仪装置，其特征在于：包括激光器、光分束器、一对脉冲发生装置、光循环器、光电检测器；所述激光器产生的激光经过光分束器后分成两束，一束称为测试光，一束称为本地光；两束光分别经过一对脉冲发生装置后形成测试脉冲光以及本地脉冲光；测试脉冲光通过光循环器进入被测器件，被测器件中散射或反射回来的光信号与本地脉冲光进行干涉，再经过光电检测器进行光电转换从而获取被测器件的散射/反射信息。
本发明可以同时实现超高空间分辨率，以及散射/反射光位置信息的自动获取，且无需使用昂贵的高速光电探测器和高速模数转换器。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示一种相干光时域反射仪装置，包括激光器、光分束器、一对脉冲发生装置、光循环器、光电检测器；所述激光器产生的激光经过光分束器后分成两束，一束称为测试光，一束称为本地光。两束光分别经过一对脉冲发生装置后形成测试脉冲光以及本地脉冲光。测试脉冲光通过光分束器件（图中显示为光循环器）进入被测器件，其中散射或反射回来的光信号与本地脉冲光进行干涉，再经过光电检测器进行光电转换从而获取被测器件的散射/反射信息。通过调整测试脉冲光和本地脉冲光各自的重复频率，来实现散射/反射光位置信息的自动获取。
如图2所示，测试脉冲光和本地脉冲光的脉宽均可针对所需空间分辨率设置为相应的宽度△T，两者的宽度可以不同，但最终空间分辨率取决于较宽的脉冲光，因此一般将两者的脉宽设为相同。测试脉冲光和本地脉冲光的重复频率分别为RMeasure和RLocal，它们的相邻脉冲之间的距离为TMeasure和TLocal，满足TMeasure=1/RMeasure以及TLocal=1/RLocal。如图2所示，测试脉冲光输入到被测器件中，将产生散射/反射光信号，它的重复频率将与测试脉冲光完全相同。此时，测试脉冲光将与该散射/反射光信号进行相干，完成类似于采样的过程。为使整个光信号被本地脉冲光完整的采样，TMeasure和TLocal应满足下面的公式：
TLocal=TMeasure+△T(1)
在满足公式（1）的情况下，反射/散射光信号将能完整的构造出来。
对于光电转换器的带宽，常规方法与空间分辨率对应，需要大于1/△T的带宽，该发明仅需要1/TLocal的带宽。对于空间分辨率如果有非常高的要求，例如厘米级别，通常需要10GHz级别的带宽。若采用该新发明，仅需MHz量级甚至kHz量级带宽的光电转换器以及模数转换器即可完成相应任务。
Claims (2)
1.一种相干光时域反射测量方法，其特征在于：采用测试脉冲光获取被测器件的散射/反射信息，采用本地脉冲光与散射/反射回来的光信号进行干涉，通过调整测试脉冲光和本地脉冲光各自的重复频率，使本地脉冲光的相邻脉冲距离为测试脉冲光相邻脉冲距离与本地脉冲光的脉宽之和，完整的构造出反射/散射光信号，再经光电转换和模数转换，获取散射/反射光位置信息；所述测试脉冲光和本地脉冲光的脉宽与所需空间分辨率相适应，相邻脉冲距离远大于脉宽。
2.一种采用权利要求1方法的相干光时域反射仪装置，其特征在于：包括激光器、光分束器、一对脉冲发生装置、光循环器、光电检测器；所述激光器产生的激光经过光分束器后分成两束，一束称为测试光，一束称为本地光；两束光分别经过一对脉冲发生装置后形成测试脉冲光以及本地脉冲光；测试脉冲光通过光循环器进入被测器件，被测器件中散射或反射回来的光信号与本地脉冲光进行干涉，再经过光电检测器进行光电转换从而获取被测器件的散射/反射信息。
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