CN1045180A - 用反射光测定对接光导中光损耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在由K个对接成光路的光导中，勿须分开这些光导而通过在任意的第i个光导中创造确定光损耗的可能以提高其多能性。其措施是，经过空心光导将探测用的脉冲引入被测光导，测量由光导的入射端出射端以及最后一个光导入射端的空气间隙和最后一个光导的端面反射的脉冲能量或总功率N_i-1；和N_i，i+1，并根据数学公式确定并非最后一个的任何一个光导以及最后一个光导单位长度上的光损耗μ_i和μ_k。

Description

本发明属于纤维光学领域，可用于测定对接成通信线路和网络的单个光导中的辐射衰减率。

已知一种根据沿反向传播的辐射测定纤维光导中光损耗的方法（参见щмкетанцА，用光导中的反向散射法进行测量的原理，《国外无线电电子学》，1981，NO6，87-94），该方法是基于引入探测光脉冲，测量被光导芯于散射并沿相反方向传播的脉冲功率，根据被光导中彼此相距△θ的区段散射的脉冲的幅度之比，确定该光导中的光损耗。

上述方法的缺点是测量的动态范围小，这是由于相对于从端面的反射而言，散射水平很微弱缘故，因此不能用于探测长线路，而且也不能用来确定整个光导中的光损耗，因为在端面附近由于从光导的入射端面和出射端面的峯值而存在死区。

另外一种用反射光在纤维光导中测量光损耗的方法，公开在NO4204727申请中（88.5.30作出授予发明人证书的决定），该方法的实质在于经过空心（холостой）光导向被测光导引入探测用的辐射脉冲，空心光导的长度等于对给定类型光导所确定的模式分布长度的一半;测量从空心光导出射端面反射的脉冲能量N₁;测量由带空气间隙对接的空心和被测光导端面反射的脉冲能量N₂;测量从被测光导出射端面反射的脉冲能量N₃，并根据以上三个测量数据确定被测光导单位长度上的光损耗μ。这种方法，就其技术实质来说与本发明的方法最为接近，可作为本发明的原型。

上述方法的缺点是必须事先将各光导分开，以保证有可能测量从空心光导和被测光导出射端面反射的脉冲，因而不能用来测定在永恒对接并放入光通信线路的光导中的光损耗。

本发明的目的是在无须分开光导的情况下，通过在对接成线路的K个光导中的任意第ⅰ个光导中创造确定光损耗的可能性以提高其多能性。

本发明的目的是这样实现的：在已知的用反射光测量光导中光损耗的方法中，包括经过空心光导向被测光导中引入探测用的辐射脉冲，测量由以最小的空气间隙对接的空心和被测光导端面反射的脉冲能量或总功率N₀，并确定被测光导单位长度上的光损耗μ。建议在测量反射回来的脉冲能量或总功率N₀（原文中为N，疑为N₀之误，供参考一校注）之后，无须分开光导就可以测量从第ⅰ个光导的入射端和出射端处的空气间隙反射的脉冲能量或总功率N_i-1，i和N_i，i+1，而且还可以测量从最后第K个光导入射端（原文为“出射端”，疑为“入射端”之误，供参考一校注）的空气间隙以及从该光导的出射端反射的相应的脉冲能量或总功率N_k-1，k，和N_k，而对于第ⅰ个并非最后一个被测光导来说，其单位长度上的光损耗μ_i，可根据下式确定：

μ_i= (lnN_i-1,_i-lnN_i,i+1+2ln［2n/(n²+1)］)/(2l_i) （1）

式中，l_i-第ⅰ个被测光导的长度;

0≤i≤k-被测光导的编号;

0-空心光导的编号;

n-光导芯子的群折射率;

而最后第K个光导单位长度上的光损耗μ_k，可按下式确定：

μ_K= (l_KN_K-1,_K-l_KN_K+2ln2n-Ln(n²+1)-2ln(n+1))/(2l_K) （2）

式中，l_k-线路中最后一个光导的长度;

将本发明提出的解决方案同原型分析对比后表明，本发明提出的方法与已有方法的区别在于：在测量能量或总功率N₀之后，无须分开光导就可以测量从第ⅰ个光导的入射端和出射端处的空气间隙反射的脉冲能量或总功率N_i-1，i和N_i，i+1，同时还可以测量从最后第K个光导入射端的空气间隙以及从该光导出射端反射的脉冲能量或总功率N_k-1，k和N_k，而对于第ⅰ个和第K个光导来说，其单位长度上的光损耗μ_i和μ_k，可按关系式（1）和（2）来确定。因此本发明提出的方法，符合发明的“新颖性”标准。

将本发明提出的技术方案不仅与原型进行比较，也与本技术领域的其它技术方案进行比较，在后者中没有发现能将本发明的技术方案与原型区别开的特征，从而就可以作出本发明符合具有“实质性特点”这一标准的结论。

本发明提出的方法，包括下列依次互相联系的步骤：

1、以最小的空气间隙将K个被测光导彼此对接并与空心光导对接在一起;

2、经过空心光导向对接的线路中引入探测用的辐射脉冲;

3，4，依次测量分别由第ⅰ个但不是线路最后一个光导的入射端和出射端处的空气间隙反射的脉冲能量或总功率N_i-1，i和N_i，i+1;

5，6，依次测量分别由最后第K个光导入射端的空气间隙及其出射端面反射的脉冲能量或总功率N_k-1，k和N_k;

7，按以下关系式确定线路中任意第ⅰ个光导和最后第K个光导的单位长度上的光损耗μ_i和μ_k

μ_i= (lnN_i-1,_i-lnN_i,i+1+2ln［2n/(n²+1)］)/(2l_i) （3）

μ_K= (lnN_K-1,_K-lnN_K+2ln2n-2n(n²+1)-ln(n+1))/(2l_K) （4）

本发明所述用反射光测定对接光导中光损耗方法的优点在于：可以确定在对接成通信线路（其中包括现行的线路）的任何一条光导中的光损耗，而且无须触及这些光导本身或将它们分开之后随后再连上，因而可以大大简化测量过程。在这种情况下，由于测量是用从光导端面反射回来的光，于是就大大增加了测量的动态范围（在使用反射仪时，此动态范围要受到高质量光导中微弱散射的限制），因而在只须触及与空心光导对接的第一个光导的一个入射端面的情况下，就能探测极长的通信线路。

图中给出了实现本测量方法的装置。该装置包括一个辐射源1，引入辐射和反射辐射用的分束器2，接收器3，空心光导4，第一个被测光导5，任意的第ⅰ个光导6，以最小的空气间隙对接的最后一个光导7。

本发明以下述方式实现：

具有初始能量或总功率的单脉冲或者一束脉冲，经过光学分束器2送入空心光导4，然后引入以最小空气间隙与空心光导4对接的线路上的其余光导5-7。借助接收器3调节脉冲发射时间与反射脉冲接收时间之间的时间延时，测量从对接的空心光导出射端与第一个被测光导入射端之间的空气间隙反射回来的脉冲能量或总功率N₀。此时接收器3接收的信号等于

No=Kφτ₂exp(-2μ_ol_o)［ρ+(1-ρ)²-(1-ρ)²ρ³+……］

=Kφτ² ₂exp(-2μ_Ol_o)( (2ρ)/(1+ρ) ) (5)

式中K-由接收器3的灵敏度决定的比例系数;

τ₂-分束器2的透射系数;

μ₀，l₀-分别为空心光导单位长度上的衰减率及其长度;

ρ-光导端面的反射系数。

通过改变时间延迟，勿须重新调整线路中已对接好的光导4-7，测量从第一个被测光导出射端处空气间隙反射的脉冲能量或总功率N_1，2

N_1,2=Kφτ² ₂exp(-2μ_Ol_o)( (1-ρ)/(1+ρ) )²exp(-2μ₁l₁)( 2/(1+ρ) )

=KΦτ² ₂exp(-2μ_Ol_o)( (2n)/(n²+1) )²exP(-2μ₁l₁)( 2/(1+ρ) )（6）

式中，n-光导芯子的群折射率;

μ₁，l₁-分别为第一个被测光导单位长度上的衰减系数及其长度。

这里，光导对接端面之间空气间隙透射系数的平方值（2n/n²+1），是考虑到以下的等式得出来的

ρ＝[（n-1）/（n+1）]²

在必须确定线路中任意的第ⅰ个光导单位长度上的损耗时，需相应地测量从第ⅰ个光导入射端和出射端处空气间隙反射回来的脉冲能量或总功率。此时公式（5）变换成以下形式：

N_i-1，i＝Kφτ² _∑（i-1）（ (2ρ)/(1+ρ) ） （7）

而公式（6）则变换成如下形式：

N_i,i+1=Kφτ² _∑(i-1)( (2n)/(n²+1) )²exp(-2μ_il_i)( (2ρ)/(1+ρ) )（8）

式中，τ² _∑（i-1）-线路中直到第i个光导之前的所有光导的总透射率系数的平方;

在必须确定线路中最后的第K个光导单位长度上的损耗时，需要测量信号N_k-1，k，与公式（7）相类似，它等于：

N_k-1，k＝Kφτ² _∑（i-1）（ (2ρ)/(1+ρ) ） （9）

而且要测量由第K个光导的一个出射端确定的信号

N_K=Kφτ² _∑(K-1)( (1-ρ)/(1+ρ) )²［exp(-2μ_Kl_k)］ρ

=Kφτ² _∑(K-1)( (2n)/(n²+1) )²［exp(-2μ_Kl_k)］ρ（10）

式中μ_k，l_k-分别为第K个光导单位长度上的光损耗及其长度

由于线路中的空心光导与编号为0的光导是等价的，当i＝1及i-1＝0时，方程式（5）和（7）是等价的，当i＝1时，方程式（6）与（8）是等价的。线路中的任意一个但不是最后一个光导（包括第一个光导）中的光损耗，可由方程式（7）和（8）的比值确定，即

μ_i= (lnN_i-1,_i-lnN_i,i+1+2ln［2n/(n²+1)］)/(2l_i) （11）

而线路中最后一个光导中的光损耗，可由公式（8）和（10）的比值确定，即

μ_K= (lnN_K-1,_K-lnN_K+2ln2n-Ln(n²+1)-2ln(n+1))/(2l_K) （12）

方程式（12）是在对下列比值取对数之后得到的：

(N_K)/(N_K-1,K) =exp(-2μ_Kl_k)［ ((1-ρ)²)/(2(1+ρ)) ］=exp(-2μ_Kl_k) ((2n)²)/((n²+1)(n+1)²)

用本发明所述方法进行测量的精度以及相应地增大测量远距离光导单位长度光损耗的动态范围的可能性，首先取决于在测量过程中不需要分开及合扰光导，即不存在由拆装已经接好的光导而引起的误差，所测量的损耗与被探测线路中的实际损耗是相同的;其次还取决于，由空气间隙的反射所决定的信号要比单个端面反射的信号高近一位[2/（1+ρ）]，并且大大高于逆向散射的信号。从而就提高了对逆向反射记录到的信号的测量精度，并相应地增大了对接光导线路的探测距离。

Claims (1)

1、一种用反射光测定对接光导中光损耗的方法，在于经过一个空心光导向被测光导引入探测用的辐射脉冲，测量由以最小的空气间隙对接的空心和被测光导端面反射的脉冲能量或总功率N₀，并确定被测光导单位长度上的光损耗μ，其特征在于：在由K个对接成光路的光导中，为了勿须分开这些光导而通过在任意的第i个光导中创造确定光损耗的可能以提高其多能性，要测量由第i个光导的入射端和出射端处的空气间隙反射的脉冲能量或总功率N_i-1,i和N_i,i+1，同时还测量由最后第K个光导入射端的空气间隙以及该光导的出射端反射的相应的脉冲能量或总功率N_k-1,k和N_k，而对于第i个并非最后一个被测光导来说，其单位长度上的光损耗μ_i，可按下式确定：

μ_i= (lnN_i-1,_i-lnNi,i+1+2ln［2n/(n²+1)］)/(2l_i)

式中，l_i-第i个被测光导的长度；

0≤i≤k-被测光导的编号；

0-空心光导的编号；

n-光导芯于的群折射率。

而对于最后第K个光导来说，其单位长度上的光损耗μ_k，可按下式确定：

μ_K= (lnN_K-1,K-lnN_K+2ln2n-2n(n²+1)-2ln(n+1))/(2lK)

式中，l_k-线路中最后一个光导的长度。

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