CN105553543B - 一种相干光时域反射计校准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种相干光时域反射计校准装置，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中，本征光直接进入COTDR的相干探测器，探测光由端口1发出，然后经过光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光纤隔离器以及光开关，光开关通过函数发生器进行控制；通过设置函数发生器的周期和脉冲宽度来控制探测光在光纤环路中转过的圈数，从而模拟出光纤长度，进而对COTDR的光纤长度进行量值传递。本发明一方面保证光放大器工作在线性放大区内，另一方面保证放大器产生的增益大于光纤环内光纤损耗功率，进而让光信号能够在光纤环中继续传输。

Description

一种相干光时域反射计校准装置及方法
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种相干光时域反射计校准装置，还涉及一种相干光时域反射计校准方法。
背景技术
光纤通信系统特别是无中继超长距离和多中继超长距离光纤通信线路的建设与升级是光纤通信技术发展的一个重要方面，它能不断满足人们对超高速、超大容量和超长距离通信的需求。
目前被广泛应用于光缆线路故障监测中的光时域反射计(OTDR)主要存在两方面问题，一方面是OTDR的测量动态范围有限，无法达到上千公里甚至上万公里的使用要求；另一方面是OTDR不能用于带有EDFA的海缆监测，否则会由于放大自发辐射(ASE)噪声而大大降低OTDR接收机的信噪比和动态范围。因此，具有高动态范围的相干光时域反射计对实现通信线路的无盲区监测具有重要意义。
相干光时域反射计(COTDR)是采用相干检测的方式对背向散射光信号进行处理，这样可以抑制ASE噪声以及提高检测信号的动态范围和信噪比，其测量距离可以达到上万公里，非常适合用于诸如海底光缆等超长距离且存在光纤放大器链路中损耗、断点和接续点等事件的检测，是用于监测跨洋海缆不可或缺的工具。
目前，用来验证COTDR测量准确性的光纤链路通常采用掺饵光纤放大器(EDFA)级联的方式，EDFA之间的中继距离大约为100km。由于EDFA只能单向放大，因此为解决故障探测光的背向散射光返回路径问题，需要通过耦合器将EDFA中继内的背向散射光耦合到另一根反向传输链路中。该技术方案存在以下几方面问题：
一、在模拟上千公里光纤链路的情况下，需要来回两个链路，所以需要的光纤长度太长、EDFA数量太多，进而导致系统成本太高；
二、由于涉及的光纤盘、EDFA、光纤耦合器数量太多，导致系统体积太大，不适合作为COTDR光纤长度校准装置来使用。
发明内容
本发明提出一种相干光时域反射计校准装置及方法，通过光开关和光纤耦合器解决了超长距离光纤链路的模拟问题，从而实现了对COTDR长度的校准；通过在光纤环中加入光纤隔离器解决了光纤环路内噪声的抑制问题；通过在光纤环中加入光纤放大器和光衰减器解决了光纤环路中光功率放大问题；通过函数发生器控制输出脉冲信号的周期和脉宽解决了对光纤长度模拟的控制问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种相干光时域反射计校准装置，包括：光纤耦合器、光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光隔离器和光开光；其中，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中，本征光直接进入COTDR的相干探测器，探测光由端口1发出，然后经过光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光纤隔离器以及光开关，光开关通过函数发生器进行控制；
通过设置函数发生器的周期和脉冲宽度来控制探测光在光纤环路中转过的圈数，从而模拟出光纤长度，进而对COTDR的光纤长度进行量值传递。
可选地，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器，其耦合比为1：1；光纤盘的长度为100km；掺饵光纤放大器最大输出功率为25dBm；光纤隔离器的隔离度为40dB；光开关的响应时间为1ns。
本发明还提出了一种相干光时域反射计校准方法，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中，本征光直接进入COTDR的相干探测器，探测光由端口1发出，然后经过光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光纤隔离器以及光开关，光开关通过函数发生器进行控制；
通过设置函数发生器的周期和脉冲宽度来控制探测光在光纤环路中转过的圈数，从而模拟出光纤长度，进而对COTDR进行量值传递。
本发明的有益效果是：
(1)通过函数发生器的脉冲信号实现了环内光信号转过圈数的精确控制，此外采用1×1光开关和2×2光纤耦合器来实现长距离光纤链路模拟的方法，可以大大降低相干光时域反射计校准装置的成本；
(2)在光纤环中加入光纤隔离器可以避免光信号在光纤环路中的双向传输，大大减弱了逆向光路对放大信号的干扰，提高了信号信噪比，增长了模拟的光纤链路长度；
(3)首次将光纤环应用在长距离光纤链路模拟系统中，从而解决了COTDR光纤长度校准难题；
(4)模拟光纤长度的调节易于实现，且操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明COTDR光纤长度校准装置原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前还没有相关计量检测机构或单位开展COTDR光纤长度校准方面的研究，传统的光纤链路模拟技术主要包括基于“延迟线+光开关”、基于“反射光纤(FP腔)+光开关”和基于“光纤环”的方案。
基于“延迟线+光开关”方案由于光纤延迟线延迟时间有限，因此模拟的光纤链路长度较短；如果增加延迟线的节数会增加系统成本、损耗和串音；基于“反射光纤(FP腔)”方案中的两端镜片透过率很难做到100％反射，技术上实现很困难。
本发明提出了一种相干光时域反射计校准装置及方法，采用光纤环路和2×2光纤耦合器组成光路，通过1×1光开关控制光信号的延迟，从而模拟出超长距离的光纤链路；光纤环路中光纤盘的长度是可以通过调制相移法测量出来，因此只要通过光开关控制光在光纤环中转过的圈数即可得到模拟的光纤长度；最后利用模拟的光纤长度就能实现对COTDR光纤长度测量的校准。
本发明校准装置的光路连接如图1所示，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中的本征光直接进入COTDR的相干探测器，而探测光由图1中的端口1发出，然后经过2×2光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、已知光纤长度的光纤盘、掺饵光纤放大器(EDFA)、光纤隔离器以及光开关，而环路中的光开关可以通过函数发生器来进行控制。通过设置函数发生器输出脉冲信号的周期和宽度来控制探测光在光纤环路中转过的圈数，从而模拟出长距离的光纤链路，进而对COTDR的光纤长度进行量值传递。优选地，光开关为1×1SOA光开关。
下面给出本发明校准装置的一个具体实施例，光纤耦合器为2×2光纤耦合器，其耦合比为1：1；光纤盘的长度为100km；掺饵光纤放大器最大输出功率为25dBm；光纤隔离器的隔离度为40dB；光开关的响应时间为1ns。
光纤环路中的光纤盘长度为100km，探测光经过100km光纤所需要的时间大约为0.5ms，因此将函数发生器的脉冲宽度设置为1.0ms，即可使探测光信号在光纤环路中转过2圈，也就是可以模拟的光纤长度值为200km，经实验验证，在信噪比良好的情况下，本发明最多可以模拟的光纤链路长度为1000km。
本发明通过在光纤环中加入可调光衰减器和光纤隔离器来调节进入光放大器的光功率，一方面保证光放大器工作在线性放大区内，另一方面保证放大器产生的增益大于光纤环路中光纤损耗功率，进而让光信号在光纤环中继续传输。
而且，本发明利用函数发生器输出的脉冲信号实现对光开关的控制，通过设置脉冲信号的周期和脉宽来控制光信号在光纤环内旋转的圈数；而环内的光纤长度和旋转的圈数决定了模拟的光纤链路长度，进而实现对COTDR光纤长度测量的校准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中，本征光直接进入COTDR的相干探测器，探测光由端口1发出，然后经过2×2光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光纤隔离器以及光开关，光开关通过函数发生器进行控制；
通过设置函数发生器的周期和脉冲宽度来控制探测光在光纤环路中转过的圈数，从而模拟出光纤长度，进而对COTDR的光纤长度进行量值传递。
2.如权利要求1所述的一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，所述2×2光纤耦合器的耦合比为1：1。
3.如权利要求1所述的一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，所述光纤盘的长度为100km。
4.如权利要求1所述的一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，所述掺饵光纤放大器最大输出功率为25dBm。
5.如权利要求1所述的一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，所述光纤隔离器的隔离度为40dB。
6.如权利要求1所述的一种相干光时域反射计校准装置，其特征在于，所述光开关的响应时间为1ns。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述校准装置的相干光时域反射计校准方法，其特征在于，COTDR光源发出的光包括本征光和探测光，其中，本征光直接进入COTDR的相干探测器，探测光由端口1发出，然后经过2×2光纤耦合器一部分直接进入COTDR端口2，另一部分进入光纤环路中，该光纤环路包括光衰减器、光纤盘、掺饵光纤放大器、光纤隔离器以及光开关，光开关通过函数发生器进行控制；
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