CN108168843A - 一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置及方法，装置包括多波长脉冲光源控制器、WDM合波器、光纤环形器、WDM分波器、多路光电转换单元和触发控制及信号处理单元，多波长脉冲光源控制器的输入端连接触发控制及信号处理单元、输出端连接WDM合波器的输入端，WDM合波器的输出端连接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口通过光接口连接待测光纤，光纤环形器的第三端口连接至WDM分波器的输入端，WDM分波器的输出端连接多路光电转换单元的输入端，多路光电转换单元的输出端连接至触发控制及信号处理单元。本发明测试时间短，测试效果好，高效测量，插拔一次待测光纤即可同时获得不同传输波长下的光纤链路衰减特性。

Description

一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置及 方法

技术领域

本发明属于光纤特征参数测试测量领域，具体涉及一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置及方法。

背景技术

光纤衰减是指光在光纤中传输的过程中，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小的现象。导致光纤衰减的因素很多，主要有固有损耗(散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗)，附加损耗(微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗)。光纤衰减特性是衡量光纤性能的重要指标之一，在光纤生产环节，需要测量光纤在不同传输光波长(典型波长包括1310nm，1490nm，1550nm，1625nm)下的衰减特性。

目前光纤衰减的测量方法主要有截断法和背向散射测量法。其中，截断法如图1所示，利用稳定光源在待测光纤中输入稳定光功率，首先在末端测量整根待测光纤的输出功率P1之后，在距离光源端尽量短处(1m-2m)截断光纤，然后再次测量遗留小段光纤的输出功率P2，忽略遗留光纤衰减，此次测量功率可认为是光源输出功率，最后按照光源输出功率与整根待测光纤的输出功率之差可得整段待测光纤衰减P＝P2-P1，此方法需要反复插拔，光纤接头耦合极易引入测量误差，且不能观察光纤衰减分布，在光纤生产过程中一般不采用此法；背向散射测量法如图2所示，主要利用光时域反射仪，通过将待测光纤分次耦合到不同波长的光时域反射仪，或者利用光开关等耦合器件切换到不同波长光时域反射仪，以获得不同传输波长下的光纤衰减特性，该方法不需破坏光纤，但多波长测试过程中测试环境复杂，操作步骤较多，费时费力，容易引入操作测量误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对传统光纤生产测试环节光纤衰减特性测量方案存在的上述不足，提供一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置及方法，测试时间短，测试效果好，操作简单，高效率测量不同传输波长下光纤链路衰减特性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，主要包括：多波长脉冲光源控制器、WDM合波器、光纤环形器、WDM分波器、多路光电转换单元和触发控制及信号处理单元，多波长脉冲光源控制器的输入端连接触发控制及信号处理单元、输出端连接WDM合波器的输入端，WDM合波器的输出端连接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口通过光接口连接待测光纤，光纤环形器的第三端口连接至WDM分波器的输入端，WDM分波器的输出端连接多路光电转换单元的输入端，多路光电转换单元的输出端连接至触发控制及信号处理单元；

所述多波长脉冲光源控制器用于接收触发控制及信号处理单元产生的同步触发信号，生成不同待测波长脉冲光源；

所述WDM合波器用于将不同待测波长脉冲光源耦合进入一根光纤传输，将不同待测波长脉冲光源组合成不同波长光脉冲队列；

所述光纤环形器用于将不同波长光脉冲队列耦合到待测光纤，控制光信号同步传输，并输出待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号；

所述WDM分波器用于将不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号分解到不同光纤接收回路中；

所述多路光电转换单元包括多个光信号接收单元，用于接收光纤接收回路中的不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号，同步并行光电转换，输出电信号；

所述触发控制及信号处理单元用于产生多波长脉冲光源控制器需要的同步触发信号，并对多路光电转换单元输出的电信号进行采集、存储、光纤链路衰减特性方法计算及结果输出。

按上述方案，所述多波长脉冲光源控制器包括光源驱动模块、信号调制模块和脉冲调节模块，所述信号调制模块用于对多波长脉冲光信号进行调制，调制后的信号为含格雷码、S码或双正交编码在内的伪随机序列的脉冲编码；所述脉冲调节模块用于对各个不同待测波长脉冲光源进行脉冲强度及宽度的调节。

按上述方案，所述光纤环形器采用双向耦合器替代。

按上述方案，所述光信号接收单元选择PIN探测器或APD探测器，光信号接收单元内增设温度控制单元实现PIN探测器或APD探测器的恒温工作。

按上述方案，所述光信号接收单元包括模拟信号滤波放大模块、模数转换模块和数字滤波模块。

按上述方案，所述触发控制及信号处理单元的输出端连接显示设备，或者通过信号线连接至电脑终端(将信号传输至电脑终端，配合其他设备共同完成光纤衰减自动化测试)。

本发明还提供了一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，主要包括如下步骤：

步骤一，通过触发控制及信号处理单元控制产生同步触发信号，同步触发信号经多波长脉冲光源控制器生成不同待测波长脉冲，再通过WDM合波器组合成不同波长光脉冲队列；

步骤二，组合的不同波长光脉冲队列，通过光纤环形器耦合到待测光纤，控制光信号同步传输；

步骤三，光纤环形器进一步获得待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号队列，通过WDM分波器将背向散射信号分解到不同光纤接收回路中，然后通过多路光电转换单元同步并行光电转换，输出电信号至触发控制及信号处理单元；

步骤四，触发控制及信号处理单元采用光时域反射法，同步并行计算n个传输波长的光纤段长Ln，光纤起始点Sn，光纤截止点En；

步骤五，同步并行计算n个传输波长光纤段长Ln内，即光纤起始点Sn和光纤截止点En之间的光纤整体衰减值P_Ln，将光纤整体衰减值P_Ln与待测光纤生产过程中设定参数进行比对，即将实际测量结果与生产批次预设预期指标进行比对，判断光纤整体衰减是否合格；

步骤六，如果光纤整体衰减不合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次按照每个最小采样点间隔，逐次步进，获得Sn→En-Ln/d区间内详细衰减分布特性；

步骤七，如果光纤整体衰减合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次测量Ln/d连续步进，获得d段区间衰减特性；

步骤八，输出光纤在n个不同传输波长下的光纤衰减特性的结果。

按上述方案，所述多波长脉冲光源控制器的脉冲光源波长选择除850nm、1300nm、1310nm、1490nm、1550nm、1625nm、1650nm之外的其他波长值，脉冲光源数量选择不小于2的任意值。

按上述方案，所述多波长脉冲光源控制器采用宽带光源加窄带滤波器方式进行波长选择产生，宽带光源选择在O波段、C波段、L波段或组合波段。

按上述方案，所述多波长脉冲光源控制器的脉冲生成间隔t设置为0，即多波长脉冲同时触发(满足多波长脉冲光叠加光功率不大于光纤环形器及光接口功率输入门限即可)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、测试时间短，测试效果好，操作简单，高效测量，即插拔一次待测光纤即可同时获得不同传输波长下的光纤链路衰减特性；

2、相对于传统光源光功率计截断测试方法，不损坏光纤，不引入反复插拔测量误差；

3、相比一般光时域反射仪测量方法，单步即可同步完成全部测试，提高测试效率。

附图说明

图1为传统截断法测量光纤链路衰减的示意图；

图2为传统背向散射测量法通过光时域反射仪测量光纤链路衰减的示意图；

图3为本发明快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置的系统框图；

图4为本发明快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法流程图；

图5为本发明实施例同步并行计算n个传输波长光纤段长L内光纤整体衰减示意图；

图6为本发明实施例光纤整体衰减不合格情况下Sn→En-Ln/d区间内衰减分布特性图；

图7为本发明实施例光纤整体衰减合格情况下d段区间衰减分布特性图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的思路描述，进一步了解本发明的目的、特点和解决的问题。

如图3所示，本发明快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，用于对待测光纤链路不同传输光波长信号下背向散射信号的检测，主要包括：多波长脉冲光源控制器、WDM合波器、光纤环形器、WDM分波器、多路光电转换单元和触发控制及信号处理单元，多波长脉冲光源控制器的输入端连接触发控制及信号处理单元、输出端连接WDM合波器的输入端，WDM合波器的输出端连接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口通过光接口连接待测光纤，光纤环形器的第三端口连接至WDM分波器的输入端，WDM分波器的输出端连接多路光电转换单元的输入端，多路光电转换单元的输出端连接至触发控制及信号处理单元；

多波长脉冲光源控制器用于接收触发控制及信号处理单元产生的同步触发信号，生成一定间隔的不同待测波长脉冲光源；多波长脉冲光源控制器包括光源驱动模块、信号调制模块和脉冲调节模块，信号调制模块用于对多波长脉冲光信号进行调制，调制后的信号为含格雷码、S码或双正交编码在内的伪随机序列的脉冲编码；脉冲调节模块用于对各个不同待测波长脉冲光源进行脉冲强度及宽度的调节；

WDM合波器用于将不同待测波长脉冲光源耦合进入一根光纤传输，将不同待测波长脉冲光源组合成不同波长光脉冲队列；

光纤环形器(光耦合器)用于将光纤链路的不同波长光脉冲队列耦合到待测光纤，控制光信号同步传输，并输出待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号；实施例中，光纤环形器也可以采用双向耦合器替代；

WDM分波器用于将不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号分解到不同光纤接收回路中；

多路光电转换单元包括多个光信号接收单元，用于接收光纤接收回路中的不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号，同步并行光电转换，输出电信号；光信号接收单元实现光电转换，选择PIN探测器或APD探测器，为追求设备稳定性，可增设温度控制单元实现PIN探测器或APD探测器的恒温工作；光信号接收单元包括模拟信号滤波放大模块、模数转换模块和数字滤波模块，分别实现模拟信号滤波放大功能、模数转换功能和数字滤波功能，不同波长光电转换通道独立，可并行处理；

触发控制及信号处理单元用于产生多波长脉冲光源控制器需要的同步触发信号，并对多路光电转换单元输出的电信号进行采集、存储、光纤链路衰减特性方法计算及结果输出；触发控制及信号处理单元由FPGA处理器、ARM处理器或者PC实现，触发控制及信号处理单元的输出端连接显示设备(最终结果输出由本发明装置自带的显示设备实现)，或者通过信号线连接至电脑终端(将信号传输至电脑终端，配合其他设备共同完成光纤衰减自动化测试)。

参照图4所示，本发明快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，用于对待测光纤链路不同传输波长信号下光纤衰减特性的计算及对比分析，并给出光纤测试最终判定结论，主要包括如下步骤：

步骤一，通过触发控制及信号处理单元控制产生同步触发信号，同步触发信号经多波长脉冲光源控制器生成不同待测波长脉冲，再通过WDM合波器组合成不同波长光脉冲队列；多波长脉冲光源控制器的脉冲光源波长选择除850nm、1300nm、1310nm、1490nm、1550nm、1625nm、1650nm之外的其他波长值，脉冲光源数量选择不小于2的任意值；同时，多波长脉冲光源控制器采用宽带光源加窄带滤波器方式进行波长选择产生，宽带光源选择在O波段、C波段、L波段或组合波段；多波长脉冲光源控制器的脉冲生成间隔t设置为0，即多波长脉冲同时触发(满足多波长脉冲光叠加光功率不大于光纤环形器及光接口功率输入门限即可)；

步骤二，组合的不同波长光脉冲队列，通过光纤环形器耦合到待测光纤，控制光信号同步传输；

步骤三，光纤环形器进一步获得待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号队列，通过WDM分波器将背向散射信号分解到不同光纤接收回路中，然后通过多路光电转换单元同步并行光电转换，输出电信号至触发控制及信号处理单元；

步骤四，触发控制及信号处理单元采用光时域反射法，同步并行计算n个传输波长的光纤段长Ln(n为下标，Ln具体表示不同传输波长1310/1490/1550等情况下测得的光纤段长)，光纤起始点Sn，光纤截止点En；

步骤五，同步并行计算n个传输波长光纤段长Ln内，即光纤起始点Sn和光纤截止点En之间的光纤整体衰减值P_Ln，将光纤整体衰减值P_Ln与待测光纤生产过程中设定参数进行比对，即将实际测量结果与生产批次预设预期指标进行比对，判断光纤整体衰减是否合格，比如此批次合格指标为1310nm传输波长下0.165dB/Km，那么0.165dB/Km即为此待测光纤在n＝1310nm传输波长下的合格标准，光纤整体衰减示意图如图5所示；

步骤六，如果光纤整体衰减不合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次按照每个最小采样点间隔，逐次步进，获得Sn→En-Ln/d区间内详细衰减分布特性，如图6所示；

步骤七，如果光纤整体衰减合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次测量Ln/d连续步进，获得d段区间衰减特性，如图7所示；

步骤八，输出光纤在n个不同传输波长下的光纤衰减特性的结果。

图5-图7中，Distance表示本装置测得的光纤链路长度，长度Ln＝光脉冲传输时间*n波长传输速度(n波长下)，Power表示本装置测得的光纤链路背向散射光脉冲功率值，光纤整体衰减值P_Ln为不同距离下的功率差值除以距离，即为衰减特性值，单位dB/Km。

本发明多波长背向散射信号衰减方法运算同步并行进行，运算过程中对比不同波长衰减情况，综合得出最终运算结果。

运算过程中，与生产测量数据库对接，自动读取光纤生产过程中原始预设参数，可结合光纤生产批次信息进行横向比对。

针对不合格光纤或不合格光纤某一光纤段，在光纤光缆生产系统中自动录入，后期发货或者成缆排产可自动过滤问题光纤或光纤段。

如上所述，通过本发明所述的装置、方法，可以解决不同传输波长下光纤链路衰减性能快速测量的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，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 (10)

1.一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，主要包括：多波长脉冲光源控制器、WDM合波器、光纤环形器、WDM分波器、多路光电转换单元和触发控制及信号处理单元，多波长脉冲光源控制器的输入端连接触发控制及信号处理单元、输出端连接WDM合波器的输入端，WDM合波器的输出端连接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口通过光接口连接待测光纤，光纤环形器的第三端口连接至WDM分波器的输入端，WDM分波器的输出端连接多路光电转换单元的输入端，多路光电转换单元的输出端连接至触发控制及信号处理单元；

所述多波长脉冲光源控制器用于接收触发控制及信号处理单元产生的同步触发信号，生成不同待测波长脉冲光源；

所述WDM合波器用于将不同待测波长脉冲光源耦合进入一根光纤传输，将不同待测波长脉冲光源组合成不同波长光脉冲队列；

所述光纤环形器用于将不同波长光脉冲队列耦合到待测光纤，控制光信号同步传输，并输出待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号；

所述WDM分波器用于将不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号分解到不同光纤接收回路中；

所述多路光电转换单元包括多个光信号接收单元，用于接收光纤接收回路中的不同波长测试光脉冲队列的背向散射信号，同步并行光电转换，输出电信号；

所述触发控制及信号处理单元用于产生多波长脉冲光源控制器需要的同步触发信号，并对多路光电转换单元输出的电信号进行采集、存储、光纤链路衰减特性方法计算及结果输出。

2.如权利要求1所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，所述多波长脉冲光源控制器包括光源驱动模块、信号调制模块和脉冲调节模块，所述信号调制模块用于对多波长脉冲光信号进行调制，调制后的信号为含格雷码、S码或双正交编码在内的伪随机序列的脉冲编码；所述脉冲调节模块用于对各个不同待测波长脉冲光源进行脉冲强度及宽度的调节。

3.如权利要求1所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，所述光纤环形器采用双向耦合器替代。

4.如权利要求1所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，所述光信号接收单元选择PIN探测器或APD探测器，光信号接收单元内增设温度控制单元实现PIN探测器或APD探测器的恒温工作。

5.如权利要求1所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，所述光信号接收单元包括模拟信号滤波放大模块、模数转换模块和数字滤波模块。

6.如权利要求1所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置，其特征在于，所述触发控制及信号处理单元的输出端连接显示设备，或者通过信号线连接至电脑终端。

7.一种快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，其特征在于，根据上述权利要求1～6任一项所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的装置进行测量，主要包括如下步骤：

步骤一，通过触发控制及信号处理单元控制产生同步触发信号，同步触发信号经多波长脉冲光源控制器生成不同待测波长脉冲，再通过WDM合波器组合成不同波长光脉冲队列；

步骤二，组合的不同波长光脉冲队列，通过光纤环形器耦合到待测光纤，控制光信号同步传输；

步骤三，光纤环形器进一步获得待测光纤中返回的不同波长光脉冲队列的背向散射信号队列，通过WDM分波器将背向散射信号分解到不同光纤接收回路中，然后通过多路光电转换单元同步并行光电转换，输出电信号至触发控制及信号处理单元；

步骤四，触发控制及信号处理单元采用光时域反射法，同步并行计算n个传输波长的光纤段长Ln，光纤起始点Sn，光纤截止点En；

步骤五，同步并行计算n个传输波长光纤段长Ln内，即光纤起始点Sn和光纤截止点EEn之间的光纤整体衰减值P_Ln，将光纤整体衰减值P_Ln与待测光纤生产过程中设定参数进行比对，即将实际测量结果与生产批次预设预期指标进行比对，判断光纤整体衰减是否合格；

步骤六，如果光纤整体衰减不合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次按照每个最小采样点间隔，逐次步进，获得Sn→En-Ln/d区间内详细衰减分布特性；

步骤七，如果光纤整体衰减合格，以Ln/d为滑窗，d典型值10或100，依次测量Ln/d连续步进，获得d段区间衰减特性；

步骤八，输出光纤在n个不同传输波长下的光纤衰减特性的结果。

8.如权利要求7所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，其特征在于，所述多波长脉冲光源控制器的脉冲光源波长选择除850nm、1300nm、1310nm、1490nm、1550nm、1625nm、1650nm之外的其他波长值，脉冲光源数量选择不小于2的任意值。

9.如权利要求7所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，其特征在于，所述多波长脉冲光源控制器采用宽带光源加窄带滤波器方式进行波长选择产生，宽带光源选择在O波段、C波段、L波段或组合波段。

10.如权利要求7所述的快速测量不同传输波长下光纤链路衰减特性的方法，其特征在于，所述多波长脉冲光源控制器的脉冲生成间隔t设置为0，即多波长脉冲同时触发。