CN110868251B - 一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，主要包括窄线宽保偏光源、单边带保偏调制器、射频信号源、保偏耦合器、调制器、脉冲信号源、连续基底光源、第一单模耦合器、放大器、扰偏器、第二单模耦合器、隔离器、第三单模耦合器、平衡探测器、数据采集器、波分复用器。本发明通过连续基底填充探测光脉冲、单边带调制探测光、传感波长选频加波分复用等方式，解决了光纤水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测存在的信道串扰、耦合器噪声、光浪涌、相干衰落噪声收敛慢等问题，目前应用于岸基延拓光中继远程传输链路损耗监测中，实现150km损耗监测，具备较好的工程应用性。

Description

一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置

技术领域

本发明涉及光纤传感的领域，具体涉及一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置。

背景技术

光纤水听器阵列可用于监视捕捉海洋环境声发射源的噪声，具有灵敏度高、相位检测能力强、动态范围大等优点。为探测远海声信号，需要通过光中继远程传输链路实现光收发机和水听器阵列的连接。光中继远程传输链路的传输损耗和光缆缺陷严重影响光纤水听器阵列的检测能力。对于水听器阵列光中继远程传输链路做损耗监测具有重要意义。

通信领域中，相干光时域反射技术（COTDR）被广泛应用于海底通信光缆损耗监测，与此相比，光纤水听器阵列光中继远程传输链路面临的主要问题包括：

耦合器噪声：为检测中继链路性能，海底通信光缆一般通过耦合器对上行和下行链路进行连接。而对于光纤水听器阵列光中继远程传输链路，上行和下行链路的连接耦合器会引入噪声，影响声信号检测的保真度；

信道串扰：损耗监测装置的波长信道也可能对声信号检测信道造成串扰，影响水听器阵列检测性能；

光浪涌：COTDR低占空比的光脉冲每经过一个中继器功率会增大一次从而形成光浪涌，造成中继器损坏，影响中继传输链路健康运行。现有技术引入填充光脉冲与探测光脉冲合成准连续光（FSK+ASK），存在结构复杂、电路控制要求高等问题，并且填充光脉冲的波长可能引入串扰噪声；

相干衰落噪声收敛慢：若光纤不受外部扰动，相干衰落噪声引起的波动起伏为稳定的随机起伏，不能通过累加平均消除。现有技术引入频分复用，但调制出的多频率边带对于水听器阵列远程传输易造成信道串扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，主要包括窄线宽保偏光源、单边带保偏调制器、射频信号源、保偏耦合器、调制器、脉冲信号源、连续基底光源、第一单模耦合器、放大器、扰偏器、第二单模耦合器、隔离器、第三单模耦合器、平衡探测器、数据采集器、波分复用器，窄线宽保偏光源有一个保偏光输出，单边带保偏调制器有一个保偏光输入、一个保偏光输出和一个电输入，单边带保偏调制器的光输入与窄线宽保偏光源的光输出相连接，射频信号源设有一个电输出与单边带保偏调制器的电输入连接，保偏耦合器设有一个保偏光输入和两个保偏光输出，保偏耦合器的光输入与单边带保偏调制器的光输出连接，调制器设有一个光输入、一个光输出和一个电输入，调制器的光输入与保偏耦合器的一路光输出连接，脉冲信号源设有一个电输出与调制器的电输入连接，连续基底光源设有一个光输出，第一单模耦合器有两个光输入和一个光输出，第一单模耦合器的一个光输入与调制器的光输出连接，另一个光输入与连续基底光源的光输出连接，放大器设有一个光输入和一个光输出，放大器的光输入与第一单模耦合器的光输出连接，扰偏器设有一个光输入和一个光输出，扰偏器的光输入与放大器的光输出连接，第二单模耦合器和第三单模耦合器均各有两个光输入和两个光输出，第二单模耦合器的第一路光输入与扰偏器的光输出连接，第二单模耦合器的第一路光输出进入水听器阵列光中继远程传输下行链路，隔离器设有一个光输入和一个光输出，隔离器的光输入与水听器阵列光中继远程传输上行链路输出光相连接，隔离器的光输出与第二单模耦合器的第二路光输入连接，第二单模耦合器的第二路光输出与第三单模耦合器的一路光输入连接，第三单模耦合器的另一路光输入与保偏耦合器的另一路光输出连接，平衡探测器有两路光输入和一路电输出，平衡探测器的两路光输入与第三单模耦合器的两路光输出连接，数据采集器设有一路电输入与平衡探测器的电输出连接，波分复用器内置于水听器阵列光中继远程传输链路中，连接下行和上行链路。

所述窄线宽保偏光源输出线宽小于kHz的保偏光，波长选择以不占用声探测信道为原则。

所述单边带保偏调制器与射频信号源结合将窄线宽保偏光源的光频率进行频移，产生单频且可调的连续光，实现相干涨落噪声的快速遍历。

射频信号源产生200MHz范围可调的射频正弦信号。

所述波分复用器的波长选择以可透过声探测波长和窄线宽保偏光源波长、但不可透过连续基底光源波长为原则。

所述连续基底光源输出线宽1MHz~100MHz的连续光信号作为基底填充光，波长选择以不占用声探测通道、且可被波分复用器滤除为原则。

本发明的有益效果为：本发明采用连续基底填充探测光脉冲，省去脉冲间时延对准、信号调理等步骤，降低系统复杂度和硬件实现难度；通过合理选择连续基底光源波长，使连续基底光源产生的填充光在水听器阵列光中继远程传输链路中被波分复用器滤除，减少信道串扰；通过合理选择窄线宽光源波长并采用单边带调制器产生单频、频率小范围可调的窄线宽光，既不造成信道串扰，又可实现相干涨落噪声的遍历，提升损耗测试效率；水听器阵列光中继远程传输链路中采用波分复用器替代耦合器连接上行和下行链路，避免损耗测试链路对水听器声探测性能的劣化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明：窄线宽保偏光源101、单边带保偏调制器102、射频信号源103、保偏耦合器104、调制器105、脉冲信号源106、连续基底光源107、第一单模耦合器108、放大器109、扰偏器110、第二单模耦合器111、隔离器112、第三单模耦合器113、平衡探测器114、数据采集器115。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例：如附图所示，这种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，主要包括窄线宽保偏光源101、单边带保偏调制器102、射频信号源103、保偏耦合器104、调制器105、脉冲信号源106、连续基底光源107、第一单模耦合器108、放大器109、扰偏器110、第二单模耦合器111、隔离器112、第三单模耦合器113、平衡探测器114、数据采集器115、波分复用器，窄线宽保偏光源101有一个保偏光输出，单边带保偏调制器102有一个保偏光输入、一个保偏光输出和一个电输入，单边带保偏调制器102的光输入与窄线宽保偏光源101的光输出相连接，射频信号源103设有一个电输出与单边带保偏调制器102的电输入连接，保偏耦合器104设有一个保偏光输入和两个保偏光输出，射频信号源103用于产生200MHz范围可调的射频正弦信号。保偏耦合器104的光输入与单边带保偏调制器102的光输出连接，调制器105设有一个光输入、一个光输出和一个电输入，调制器105的光输入与保偏耦合器104的一路光输出连接，脉冲信号源106设有一个电输出与调制器105的电输入连接，单边带保偏调制器102输出的单频光经保偏耦合器104分成两路，1%输出作为参考光，99%输出进入调制器105。调制器105可选择声光调制器或电光调制器。脉冲信号源106用于对调制器105的连续光信号调制，产生具有一定周期和占空比的探测光脉冲。连续基底光源107设有一个光输出，第一单模耦合器108有两个光输入和一个光输出，第一单模耦合器108的一个光输入与调制器105的光输出连接，另一个光输入与连续基底光源107的光输出连接，放大器109设有一个光输入和一个光输出，放大器109的光输入与第一单模耦合器108的光输出连接，扰偏器110设有一个光输入和一个光输出，扰偏器110的光输入与放大器109的光输出连接，第二单模耦合器111和第三单模耦合器113均各有两个光输入和两个光输出，第二单模耦合器111的第一路光输入与扰偏器110的光输出连接，第二单模耦合器111的第一路光输出进入水听器阵列光中继远程传输下行链路，具有连续基底的探测光脉冲序列在水听器阵列光中继远程传输链路中产生瑞利散射光，经上行链路回传到第二单模耦合器111中。为避免发生信道串扰，可在中间加入隔离器112进行光路方向隔离。隔离器112设有一个光输入和一个光输出，隔离器112的光输入与水听器阵列光中继远程传输上行链路输出光相连接，隔离器112的光输出与第二单模耦合器111的第二路光输入连接，第二单模耦合器111的第二路光输出与第三单模耦合器113的一路光输入连接，第三单模耦合器113的另一路光输入与保偏耦合器104的另一路光输出连接，平衡探测器114有两路光输入和一路电输出，平衡探测器114的两路光输入与第三单模耦合器113的两路光输出连接，数据采集器115设有一路电输入与平衡探测器114的电输出连接，波分复用器内置于水听器阵列光中继远程传输链路中，连接下行和上行链路。瑞利散射光信号携带有水听器阵列光中继远程传输下行链路的损耗分布信息，通过第二单模耦合器111的输出端后作为信号光，与保偏耦合器104的1%参考光，进入第三单模耦合器113合波，通过平衡探测器114进行平衡探测，输出只有交流成分的、含有损耗分布信息的电信号，经数据采集器115进行采集量化得出水听器阵列光中继远程传输下行链路的损耗分布。

窄线宽保偏光源101输出线宽小于5kHz的保偏光，波长选择以不占用声探测信道为原则。如声探测信道在ITU C30，则窄线宽保偏光源101波长可选择在C22。单边带保偏调制器102与射频信号源103结合将窄线宽保偏光源101的光频率进行频移，产生单频且可调的连续光，实现相干涨落噪声的快速遍历，使损耗监测结果快速收敛。一般单边带保偏调制器102可选择双平行IQ电光调制器加90度电桥实现。波分复用器的波长选择以可透过声探测波长和窄线宽保偏光源101波长、但不可透过连续基底光源107波长为原则。波分复用器用于分离声探测波长和损耗监测波长。本例中可选择C22/C30的波分复用器。连续基底光源107输出线宽1MHz~100MHz的连续光信号作为基底填充光，波长选择以不占用声探测通道、且可被波分复用器滤除为原则。本例中可选择C58信道。连续基底光源107输出的连续基底填充光和调制器105输出的探测光脉冲序列经第一单模耦合器108合波后形成具有连续基底的探测光脉冲序列，经放大器109进行功率提升、经扰偏器110进行偏振遍历后，通过第二单模耦合器111输入到水听器阵列光中继远程传输下行链路中。

本发明通过连续基底填充探测光脉冲、单边带调制探测光、传感波长选频加波分复用等方式，解决了光纤水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测存在的信道串扰、耦合器噪声、光浪涌、相干衰落噪声收敛慢等问题，为光纤水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测提供了有效的解决方案，目前应用于岸基延拓光中继远程传输链路损耗监测中，实现150km损耗监测，具备较好的工程应用性。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，其特征在于：包括窄线宽保偏光源（101）、单边带保偏调制器（102）、射频信号源（103）、保偏耦合器（104）、调制器（105）、脉冲信号源（106）、连续基底光源（107）、第一单模耦合器（108）、放大器（109）、扰偏器（110）、第二单模耦合器（111）、隔离器（112）、第三单模耦合器（113）、平衡探测器（114）、数据采集器（115）、波分复用器，窄线宽保偏光源（101）有一个保偏光输出，单边带保偏调制器（102）有一个保偏光输入、一个保偏光输出和一个电输入，单边带保偏调制器（102）的光输入与窄线宽保偏光源（101）的光输出相连接，射频信号源（103）设有一个电输出与单边带保偏调制器（102）的电输入连接，保偏耦合器（104）设有一个保偏光输入和两个保偏光输出，保偏耦合器（104）的光输入与单边带保偏调制器（102）的光输出连接，调制器（105）设有一个光输入、一个光输出和一个电输入，调制器（105）的光输入与保偏耦合器（104）的一路光输出连接，脉冲信号源（106）设有一个电输出与调制器（105）的电输入连接，连续基底光源（107）设有一个光输出，第一单模耦合器（108）有两个光输入和一个光输出，第一单模耦合器（108）的一个光输入与调制器（105）的光输出连接，另一个光输入与连续基底光源（107）的光输出连接，放大器（109）设有一个光输入和一个光输出，放大器（109）的光输入与第一单模耦合器（108）的光输出连接，扰偏器（110）设有一个光输入和一个光输出，扰偏器（110）的光输入与放大器（109）的光输出连接，第二单模耦合器（111）和第三单模耦合器（113）均各有两个光输入和两个光输出，第二单模耦合器（111）的第一路光输入与扰偏器（110）的光输出连接，第二单模耦合器（111）的第一路光输出进入水听器阵列光中继远程传输下行链路，隔离器（112）设有一个光输入和一个光输出，隔离器（112）的光输入与水听器阵列光中继远程传输上行链路输出光相连接，隔离器（112）的光输出与第二单模耦合器（111）的第二路光输入连接，第二单模耦合器（111）的第二路光输出与第三单模耦合器（113）的一路光输入连接，第三单模耦合器（113）的另一路光输入与保偏耦合器（104）的另一路光输出连接，平衡探测器（114）有两路光输入和一路电输出，平衡探测器（114）的两路光输入与第三单模耦合器（113）的两路光输出连接，数据采集器（115）设有一路电输入与平衡探测器（114）的电输出连接，波分复用器内置于水听器阵列光中继远程传输链路中，连接下行和上行链路；

所述窄线宽保偏光源（101）输出线宽小于5kHz的保偏光，波长选择以不占用声探测信道为原则；

所述单边带保偏调制器（102）与射频信号源（103）结合将窄线宽保偏光源（101）的光频率进行频移，产生单频且可调的连续光，实现相干涨落噪声的快速遍历。

2.根据权利要求1所述的水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，其特征在于：射频信号源（103）产生200MHz范围可调的射频正弦信号。

3.根据权利要求1所述的水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，其特征在于：所述波分复用器的波长选择以可透过声探测波长和窄线宽保偏光源（101）波长、但不可透过连续基底光源（107）波长为原则。

4.根据权利要求1所述的水听器阵列光中继远程传输链路损耗监测装置，其特征在于：所述连续基底光源（107）输出线宽1MHz~100MHz的连续光信号作为基底填充光，波长选择以不占用声探测通道、且可被波分复用器滤除为原则。