CN111934757B - 一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统及方法，系统包括：光源模块，光源模块包括驱动器、由光源、第一高速SOA光开关、第二高速SOA光开关；环形器，波形探测器；主控制器，分别与驱动器、第一高速SOA光开关、第二高速SOA光开关、波形探测器电性连接；主控制器用于控制第一高速SOA光开关的启闭、第二高速SOA光开关的开闭脉冲时间T以确定待测试光纤的光纤段长度，以及控制第一高速SOA光开关和第二高速SOA光开关之间的开启时序差以确定所测试的光纤段起点距离L。利用微观上每一段光纤的分子结构排布存在差异，便可利用波形探测器准确识别每一段光纤其回向反射光波光谱存在差异和特点。

Description

一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统及方法

技术领域

本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统及方法。

背景技术

在光纤通讯领域，通常认为一根光纤上不同位置的光学特性是是一致的，然而那只存在于宏观层面，随着技术的进步，要求能够准确掌握光纤上每一光纤段的特性，目前缺少存在能够准确识别上每一光纤段的技术方案。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，可高效、准确检测出每一光纤段反射的波长特性；本发明还提供了一种光纤编码识别系统自行确定测量阈值的方法。

根据本发明第一方面实施例的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，包括：光源模块，用于输出测试用的光波信号；所述光源模块包括可调节输出电流的驱动器、由所述驱动器驱动的光源、第一高速SOA光开关、第二高速SOA光开关；环形器，所述环形器具有第一端口、第二端口、第三端口；所述第一高速SOA光开关连接在所述光源与所述环形器的第一端口之间，所述第二高速SOA光开关连接在所述波形探测器的输入端与所述环形器的第三端口之间，所述第二高速SOA光开关与所述主控制器电性连接；所述环形器的第二端口用于连接待测试光纤；波形探测器，所述波形探测器的输入端与所述环形器的第三端口连接；主控制器，分别与所述驱动器、第一高速SOA光开关、第二高速SOA光开关、波形探测器电性连接；所述主控制器用于控制第一高速SOA光开关的启闭、第二高速SOA光开关的开闭脉冲时间T以确定待测试光纤的光纤段长度，以及控制第一高速SOA光开关和第二高速SOA光开关之间的开启时序差以确定所测试的光纤段起点距离L。

根据本发明第一实施例的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，至少具有如下有益效果：通过高精度的高速SOA光开关，控制发射侧和接收侧两个高速SOA光开关的开启时间间隔及接收侧SOA光开关的持续开启时间，确定所测试的光纤段起点距离L和光纤段长度，利用微观上每一段光纤的分子结构排布存在差异，便可利用波形探测器准确识别每一段光纤其回向反射光波光谱存在差异和特点。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统还包括分光器和反射镜，所述分光器输入端与所述环形器的第二端口连接，所述分光器具有主分光端和副分光端，所述主分光端用于连接待测试光纤；所述反射镜与所述分光器的副分光端连接。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述分光器的主分光端与副分光端的分光比例为99:1。。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一高速SOA光开关和第二高速SOA光开关的型号为ISP1550C02，开闭时间为500ps。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述波形探测器采用解调仪，用于实现光波的分离和波长测量。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述主控制器采用FPGA控制器。

根据本发明第二方面实施例的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，包括以下步骤：由光源输出光波信号；控制第一高速SOA光开关打开一次，输出脉冲光波信号经环形器进入待测试光纤；光纤段起点距离控制：延时T1时间后控制第二高速SOA光开关的打开；光纤段长度控制：保持第二高速SOA光开关开启脉冲时间T后关闭；由波形探测器检测所测光纤段经环形器反射的波长信息；其中所测光纤段长度l＝T*C*r/2，光纤段起点距离L＝T1*C*r/2，C为光速，r为光纤折射率；重复上述步骤，实现光纤不同位置截面组合波长的逐段采集。

根据本发明第二实施例的的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，至少具有如下有益效果：通过高精度的高速SOA光开关，控制发射侧和接收侧两个高速SOA光开关的开启时间间隔及接收侧SOA光开关的持续开启时间，确定所测试的光纤段起点距离L和光纤段长度，利用微观上每一段光纤的分子结构排布存在差异，便可利用波形探测器准确识别每一段光纤其回向反射光波光谱存在差异和特点。

根据本发明第二方面的一些实施例，一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法还包括以下步骤：利用分光器将将光波输出分为两路，一路输出给待测试光纤的光纤段，另一路输出给反射镜；采集所述反射镜所反射的光波信号强度，根据分光器的分光输出比例计算的初始光波信号强度；利用所述初始光波信号强度和所述待测试光纤的衰减系数计算所测光纤段的能量强度，其中，所述衰减系数由光纤材质和光纤长度确定。

根据本发明第二方面的一些实施例，采集所述反射镜所反射的光波信号强度包括：获取反射的连续光谱；从所述连续光谱中确定反射镜反射的光波信号位置；获取所述反射镜反射的光波信号位置的光波信号强度。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述所测光纤段的能量强度F1＝F0/(10^(r/10)),其中，定义F0为所述初始光波信号强度，r为所述光纤的衰减系数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的光纤编码识别系统原理图；

图2为本发明第二方面实施例的光纤编码识别方法流程图；

图3为本发明实施例的两个高速SOA开关时序控制图；

图4为本发明实施例的的光纤截面图结构示意图；

图5为本发明实施例的光纤段刨面图结构示意图；

图6为本发明实施例的全程光纤回向反射波形示意图；

图7为本发明实施例的光纤段回向反射波形示意图。

附图标记：

光源模块100、驱动器110、光源120、第一高速SOA光开关130、第二高速SOA光开关140；

环形器200、分光器300、光纤500、反射镜600、波形探测器700、主控制器800。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，包括：光源模块100，用于输出测试用的光波信号；光源模块100包括可调节输出电流的驱动器110、由驱动器110驱动的光源120、第一高速SOA光开关130、第二高速SOA光开关140，光源120采用大带宽光源；环形器200，环形器200具有第一端口、第二端口、第三端口；第一高速SOA光开关130连接在光源120与环形器200的第一端口之间，第二高速SOA光开关140连接在波形探测器700的输入端与环形器200的第三端口之间，第二高速SOA光开关140与主控制器800电性连接；环形器200的第二端口用于连接待测试光纤500；波形探测器700，波形探测器700的输入端与环形器200的第三端口连接；主控制器800，分别与驱动器110、第一高速SOA光开关130、第二高速SOA光开关140、波形探测器700电性连接；主控制器800用于控制第一高速SOA光开关130的启闭、第二高速SOA光开关140的开闭脉冲时间T以确定待测试光纤500的光纤段长度，以及控制第一高速SOA光开关130和第二高速SOA光开关140之间的开启时序差以确定所测试的光纤段起点距离L。

：通过高精度的高速SOA光开关，控制发射侧和接收侧两个高速SOA光开关的开启时间间隔及接收侧SOA光开关的持续开启时间，确定所测试的光纤段起点距离L和光纤段长度，利用微观上每一段光纤的分子结构排布存在差异，便可利用波形探测器准确识别每一段光纤其回向反射光波光谱存在差异和特点。

在本发明第一方面的一些实施例中，基于光纤截面组合波长的光纤识别系统还包括分光器300和反射镜600，分光器300输入端与环形器200的第二端口连接，分光器300具有主分光端和副分光端，主分光端用于连接待测试光纤500；反射镜600与分光器300的副分光端连接。

利用分光器300将光波输出分为两路，一路输出给带光纤编码的光纤，另一路输出给反射镜600；采集反射镜600所反射的光波信号强度，根据分光器300的分光输出比例计算的初始光波信号强度；利用初始光波信号强度和光纤的衰减系数计算所测试光纤段的波长能量强度，其中，衰减系数由光纤材质和光纤长度确定。

在本发明第一方面的一些实施例，第一高速SOA光开关130和第二高速SOA光开关140的型号为ISP1550C02，开闭时间为500ps，从而可便于采集较短尺寸的光纤段的波长信息。

在本发明第一方面的一些实施例中，光源120采用窄带宽光源或脉冲光源。

鉴于光纤编码所需波长段较大，在本发明第一方面的一些实施例中，光源120采用大带宽光源光源模块100还包括与主控制器800电性连接的第一高速SOA光开关130，第一高速SOA光开关130连接在光源120与环形器200的第一端口之间；波形探测器700的输入端与环形器200的第三端口之间设置有第二高速SOA光开关140，第二高速SOA光开关140与主控制器800电性连接。

第一高速SOA光开关130与第二高速SOA光开关140等两个高速SOA光开关具备高速开启和关闭的功能，同时又具备光波放大功能。两个SOA组成发、收光波的脉冲控制，实现将光波输入光纤，同时接手光纤回向反射、散射光波，两者之间开闭时间差乘以光速即为光强传输距离。

在本发明第一方面的一些实施例中，分光器300的主分光端与副分光端的分光比例为99:1。分光器300实现光波的能量分配，考虑到需要保留足够大光强实现远距离测试，同时分光器300处于近端，所以经计算优选99：1分光器，99％输出到光纤500中，1％光强输出到反射镜600中。

在本发明第一方面的一些实施例中，波形探测器700优选采用解调仪，解调仪选择参数为10G的光电探测器，用于实现微小光波的分离和波长测量。

在本发明第一方面的一些实施例中，主控制器800优选采用FPGA控制器。

如图2、图3所示，为本发明本发明第二方面实施例的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，包括以下步骤：

由光源输出光波信号；

控制第一高速SOA光开关打开一次，输出脉冲光波信号经环形器进入待测试光纤；

光纤段起点距离控制：延时T1时间后控制第二高速SOA光开关的打开；

光纤段长度控制：保持第二高速SOA光开关开启脉冲时间T后关闭；

由波形探测器检测所测光纤段经环形器反射的波长信息；其中所测光纤段长度l＝T*C*r/2，光纤段起点距离L＝T1*C*r/2，C为光速，r为光纤折射率；

重复上述步骤，实现光纤不同位置截面组合波长的逐段采集。

在本发明第二方面的一些实施例中，逐段采集光纤段的波长信息、波长强度、距离，以此为识别条件；

通过高精度的高速SOA光开关，控制发射侧和接收侧两个高速SOA光开关的开启时间以及间隔时间，确定所测试的光纤段起点距离L和光纤段长度，如图4、图5，利用微观上每一段光纤的分子结构排布存在差异，便可利用波形探测器准确识别每一段光纤其回向反射光波光谱存在差异和特点，如图6、图7所示。

后续测量中，以每段所采集到的信息与原信息进行对比，强度减弱则为衰耗事件；该段波长信息消失则为中断事件。

在本发明第二方面的一些实施例中，一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法还包括以下步骤：利用分光器将将光波输出分为两路，一路输出给待测试光纤的光纤段，另一路输出给反射镜；采集反射镜所反射的光波信号强度，根据分光器的分光输出比例计算的初始光波信号强度；利用初始光波信号强度和待测试光纤的衰减系数计算所测光纤段的能量强度，其中，衰减系数由光纤材质和光纤长度确定。

本实施例利用分光器和反射镜，形成一个全反射点，将分光后的光波全部反射，系统可根据此反射光波及分光比例确定初始光强阈值，进而计算光纤上所测光纤段的光强，本方案无需人工参与，可由系统自行确定测量光强，检测高效且可避免环境因素影响检测精度。

根据本发明第二方面的一些实施例，采集反射镜所反射的光波信号强度包括：获取反射的连续光谱；从连续光谱中确定反射镜反射的光波信号位置；获取反射镜反射的光波信号位置的光波信号强度。

在本发明第二方面的一些实施例中，所测光纤段的能量强度F1＝F0/(10^(R/10)),其中，定义F0为初始光波信号强度，R为光纤的衰减系数。

在本发明第二方面的一些实施例中，还可根据初始光波信号强度F0在光栅的连续光谱中进行寻峰，进而确定光栅编码的波长。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，其特征在于：包括：

光源模块(100)，用于输出测试用的光波信号；所述光源模块(100)包括可调节输出电流的驱动器(110)、由所述驱动器(110)驱动的光源(120)、第一高速SOA光开关(130)、第二高速SOA光开关(140)；

环形器(200)，所述环形器(200)具有第一端口、第二端口、第三端口；所述第一高速SOA光开关(130)连接在所述光源(120)与所述环形器(200)的第一端口之间，所述第二高速SOA光开关(140)连接在波形探测器(700)的输入端与所述环形器(200)的第三端口之间，所述第二高速SOA光开关(140)与主控制器(800)电性连接；所述环形器(200)的第二端口用于连接待测试光纤(500)；

波形探测器(700)，所述波形探测器(700)的输入端与所述环形器(200)的第三端口连接；

主控制器(800)，分别与所述驱动器(110)、第一高速SOA光开关(130)、第二高速SOA光开关(140)、波形探测器(700)电性连接；所述主控制器(800)用于控制第一高速SOA光开关(130)的启闭、第二高速SOA光开关(140)的开闭脉冲时间T以确定待测试光纤(500)的光纤段长度l＝T*C*r/2，以及控制第一高速SOA光开关(130)和第二高速SOA光开关(140)之间的开启时序差T1以确定所测试的光纤段起点距离L＝T1*C*r/2，C为光速，r为光纤折射率；

还包括分光器(300)和反射镜(600)，所述分光器(300)输入端与所述环形器(200)的第二端口连接，所述分光器(300)具有主分光端和副分光端，所述主分光端用于连接待测试光纤(500)；所述反射镜(600)与所述分光器(300)的副分光端连接；

利用分光器将将光波输出分为两路，一路输出给待测试光纤的光纤段，另一路输出给反射镜；

采集所述反射镜所反射的光波信号强度，根据分光器的分光输出比例计算的初始光波信号强度；

利用所述初始光波信号强度和所述待测试光纤的衰减系数计算所测光纤段的能量强度，其中，所述衰减系数由光纤材质和光纤长度确定。

2.根据权利要求1所述的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，其特征在于：所述分光器(300)的主分光端与副分光端的分光比例为99:1。

3.根据权利要求1所述的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，其特征在于：所述第一高速SOA光开关(130)和第二高速SOA光开关(140)的型号为ISP1550C02，开闭时间为500ps。

4.根据权利要求1所述的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，其特征在于：所述波形探测器(700)采用解调仪，用于实现光波的分离和波长测量。

5.根据权利要求1所述的基于光纤截面组合波长的光纤识别系统，其特征在于：所述主控制器(800)采用FPGA控制器。

6.一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，其特征在于：包括以下步骤

由光源输出光波信号；

控制第一高速SOA光开关打开一次，输出脉冲光波信号经环形器进入待测试光纤；

光纤段起点距离控制：延时T1时间后控制第二高速SOA光开关的打开；

光纤段长度控制：保持第二高速SOA光开关开启脉冲时间T后关闭；

由波形探测器检测所测光纤段经环形器反射的波长信息；其中所测光纤段长度l＝T*C*r/2，光纤段起点距离L＝T1*C*r/2，C为光速，r为光纤折射率；

重复上述步骤，实现光纤不同位置截面组合波长的逐段采集；

利用分光器将将光波输出分为两路，一路输出给待测试光纤的光纤段，另一路输出给反射镜；

采集所述反射镜所反射的光波信号强度，根据分光器的分光输出比例计算的初始光波信号强度；

利用所述初始光波信号强度和所述待测试光纤的衰减系数计算所测光纤段的能量强度，其中，所述衰减系数由光纤材质和光纤长度确定。

7.根据权利要求6所述的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，其特征在于：采集所述反射镜所反射的光波信号强度包括：

获取反射的连续光谱；

从所述连续光谱中确定反射镜反射的光波信号位置；

获取所述反射镜反射的光波信号位置的光波信号强度。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于光纤截面组合波长的光纤识别方法，其特征在于：所述所测光纤段的能量强度F1＝F0/(10^(R/10)),其中，定义F0为所述初始光波信号强度，R为所述光纤的衰减系数。

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