CN112816996B - 利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法，涉及光纤故障检测技术领域。该技术方案为：半导体激光器发出激光后进入单模光纤耦合器，输出的光分别经过其上下两条支路，上支路光进入待测多模光纤，光在故障点发生菲涅尔反射后返回，在待测光纤的左端面部分光返回到单模光纤耦合器，随后返回到半导体激光器产生混沌激光，其余部分光在待测多模光纤的左端面发生菲涅尔反射后再次到达待测光纤的故障点，这样多模光纤左端面和故障点即形成一个光谐振腔，在待测光纤中重复上述过程产生谐振，单模光纤耦合器下支路与光电探测器相连，之后与示波器相连探测并进行自相关运算，根据谐振在自相关中峰的位置，即为待测多模光纤左端面与故障位置的距离。该检测方法可快速精确测量多模光纤故障，且检测无盲区，结构简单。

Description

利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光纤故障检测技术领域，具体为一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法。
背景技术
由于多模光纤具有更大的纤芯直径，也就是说支持更多的传输模式，在短程局域网、数据中心、激光点火、工程应用和实验中，都离不开多模光纤的参与。然而在使用过程中，多模光纤会因为光纤污损和光纤连接故障导致信息传输失败和点火失败，甚至带来严重的危害和损失，因此，对多模光纤的故障检测就变得愈发重要。
目前，多模光纤故障检测常用脉冲飞行法测量，典型测量仪器是光时域反射仪，由于光纤瑞利散射信号较弱，导致在探测时需要的光源和探测器都需要很高的灵敏度和探测精度，从而使成本变高。有科学家利用高功率脉冲测量了多模光纤故障，实验验证了在多模光纤中测量的可行性（K. Noguchi, Y. Murakami and K. Ishihara, "Ultra-longgraded-index multimode optical-fiber fault location using Raman optical time-domain reflectometry," in Journal of Lightwave Technology, vol. 1, no. 1, pp.2-8, March 1983, doi: 10.1109/JLT.1983.1072083.），但本质属于脉冲飞行法测量，激光在多模光纤中损耗大，且在高精度和探测距离上存在不可调和的矛盾，检测上还存在盲区，超短脉冲实现高能量探测较难，所以光脉冲飞行法无法同时满足远距离和高空间分辨率的测量要求。为了解决这一矛盾，研究者提出了多种方案去解决此问题，其中混沌光时域反射法借助混沌激光独有的宽带、大幅随机振荡特性，结合相关探测技术实现了与探测距离无关的高精度故障定位，但目前研究仅针对单模光纤进行探测。
由于脉冲法测量在远距离和高精度间无法同时满足，而混沌光时域反射测量法结构复杂，对设备要求高。因此，有必要发明一种快速精确测量多模光纤故障且结构简单的方法。
发明内容
本发明为了解决多模光纤故障位置检测中，脉冲法测量在远距离和高精度间无法同时满足，而混沌光时域反射测量法结构复杂，对设备要求高的问题，提供了一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置，包括半导体激光器、单模光纤耦合器、光电探测器及示波器，所述半导体激光器自身不带隔离器、且自带单模尾纤；所述单模光纤耦合器两端均自带有单模尾纤；所述半导体激光器通过自带的单模尾纤与单模光纤耦合器左侧的尾纤连接，所述单模光纤耦合器右侧的一根单模尾纤与待测多模光纤连接、另一根单模尾纤与光电探测器连接，所述光电探测器通过传输线缆与示波器连接，所述单模光纤耦合器右侧的两根单模尾纤的分光比符合：到达待测多模光纤端的功率大于等于到达光电探测器的功率。
本发明所设计的一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法，是利用单多模光纤的纤芯直径差别大的特点，在多模光纤中产生谐振，利用谐振在自相关中出现的谐振峰快速定位故障位置，且由于断点产生的菲涅尔反射使激光器产生混沌，利用混沌在探测时高空间分辨率实现多模光纤故障的高精度检测。该故障位置检测装置包括半导体激光器、单模光纤耦合器、光电探测器及示波器，所采用的半导体激光器自身不带隔离器、且自带单模尾纤；单模光纤耦合器两端均自带有单模尾纤；半导体激光器通过自带的单模尾纤与单模光纤耦合器左侧的尾纤连接，用于输出激光给耦合器，单模光纤耦合器右侧的一根单模尾纤与待测多模光纤连接，用于输出光至待测多模光纤，在待测多模光纤故障点发生菲涅尔反射然后返回，且由于单模尾纤和多模光纤的纤芯直径差距，使光在待测多模光纤内发生谐振，另一根单模尾纤与光电探测器连接，用于光电转换，光电探测器通过传输线缆与示波器连接，示波器进行探测并计算自相关峰，单模光纤耦合器右侧的两根单模尾纤的分光比符合：到达待测多模光纤端的功率大于等于到达光电探测器的功率，以满足检测的要求。上述装置的具体检测方法如下：半导体激光器发出激光后由半导体激光器的单模尾纤进入单模光纤耦合器，输出的光分别经过单模光纤耦合器的上下两条支路，上支路光进入待测多模光纤，光在待测多模光纤的故障点发生菲涅尔反射后返回，由于待测多模光纤与单模光纤耦合器尾纤纤芯直径差距大，在待测多模光纤的左端面部分光返回到单模光纤耦合器，随后返回到半导体激光器产生混沌激光，其余部分光在待测多模光纤的左端面发生菲涅尔反射后再次到达待测多模光纤的故障点，这样多模光纤左端面和故障点即形成一个光谐振腔，在待测多模光纤中重复上述过程产生谐振，其中单模光纤耦合器下支路与光电探测器相连，之后与示波器相连探测并进行自相关运算，根据谐振在自相关中峰的位置，即为待测多模光纤左端面与故障位置的距离。
优选的，所述单模光纤耦合器右侧的两根单模尾纤的分光比为1:99或10:90或20:80或30:70或40:60或50:50。
进一步的，可以进行故障检测的待测多模光纤为纤芯直径为50μm、65μm、100μm或者105μm的多模光纤。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置及方法，用于快速精确测量多模光纤故障，且检测无盲区，结构简单，精度高，以解决现有技术中测量精度不高，结构复杂等不足。该检测方法利用多模光纤和单模光纤纤芯直径差别大的问题，在多模光纤中产生谐振，谐振在自相关中峰的位置表示的即为待测多模光纤的长度，快速定位多模光纤故障；该方法无需探测故障回波，相比常用方法省去了一个探测回波的高灵敏探测器；相对于脉冲飞行法测量，在提高探测距离的同时大幅提高空间分辨率，同时解决了测量盲区问题；相对于混沌光时域反射法测量，大大简化了测量结构，且提升了测量的速度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记如下：1-半导体激光器，2-单模光纤耦合器，3-待测多模光纤，4-光电探测器，5-示波器。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置，如图1所示：包括半导体激光器1、单模光纤耦合器2、光电探测器4及示波器5，所述半导体激光器1自身不带隔离器、且自带单模尾纤；所述单模光纤耦合器2两端均自带有单模尾纤；所述半导体激光器1通过自带的单模尾纤与单模光纤耦合器2左侧的尾纤连接，所述单模光纤耦合器2右侧的一根单模尾纤与待测多模光纤3连接、另一根单模尾纤与光电探测器4连接，所述光电探测器4通过传输线缆与示波器5连接，所述单模光纤耦合器2右侧的两根单模尾纤的分光比符合：到达待测多模光纤3端的功率大于等于到达光电探测器4的功率。
本发明中，所述单模光纤耦合器2右侧的两根单模尾纤的分光比为1:99或10:90或20:80或30:70或40:60或50:50；所述待测多模光纤3为纤芯直径为50μm、65μm、100μm或者105μm的多模光纤。本实施例中，单模光纤耦合器2右侧的两根单模尾纤的分光比为1:99；待测多模光纤3为纤芯直径为105μm。
本实施例中的故障位置的检测方法为：半导体激光器1发出激光后由半导体激光器1的单模尾纤进入单模光纤耦合器2，输出的光分别经过单模光纤耦合器2的上下两条支路，上支路光进入待测多模光纤3，光在待测多模光纤3的故障点发生菲涅尔反射后返回，由于待测多模光纤3与单模光纤耦合器2尾纤纤芯直径差距大，在待测多模光纤3的左端面部分光返回到单模光纤耦合器2，随后返回到半导体激光器1产生混沌激光，其余部分光在待测多模光纤3的左端面发生菲涅尔反射后再次到达待测多模光纤3的故障点，这样多模光纤左端面和故障点即形成一个光谐振腔，在待测多模光纤3中重复上述过程产生谐振，其中单模光纤耦合器2下支路与光电探测器4相连，之后与示波器5相连探测并进行自相关运算，根据谐振在自相关中峰的位置，即为待测多模光纤3左端面与故障点的距离。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置，其特征在于：包括半导体激光器（1）、单模光纤耦合器（2）、光电探测器（4）及示波器（5），所述半导体激光器（1）自身不带隔离器、且自带单模尾纤；所述单模光纤耦合器（2）两端均自带有单模尾纤；所述半导体激光器（1）通过自带的单模尾纤与单模光纤耦合器（2）左侧的尾纤连接，所述单模光纤耦合器（2）右侧的一根单模尾纤与待测多模光纤（3）连接、另一根单模尾纤与光电探测器（4）连接，所述光电探测器（4）通过传输线缆与示波器（5）连接，所述单模光纤耦合器（2）右侧的两根单模尾纤的分光比符合：到达待测多模光纤（3）端的功率大于等于到达光电探测器（4）的功率，所述检测装置通过如下方法实现多模光纤故障位置的检测：
半导体激光器（1）发出激光后由半导体激光器（1）的单模尾纤进入单模光纤耦合器（2），输出的光分别经过单模光纤耦合器（2）的上下两条支路，上支路光进入待测多模光纤（3），光在待测多模光纤（3）的故障点发生菲涅尔反射后返回，由于待测多模光纤（3）与单模光纤耦合器（2）尾纤纤芯直径差距大，在待测多模光纤（3）的左端面部分光返回到单模光纤耦合器（2），随后返回到半导体激光器（1）产生混沌激光，其余部分光在待测多模光纤（3）的左端面发生菲涅尔反射后再次到达待测多模光纤（3）的故障点，这样多模光纤左端面和故障点即形成一个光谐振腔，在待测多模光纤（3）中重复产生光谐振的过程，其中单模光纤耦合器（2）下支路与光电探测器（4）相连，之后与示波器（5）相连探测并进行自相关运算，根据谐振在自相关中峰的位置，即为待测多模光纤（3）左端面与故障位置的距离。
2.根据权利要求1所述的一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置，其特征在于：所述单模光纤耦合器（2）右侧的两根单模尾纤的分光比为1:99或10:90或20:80或30:70或40:60或50:50。
3.根据权利要求1所述的一种利用光谐振腔实现多模光纤故障位置的检测装置，其特征在于：所述待测多模光纤（3）为纤芯直径为50μm、65μm、100μm或者105μm的多模光纤。
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