CN1864354A - 使干扰最低的光纤识别方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于使得对光纤中传播的光信号干扰最低的光纤识别方法、装置和系统,包括对光纤中传播的光信号施加时变调制;以及随后检测通过光纤传输的光信号中是否存在时变调制,以识别光纤。在本发明的具体实施例中,对所要识别的光纤施加时变曲率,并随后检测在传播光信号的传输功率中是否存在作为结果而形成的时变,以识别所操作的光纤。
Description
相关申请的相互参考
本申请要求2003年8月20日递交的美国临时申请No.60/496,448的优先权,其内容在此引作参考。
技术领域
本发明通常涉及光纤识别,更具体而言,涉及用于使得对光纤中传播的光信号干扰最低的光纤识别方法、装置和系统。
背景技术
近年来,现代电信局已得到发展,以适应更大的通信量,从而在有限空间区域中要设置数量越来越多的设备(这些设备通常通过光纤相连)。除增加光纤数量外,也使得每根光纤所承载的通信量不断增加。随着容量增加,电信局在光纤管理方面就出现了问题。具体而言,由于光纤传输大量高比特率通信信号,该通信信号的中断会导致对许多线路的服务中断,进而同时导致对众多用户的服务中断。
例如,典型的电信局包括多个传输设备机架,每个机架具有到机架中所装线路板中发射器和接收器的多个光纤连接。光纤最终去往在客户位置处的特定局中的或其他局中的终端。这些局端光纤通常被捆扎成束且放置在光纤托盘中,光纤托盘提供至诸如接插板(例如光波导交叉连接)之类连接点的路径或管道,接插板将局端光纤(有时称为“跨接线”)连接至承载从该局到其他目的地的通信信号的外部设施(OSP)光纤。随着时间的流逝,确切的连接路径(即,光波导交叉连接上端口与机架中线路板上相应端口之间的连接路径)可能变得不清楚(例如,由于用来识别光纤的标签脱落,光纤最初标记不正确,或需要快速做出反应的应急维护行为未被正确地提供资料)。未识别或误识别的光纤连接最终能够导致灾难性的服务质量条件。例如,假设技师在对(光损)告警做出反应期间将标记为与识别为告警源的端口相连的光纤断开。如果该光纤连接被误标记或不清楚,技师实际可能会中断正确运行的线路,从而导致新的错误和服务中断,并耽搁最初出错线路的修复。由此,提出了用于在不中断光纤连接上的通信的条件下识别光纤的若干方式。
所提出用于光通信线路识别的方式包括已实际用于熔接接头的本地注入(LI)和本地检测(LD)方法。这些技术涉及将光缆中的一束光纤于相距较远的两个位置处弯曲,并在一个弯曲部分处向光纤中注入光,而在另一弯曲部分处检测从光纤泄漏的所注入光。然而,该方法具有数个缺点。例如,为了将适量(即,适当功率)的光注入随后将检测的涂覆光纤,必须使光纤以足够大的曲率(即,曲率半径足够小)弯曲以注入光,从而导致从要应用LI方法的光纤的弯曲部分泄漏出大功率的辐射光。这导致弯曲光纤所传送的信号质量变差。因此,如果在传输光信号期间应用LI方法,则在光信号通信中将出现诸如信道中断之类的麻烦,并在极端情形中,在涂覆光纤中可能会出现破裂。此外,如果使用LI方法将功率大于阈值水平的光注入光纤,则可能将所注入光传送到局端或用户端,导致附加可使传输光信号质量变差的噪声分量。
因此,需要一种使得对光纤内传播的光信号干扰最低的光纤识别方法和装置。
发明内容
本发明提供了使得对光纤内传播的光信号干扰最低的光纤识别方法和装置。
在本发明的一个实施例中,一种方法包括使光纤特性作为时间的函数变化,从而对在其中传播的光信号施加时变调制,并随后检测时变调制以识别光纤。更具体而言,在本发明的一个实施例中,使至少一部分光纤的曲率作为时间的函数变化,从而在传播光信号中产生小时变功率损耗。随后在下游检测时变功率损耗,以明确识别光纤。
在本发明的替换实施例中,使光纤的双折射作为时间的函数变化,从而,在其中传播的光信号的偏振作为时间的函数变化。适用于时变偏振检测的检测器(即,包括偏振器的检测器)随后对时变偏振进行检测,以识别光纤。
在本发明的另一实施例中,使光纤中传播的光信号的特性如频率作为时间的函数变化。随后检测时变变化特性(例如,光信号的频率),以识别传送光信号的光纤。
附图说明
结合附图,通过后面的详细描述,能够容易理解本发明的原理,其中:
图1表示其中可应用本发明的实施例的电信局的高级框图;
图2表示本发明的光纤识别设备的实施例的高级框图;
图3表示根据本发明的光纤识别系统的实施例的高级框图;
图4表示适用于图2所示光纤识别设备和图3所示光纤识别系统的控制部件实施例的高级框图;
图5表示本发明的光纤识别设备的替换实施例的高级框图;和
图6表示包括本发明的光纤识别设备的实施例的无源光网络(PON)的高级框图。
为便于理解,对附图中相同的元件赋予相同的附图标记。
具体实施方式
尽管参照电信局内的光纤描述此处本发明的多个实施例,应该注意,将此处所述光纤和电信局仅简单地视为其中可应用本发明多种实施例的示例性工作环境,而不应将其视为对本发明范围的限制。理解本发明要旨的本领域技术人员应该理解,本发明的原理可应用于进行传输介质识别的基本上任何工作环境(本地或远程)中的单个或多个互连的光纤(或波导)。
图1表示其中可应用本发明实施例的电信局的高级框图。图1所示电信局100示意性包括三个传输设备机架102,103和104,每个机架分别使多个传输光纤1051-105n,1101-110n和1151-115n的第一端与其中的线路板(未示出)相连。电信局100还包括多个光缆托盘120、接插板(示意性表示为光波导交叉连接(LGX))125。多个传输光纤105,110和115的第二端与LGX 125第一侧上的端口相连。多个外部设施光缆1301-130m与LGX 125第二侧上的端口相连。电信局100还包括根据本发明的光纤识别设备(FID)140的实施例。在图1中,示意性地将本发明的光纤识别设备140的第一部分设置在传输机架104的末端光纤上,将光纤识别设备140的第二部分设置在LGX 125第一侧的末端光纤上。
在电信局100中,多个光纤105中的至少某些光纤可将传输机架102的线路板(未示出)的多个端口与LGX 125的第一侧上的端口互连(对于最终要离开该局端的通信信号,例如在外部设施光纤(OSP)上)。同样,多个光纤110和115中的至少某些光纤可分别将传输设备机架103和104的线路板(未示出)的多个端口与LGX125的第一侧上的端口互连。在操作时,分别在传输光纤105,110和115上实现传输机架102,103和104与LGX 125之间的通信。本发明的光纤识别设备140可用于识别来自传输机架102,103和104其中之一的特定光纤与LGX 125的哪个端口相连,或者,反之亦然。例如,在图1中,本发明的光纤识别设备140与传输机架104的末端光纤以及LGX 125第一侧的末端光纤相连,以确定与传输机架104的末端端口相连的光纤与连接到LGX 125第一侧的末端端口的光纤是否为同一光纤。
根据本发明的方面,通过对光纤中传播的光信号施以时变调制并随后检测是否存在所施加的时变调制,由此识别光纤。在本发明中,所施加时变调制以及随后检测的执行能够使得光信号在光纤的传播不被中断(下面对此进行更详细的描述)。例如,在本发明的多个实施例中,通过使光纤特性作为时间的函数变化,然后检测通过该光纤传播的光信号中是否存在与光纤特性变化相关的施加变化,由此识别光纤。例如,可使光纤的曲率作为时间的函数变化,以便对其中传播的光信号施以时变功率损耗。然后,随之检测所施加时变功率损耗是否存在,以识别所关心的光纤。
在本发明的替换实施例中,通过在传输光信号的光纤外对光信号施以时变调制来识别光信号。例如,可在两段光纤(即,在自由空间扩束器位置处)之间的中间点处对光信号施以时变调制,随后在传输光纤中识别该调制是否存在,以识别光纤路径。此外,可对所要传输光信号的光纤或光纤路径外的一个或多个光信号施加时变调制。例如,可控制一个或多个发射器以对在所要识别的一个或多个光纤中传输的光信号施加区别性附加信号或过调制(即,时变调制)。
最后,应该注意,在此处关于多个实施例的描述中,术语“光纤”可用于表示传输光信号的单个光纤,或包括用于在网络上传输光信号的包括多个互连光纤的光纤路径。也就是,可实现本发明的方面以识别传输光信号的单个光纤,或识别在可能承载多个光信号的多个互连光纤的网络上的光路径。通过改变传播光信号的光纤的特性,可对一个或多个光信号施加时变调制。此外,可对正在传输光信号的光纤或光纤路径外的一个或多个光信号施加时变调制(即,在互连光纤之间的中间点处施加时变调制)。
更具体而言,对通过所关心光纤或光纤路径传播的光信号施加可检测的惟一特征,并随后检测所施加的特征,来识别所关心的光纤或路径。此处,本发明人示意性地表示出可用于此处所披露本发明实施方式的三个光特性,也就是,偏振(即,振荡电场的方向);频率;和振幅(电场强度)或功率(与电场强度的平方成正比)。下面,将更详细地讨论关于前述三个光特性的操作,其中,将所述光特性用于对传输光施加可检测“特征”,并随后将该特征用于识别光纤。尽管此处将本发明的多个实施例描述为对三个光特性进行操作,以对光纤中传播的光信号施加可检测特征,但通过本发明的教导,本领域技术人员应该想到,在本发明的范围内,可实现对光纤中传播的光信号施加时变调制的看起来更高级的形式(例如,相位调制)和看起来更高级的检测形式(例如,外差检测),以此用于识别所关心的光纤或光纤路径。
图2表示适用于图1所示电信局中的本发明的光纤识别设备的实施例的高级框图。图2所示光纤识别设备140示意性包括光波导(示意性表示为胶质玻璃光波导)210,光纤弯曲设备(示意性表示为夹紧砧)220,检测器(示意性表示为光电二极管)230,和调制设备(示意性表示为振动活塞)240。图2还表示出设置在夹紧砧220与胶质玻璃光波导210之间的光纤250,以此说明本发明的原理。出于简便考虑,图2所示实施例表示出在单个设备中结合调制和检测处理方面的本发明实施例。
在图2所示光纤识别设备140中,将振动活塞240,夹紧砧220和光电二极管230表示成更接近于说明和便于解释的目的。通过本发明的教导,本领域技术人员应该想到,可根据需要将本发明的振动活塞,夹紧砧和光电二极管设置得较接近或较远,以根据生产经济情况要求来执行本发明的识别方法。更具体而言,根据本发明的识别设备可由发射器头(即,包括图2所示振动活塞240)和接收器头225(即,包括光波导210,夹紧砧220和检测器230)组成。发射器头240可设置在例如电信局内的光纤上,用于对传播在电信局的光纤中的光信号施加时变调制,而接收器头225可设置在数百米或公里远处,用于检测是否存在所施加的时变调制,以识别所关心的光纤。
此外,尽管将图2所示振动活塞240表示为对所关心光纤的弯曲部分进行操作,在本发明的将发射器头和接收器头彼此距离较远设置的替换实施例中,振动活塞可通过振动光纤的基本更平直部分,以增加(通过增加曲率)或降低(通过减小曲率)施加给光纤的弯曲损耗,对光信号施加时变调制。此外,尽管在图2中将调制设备表示成振动活塞,通过本发明的教导,本领域技术人员应该想到,调制设备可为能够提供机械振动或偏置光纤曲率的任何设备。甚至进一步,在本发明的其他实施例中的调制设备可为如本发明所述的,基本上能够对在所关心光纤中传播的光信号施加时变调制的任何部件。
此外,尽管在图2中将振动活塞240,夹紧砧220和光电二极管230表示为包括单独的部件,在本发明的替换实施例中,本发明的振动活塞,夹紧砧和光电二极管可包括单个部件,多个部件或它们的基本任何组合。
再参照图2,在光纤识别设备140中,振动活塞240受到机械驱动,以使其振动光纤250,并导致光纤250的曲率随时间变化,从而因“弯曲损耗”而导致光纤250所传输的光信号产生时变损耗(即,功率变化)。此外,在下游,通过夹紧砧220弯曲所要进行检测以识别的光纤(示意性表示为光纤250)。基本原理是,当使光纤250弯曲时,某些光(即在光纤上的通信信号,或者,检测信号)散射出光纤芯,并随后散射出光纤250本身。由此,如图2的左下,右下以及右上部分处的更小曲线图所示,光纤基模所携载的功率基本分成两个分量。第一分量表示在光纤250中的剩余信号(右下曲线图),它继续沿光纤250传播。第二分量表示散射出光纤250的信号部分(右上曲线图)。该散射信号的至少一部分由胶质玻璃光波导210收集并引导至检测器230。检测器230被设置成对于振动活塞240所引起的时变损耗的相应频率具有电子灵敏性。如图2所示,由于由振动活塞240所引起对在光纤250中传播的信号的过调制,离开光纤的光具有对于其振幅的小的交流分量(抖动),检测器230非常适于检测过调制频率处的功率变化。尽管在图2中将光纤识别设备140示意性地表示为包括用于引导散射出光纤250的光的光波导,在本发明的替换实施例中,本发明的光纤识别设备不包括光波导,由此,代之以通过所包含的检测器直接检测从弯曲光纤散射的光。
根据本发明,适当形成抖动频率(即,由振动活塞240所引起振动的频率),并选择抖动振幅和静态偏置曲率,以使得抖动振幅与传播在光纤250中的信号的平均功率相比较小,以便对发射信号具有最小的影响。检测器230仅需灵敏检测在振动活塞240所引起频率处时变的存在。通过检测器230对所引起频率处时变信号连续存在性的检测,显然可表示出振动活塞240在上游对该特定光纤起作用,由此对光纤250进行识别。也就是,如果振动活塞240未在上游对目前正在检测的特定光纤起作用,检测器230将会仅检测出约以振动活塞240所引起调制(抖动)频率为中心的检测带宽内的随机噪声。虽然在不抖动的光纤散射信号中在检测器230的中心频率处会存在某些频谱分量,但能够很容易地将其与抖动信号区分开。
在本发明的检测方法中,很少需要精确的校准。也就是,并不需要精确检测其振幅,检测出是否存在由振动活塞240所引起的基频即可。此外,本发明的检测为AC测量,与等效DC测量相比时,该测量可以以更高的增益,鉴别,以及无偏置漂移地实现。另外,在本发明的多种实施例中,由散射抖动信号所携载的重要信息为抖动频率及其存在性。由此,由于仅需证实抖动频率是否存在,从而可将检测器(例如,图2所示检测器230)的滤波带宽限制到非常窄的范围(即,检测时间常数可为秒的量级)。这样,可使本发明的检测非常灵敏。简而言之,在测量意义上,识别处理是精确功率测量的实质上的补充。
根据本发明的光纤识别设备还可包括控制部件。例如,图2所示光纤识别设备140还包括控制部件275,用于当发射器头240处于距接收器头225较远位置处时增强操作。控制部件275适于控制发射器头240和/或接收器头225。例如,发射器头240可由技师设置在一部分光纤250上。随后,技师可将接收器头225设置在下游的光纤250上,光纤250上的此位置远在数百米或公里处。将接收器头225设置在光纤250上后,技师则可向控制部件275远程发送信号(例如,无线电或以太网信号),以使得控制部件275产生控制信号,通过启动振动活塞240的操作,开始对光纤250中的光信号进行时变调制。还可将控制部件275设置成,通过选择可对传播在光纤250中的光信号产生最小影响的振动的振幅或频率,能够调节振动活塞240振动(或偏置曲率)的振幅或频率,以优化本发明的光纤识别设备140。尽管在紧前面的说明中描述了向控制部件发送远程信号,以生成控制信号来启动和控制发射器头240的操作和功能,不过根据本发明的控制部件也可与发射器头和接收器头的一者或二者硬连接(hardwired)以进行通信,或可通过远程装置与发射器头和接收器头的一者或二者进行通信。
此外,在本发明的替换实施例中,光纤识别设备可包括多于一个的发射器头。由此,技师可对例如电信局中多个光纤的每个光纤上设置发射器头,之后再前往现场。然后,技师可在光纤上设置接收器头,一次设置一个,于光纤上下游数百米或公里远的位置处对光纤进行检测。技师可向所包含的控制部件发送远程信号(例如,无线电信号),用于一次打开其中一个发射器头,同时在光纤上设置接收器,一次设置一个,用于检测是否对各自光信号施加时变调制,以对与其上发射器头相关联的光纤进行识别。以此方式,技师可远程识别多个光纤。或者,可同时打开多个发射器头中多于一个的发射器头,每个发射器头均具有与其相关联的不同振动频率,由此,可将接收器头用于识别是否存在多个已知频率,以识别与以特定已知频率处振动的发射器头相关联的光纤。尽管在以上说明中将本发明的光纤识别设备的多个实施例表示和描述成具有远程受控发射器头,也可通过向所包含的控制器发送远程信号(例如,无线电信号)来远程控制接收器头,以便实际控制本发明的接收器头(例如,检测器和任何可调弯曲设备)。
另外,在本发明的另一实施例中,根据本发明的一组光纤识别设备也可包括光纤识别系统。也就是,本发明的光纤识别系统可包括多于一个的发射器头和多于一个接收器头。例如,图3表示根据本发明的光纤识别系统300的实施例的高级框图。图3所示光纤识别系统300包括多个发射器头3401-340N(统称为发射器头340),多个接收器头3251-325N(统称为接收器头325),多个光纤3501-350N(统称为光纤350)和控制器275。如同在图2所示光纤识别设备140中,光纤识别系统300的每个发射器头340包括至少一个调制设备,例如振动活塞(未示出)。同样,如同在图2所示光纤识别设备140中,图3所示光纤识别系统300的每个接收器头325至少包括光纤弯曲设备(例如,砧(未示出))和检测器(未示出)。或者,图3所示光纤识别系统300的每个接收器头325还可包括光波导。
试图识别特定光纤的技师可将图3所示光纤识别系统300的多个发射器头340和多个接收器头325设置在各个光纤上。更具体而言,技师可在多个光纤350中每个可处于例如电信局中的位置处,连接发射器头340。然后,技师可前往现场。然后,技师可在被认为与局端中光纤是相同光纤或相同光纤路径的多个光纤350的每个上,于下游数百米或公里远的位置处,连接接收器头325。在这样的实施例中,可人工或自动地执行本发明的光纤识别方法。例如,技师可向适于控制发射器头340以开启和关闭发射器头340振动的控制部件275,发送远程信号(例如,无线电信号)。然后,技师可选择监视多个接收器头325中不同的接收器头,以识别是否存在由特定发射器头340所施加的时变调制,以识别特定光纤。
或者对于自动操作,本发明的控制部件275可适用于基本以任何组合以及频率对多个发射器头340和多个接收器头325的操作进行自动控制,通过反复控制各个发射器头340和接收器头325,以识别是否存在由各个传播光信号所施加的各个时变调制,来识别所关心的光纤,由此识别多个光纤中的各个光纤。本发明的控制部件275跟踪哪个发射器头340正在操作以及以何频率操作。多个接收器头325均向控制部件275发送接收器头325的各个检测器(未示出)输出。控制部件275知道哪个被检信号从哪个接收器头325接收,能够通过检查接收器头325接收的输出,并识别对传播在各个光纤350中各个光信号所施加的各个时变调制,来识别多个光纤350。
或者,可将图3所示光纤识别系统300配置成包括用于从各个光纤接收各个光信号的散射部分的单个检测器。在该实施例中,将单个检测器配置成,其有效用于接收各个光纤的各个光信号散射部分,一次接收一个,并向控制部件发送各个检测信息。然后,控制部件可由从单个检测器所接收的信息识别各个光纤。
此外,在本发明的各个实施例中,本发明的控制部件可适用于生成控制信号,以使信号源(即,信号发射器)对所要识别光纤中传输的光信号施加与众不同的附加信号或过调制(即,时变调制)。也就是,本发明的控制部件可适用于控制系统的一个或多个发射器的调制器,以便导致由发射器对在各个光纤上传输的各个光信号施加时变调制,以随后进行根据本发明的光纤识别。
图4表示适用于图2所示光纤识别设备140和图3所示光纤识别系统300的控制部件实施例的高级框图。图4所示控制部件275包括处理器410以及用于存储信息和控制程序的存储器420。处理器410与传统支持电路430协同工作,传统支持电路430例如电源,时钟电路,高速缓存等以及有助于执行存储在存储器420中的软件程序的电路。由此,预期在例如如同与处理器410协同工作的电路那样的硬件内,可实现此处所述作为软件处理的某些处理步骤,来执行多个步骤。控制单元275还包含构成在与控制部件275进行通信的各种功能元件之间的接口的输入/输出电路440(即,可为远程输入/输出电路)。例如,在图2所示实施例中,控制部件275通过信号路径S1与发射器头240进行通信,并通过信号路径O1与接收器头225进行通信。
尽管将图4所示控制部件275表示成用来编程以执行根据本发明各种控制功能的通用计算机,也能够采用硬件来实现本发明,例如,作为专用集成电路(ASIC)。由此,意在将此处所述处理步骤广泛地理解为可通过软件,硬件或其组合等效地实现。
尽管在以上所述根据本发明的光纤识别设备和光纤识别系统的实施例中(例如,图2和图3),将调制设备表示为包括振动活塞240,340,在根据本发明的光纤识别设备和光纤识别系统中,也可实现对沿光纤传播的光信号施加时变调制(例如,时变损耗)的各种其他装置,如压电换能器,马达和振动器。更具体而言,在光纤中所产生的弯曲损耗可根据以下方程(1)表征:
α=c2exp(-c1R), (1)
其中,α表示每单位长度所引起损耗(可认为与散射到检测器中的光成正比),R表示光纤的曲率半径,c2,c2表示常数,它们不是R的强函数,而是光纤设计以及光纤中传播的光的波长的函数。应该注意的是与R的指数相关。更具体而言,应该注意,随着R减小,散射光从非常小的值很快增大到非常大的值。由于存在该指数相关,可施加在振动活塞位置处的给定曲率(静态或偏置),以使得施加较小的附加变化就能够在损耗方面获得更明显的变化,而光纤弯曲半径无需很大变化。由于c2和c2与光纤类型和波长相关,暗示着本发明的光纤识别设备可实现用于在振动活塞位置以及砧和检测器位置处施加弯曲的可变光纤弯曲设备(例如,可变砧,或多于一个的砧)。
因此,为获得本发明的优点,而使系统影响最小(想到损耗可随波长强变化),本发明的多个实施例包括用于对光纤提供可调弯曲半径从而对不同应用可调弯曲损耗的装置。例如,本发明的光纤识别设备的实施例可包括多个光纤弯曲设备(例如,砧),每个光纤弯曲设备都具有不同的曲率半径。由此,当对损耗并不很成问题的光纤必须进行精确DC测量时,应采用更小半径的砧。更小半径的砧会对光纤造成更大损耗,但通过将更多功率转至检测器将确保具有精确性。该方法优选适用于跟踪,表征和清查例如损耗不是问题的暗光纤的应用。
另一方面,对于损耗成问题的应用,例如,携载高速通信信号且操作在接近其功率预算余量的光纤,必须使损耗最小。在这样的应用中,例如来自振动活塞的调制频率是众知的,从而能够容易检测,而其量值不必精确确定。从而,为确保最小损耗,应使光纤弯曲设备的曲率半径更大,以便对光纤中传播的光信号施加更小损耗,从而使损耗的时变分量最小。本发明的该方面可通过提供一组可互换光纤弯曲设备实现,或通过实现可调光纤弯曲设备,通过调节来增加或减少活动区中光纤的曲率半径。已知有多种其他装置用于为光纤提供可调弯曲半径,例如,滑动夹,杆,制动器等,可将这些其他装置实现在根据本发明的光纤识别设备中。
此外,由于光信号所经受的弯曲损耗量取决于光信号的波长或光信号的多个波长(即,WDM信号由多个波长组成),由于更长波长比更短波长具有更大的损耗,从而必须谨慎选择根据本发明用于将光散射出光纤的弯曲半径。更具体而言,对较短波长导致可忽略损耗的弯曲半径可能对长得多的波长导致严重损耗。例如,在当前粗略WDW(CWDW)系统中,在顶部与底部波长之间通常具有140nm的间隔,由此,弯曲损耗可有明显差别,这可对更长波长导致灾难性的损耗。
在本发明中,施加给光纤的任何振动最好采用不损坏光纤的方式施加。例如,可有益的是,将所关心的光纤配置成具有独立段,对该独立段施加根据本发明的振动。由此,会使光纤不易因调制受到损坏。此外,对于操作的声频,对于商用活(live)光纤指示的常规频率选择(例如,270,1000,2000Hz)抵制光在60Hz和120Hz从局端光等泄漏。然而,由于振动光纤的能量与其速度的平方成正比,诸如活塞之类弯曲设备的功率消耗将基本与频率平方成比例变化。因此,可能有益的是在识别到60Hz噪声源的优势时将频率设置成比270Hz更低。
在典型的现有技术光纤识别设备中,用于识别光纤的AC音基本以100%深度调制(即,以声频开-关调制),并在未承载有活光纤上任何通信量的“暗光纤”上实现。然而,这样的深调制的确有损于信号传输。也就是,外加特征音所损失的光将由于附加时变损耗而使其变得明显,并因深调制以该同等量闭合“眼图”(本领域技术人员所熟知)以及完全闭合眼图。从而,最好对光信号只具有小调制深度(即,例如,损耗相当于小于dB损耗)。由此,在本发明的多个实施例中,对应经施加振动弯曲损耗后离开所关心光纤的逻辑“1s”的光,由于其进行100%调制而不在0与1之间变化,而是优选在接近1的等级之间变化,例如,在原始振幅的0.85与0.95之间。在该示例中,本发明的光纤识别设备将感觉5%插入损耗和10%时间相关损耗,只要关心系统性能,即将其视为15%损耗,或接近0.7dB。
图5表示本发明的光纤识别设备的替换实施例的高级框图。图5所示光纤识别设备500基本包括与图2所示光纤识别设备140相同的元件,此外还包括第二光波导和第二检测器。图5所示光纤识别设备500示意性地包括第一和第二光波导(示意性地表示为胶质玻璃光波导)5101和5102,夹紧砧520,第一和第二检测器5301和5302(统称检测器530),和调制设备(示意性地表示为振动活塞)540。在图5所示光纤识别设备500中,第一光波导5101,振动活塞540和第一检测器5301包括发射器头502,而第二光波导5102,夹紧砧520和第二检测器5302包括接收器头504。图5还表示出光纤550。
类似于图2所示光纤识别设备140,在图5所示光纤识别设备500中,振动活塞540受机械驱动,以使其振动光纤550,并使光纤550产生时变曲率,从而因“弯曲损耗”造成在光纤550中的时变损耗(功率变化)。振动活塞540所施加的损耗导致某些光散射出光纤。在图5所示光纤识别设备500中,第一胶质玻璃光波导5101收集至少一部分因光纤550振动而散射的光,并将散射光引导到第一检测器5301。第一检测器5301检测来自第一胶质玻璃光波导5101的散射光。振动活塞540运转正确(即,光纤中的光实际具有所施加的时变调制)的话,来自第一胶质玻璃光波导5101并由第一检测器5301检测的光可用于验证在光纤550中光的存在以及方向,和/或提供用于与随后由第二检测器5302所检测的时变调制进行比较的参考信号。或者,可将第一检测器5301检测的散射光用于识别有多少功率因振动从光纤散射出,这可用于调节振动活塞540振动的振幅和频率,以优化本发明的光纤识别设备,从而对传播光信号的影响最小。
此外,在下游,通过夹紧砧520将所要检测进行识别的光纤(假定为光纤550或与之相连的光纤)弯曲。如前所述,当将光纤弯曲时,某些光从光纤散射出。通过胶质玻璃光波导5102收集至少一部分该散射信号,并将其导至第二检测器5302。如图5所示以及如前所述,由于对受振动活塞540施加对光纤550中传播的信号的过调制,离开光纤550的光的振幅具有较小AC分量(抖动)。
如以前,第二检测器5302仅需检测是否存在由振动活塞540所施加特定频率的时间变化。通过第二检测器5302检测是否存在所施加频率处的时间信号,能够对光纤进行识别。如前所述,附加检测器5301能够检测和测量对传播光信号所施加的时变调制(即,特征),以后要检测该特征用于识别所关心的光纤。
在本发明的替换实施例中,图5所示光纤识别设备500的发射器头502包括夹紧砧,用于施加偏置曲率,接收器头504还包括调制设备(例如,振动活塞),以使得本发明的光纤识别设备还能够直接用于识别光纤。也就是,在根据该实施例的光纤识别设备中,可对处于接收器头区域中的光纤进行调制,使得对传播在其中的光信号施加时变调制。然后,可通过根据该实施例的光纤识别设备的发射器头,在上游识别受调制的光纤。或者,可对处于发射器头区域中的光纤进行调制,使得对传播在其中的光信号施加时变调制。然后,可通过根据该实施例的光纤识别设备的接收器头,在下游识别受调制的光纤。
在本发明的替换实施例中,可控制在光纤中传播的光的偏振,产生时变调制,以后对其进行检测来识别光纤。例如,可通过某种方式干扰光的正常传播来改变光的偏振,以某种方式改变光纤从而在光纤中引入双折射(即,改变到非均匀的折射率),或通过施加与光纤特性相耦合的场。出于示意性说明的目的,考虑因磁场所导致的法拉第效应。例如,当对承载光信号的光纤施加轴向磁场时,这使得具有右圆偏振的光以速度不同于具有左圆偏振的光行进。更具体而言,施加圆双折射。对于线偏振光,对承载光信号的光纤施加轴向磁场从而导致偏振方向改变。在本发明的概念范围内,可实现各种用于对承载光信号的光纤施加磁场以在光信号中产生时变调制的装置,例如,螺线管。本发明人还想到以及建议施加电场将具有与如上所述施加变化磁场相同的效果。由此,在本发明的概念范围内,可实现多种用于对承载光信号的光纤施加电场以在光信号中产生时变调制的装置,例如,通过改变光纤使之包括电极。
例如,参照以上图1,2,3和5,可对光纤250,350,550施加时变磁场,以取代通过振动活塞240,340,540提供调制。因此,可使得检测器230,330,530适于检测散射出光纤250,350,550的传播光信号的偏振变化。例如在本发明的一个实施例中,对检测器230,330,530装配偏振器以使得检测器能够检测受调制传播光信号的偏振。此外,可将检测配置成以时变磁场频率进行。此外,在本发明的替换实施例中,使用其他类型的时变双折射,例如,压缩等,实现用于识别光纤的类似方法和装置。本发明的这些实施例具有这样的优点,即,可以以很小损耗引入时变“特征”,从而使光纤中的传播光信号的功率和频率基本保持相同,而仅仅是偏振方向发生改变。
然而,应该注意,通过该方法,如果传播光信号在进入具有本发明的时变双折射的光纤区域时,传播光信号具有与该双折射相同的偏振态(即,其处在双折射的本征态),光信号仅仅经历速度上的变化,但不经历其偏振态的变化。从而,设置用于检测偏振变化的光纤识别设备将不能检测任何改变。由此,重要的是确保所施加的双折射与传播光信号不具有相同的偏振态(即,可将光纤弯曲和缠绕,或可使用固定形式创建偏振控制器)。
尽管在此在本发明的具体实施例中描述了对传播光信号施加时变调制的多种具体方法,应该理解,根据本发明,理解了本发明要旨的本领域技术人员能够想到,可使用对光纤中传播光信号施加时变调制的基本上任何方法来基本识别光纤。例如,存在可偏移光频率的多个非线性交互,这种交互可用于对光纤中的传播光信号施加已知频移。更具体而言,数个光传感器和信号处理技术实现声波与光的交互,以施加频移。也就是,光与声子相互作用产生上频移或下频移的光。根据本发明,随后可对这样的频移进行检测,以识别光纤。这种频移可通过多种装置施加,例如,音响喇叭或声换能器。此外,可实现用于产生这种非线性交互的其他装置,例如,铌酸锂相位调制器。
本发明还可用于通过将发射头和接收头相隔离来建立各设备的逻辑连续性。例如,图6表示无源光网络(PON)的高级框图。图6所示PON 600包括输入分支602,干路605和多个输出分支6101-610N(统称为输出分支610)。根据本发明,图6所PON 600还包括本发明的光纤识别设备,所述光纤识别设备包括发射器头640和接收器头625。在图6所示PON 600中,将来自干路605的光分成输出分支610,并将其传输到用户(未示出)。在干路605中将来自用户的信号(即,以光的形式)组合,并向回传输到头端(未示出)。可采用与上述相同的方式实现本发明的原理,来双向检验在头端与用户之间通信的连续性。例如,考虑处于输入分支602上的点X,处于其中一个输出分支上的点Y,可将发射头640设置在接近点X处,将接收头625设置在点Y处,以形成光从X向Y行进,或反之亦然。这可能是有益的,例如,在光纤Y为室内的多个光纤其中一个的情形中,且其中所有光纤均承载通信信号,否则可能不可分辨。由此,在无需中断PON 600的操作的条件下,可验证通信。
尽管前面描述是对于本发明的多个实施例,在不偏离本发明基本范围的条件下,可获得本发明的其他以及更多的实施例。由此,本发明的适合范围根据后面的权利要求来确定。
Claims (43)
1.一种用于识别光纤的方法,包括:
对在所述光纤中传播的光信号施加时变调制;以及
检测是否存在所述施加的时变调制,以识别所述光纤;
其中,所述施加和检测不中断所述光信号沿所述光纤的传播。
2.根据权利要求1的方法,其中,通过使所述光纤的特性作为时间的函数变化,对所述光信号施加所述时变调制。
3.根据权利要求2的方法,其中,使至少一部分所述光纤的曲率作为时间的函数变化,从而在所述传播光信号中产生时变功率损耗。
4.根据权利要求3的方法,其中,通过振动至少一部分所述光纤,来改变所述光纤的曲率。
5.根据权利要求4的方法,其中,所述振动的振幅与所述传播光信号的平均功率相比较小,以使得对所述传播光信号的影响最小。
6.根据权利要求2的方法,其中,使至少一部分所述光纤的双折射作为时间的函数变化,从而使所述传播光信号的偏振作为时间的函数变化。
7.根据权利要求6的方法,其中,通过时变磁场来改变所述光信号的双折射。
8.根据权利要求6的方法,其中,通过时变电场来改变所述光信号的双折射。
9.根据权利要求1的方法,其中,通过使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化,对所述光信号施加所述时变调制。
10.根据权利要求9的方法,其中,通过时变非线性交互使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化。
11.根据权利要求10的方法,其中,通过声波与所述光纤中的所述传播光信号的交互,产生所述时变非线性交互。
12.根据权利要求1的方法,其中,由所述光信号的源对所述光信号施加所述时变调制。
13.根据权利要求12的方法,其中,在光纤路径中光纤之间的中间点处,对所述光信号施加所述时变调制。
14.根据权利要求1的方法,还包括将所述光纤弯曲,使得光散射出所述光纤,以能够进行所述检测。
15.一种用于识别光纤的装置,包括:
至少一个调制设备,用于对在所述光纤中传播的光信号施加时变调制;
至少一个光纤弯曲设备,用于将所述光纤弯曲以使得至少一部分所述光信号散射出所述光纤;以及
至少一个检测器,所述检测器接收所述光信号的散射部分,用于检测是否存在所述施加的时变调制,以识别所述光纤。
16.根据权利要求15的装置,其中,所述施加和检测不中断所述光信号沿所述光纤的传播。
17.根据权利要求15的装置,其中,所述光纤包括多个互连的光纤。
18.根据权利要求15的装置,还包括控制部件,所述控制部件包括用于存储信息和程序指令的存储器以及用于执行所述指令以配置所述装置执行以下步骤的处理器:
对所述光纤中传播的光信号施加时变调制;以及
检测是否存在所述施加的时变调制,以识别所述光纤。
19.根据权利要求18的装置,其中,所述控制部件还适用于使所述光信号的源将时变调制施加到所述光信号上。
20.根据权利要求15的装置,其中,所述至少一个调制设备包括发射器头,而所述弯曲设备和所述检测器包括接收器头。
21.根据权利要求20的装置,其中,所述发射器头还包括弯曲设备和检测器,所述接收器头还包括调制设备。
22.根据权利要求15的装置,其中,所述调制设备包括振动活塞,所述振动活塞使至少一部分所述光纤的曲率作为时间的函数变化,以使得在所述传播光信号中产生时变功率损耗。
23.根据权利要求15的装置,其中,所述调制设备包括压电换能器,所述压电换能器使至少一部分所述光纤的曲率作为时间的函数变化,以使得在所述传播光信号中产生时变功率损耗。
24.根据权利要求15的装置,其中,所述光纤弯曲设备是可调节的,以便改变所述光纤的弯曲半径。
25.根据权利要求15的装置,其中,所述光纤弯曲设备包括至少一个砧。
26.根据权利要求15的装置,还包括至少一个光波导,用于将所述光信号的散射部分引导到所述至少一个检测器。
27.根据权利要求26的装置,其中,所述光波导包括胶质玻璃光波导。
28.根据权利要求15的装置,其中,所述调制设备包括用于引入变化磁场的装置,所述用于引入变化磁场的装置通过使所述光纤的双折射作为时间的函数变化,使得所述传播光信号的偏振作为时间的函数变化。
29.根据权利要求15的装置,其中,所述用于引入变化磁场的装置包括螺线管。
30.根据权利要求28的装置,其中,所述检测器还包括偏振器。
31.根据权利要求15的装置,其中,所述调制设备包括用于通过非线性交互使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化的装置。
32.根据权利要求31的装置,其中,所述用于使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化的装置包括用于引入声波的装置,所述用于引入声波的装置通过所述声波与所述传播光信号的非线性交互,使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化。
33.根据权利要求31的装置,其中,所述用于使所述传播光信号的频率作为时间的函数变化的装置包括音响喇叭。
34.根据权利要求15的装置,还包括至少第二检测器,用于在调制点附近检测所述时变调制,以使得可将对所述调制的随后下游检测与在调制点附近检测的调制进行比较,以对所述光纤进行识别。
35.根据权利要求15的装置,其中,所述装置用于验证在无源光网络中的至少两点之间的通信。
36.一种用于识别光纤的装置,包括:
用于对在所述光纤中传播的光信号施加时变调制的装置;
用于将所述光纤弯曲以使得至少一部分所述光信号散射出所述光纤的装置;以及
用于检测是否存在所述施加的时变调制以识别所述光纤的装置。
37.根据权利要求36的装置,还包括用于将所述光信号的散射光引导至所述检测装置的装置。
38.一种用于识别多个光纤中至少一些光纤的系统,包括:
多个光纤弯曲设备,每个所述设备与所述光纤中各自一个连接,以将所述各自光纤弯曲,使得各自光信号的至少一部分散射出各自光纤;以及
至少一个检测器,所述检测器从各自光纤接收各自光信号的散射部分,以检测是否存在各自施加的时变调制,以识别所述光纤。
39.根据权利要求38的系统,其中,通过各自发射器对所述各个光信号施加所述各自时变调制。
40.根据权利要求38的系统,还包括多个调制设备,每个所述设备对所述光纤中各自一个起作用,以对各自光纤中传播的各自光信号施加所述时变调制。
41.根据权利要求38的系统,还包括控制部件,所述控制部件包括用于存储信息和程序指令的存储器和用于执行所述指令以控制所述系统的部件以将该系统配置成执行以下步骤的处理器:
对各自光纤中传播的各自光信号施加时变调制;以及
检测是否存在各自施加的时变调制,以识别所述光纤。
42.根据权利要求41的系统,其中,所述控制部件生成控制信号,以使得各自发射器对要通过所述多个光纤传播的各个光信号施加时变调制。
43.根据权利要求38的系统,其中,所述系统包括多个检测器,每个所述检测器从各自光纤接收各自光信号的散射部分。
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