光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)及其測量使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分辨率高、動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)及其測量使用方法，包括窄線寬激光器，光纖放大器，光纖耦合器，光波長編碼器，光隔離器，光纖耦合器光環(huán)形器，待測光纖鏈路，光波長編碼器，光耦合器，光電探測器和信號檢測裝置。本發(fā)明用于解決傳統(tǒng)OTDR分辨率與動態(tài)范圍無法同時(shí)提高的問題。
【專利說明】
光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)及其測量使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光纖鏈路測試技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種調(diào)制格式的波長編碼的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)及其測量使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光時(shí)域反射計(jì)(OTDR)是通過對測量曲線的分析，了解光纖的均勻性、缺陷、斷裂、接頭耦合等若干性能的儀器。它根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理制作，利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光來獲取衰減的信息，可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點(diǎn)定位以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等，是光纜施工、維護(hù)及監(jiān)測中必不可少的工具。它根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理制作，利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光來獲取衰減的信息，可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點(diǎn)定位以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等，是光纜施工、維護(hù)及監(jiān)測中必不可少的工具。
[0003]光OTDR目前是應(yīng)用的熱點(diǎn)，對于使用脈沖激光器作為光源的傳統(tǒng)OTDR來說，分辨率和動態(tài)范圍兩個指標(biāo)是互相矛盾的，提高動態(tài)范圍就會降低OTDR分辨率，而提高分辨率時(shí)又會降低動態(tài)范圍，這是傳統(tǒng)脈沖式OTDR無法解決的問題。隨著光學(xué)測試技術(shù)的發(fā)展，OTDR的結(jié)構(gòu)和性能得到了不斷的改進(jìn)，出現(xiàn)了多種測試裝置及其方法，如偏振0TDR、相干法0TDR、光子計(jì)數(shù)OTDR等，對這一問題得到了改進(jìn)。但是這些方法都在一定程度加大了測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度，限制和制約了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)明一種分辨率高、動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)對于實(shí)用化具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種分辨率高、動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單的光時(shí)域反射計(jì)及其測量使用方法，用于解決傳統(tǒng)OTDR分辨率與動態(tài)范圍無法同時(shí)提高的問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種新型的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其包括:
[0007]窄線寬激光器1，其用于提供種子光源;光纖放大器2，其用于對種子光源進(jìn)行光功率放大;該光源可以為窄線寬的半導(dǎo)體DFB激光器、DBR激光器或者光纖激光器。
[0008]光纖親合器3，其用于對放大后的種子光源分成a，b兩路輸出；
[0009]光波長編碼器4，其用于將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖；
[0010]光隔離器5，其用于對光纖親合器4的a輸出端的光脈沖信號單向準(zhǔn)直輸出給光環(huán)形器6的c輸入端;該光隔離器可以是光纖準(zhǔn)直器，所述光纖環(huán)形器可以為分光棱鏡。
[0011]光環(huán)形器6，其用于對光脈沖信號從c端口單向輸出給d輸出端，光脈沖信號通過待測光纖斷點(diǎn)后反射光脈沖信號通過光環(huán)行器6的d端口單向輸入給e輸出端；
[0012]待測光纖鏈路7，其被從光環(huán)形器6的b端口輸出的信號光脈沖測量斷點(diǎn)后反射光經(jīng)過環(huán)形器6的d端口單向輸入給e輸出端；
[0013]光波長編碼器8，其用于將光耦合器3的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖;所述光波長編碼器可以由直調(diào)激光器直接加載編碼發(fā)生器產(chǎn)生信號或者是外調(diào)制激光器和光電調(diào)制器和編碼發(fā)生器組合。所述編碼發(fā)生器是碼型發(fā)生器或者是可編程脈沖源，通過手工或者計(jì)算機(jī)設(shè)置可以控制脈沖的寬度、幅度或者時(shí)序參數(shù)。該碼型發(fā)生器用于產(chǎn)生周期性的多電平值的非對稱電脈沖，并利用該電脈沖信號調(diào)制電光調(diào)制器對光源信號進(jìn)行整形。
[0014]光親合器9，其f和g兩輸入端分別連接光波長編碼器8的輸出端和光環(huán)形器e輸出端；
[0015]光電探測器10，其用于對光耦合器輸出的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；
[0016]信號檢測裝置11，其用于對光電探測器10的輸出電信號進(jìn)行處理和記錄。該信號檢測裝置可以是頻譜分析儀或者是示波器或者電流檢測裝置。
[0017]本發(fā)明還涉及一種光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)的測量使用方法，將窄線寬激光器I提供的種子光源經(jīng)過光纖放大器2對種子光源進(jìn)行光功率放大;然后光纖耦合器3，對放大后的種子光源分成a、b兩路輸出，光波長編碼器4將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖;光波長編碼器8將光親合器3的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖;信號光脈沖經(jīng)過光環(huán)形器6的c端口輸入給d端口，d端口連接待測光纖，信號光脈沖在待測光纖鏈路傳輸遇到光纖斷面或者損壞點(diǎn)時(shí)發(fā)生光反射，經(jīng)過反射的信號光脈沖經(jīng)過管環(huán)形器6的d端口進(jìn)入管環(huán)形器6的e端口輸出，參考光脈沖與反射回來的信號光脈沖經(jīng)過光親合器9親合輸出給光電探測器10，光電探測器10輸出電信號給信號檢測裝置11，反射脈沖光與參考脈沖光經(jīng)過光耦合器9進(jìn)入光電探測器10拍頻，拍頻信號通過信號檢測裝置11進(jìn)行記錄分析，通過調(diào)節(jié)探測脈沖光與參考脈沖光的時(shí)間間隔，并且記錄信號檢測裝置11上的頻譜頻率，可以精確定位光纖斷點(diǎn)或損傷點(diǎn)。
[0018]其中參考脈沖和探測脈沖保證脈沖寬度一致，但是脈沖碼型幅度不同。探測脈沖和參考脈沖由多個不同時(shí)間不同波長脈沖組成，由于出現(xiàn)多個脈沖同時(shí)拍頻，提高探測效率。
【附圖說明】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:
[0020]圖1是本發(fā)明中新型光時(shí)域反射計(jì)裝置圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明中波長編碼的示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明中反射脈沖和參考脈沖拍頻的示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1示出了本發(fā)明提出的新型光時(shí)域反射計(jì)的裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該裝置包括:
[0024]窄線寬激光器I，其用于提供種子光源；
[0025]光纖放大器2，其用于對種子光源進(jìn)行光功率放大;該光源可以為窄線寬的半導(dǎo)體DFB激光器、DBR激光器或者光纖激光器。
[0026]光纖親合器3，其用于對放大后的種子光源分成a，b兩路輸出；
[0027]光波長編碼器4，其用于將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖；
[0028]光隔離器5，其用于對光纖親合器4的a輸出端的光脈沖信號單向準(zhǔn)直輸出給光環(huán)形器6的c輸入端;該光隔離器可以是光纖準(zhǔn)直器，所述光纖環(huán)形器可以為分光棱鏡。
[0029]光環(huán)形器6，其用于對光脈沖信號從c端口單向輸出給d輸出端，光脈沖信號通過待測光纖斷點(diǎn)后反射光脈沖信號通過光環(huán)行器6的d端口單向輸入給e輸出端；
[0030]待測光纖鏈路7，其被從光環(huán)形器6的b端口輸出的信號光脈沖測量斷點(diǎn)后反射光經(jīng)過環(huán)形器6的d端口單向輸入給e輸出端；
[0031]光波長編碼器8，其用于將光耦合器3的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖;所述光波長編碼器可以由直調(diào)激光器直接加載編碼發(fā)生器產(chǎn)生信號或者是外調(diào)制激光器和光電調(diào)制器和編碼發(fā)生器組合。所述編碼發(fā)生器是碼型發(fā)生器或者是可編程脈沖源，通過手工或者計(jì)算機(jī)設(shè)置可以控制脈沖的寬度、幅度或者時(shí)序參數(shù)。該碼型發(fā)生器用于產(chǎn)生周期性的多電平值的非對稱電脈沖，并利用該電脈沖信號調(diào)制電光調(diào)制器對光源信號進(jìn)行整形。
[0032]光親合器9，其f和g兩輸入端分別連接光波長編碼器8的輸出端和光環(huán)形器e輸出端；
[0033]光電探測器10，其用于對光耦合器輸出的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；
[0034]信號檢測裝置11，其用于對光電探測器10的輸出電信號進(jìn)行處理和記錄。該信號檢測裝置可以是頻譜分析儀或者是示波器或者電流檢測裝置。
[0035]新型的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，參考脈沖和探測脈沖保證脈沖寬度一致，但是脈沖碼型幅度不同。
[0036]該裝置系統(tǒng)中的光波長編碼器主要是基于外調(diào)制激光器加調(diào)制器以及碼型發(fā)生器驅(qū)動，這里特殊的編碼形式需要高速率的任意波形發(fā)生器產(chǎn)生。該外調(diào)制激光器可以由DBR半導(dǎo)體激光器代替，這種可調(diào)諧激光器能夠通過改變相區(qū)電壓實(shí)現(xiàn)快速波長調(diào)諧，并且保持輸出光功率不變。
[0037]本發(fā)明光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)工作過程為，窄線寬激光器I提供的種子光源經(jīng)過光纖放大器2對種子光源進(jìn)行光功率放大;然后光纖親合器3，對放大后的種子光源分成a、b兩路輸出，光波長編碼器4將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖;光波長編碼器8將光親合器3的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖；信號光脈沖經(jīng)過光環(huán)形器6的c端口輸入給d端口，d端口連接待測光纖，信號光脈沖在待測光纖鏈路傳輸遇到光纖斷面或者損壞點(diǎn)時(shí)發(fā)生光反射，經(jīng)過反射的信號光脈沖經(jīng)過管環(huán)形器6的d端口進(jìn)入管環(huán)形器6的e端口輸出，參考光脈沖與反射回來的信號光脈沖經(jīng)過光親合器9親合輸出給光電探測器10，光電探測器10輸出電信號給信號檢測裝置11，反射脈沖光與參考脈沖光經(jīng)過光耦合器9進(jìn)入光電探測器10拍頻，拍頻信號通過信號檢測裝置11進(jìn)行記錄分析，通過調(diào)節(jié)探測脈沖光與參考脈沖光的時(shí)間間隔，并且記錄信號檢測裝置11上的頻譜頻率，可以精確定位光纖斷點(diǎn)或損傷點(diǎn)。
[0038]圖1給出的新型光時(shí)域反射計(jì)裝置，指出了兩種新型的光編碼形式具體如圖2所不O
[0039]如圖2所示，測試脈沖(探測脈沖)和參考脈沖碼型不同，這里可以具體舉例為測試脈沖與參考脈沖整體高電平不同，對應(yīng)參考脈沖相同時(shí)刻比測試脈沖高1GHz。對應(yīng)測試脈沖與參考脈沖的各自的電平值編碼形式相同，左側(cè)開始下一個臺階電平值高于上一個臺階電平值，對應(yīng)頻率為6GHz，峰值之后，右側(cè)開始，第一個臺階低于峰值3GHz，后面依次低于上一個臺階6GHz。測試脈沖和參考脈沖整體相差1GHz，這種編碼形式有效的改變了出現(xiàn)零頻的局面，無論斷點(diǎn)在哪個位置，都能通過拍頻精確的通過拍頻頻率測試出斷點(diǎn)位置，如圖2給出，當(dāng)參考脈沖與探測脈沖時(shí)間上重合時(shí)，在每一個時(shí)刻均能夠拍頻產(chǎn)生IGHz的微波信號；當(dāng)參考脈沖與探測脈沖沒有完全重合，會在不同的時(shí)刻拍出不同微波信號，根據(jù)微波信號的大小也能夠精確的推算斷點(diǎn)的位置。
[0040]兩個脈沖相遇的任意時(shí)刻，探測脈沖對應(yīng)的光波長對應(yīng)λ?，參考脈沖對應(yīng)的光波長入2，反射回來的探測脈沖與參考脈沖光電轉(zhuǎn)換對應(yīng)的微波信號表達(dá)式為:
[0041]f = (λ2~λι)ο/
[0042]這種編碼形式可以在脈沖周期不變的情況下，有效的改善脈沖上升沿下降沿不夠陡峭的缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)波長純凈的窄脈沖;并且改變了單一波長編碼時(shí)域反射計(jì)效率低，解決了效率與空間分辨率的矛盾。
[0043]圖3給出了經(jīng)過信號處理裝置采集的頻譜，示意的給出了在某一時(shí)刻，對應(yīng)的探測脈沖與參考脈沖拍頻信號。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，包括: 窄線寬激光器(I)，用于提供種子光源； 光纖放大器(2)，用于對種子光源進(jìn)行光功率放大； 光纖親合器(3)，用于對放大后的種子光源分成a，b兩路輸出； 光波長編碼器(4)，用于將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖； 光隔離器(5)，用于對光纖耦合器(4)的a輸出端的光脈沖信號單向準(zhǔn)直輸出給光環(huán)形器(6)的c輸入端； 光環(huán)形器(6)，用于對光脈沖信號從c端口單向輸出給d輸出端，光脈沖信號通過待測光纖斷點(diǎn)后反射光脈沖信號通過光環(huán)行器(6)的d端口單向輸入給e輸出端； 待測光纖鏈路(7)，被從光環(huán)形器(6)的b端口輸出的信號光脈沖測量斷點(diǎn)后反射光經(jīng)過環(huán)形器(6)的d端口單向輸入給e輸出端； 光波長編碼器(8)，用于將光耦合器(3)的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖； 光耦合器(9)，其f和g兩輸入端分別連接光波長編碼器(8)的輸出端和光環(huán)形器e輸出端； 光電探測器(10)，用于對光耦合器輸出的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換； 信號檢測裝置(11)，用于對光電探測器(10)的輸出電信號進(jìn)行處理和記錄。2.如權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述光波長編碼器(8)可以由直調(diào)激光器直接加載編碼發(fā)生器產(chǎn)生信號，或者是外調(diào)制激光器和光電調(diào)制器和編碼發(fā)生器組合。3.如權(quán)利要求2所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼發(fā)生器是碼型發(fā)生器是可編程脈沖源，通過手工或者計(jì)算機(jī)設(shè)置可以控制脈沖的寬度、幅度或者時(shí)序參數(shù)。4.如權(quán)利要求3所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述碼型發(fā)生器用于產(chǎn)生周期性的多電平值的非對稱電脈沖，并利用該電脈沖信號調(diào)制電光調(diào)制器對光源信號進(jìn)行整形。5.如權(quán)利要求4所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述種子光源為窄線寬的半導(dǎo)體DFB激光器、DBR激光器或者光纖激光器。6.如權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號檢測裝置(II)是頻譜分析儀或者示波器或者電流檢測裝置。7.如權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述光隔離器(5)是光纖準(zhǔn)直器，所述光環(huán)形器(6)為分光棱鏡。8.如權(quán)利要求1-7任一所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)的測量使用方法， 將窄線寬激光器(I)提供的種子光源經(jīng)過光纖放大器(2)對種子光源進(jìn)行光功率放大；然后光纖耦合器(3)，對放大后的種子光源分成a、b兩路輸出，光波長編碼器(4)將種子光源a路輸出光進(jìn)行碼型調(diào)制，產(chǎn)生信號光脈沖； 光波長編碼器(8)將光耦合器(3)的b輸出端的光進(jìn)行編碼產(chǎn)生參考光脈沖； 信號光脈沖經(jīng)過光環(huán)形器(6)的c端口輸入給d端口，d端口連接待測光纖，信號光脈沖在待測光纖鏈路傳輸遇到光纖斷面或者損壞點(diǎn)時(shí)發(fā)生光反射，經(jīng)過反射的信號光脈沖經(jīng)過管環(huán)形器(6)的d端口進(jìn)入管環(huán)形器(6)的e端口輸出，參考光脈沖與反射回來的信號光脈沖經(jīng)過光耦合器(9)耦合輸出給光電探測器(10)，光電探測器(10)輸出電信號給信號檢測裝置(11)，反射脈沖光與參考脈沖光經(jīng)過光耦合器(9)進(jìn)入光電探測器(10)拍頻，拍頻信號通過信號檢測裝置(11)進(jìn)行記錄分析，通過調(diào)節(jié)探測脈沖光與參考脈沖光的時(shí)間間隔，并且記錄信號檢測裝置(11)上的頻譜頻率，可以精確定位光纖斷點(diǎn)或損傷點(diǎn)。9.如權(quán)利要求8所述的光時(shí)域反射計(jì)系統(tǒng)的測量使用方法，其特征在于，所述信號光脈沖和參考光脈沖由多個不同時(shí)間不同波長脈沖組成。
【文檔編號】H04B10/564GK105871457SQ201610304578
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】祝寧華, 孫文惠, 王瑋鈺, 劉建國, 陳偉
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所