CN105871457A - 光时域反射计***及其测量使用方法 - Google Patents

光时域反射计***及其测量使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分辨率高、动态范围大、结构简单的光时域反射计***及其测量使用方法，包括窄线宽激光器，光纤放大器，光纤耦合器，光波长编码器，光隔离器，光纤耦合器光环形器，待测光纤链路，光波长编码器，光耦合器，光电探测器和信号检测装置。本发明用于解决传统OTDR分辨率与动态范围无法同时提高的问题。

Description

光时域反射计***及其测量使用方法
技术领域
本发明属于光纤链路测试技术领域，更具体涉及一种调制格式的波长编码的光时域反射计***及其测量使用方法。
背景技术
光时域反射计(OTDR)是通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器。它根据光的后向散射与菲涅耳反向原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。它根据光的后向散射与菲涅耳反向原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
光OTDR目前是应用的热点，对于使用脉冲激光器作为光源的传统OTDR来说，分辨率和动态范围两个指标是互相矛盾的，提高动态范围就会降低OTDR分辨率，而提高分辨率时又会降低动态范围，这是传统脉冲式OTDR无法解决的问题。随着光学测试技术的发展，OTDR的结构和性能得到了不断的改进，出现了多种测试装置及其方法，如偏振OTDR、相干法OTDR、光子计数OTDR等，对这一问题得到了改进。但是这些方法都在一定程度加大了测试***的数据处理的复杂程度，限制和制约了该项技术的广泛应用。因此，发明一种分辨率高、动态范围大、结构简单的光时域反射计***对于实用化具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种分辨率高、动态范围大、结构简单的光时域反射计及其测量使用方法，用于解决传统OTDR分辨率与动态范围无法同时提高的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型的光时域反射计***，其包括：
窄线宽激光器1，其用于提供种子光源；光纤放大器2，其用于对种子光源进行光功率放大；该光源可以为窄线宽的半导体DFB激光器、DBR激光器或者光纤激光器。
光纤耦合器3，其用于对放大后的种子光源分成a，b两路输出；
光波长编码器4，其用于将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；
光隔离器5，其用于对光纤耦合器4的a输出端的光脉冲信号单向准直输出给光环形器6的c输入端；该光隔离器可以是光纤准直器，所述光纤环形器可以为分光棱镜。
光环形器6，其用于对光脉冲信号从c端口单向输出给d输出端，光脉冲信号通过待测光纤断点后反射光脉冲信号通过光环行器6的d端口单向输入给e输出端；
待测光纤链路7，其被从光环形器6的b端口输出的信号光脉冲测量断点后反射光经过环形器6的d端口单向输入给e输出端；
光波长编码器8，其用于将光耦合器3的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；所述光波长编码器可以由直调激光器直接加载编码发生器产生信号或者是外调制激光器和光电调制器和编码发生器组合。所述编码发生器是码型发生器或者是可编程脉冲源，通过手工或者计算机设置可以控制脉冲的宽度、幅度或者时序参数。该码型发生器用于产生周期性的多电平值的非对称电脉冲，并利用该电脉冲信号调制电光调制器对光源信号进行整形。
光耦合器9，其f和g两输入端分别连接光波长编码器8的输出端和光环形器e输出端；
光电探测器10，其用于对光耦合器输出的光信号进行光电转换；
信号检测装置11，其用于对光电探测器10的输出电信号进行处理和记录。该信号检测装置可以是频谱分析仪或者是示波器或者电流检测装置。
本发明还涉及一种光时域反射计***的测量使用方法，将窄线宽激光器1提供的种子光源经过光纤放大器2对种子光源进行光功率放大；然后光纤耦合器3，对放大后的种子光源分成a、b两路输出，光波长编码器4将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；光波长编码器8将光耦合器3的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；信号光脉冲经过光环形器6的c端口输入给d端口，d端口连接待测光纤，信号光脉冲在待测光纤链路传输遇到光纤断面或者损坏点时发生光反射，经过反射的信号光脉冲经过管环形器6的d端口进入管环形器6的e端口输出，参考光脉冲与反射回来的信号光脉冲经过光耦合器9耦合输出给光电探测器10，光电探测器10输出电信号给信号检测装置11，反射脉冲光与参考脉冲光经过光耦合器9进入光电探测器10拍频，拍频信号通过信号检测装置11进行记录分析，通过调节探测脉冲光与参考脉冲光的时间间隔，并且记录信号检测装置11上的频谱频率，可以精确定位光纤断点或损伤点。
其中参考脉冲和探测脉冲保证脉冲宽度一致，但是脉冲码型幅度不同。探测脉冲和参考脉冲由多个不同时间不同波长脉冲组成，由于出现多个脉冲同时拍频，提高探测效率。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1是本发明中新型光时域反射计装置图；
图2是本发明中波长编码的示意图；
图3是本发明中反射脉冲和参考脉冲拍频的示意图；
具体实施方式
图1示出了本发明提出的新型光时域反射计的装置结构图。如图1所示，该装置包括：
窄线宽激光器1，其用于提供种子光源；
光纤放大器2，其用于对种子光源进行光功率放大；该光源可以为窄线宽的半导体DFB激光器、DBR激光器或者光纤激光器。
光纤耦合器3，其用于对放大后的种子光源分成a，b两路输出；
光波长编码器4，其用于将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；
光隔离器5，其用于对光纤耦合器4的a输出端的光脉冲信号单向准直输出给光环形器6的c输入端；该光隔离器可以是光纤准直器，所述光纤环形器可以为分光棱镜。
光环形器6，其用于对光脉冲信号从c端口单向输出给d输出端，光脉冲信号通过待测光纤断点后反射光脉冲信号通过光环行器6的d端口单向输入给e输出端；
待测光纤链路7，其被从光环形器6的b端口输出的信号光脉冲测量断点后反射光经过环形器6的d端口单向输入给e输出端；
光波长编码器8，其用于将光耦合器3的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；所述光波长编码器可以由直调激光器直接加载编码发生器产生信号或者是外调制激光器和光电调制器和编码发生器组合。所述编码发生器是码型发生器或者是可编程脉冲源，通过手工或者计算机设置可以控制脉冲的宽度、幅度或者时序参数。该码型发生器用于产生周期性的多电平值的非对称电脉冲，并利用该电脉冲信号调制电光调制器对光源信号进行整形。
光耦合器9，其f和g两输入端分别连接光波长编码器8的输出端和光环形器e输出端；
光电探测器10，其用于对光耦合器输出的光信号进行光电转换；
信号检测装置11，其用于对光电探测器10的输出电信号进行处理和记录。该信号检测装置可以是频谱分析仪或者是示波器或者电流检测装置。
新型的光时域反射计***，参考脉冲和探测脉冲保证脉冲宽度一致，但是脉冲码型幅度不同。
该装置***中的光波长编码器主要是基于外调制激光器加调制器以及码型发生器驱动，这里特殊的编码形式需要高速率的任意波形发生器产生。该外调制激光器可以由DBR半导体激光器代替，这种可调谐激光器能够通过改变相区电压实现快速波长调谐，并且保持输出光功率不变。
本发明光时域反射计***工作过程为，窄线宽激光器1提供的种子光源经过光纤放大器2对种子光源进行光功率放大；然后光纤耦合器3，对放大后的种子光源分成a、b两路输出，光波长编码器4将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；光波长编码器8将光耦合器3的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；信号光脉冲经过光环形器6的c端口输入给d端口，d端口连接待测光纤，信号光脉冲在待测光纤链路传输遇到光纤断面或者损坏点时发生光反射，经过反射的信号光脉冲经过管环形器6的d端口进入管环形器6的e端口输出，参考光脉冲与反射回来的信号光脉冲经过光耦合器9耦合输出给光电探测器10，光电探测器10输出电信号给信号检测装置11，反射脉冲光与参考脉冲光经过光耦合器9进入光电探测器10拍频，拍频信号通过信号检测装置11进行记录分析，通过调节探测脉冲光与参考脉冲光的时间间隔，并且记录信号检测装置11上的频谱频率，可以精确定位光纤断点或损伤点。
图1给出的新型光时域反射计装置，指出了两种新型的光编码形式具体如图2所示。
如图2所示，测试脉冲(探测脉冲)和参考脉冲码型不同，这里可以具体举例为测试脉冲与参考脉冲整体高电平不同，对应参考脉冲相同时刻比测试脉冲高1GHz。对应测试脉冲与参考脉冲的各自的电平值编码形式相同，左侧开始下一个台阶电平值高于上一个台阶电平值，对应频率为6GHz，峰值之后，右侧开始，第一个台阶低于峰值3GHz，后面依次低于上一个台阶6GHz。测试脉冲和参考脉冲整体相差1GHz，这种编码形式有效的改变了出现零频的局面，无论断点在哪个位置，都能通过拍频精确的通过拍频频率测试出断点位置，如图2给出，当参考脉冲与探测脉冲时间上重合时，在每一个时刻均能够拍频产生1GHz的微波信号；当参考脉冲与探测脉冲没有完全重合，会在不同的时刻拍出不同微波信号，根据微波信号的大小也能够精确的推算断点的位置。
两个脉冲相遇的任意时刻，探测脉冲对应的光波长对应λ1，参考脉冲对应的光波长λ2，反射回来的探测脉冲与参考脉冲光电转换对应的微波信号表达式为：
f＝(λ2-λ1)c/λ2λ2。
这种编码形式可以在脉冲周期不变的情况下，有效的改善脉冲上升沿下降沿不够陡峭的缺点，难以实现波长纯净的窄脉冲；并且改变了单一波长编码时域反射计效率低，解决了效率与空间分辨率的矛盾。
图3给出了经过信号处理装置采集的频谱，示意的给出了在某一时刻，对应的探测脉冲与参考脉冲拍频信号。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光时域反射计***，包括：
窄线宽激光器(1)，用于提供种子光源；
光纤放大器(2)，用于对种子光源进行光功率放大；
光纤耦合器(3)，用于对放大后的种子光源分成a，b两路输出；
光波长编码器(4)，用于将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；
光隔离器(5)，用于对光纤耦合器(4)的a输出端的光脉冲信号单向准直输出给光环形器(6)的c输入端；
光环形器(6)，用于对光脉冲信号从c端口单向输出给d输出端，光脉冲信号通过待测光纤断点后反射光脉冲信号通过光环行器(6)的d端口单向输入给e输出端；
待测光纤链路(7)，被从光环形器(6)的b端口输出的信号光脉冲测量断点后反射光经过环形器(6)的d端口单向输入给e输出端；
光波长编码器(8)，用于将光耦合器(3)的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；
光耦合器(9)，其f和g两输入端分别连接光波长编码器(8)的输出端和光环形器e输出端；
光电探测器(10)，用于对光耦合器输出的光信号进行光电转换；
信号检测装置(11)，用于对光电探测器(10)的输出电信号进行处理和记录。
2.如权利要求1所述的光时域反射计***，其特征在于，所述光波长编码器(8)可以由直调激光器直接加载编码发生器产生信号，或者是外调制激光器和光电调制器和编码发生器组合。
3.如权利要求2所述的光时域反射计***，其特征在于，所述编码发生器是码型发生器是可编程脉冲源，通过手工或者计算机设置可以控制脉冲的宽度、幅度或者时序参数。
4.如权利要求3所述的光时域反射计***，其特征在于，所述码型发生器用于产生周期性的多电平值的非对称电脉冲，并利用该电脉冲信号调制电光调制器对光源信号进行整形。
5.如权利要求4所述的光时域反射计***，其特征在于，所述种子光源为窄线宽的半导体DFB激光器、DBR激光器或者光纤激光器。
6.如权利要求1所述的光时域反射计***，其特征在于，所述信号检测装置(11)是频谱分析仪或者示波器或者电流检测装置。
7.如权利要求1所述的光时域反射计***，其特征在于，所述光隔离器(5)是光纤准直器，所述光环形器(6)为分光棱镜。
8.如权利要求1-7任一所述的光时域反射计***的测量使用方法，
将窄线宽激光器(1)提供的种子光源经过光纤放大器(2)对种子光源进行光功率放大；
然后光纤耦合器(3)，对放大后的种子光源分成a、b两路输出，光波长编码器(4)将种子光源a路输出光进行码型调制，产生信号光脉冲；
光波长编码器(8)将光耦合器(3)的b输出端的光进行编码产生参考光脉冲；
信号光脉冲经过光环形器(6)的c端口输入给d端口，d端口连接待测光纤，信号光脉冲在待测光纤链路传输遇到光纤断面或者损坏点时发生光反射，经过反射的信号光脉冲经过管环形器(6)的d端口进入管环形器(6)的e端口输出，参考光脉冲与反射回来的信号光脉冲经过光耦合器(9)耦合输出给光电探测器(10)，光电探测器(10)输出电信号给信号检测装置(11)，反射脉冲光与参考脉冲光经过光耦合器(9)进入光电探测器(10)拍频，拍频信号通过信号检测装置(11)进行记录分析，通过调节探测脉冲光与参考脉冲光的时间间隔，并且记录信号检测装置(11)上的频谱频率，可以精确定位光纤断点或损伤点。
9.如权利要求8所述的光时域反射计***的测量使用方法，其特征在于，所述信号光脉冲和参考光脉冲由多个不同时间不同波长脉冲组成。
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