CN106165315A - 利用聚合物波长可调谐激光器的光时域反射仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种将可调谐利用聚合物光栅的光信号的波长的聚合物波长可调谐激光器作为光源的光时域反射仪。本发明的光时域反射仪可调谐输出一定光信号的聚合物波长可调谐激光器的波长，并将从光缆线路回归的光信号通过具有特定中心波长的光过滤器分离，从而，检测光缆线路的切断、反射、损耗。本发明具有如下效果，因利用固定的光强度的光源，而减少在光缆线路发生的非线性效应。

Description

利用聚合物波长可调谐激光器的光时域反射仪
技术领域
本发明涉及光缆线路检测技术，更具体地涉及一种光时域反射仪，在光时域反射仪(OTDR：OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER)中利用聚合物布拉格光栅(Bragggrating)波导而调谐光源的波长，并生成一定大小的光脉冲，而检测光缆线路的状态。
背景技术
近来，随着通过LTE移动通信网络的多媒体服务的飞跃增加，作为用于移动通信网络的骨干网，光子网络增加，且因在家庭中视频点播(VOD：Video On Demand)服务等多媒体服务增加，光纤到户(FTTH：Fiber To The Home)等光纤到家极具增加。另外，因基于该光缆线路的多媒体服务的增加，服务供应商(Service Provider)大量增加，并且，需要持续监控位于不同地域的光缆线路的状态，当发生故障时，立即把握故障位置而修复光缆线路。
对于监控光缆线路并测量故障位置的光测量仪，以利用光脉冲的光时域反射仪(下面，称为OTDR:OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER)为代表。OTDR如图1所示，由激光器100将大小较大且脉冲宽度较短的光脉冲入射至光缆线路，之后，接收由光缆线路的截断面或光连接器等反射的光脉冲，而获得如图2所示的结果。并且，通过分析按此方式接收的光脉冲，而预测光缆线路的状态。因OTDR的运行原理为公知的技术，而省略具体的说明。
(参考文献:韩国专利公开公报第2004-23305号、韩国专利公开公报第199128648号)
对于大量利用光脉冲的传统的OTDR的情况，在管理光缆线路的品质方面为有效的工具，但存在了如下所示的缺点。
首先，难以增加动态范围(Dynamic Range)。该动态范围是指OTDR能够测定的距离，但为了增加该范围，必须增加光脉冲的大小。但，当光脉冲的大小增加到临界值以上时，较强地引起光缆线路与光脉冲之间的相互作用而产生的非线性效应(nonlinear effect)，由此，造成光脉冲的形状歪斜而引发测定的错误。为了避免发生该错误，当前无法增加光脉冲的大小，而是增加光脉冲的长度(宽度)。按如此方式增加动态范围。但，随着光脉冲的长度的增加，如图3所示，OTDR的分辨率降低。分辨率随着光脉冲的长度缩短会越好。分辨率通过事件盲区(Event deadzone)与衰减盲区(Attenuation Deadzone)等参数显示，但该所有的都相互连接，当改善一个特性时，会在一个特性中产生损害。
并且，作为增加动态范围的另一方法，也能够使用光纤放大器(例如，EDFA：Erbumdoped fiber amplifier)，但现有的OTDR方式，因随着时间光强度变化非常快且使用大的光脉冲，由此，对于放大光脉冲而使用EDFA是不恰当的。由此，根据现有技术，因在改善动态范围及分辨率方面存在限制，因而，要求能够解决该问题的技术。
发明内容
技术问题
本发明是为了改善上述现有技术而研发，本发明的目的为提供一种改善动态范围与分辨率的光时域反射仪。
并且，本发明提供一种将测定光信号在光缆线路引起的非线性效应最小化，并能够使用EDFA等光纤放大器的光时域反射仪。
技术方案
根据本发明的一例，对于用于检测光缆线路的状态的光时域反射仪，包括：波长可调谐激光器402，输出可调谐波长的光信号；信号处理及控制部410，输出用于调谐所述波长可调谐激光器402的运行波长的控制信号。
根据本发明的一例，所述波长可调谐激光器402包括：激光二极管501，一面涂敷有抗反射膜(Anti reflection)；聚合物布拉格光栅波导504，供控制通过列电极502反射的波长，其中，列电极502通过所述控制信号而控制所述聚合物布拉格光栅波导504的温度。
根据本发明的一例，还包括：光循环器404，将所述波长可调谐激光器402的光输出入射至光缆线路102，将由所述光缆线路102反射的信号传输至光过滤器406。
根据本发明的一例，所述波长可调谐激光器402的光输出强度保持一定。
根据本发明的一例，所述控制信号具有两个以上电平，所述波长可调谐激光器402根据各个电平而输出各不相同的波长的光信号。
根据本发明的一例，还包括：后置光纤放大器403，能够对所述波长可调谐激光器402的光输出进行光放大。
根据本发明的一例，还包括：前置光纤放大器405，放大所述光循环器404的光输出而传输至光过滤器406。
根据本发明的一例，对于检测光缆线路的状态的光时域反射仪，包括：波长可调谐激光器402，输出可调谐波长的光信号；信号处理及控制部410，输出用于调谐所述波长可调谐激光器402的运行波长的控制信号，其中所述波长可调谐激光器402，包括：激光二极管501，一面涂敷有抗反射膜(Anti reflection)；聚合物布拉格光栅波导504，供控制通过列电极502反射的波长，并通过所述激光二极管501的外部谐振器运行，其中，所述列电极502通过所述控制信号而控制所述聚合物布拉格光栅波导504的温度。
根据本发明的一例，还包括：光循环器404，将所述波长可调谐激光器402的光输出入射至光缆线路102，并输出由所述光缆线路102反射的信号；光过滤器406，过滤所述光循环器404的输出。
根据本发明的一例，还包括：定向光耦合器，将所述波长可调谐激光器402的光输出入射至光缆线路102，并输出由所述光缆线路102反射的信号；光过滤器406，过滤所述定向光耦合器的输出而进行输出。
根据本发明的一例，包括：波长可调谐激光器402，生成入射至光缆线路的光信号，以用于检测光缆线路的状态，并且，所述光信号的波长根据时间变化，光强度与波长无关而被控制为预定的大小；光过滤器506，从光缆线路接收的光信号中仅提取特定光波长的光信号；及光接收部407，对从所述光过滤器506提取的光信号进行光电转换。
根据本发明的一例，所述波长可调谐激光包含聚合物布拉格光栅波导504，并且，所述波长可调谐激光的光信号波长根据所述聚合物布拉格光栅波导504的温度而被控制。
有益效果
本发明的一例的光时域反射仪具有如下效果，OTDR的测定光信号并非根据时间而强度发生变化的形式，而是随着时间，根据光强度变化，去除存在于光信号与光缆线路之间的非线性，由此，减少测定错误。
本发明的一例的光时域反射仪具有如下效果，OTDR的测定光信号并非根据时间而强度发生变化的形式，对于光强度变化而能够使用特性经常发生变化的EDFA，并且，最终，增加OTDR的动态范围。
附图说明
图1为普通OTDR的运行原理的结构图；
图2为普通OTDR的测定结果的示例图；
图3为在现有的OTDR中光脉冲宽度与分辨率的说明图；
图4为本发明的一实施例的光时域反射仪(OTDR)的结构图；
图5为本发明的一实施例的聚合物波长可调谐激光器的结构图；
图6为在聚合物布拉格光栅波导上根据列电极的温度控制而变化聚合物波长可调谐激光器的输出波长的示例图；
图7为显示光循环器与方向性结合器的对应关系的附图；
图8为显示波长可调谐激光的输出信号、由光缆线路反射的信号、光过滤器的输出信号等特性的附图。
具体实施方式
如上所述目的、特征及优点通过附图及相关下面的具体说明而变得明了，由此，便于本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施本发明的技术思想。并且，在说明本发明时，判断与本发明的相关的公知的技术的具体说明为不必要的且混淆本发明的要旨的情况下，省略其具体说明。下面，参照附图对本发明的优选的一实施例进行具体说明。
对在本发明中使用的手动光元件的运行原理进行简略说明。布拉格光栅波导是一种在入射的各种波长的光信号中仅对根据光栅间距规定的光波长1的光信号进行反射，并通过剩下的波长的手动光元件。
聚合物布拉格光栅波导为利用聚合物制造布拉格光栅波导，是一种利用聚合物的热光学效应而转换从布拉格光栅反射的光波长的手动光元件。聚合物布拉格光栅主要在光接收端作为光过滤器使用，在光通信领域为广泛使用的元件，因而为公知的技术。
(参考文献：韩国注册专利号第10-0367095号)
图4为显示本发明的一实施例的光时域反射仪(OTDR)的结构的附图。
如图4所示，本发明的光时域反射仪包括：聚合物波长可调谐激光器402、光循环器404、光过滤器406、光接收部407、模拟-数字转换部409、信号处理及控制部410、波长信号发生部401、光源控制部408、后置光放大部403(Post-Optical Amplifier)及前置光放大部405(Pre-Optical amplifier)。
首先，通过图5对聚合物波长可调谐激光器402的结构进行具体说明。
聚合物波长可调谐激光器402输出可调谐波长的光信号。聚合物波长可调谐激光器402包括：激光二极管501，输出连续波CW(Continuous Wave)光信号，并在一面涂敷抗反射膜(Anti reflection)；聚合物布拉格光栅(Bragg grating)波导504，通过与激光二极管501的外部共振，控制CW激光的波长；列电极502，在聚合物布拉格光栅波导504添加列，而转换并控制布拉格光栅的温度。
聚合物布拉格光栅波导502通过聚合物材料制造波导，并在所述波导生成布拉格光栅(Bragg grating)。所述布拉格光栅波导如上言及所示，是一种在入射的各种波长的光信号中仅反射根据光栅间距设定的光波长λ1的光信号，并通过剩下的波长的手动光元件。
因此，在一面涂敷有抗反射膜(Anti reflection)的激光二极管501的光输出中，光波长λ1的光信号由所述聚合物布拉格光栅波导504反射而回归至所述激光二极管501。因此，激光二极管501与所述聚合物布拉格光栅波导504通过外部谐振器发生作用，最后，激光二极管501输出光波长λ1的光信号。
另外，聚合物具有热光学效应并具有根据热而折射率发生变化的特征。因此，聚合物布拉格光栅波导504将按照根据列电极502施加的热而反射的光波长调谐为另一光波长λ2，由此，调谐激光二极管501与聚合物布拉格光栅波导504之间的共振波长，最后，激光二极管501输出光波长λ2的光信号。
图6为例示根据列电极502的控制而造成聚合物布拉格光栅波导的温度变化的聚合物波长可调谐激光的光输出。图6中温度T为5、25、55℃时，聚合物波长可调谐激光器402的光输出波长分别为λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)。此时，聚合物波长可调谐激光器402的光输出因光源控制部保持固定而相同。光源控制部408在聚合物波长可调谐激光器402上也保持激光二极管501的温度固定。
再次参照图4，对利用聚合物波长可调谐激光器402的光时域反射仪OTDR的运行进行说明。首先，信号处理及控制部410输出用于调谐聚合物波长可调谐激光器402的运行波长的控制信号。信号处理及控制部401将与聚合物波长可调谐激光器402内的激光二极管501的光输出强度及温度控制相关的控制信号传输至光源控制部408，光源控制部408执行与控制信号对应的控制，控制激光二极管501的光输出强度及温度。光源控制部408的结构与普通的用于激光的自动光输出控制(APC：Automatic Power Control)及自动温度控制(ATC：Automatical Temperature Control)的结构相同。
信号处理及控制部410传输与脉冲的开始及脉冲宽度相关的控制信号，以使波长信号发生部401生成聚合物加热器驱动信号(图4中的a)。然后，聚合物波长可调谐激光器402的列电极502根据控制信号而控制聚合物布拉格光栅波导504的温度。
此时，如图8a所示，所述加热器驱动信号为LOW电平(电平0)时，聚合物布拉格光栅波导的反射光波长设为λ1，为HIGH电平(电平1)时，聚合物布拉格光栅波导的反射光波长设为λ2，对于各个情况，聚合物波长可调谐激光器402的光波长分别如图8(e)所示生成λ1、λ2的光信号。
并且，将聚合物波长可调谐激光器402的光输出与聚合物加热器驱动信号比较显示时，如图8(b)所示。当进行研究时，光输出根据时间轴而按一定的光输出持续保持。并且，根据加热器驱动信号的电平，聚合物波长可调谐激光器402的波长转换为λ1或λ2。
为了检测光缆线路(102)的状态，由波长可调谐激光器(402)输出的测定光信号，包含特定波长的多个波长随着经过时间而交替显现，并且，当仅显示具有特定波长时，具有光脉冲的形式。
例如，如图8(b)显示所示，测定光信号的具有波长λ1及波长λ2的光信号随着经过时间而交替显现，并从光信号中仅单独取下具有波长λ2的部分而研究时，具有光脉冲的形式或与光脉冲类似的形式。
聚合物波长可调谐激光器402的光输出通过后置光纤放大器403及光循环器404而入射至光缆线路102。入射的光信号根据光缆线路的状态反射，所反射的光信号入射至光循环器404之后，通过前置光放大部405而输出至光过滤器406。
由光缆线路102反射的光信号如图8(c)所示。图8(c)的光信号形式作为例示，根据光缆线路的状态而具有不同的形式。光过滤器406通过波长λ2的光信号并且过滤剩下的波长λ1的光信号而未予通过。光过滤器406的输出光信号如图8(d)所示。
由光缆线路102反射而至的信号的具有包含特定波长λ2的多个波长的光信号交替显现，但光过滤器406通过特定波长λ2的光信号，而除特定波长λ2之外的其它波长的光信号未予通过。
所述光过滤器406的输出光信号d通过光接收部407进行光电转换，通过模拟-数字转换部409转换为数字信号之后，通过信号处理及控制部410进行信号处理，而分析光缆线路的状态。例如，根据测量所入射的光信号反射回来的时间，而判断是否为非正常的光缆线路的切断及切断位置。
后置光放大部403与前置光放大部405根据需要确定能否使用。前置光放大部403及后置光放大部405使用光纤放大器(Fiber amplifier)、半导体光纤放大器(Semiconductor optical amplifier)等。
并且，光循环器404能够用定向光耦合器(directional optical coupler)代替，图7为显示光循环器404与定向光耦合器(directional optical coupler)的端口对应关系。
在本说明书中包含大量特征，而该特征并非以限定本发明的范围或权利要求范围进行解释。并且，在本说明书中各个实施例中说明的特征能够在一个实施例中结合而实现。相反，在本说明书中的一个实施例中说明的各种特征能够在各个不同的实施例中实现，或适当结合实现。
综上说明的本发明，对于本发明的所属的技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的技术思想的范围内，能够进行各种置换、变形及变更，因而，并非根据上述实施例及附图进行限定。

Claims (14)

1.一种光时域反射仪，其用于检测光缆线路(102)的状态，其特征在于，包括：
波长可调谐激光器(402)，输出可调谐波长的光信号；
信号处理及控制部(410)，输出用于调谐所述波长可调谐激光器(402)的运行波长的控制信号；
光过滤器(406)，过滤由所述光缆线路(102)反射的光信号，
根据时间轴保持由所述波长可调谐激光器(402)输出的光信号的光输出，并根据所述控制信号，所述波长可调谐激光器(402)输出的光信号的波长在包括第一波长(λ1)及第二波长(λ2)的波长之间转换，
所述光过滤器(406)通过所述第二波长(λ2)的光信号通过，而未予通过所述第一波长(λ1)的光信号。
2.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，
所述波长可调谐激光器(402)包括：
激光二极管(501)，一面涂敷有抗反射膜；
聚合物布拉格光栅波导(504)，控制通过列电极(502)反射的波长，
其中，所述列电极(502)通过所述控制信号而控制所述聚合物布拉格光栅波导(504)的温度。
3.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：光循环器(404)，将所述波长可调谐激光器(402)的光输出入射至所述光缆线路(102)，并将从所述光缆线路(102)反射的信号传输至所述光过滤器(406)。
4.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，
所述波长可调谐激光器(402)的光输出强度保持一定。
5.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，
所述控制信号具有两个以上电平，所述波长可调谐激光器(402)根据各个电平而输出相互不同波长的光信号。
6.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：后置光纤放大器(403)，放大所述波长可调谐激光器(402)的光输出。
7.根据权利要求3所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：前置光纤放大器(405)，放大所述光循环器(404)的光输出，而传输至所述光过滤器(406)。
8.一种光时域反射仪，其用于检测光缆线路(102)的状态，其特征在于，包括：
波长可调谐激光器(402)，输出可调谐波长的光信号；
信号处理及控制部(410)，输出用于调谐所述波长可调谐激光器(402)的运行波长的控制信号；
光过滤器(406)，过滤由所述光缆线路(102)反射的光信号，
根据时间轴保持由所述波长可调谐激光器(402)输出的光信号的光输出，并根据所述控制信号而所述波长可调谐激光器(402)输出的光信号的波长在包括第一波长(λ1)及第二波长(λ2)的波长之间转换，
所述光过滤器(406)使得所述第二波长(λ2)的光信号通过，并未予通过所述第一波长(λ1)的光信号，
所述波长可调谐激光器(402)包括：
激光二极管(501)，一面涂敷有抗反射膜；
聚合物布拉格光栅波导(504)，控制通过列电极(502)反射的波长，并通过所述激光二极管(501)的外部谐振器运行，
其中，所述列电极(502)通过所述控制信号控制所述聚合物布拉格光栅波导(504)的温度。
9.根据权利要求8所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：光循环器(404)，将所述波长可调谐激光器(402)的光输出入射至所述光缆线路(102)，并输出从所述光缆线路(102)反射的信号。
10.根据权利要求8所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：定向光耦合器，将所述波长可调谐激光器(402)的光输出入射至所述光缆线路(102)，并输出由所述光缆线路(102)反射的信号。
11.一种光时域反射仪，其特征在于，包括：
波长可调谐激光器(402)，生成入射至所述光缆线路(102)的光信号，用于检测光缆线路(102)的状态，并且，所述光信号的波长根据时间而在包含第一波长(λ1)及第二波长(λ2)的波长之间转换，但所述光信号的光强度与波长无关而被控制为预定的大小；
光过滤器(406)，在从所述光缆线路(102)接收的光信号中仅提取特定光波长的光信号；及
光接收部(407)，对从所述光过滤器(406)提取的光信号进行光电转换，
其中，所述光过滤器(406)使得所述第二波长(λ2)的光信号通过，并未予通过所述第一波长(λ1)的光信号。
12.根据权利要求11所述的光时域反射仪，其特征在于，
所述波长可调谐激光器(402)包含聚合物布拉格光栅波导(504)，
在所述波长可调谐激光器(402)中，光信号的波长通过所述聚合物布拉格光栅波导(504)的温度进行控制。
13.一种光时域反射仪，其用于检测光缆线路(102)的状态，其特征在于，包括：
波长可调谐激光器(402)，输出可调谐波长的光信号；
信号处理及控制部(410)，输出用于调谐所述波长可调谐激光器(402)的运行波长的控制信号；
为了检测所述光缆线路(102)的状态，从所述波长可调谐激光器(402)输出的测定光信号，
i)包含特定波长(λ2)的过个波长随着经过时间而交替显现，
ii)仅显示具有所述特定波长(λ2)的部分时，具有光脉冲形式或与光脉冲类似的形式。
14.根据权利要求13所述的光时域反射仪，其特征在于，
还包括：光过滤器(406)，过滤从所述光缆线路(102)反射的光信号，
所述光过滤器(406)通过所述特定波长(λ2)的光信号，未予通过除所述特定波长(λ2)之外的其它波长的光信号。
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