專利名稱：多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光通信線路故障定位的相干光時(shí)域反射儀，尤其是用于長(zhǎng)距離、 多中繼放大的海底通信光纜健康監(jiān)測(cè)的相干光時(shí)域反射儀。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著全球信息量的增加，海底光纜通信系統(tǒng)已經(jīng)成為越洋通信的最重要方式， 承擔(dān)著絕大部分的數(shù)據(jù)量傳輸。由于海纜系統(tǒng)地處深海，易受海底地質(zhì)變化及人為因素的破壞，維護(hù)相當(dāng)費(fèi)時(shí)和昂貴，因而必須有一種監(jiān)測(cè)手段實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海纜的健康狀態(tài)，能識(shí)別潛在的或已發(fā)生的事件位置和事件類型，這樣為海纜系統(tǒng)維護(hù)提供準(zhǔn)確的信息。相干光時(shí)域反射儀是目前成熟的海纜系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，它的基本原理是將探測(cè)光脈沖發(fā)射到海纜光纖對(duì)中的下行光纖，利用光纖對(duì)之間的回路，探測(cè)脈沖在下行光纖中產(chǎn)生背向瑞利散射信號(hào)被部分耦合到上行光纖，并最終傳輸回反射儀的測(cè)試輸入端，然后利用相干檢測(cè)技術(shù)，測(cè)量出背向瑞利散射的功率分布，從而判斷出整條海纜的健康狀況，有效識(shí)別出線路放大器的增益，光纖損耗，光反射或光纖斷點(diǎn)等事件大小及位置。目前，商用的相干光時(shí)域反射儀(COTDR)使用單頻窄線寬探測(cè)脈沖，相干探測(cè)只是產(chǎn)生單個(gè)中頻信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)該中頻信號(hào)的功率變化，可獲得整條光纖線路的健康分布。由于相干探測(cè)技術(shù)必須使用窄線寬的光源，容易產(chǎn)生相干瑞利噪聲，該噪聲會(huì)引起測(cè)試結(jié)果的波動(dòng)，從而降低事件識(shí)別的分辨率。消除相干瑞利噪聲的有效辦法就是進(jìn)行多次獨(dú)立的測(cè)試，并對(duì)這些測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平均，這樣就可以降低噪聲大小。另外，由于線路會(huì)積累很強(qiáng)大的放大自發(fā)輻射噪聲，測(cè)量信噪比很小，所以為了提高測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，也需要多次平均測(cè)試結(jié)果。但是，由于海纜線路很長(zhǎng)，例如8000km的線路，單次測(cè)量時(shí)間就達(dá)80毫秒，測(cè)試一般需要2"5平均次數(shù)，那么總測(cè)量時(shí)間高達(dá)1. 5小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，測(cè)量時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差。尤其在高精度測(cè)量時(shí)，平均次數(shù)更多，測(cè)量時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。如何有效提升COTDR的動(dòng)態(tài)范圍、降低衰落噪聲、提高測(cè)量速度都是COTDR研究的重要內(nèi)容。增加入射脈沖的峰值功率可以提升動(dòng)態(tài)范圍，但是功率大小會(huì)受到光纖受激布里淵散射非線性效應(yīng)的限制，同時(shí)考慮到線路正常運(yùn)行對(duì)脈沖功率的限制，該方法動(dòng)態(tài)范圍提升有限。通過(guò)脈沖編碼的方式，也可以增加測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍，但這會(huì)急劇地增加系統(tǒng)信號(hào)處理的時(shí)間，該方法幾乎不適用于長(zhǎng)距離海底光纜監(jiān)測(cè)。此外，增加測(cè)量樣本數(shù)及平均次數(shù)也能有效提升動(dòng)態(tài)范圍、降低噪聲和提高測(cè)量速度。國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了利用不同頻率探測(cè)光脈沖序列作為探測(cè)光脈沖的相干光時(shí)域反射儀的研究，他們使用不同大小的注入電流脈沖序列來(lái)調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出光頻率，就可以產(chǎn)生不同頻率探測(cè)光脈沖序列。這些不同頻率脈沖序列在測(cè)試光纖內(nèi)產(chǎn)生的背向瑞利散射信號(hào)與單一頻率本振相干后，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)，但是中頻信號(hào)之間會(huì)有與脈沖序列相對(duì)應(yīng)的時(shí)延，時(shí)間上并不同步。隨后對(duì)每個(gè)中頻進(jìn)行處理，最終合成測(cè)量結(jié)果。相對(duì)傳統(tǒng)的單頻C0TDR，這里的每一個(gè)中頻信號(hào)就對(duì)應(yīng)一個(gè)單頻C0TDR，多路中頻信號(hào)對(duì)應(yīng)多個(gè)單頻 C0TDR，所以多頻脈沖序列COTDR能有效提升測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，降低衰落噪聲，并提高測(cè)量速度。但是，由于不同的中頻信號(hào)會(huì)出現(xiàn)時(shí)延，所以該方案會(huì)帶來(lái)額外盲區(qū)這個(gè)缺點(diǎn)。而且，由于必須在超長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間內(nèi)保持探測(cè)光頻率的穩(wěn)定性，利用注入電流精確控制光源頻率也是非常困難的，需要對(duì)激光器及其控制電路進(jìn)行精密的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是，為了提升相干光時(shí)域反射儀的性能和測(cè)量效率，本發(fā)明提出多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀方法和裝置。發(fā)明的技術(shù)方案如下
多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，所述方法包括 將連續(xù)形式的多頻光調(diào)制成同步的多頻探測(cè)光脈沖，并注入到被測(cè)光纖； 將所述的同步多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號(hào)與本振光進(jìn)行相干，產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)；
對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)試結(jié)果。所述的方法還包括同時(shí)輸入與多頻探測(cè)光脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖，以消除光路放大器的浪涌。所述的連續(xù)形式多頻光是單頻激光經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光、多波長(zhǎng)激光輸出的多頻光或多個(gè)獨(dú)立的激光組合而成的多頻光。對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)試結(jié)果，具體包括
對(duì)多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大，然后對(duì)多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理獲得每個(gè)中頻信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布；
或?qū)Χ鄠€(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大后分成多路，每路用濾波器濾出不同頻率的中頻信號(hào)，并對(duì)每路濾出中頻信號(hào)并行地采樣和數(shù)字信號(hào)處理，獲得不同頻率的中頻信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布。所述的用于經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生多頻光的單頻激光，用作本振光。所述的同時(shí)用于多頻光產(chǎn)生和本振光的單頻激光，其頻率隨測(cè)試周期同步改變， 以降低相干噪聲。多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，所述裝置包括
多頻光源模塊，用于為產(chǎn)生同步多頻探測(cè)光脈沖提供多頻光源； 本振光模塊，用于提供相干探測(cè)所需的本振光；
多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊，用于對(duì)所述的連續(xù)多頻光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，產(chǎn)生同步的多頻探測(cè)光脈沖；
相干探測(cè)模塊，用于對(duì)所述的多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號(hào)進(jìn)行相干檢測(cè)，產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)；
中頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)相干檢測(cè)模塊產(chǎn)生的多個(gè)中頻進(jìn)行處理，并最終獲得測(cè)試結(jié)果。所述裝置中的多頻光源模塊是單頻激光光源經(jīng)相位調(diào)制器而產(chǎn)生的多頻激光、多波長(zhǎng)激光器輸出的多頻光源或多個(gè)獨(dú)立的激光器組合而成的多頻光源。所述的用于經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生多頻光源的單頻激光用作本振光。所述的同時(shí)用做多頻光源產(chǎn)生和本振光的單頻激光光源，其頻率隨測(cè)試周期同步改變，以降低相干噪聲。所述的多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊是聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
所述的裝置還包括與探測(cè)光脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖，以消除線路中光放大器的浪涌。所述裝置還包括擾偏模塊，用于對(duì)探測(cè)光脈沖的偏振進(jìn)行擾動(dòng)；隨機(jī)改變連續(xù)多頻光的偏振，或者多頻脈沖光的偏振。所述裝置還包括互補(bǔ)光脈沖模塊，用于消除光纖線路放大器的浪涌。本發(fā)明的有益效果是與異步探測(cè)光脈沖相比，使用同步多頻探測(cè)光脈沖(將多頻光源進(jìn)行脈沖調(diào)制形成多頻探測(cè)光脈沖)，產(chǎn)生多個(gè)同步的中頻信號(hào)，通過(guò)同步處理多頻信號(hào)就可以獲得測(cè)試結(jié)果。這樣不僅消除了因脈沖非同步而產(chǎn)生的額外盲區(qū)，并且節(jié)省了數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間；還可以有效地增加測(cè)量次數(shù)和測(cè)量樣本數(shù)，提升動(dòng)態(tài)范圍，降低衰落噪聲和提升測(cè)量速度，而且實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)處理會(huì)相對(duì)更簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明涉及的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀方法的基本示意圖。圖2是本發(fā)明涉及的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀方法的一種實(shí)施示意圖。圖3是本發(fā)明涉及的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀方法的另一種實(shí)施示意圖。圖4是本發(fā)明所涉及的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀裝置的基本示意圖。圖5是本發(fā)明涉及的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的一種實(shí)施裝置圖，其中多頻光源由單頻光源經(jīng)相位調(diào)制產(chǎn)生，本振也由同一單頻光源提供。圖6是單頻激光光源在相位調(diào)制器調(diào)制深度為1. 435時(shí)產(chǎn)生的多頻光功率譜示意圖。圖7是圖6所示的多頻探測(cè)光產(chǎn)生的多頻瑞利散射信號(hào)，及其與單頻本振光相干產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)的示意圖。圖8是圖6所示的多頻探測(cè)光產(chǎn)生的典型探測(cè)曲線。圖9是單頻激光光源在相位調(diào)制器調(diào)制深度為2. 405時(shí)產(chǎn)生的多頻光功率譜示意圖。圖10是圖9所示的多頻探測(cè)光產(chǎn)生的多頻瑞利散射信號(hào)，及其與單頻本振光相干產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)的示意圖。圖11是圖9所示的多頻探測(cè)光產(chǎn)生的典型探測(cè)曲線。圖12是帶有互補(bǔ)光脈沖的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的一種實(shí)施裝置圖。其中多頻光源由單頻光源經(jīng)相位調(diào)制產(chǎn)生，本振也由同一單頻光源提供；互補(bǔ)光由不同波長(zhǎng)的互補(bǔ)光源調(diào)制產(chǎn)生。圖13是探測(cè)光脈沖和互補(bǔ)光脈沖的時(shí)序結(jié)構(gòu)圖。圖中1.單頻激光光源；2.分束器；3.相位調(diào)制器；4.摻鉺光纖放大器；5.光脈沖調(diào)制器；6.擾偏器；7.環(huán)形器；8.光接口 ；9. X型3dB耦合器；10.平衡光電探測(cè)器； 11.電放大器；12.帶通濾波單元；13.模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；14.數(shù)字下變頻單元；15.數(shù)字濾波單元；16.數(shù)據(jù)疊加及平均單元；17.互補(bǔ)光光源；18.密集波分復(fù)用器；19.數(shù)字信號(hào)處理單元；100.多頻探測(cè)光脈沖單元；101.相干探測(cè)單元；102.信號(hào)處理單元；103.單頻激光光源；104.相位調(diào)制；105.光脈沖調(diào)制；106.多頻激光光源；107.本振光光源；200.多頻光源模塊；201.本振光模塊；202.多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊；203.相干探測(cè)模塊；204.多頻信號(hào)處理模塊；205.光放大模塊；206.擾偏模塊；207.互補(bǔ)光脈沖模塊。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)的說(shuō)明更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式做進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例1
參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法。該方法使用多頻探測(cè)光脈沖作為探測(cè)光脈沖，然后通過(guò)相干技術(shù)測(cè)量多頻探測(cè)光產(chǎn)生的背向瑞利散射，產(chǎn)生多個(gè)中頻，最后對(duì)多頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到探測(cè)結(jié)果。該方法包括
多頻探測(cè)光脈沖100 連續(xù)形式的多頻激光經(jīng)過(guò)光脈沖調(diào)制器產(chǎn)生多頻探測(cè)光脈沖， 并將該多頻探測(cè)光脈沖作為探測(cè)脈沖，注入到被測(cè)光纖。其中，連續(xù)形式的多頻激光可以有多種形式，如單頻激光經(jīng)過(guò)相位調(diào)制產(chǎn)生多頻光，由多個(gè)單頻激光組成的多頻激光，或由多波長(zhǎng)激光器直接輸出的多頻光等。而且，所述的單頻激光光源可以用作本振光，其頻率可以隨測(cè)量周期同步改變，以降低相干噪聲。相干探測(cè)101 對(duì)多頻探測(cè)光脈沖產(chǎn)生的多頻背向瑞利散射信號(hào)進(jìn)行相干探測(cè)， 產(chǎn)生多個(gè)不同頻率的中頻。其中，由于瑞利散射信號(hào)的頻率與入射脈沖的頻率相同，功率與入射脈沖的功率成正比，所以多頻探測(cè)光脈沖產(chǎn)生的瑞利散射是個(gè)多頻的散射信號(hào)，而且其頻譜與入射脈沖的頻譜成正比。所以經(jīng)過(guò)相干探測(cè)，多頻散射信號(hào)就轉(zhuǎn)化為多個(gè)中頻信號(hào)。多頻信號(hào)處理102 對(duì)多個(gè)中頻進(jìn)行同步信號(hào)處理，從而獲得最終的探測(cè)結(jié)果。其中，多頻信號(hào)處理方法包括對(duì)多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大，然后對(duì)多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理獲得每個(gè)中頻的信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布；或?qū)Χ鄠€(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大后分成多路，每路用濾波器濾出不同頻率的中頻， 并對(duì)每路濾出中頻信號(hào)并行地采樣和數(shù)字信號(hào)處理，獲得不同頻率的中頻信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布。而且，根據(jù)光路的損耗分布，我們可以進(jìn)一步推斷出光路的事件類型和大小。實(shí)施例2
參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的實(shí)施方法。該方法采用同一單頻光源，一路經(jīng)相位調(diào)制和脈沖調(diào)制的作用后產(chǎn)生多頻探測(cè)光脈沖，另一路用作本振光。多頻探測(cè)光脈沖產(chǎn)生的多頻瑞利散射信號(hào)與本振相干產(chǎn)生多個(gè)不同頻率的中頻信號(hào)，通過(guò)處理這些中頻信號(hào)就可獲得監(jiān)測(cè)結(jié)果。該方法詳細(xì)內(nèi)容如下
單頻激光光源103發(fā)出的激光經(jīng)分路器分成兩路，一路經(jīng)相位調(diào)制104產(chǎn)生連續(xù)形式的多頻激光，然后經(jīng)光脈沖調(diào)制105產(chǎn)生多頻的探測(cè)光脈沖，最終注入到被測(cè)光纖，另一路用做相干探測(cè)所需的本振光；
利用相干探測(cè)101，多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的背向瑞利散射產(chǎn)生多個(gè)頻率的中頻信號(hào)；
對(duì)多頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理102，將各個(gè)中頻信號(hào)合并成總信號(hào)，得到探測(cè)曲線。實(shí)施例3
參見圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的實(shí)施方法。該方法利用光脈沖調(diào)制器將多頻激光調(diào)制成多頻探測(cè)光脈沖，其產(chǎn)生的多頻背向散射與一個(gè)獨(dú)立的單頻本振光源進(jìn)行相干，得到多頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到監(jiān)測(cè)結(jié)果。該方法詳細(xì)內(nèi)容如下
連續(xù)的多頻激光光源106經(jīng)光脈沖調(diào)制105產(chǎn)生多頻的探測(cè)光脈沖，然后被注入到被測(cè)光纖，而本振光由另一單頻激光光源107提供；
利用相干探測(cè)101，多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的背向瑞利散射與本振光混合， 產(chǎn)生多個(gè)頻率的中頻信號(hào)；
對(duì)多頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理102，將各個(gè)中頻信號(hào)合并成總信號(hào)，得到探測(cè)曲線。實(shí)施例4
參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，該裝置詳細(xì)內(nèi)容如下
多頻光源模塊200 提供產(chǎn)生多頻探測(cè)光脈沖的多頻激光。其中，連續(xù)形式的多頻激光可以有多種形式，如單頻激光經(jīng)過(guò)相位調(diào)制產(chǎn)生的多頻光，由多個(gè)單頻激光組成的多頻激光，或由多波長(zhǎng)激光器直接輸出的多頻光。本振光模塊201 提供相干探測(cè)所需的本振光。多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊202 對(duì)連續(xù)多頻光進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而產(chǎn)生多頻探測(cè)光脈沖。其中，可以使用聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器等實(shí)現(xiàn)光脈沖調(diào)制。相干探測(cè)模塊203 對(duì)多頻背向瑞利散射進(jìn)行相干探測(cè)，產(chǎn)生多頻信號(hào)。中頻信號(hào)處理模塊204 對(duì)多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理處理，從而獲得測(cè)試結(jié)果。此外，該裝置還包括用于降低偏振噪聲的擾偏模塊206，包括放大光功率的光放大模塊205，包括與探測(cè)脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光模塊207。實(shí)施例5
參見圖5，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，該裝置詳細(xì)內(nèi)容如下
單頻激光光源1的輸出光經(jīng)90 10的分束器2分成兩路光，90%端口輸出的光作為探測(cè)光源，10%端口輸出的光作為本振光。探測(cè)光源進(jìn)入相位調(diào)制器3，被相位調(diào)制產(chǎn)生多個(gè)頻譜。相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)是正弦射頻信號(hào)，當(dāng)相位調(diào)制器3的調(diào)制深度調(diào)節(jié)至1. 435，相位調(diào)制器3輸出的0階和士 1階頻率的光功率相等，其輸出光的功率譜如圖6所示。相位調(diào)制器3輸出的多頻連續(xù)光經(jīng)摻鉺光纖放大器4放大后，功率會(huì)得到提升，然后經(jīng)聲光調(diào)制器5調(diào)制成高消光比的多頻探測(cè)光脈沖。多頻探測(cè)光脈沖經(jīng)擾偏器6擾偏后， 經(jīng)光環(huán)形器7和光接口 8被注入被測(cè)光纖。多頻探測(cè)光脈沖在探測(cè)光纖會(huì)產(chǎn)生背向的瑞利散射，由于瑞利散射信號(hào)的頻率與入射脈沖的頻率相同，功率與入射脈沖的功率成正比，所以多頻探測(cè)光脈沖產(chǎn)生的瑞利散射是個(gè)多頻的散射信號(hào)，而且其頻譜與入射脈沖的頻譜成正比。多頻的背向瑞利散射光與單頻本振光在3dB的X型耦合器9混合，并輸入到光電平衡探測(cè)器10進(jìn)行外差探測(cè)，產(chǎn)生
多個(gè)中頻信號(hào)。相干外差探測(cè)過(guò)程如圖7所示,其中是本振與瑞利信號(hào)名之間的
差頻，JW和/,T-!是本振/皿與瑞利信號(hào)/+1和/_4之間的差頻……
相比于傳統(tǒng)的單頻C0TDR，多頻探測(cè)光COTDR必須同時(shí)處理多路中頻信號(hào)，所以信號(hào)處理相對(duì)更復(fù)雜。在本實(shí)施例中，光電探測(cè)器10輸出的多個(gè)中頻信號(hào)經(jīng)低噪聲電放大器11 放大后分為三路，并由帶通濾波單元12濾出探測(cè)光的0階和士 1階產(chǎn)生的中頻信號(hào)，即圖
7中所示的/肩，和三個(gè)中頻信號(hào)，做并行信號(hào)處理。此三個(gè)中頻信號(hào)分別經(jīng)模
數(shù)轉(zhuǎn)換單元13完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，然后經(jīng)數(shù)字下變頻單元14完成數(shù)字下變頻，再由數(shù)字濾波單元15提取出中頻信號(hào)功率，最后利用數(shù)據(jù)疊加及平均單元16對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，并對(duì)多次測(cè)量進(jìn)行平均后，得到最終的測(cè)試結(jié)果。圖8是脈寬Ius的多頻探測(cè)脈沖產(chǎn)生的典型測(cè)試結(jié)果，相比傳統(tǒng)單頻探測(cè)光方案， 不僅具有較小的衰落噪聲，而且動(dòng)態(tài)范圍也有提升；與異步探測(cè)光脈沖相比，不僅消除了測(cè)試盲區(qū)，而且降低了中頻數(shù)據(jù)處理單元所需的存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間。實(shí)施例6
參見圖5，若優(yōu)化聲光調(diào)制器4的移頻與相位調(diào)制器3的調(diào)制頻率的關(guān)系，可以使相位調(diào)制器3輸出的0階和-1階光信號(hào)產(chǎn)生的瑞利散射信號(hào)與單頻本振光相干得到頻率相同的兩個(gè)中頻。假設(shè)單頻激光光源1的頻率為Λ，聲光調(diào)制器頻移量為/^u，相位調(diào)制器3的驅(qū)動(dòng)頻率為，則經(jīng)相位調(diào)制后的ο和士ι階頻率為/,, Λ±/ ；再經(jīng)聲光調(diào)制器4移頻/^au 后，這三個(gè)頻率變?yōu)棣?-fm , Λ , Λ +fm。通過(guò)優(yōu)化和的關(guān)系，當(dāng)
時(shí)，它們對(duì)應(yīng)的背向瑞利散射信號(hào)與單頻本振光外差得到的中頻信號(hào)為I-Λ_|， f迎,3/嫌,這樣探測(cè)光0階和-1階光脈沖產(chǎn)生的外差中頻相同。這意味著兩路中頻信號(hào)在相干探測(cè)過(guò)程中被自動(dòng)地合成了，這樣不僅能有效降低多個(gè)中頻處理的復(fù)雜度，同時(shí)也能提升測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍和降低衰落噪聲。實(shí)施例7
參見圖5，相位調(diào)制器3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)相位調(diào)制器3的驅(qū)動(dòng)電壓使其調(diào)制深度為2. 405，使相位調(diào)制器3輸出光的功率集中在士1和士2階頻率上，其輸出光的功率譜如圖9所示。脈沖調(diào)制器5可以使用電光調(diào)制器或者聲光調(diào)制器，若使用聲光調(diào)制器， 本振光應(yīng)同時(shí)使用具有相等頻移的聲光調(diào)制器，這樣確保多頻探測(cè)光脈沖的功率譜相對(duì)于本振光頻率對(duì)稱。由于多頻探測(cè)光脈沖的功率譜相對(duì)于本振光頻率對(duì)稱，所以相干探測(cè)產(chǎn)生的中頻兩兩頻率相等，從而只會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率厶和2厶的中頻，其相干過(guò)程如圖10所示。多個(gè)中頻經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，就可以得到測(cè)試結(jié)果，圖11就是脈寬Ius的探測(cè)脈沖產(chǎn)生的測(cè)試結(jié)果。由于該特殊情況下士1或士2階光譜產(chǎn)生的拍頻相等，不僅能有效降低中頻數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，同時(shí)也能提升動(dòng)態(tài)范圍和降低衰落噪聲。實(shí)施例8
參見圖12，本發(fā)明實(shí)施例提供了包含互補(bǔ)光脈沖的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的一種實(shí)施裝置圖，該裝置詳細(xì)內(nèi)容如下
與圖5相比，本實(shí)施例裝置中包含了與多頻探測(cè)光相互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖。互補(bǔ)光源經(jīng)脈沖調(diào)制器5作用后，與多頻探測(cè)光通過(guò)波分復(fù)用器組合成功率連續(xù)的探測(cè)/互補(bǔ)光，其結(jié)構(gòu)見圖13。這樣波長(zhǎng)不同、但功率相同的探測(cè)/互補(bǔ)光能避免光路中放大器的浪涌，避免探測(cè)光的變形，從而保證COTDR的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)施例9
本發(fā)明實(shí)施例提供了多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的另一種實(shí)施裝置，該裝置詳細(xì)內(nèi)容如下
多頻激光是通過(guò)相位調(diào)制單頻激光光源1獲得，然后通過(guò)光放大器4，光脈沖調(diào)制器5 和擾偏器6后產(chǎn)生高功率、偏振隨機(jī)的多頻光脈沖，并被注入到測(cè)試光纖。該多頻光脈沖產(chǎn)生的多頻瑞利散射信號(hào)與本振光源17進(jìn)行相干203，產(chǎn)生出多中頻信號(hào)，最后利用多頻信號(hào)處理204就得到測(cè)試結(jié)果。與圖5相比，本實(shí)施例使用單獨(dú)的激光光源作為相干探測(cè)的本振光源17。利用光學(xué)相位鎖定環(huán)路，本振光源17的頻率與單頻激光光源1的頻率可以被鎖定，這樣本振光源 17與激光光源1所產(chǎn)生的多頻光脈沖的瑞利信號(hào)相干就能產(chǎn)生穩(wěn)定的中頻，從而可以用于實(shí)際測(cè)量。另外，本實(shí)施例使用了另一種多頻信號(hào)處理方法204。該多頻信號(hào)處理還可以采用以下的方法將多頻信號(hào)進(jìn)行放大11和抗混濾波12后，直接對(duì)它進(jìn)行數(shù)字采樣13，然后對(duì)采樣后的多頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理19，例如數(shù)字下變頻或傅立葉變換，可獲得各個(gè)中頻的信號(hào)，最后合并所有中頻信號(hào)16，就可以獲得測(cè)試結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征在于，所述方法包括將連續(xù)形式的多頻光調(diào)制成同步的多頻探測(cè)光脈沖，并注入到被測(cè)光纖；將所述的同步多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號(hào)與本振光進(jìn)行相干，產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)；對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)試結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征在于，所述的連續(xù)形式多頻光是單頻激光經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光、多波長(zhǎng)激光輸出的多頻光或多個(gè)獨(dú)立的激光組合而成的多頻光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征在于，對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)試結(jié)果對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大，然后進(jìn)行數(shù)字采樣，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理手段獲得每個(gè)中頻信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布；或?qū)Χ鄠€(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行放大后分成多路，然后每路用濾波器濾出不同頻率的中頻信號(hào)，并對(duì)每路濾出中頻信號(hào)并行地采樣和數(shù)字信號(hào)處理，獲得不同頻率的中頻信號(hào)，最后合成所有的中頻信號(hào)，得到測(cè)試光路的損耗分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單頻激光經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光，其特征在于，所述的單頻激光同時(shí)用作本振光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時(shí)用于多頻光產(chǎn)生和本振光的單頻激光，其特征在于，其輸出頻率隨測(cè)量周期同步改變，以降低相干噪聲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征在于，所述的方法還包括同時(shí)輸入與多頻探測(cè)光脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖，以消除光路放大器的浪涌。
7.一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述裝置包括多頻光源模塊，用于提供產(chǎn)生多頻探測(cè)光脈沖所需的連續(xù)多頻光源；本振光模塊，用于提供相干探測(cè)所需的本振光；多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊，用于對(duì)所述的連續(xù)多頻光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，產(chǎn)生同步的多頻探測(cè)光脈沖；相干探測(cè)模塊，用于對(duì)所述的多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號(hào)進(jìn)行相干檢測(cè)，產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)；中頻信號(hào)處理模塊，用于對(duì)所述的相干探測(cè)模塊產(chǎn)生的多個(gè)中頻進(jìn)行處理，并最終獲得測(cè)試結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述的多頻光源模塊是單頻激光光源經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光源與多波長(zhǎng)激光器輸出的多頻光源或多個(gè)獨(dú)立的激光器組合而成的多頻光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單頻激光光源經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光源，其特征在于， 所述的單頻激光光源同時(shí)為本振光光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同時(shí)用作多頻光源產(chǎn)生和本振光的單頻激光光源，其特征在于，其輸出頻率隨測(cè)量周期同步改變，以降低相干噪聲。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述的多頻探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊是聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括光放大模塊，用于放大連續(xù)多頻光的功率，或放大探測(cè)光脈沖的功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括擾偏模塊，用于隨機(jī)改變連續(xù)多頻光的偏振，或者多頻脈沖光的偏振。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述的裝置還設(shè)有與探測(cè)光脈沖互補(bǔ)的互補(bǔ)光脈沖模塊，以消除線路中光放大器的浪涌。
全文摘要
一種多頻探測(cè)光相干光時(shí)域反射儀的方法，所述方法包括將連續(xù)形式的多頻光調(diào)制成同步的多頻探測(cè)光脈沖，并注入到被測(cè)光纖；將所述的同步多頻探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的多頻背向散射信號(hào)與本振光進(jìn)行相干，產(chǎn)生多個(gè)中頻信號(hào)；對(duì)所述的多個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)試結(jié)果。所述的連續(xù)形式多頻光是單頻激光經(jīng)相位調(diào)制而產(chǎn)生的多頻光、多波長(zhǎng)激光輸出的多頻光或多個(gè)獨(dú)立的激光組合而成的多頻光。
文檔編號(hào)H04B10/08GK102571200SQ20121000382
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者呂立冬, 宋躍江, 張旭蘋 申請(qǐng)人:南京大學(xué)