时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究

摘要

随着光通信技术的发展，光纤因其具有传输频带宽，传输容量大等特点，已经成为数据传输的新载体，并得到了广泛的应用。基于光纤通信的航空总线也逐渐取代了传统铜制总线。相比于普通光纤通信网络，机载航电光网络的光纤长度更短，链路更复杂，相邻节点间的最小距离达到10 cm左右。因此，在航电光网络的日常维护和检测中，高精度的光缆检测设备是必不可少的。基于时间相关单光子探测技术的光时域反射仪因其响应度高、结构简单、易于集成和非破坏性检测等特点非常适合用于航电网络的光缆检测。同时，脉冲发生器作为 OTDR 的核心器件，从根本上决定着 OTDR 的性能。因此，本文围绕高消光比窄脉冲产生技术进行了一系列的研究，全文的主要工作如下： 1. 首先建立了时间相关单光子计数光时域反射仪的数值模型，并进行了仿真分析。证明了高消光比窄脉宽脉冲信号既可以提高 OTDR 的动态范围，还可以提高系统的距离分辨率。 2. 提出了一种基于反馈结构的外调制高消光比脉冲信号的产生方法，分析了系统参数对输出脉冲信号的影响，给出了满足预期输出的系统参数设置方法。利用VPI软件搭建了仿真系统，进行了相关的仿真实验验证。实现了以低消光比的MZ调制器得到高消光比、高功率的周期光脉冲信号输出。 3. 对增益开关激光器的输出特性进行了分析，研究了调制信号脉宽、调制电流、偏置电流以及调制频率对脉冲消光比和脉宽的影响。提出了使用阶跃型矩形波和锯齿波作为增益开关激光器调制信号来进一步提高脉冲性能的方案。仿真结果表明，相较于矩形波，阶跃型矩形波作为调制信号时，激光器输出脉冲的FWHM更小，消光比更大。同时，相较于矩形波，在相同的脉宽下，锯齿波调制下的输出脉冲的FWHM更小，消光比更大。 4. 结合850 nm增益开关激光器和时间相关单光子探测器，设计并制作了便携式多通道高精度OTDR系统的样机，并对32芯机载光缆的特性进行了实测。测试结果表明，该OTDR样机的空间分辨率小于9 cm，系统动态范围大于18 dB，完全符合机载航电光网络对光缆检测设备的性能需求。

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