一种基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪

摘要

该发明公开了一种基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪，涉及混沌光纤激光器及光时域反射仪领。该反射仪包括：全光纤混沌光源和相关型光时域反射系统；相关型光时域反射系统包括：可调衰减器、光滤波器、耦合器、环行器、光电探测器、示波器；全光纤混沌光源的出射光射入相关型光时域反射系统，首先依次通过可调衰减器、光滤波器、耦合器，通过耦合器的混沌光信号被分为参考信号和探测信号，参考信号直接由光电探测器转换为电信号由示波器采集并存储；探测信号经过环形器实现反射仪功能，反射信号被另一光电探测器转换为电信号后由同一示波器采集并存储。具有系统结构简单、稳定性高、能同时实现传感高分辨率、距离长的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及混沌光纤激光器及光时域反射仪领域，尤其是一种基于全光纤宽带混沌激光器 的相关型光时域反射仪。

背景技术

随着信息社会的发展，光纤通信和传感网络越来越庞大，在人们的生活中也扮演着越来越 重要的角色。对于光网络和器件而言，光反射仪技术是一种重要的故障诊断手段，在这种背景 下，光反射仪技术的发展得到了越来越多的关注。

光反射仪技术主要包括三种：光时域反射、低相干频域反射、相干光频域反射。这三种光 反射仪技术在测量距离、空间分辨率、探测灵敏度以及精度等各指标上都有制约。比如说，低 相干频域反射技术有极高的探测灵敏度，亚毫米级的空间分辨率，但是其探测距离通常不超过 数米；而光时域反射技术通常用于长距离甚至超长距离(数十公里)的应用场合，但是分辨率 较低，通常只能到米量级；光频域反射仪技术通过基于扫频光源的零差相干检测技术可以实现 毫米级的传感精度并能达到数公里的传感距离。

可以说光频域反射仪技术的综合探测传感能力居于另两种技术之间，是他们的一种有效补 充。但是，光频域反射技术需要精细的扫频光源和零差相干检测，其技术难度相比光时域反射 技术而言更大，低相干频域反射技术基本上不可能做到长距离传感。在先技术CN101226100A 利用LD泵浦的混沌光源实现了6cm传感精度，但受其信号功率和探测器增益限制，其传感距 离仅数十米。

本发明所述的全光纤宽带混沌光源和利用半导体激光器泵浦的混沌激光器相比，拥有更大 的带宽，更简易的设置，可以实现数十公里的传感长度，厘米量级的分辨率。

而本发明所述的基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪利用全光纤器件产生的宽 带连续混沌光信号分别作参考信号和探测信号，再将反射信号和参考信号做互相关运算即可探 测定位光纤网络的断点。其定位精度可以达到厘米甚至毫米量级，传感长度达到数十公里。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的光反射仪技术存在的问题，提供一种系统结构简单、稳定 性高、能同时实现传感高分辨率、距离长的相关型光时域反射仪。

本发明的技术方案是一种基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪，该反射仪包括： 全光纤混沌光源和相关型光时域反射系统；所述相关型光时域反射系统包括：可调衰减器、光 滤波器、耦合器、环行器、光电探测器、示波器；所述全光纤混沌光源的出射光射入相关型光 时域反射系统，首先依次通过可调衰减器、光滤波器、耦合器，通过耦合器的混沌光信号被分 为参考信号和探测信号，参考信号直接由光电探测器转换为电信号由示波器采集并存储；探测 信号经过环形器实现反射仪功能，反射信号被另一光电探测器转换为电信号后由同一示波器采 集并存储。

所述全光纤混沌光源包括：拉曼泵浦光源、光隔离器、零色散位移光纤，拉曼泵浦光源发 出的泵浦光依次通过光隔离器、零色散位移光纤。

所述零色散位移光纤长度的长度为10～20km。

所述全光纤混沌光源中拉曼泵浦光源为1455nm拉曼泵浦光源。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明采用全光纤化的宽带混沌光源，利用拉曼光纤激光器泵浦零色散位移光纤实现 超宽带的混沌光源输出，相比传统的半导体激光器泵浦产生的混沌光源，其结构更简单，输出 带宽更大，能实现更高精度的空间分辨率；

2.因为输入信号是连续信号而非脉冲信号，所以所述基于全光纤宽谱混沌光源的相关光 时域反射仪的空间分辨率不由信号脉宽决定，因此所述基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域 反射仪可以在保证较高空间分辨率的情况下实现长距离的定位传感；

3.本发明与现有技术相比，不用高性能的脉冲光源，也不用昂贵的电域随机信号发生器， 成本更低，实用性更好。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明所述基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪的结构示意图；

图2是本发明实施例中的宽带全光纤混沌光源的光谱图；

图3是本发明实施例中的宽带全光纤混沌光源的时域图；

图4是本发明实施例中25km测试光纤的反射点定位结果，空间分辨率达到5.2cm，信噪 比18dB。

图1中：1.1455nm拉曼泵浦光源；2.光隔离器；3.零色散位移光纤；4.可调光衰减器； 5.光滤波器；6.耦合器；7.光电探测器；8.环形器；9.光电探测器(同7)；10.测试光纤(G.652)； 11.实时示波器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示为本发明所述基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪结构示意图，该系 统包括1455nm拉曼泵浦光源1、光隔离器2、零色散位移光纤3，1、2、3组成全光纤化的超 宽带混沌光源；该系统还包括可调光衰减器4、光滤波器5、耦合器6、光电探测器7和9、环 形器8；测试光纤(G.652)10和实时示波器11。所述零色散位移光纤3长度为16km，其长 度决定超宽带混沌光源所需泵浦功率，在本发明所述中，零色散位移光纤长度3其长度应在 10-20km之间。所述光滤波器5的中心波长为1550.2nm，3dB带宽为0.26nm。

所述环形器8具有端口一、端口二和端口三，所述端口一与耦合器相连，所述端口二与测 试光纤连接，所述端口三与光电探测器连接。

图2是本发明所述的全光纤混沌光源的光谱图，图3是本发明实施例中的宽带全光纤混沌 光源的时域图；图4是本发明所述的探检测技术应用于25km光纤断点定位检测的实例结果。 实验所用非零色散位移光纤全长15km，零色散位移波长为1440nm，色散斜率0.045ps/nm²/km， 1455泵浦工作在正常色散区。随着泵浦功率逐渐增大，产生的混沌光源的带宽也逐渐增大， 当泵浦功率达到1.48W时，混沌光源的带宽达到最大141nm(10dB带宽)。继续增大泵浦功率， 由于受激拉曼散射的原因，功率逐渐向二阶和三阶斯托克斯光转移，并在1550nm到1650nm 附近集聚。

图3是本发明所述的基于全光纤宽谱混沌光源的相关光时域反射仪技术应用于25km测试 光纤的定点测试结果图。拉曼泵浦光源为1.48W以使混沌光源有最大带宽输出。耦合器分束比 为1:99，1％端输出作为参考光，99％端输出作为探测光。通过调节可调衰减器，使经过耦合器 分束后的两路信号都有较合适的光功率，本实验中，1％端的输出功率为-17dBm，99％端输出功 率为0.8dBm，光纤尾端以菲涅尔反射模拟断点，考虑反射率为4％，所述环形器三端口输出光 功率为-25dBm。另外所用两个光电探测器为相同带宽的1GHz探测器，所用示波器为25GHz带 宽，采样率设为25Gs/s。最终经过计算两路信号的互相关函数，得到图3所示的互相关曲线。 互相关曲线的峰值出即光纤反射点位置，本发明所述技术准确测出光纤长度24768.94米，通 过判断峰值曲线的半高全宽确定空间分辨率为5.2cm。