光纤长度测量装置及光纤长度测量方法

摘要

本发明公开了一种光纤长度测量装置及光纤长度测量方法。光纤长度测量装置包括：基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器，包括泵浦源、以及依次首尾相连的波分复用器、增益介质、偏振控制器、第一光纤跳线、第一连接件、第二连接件、第二光纤跳线、分光耦合器，泵浦源适于将泵浦光注入波分复用器；光纤适配组件，适于连接在第一连接件与第二连接件之间，光纤适配组件包括适于夹持待测光纤的第一光纤跳线型裸光纤适配器和第二光纤跳线型裸光纤适配器；显示装置，与分光耦合器连接，用于接收分光耦合器的输出信号并根据输出信号计算待测光纤长度。采用本发明，可以通过很少的器件完成光纤长度的测量，而且测量原理简单、操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种光纤长度测量装置及光纤长度测量方法。

背景技术

光纤技术在诸多领域都有着广泛的应用，很多应用都离不开光纤的支撑，因此光纤长度测量技术就显得尤为重要。在对于较短光纤我们可以采用直尺、卷尺等长度测量工具来进行直接测量，但长度较长的光纤测量如果仍然采用传统长度测量方法就显得有些不便，且精确度也难以保证。

对于较长的光纤，人们通常采用光纤反射计进行测量。通常有光学时域反射计(OTDR)、光学频域反射计(OFDR)、光学相干反射计(OCDR)等仪器。然而，这些方法需要超短脉冲激光光源、高速光电探头等，价格昂贵且不能同时达到高精度大范围测量，实用性较差。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤长度测量装置及光纤长度测量方法，用以解决现有技术中光纤长度测量成本高且精度低的问题。

根据本发明实施例的光纤长度测量装置，包括：

基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器，包括泵浦源、以及依次首尾相连的波分复用器、增益介质、偏振控制器、第一光纤跳线、第一连接件、第二连接件、第二光纤跳线、分光耦合器，所述泵浦源适于将泵浦光注入所述波分复用器；

光纤适配组件，适于连接在所述第一连接件与所述第二连接件之间，所述光纤适配组件包括适于夹持待测光纤的第一光纤跳线型裸光纤适配器和第二光纤跳线型裸光纤适配器；和，

显示装置，与所述分光耦合器连接，用于接收所述分光耦合器的输出信号并根据所述输出信号计算所述待测光纤长度。

根据本发明的一些实施例，所述波分复用器包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端，所述分光耦合器包括第三输入端、第二输出端以及第三输出端；

所述泵浦源与所述第一输入端熔接，所述增益介质与所述第一输出端熔接，所述第二输入端与所述第二输出端熔接，所述第二光纤跳线与所述第三输入端熔接，所述显示装置与所述第三输出端熔接。

根据本发明的一些实施例，所述第二输出端输出的光量大于所述第三输出端输出的光量。

根据本发明的一些实施例，所述增益介质为掺稀土离子增益光纤。

根据本发明的一些实施例，所述基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器还包括隔离器，所述隔离器连接于所述增益介质与所述偏振控制器之间。

根据本发明的一些实施例，所述隔离器包括起偏器、检偏器和旋光器。

根据本发明的一些实施例，所述偏振控制器为圆柱形偏振控制器。

根据本发明的一些实施例，所述第一连接件为法兰盘；

所述第二连接件为法兰盘。

根据本发明的一些实施例，所述显示装置包括光电探测器和示波器，所述示波器与所述分光耦合器通过所述光电探测器连接。

根据本发明实施例的基于上述的光纤长度测量装置的光纤长度测量方法，包括：

通过第一连接件和第二连接件连接第一光纤跳线和第二光纤跳线；

第一次开启泵浦源并调节偏振控制器；

基于显示装置的第一显示信号，确定第一重复频率F；

通过所述第一连接件和所述第二连接件将光纤适配组件连接在所述第一光纤跳线和所述第二光纤跳线之间，并将待测光纤夹持在所述光纤适配组件的第一光纤跳线型裸光纤适配器和第二光纤跳线型裸光纤适配器之间；

第二次开启所述泵浦源并调节所述偏振控制器；

基于所述显示装置的第二显示信号，确定第二重复频率f；

根据公式1，计算光纤长度ΔL，

其中，c为真空中光的传播速度，n为光纤群折射率。

采用本发明实施例，可以通过使用很少的器件完成光纤长度的测量，测量装置设置简单且易于集成，可以大大降低测量成本，而且测量原理简单、操作方便，能够快速的完成光纤长度的测量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中光纤长度测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中第一光纤跳线型裸光纤适配器示意图；

图3a是本发明实施例中系统开机时输出的光谱图；

图3b是本发明实施例中系统开机时输出的脉冲序列示意图；

图4a是本发明实施例中测量光纤长度为0.057m时输出的光谱图；

图4b是本发明实施例中测量光纤长度为0.057m时输出的脉冲序列示意图；

图5a是本发明实施例中测量光纤长度为0.193m时输出的光谱图；

图5b是本发明实施例中测量光纤长度为0.193m时输出的脉冲序列示意图；

图6a是本发明实施例中测量光纤长度为0.293m时输出的光谱图；

图6b是本发明实施例中测量光纤长度为0.293m时输出的脉冲序列示意图；

图7a是本发明实施例中测量光纤长度为38.8m时输出的光谱图；

图7b是本发明实施例中测量光纤长度为38.8m时输出的脉冲序列示意图。

附图标记：

泵浦源101，波分复用器102，增益介质103，隔离器104，偏振控制器105，第一光纤跳线106，第一连接件107，第二连接件111，第二光纤跳线112、分光耦合器113，

第一光纤跳线型裸光纤适配器108，第二光纤跳线型裸光纤适配器110，

光电探测器114，示波器115，

待测光纤109。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明实施例的光纤长度测量装置，包括：基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器、光纤适配组件、以及显示装置。

其中，如图1所示，基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器，包括泵浦源101、以及依次首尾相连的波分复用器102、增益介质103、偏振控制器105、第一光纤跳线106、第一连接件107、第二连接件111、第二光纤跳线112、分光耦合器113。

光纤适配组件适于连接在第一连接件107与第二连接件111之间，光纤适配组件包括适于夹持待测光纤109的第一光纤跳线型裸光纤适配器108和第二光纤跳线型裸光纤适配器110。

显示装置与分光耦合器113连接，显示装置可以用于接收分光耦合器113的输出信号并根据输出信号计算待测光纤109长度。

可以理解的是，依次首尾相连的波分复用器102、增益介质103、偏振控制器105、第一光纤跳线106、第一连接件107、第二连接件111、第二光纤跳线112、分光耦合器113适于构造形成一个环形腔。泵浦源101适于将泵浦光注入波分复用器102。增益介质103适于对进入其的泵浦光进行增益，产生受激辐射激光并进入偏振控制器105，偏振控制器105可以调整受激辐射激光的偏振态。第一连接件107和第二连接件111可以用于将第一光纤跳线106和第二光纤跳线112连接起来，或是断开第一光纤跳线106和第二光纤跳线112，以将光纤适配组件接入。分光耦合器113可以将输入其的光一部分传送至波分复用器102，另一部分输送至显示装置。显示装置可以用于接收分光耦合器113的输出信号并根据输出信号计算待测光纤109长度。

采用本发明实施例，可以通过使用很少的器件完成光纤长度的测量，测量装置设置简单且易于集成，可以大大降低测量成本，而且测量原理简单、操作方便，能够快速的完成光纤长度的测量。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，波分复用器102包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端，分光耦合器113包括第三输入端、第二输出端以及第三输出端；

泵浦源101与第一输入端熔接，增益介质103与第一输出端熔接，第二输入端与第二输出端熔接，第二光纤跳线112与第三输入端熔接，显示装置与第三输出端熔接。

根据本发明的一些实施例，第二输出端输出的光量大于第三输出端输出的光量。

根据本发明的一些实施例，第二输出端输出的光量与第三输出端输出的光量的比为9：1或8：2。

根据本发明的一些实施例，增益介质103为掺稀土离子增益光纤。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器还包括隔离器104，隔离器104连接于增益介质103与偏振控制器105之间。隔离器104可以保障激光传输的单向性。

根据本发明的一些实施例，隔离器104包括起偏器、检偏器和旋光器。

根据本发明的一些实施例，偏振控制器105为圆柱形偏振控制器。

根据本发明的一些实施例，第一连接件107为法兰盘；

第二连接件111为法兰盘。

根据本发明的一些实施例，显示装置包括光电探测器114和示波器115，示波器115与分光耦合器113通过光电探测器114连接。光电探测器114可以将光信号转换为电信号后传送至示波器115。

根据本发明实施例的基于上述的光纤长度测量装置的光纤长度测量方法，包括：

通过第一连接件107和第二连接件111连接第一光纤跳线106和第二光纤跳线112；

第一次开启泵浦源101并调节偏振控制器105；

基于显示装置的第一显示信号，确定第一重复频率F；

通过第一连接件107和第二连接件111将光纤适配组件连接在第一光纤跳线106和第二光纤跳线112之间，并将待测光纤109夹持在光纤适配组件的第一光纤跳线型裸光纤适配器108和第二光纤跳线型裸光纤适配器110之间；

第二次开启泵浦源101并调节偏振控制器105；

基于显示装置的第二显示信号，确定第二重复频率f；

根据公式1，计算光纤长度ΔL，

其中，c为真空中光的传播速度，n为光纤群折射率。

采用本发明实施例，可以通过使用很少的器件完成光纤长度的测量，测量装置设置简单且易于集成，可以大大降低测量成本，而且测量原理简单、操作方便，能够快速的完成光纤长度的测量。

需要说明的是，参考术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

下面参照图1-图7b以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的光纤长度测量装置以及基于光纤长度测量装置实现的光纤长度测量方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

图1为本发明实施例的光纤长度快速测量装置的示意图。如图1所示，本发明实施例的光纤长度测量装置，包括：基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器、光纤适配组件、以及显示装置。

其中，基于非线性偏振旋转锁模的全光纤脉冲激光器，包括泵浦源101、波分复用器102、增益介质103、隔离器104、偏振控制器105、第一光纤跳线106、第一连接件107、第二连接件111、第二光纤跳线112、分光耦合器113。第一连接件107和第二连接件111均为法兰盘。

光纤适配组件适于连接在第一连接件107与第二连接件111之间，光纤适配组件包括适于夹持待测光纤109的第一光纤跳线型裸光纤适配器108和第二光纤跳线型裸光纤适配器110。第一光纤跳线型裸光纤适配器108和第二光纤跳线型裸光纤适配器110结构相同，如图2所示。

显示装置包括光电探测器114和示波器115，示波器115与分光耦合器113通过光电探测器114连接。光电探测器114可以将光信号转换为电信号后传送至示波器115。

波分复用器102具有第一输入端、第二输入端、以及第一输出端，结构为2×1型。工作波长为976nm的半导体激光泵浦源101与980/1550nm的波分复用器102的第一输入端相熔接，向环形腔内注入泵浦光。

增益介质103为掺稀土铒离子增益光纤，与波分复用器102的第一输出端相熔接。波分复用器102从第一输出端输出的泵浦光进入增益光纤103进行增益，产生受激辐射激光从增益光纤103末端输出，进入隔离器104。

隔离器104为偏振相关型隔离器。激光只能单向通过隔离器104，从隔离器104的输入端输入，经过隔离器104内部的起偏器、检偏器和旋光器后从隔离器104的输出端输出。隔离器104的输出端与偏振控制器105相熔接。

偏振控制器105为圆柱形偏振控制器，偏振控制器105可以通过改变施加在光纤上的压力及旋转方向改变通过其的激光的偏振态。从偏振控制器105输出的激光进入第一光纤跳线106。

第一连接件107和第二连接件111可以用于将第一光纤跳线106和第二光纤跳线112连接起来。或是，第一连接件107可以将第一光纤跳线106与第一光纤跳线型裸光纤适配器108相连，待测光纤109连接在第一光纤跳线型裸光纤适配器108与第二光纤跳线型裸光纤适配器110之间。第二连接件111将第二光纤跳线型裸光纤适配器110与第二光纤跳线112相连。激光从第二光纤跳线112输出后进入分光耦合器113。

分光耦合器113为分光比10:90的1×2型分光耦合器。分光耦合器113包括第三输入端、第二输出端以及第三输出端，百分之九十的激光从分光耦合器113通过第二输出端进入波分复用器102的第二输入端，在激光环形腔中形成激光振荡。百分之十的激光通过第三输出端输出激光环形腔外，进入光电探测器114。光电探测器114用于将该部分激光转换为电信号输出至示波器115，从而检测输出激光特性。

采用上述光纤长度测量装置进行光纤长度测量时，需要首先检测系统的腔长。具体方法为，将第一光纤跳线106与第二光纤跳线112直接相连。启动泵浦源101后，适当调节偏振控制器105，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图，如图3a-图3b所示。可以从示波器115得知，该脉冲序列的脉冲间隔为38.87ns，重复频率F为25.72MHz。

然后，断开第一光纤跳线106和第二光纤跳线112，以将光纤适配组件接入。第一连接件107可以将第一光纤跳线106与第一光纤跳线型裸光纤适配器108相连，待测光纤109连接在第一光纤跳线型裸光纤适配器108与第二光纤跳线型裸光纤适配器110之间。第二连接件111将第二光纤跳线型裸光纤适配器110与第二光纤跳线112相连。激光从第二光纤跳线112输出后进入分光耦合器113。启动泵浦源101后，适当调节偏振控制器105，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图。

例如，当待测光纤109长度为5.7cm时，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图，如图4a-图4b所示。可以从示波器115得知，该脉冲序列的脉冲间隔为39.15ns，重复频率为25.54MHz。

根据公式：

其中，c为光速，约为3×10

n为光纤群折射率，约为1.44；

F为系统原始的重复频率，根据具体实施例一可知为25.72MHz；

f为加入待测光纤后输出的脉冲重复频率，为25.54MHz。

代入后计算可得：ΔL＝5.7cm。

例如，当待测光纤109长度为19.3cm时，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图，如图5a-图5b所示。可以从示波器115得知，该脉冲序列的脉冲间隔为39.8ns，重复频率为25.12MHz。

根据公式：

其中，c为光速，约为3×10

n为光纤群折射率，约为1.44；

F为系统原始的重复频率，根据具体实施例一可知为25.72MHz；

f为加入待测光纤后输出的脉冲重复频率，为25.12MHz。

代入后计算可得：ΔL≈19.3cm。

例如，当待测光纤109长度为29.3cm时，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图，如图6a-图6b所示。可以从示波器115得知，该脉冲序列的脉冲间隔为40.29ns，重复频率为24.82MHz。

根据公式：

其中，c为光速，约为3×10

n为光纤群折射率，约为1.44；

F为系统原始的重复频率，根据具体实施例一可知为25.72MHz；

f为加入待测光纤后输出的脉冲重复频率，为24.82MHz。

代入后计算可得：ΔL≈29.3cm.

例如，当待测光纤109长度为38.8cm时，在示波器115上可以获得相应的脉冲序列图，如图7a-图7b所示。可以从示波器115得知，该脉冲序列的脉冲间隔为224.8ns，重复频率为4.44MHz。

根据公式：

其中，c为光速，约为3×10

n为光纤群折射率，约为1.44；

F为系统原始的重复频率，根据具体实施例一可知为25.72MHz；

f为加入待测光纤后输出的脉冲重复频率，为4.44MHz。

代入后计算可得：ΔL≈38.8cm。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。