同時測量兩根光纖長度的系統和方法

同時測量兩根光纖長度的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種同時測量兩根光纖長度的系統和方法。本系統包括由半導體光放大器或摻鉺光纖光放大器、偏振控制器、輸出耦合器和第一待測標準單模光纖用光纖跳線依次連接構成的光纖環形激光器、第二待測標準單模光纖、反射鏡或耦合器、光電探測器和數據采集與處理系統。第二待測光纖一端與輸出耦合器相連，另一端連接反射鏡；或兩端與50/50的耦合器的一側兩端口相連，該耦合器的另一側兩端口接入光纖環形激光器。輸出耦合器輸出的光信號經光電探測器轉成電信號后進入數據采集與處理系統。計算系統輸出的混沌波形數據的自相關函數或傅立葉變換，得到兩級相鄰相關峰的時間間隔或兩級相鄰諧振峰的頻率間隔，進而換算出第一、二待測光纖的長度。
【專利說明】同時測量兩根光纖長度的系統和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種同時測量兩根光纖長度的系統和方法。

【背景技術】
[0002]在科學實驗和工程實際中都需要測量光纖的長度。已有的幾種測量光纖長度的典型方法有光時域反射儀(0TDR)、光頻域反射儀(OFDR)和光低相干反射儀(OLCR)等。然而OTDR的測量精度低，還有不可避免的固有誤差，也不能測量短光纖的長度。OFDR和OLCR設備昂貴、穩定性低。而且OLCR的可測量范圍很有限，只能測量幾厘米長。其他的光纖長度測量方法，如全光纖干涉儀法，測量沒有死區，但測量精度低。鎖模光纖激光器法分辨率高，但不能直接測量短于500米的光纖長度。基于相位調制光鏈路的測量系統只適用于測量中、短長度的光纖。基于半導體光放大器的光纖環形激光器法能測量接入環內的光纖長度，測量簡單、快速，沒有死區，但所有這些方法一次測量都只能獲得一根光纖的長度。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種同時測量兩根光纖長度的系統和方法。
[0004]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種同時測量兩根光纖長度的系統，包括光放大器、偏振控制器、輸出稱合器、第一待測標準單模光纖，第二待測標準單模光纖，反射鏡、光電探測器和數據采集與處理系統；所述包括光放大器、偏振控制器、輸出耦合器和第一待測標準單模光纖用標準單模光纖跳線依次連接，構成光纖環形激光器，所述偏振控制器連接輸出耦合器的I端口，所述第一待測標準單模光纖連接輸出耦合器的a端口 ；所述輸出耦合器的b端口外接第二待測標準單模光纖，所述第二待測標準單模光纖的另一端連接反射鏡；所述輸出耦合器的II端口連接光電探測器，所述光電探測器將光信號轉成電信號后進入數據采集與處理系統。
[0005]本系統還包括一個2X2的50/50的耦合器，所述耦合器的III端口連接第一待測標準單模光纖，IV端口連接輸出I禹合器的a端口，由所述包括光放大器、偏振控制器、輸出耦合器、第一待測標準單模光纖和耦合器構成光纖環形激光器；所述耦合器的C、d端口外接第二待測標準單模光纖，形成一個無源反射環；輸出耦合器的b端口不再使用。
[0006]所述光放大器為半導體光放大器或摻鉺光纖放大器。
[0007]—種同時測量兩根光纖長度的方法，包括如下步驟:
1)將光纖環形激光器輸出的混沌波形數據計算其自相關函數，得到的自相關曲線有多個相關峰，相鄰相關峰的時間間隔為\ ;
2)放大延遲時間為零處的相關峰，得到多個具有小的等間隔的相關峰，相鄰相關峰的時間間隔為t7 ；
3)第一待測標準單模光纖的長度7= KXt7-厶，第二待測標準單模光纖的長度Z 二KXtL / 2 ;其中r為光纖中的光速，7,為光纖環形激光器中除第一待測標準單模光纖外的其它部分的固有長度，可以事先測得。
[0008]本方法還可以包括如下步驟:
1)將光纖環形激光器輸出的混沌波形數據計算其傅立葉變換，得到的頻譜有多個諧振峰，相鄰諧振峰的頻率間隔為Df7 ；
2)放大最大的諧振峰的譜線，得到多個具有小的等間隔的諧振峰，相鄰諧振峰的頻率間隔為D/z ；
3)第一待測標準單模光纖的長度7= V /M1 -厶，第二待測標準單模光纖的長度Z=V / {2 Wl);其中r為光纖中的光速，7,為光纖環形激光器中除第一待測標準單模光纖外的其它部分的固有長度，可以事先測得。
[0009]7,為光纖環形激光器中除第一待測標準單模光纖外的其它部分的固有長度，可通過確定幀長的方法事先測得。即先不接入第一待測標準單模光纖和第二待測標準單模光纖，根據此時光纖環形激光器輸出混沌波形的自相關峰的等間隔時間確定此時的幀長t7，進而得到Λ= VXt10
[0010]本系統的工作原理與特點:
由半導體光放大器或摻鉺光纖放大器、偏振控制器和耦合器通過標準單模光纖連接形成的光纖環形激光器，調整偏振控制器和半導體光放大器的驅動電流或摻鉺光纖放大器的泵浦功率，可使激光器輸出混沌波形。混沌波形具有幀型結構，且相鄰幀混沌波形具有相似性。這種相似性體現在多幀混沌波形的自相關曲線具有多個自相關峰，這些自相關峰的間隔時間都等于光在環形腔中環行一次所需要的時間，稱為幀長。幀長乘以光纖中的光速等于光纖環形腔的長度。另一方面，相鄰幀混沌波形的相似性也體現在多幀混沌波形的頻譜具有多個諧振峰，這些諧振峰的間隔頻率都等于幀長的倒數，也即環形腔的諧振頻率。光纖中的光速除以環形腔的諧振頻率也可得環形腔的長度。
[0011]對環形激光器引入光反饋，無論環外反饋還是環內反饋，都可通過反饋引入一個新的不同長度的激光諧振腔；也仍然可調整偏振控制器和半導體光放大器的驅動電流或摻鉺光纖放大器的泵浦功率，使系統輸出混沌波形。由于兩個諧振腔的存在，多幀混沌波形的自相關曲線中包含大小不等的兩級自相關峰的等間隔時間；同樣，多幀混沌波形的頻譜中包含大小不等的兩級諧振峰的等間隔頻率。兩級大小不等的等間隔時間或等間隔頻率，分別對應兩個不同長度的諧振腔。因此，可一次測量獲得兩根光纖的長度。
[0012]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點: 本發明可同時對兩根光纖的長度進行測量，測量時間短，只需對采集到的數據做一次自相關運算或傅立葉變換即可得到測量結果，不必像OTDR那樣疊加上百條曲線；測量范圍沒有死區，從不到I米到幾十公里，依賴于系統的采樣率和環內光放大器的增益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1同時測量兩根光纖長度的系統的結構示意圖。
[0014]圖2為實施例2同時測量兩根光纖長度的系統的結構不意圖。
[0015]圖3為圖1所示系統輸出的混沌波形，(a)為多幀混沌數據的波形，(b)為局部放大的結果。
[0016]圖4為圖3(a)所示的混沌波形的自相關曲線，(a)為整體結果，(b)為放大延遲時間為零處的自相關峰的結果。
[0017]圖5為圖3(a)所示的混沌波形的頻譜，(a)為整體結果，(b)為放大最大諧振峰處的頻譜的結果。

【具體實施方式】
[0018]本發明優選實施例，結合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
實施例1
如圖1所不，一種同時測量兩根光纖長度的系統，包括光放大器1、偏振控制器2、輸出耦合器3、第一待測標準單模光纖4，第二待測標準單模光纖5，反射鏡6、光電探測器7和數據采集與處理系統8 ;所述包括光放大器1、偏振控制器2、輸出耦合器3和第一待測標準單模光纖4用標準單模光纖跳線依次連接，構成光纖環形激光器，所述偏振控制器2連接輸出耦合器3的I端口，所述第一待測標準單模光纖4連接輸出耦合器3的a端口 ；所述輸出耦合器3的b端口外接第二待測標準單模光纖5，所述第二待測標準單模光纖5的另一端連接反射鏡6 ;所述輸出耦合器3的II端口連接光電探測器7，所述光電探測器7將光信號轉成電信號后進入數據采集與處理系統8。
[0019]實施例2
本實施例與實施例1基本相同，特別之處如下:如圖2所示,還包括一個2X2的50/50的耦合器9，所述耦合器9的III端口連接第一待測標準單模光纖4，IV端口連接輸出耦合器3的a端口，由所述包括光放大器1、偏振控制器2、輸出f禹合器3、第一待測標準單模光纖4和耦合器9構成光纖環形激光器；所述耦合器9的c、d端口外接第二待測標準單模光纖5，形成一個無源反射環；輸出耦合器3的b端口不再使用。
[0020]實施例3
本實施例中，光放大器I選用英國CIP Technologies公司的SOA模塊(S0A-S-C-14-FCA)，偏振控制器2采用General Photonics公司的光纖擠壓器(PLC-001)，輸出耦合器3采用上海翰宇光纖通信技術有限公司生產的2X2耦合器，分光比為50:50。反射鏡6為自制的光纖端面鍍膜形成的反射鏡。光電探測器7為深圳飛通公司生產的PIN-TIA探測器。數據采集與處理系統8由一臺普通微型計算機和英國PICO公司的PicoScope 5203數字示波器組成，示波器把采集的數據傳送到計算機，用Matlab軟件編程計算采集到的混沌數據的自相關函數和傅立葉變換。所有光纖均采用G.652標準單模光纖。第一待測標準單模光纖4的長度用OTDR測得為49.5 m，第二待測標準單模光纖5的長度為6.2836 km。事先測得環形腔的固有長度為厶=9.4 m。
[0021]調整SOA的驅動電流和偏振控制器，使系統工作于混沌狀態，輸出波形如圖3所示。計算其自相關函數，得到如圖4所示的結果。從圖4(a)得到相鄰自相關峰的時間間隔tL = 62.458 us，從圖4(b)得到小的時間間隔t7 = 0.291 us。計算得到第二待測標準單模光纖5的長度為Z 二 KXtL / 2 = 6.2458 km，第一待測標準單模光纖4的長度為7 =VXt1-1h - 58.2- 9.4 = 48.8 m。
[0022]實施例4
本實施例與實施例4基本相同，不同之處在于，計算輸出波形的傅立葉變換，得到如圖5所示的結果。從圖5(a)得到相鄰諧振峰的頻率間隔Df7 = 3.428 MHz，從圖5(b)得到小的頻率間隔D/z = 0.0153 MHz。計算得到第一待測標準單模光纖4的長度為7 = v /M1-1h = 58.3- 9.4=48.9 m，第二待測標準單模光纖5的長度為Z = v /( 2 Wl ) = 6.5359
km ο
【權利要求】
1.一種同時測量兩根光纖長度的系統，其特征在于，包括光放大器(I)、偏振控制器(2)、輸出耦合器(3)、第一待測標準單模光纖(4)，第二待測標準單模光纖(5)，反射鏡(6)、光電探測器(7)和數據采集與處理系統(8);所述包括光放大器(I)、偏振控制器(2)、輸出耦合器(3)和第一待測標準單模光纖(4)用標準單模光纖跳線依次連接，構成光纖環形激光器，所述偏振控制器(2)連接輸出耦合器(3)的I端口，所述第一待測標準單模光纖(4)連接輸出耦合器(3)的a端口 ；所述輸出耦合器(3)的b端口外接第二待測標準單模光纖(5)，所述第二待測標準單模光纖(5)的另一端連接反射鏡(6);所述輸出耦合器(3)的II端口連接光電探測器(7)，所述光電探測器(7)將光信號轉成電信號后進入數據采集與處理系統(8)。
2.根據權利要求1所述的同時測量兩根光纖長度的系統，其特征在于，還包括一個2X2的50/50的耦合器(9)，所述耦合器(9)的III端口連接第一待測標準單模光纖(4)，IV端口連接輸出耦合器(3 )的a端口，由所述包括光放大器(I )、偏振控制器(2 )、輸出耦合器(3 )、第一待測標準單模光纖(4)和耦合器(9)構成光纖環形激光器；所述耦合器(9)的c、d端口外接第二待測標準單模光纖(5)，形成一個無源反射環；輸出耦合器(3)的b端口不再使用。
3.根據權利要求1或2所述的同時測量兩根光纖長度的系統，其特征在于，所述光放大器(I)為半導體光放大器或摻鉺光纖放大器。
4.一種同時測量兩根光纖長度的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將光纖環形激光器輸出的混沌波形數據計算其自相關函數，得到的自相關曲線有多個相關峰，相鄰相關峰的時間間隔為\ ; 2)放大延遲時間為零處的相關峰，得到多個具有小的等間隔的相關峰，相鄰相關峰的時間間隔為t7 ； 3)第一待測標準單模光纖(4)的長度7= KXt7-厶，第二待測標準單模光纖(5)的長度Z二 KXtL / 2;其中r為光纖中的光速，7,為光纖環形激光器中除第一待測標準單模光纖(4)外的其它部分的固有長度，事先測得。
5.根據權利要求4所述的同時測量兩根光纖長度的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將光纖環形激光器輸出的混沌波形數據計算其傅立葉變換，得到的頻譜有多個諧振峰，相鄰諧振峰的頻率間隔為Df7 ； 2)放大最大的諧振峰的譜線，得到多個具有小的等間隔的諧振峰，相鄰諧振峰的頻率間隔為D/z ； 3)第一待測標準單模光纖(4)的長度7= V/M1 -厶，第二待測標準單模光纖(5)的長度Z = V / {2 Wl);其中r為光纖中的光速，7,為光纖環形激光器中除第一待測標準單模光纖(4)外的其它部分的固有長度，事先測得。
【文檔編號】G01S11/12GK104459676SQ201410616703
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】方捻, 王陸唐, 黃肇明 申請人:上海大學