[发明专利]一种光纤延迟量的低相干测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤延迟量的低相干测量方法及系统，属于光纤传感与光学测量领 域。

背景技术

在光学测量领域中，基于干涉原理的测量系统已成为物理量检测中精度最高的系统 之一，其中基于低相干测量原理的干涉测量系统已成为这一领域的一个重要发展方向。 白光光源或宽谱光源可统称为低相干光源。使用低相干光源的干涉测量系统被称为“白 光干涉仪”或者“低相干测量系统”。

对由光纤阵列构成的可编程光纤延迟线延迟时间的测量，实际可转换为测试不同光 纤传输路径的相对长度变化，现有技术中，普遍采用的光纤长度测试仪器是光时域反射 计(OTDR，Optical time domain reflectometer)。

OTDR是目前测量光纤长度方法中最常用的方法之一，它根据背向瑞利散射和菲涅尔 反射理论而制成。当光脉冲沿着光纤传输时，由于光纤本身的缺陷和掺杂成份的不均匀 性，光纤上的每一点均会产生瑞利散射，各处的瑞利散射的后向散射光不断返回到光纤 的入射端；当光纤中有几何缺陷或者断裂面时，就会产生菲涅尔反射。反射光以及散射 光中会有一部分进入光纤的孔径角从而返回到输入端，而且反射信号比散射信号强得 多，通过在输入端接收这部分信号并对其进行光电转换、信号处理，就可以获取光沿光 纤传输的损耗信息以及光在光纤中的传输时间，从而得出光纤长度。

OTDR通过测试光在光纤中的传输时间来工作，而OTDR的接收器从饱和到能进行测 试需要一段时间，如果光纤长度不足以让光产生这么长的传输时间，那么将无法根据 OTDR方法来测量光纤长度。也就是说，OTDR方法测量光纤长度过程中存在一个盲区， 多模光纤的盲区较小，单模光纤的盲区较大。单模光纤的盲区相当于100m左右的光纤长 度。一般地，OTDR的测试精度可以达到米的量级，测试范围可达上百公里。

用OTDR方法还存在许多不可避免的误差因素，包括仪器刻度误差和分辨率误差等固 有误差，光纤群折射率、后向散射损耗系数以及光缆成缆系数等参数设置所产生的计算 误差。另外OTDR设备体积比较庞大，使用不便。

对于可编程光纤延迟量的测量，还可以采用矢量网络分析仪的电测量方法，在测试 过程中，由矢量网络分析仪来产生一定频率的微波信号，将此信号通过电光调制单元 (E/O)调制在光载波上，送入被测可编程光纤延迟模块，被测可编程光纤延迟模块在计算 机的控制下产生相应的延迟时间，然后将经过延时的微波信号通过光电解调单元(O/E)解 调后送回矢量网络分析仪，通过测量被测网络的前向传输参数的相位，根据延迟时间变 化与相位变化的关系即可计算得到实际延迟时间。

可编程光纤延迟量的电测量方法虽然测量精度较高，但需要E/O和O/E转换；另外， 该方法不是测量直接的光延时，而是测量电延时。这种方法较适合已经封装好的微波光 纤延迟线的延迟量的测量，不适合单独的可编程光纤延迟模块。

因此，在现有的可编程光纤延迟线延迟时间的测量技术中，存在测量精度较低、对 于部分范围光纤长度无法测量、测量设备较复杂的问题。

发明内容

本发明提供了一种光纤延迟量的低相干测量方法及系统，以解决在现有的可编程光 纤延迟线延迟时间的测量技术中，存在测量精度较低、对于部分范围光纤长度无法测 量、测量设备较复杂的问题。

一种光纤延迟量的低相干测量方法，包括：

将等光强的两路光中的第一路光通过预定长度的光纤，调整第二路光的光程并使两 路光产生干涉条纹，标记所述干涉条纹的零级中心条纹的位置；

改变第一路光通过的光纤的长度，再次调整第二路光的光程并使两路光产生干涉条 纹，使两路光产生干涉条纹的零级中心条纹的位置与标记的零级中心条纹的位置重合， 记录第二路光在第二次调整过程中的光程改变量；

根据所述第二路光在第二次调整过程中的光程改变量和所述改变长度的光纤的纤芯 折射率得到所述改变长度的光纤的延迟量。

一种光纤延迟量的低相干测量系统，包括：

光源模块，用于产生等光强的两路光；

光纤延迟模块，用于使第一路光通过预定长度的光纤以及改变第一路光通过的光纤 的长度；

可变光路器件，用于调整第二路光的光程使两路光产生干涉条纹，并使第二次调整 过程中两路光产生干涉条纹的零级中心条纹的位置与标记的零级中心条纹的位置重合；