[发明专利]一种基于探测频率编码的相干光时域反射仪

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种用于光纤通信线路表征、事件识别和故障定位的相干光时域反射仪。

背景技术

对多中继超长距离光纤通信线路如越洋海底光缆的监测通常采用相干光时域反射技术。相干光时域反射技术利用激光雷达原理，通过向光纤注入探测光脉冲，并记录光脉冲在光纤中的瑞利散射光和/或反射光的返回时间来定位散射和/或反射点的位置，光脉冲的脉宽对应测量的空间分辨率，二者成正比关系，比如，1微秒的探测光脉冲宽度对应100米的空间分辨率，而脉冲周期略大于探测光信号在线路中的往返时间，同时，它利用相干检测方法通过探测光与本振光外差，将探测信号光的功率转移到外差中频信号上，于是通过对中频信号进行窄带滤波就可以抑制掉大部分带外噪声，从而提升测量的动态范围。对于多中继超长距离光纤通信线路，线路距离越长则脉冲周期越大，而要获得高的空间分辨率，则脉宽应尽量小，于是探测光脉冲的占空比极小，比如，对于1万公里长的越洋海底光缆的监测，脉冲周期略大于100毫秒，而脉宽通常在1微秒至100微秒范围。由于线路多采用掺铒光纤放大器作为中继放大器，低占空比的光脉冲将在掺铒光纤放大器中引起瞬态效应，瞬态效应在各个掺铒光纤放大器中积累会形成光浪涌，从而导致光脉冲严重变形，甚至使掺铒光纤放大器遭到损坏。

对于光浪涌的抑制，通常采用频移键控技术。它引入与探测光脉冲在时序上互补的填充光脉冲，探测光脉冲和填充光脉冲分别对应各自的激光器和脉冲调制器，再利用耦合器或波分复用器将二者合为一路准连续光，这种准连续光能很好地抑制光浪涌。另外，Evangelides Stephen等人提出了一种基于频率脉冲扫频的相干光时域反射仪方案，并申请了世界专利，专利号为：US20040794174，专利名称为“COTDR ARRANGEMENT WITH SWEPT FREQUENCY PULSE GENERATOR FOR AN OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM”。其方法涉及的频率脉冲的频率随时间跳变但激光功率是连续的，连续的激光进入光纤线路中的掺铒光纤放大器就能抑制瞬态效应从而避免光浪涌，但是，频率脉冲是扫频的，为了使探测光与本振光产生的相干中频信号稳定，因此本振光的频率应相应改变，另外，扫频并未改变激光的连续性和激光线宽，该连续光的布里渊阈值很低，这就限制了频率脉冲的峰值功率从而限制了测量的动态范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于探测频率编码的相干光时域反射仪，它利用同一光源获得探测光和填充光以及频率恒定的本振光，而且探测光频率被按时序编码，从而提升测量的速度和动态范围。

本发明提出的一种基于探测频率编码的相干光时域反射仪，其改进之处在于，所述相干光时域反射仪包括：激光器1、第一耦合器2、频率编码器3、射频驱动器4、环形器5、光接口6、光滤波器7、第二耦合器8、光电探测器9、射频放大器10、模数转换模块11、信号处理模块12和显示模块13；

所述激光器1发出的激光被所述第一耦合器2分成两路，一路输入所述频率编码器3，而另一路直接输入所述第二耦合器8；

所述射频驱动器4产生频率随时序变化的射频信号驱动所述频率编码器3，所述频率编码器3调制入射光产生探测频率编码的脉冲光和与之在时序上互补的填充光频率脉冲；所述探测频率脉冲光和所述填充光脉冲输入所述环形器5的第一端口，并从所述环形器5的第二端口输出，经所述光接口6注入到被测光纤通信线路；

所述探测频率脉冲光和所述填充光频率脉冲在被测光纤中的背向瑞利散射信号返回，经所述环形器5的第三端口输入所述光滤波器7；

所述光滤波器7滤出的探测光信号进入所述第二耦合器8与本振光混合，二者混合产生的中频信号被所述光电探测器9接收并输出对应的中频信号；

所述中频信号经所述中频放大器10放大后由所述模数转换模块11进行采集，采集到的数据传输给所述信号处理模块12进行数据处理，并通过所述显示模块13显示表征光纤通信线路衰减信息的光时域反射曲线。

其中，所述相干光时域反射仪包括设置在所述频率编码器3和环形器5之间的扰偏器14，用于抑制偏振噪声。

其中，所述相干光时域反射仪包括设置在所述扰偏器14和环形器5之间的掺铒光纤放大器15，用于提升探测频率脉冲光的功率，进而提高测量的动态范围。

其中，所述频率编码器3选用电光相位调制器。

或者，所述频率编码器3选用电光强度调制器。

其中，所述射频驱动器4选用任意波形发生器，用于产生频率随时序变化的射频信号。