[发明专利]光学频域反射计(OFDR)系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学分析的系统，更具体而言，本发明涉及一种光学频域反射计(OFDR)系统，以及用于获得光学频域反射计数据的方法。

背景技术

在光学频域反射计(OFDR)中，来自可调谐激光源的光耦合到测量纤维中，或者更具体而言，耦合到被测设备(DUT)中，并且使反射或背散射的光与来自相同的源的已经沿参考路径行进的产生与纤维或DUT有关的信息的光进行干涉。

对于在纤维上的测量而言，在激光源的频率在时间上被线性扫掠的情况下，在来自测量纤维上的单个固定的散射点的光与参考光之间的干涉创建出具有恒定频率的探测器信号，这一频率与光沿测量路径的行进时间与沿参考路径的行进时间的差成比例。由于光的传播速度以及参考路径的长度是已知的，所以能够从观测的频率计算出散射点的位置。

当多个散射体存在于测量纤维中时，探测器信号是不同频率的交叠，每个频率指示各散射体的位置。能够计算探测器信号(“散射轮廓”)的傅里叶变换；在经变换的信号的幅度以及相位的曲线图中，存在于探测器信号中的不同频率的幅度以及相位(其对应于不同散射体位置)将沿曲线图的横轴被示出在它们各自的位置处。

散射的光的幅度以及相位能够受作用于纤维上的外部影响的影响。例如，当外部压力使纤维变形时，或者当纤维的温度被修改时，将看到在散射轮廓的相位和/或幅度上的影响。根据纤维的散射轮廓与相同的纤维在参考状态中的散射轮廓的比较，能够获得与纤维上的作为沿纤维的位置的函数的外部影响有关的信息，即，纤维能够用于分布式感测。

当压力施加于光纤时，例如当光纤弯曲时，引起双折射，所述双折射通常将导致沿纤维行进的光的偏振状态的变化。在到达探测器后在纤维的不同位置处散射的光的偏振状态也将变化。因此，从感测纤维的特定部分反射的光在探测器处可以具有偏振状态，所述偏振状态(接近)正交于经由参考路径到达探测器的光的偏振状态。从而，来自感测纤维的这些特定部分的干涉信号的强度将非常低。针对“偏振衰落”的这一问题的一种已知解决方案是偏振分集探测，通常在具有针对由偏振射束分裂器(PBS)发射的两个偏振状态的独立探测器的PBS的实施例中。

在双折射纤维中，折射率取决于光的偏振状态。从而，在修改被传送到测量纤维中的光的输入偏振状态之后，在偏振分集测量中的探测器信号的傅里叶变换的相位将变化。为了准确评定外部影响在纤维属性上的效应，需要执行两个测量；对于第二测量而言，使被传送到纤维的光的输入偏振状态正交于用在第一测量中的偏振状态。以这一方式，获得四个探测器信号(针对两个输入偏振状态中的每个有两个探测器信号)。可以从这些四个信号的傅里叶变换计算出单个有效散射轮廓，当相比于参考状态的有效散射轮廓时，所述单个有效散射轮廓提供与在纤维上的作为位置的函数的外部影响有关的期望信号。例如查看专利申请US2011/0109898A1。然而在特定情形下，在第一测量与第二测量之间的中间测量时间的长度可能不利地影响结果的可靠性。类似地，对两个测量、而不是单个测量的依赖性也能够降低能够可靠地重复测量过程的有效率，例如，如果一个测量(即，扫描)被损坏，由于例如错误探测器信号，波长校准和/或线性化能够是不准确的或不可用的，那么必须重复整个测量过程。

WO 2007/149230公开了一种具有被分析的两个偏振状态的偏振保持(PM)光纤。确定了PM纤维部分的第一谱响应和第二谱响应。在优选实施方式中，使用光学频域反射计(OFDR)确定谱响应。PM纤维部分的每个偏振状态具有在第一谱响应中的对应谱分量。使用第一谱响应和第二谱响应执行对PM纤维部分的第一谱分析和第二谱分析。基于对PM纤维部分的这些谱分析，与影响纤维部分的第二不同物理特性有区别的影响PM纤维部分的第一物理特性被确定。与影响纤维部分的第一物理特性有关的输出信号被提供，例如用于显示、进一步处理等。

本发明的发明人已意识到，改进的光学频域反射计(OFDR)系统是有益的，并且因此创造出本发明。

发明内容

实现改进的光学频域反射计(OFDR)系统将是有利的。还期望能够实现工作更加快速和/或更加准确的OFDR系统。总体而言，本发明优选地寻求单独地或以任何组合形式缓解、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。具体而言，可以将提供一种解决现有技术的上述问题或其他问题的系统和方法看作本发明的目的。

为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中，提供了一种光学频域反射计(OFDR)系统，所述系统包括：