[发明专利]基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法

权利要求书

1.一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：包括时分复用光网络和故障监测装置；

所述时分复用光网络包括光端机OLTⅠ、馈线光纤Ⅱ、1分n路的分光器Ⅲ、n根支路光纤Ⅳ、n个光网络单元Ⅴ；光端机OLTⅠ通过馈线光纤Ⅱ与分光器Ⅲ的公共口连接；分光器Ⅲ的n个分光口通过n根支路光纤Ⅳ与n个光网络单元Ⅴ的入射端面一一对应连接；

所述故障监测装置包括信号源（1）、激光器（2）、光纤耦合器（3）、波分复用器（4）、光电探测器（5）、信号采集处理装置（6）、n个光反馈装置（7）；所述激光器（2）与光纤耦合器（3）连接；光纤耦合器（3）的大比例输出端与波分复用器（4）的输入端连接，光纤耦合器（3）的小比例输出端与光电探测器（5）的输入端连接；波分复用器（4）安装于馈线光纤Ⅱ上；光电探测器（5）的输出端与信号采集处理装置（6）的输入端连接；信号源（1）、激光器（2）、光纤耦合器（3）、波分复用器（4）、光电探测器（5）、信号采集处理装置（6）均位于光端机OLTⅠ侧；n个光反馈装置（7）一一对应安装于n根支路光纤Ⅳ上，n个光反馈装置（7）一一对应位于n个光网络单元Ⅴ侧；每个光反馈装置（7）距激光器（2）的距离各不相同，距离的最小差值大于探测精度，保证每一个反馈位置对应的测试曲线峰值都不会重叠。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述激光器（2）为半导体激光器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述激光器（2）的波长范围为1510nm-1700nm，输出功率为1mW-1W；所述光纤耦合器（3）为耦合比为99:1的光耦合器；所述光电探测器（5）为可响应波长范围为1510nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置（6）为矢量网络分析仪、频谱分析仪或示波器，完成频率响应曲线的测试。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述光反馈装置（7）由波分复用器和可反射波长范围为1510nm -1700nm的光纤反射镜连接组成。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述光反馈装置（7）为波长范围为1510nm-1700nm的反射式光纤光栅。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述光反馈装置（7）为镀于与光网络单元连接的支路光纤Ⅳ的末端端面且可反射波长范围为1510nm-1700nm的高反膜。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述光反馈装置（7）为镀于光网络单元的入射端面且可反射波长范围为1510nm-1700nm的高反膜。

8.一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的方法，该方法在如权利要求1所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置中实现，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

1）当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤：

1.1）激光器（2）发射激光；使用信号源（1）将正弦调制信号通过bias-T或激光器自带高速调制口加载到激光器（2）的电流上，使激光器正常出光状态下同时包含调制信号的信息，所发射的激光经光纤耦合器（3）分为两路：第一路经光电探测器（5）转换为电信号后传输至信号采集处理装置（6），第二路经波分复用器（4）耦合入馈线光纤Ⅱ，并经分光器Ⅲ分入n根支路光纤Ⅳ，然后经n个光反馈装置（7）原路返回至激光器（2），使得外腔谐振频率与调制频率发生共振，共振信号经光纤耦合器（3）传输至光电探测器（5），并经光电探测器（5）转换为电信号后传输至信号采集处理装置（6）；

1.2）信号源（1）输出频率为f₀的正弦信号，使用光电探测器（5）检测在此频率下激光器（2）收到光反馈装置（7）位置反馈光之后输出光信号的振幅信息，并在信号采集处理装置（6）中保存该信息；随后将正弦调制信号的频率增加Δf重复测试，直至增加频率至f_m，测得f₀~f_m范围内激光器的频率响应特性曲线；测得的曲线呈现周期的波动，由于在频率响应曲线中，该周期波动峰值间的间隔为1/τ，单位为Hz，τ为激光从激光器到光反馈装置（7）的往返时间，因此响应频率1/τ的倒数乘以激光在介质中的传播速度v_g即为激光到光反馈装置（7）位置的往返距离，往返距离除以2即为激光器（2）距光反馈装置（7）位置的距离L，f₀与f_m满足如下条件：

f_m- f₀≥20GHz或者

以及 ；

计算距离L所采用公式如下：

；

1.3）信号采集处理装置（6）将接收到的电信号进行采集，绘制激光器（2）的频率响应曲线，随后使用逆傅里叶变换将频响曲线中对应的周期信息对应的时延特征提取出来；

1.4）故障监测系统搭建完成后，保证光网络正常通信的情况下，进行完整光网络系统的完整测量，此时，逆傅里叶变换曲线中除0点外在不同位置上出现多个周期对应的时延峰，其中的n个时延峰与n根支路光纤Ⅳ一一对应；

1.5）逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1）-1.3）；此时，逆傅里叶变换曲线中的时延峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.4）所得逆傅里叶变换曲线中每个时延峰所对应的支路光纤Ⅳ；

2）当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1）-1.3），并将每次得到的逆傅里叶变换曲线与步骤1.4）中的逆傅里叶变换曲线进行对比；此时，若逆傅里叶变换曲线中的n个时延峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤Ⅱ上，同时在其它位置新出现一个或多个时延峰，新出现的时延峰数量对应了馈线光纤Ⅱ上的故障数量，且其位置反映了故障点与激光器（2）之间的距离；若逆傅里叶变换曲线中的某一个时延峰减弱或消失，则表明故障点位于与该时延峰所对应的支路光纤Ⅳ上，同时在其它位置新出现一个或多个时延峰，新出现的时延峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与激光器（2）之间的距离；若逆傅里叶变换曲线中的p个时延峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该p个时延峰所对应的p根支路光纤Ⅳ上，同时在其它位置新出现不少于p个时延峰，新出现的时延峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与激光器（2）之间的距离，此时，需要根据新出现的时延峰位置，在p根支路光纤Ⅳ上逐个排查故障点；其中，1＜p＜n。