专利名称：使用复合potdr踪迹来评估光纤pmd的方法
使用复合POTDR踪迹来评估光纤PMD的方法相关申请本发明要求2005年6月30日提交的美国专利申请No. 11/174,137的优先权， 该专利通过引用结合于此。发明背景 发明领域本发明一般涉及光纤，尤其涉及识别呈现升高水平的偏振模色散(PMD)的 光纤的方法。技术背景PMD是现有光纤光学传输系统的设计中的重要因素。当在网络中传播足够长 的距离之后， 一个数字脉冲可能在时域上展宽并且变得不能与附近脉冲区分开时， 光纤系统中的PMD效应十分明显。因PMD而展宽的脉冲可向数据传输中引入误 差，进而大大限制了脉冲的传输速率或者所连接光纤介质的最大距离。PMD来源于光纤几何结构变形和应力不对称。在没有外界干扰的情况下， PMD以对应于固有光纤双折射水平的速率随光纤长度增加而线性增长。然而，光 纤会受到外部随机干扰，从而诱发不同偏振模之间的模耦合。外部模耦合通常由其 发生频率l/7z来表征，其中h称为模耦合长度。已经发现，对于长距离区域中的光 纤(光纤长度1>>11)，光纤PMD在统计上与光纤拍长(beatlength)和模耦合长度 密切相关PMD =丄j (1) 《其中义是光波长，c是光速，丄6是如"Polarization Mode Dispersion of Short and Long Single-Mode Fibers (短和长的单模光纤的偏振模色散)"，Journal of Lightwave Technology (光波技术)9, 821 (1991)中所阐述的光纤拍长。拍长反映在制造过程 中在光纤中建立的固有双折射。模耦合长度反映光纤部署的影响，并且可随着光纤 部署条件的变化而改变。对式(1)的理解对如何测量和解释PMD具有重要暗示。已经开发了光纤拍长和PMD两者的测量方案。式(1)中的假设是光纤是线性双折射的或非旋转的。近年来，已经在光纤拉制工艺中引入光纤旋转以降低光纤PMD。当今市场上销售的光纤的大部分是旋转 光纤。对于旋转光纤，除了其对光纤双折射和随机模耦合的依赖之外，光纤PMD 还取决于光纤旋转参数。对于大多数情况，当光纤旋转未在最佳条件下进行时(例 如当未达到最大的PMD减小时)，光纤PMD仍然取决于光纤双折射或光纤拍长(在 光纤被旋转之前)和模耦合长度。然而，如"Scaling properties of polarization mode dispersion of spun fibers in the presence of random mode coupling (存在随机模耦合的 情况下旋转光纤的偏振模色散的定标属性)"，OPTICS LETTERS (光学快报)，Vol. 27, No. 18， 1595, (2002)中所阐述的，光纤旋转对正弦旋转光纤引入了用于校正式 (1)的附加因子IJ。(2a/;/)1，其中々是零阶贝塞尔(Bessel)函数，a是旋转幅度 且7是正弦轮廓的角频率。光纤制造商感兴趣的是提供具有均匀的低PMD光纤，尤其是对高数据速率、 远距离传输系统。遗憾的是，直接对整个光纤长度筛选光纤PMD通常是困难且昂 贵的处理步骤。常规PMD测量通常涉及对待测的整个光纤获取总的差分群时延(DGD)值。 当光纤DGD值升高超出合理水平时，表明待测光纤的至少一部分带有升高的PMD 值，且随后放弃该光纤。相反，当光纤的DGD值较低，自然就假定该光纤PMD 是可以接受的。然而，实际上，光纤PMD具有分布式特性，进而光纤PMD可沿 光纤长度从一段变化到另一段。则整个光纤可被视为是多段未扰动的光纤的连接， 其中在光纤段的接合处发生模耦合。虽然对于大量光纤，总体DGD遵循如式(1) 所示的统计行为，但是对于单个光纤，由于模耦合，从光纤的一段到光纤另一段， DGD值可被部分抵消，并且整个光纤呈现较低的DGD值。因此，待测光纤的总 体DGD并不一定暗示该光纤具有均匀的较低PMD值。当这种光纤被现场部署并 且模耦合条件改变时，光纤有很高几率呈现较高的DGD值。光纤制造设施中的PMD测量通常涉及测量光纤的小部分，采样的频率基于处 理能力。在典型PMD测试测量过程中，具有约lkm长度的光纤样品以较低张力缠 绕在较大直径的测量线轴上。该配置确保因弯曲和缠绕张力引起的双折射和PMD 最小。虽然这类测量对特定的待测光纤段提供准确的结果，但是由于PMD的分布 式特性，很难使用该筛选方法来确定性地滤除所有具有不可接受水平的PMD值的 光纤。此外，由于采样光纤不能重新利用，这种形式的筛选十分昂贵。因此，需要能够考虑光纤PMD的分布式特性的更加鲁棒的筛选方法。相应地，能够分布式或非分布式地进行测量以识别具有高PMD的光纤的替换 方法对该产业非常有价值，因为这种方法可降低低PMD光纤的测量(质量控制) 成本并因此降低总体制造成本。发明内容本发明涉及测量光纤中偏振模色散(PMD)的方法。可针对沿光纤长度分布 的PMD水平来筛选光纤。沿其纵轴向光纤长度中发送或发射辐射。该辐射较佳地 是脉冲辐射，诸如从激光源发射的脉冲辐射。然后，测量并分析从所发射的辐射通过光纤反向散射或回向反射的辐射以获 取关于沿光纤长度反向散射的辐射强度变化。然后，将该强度变化与光纤中的偏振 模色散水平相关，以标识光纤长度中呈现全异和/或不可接收水平的PMD的区域。 这种测量可用于非破坏性地判定在沿光纤长度上某点处光纤PMD是否在预定阈值 之上而无需对其进行破坏。本文公开一种测量光纤中偏振模色散的方法。光纤具有长轴和沿长轴的长度。 该方法包括(a)经由光路将多个偏振输入光脉冲发射到光纤长度第一端中，因此 每个偏振输入光脉冲导致相应的反向散射光信号离开光纤第一端，相对于入射脉冲 方向反向传输并进入光路，进而从输入光脉冲和相应反向散射光信号生成多个输入 脉冲-反向散射信号对，即脉冲-信号对；(b)对反向散射光信号进行偏振敏感测量， 由此获取对应于光纤长度一部分的反向散射强度踪迹(trace); (c)在至少两个脉 冲-信号对的通过之间非简并地更改光路的偏振；(d)通过线性地组合反向散射强 度踪迹，即通过对(i)反向散射强度踪迹的至少一个乘以第一加权系数，以及(ii) 至少一个其它反向散射强度踪迹乘以符号与第一加权系数相反的另一加权系数求 和，来生成对应于光纤长度一部分的强度水平复合踪迹；以及(e)分析复合踪迹 的强度水平变化，其中该分析步骤包括分析来自复合踪迹的滑动数据窗口上的强度 变化，并沿光纤长度该部分纵向移动该数据窗口，同时继续分析强度变化以产生关 于沿光纤长度该部分的局部强度变化的信息，并且将强度水平的变化水平与光纤中 偏振模色散(PMD)的分布相关。偏振敏感测量较佳地包括在进入检测器之前使反向散射光信号穿过偏振器。光路包括至少一个光学部件。在较佳实施方式中，非简并地更改光路的偏振 包括相对于光路方向改变置于该光路中的光学部件的取向角，其中该光学部件置于该光路中，偏振角度的变化幅度不等于或基本上不等于180度的整数倍。整数倍包括O倍，所以偏振角度的变化基本上不等于180度的整数倍，包括基本上不等于O 度。光路包括至少一个偏振部件，其中偏振部件的至少一个是偏振器，所以，该 光路包括至少一个偏振器。该光路还包括至少一个其它偏振部件，诸如(第二)偏 振器或波片。非简并地更改光程的偏振较佳地包括调节至少一个偏振部件的偏振 角。在某些实施方式中，该更改包括将附加偏振部件插入到该光路中。在其它实施 方式中，该更改包括从该光路移除偏振部件。在其它实施方式中，至少一个偏振部 件置于OTDR内。在本发明的较佳实施方式中，光路包括输入路径和返回路径部分。在某些实 施方式中，输入路径部分包括至少一个偏振部件。在其它实施方式中，返回路径部 分包括至少一个偏振部件。较佳地，输入路径部分包括至少一个起偏部件且返回路 径部分包括至少一个起偏部件。较佳地，返回路径部件包括偏振分析器，即置于检 测器之前的光路中的偏振器。在较佳实施方式中，检测器置于OTDR内。在本发明的其它较佳实施方式中，输入脉冲和反向散射光信号分别共享通向 和来自待测光纤的基本上相同的光路。分析复合踪迹的强度水平变化包括分析滑动数据窗口，其中在该窗口上计算 标准偏差。较佳地，以对数标度来计算标准偏差。通过对数标度，所计算的信号变 化与发射到待测光纤中的光强或功率水平无关，因为它仅影响所测信号的总体水 平。分析步骤较佳地包括相对于光纤长度对标准偏差进行空间解析。在替换实施方 式中，其中分析步骤包括分析滑动数据窗口，其中计算该滑动窗口内的局部最大值 和局部最小值并计算该滑动窗口内的局部最大值和局部最小值的平均值。分析步骤较佳地还包括标识光纤上具有大于所选或阈值偏振模色散的最小偏 振模色散的部分。较佳地，所选阈值偏振模色散为0.05ps/km^或更高。因此，在较佳实施方式中，复合踪迹的强度水平变化用于判定沿光纤长度的 一区域是否呈现预定PMD阈值以上的PMD，和/或用于标识沿光纤长度上较高或 较低PMD的区域。在较佳实施方式中，多个脉冲从OTDR发射，并且通过OTDR来测量反向散 射辐射。在某些较佳实施方式中，对从OTDR发射的脉冲进行起偏并将从光纤发 射的反向散射辐射在返回到OTDR之前引导通过偏振分析部件。在一组较佳实施方式中，在进行测量时光纤绕线轴缠绕。在某些实施方式中，该线轴具有在约7和20 cm之间的筒半径。在另一组较佳实施方式中，在进行测量时光纤置于缆线内。 在一组较佳实施方式中，对旋转光纤进行测量。在另一组较佳实施方式中，对未旋转光纤进行测量。较佳地，数据窗口包括在约0.5和2.0km之间的宽度。较佳地，输入脉冲包括在约10和500 ns之间的脉宽，更佳地在约50和200 ns 之间。附图简要描述
图1示意性示出适用于实施包括发射器和光检测器的本发明的方法的第一配置。图2示意性示出适用于实施包括P0TDR设备的本发明的方法的第二配置，其 中POTDR设备具有起偏能力且光纤路径包括共享的输入/输出光纤连接线部分。 图3示意性示出适用于实施本发明的方法的第三配置。 图4示意性示出适用于实施本发明的方法的第四配置。 图5示意性示出适用于实施本发明的方法的第五配置。 图6示出通过图3的配置评估的第一光纤的强度水平复合踪迹I(z)。 图7示出相对于沿光纤纵轴的位置绘制的以dB表示的图6复合踪迹的局部变 化的定量表示。图8示出使用不同的偏振设置通过图3的配置评估的第一光纤的强度水平复 合踪迹I(z)。图9示出相对于沿光纤纵轴的位置绘制的以dB表示的图8复合踪迹的局部变 化的定量表示。图IO作为对本发明进行的对比，示出第一和第二POTDR踪迹的计算标准偏 差(局部变化差异)之间的差，该踪迹是对于用于获取图8和9的踪迹的配置、光 纤和偏振设置而获得的。图11示出通过图3的配置评估的第二光纤的强度水平复合踪迹I (z)。 图12示出相对于光纤纵轴的位置绘制的以dB表示的图11复合踪迹的局部变 化的定量表示。较佳实施方式的详细描述在较佳实施方式中，对相对于沿光纤长度的其它区域的较低或较高可变性区 域进行标识，进而标识沿光纤长度的较高或较低偏振模色散的区域。这可例如通过 分析滑动数据窗口 (其中在该窗口上计算标准偏差(较佳地以对数标度))并沿光 纤长度纵向移动该数据窗口以产生相关于沿光纤长度的局部变化的信息来完成。在 某些较佳实施方式中，当光纤PMD值高于特定水平时，信号变化(VOS)降到预 定阈值以下。则在这种情况下，可很容易地标识并放弃落在预定阈值以下的光纤。 预定阈值可通过相对于相同类型的一个或多个光纤的实际测量偏振模色散水平来 映射数据变化而选择。通过这种方式，可选择信号变化水平，并放过或舍弃其上或其下的给定PMD水平的光纤，从而针对PMD筛选光纤。本发明的方法和设备得到优于现有测量PMD方法的许多优点。第一，使用本 文所公开的方法，可沿光纤长度无破坏性地以分布式方式进行PMD测量。因此， 这些方法可用于检测新近制造的光纤以及已经安装在长途通信系统中的光纤。本文 所述方法已被证明是对旋转和非旋转光纤产品两者都是有用且有效的。不需要高空 间分辨率的OTDR，现有商用OTDR中已存在较高分辨率。最重要的是使用本文 所公开的方法，光纤PMD可沿光纤长度进行测量而无需对其进行破坏。使用本文 所公开的方法，已经对PMD成功分析了长于15km、甚至长于25km的光纤。在一较佳实施方式中，本发明涉及测量具有纵轴以及沿该纵轴的长度的光纤 中的偏振模色散的方法，该方法包括(a)经由光路将第一偏振输入光脉冲发送到 光纤长度一端中，因此导致第一反向散射光信号离开光纤并进入光路；然后(b) 对第一反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获得对应于光纤长度一部分的第一 反向散射强度踪迹；然后(c)非简并地更改该光路的偏振；然后(d)经由该光路 将第二偏振输入光脉冲发送到光纤长度的该端中，因此导致第二反向散射光脉冲离 开光纤并进入光路；然后(e)对第二反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获 得对应于光纤长度该部分的第二反向散射强度踪迹；然后(f)通过对(i)第一反 向散射强度踪迹乘以加权系数A和(ii)第二反向散射强度踪迹乘以加权系数B(其 中A和B具有相反的数学符号)求和，来生成对应于光纤长度该部分的强度水平 复合踪迹；然后(g)分析复合踪迹的强度水平变化，其中该分析步骤包括分析复 合踪迹的滑动数据窗口上的强度变化，并沿光纤长度该部分纵向移动该数据窗口， 同时继续分析强度变化以产生关于沿光纤长度该部分的局部强度变化的信息，并且 将强度水平的变化水平与光纤中偏振模色散(PMD)的分布相关。该方法还包括 经由光路将第三偏振输入光脉冲发送到光纤长度的一端中，因此导致第三反向散光信号离开光纤并进入光路；然后(b)对第三反向散射光信号进行偏振敏感测量， 因此获得对应于光纤长度一部分的第三反向散射强度踪迹；然后在步骤(g)，向求 和中添加第三反向散射强度踪迹乘以加权系数C。在其它较佳实施方式中，该方法 包括对多于三个非简并地获得的反向散射强度踪迹求和。在另一较佳实施方式中，本发明涉及测量具有纵轴和沿该纵轴的长度的光纤 中偏振模色散的方法，该方法包括(a)经由光路将第一偏振输入光脉冲发送到光 纤长度中，因此导致第一反向散射光信号离开光纤并进入该光路；然后(b)对第 一反向散射光信号进行起偏；然后(c)检测经起偏的第一反向散射光信号，由此 获得对应于光纤长度一部分的第一反向散射强度踪迹；然后(d)非简并地更改光 路的偏振；然后(e)对第二反向散射光信号进行起偏；然后(f)检测经起偏的第 二反向散射光信号，由此获得对应于光纤长度一部分的第二反向散射强度踪迹；然 后(g)通过对(i)第一反向散射强度踪迹乘以加权系数A以及(ii)第二反向散 射强度踪迹乘以加权系数B (其中A和B具有相反的数学符号)进行求和，来生 成对应于光纤长度该部分的强度水平复合踪迹；然后(h)分析该复合踪迹的强度 水平变化，其中该分析步骤包括分析在复合踪迹的滑动数据窗口上的强度变化，并 沿光纤长度该部分纵向移动该数据窗口，同时继续分析强度变化以产生与沿光纤长 度该部分的局部强度变化相关的信息，并将强度水平的变化水平与光纤中偏振模色 散(PMD)分布相关。该方法还可包括经由光路将第三偏振输入光脉冲发送到光 纤长度的一端，由此导致第三反向散射光信号退出光纤并键入该光路；然后(b) 对第三反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获得对应于光纤长度一部分的第三 反向散射强度踪迹；然后在步骤(g)向求和中添加第三反向散射强度踪迹乘以加 权系数C。发射脉冲辐射并测量通过光纤反向散射或回向反射的辐射的较佳源是光时域 反射仪(OTDR)。虽然OTDR已用于测量各种性质的光纤，但是它们通常用于测 量光纤衰减并用于标识光纤中出现破裂或不连续的位置。通过如本文所用的 OTDR，来说明一种能够发送光到光波导光纤并观测散射回到检测器的小部分光的 装置。典型的OTDR可分辨沿光纤长度反向散射辐射的强度。大多数OTDR通过 发送脉冲辐射到待测光纤中并在给定时间测量反向散射辐射来实现该功能。虽然典 型脉宽范围是从0.5m (5ns)至2000 m (20 ps)，但是本发明较佳地使用在约10 与500 ns之间、更佳地在约50与200 ns之间的脉宽。较佳地，OTDR是偏振OTDR， 它是能够发射偏振辐射并分析来自反向散射光的偏振辐射的OTDR。图1示出适用于实施本发明的方法的第一配置，其中包括诸如发射器10的光 脉冲源和光检测器12。发射器10和检测器12可以是独立组件或设置在能够生成激光脉冲并将其发送到光波导光纤30中的OTDR 20中。OTDR能够经由光路40 将一系列光脉冲注入待测光纤30中并且OTDR20还可经由光路40从光纤30的同 一端检测反向散射的光以从其提取信息。如本文所用的，光路是指输入脉冲向待测 光纤传输以及反向散射返回信号传输离开该光纤的路径。光路包括至少一个光学部 件。在图1中，光路40包括输入部分42和返回部分44。对返回脉冲的强度进行 测量并相对于时间积分，并且绘制成光纤长度的函数。OTDR20向将对PMD进行 测试的光纤30中发射脉冲辐射。在图1中，OTDR20包括诸如偏振器的偏振装置 14。光环行器50被配置成将从OTDR 20发射的初始光脉冲引导到待测光纤30。 作为瑞利(Rayleigh)反向散射的结果，某些光被反向反射通过光纤30返回OTDR 20。在较佳实施方式中，这些反向散射信号或脉冲通过与传输输入脉冲的路径不同 的路径部分而转向回到OTDR 20。例如，在如图1所示的实施方式中，在反向散 射光到达OTDR 20内的检测器12之前，反向散射脉冲被引导通过偏振分析器60 (本质上是偏振器)。偏振分析器60和检测器12的组合允许对通过光路40、尤其 是通过光路40的返回部分44传播的光进行偏振敏感测量。注意，在所示的光环行 器50中，在各个部分中的光传播或传输是单向的。具体而言，允许光单向地从端 口 1传输到端口 2以及从端口 2传输到端口 3。因此，在OTDR 20出现的光脉冲 已被起偏，这是诸如具有偏振装置14的某些商用OTDR的情形。当OTDR发射已 被起偏(即如POTDR情形中)时，OTDR20与待测光纤30之间不需要偏振器， 由此消除一个损耗来源，这有助于为POTDR获得更长的动态范围。图2示出与图1相似的合适的配置，但是示出具有起偏能力并使用共享输入/ 输出光纤连接线部分46作为光路40 —部分的POTDR 20设备。在如图2所示的实 施方式中，两个光环行器50和52以及一个偏振器60设置在光路40中。光环行器 50和52被配置成将从OTDR20发射的初始光脉冲引导到待测光纤30并在反向散 射光到达OTDR 20内的检测器之前将反向散射脉冲引导通过光路40的返回部分 44中的偏振分析器60 (本质上是偏振器)。注意，在所示的光环行器50和52中， 仅端口2允许光进出。光在所有其它端口中的传输都是单向的。具体而言，允许光 单向地从端口 1传输到端口 2以及从端口 2传输到端口 3。图3示出包括常规OTDR (OTDR中不存在光的起偏)或者具有起偏能力的 POTDR20的另一种合适的配置。在图3所示的实施方式中，设置了两个光环行器50和52。通过光路40的光传播与图2配置中的光传输类似。将偏振器62插入到 光路40的输入部分42，并将偏振(分析器)60插入到光路40的返回部分44。OTDR 内的起偏装置在本配置中是可任选的。图4示出包括常规OTDR(OTDR中不存在光起偏)或具有起偏能力的POTDR 20的另一种合适的配置。在如图4所示的实施方式中，设置了两个光环行器50和 52。光通过光路40的传播与图3配置中的光传输类似。将偏振器62和可任选的波 片72插入到光路40的输入部分42，并将偏振(分析器)60和可任选的波片70 插入到光路40的返回部分44。如果将POTDR用于生成起偏脉冲，则偏振器62 也是可任选的。图5示出能够根据本发明使用的另一种配置。该配置避免使用光环行器。如 图5所示，OTDR20发射脉冲光通过包括可任选的波片74、偏振器64和另一可任 选波片76的光路40，并进入待测光纤30的同一端。反向散射光信号通过光纤30 的同一端离开并返回到光路40中以在到达OTDR 20中检测器之前起偏。因此， OTDR 20与待测光纤30之间的光路40被输入脉冲和反向散射光共享。OTDR可 任选地是POTDR。在本文公开的实施方式中，在光路40中可设置其它光学部件。例如，偏振控 制器可用于将发射进入待测光纤30中的光量最大化。在光路40中的偏振器之前设 置的偏振控制器可调整将要入射在偏振器上的光纤30中偏振态。在本文公开的实施方式中，对进入待测光纤30的光脉冲进行起偏，并且在被 检测以进行偏振敏感测量之前该反向散射光被进行起偏。光路40的偏振的非简并更改可通过例如改变光路中一个或多个光学部件的偏 振角来实施，例如，改变偏振器的起偏角。可旋转的偏振器可以有利地用于改变起 偏轴的角度。如果POTDR用于提供起偏脉冲，则从POTDR发射的脉冲的偏振角 也被改变。除此之外或作为替代，可向光路中添加一个或多个光学部件，和/或从 光路移除一个或多个光学部件，以便于非简并地更改光路的偏振。示例1如图3所示的光纤测试配置用于为演示本发明而制作的光纤。在4km长、具 有升高的光纤PMD0.36 ps/sqrt(km)的光纤任一端接合具有小于0.06 ps/sqrt(km)的 PMD值的光纤。升高PMD的光纤部分，或"缺陷光纤部分"位于沿22 km长的 光纤长度(即沿纵轴)测量的10km与14km之间。偏振器62的偏振角对所有测试是固定的。偏振器60的偏振角被设定在0度并且获取第一POTDR踪迹。然后 将偏振器60的偏振角设定在45度(为了45度偏振角差)并获取第二POTDR踪 迹。第一 POTDR踪迹乘以加权因子1，且第二P0TDR踪迹乘以加权因子-1，每 个加权踪迹被线性组合，即求和，进而生成对应于光纤长度的该部分的强度水平复 合踪迹I(z)，如图6所示。在图6中，与光纤上具有显著较低PMD的其它区域相 比，可以看出具有升高PMD的光纤区域(10-14 km)中的变化。对复合踪迹的强 度水平变化进一步分析，这是通过确定复合踪迹的滑动数据窗口上复合踪迹I(z)的 标准偏差，并沿光纤长度纵向移动该数据窗口，同时继续分析强度变化来进行的。 在图7中示出相对于光纤纵轴的位置绘制的以dB表示的复合踪迹局部变化的所得 定量表示。因此，产生关于沿光纤长度的部分的局部光强变化的信息，并且强度水 平的变化水平相关于光纤中的偏振模色散(PMD)分布而示出。这种测试光纤可 用于至少粗糙地校准阈值水平以选出具有不期望的升高PMD的光纤或光纤的部 分。示例2如图3所示的光纤测试配置用于示例1所述的光纤。将偏振器60的偏振角设 定在30度并获取第一POTDR踪迹。然后将偏振器60的偏振角设定在60度(为 了 30度的偏振角差)并获取第二 POTDR踪迹。第一 POTDR踪迹乘以加权因子1 ， 并将第二P0TDR踪迹乘以加权因子-1，每个加权踪迹被线性组合，即求和，进而 生成对应于光纤长度的该部分的强度水平的复合踪迹I(z)，如图8所示。在图8中， 与光纤上具有显著较小PMD的其它区域相比，可以看出具有升高PMD的光纤区 域中的变化(10-14 km)。对复合踪迹的强度水平变化进一步分析，这是通过确定 复合踪迹的滑动数据窗口上复合踪迹I(z)的标准偏差，并沿光纤长度纵向移动该数 据窗口，同时继续分析强度变化来进行的。在图9中示出相对于沿光纤纵轴的位置 绘制的以dB表示的复合踪迹局部变化的所得定量表示。这些结果与示例1中所得 结果一致。示例3—比较性可将示例1和2中使用的方法从使用单个POTDR踪迹并计算局部变化的情形 区分开。以下不等式可表示为c(7d(z) — /C20)) # cr(/clO)) — cr(/C2(z))其中Id和Ic2是在两个不同偏振器配置(包括偏振器对齐、或偏振角以及偏振器加波片组合)处获得的强度踪迹，且cj是移动标准偏差。为说明起见，使用500 m 的运动窗口来计算示例2中的第一POTDR踪迹的标准偏差(局部偏差)，并且使 用500m的运动窗口来计算示例2中的第二POTDR踪迹的标准偏差(局部偏差)。 图IO示出来自第一和第二POTDR踪迹的计算标准偏差之间的差。相对于光纤长 度的所得局部变化在O附近波动，并且未获得相对于光纤段的位置的具有升高PMD 的明确标志。示例4如图3所示的光纤测试配置用于POTDR。提供在拉制时旋转的康宁的结合 (Coming Incorporated) LEAF光纤，它具有嵌入到具有较低PMD值的更加典型 的LEAF光纤中间的PMD在0.14 ps/sqrt(km)附近的2 km长的光纤段。缺陷位置 (缺陷地高PMD)约在11 km与13 km之间。对于所有测量偏振器60的偏振角被 固定，而将偏振器60的取向改变某已知角度以获得不同的POTDR踪迹。例如， 将偏振器60的偏振角设定在15度并获取第一 POTDR踪迹。然后，将偏振器60 的偏振角设定在75度(为了 60度的偏振角差)并获取第二 POTDR踪迹。第一 POTDR踪迹乘以加权因子1，且第二 POTDR踪迹乘以加权因子-1，每个加权踪迹 被线性组合，即求和，进而生成对应于光纤长度的该部分的强度水平的复合踪迹 I(z),如图11所示。在图11中，与光纤中具有显著较低PMD的其它区域相比，可 以看出具有升高PMD的光纤区域(11-13 km)中的变化。对复合踪迹的强度水平 变化进一步分析，这是通过确定复合踪迹的滑动数据窗口 (500m宽)上复合踪迹 I(z)的标准偏差，并沿光纤长度纵向移动该数据窗口，同时继续分析强度变化来进 行的。在图12中示出相对于沿光纤纵轴的位置绘制的以dB表示的复合踪迹局部 变化的所得定量表示。在如图3公开的设备中的内嵌光纤偏振器60和62用于两个主要目的。第一， 内嵌光纤偏振器62确保传输进入待测光纤30的光被起偏，虽然这也可在没有内嵌 光纤偏振器的情况下实现(例如通过使用发射已经起偏的光的OTDR)。更加重要 的是内嵌光纤偏振器60用作从待测光纤反向散射回到OTDR的光的分析器，该光 提供待测光纤30的偏振态的信息。在没有被适当设置的偏振器60来分析来自光纤 30的反向散射光的情况下，OTDR仅能检测光脉冲的总强度。然而，通过结合光 纤偏振器60，也可获得关于沿光纤的偏振态的信息。这是因为，由于几何不对称和应力，光波导光纤带有双折射。结果，在光纤中传输的光脉冲的偏振态在朝向传 播方向和该光被反射回来时反向传播方向的两个方向上连续演化。在OTDR的检测器之前充当偏振检测器的偏振器60的插入确保了捕获来自光纤不同位置的偏振曰息o虽然标准偏差可在线性标度下计算，但是较佳地在对数标度下进行计算。滑动数据窗口的尺寸较佳地为500至2000 m。通过沿光纤长度滑动数据窗口并且连 续计算沿光纤长度的标准偏差，可以生成一组新数据，称为信号变化(VOS)。窗 口尺寸指示用于计算一个VOS数据点的数据宽度。较宽的窗口尺寸给出VOS结果 的更小可变性。
权利要求
1.一种测量具有纵轴以及沿所述纵轴的长度的光纤中偏振模色散的方法，所述方法包括(a)经由光路将多个偏振输入光脉冲发射到所述光纤长度第一端中，因此每个所述偏振输入光脉冲导致相应的反向散射光信号离开所述光纤第一端并进入光路，进而从所述输入光脉冲和所述相应反向散射光信号生成多个脉冲-信号对；(b)对所述反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获得对应于所述光纤长度一部分的反向散射强度踪迹；(c)在至少两个所述脉冲-信号对的通过之间非简并地更改所述光路的偏振；(d)通过求和(i)所述反向散射强度踪迹的至少一个乘以第一加权系数以及(ii)至少一个其它所述反向散射强度踪迹乘以与所述第一加权系数符号相反的另一加权系数，来生成对应于所述光纤长度的所述部分的强度水平复合踪迹；(e)分析所述复合踪迹的强度水平变化，其中所述分析步骤包括分析所述复合踪迹的滑动数据窗口上的强度变化，并沿所述光纤长度的所述部分纵向移动所述数据窗口，同时继续分析所述强度变化，以产生关于沿所述光纤长度的所述部分的局部强度变化的信息，并且将所述强度水平的变化水平与所述光纤中偏振模色散(PMD)的分布相关。
2. —种测量具有纵轴以及沿所述纵轴的长度的光纤中的偏振模色散的方 法，所述方法包括(a) 经由光路将第一偏振输入光脉冲发送到所述光纤长度中，因此导致 第一反向散射光信号离开所述光纤并进入所述光路；然后(b) 对所述第一反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获得对应于所 述光纤长度一部分的第一反向散射强度踪迹；然后(c) 非简并地更改所述光路的偏振；然后(d) 经由所述光路将第二偏振输入光脉冲发送到所述光纤长度中，因此导致第二反向散射光脉冲离开所述光纤并进入所述光路；然后(e) 对所述第二反向散射光信号进行偏振敏感测量，由此获得对应于所 述光纤长度的所述部分的第二反向散射强度踪迹；然后(f) 通过求和(i)所述第一反向散射强度踪迹乘以加权系数A和(ii) 所述第二反向散射强度踪迹乘以加权系数B，来生成对应于所述光纤长度的所 述部分的强度水平复合踪迹，其中A和B具有相反的符号；然后(g) 分析所述复合踪迹的强度水平变化，其中所述分析步骤包括分析所 述复合踪迹的滑动数据窗口上的强度变化，并沿所述光纤长度的所述部分纵向 移动所述数据窗口，同时继续分析所述强度变化，以产生关于沿所述光纤长度 的所述部分的局部强度变化的信息，并且将所述强度水平的变化水平与所述光 纤中偏振模色散(PMD)分布相关。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏振敏感测量包括使所 述反向散射光信号穿过偏振器并进入检测器。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据窗口包括约0.5与 2.0 km之间的宽度。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光纤绕线轴缠绕。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述线轴具有在约7与20cm 之间的筒直径。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光纤是旋转光纤。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光纤是非旋转光纤。
9. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光纤被置于缆线内。
10. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所发射的脉冲包括在约10 与500 ns之间、更佳地在约50与200 ns之间的脉宽。
11. 一种测量具有纵轴和沿所述纵轴的长度的光纤中偏振模色散的方法， 所述方法包括(a) 经由光路将第一偏振输入光脉冲发送到所述光纤长度中，因此导致 第一反向散射光信号离开所述光纤并进入所述光路；然后(b) 对所述第一反向散射光信号进行起偏；(c) 检测经起偏的所述第一反向散射光信号，由此获得对应于所述光纤长度一部分的第一反向散射强度踪迹；然后(d) 非简并地更改所述光路的偏振；然后(e) 对第二反向散射光信号进行起偏；(f) 检测经起偏的所述第二反向散射光信号，由此获得对应于所述光纤 长度一部分的第二反向散射强度踪迹；然后(g) 通过求和(i)所述第一反向散射强度踪迹乘以加权系数A以及(ii) 所述第二反向散射强度踪迹乘以加权系数B进行，来生成对应于所述光纤长度 的所述部分的强度水平复合踪迹，其中A和B具有相反的符号；然后(h) 分析所述复合踪迹的强度水平变化，其中所述分析步骤包括分析在 所述复合踪迹的滑动数据窗口上的强度变化，并沿所述光纤长度的所述部分纵 向移动所述数据窗口，同时继续分析所述强度变化，以产生与沿所述光纤长度 的所述部分的局部强度变化相关的信息，并将所述强度水平的变化水平与所述 光纤中偏振模色散(PMD)分布相关。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述光路包括至少一个起 偏部件。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个起偏部件是 偏振器。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括非简并 地更改所述至少一个起偏部件的偏振。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个起偏部件被 置于0TDR内。
16. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括将附加 起偏部件插入到所述光路中。
17. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述光路包括输入路径部 分和返回路径部分。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述输入路径部分包括至 少一个起偏部件。
19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述返回路径部分包括至 少一个起偏部件。20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述返回路径部分包括偏 振分析器。
全文摘要
一种用于使用偏振光时域反射仪来筛选光纤偏振模色散的方法。将脉冲辐射发射到待测光纤中，并通过POTDR测量反向散射辐射并将其用于获得POTDR踪迹。获得多于一个的POTDR复合踪迹。然后对复合踪迹进行分析以比较沿光纤长度的信号变化，该信号变化相关于沿光纤长度的PMD水平。因为较高的PMD水平对应于较低的可变性局域化水平，所以通过将信号可变性阈值设定得足够低，可识别并移除具有不可接受的高局域化PMD的光纤。
文档编号G01N21/00GK101228427SQ200680022813
公开日2008年7月23日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月30日
发明者T·L·亨特, X·陈 申请人:康宁股份有限公司