第一耦合器、互补光发生模块、光环形器、传感光纤、扰偏器、第二耦合器、平衡探测器、信号调理电路、上位机数据处理系统；其中互补光发生模块包括光开关、声光调制器、可调光衰减器、第三耦合器；
延时发生器，用于产生切换脉冲、调制脉冲、同步脉冲;切换脉冲输入至光开关，调制脉冲输入至声光调制器，同步脉冲输入至上位机数据处理系统；
激光器，用于产生连续模式窄线宽激光，并将其输出至第一耦合器；
第一耦合器，用于将窄线宽激光分成两路:第一路作为探测的连续光输出至光开关，第二路作为本地参考光输出至扰偏器；
光开关，用于根据接收的切换脉冲将连续光转换为探测光脉冲以及与该探测光脉冲互补的互补光脉冲，探测光脉冲输出至声光调制器，互补光脉冲输出至可调光衰减器；
声光调制器，用于根据接收的调制脉冲对探测光脉冲进行移频，输出移频后的探测光脉冲至第三耦合器，所述移频后的探测光脉冲与互补光脉冲形成一个频率差；
可调光衰减器，用于对互补光脉冲的光功率进行衰减，使得互补光脉冲的峰值功率和探测光脉冲的峰值功率一致，输出衰减后的互补光脉冲至第三親合器；
第三耦合器，用于将移频后的探测光脉冲和衰减后的互补光脉冲耦合，输出两路:一路作为用于检测脉冲形状的混合监测光输出，另一路作为混合光脉冲输出至光环形器；
光环形器，用于将混合光脉冲由其第I端口输入，并由其第2端口注入至传感光纤；
传感光纤，用于当接收到混合光脉冲时，产生背向瑞利散射光输入至光环形器的第2端口，并由光环形器的第3端口输出至第二耦合器；
扰偏器，用于对本地参考光进行扰偏，输出扰偏后的本地参考光至第二耦合器；
第二耦合器，用于将背向瑞利散射光和扰偏后的本地参考光进行相干拍频，输出光脉冲至平衡探测器；
平衡探测器，用于将光脉冲转换成电信号后输出至信号调理电路；
信号调理电路，用于对电信号进行调理，输出调理后的电信号至上位机数据处理系统；上位机数据处理系统，用于根据接收的同步脉冲对调理后的电信号进行处理，得到COTDR曲线。
[0018]实验室使用器件性能:激光器的型号为R1激光器，该激光器波长为1550nm，线宽为1kHz，输出光功率为13dBm;光开关型号上升沿100ns，可以产生最小10ns的光脉冲；声光调制器消光实现40MHz的频率上移，消光比为40dB;可调光衰减器，衰减范围从ldB-40dB;平衡探测器带宽350MHz，放大倍数40dB。带通滤波器的选通频率范围为35MHz—45MHz。
[0019]结合实验参数的具体步骤如下:
步骤一:窄线宽激光器产生连续光脉冲到第一耦合器，其中90%能量的连续光输出至光开关，10%能量的连续光作为本地参考光输出至扰偏器。扰偏器用来扰乱本地参考光的偏振态，使得探测曲线间的相关性小，使得最后曲线平均结果变得更加平滑。
[0020]步骤二: 90%的连续光通过光开关产生一个Ius的光脉冲，典型的脉冲宽度从Ius——50us，对应的空间分辨率从100m——5km。通过光开关产生的探测光脉冲经过声光调制器移频40Mhz，产生的互补光脉冲经过光衰减器，使得互补光脉冲的峰值功率和声光调制的峰值功率一致，可以通过使用光电探测器监测功率是否一致。通过第三耦合器合成完整的混合光脉冲，在经过光环形器后进入到待测传感光纤。
[0021]步骤三:由混合光脉冲进入到待测传感光纤产生背向瑞利散射光通过光环形器进入到第二耦合器，散射光与扰偏的本地参考光发生相干拍频后进入到平衡探测器，平衡探测器输出相干拍频的电信号经过信号调理电路后由ADC采集并上传给上位机数据处理系统进行信号处理，进过累加平均后即可得到COTDR的探测曲线。
[0022]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于光开关产生互补光的新型⑶TDR探测装置，包括延时发生器、激光器、第一耦合器、光环形器、传感光纤、扰偏器、第二耦合器、平衡探测器、信号调理电路、上位机数据处理系统；其特征在于，还包括互补光发生模块，所述互补光发生模块包括光开关、声光调制器、可调光衰减器、第三耦合器;其中， 延时发生器，用于产生切换脉冲、调制脉冲、同步脉冲;切换脉冲输入至光开关，调制脉冲输入至声光调制器，同步脉冲输入至上位机数据处理系统； 激光器，用于产生连续模式窄线宽激光，并将其输出至第一耦合器； 第一耦合器，用于将窄线宽激光分成两路:第一路作为探测的连续光输出至光开关，第二路作为本地参考光输出至扰偏器； 光开关，用于根据接收的切换脉冲将连续光转换为探测光脉冲以及与该探测光脉冲互补的互补光脉冲，探测光脉冲输出至声光调制器，互补光脉冲输出至可调光衰减器； 声光调制器，用于根据接收的调制脉冲对探测光脉冲进行移频，输出移频后的探测光脉冲至第三耦合器，所述移频后的探测光脉冲与互补光脉冲形成一个频率差； 可调光衰减器，用于对互补光脉冲的光功率进行衰减，使得互补光脉冲的峰值功率和探测光脉冲的峰值功率一致，输出衰减后的互补光脉冲至第三親合器； 第三耦合器，用于将移频后的探测光脉冲和衰减后的互补光脉冲耦合，输出两路:一路作为用于检测脉冲形状的混合监测光输出，另一路作为混合光脉冲输出至光环形器； 光环形器，用于将混合光脉冲由其第I端口输入，并由其第2端口注入至传感光纤； 传感光纤，用于当接收到混合光脉冲时，产生背向瑞利散射光输入至光环形器的第2端口，并由光环形器的第3端口输出至第二耦合器； 扰偏器，用于对本地参考光进行扰偏，输出扰偏后的本地参考光至第二耦合器； 第二耦合器，用于将背向瑞利散射光和扰偏后的本地参考光进行相干拍频，输出光脉冲至平衡探测器； 平衡探测器，用于将光脉冲转换成电信号后输出至信号调理电路； 信号调理电路，用于对电信号进行调理，输出调理后的电信号至上位机数据处理系统；上位机数据处理系统，用于根据接收的同步脉冲对调理后的电信号进行处理，得到COTDR曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括依次连接的跨阻放大单元、带通滤波器、ADC单元，其中，带通滤波器的中心频率与声光调制器的移频一致。3.根据权利要求1所述的一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置，其特征在于，所述第一親合器为90:10親合器，其中，90%的窄线宽激光为第一路。4.根据权利要求1所述的一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置，其特征在于，所述第二親合器为50:50親合器。5.根据权利要求1所述的一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置，其特征在于，所述第三親合器为50:50親合器。6.基于权利要求1所述的一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、激光器产生连续模式窄线宽激光，将该窄线宽激光分成两路:第一路作为探测的连续光输出至光开关，第二路作为本地参考光输出至扰偏器； 步骤二、根据延时发生器产生的切换脉冲来控制光开关的通断，光开关的第一输出端输出探测光脉冲至声光调制器，第二输出端输出与该探测光脉冲互补的互补光脉冲至可调光衰减器； 步骤三:声光调制器根据延时发生器产生的调制脉冲对探测光脉冲进行移频，输出移频后的探测光脉冲，声光调制器打开的宽度大于光开关产生的探测光脉冲宽度，且在打开时间上正好覆盖探测光脉冲； 步骤三:调节可调光衰减器的输出功率，使得调节后的互补光脉冲与探测光脉冲的峰值功率一致； 步骤四:将移频后的探测光脉冲与调节后的互补光脉冲耦合后输出两路:一路作为用于检测脉冲形状的混合监测光输出，另一路作为混合光脉冲输出至光环形器； 步骤五、将混合光脉冲注入传感光纤，产生背向瑞利散射光； 步骤六、本地参考光经过扰偏器后与瑞利散射光混频，得到光脉冲，将该光脉冲转换成电信号后再经调理、处理得到COTDR曲线。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置，包括延时发生器、激光器、第一耦合器、光环形器、传感光纤、扰偏器、第二耦合器、平衡探测器、信号调理电路、上位机数据处理系统；还包括互补光发生模块，互补光发生模块包括光开关、声光调制器、可调光衰减器、第三耦合器。本发明还公开了一种基于光开关产生互补光的新型COTDR探测装置的实现方法。本发明通过引入光开关和可调光衰减器产生了COTDR需要的脉冲光和互补光，节省了一个激光器光源；采用一个激光器光源即使得探测光和互补光之间频率和峰值功率更容易匹配；互补光和探测光的时序控制变得简单，极大地抑制了级联EDFA系统的瞬态效应，提高了COTDR的探测距离和探测精度。
【IPC分类】G01D5/36
【公开号】CN105716638
【申请号】CN201610101505
【发明人】张益昕, 张旭苹, 孙振鉷, 傅思怡, 单媛媛
【申请人】南京大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年2月24日