光学频域反射计(ofdr)系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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 显不、进一步处理等。
[0009] 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】
[0010] 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。
[0011] 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：
[0012] -光学辐射源，其能够发射在特定波长带内的光学辐射，所述辐射源光学连接到第 一耦合点，所述第一耦合点被布置为将所述辐射分裂为两部分，
[0013] -参考路径，所述参考路径光学连接到所述第一耦合点，
[0014] -测量路径，所述测量路径光学连接到所述第一耦合点，所述测量路径还包括光学 环行器，所述环行器光学连接到测量分支，所述测量分支被布置为基于反射的辐射进行测 量，
[0015] -其中，所述参考路径与所述测量路径光学耦合在第二耦合点中，
[0016] -光学探测单元，其能够经由所述第二耦合点获得来自从所述参考路径和所述测 量路径组合的光学辐射的信号，
[0017] -其中，所述测量路径包括依赖偏振的光学路径长度移位器（PDOPS)，所述移位器 具有引起或创建针对在所述测量路径中的所述辐射的第一偏振（Pl)和第二偏振（P2)的功 能，所述第一偏振（Pl)不同于所述第二偏振（P2)，并且
[0018] 其特征在于，
[0019] -所述移位器还具有使得针对在所述测量路径中的所述第一偏振（Pl)的所述光 学路径长度相对于针对在所述测量路径中的所述第二偏振（P2)的所述光学路径长度不同 的功能，所述测量分支包括光纤，所述光纤被布置为提供沿所述光纤的感测长度（I s)的针 对OFDR的反射，并且其中，所述依赖偏振的光学路径长度移位器（PDOPS)还被布置使得在 反射谱中的所述第一偏振（Pl)与所述第二偏振（P2)之间的光学路径长度差（A piws)被选 择从而避免在所述反射谱中的所述第一偏振（Pl)与所述第二偏振（P2)之间的交叠。
[0020] 本发明尤其，但不唯一地对于获得改进的光学频率反射计（OFDR)系统而言是有 利的，在所述光学频率反射计系统中，例如，可以在辐射源的相同扫描，例如激光扫描中执 行针对输入偏振的两个测量。为了使这成为可能，合适的部件被增加到干涉仪的测量分支， 在所述分裂器与所述环行器之间，使得（1)创建或引起两个偏振状态，并且（2)针对这两个 偏振状态在所述测量路径中的所述光学路径长度不同，其中，所述分裂器将所述辐射分配 在所述参考路径或臂和所述测量路径或臂上，所述测量分支（例如，所述感测纤维）附接于 所述环行器。
[0021] 值得一提的是直到现在OFDR系统具有若干不足：
[0022] -第一，测量针对两个正交输入状态的纤维属性需要两个独立测量。因为这些测量 在时间中被分开，在纤维的环境中的变化（例如，由于有意的纤维移动、无意的振动、温度 变化等）将导致两个测量之间的额外的差。在分析中，假定所述差仅仅由输入偏振的变化 引起，从而导致从所述两个分开的测量的信号计算的单个有效散射轮廓中的错误。
[0023] -第二，另一个不足与在测量值中的一些被损坏的情况下的有效更新率有关。通过 针对每个激光扫描在两个正交输入状态之间交替，能够从每个新的激光扫描及先前扫描计 算出经更新的单个有效散射轮廓。然而，当单个测量值被任何影响（例如，激光跳模、强振 动等）损坏时，必须丢弃两个经更新的有效散射轮廓，从而降低了有效更新率。
[0024] -第三，相比于现有技术解决方案，本发明的额外优点是在两个输入偏振之间不能 够出现校准中的差，从而移除可能的不准确的来源。
[0025] 因为相比于进行OFDR测量的先前方式，能够在相对短的时间期间测量在所述测 量路径中，尤其是在所述测量分支中的所述第一偏振（Pl)以及所述第二偏振（P2)的效应， 所以本发明可以减轻或克服这些不足。
[0026] 在本申请的上下文中，应理解，所述辐射源的所述波长带的扫描可以被认为包括 但不限于波长的在适当区间中的基本上连续的变化。在实践状况下，还应理解，扫描还可以 被认为是以固定顺序，通常从区间的一端到另一端优选均匀分布、被测量的相当大数量的 波长。
[0027] 在本申请的上下文中，应理解，第一偏振与第二偏振的从依赖偏振的光学路径长 度移位器（PDOPS)得到的偏振差在一些情况中可以例如由偏振控制器（pc)引起，并且在其 他情况中可以例如由偏振射束分裂器（PBS)创建，如将由光学领域的技术人员理解的。
[0028] 在本申请的上下文中，应理解，光学环行器是非可逆光学部件，其中，从第一端口 进入的辐射或光从第二端口离开，并且然后，在经由第二端口重新进入光学环行器后，辐射 从第三端口离开环行器，从而实现进入所述第一端口的辐射与离开所述第三端口的辐射之 间的隔离。光学领域的技术人员将意识到，各种合适的光学环行器可以应用于本发明的上 下文中。
[0029] 在本申请的上下文中，应理解，光学路径长度（OPL)可以被认为是辐射或光通过 其传播的介质的几何长度与折射率的乘积。光学路径长度是重要的，因为当其传播时其确 定光的相位并且操纵光的干涉和衍射。
[0030] 在本申请的上下文中，应理解，取决于环境及对本发明的应用，偏振，例如第一偏 振和第二偏振可以是线性、圆形或