融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤光缆测试及光纤传感技术领域，具体设及融合波长可调谐光时域 反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统。
【背景技术】
[0002] 波分复用无源光网络（WDM-PON)是一种点到多点的技术，其在远程结点处具有波 长选择性的无源器件，被认为是有前途宽带接入网技术。波长可调谐光时域反射计对于 WDM-PON光纤链路的故障检测是一种非常有效的方式，从WDM-PON系统光线路终端接入，它 发射对应相应信道波长的探测脉冲禪合到馈线光纤中，经阵列波导光栅向下行链路传输， 在光纤中传输时所产生的背向瑞利散射和菲涅尔反射被光电探测器所检测，可实时从其探 测器获得的功率距离的曲线中获取光纤链路故障与损耗信息，具有多波长测试、测试速度 快、故障定位准确的特点。
[0003] 光纤环形腔衰荡技术结合光纤传感和腔衰荡技术，其由禪合器、光纤和传感元件 组成光纤环路，光在光纤环路中循环，光路中的损耗使得输出的光强形成指数衰减的曲线， 通过对衰减时间的测量而间接测量所要传感的物理量。光纤环形腔衰荡技术一方面具有抗 电磁干扰、耐腐蚀，系统易实现小型化，易于组件传感网络的特点，另一方面具有高灵敏微 量变化测量的特点，被广泛用于气体、压强、温度、应变等物理量的测量上。
[0004] 基于目前多传感物理量、多位置物理量实时测量的需求，本发明的系统融合波长 可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列，实现低成本、结构简单的传感网络化测量系 统。
【发明内容】
[0005] 本专利的目的是提供一种融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列 系统，具有成本低、结构简单，适用于传感器网络化的系统。
[0006] 本发明提供一种融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统，包 括：
[0007] 一可调谐激光器；
[000引一电光调制器，其输入端与可调谐激光器的输出端连接；
[0009] 一环行器，其端口 1与电光调制器的输出端连接；
[0010] 一阵列波导光栅，其输入端与环行器的端口 2连接；
[0011] NXM个光纤衰荡腔传感器，其包括多个输出端，每一输出端通过光纤串接有多个 光纤禪合器，每一光纤禪合器通过光纤并联有一传感元件；
[0012] 一光电探测器，其输入端与环行器的端口 3连接；
[0013] 一数字采集及信号处理模块，其输入端与光电探测器输出端连接；
[0014] 一计算机，其输入端与数字采集及信号处理模块的输出端连接。
[0015] 本专利与现有技术相比，具有如下优点：
[0016] (1)本专利融合波长可调谐光时域反射计和光纤衰荡腔传感阵列，使系统具有两 用性，既可W用作WDM链路光纤测试，又可W作为高灵敏度多物理量的测量。
[0017] (2)实际应用中，结合波长可调谐光时域反射计和WDM测试结构构成传感网络，且 可W省去传感器的多个光源和光电探测器，成本较低。，
【附图说明】
[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施为例，并参 照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
[0019] 图1是本专利提出的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列的系 统的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 请参照图1所示，本发明提供一种融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传 感阵列系统，包括：
[0021] 一可调谐激光器1，所述可调谐激光器1为分布式布拉格反射光栅可调谐激光器， 其波长范围为1528nm-1565皿，波长间隔为0. 8皿；
[0022] 一电光调制器2,其输入端与可调谐激光器1的输出端连接，所述电光调制器2的 调制速率为40GHz，工作波长为1550nm的魄酸裡强度调制器；
[0023] 一环行器3,其端口 1与电光调制器2的输出端连接；
[0024] 一阵列波导光栅4,其输入端与环行器3的端口 2连接，所述阵列波导光栅4为32 通道模块，通道间距lOOGHz;
[0025]NXM个光纤衰荡腔传感器5,其包括多个输出端，每一输出端通过光纤串接有多 个光纤禪合器51，每一光纤禪合器51通过光纤并联有一传感元件52,所述光纤禪合器51 的分光比为99 : 1;
[0026] 一光电探测器6,其输入端与环行器3的端口3连接，所述光电探测器6为直流禪 合、带宽200M的高增益的雪崩探测器；
[0027] 一数字采集及信号处理模块7,其输入端与光电探测器6输出端连接；
[002引一计算机8,其输入端与数字采集及信号处理模块7的输出端连接。
[0029] 所述的可调谐光源被电光调制器调制获得窄脉冲，脉冲通过光纤环行器和阵列波 导光栅中进入到传感光纤，阵列波导光栅后又N路光纤，每一路光纤设置M个光纤衰荡腔传 感器，通过选择不同的波长选择某一路的测量，每一路的M个光纤衰荡腔传感器可W同时 实现多物理量的测量。探测脉冲进入到某一路传感光纤后，一部分光在光纤中传播产生背 向瑞利散射，一部分光进入到光纤衰荡腔传感器中产生衰荡串，单路光纤传播的光间隔一 定距离后的一部分光进入到另一个光纤衰荡腔传感器中产生衰荡串，依次类推，光纤中背 向瑞利散射和衰荡串经光纤环形器后进入光电探测器模块，瑞利散射光的信息可W作为光 纤故障和损耗的判断，而衰荡曲线可W判断传感物理量的变化。通过数字采集及信号处理 模块解调光纤各点的瑞利散射信号和应力变化信号，然后将所有信号通过USB与计算机的 上位机取得通信，通过上位机可W形象地观察到光纤各点的光时域反射信号W及光纤衰荡 腔传感器的待测物理量的变化情况。
[0030] 波长可调谐光时域反射计工作原理
[0031] 当探测脉冲射入到待测光纤中，光在光纤中传输时的会产生反向瑞利散射和菲涅 尔反射，通过OTDR接收机获得的功率与距离的曲线，可W提取光纤长度、光纤链路故障和 损耗的信息，如光纤宏弯、光纤断裂、连接器问题等。WDM链路是一种点到多点的结构，其包 含阵列波导光栅等对波长具有选择性的无源器件，采用波长可调谐光时域反射计可W测量 点到多点的WDM链路的光纤的故障与损耗。后向瑞利散射波功率与光纤位置X的关系为：
[0032]
【主权项】
1. 一种融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统，包括： 一可调谐激光器； 一电光调制器，其输入端与可调谐激光器的输出端连接； 一环行器，其端口1与电光调制器的输出端连接； 一阵列波导光栅，其输入端与环行器的端口 2连接； NXM个光纤衰荡腔传感器，其包括多个输出端，每一输出端通过光纤串接有多个光纤 耦合器，每一光纤耦合器通过光纤并联有一传感元件； 一光电探测器，其输入端与环行器的端口 3连接； 一数字采集及信号处理模块，其输入端与光电探测器输出端连接； 一计算机，其输入端与数字采集及信号处理模块的输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列 系统，其中所述可调谐激光器为分布式布拉格反射光栅可调谐激光器，其波长范围为 1528nm_1565nm，波长间隔为 0. 8nm。
3. 根据权利要求1所述的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统， 其中电光调制器的调制速率为40GHz，工作波长为1550nm的铌酸锂强度调制器。
4. 根据权利要求1所述的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统， 其中阵列波导光栅为32通道模块，通道间距IOOGHz。
5. 根据权利要求1所述的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统， 其中光纤親合器的分光比为99 : 1。
6. 根据权利要求1所述的融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统， 其中光电探测器为直流耦合、带宽200M的高增益的雪崩探测器。
【专利摘要】一种融合波长可调谐光时域反射计与光纤衰荡腔传感阵列系统，包括：一可调谐激光器；一电光调制器，其输入端与可调谐激光器的输出端连接；一环行器，其端口1与电光调制器的输出端连接；一阵列波导光栅，其输入端与环行器的端口2连接；N×M个光纤衰荡腔传感器，其包括多个输出端，每一输出端通过光纤串接有多个光纤耦合器，每一光纤耦合器通过光纤并联有一传感元件；一光电探测器，其输入端与环行器的端口3连接；一数字采集及信号处理模块，其输入端与光电探测器输出端连接；一计算机，其输入端与数字采集及信号处理模块的输出端连接。本发明具有成本低、结构简单，适用于传感器网络化的系统。
【IPC分类】G01D5-26, H04B10-071
【公开号】CN104811241
【申请号】CN201510212386
【发明人】孙菲, 谢亮, 漆晓琼
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月29日