一种新型多模光纤回波损耗测量装置及方法与流程

1.本发明属于测量技术领域，具体涉及一种新型多模光纤回波损耗测量装置及方法。


背景技术：

2.目前光回波损耗的测量方法主要包括光连续反射法、光时域反射法和光相干域反射法等。2007年中国计量科学研究院姚和军等人提出的“一种光器件回波损耗测量方法”专利就是利用光连续反射法实现对光器件回波损耗的测量，该方法是一种整体测试方法，仅用于测量光路中的反射光总和，它通过把已知反射率的标准反射件的反射光功率与被测件的反射光功率进行比较，准确测出被测件的光回波损耗值。该方法测量虽然测量原理简单，但是该方法需要在光纤末端进行“圈式缠绕”或者终端处理消除被测件之外的反射，同时该方法要求使用的定向耦合器在多模光纤系统中不受模式光的影响，但是多模信号对普通熔融式耦合器的影响不可消除。因此该方法不适合用于多模光纤及器件的回波损耗测量。
3.2008年安徽财经大学杨家桂提出了“基于光时域反射技术的回波损耗测量”方法，该测量方法是利用光脉冲反射法实现对光器件回波损耗的测量，它是通过发射光脉冲搜寻反射事件发生的位置，并通过接收返回的光脉冲来测量后向反射光功率。该测量方法可以实现免缠绕，因受到噪声、测量距离、脉冲宽度和盲区的影响，测量光回波损耗的精度较低。该测量方法是通过检测内部反射参考和被测器件的反射信号的幅度差得到被测器件的回波损耗值，因此该方法对程控放大电路的线性度要求很高，它会直接影响回波损耗参数测量的准确度。
4.光相干域反射法是利用迈克尔逊干涉的测试方法，它是利用宽带光源发出的光通过光纤耦合器分成待测光路和参考光路，待测光路和参考光路反射回来的光信号一起进入光纤耦合器被光电探测器接收，如果从待测链路事件点返回的后向散射光与参考光光程相等，两束光的干涉光强会增大，进而从背景信号中识别出后向反射光信号的强度等信息。该测量方法具有极高的灵敏度，但是测量范围受限于干涉仪的移动距离，且价格昂贵，应用范围很小。
5.现有技术存在以下缺点：
6.(1)利用光连续反射法对光器件回波损耗测量，这种方法需要对光纤末端进行绕圈处理，会造成光纤的损伤和破坏，同时由于多模光纤系统不受模式光的影响，因此不适合多模光纤和多模器件回波损耗的测量。
7.(2)基于光时域反射技术的回波损耗测量方法是利用光脉冲来实现回波损耗的测量，这种方法测量精度低、同时会受到盲区和脉冲宽度的限制，无法测量较短距离的光纤和光纤器件。
8.(3)基于光相干域反射法是利用迈克尔逊干涉的测试方法来实现回波损耗的测量，这种方法系统复杂，价格昂贵，应用范围很小。
9.随着光纤通信的迅速发展，光纤通信系统中使用了大量的光纤器件，如光纤跳线、
光开关、波分复用器和光隔离器等，这些光纤器件存在各种连接点和熔接点，光信号传输时会产生各种散射和反射，这不仅会影响光端机的稳定性，使工作波长产生偏移并引入噪声，也制约了光纤通信系统的传输速率，甚至会产生较大甚至致命的影响，因此测量和控制光纤器件的回波损耗参数对提升光纤通信传输系统的性能是非常有必要的，尤其是多模光纤传输系统。
10.光反射产生的两个主要来源是：菲涅尔反射和瑞利散射。菲涅尔反射发生在具有不同折射率的两种媒质的交界处；而瑞利散射是由多模光纤中原子、微粒、材料密度不均匀引起的弱光反射。在纤维光学中，通常用光回波损耗来表示光纤器件的反射特性。因此定义被测件的光回波损耗为负的十倍的入射光功率与反射光功率之比取对数，即：
[0011][0012]
式中：rl—被测件的回波损耗，单位：db；
[0013]
r—被测件的反射系数；
[0014]
pr—被测件的反射光功率，单位：mw；
[0015]
pi—被测件的入射光功率，单位：mw。
[0016]
现有技术存在以下缺点：
[0017]
(1)利用光连续反射法对光器件回波损耗测量，这种方法需要对光纤末端进行绕圈处理，会造成光纤的损伤和破坏，同时由于多模光纤系统不受模式光的影响，因此不适合多模光纤和多模器件回波损耗的测量。
[0018]
(2)基于光时域反射技术的回波损耗测量方法是利用光脉冲来实现回波损耗的测量，这种方法测量精度低、同时会受到盲区和脉冲宽度的限制，无法测量较短距离的光纤和光纤器件。
[0019]
(3)基于光相干域反射法是利用迈克尔逊干涉的测试方法来实现回波损耗的测量，这种方法系统复杂，价格昂贵，应用范围很小。
[0020]
本发明是基于光脉冲反射信号快速捕捉并结合高灵敏度光强探测技术来实现光纤和光器件回波损耗的测量。其测量原理是将光源模块中的脉冲激光器发射的具有一定重复周期的窄脉冲光通过光纤耦合器注入被测光纤器件，光纤器件中的几何缺陷或断裂面(活连接点和冷连接点)会使折射率突变，使脉冲光产生菲涅尔反射，检测从dut反射回来的脉冲光经光环行器被光接收机中的雪崩光电二极管(apd)接收，经程控放大和a/d转换组成的信号处理器接收处理即可获得反射的光功率，通过定时采样已经校准过的内部反射参考点功率和dut反射功率即可得到dut的回波损耗。与本发明最相近的技术方案是2008年安徽财经大学杨家桂提出了“基于光时域反射技术的回波损耗测量”方法，该测量方法是利用光脉冲反射法实现对光器件回波损耗的测量，它是通过发射光脉冲搜寻反射事件发生的位置，并通过接收返回的光脉冲来测量后向反射光功率。该测量方法可以实现免缠绕，因受到噪声、测量距离、脉冲宽度和盲区的影响，测量光回波损耗的精度较低，目前使用较广泛的是采用ttl电路的多谐振荡器作为脉冲发生器，其所产生的稳定脉冲宽度在35ns以上，对应的盲区在3.5m，极大的限制了光时域散射法测量回波损耗的能力。
[0021]
在此背景下，针对以上测量方法的缺点，我们发明了一种新型多模光纤回波损耗测量装置及方法，本发明基于光脉冲反射信号快速捕捉，并结合高灵敏度光强探测技术实
现高量值多模光纤回波损耗的测试，该测试方法具有更好的准确性、稳定性和可靠性。


技术实现要素：

[0022]
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种新型多模光纤回波损耗测量装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0023]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0024]
一种新型多模光纤回波损耗测量装置，包括脉冲激光信号发生器、光环行器、光接收机、信号处理器和显示器；
[0025]
脉冲激光信号发生器，被配置为用于采用基于直接频率合成技术的脉冲宽度调制方法产生激励脉冲激光信号；
[0026]
光环行器，被配置为用于将脉冲激光信号经过被测件反射后再原路返回进入光接收机中，实现单根光纤上的双向光信号传输；
[0027]
光接收机，被配置为用于接收被测件反射回来的光信号，并将其转换为电信号；
[0028]
信号处理器，被配置为用于处理接收的电信号并发出触发信号；
[0029]
显示器，被配置为用于将测量得到的被测件的光回波损耗值显示出来。
[0030]
优选地，脉冲激光信号发生器包括触发延时发生器和光源；
[0031]
触发延时发生器，被配置为用于采用基于直接频率合成技术的脉冲宽度调制方法产生激励脉冲信号；
[0032]
光源为ld光源。
[0033]
优选地，光接收机采用积分球式的光电探测器。
[0034]
优选地，光电探测器与被测件的工作波长相匹配，用于保证被测件多模光纤中所有的传导模能够耦合进入光电探测器的光敏面上。
[0035]
此外，本发明还提到一种新型多模光纤回波损耗测量方法，该方法采用如上所述的一种新型多模光纤回波损耗测量装置，具体包括如下步骤：
[0036]
步骤1：脉冲激光信号发生器发出脉冲激光信号；
[0037]
步骤2：脉冲激光信号经过光环行器进入被测件，然后又被测件反射回来；
[0038]
步骤3：被反射回来的光信号再次经过光环行器进入光接收机；
[0039]
步骤4：光接收机接收被测件反射回来的光信号，并将其转换为电信号；
[0040]
步骤5：信号处理器对接收的电信号进行信号处理和分析，得到被测件的反射光功率，将此反射光功率pr跟入射光功率pi进行比较，根据公式(1)得到被测件的光回波损耗值；
[0041][0042]
式中：rl—被测件的回波损耗，单位：db；
[0043]
r—被测件的反射系数；
[0044]
pr—被测件的反射光功率，单位：mw；
[0045]
pi—被测件的入射光功率，单位：mw；
[0046]
步骤6：显示器将测量得到的被测件的光回波损耗值显示出来。
[0047]
本发明所带来的有益技术效果：
[0048]
(1)通过选择满足环形通量标准的多模光源使注入到多模光纤器件中的光满足“满注入”条件，尽量减少多模光纤器件中由于模式未“满注入”造成的功率不稳定问题，保证了多模光纤与器件回损测量的量值稳定可靠；
[0049]
(2)选用特殊处理的光环行器，抑制由于多模信号的不同模式对常规光环行器的影响，提高了多模光纤回损测量的稳定性；
[0050]
(3)通过采用积分球式的高灵敏度光电探测器对多模光纤中传输的模式进行探测，保证高量值多模光纤回波损耗的测量。
附图说明
[0051]
图1为多模光纤回损测量装置原理示意图。
[0052]
图2为光接收机的结构示意图。
具体实施方式
[0053]
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
[0054]
本发明所采用的技术方案为：
[0055]
本发明所采用的技术方案是测量装置主要由脉冲激光信号发生器、光环行器、光接收机、信号处理器等组成。其中脉冲激光信号发生器包括触发延时发生器和光源组成，触发延时发生器一般采用基于直接频率合成(dds)技术的脉冲宽度调制(pmw)方法产生激励脉冲信号去驱动光源发出脉冲激光，激光脉冲发射电路使用高速fpga控制激光器，通过fpga产生的精确时序来产生精确的脉冲宽度，并根据脉宽的大小自适应的控制激光器的发射功率。触发产生的一定周期的窄脉冲光通过光环行器注入被测件，从被测件反射回来的脉冲光经光环行器进入光接收机，光接收机接收被待测件反射回来的微弱光信号并将其转换为电信号；电信号进入信号处理器，信号处理器处理接收的电信号，即可获得反射光功率信号，将此反射光功率pr跟入射光功率pi进行比较，即可求出待测件的光回波损耗。本发明中的装置原理如图1所示。
[0056]
本发明中使用的光源为ld光源，ld光源在阈值以上输出强相干光，输出功率大，而且调制速率高，更适合作为其光时域散射法光源。多模光纤及器件回损的测量本质上是光功率的测量，为了精确测量多模光纤及器件的回损示值，要求光源满足环形通量标准，注入到多模光纤器件中的光满足“满注入”条件，尽量减少多模光纤器件中由于模式未“满注入”造成的功率不稳定问题。装置中的光接收机要求与被测多模光纤器件的工作波长相匹配，保证被测多模光纤所有的传导模能够耦合进入光电探测器光敏面上，使得检测灵敏度与光纤传输模式基本无关，光电探测器在接收的光功率范围内为线性响应。同时光接收机的动态范围要求足够大，光接收机的结构如图2所示。
[0057]
与传统的光回损测量方法相比，本发明有以下几个创新点：
[0058]
(1)通过选择满足环形通量标准的多模光源使注入到多模光纤器件中的光满足“满注入”条件，尽量减少多模光纤器件中由于模式未“满注入”造成的功率不稳定问题；
[0059]
(2)选用特殊处理的光环行器，抑制由于多模信号的不同模式对环行器的影响；
[0060]
(3)通过采用积分球式的高灵敏度光电探测器对多模光纤中传输的模式进行探测，保证高量值多模光纤回波损耗的测量。
[0061]
通过该专利中的测量方法可以实现量值大于50db的多模光纤与器件光回损测试，从而解决大量程的多模光纤与器件光回波损耗测量难题，进而保证光纤厂家多模回损测试仪的量值溯源准确性。
[0062]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。