一种光纤时域反射仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤时域反射仪，所述装置包括：触发器、激光器、衰减器、环形器、上转换单光子探测器以及时间数字转换器，本实用新型中的OTDR采用上转换单光子探测器，上转换单光子探测器采用1900nm至2000nm的泵浦光波长，对和频光进行窄带滤波，在相同量子效率下得到比经典探测器更低的NEP，其NEP值可以达到-140dbm，由于NEP的值越低，所探测的动态范围越大，上转换单光子探测器有效地增大了OTDR所能测量的动态范围，提高了探测的分辨率，减小了测量时间，有效的避免了菲涅尔反射峰后出现的盲区。
【专利说明】一种光纤时域反射仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光纤通信领域，特别是涉及一种光纤时域反射仪。
【背景技术】
[0002]目前，随着光通信的不断发展，光通信中一个重要的分支——光纤通信技术(Optical Fiber Communications)以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小等优点,逐渐替代电缆、微波通信等传输方式，成为世界通信中主要传输方式。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。因此，光纤性能的优劣直接影响光信号传输的速率和距离。
[0003]雷电、地震以及施工等情况容易导致光纤的损坏，导致光通信的中断。为了减少损失，及时地诊断、修复损坏的光纤显得尤为重要。光纤时域反射仪(Optical Time-DomainReflectometer, 0TDR)根据光的后向散射与菲涅耳反向原理,利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取光信号衰减的信息，可用于测量光纤衰减以及接头损耗、定位光纤故障点，分析光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
[0004]传统的OTDR系统主要采用经典光探测器，例如:线性模式下的光电倍增管(Photomultiplier Tube, PMT)、PIN 光电二极管以及雪崩光电二极管(Avalanche PhotoDiode, APD)等，光探测器输出的信号正比于瑞利反射光强的大小。
[0005]本领域技术人员采用上述OTDR诊断光纤时，发现有如下缺点:
[0006]OTDR所能测量的动态范围与等效噪声功率(Noise Equivalent Power,NEP)有关，NEP值越低，所能测量的动态范围就越大。由于经典的光探测器有较大的暗电流和热噪声，OTDR的值一般为-llOdbm，导致OTDR所能测量的动态范围较小。
实用新型内容
[0007]有鉴于此，本实用新型提供了一种光纤时域反射仪，采用上转换单光子探测器，NEP值可达_140dbm，有效的增大了 OTDR所能测量的动态范围。
[0008]一种光纤时域反射仪，所述装置包括:
[0009]触发器、激光器、衰减器、环形器、上转换单光子探测器以及时间数字转换器；
[0010]所述触发器用于输出预设频率的电脉冲信号；
[0011 ] 所述触发器输出的电脉冲信号触发激光器产生相同频率的脉冲信号光，所述脉冲信号光经过所述衰减器衰减后入射到所述环形器，从所述环形器输出的脉冲信号光入射到探测光纤，脉冲信号光经过探测光纤瑞利散射后得到后向散射光输出至环形器，所述后向散射光经过环形器输出后入射到上转换单光子探测器；
[0012]所述上转换单光子探测器用于将泵浦光和所述后向散射光进行非线性光学和频，对和频光进行窄带滤波，将窄带滤波后的和频光转换成晶体管-晶体管逻辑门TTL电信号输出，所述泵浦光波长为1900nm至2000nm ；
[0013]所述触发器将电脉冲信号输出至时间数字转换器，所述上转换单光子探测器将TTL电信号输出至时间数字转换器；
[0014]所述时间数字转换器利用电脉冲信号和TTL电信号测量不同探测光纤位置上对应的光子计数；
[0015]其中，光信号在激光器、衰减器、环形器和上转换单光子探测器之间通过保偏光纤传输。
[0016]可选的，所述上转换单光子探测器包括:
[0017]体布拉格光栅，所述体布拉格光栅用于对和频光进行窄带滤波。
[0018]可选的，
[0019]所述体布拉格光栅的尺寸大于等于3.5mm*3.5mm*16mm的立方体。
[0020]可选的，所述触发器包括:
[0021]微波信号发生器和编码器；
[0022]所述微波信号发生器用于输出初始脉冲信号；
[0023]所述编码器用于对所述初始脉冲信号进行编码，输出预设频率的电脉冲信号。
[0024]可选的，所述微波信号发生器输出的初始脉冲信号的频率包括:
[0025]IOGHz。
[0026]可选的，
[0027]所述激光器输出功率为1W，波长为150.12nm，脉冲宽度为50ps至10 μ s可调谐。
[0028]可选的，所述上转换单光子探测器包括:
[0029]硅雪崩二极管。
[0030]可选的，
[0031]所述硅雪崩二极管的时间抖动jitter为500ps。
[0032]可选的，
[0033]光信号在激光器、衰减器、环形器和上转换单光子探测器之间通过单模光纤传输;
[0034]则所述装置还包括:
[0035]偏振控制器，用于将泵浦光和所述后向散射光的调节为TMtltl模式的偏振光。
[0036]由上述内容可知，本实用新型有如下有益效果:
[0037]本实用新型提供了一种光纤时域反射仪，与现有技术中采用PMT、PIN以及APD等经典光探测器的OTDR不同，本实用新型中的OTDR采用上转换单光子探测器，上转换单光子探测器采用1900nm至2000nm的泵浦光波长，对和频光进行窄带滤波，在相同量子效率下得到比经典探测器更低的NEP，其NEP值可以达到-140dbm，由于NEP的值越低，所探测的动态范围越大，上转换单光子探测器有效地增大了 OTDR所能测量的动态范围，提高了探测的分辨率。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0039]图1为本实用新型一种光纤时域反射仪实施例一结构示意图；
[0040]图2为本实用新型一种光纤时域反射仪实施例二结构示意图；
[0041]图3为本实用新型一种光纤时域反射仪实验一测量结果示意图；
[0042]图4为本实用新型一种光纤时域反射仪实验二测量结果示意图；
[0043]图5为本实用新型一种光纤时域反射仪实验三测量结果示意图；
[0044]图6 (I)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四O至120km探测光纤的测量结果示意图；
[0045]图6 (2)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四100至216km探测光纤的测量结果示意图；
[0046]图6 (3)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (2)后端反射峰602放大后不意图；
[0047]图6 (4)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四100至221km的探测光纤测量结果示意图；
[0048]图6 (5)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (4)后端反射峰603放大后不意图；
[0049]图6 (6)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (I)与图6 (2)探测结果组合示意图；
[0050]图6 (7)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (6)后端反射峰602放大后不意图；
[0051]图6 (8)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (I)与图6 (4)探测结果组合示意图；
[0052]图6 (9)为本实用新型一种光纤时域反射仪实验四图6 (8)后端反射峰603放大后不意图。
【具体实施方式】
[0053]本实用新型公开了一种光纤时域反射仪，采用上转换单光子探测器，实现了 OTDR系统测量的动态范围大、分辨率高、测量时间段以及盲区小的优点。
[0054]下面结合附图以及实验结果对本实用新型具体实施例进行详细说明。
[0055]实施例一
[0056]图1为本实用新型一种光纤时域反射仪实施例一结构示意图，所述装置包括:
[0057]触发器101、激光器102、衰减器103、环形器104、上转换单光子探测器105以及时间数字转换器106。
[0058]所述触发器101用于输出预设频率的电脉冲信号。
[0059]可选的，所述触发器101包括:微波信号发生器107和编码器108，
[0060]所述微波信号发生器107用于输出初始脉冲信号；
[0061]所述编码器108用于对所述初始脉冲信号进行编码，输出预设频率的电脉冲信号。
[0062]这里需要说明的是，触发器101还可以由其他的可以输出预设频率电脉冲信号的设备组成，这里不再一一赘述。[0063]可选的,微波信号发生器的型号为安捷伦N5183A,可发出IOGHz的初始脉冲信号；
[0064]编码器为安立的NP1800A，可将初始信号编码后输出预设频率的电脉冲信号。
[0065]所述触发器101输出的电脉冲信号触发激光器102产生相同频率的脉冲信号光，所述脉冲信号光经过所述衰减器103衰减后入射到所述环形器104，从所述环形器104输出的脉冲信号光入射到探测光纤。
[0066]所述触发器101与激光器102相连，触发器输出的预设频率的电脉冲信号是激光器102的触发信号，触发激光器102产生相同频率的脉冲信号光。
[0067]可选的，所述激光器102波长区间为1900nm至2000nm，输出功率为1W。具体的，可以采用量子通讯公司的QCL-100/200窄脉宽激光器，脉冲宽度从50ps至10 μ s可调谐，输出脉冲信号光波长为150.12nm。
[0068]由于激光器输出的脉冲信号光峰值功率为1W,在探测时需要的功率约为250mW。因此，将脉冲信号光输入衰减器103进行衰减，达到探测所需的光功率后输出至环形器104。
[0069]所述环形器104是一个多端口器件，光的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的。
[0070]从环形器104输出的脉冲信号光入射到探测光纤进行探测。
[0071]脉冲信号光经过探测光纤瑞利散射后得到后向散射光输出至环形器104，所述后向散射光经过环形器104输出 后入射到上转换单光子探测器105。
[0072]后向散射光入射到环形器104，从环形器输出后入射到上转换单光子探测器105。
[0073]其中，脉冲信号光与后向散射光入射环形器104的入射口，以及输出环形器的出射口不相同。
[0074]本实例中，脉冲信号光在激光器102、衰减器103、环形器104和探测光纤之间，以及后向散射光在探测光纤、环形器104和上转换单光子探测器105之间通过保偏光纤传输。保偏光纤确保脉冲信号光和后向散射光以TMcitl模式传输。
[0075]所述上转换单光子探测器105用于将泵浦光和所述后向散射光进行非线性光学和频，对和频光进行窄带滤波，将窄带滤波后的和频光转换成晶体管-晶体管逻辑门TTL电信号输出，所述泵浦光波长为1900nm至2000nm。
[0076]可选的，泵浦光是由Advalue公司的单模激光器输出的。所述泵浦光A1，后向散射光λ2,和频光λ 3之间的关系为:
【权利要求】
1.一种光纤时域反射仪，其特征在于，所述装置包括: 触发器、激光器、衰减器、环形器、上转换单光子探测器以及时间数字转换器； 所述触发器用于输出预设频率的电脉冲信号； 所述触发器输出的电脉冲信号触发激光器产生相同频率的脉冲信号光，所述脉冲信号光经过所述衰减器衰减后入射到所述环形器，从所述环形器输出的脉冲信号光入射到探测光纤，脉冲信号光经过探测光纤瑞利散射后得到后向散射光输出至环形器，所述后向散射光经过环形器输出后入射到上转换单光子探测器； 所述上转换单光子探测器用于将泵浦光和所述后向散射光进行非线性光学和频，对和频光进行窄带滤波，将窄带滤波后的和频光转换成晶体管-晶体管逻辑门TTL电信号输出，所述泵浦光波长为1900nm至2000nm ； 所述触发器将电脉冲信号输出至时间数字转换器，所述上转换单光子探测器将TTL电信号输出至时间数字转换器； 所述时间数字转换器利用电脉冲信号和TTL电信号测量不同探测光纤位置上对应的光子计数； 其中，光信号在激光器、衰减器、环形器和上转换单光子探测器之间通过保偏光纤传输。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上转换单光子探测器包括: 体布拉格光栅，所述体布拉格光栅用于对和频光进行窄带滤波。
3.根据权利要求2所述·的装置，其特征在于， 所述体布拉格光栅的尺寸大于等于3.5mm*3.5mm*16mm的立方体。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述触发器包括: 微波信号发生器和编码器； 所述微波信号发生器用于输出初始脉冲信号； 所述编码器用于对所述初始脉冲信号进行编码，输出预设频率的电脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微波信号发生器输出的初始脉冲信号的频率包括:
IOGHz。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述激光器输出功率为1W，波长为150.12nm，脉冲宽度为50ps至10 μ s可调谐。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上转换单光子探测器包括: 硅雪崩二极管。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于， 所述硅雪崩二极管的时间抖动jitter为500ps。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的装置，其特征在于， 光信号在激光器、衰减器、环形器和上转换单光子探测器之间通过单模光纤传输； 则所述装置还包括: 偏振控制器，用于将泵浦光和所述后向散射光的调节为TMcitl模式的偏振光。
【文档编号】H04B10/071GK203504566SQ201320527442
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】张强, 申屠国樑 申请人:张强