基于相位共轭双子波的相干光时域反射仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤传感技术，特别设及光检测技术。
【背景技术】
[0002] 光时域反射仪OTDR是一种光纤检测仪器，主要用于光纤长度、光纤的传输衰减、接 头衰减和故障定位等的测量。光时域反射仪OTDR探测光脉冲在光纤中传输时产生的瑞利散 射和在光纤断裂处的菲涅尔反射，其中，背向散射光经散射及反射后返回发射端，从而被 OTDR捕获。传统OTDR使用的探测脉冲一般为具有一定宽度的单脉冲，检测方式采用非相干 的检测，一般用于短距离通信线路的测试。但是，在数千甚至上万公里的远程通信线路中， 通常会使用如渗巧光纤放大器抓FA等光放大器对信号光进行功率放大，同时，也会产生比 较强的自发福射放大ASE噪声，直接探测使得ASE噪声功率与背向瑞利散射信号功率无法得 W区分，造成系统测量的信噪比大大降低，从而导致了 OTDR动态范围的大幅降低，严重限制 了 OTDR所能测量的距离。
[0003] 不同于布里渊和拉曼散射，瑞利散射是一种弹性散射，其背向散射信号的频率和 前向的探测信号相同，因此，检测方式可W采用相干检测，即使用相干光时域反射仪C0TDR。 COTD时尋微弱的瑞利散射信号从较强的自发散射噪声中提取出来，提高OTDR的动态范围，使 探测距离大大延长，为OTDR的远距离测试提供了可能。与传统直接探测的OTDR不同，COTDR 中激光器不仅需要产生探测整条光纤的探测光信号，而且需要产生本地的参考光，即本振 光，从而进行相干检测。
[0004] 如图1所示，COTDR包括激光器、1*2光禪合器、声光调制器、2*1光禪合器、光环形 器、平衡探测器、OTDR数据处理模块；
[0005] 激光器的输出端与1*2光禪合器的输入端相连，1巧光禪合器的一个输出端与声光 调制器的载波信号输入端相连，1巧光禪合器的另一个输出端与2*1光禪合器的一个输入端 相连，声光调制器的调制信号输入端接收射频信号，声光调制器的已调信号输出端与光环 形器的第1端口相连，光环形器的第2端口与被测光纤相连，光环形器的第3端口与巧1光禪 合器的另一个输入端相连，2*1光禪合器的输出端与平衡探测器的输入端相连，平衡探测器 的输出端与OTDR数据处理模块相连。
[0006] 激光器产生的激光经1*2光禪合器分为两部分，其中一部分经声光调制器后作为 探测光信号经光环形器禪合进光纤，另一部分作为本振光使用，从而实现相干检测。探测光 信号在光纤中传输，瑞利背向散射光经散射及反射后返回发射端，经光环形器后与本振光 经相干探测后，瑞利背向散射光与本振光进行拍频从而形成倍频、和频W及差频信号输入 至平衡探测器，其中外差中频信号被平衡探测器响应，在OTDR数据处理模块中通过带通滤 波滤除噪声，经模数转换和数字信号处理后显示出被测光纤的测量结果。
[0007] 在图1所示的外差式相干检测系统中，声光调制器的作用是使得探测信号光相对 于本振光有一个频移，平衡探测器输出的信号为探测信号光和本振光拍频后形成的中频信 号，该中频信号的变化规律与探测信号光相同，所W可W通过解调该中频信号的功率从而 得到背向瑞利散射光的功率。
[0008] 由于中频信号的频率为探测信号光相对本振光的频移再加上激光器的线宽，所 W，为了通过相干从而得到比较稳定的中频信号频率，需要激光器的线宽尽可能的窄，运样 在进行带通滤波的时候，就能够尽可能保证中频信号的中屯、频率与带通滤波器的中屯、频率 一致，从而最大程度的滤除噪声，保留有用信号。
[0009] 当COTDR对长距离链路进行检测时，为了尽可能获得高的动态范围从而提高探测 距离，常用的方法是增加探测光脉冲的光功率，但是当高功率的探测光脉冲经过系统中 邸FA放大后，功率将会变得更大，此时，高功率的探测光脉冲在单模光纤中会引起光纤非线 性效应，如自相位调制、交叉相位调制、四波混频W及受激拉曼散射和受激布里渊散射。运 些非线性效应的存在导致了脉冲的变形，更重要的是传输信号频率的改变。由于利用相干 探测的目的就是为了使探测光和参考光产生稳定的中频信号，通过对该中频信号进行带通 滤波降低噪声，从而提高探测灵敏度。当探测光的频率发生变化，将导致它与参考光的外差 中频发生改变，一旦外差中频信号落在系统的带通滤波器带宽W外，信号的功率将会丢失， 使得探测曲线斜率增大。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种削弱甚至消除探测光在高速率，高功率 的光纤链路传输中所受到的非线性影响的相干光时域反射仪C0TDR。
[0011] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于相位共辆双子波的相干光 时域反射仪，包括激光器、1巧光禪合器、声光调制器、光环形器、OTDR数据处理模块;其特征 在于，还包括:偏振复用调制器、偏振复用相干检测器；
[0012] 激光器的输出端与1*2光禪合器的输入端相连，1巧光禪合器的一个输出端与声光 调制器的载波信号输入端相连，1巧光禪合器的另一个输出端与偏振复用相干检测器的一 个本振光输入端相连，声光调制器的已调信号输出端与偏振复用调制器的输入端相连，偏 振复用调制器的输出端与光环形器的第1端口相连，光环形器的第2端口与被测光纤相连， 光环形器的第3端口与偏振复用相干检测器的检测光输入端相连，偏振复用相干检测器的 输出端与OTDR数据处理模块相连；
[0013] 所述声光调制器用于，相对于激光器输出激光产生频移生成探测光脉冲；
[0014] 所述偏振复用调制器用于，将两路相位共辆的COTDR探测电信号分别调制到由探 测光脉冲上，在对两路调制后的两路正交的已调光信息进行偏振合束形成在光纤上传输的 探测光信号；
[0015] 所述偏振复用相干检测器用于，将来自于检测光输入端的光信号分解为两路正交 信号后，分别与来自于本振光输入端的本振光混频进行相干检测，最后相干检测后的两路 光信号叠加后输出。
[0016] 本发明提出的是一种新颖的相位共辆双子波PCTWs技术，是基于对马纳科夫方程 Manakov equ曰tion的分析：
[0018] 其中，Z为传输距离变量和t为时间变量，i是虚数单位，a和g分别是光纤损耗系数 和放大器增益系数函数，|32为群速度色散函数，丫为非线性的克尔系数函数，Ex,y为偏振矢 量，Ex和Ey分别为两个偏振方向上的电场分量。a/&表示对Z求偏导，护/& 2表示对t求2阶 段偏导；
[0019] 基于马纳科夫方程，根据微扰理论在频域展开一阶微扰，在累积色散关于链路中 屯、对称的条件下，发明人最终得到两个共辆子波非线性损伤的反相关性：
[0020] SEy化，t)=-[化 X(Lt)]*
[0021] 其中，*代表共辆，化y化，t)和[化X化，t)r分别代表两个偏振方向上的非线性失 真。
[0022] 由上式子看出，两个共辆双子波的一阶非线性损伤大小相等、符号相反。因此，在 接收端把两个偏振方向的信号相干叠加后就可W消除一阶非线性效