一種光纖時(shí)域反射儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光纖時(shí)域反射儀，所述裝置包括：觸發(fā)器、激光器、衰減器、環(huán)形器、上轉(zhuǎn)換單光子探測器以及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，本實(shí)用新型中的OTDR采用上轉(zhuǎn)換單光子探測器，上轉(zhuǎn)換單光子探測器采用1900nm至2000nm的泵浦光波長，對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波，在相同量子效率下得到比經(jīng)典探測器更低的NEP，其NEP值可以達(dá)到-140dbm，由于NEP的值越低，所探測的動(dòng)態(tài)范圍越大，上轉(zhuǎn)換單光子探測器有效地增大了OTDR所能測量的動(dòng)態(tài)范圍，提高了探測的分辨率，減小了測量時(shí)間，有效的避免了菲涅爾反射峰后出現(xiàn)的盲區(qū)。
【專利說明】一種光纖時(shí)域反射儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖通信領(lǐng)域，特別是涉及一種光纖時(shí)域反射儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著光通信的不斷發(fā)展，光通信中一個(gè)重要的分支——光纖通信技術(shù)(Optical Fiber Communications)以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小等優(yōu)點(diǎn),逐漸替代電纜、微波通信等傳輸方式，成為世界通信中主要傳輸方式。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。因此，光纖性能的優(yōu)劣直接影響光信號(hào)傳輸?shù)乃俾屎途嚯x。
[0003]雷電、地震以及施工等情況容易導(dǎo)致光纖的損壞，導(dǎo)致光通信的中斷。為了減少損失，及時(shí)地診斷、修復(fù)損壞的光纖顯得尤為重要。光纖時(shí)域反射儀(Optical Time-DomainReflectometer, 0TDR)根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理,利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光來獲取光信號(hào)衰減的信息，可用于測量光纖衰減以及接頭損耗、定位光纖故障點(diǎn)，分析光纖沿長度的損耗分布情況等，是光纜施工、維護(hù)及監(jiān)測中必不可少的工具。
[0004]傳統(tǒng)的OTDR系統(tǒng)主要采用經(jīng)典光探測器，例如:線性模式下的光電倍增管(Photomultiplier Tube, PMT)、PIN 光電二極管以及雪崩光電二極管(Avalanche PhotoDiode, APD)等，光探測器輸出的信號(hào)正比于瑞利反射光強(qiáng)的大小。
[0005]本領(lǐng)域技術(shù)人員采用上述OTDR診斷光纖時(shí)，發(fā)現(xiàn)有如下缺點(diǎn):
[0006]OTDR所能測量的動(dòng)態(tài)范圍與等效噪聲功率(Noise Equivalent Power,NEP)有關(guān)，NEP值越低，所能測量的動(dòng)態(tài)范圍就越大。由于經(jīng)典的光探測器有較大的暗電流和熱噪聲，OTDR的值一般為-llOdbm，導(dǎo)致OTDR所能測量的動(dòng)態(tài)范圍較小。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種光纖時(shí)域反射儀，采用上轉(zhuǎn)換單光子探測器，NEP值可達(dá)_140dbm，有效的增大了 OTDR所能測量的動(dòng)態(tài)范圍。
[0008]一種光纖時(shí)域反射儀，所述裝置包括:
[0009]觸發(fā)器、激光器、衰減器、環(huán)形器、上轉(zhuǎn)換單光子探測器以及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0010]所述觸發(fā)器用于輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)；
[0011 ] 所述觸發(fā)器輸出的電脈沖信號(hào)觸發(fā)激光器產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號(hào)光，所述脈沖信號(hào)光經(jīng)過所述衰減器衰減后入射到所述環(huán)形器，從所述環(huán)形器輸出的脈沖信號(hào)光入射到探測光纖，脈沖信號(hào)光經(jīng)過探測光纖瑞利散射后得到后向散射光輸出至環(huán)形器，所述后向散射光經(jīng)過環(huán)形器輸出后入射到上轉(zhuǎn)換單光子探測器；
[0012]所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器用于將泵浦光和所述后向散射光進(jìn)行非線性光學(xué)和頻，對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波，將窄帶濾波后的和頻光轉(zhuǎn)換成晶體管-晶體管邏輯門TTL電信號(hào)輸出，所述泵浦光波長為1900nm至2000nm ；
[0013]所述觸發(fā)器將電脈沖信號(hào)輸出至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器將TTL電信號(hào)輸出至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0014]所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器利用電脈沖信號(hào)和TTL電信號(hào)測量不同探測光纖位置上對(duì)應(yīng)的光子計(jì)數(shù)；
[0015]其中，光信號(hào)在激光器、衰減器、環(huán)形器和上轉(zhuǎn)換單光子探測器之間通過保偏光纖傳輸。
[0016]可選的，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器包括:
[0017]體布拉格光柵，所述體布拉格光柵用于對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波。
[0018]可選的，
[0019]所述體布拉格光柵的尺寸大于等于3.5mm*3.5mm*16mm的立方體。
[0020]可選的，所述觸發(fā)器包括:
[0021]微波信號(hào)發(fā)生器和編碼器；
[0022]所述微波信號(hào)發(fā)生器用于輸出初始脈沖信號(hào)；
[0023]所述編碼器用于對(duì)所述初始脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼，輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)。
[0024]可選的，所述微波信號(hào)發(fā)生器輸出的初始脈沖信號(hào)的頻率包括:
[0025]IOGHz。
[0026]可選的，
[0027]所述激光器輸出功率為1W，波長為150.12nm，脈沖寬度為50ps至10 μ s可調(diào)諧。
[0028]可選的，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器包括:
[0029]硅雪崩二極管。
[0030]可選的，
[0031]所述硅雪崩二極管的時(shí)間抖動(dòng)jitter為500ps。
[0032]可選的，
[0033]光信號(hào)在激光器、衰減器、環(huán)形器和上轉(zhuǎn)換單光子探測器之間通過單模光纖傳輸;
[0034]則所述裝置還包括:
[0035]偏振控制器，用于將泵浦光和所述后向散射光的調(diào)節(jié)為TMtltl模式的偏振光。
[0036]由上述內(nèi)容可知，本實(shí)用新型有如下有益效果:
[0037]本實(shí)用新型提供了一種光纖時(shí)域反射儀，與現(xiàn)有技術(shù)中采用PMT、PIN以及APD等經(jīng)典光探測器的OTDR不同，本實(shí)用新型中的OTDR采用上轉(zhuǎn)換單光子探測器，上轉(zhuǎn)換單光子探測器采用1900nm至2000nm的泵浦光波長，對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波，在相同量子效率下得到比經(jīng)典探測器更低的NEP，其NEP值可以達(dá)到-140dbm，由于NEP的值越低，所探測的動(dòng)態(tài)范圍越大，上轉(zhuǎn)換單光子探測器有效地增大了 OTDR所能測量的動(dòng)態(tài)范圍，提高了探測的分辨率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0039]圖1為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)一測量結(jié)果示意圖；
[0042]圖4為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)二測量結(jié)果示意圖；
[0043]圖5為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)三測量結(jié)果示意圖；
[0044]圖6 (I)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四O至120km探測光纖的測量結(jié)果示意圖；
[0045]圖6 (2)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四100至216km探測光纖的測量結(jié)果示意圖；
[0046]圖6 (3)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (2)后端反射峰602放大后不意圖；
[0047]圖6 (4)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四100至221km的探測光纖測量結(jié)果示意圖；
[0048]圖6 (5)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (4)后端反射峰603放大后不意圖；
[0049]圖6 (6)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (I)與圖6 (2)探測結(jié)果組合示意圖；
[0050]圖6 (7)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (6)后端反射峰602放大后不意圖；
[0051]圖6 (8)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (I)與圖6 (4)探測結(jié)果組合示意圖；
[0052]圖6 (9)為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)驗(yàn)四圖6 (8)后端反射峰603放大后不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]本實(shí)用新型公開了一種光纖時(shí)域反射儀，采用上轉(zhuǎn)換單光子探測器，實(shí)現(xiàn)了 OTDR系統(tǒng)測量的動(dòng)態(tài)范圍大、分辨率高、測量時(shí)間段以及盲區(qū)小的優(yōu)點(diǎn)。
[0054]下面結(jié)合附圖以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0055]實(shí)施例一
[0056]圖1為本實(shí)用新型一種光纖時(shí)域反射儀實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置包括:
[0057]觸發(fā)器101、激光器102、衰減器103、環(huán)形器104、上轉(zhuǎn)換單光子探測器105以及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器106。
[0058]所述觸發(fā)器101用于輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)。
[0059]可選的，所述觸發(fā)器101包括:微波信號(hào)發(fā)生器107和編碼器108，
[0060]所述微波信號(hào)發(fā)生器107用于輸出初始脈沖信號(hào)；
[0061]所述編碼器108用于對(duì)所述初始脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼，輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)。
[0062]這里需要說明的是，觸發(fā)器101還可以由其他的可以輸出預(yù)設(shè)頻率電脈沖信號(hào)的設(shè)備組成，這里不再一一贅述。[0063]可選的,微波信號(hào)發(fā)生器的型號(hào)為安捷倫N5183A,可發(fā)出IOGHz的初始脈沖信號(hào)；
[0064]編碼器為安立的NP1800A，可將初始信號(hào)編碼后輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)。
[0065]所述觸發(fā)器101輸出的電脈沖信號(hào)觸發(fā)激光器102產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號(hào)光，所述脈沖信號(hào)光經(jīng)過所述衰減器103衰減后入射到所述環(huán)形器104，從所述環(huán)形器104輸出的脈沖信號(hào)光入射到探測光纖。
[0066]所述觸發(fā)器101與激光器102相連，觸發(fā)器輸出的預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)是激光器102的觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)激光器102產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號(hào)光。
[0067]可選的，所述激光器102波長區(qū)間為1900nm至2000nm，輸出功率為1W。具體的，可以采用量子通訊公司的QCL-100/200窄脈寬激光器，脈沖寬度從50ps至10 μ s可調(diào)諧，輸出脈沖信號(hào)光波長為150.12nm。
[0068]由于激光器輸出的脈沖信號(hào)光峰值功率為1W,在探測時(shí)需要的功率約為250mW。因此，將脈沖信號(hào)光輸入衰減器103進(jìn)行衰減，達(dá)到探測所需的光功率后輸出至環(huán)形器104。
[0069]所述環(huán)形器104是一個(gè)多端口器件，光的傳輸只能沿單方向環(huán)行，反方向是隔離的。
[0070]從環(huán)形器104輸出的脈沖信號(hào)光入射到探測光纖進(jìn)行探測。
[0071]脈沖信號(hào)光經(jīng)過探測光纖瑞利散射后得到后向散射光輸出至環(huán)形器104，所述后向散射光經(jīng)過環(huán)形器104輸出 后入射到上轉(zhuǎn)換單光子探測器105。
[0072]后向散射光入射到環(huán)形器104，從環(huán)形器輸出后入射到上轉(zhuǎn)換單光子探測器105。
[0073]其中，脈沖信號(hào)光與后向散射光入射環(huán)形器104的入射口，以及輸出環(huán)形器的出射口不相同。
[0074]本實(shí)例中，脈沖信號(hào)光在激光器102、衰減器103、環(huán)形器104和探測光纖之間，以及后向散射光在探測光纖、環(huán)形器104和上轉(zhuǎn)換單光子探測器105之間通過保偏光纖傳輸。保偏光纖確保脈沖信號(hào)光和后向散射光以TMcitl模式傳輸。
[0075]所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器105用于將泵浦光和所述后向散射光進(jìn)行非線性光學(xué)和頻，對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波，將窄帶濾波后的和頻光轉(zhuǎn)換成晶體管-晶體管邏輯門TTL電信號(hào)輸出，所述泵浦光波長為1900nm至2000nm。
[0076]可選的，泵浦光是由Advalue公司的單模激光器輸出的。所述泵浦光A1，后向散射光λ2,和頻光λ 3之間的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖時(shí)域反射儀，其特征在于，所述裝置包括: 觸發(fā)器、激光器、衰減器、環(huán)形器、上轉(zhuǎn)換單光子探測器以及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器； 所述觸發(fā)器用于輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)； 所述觸發(fā)器輸出的電脈沖信號(hào)觸發(fā)激光器產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號(hào)光，所述脈沖信號(hào)光經(jīng)過所述衰減器衰減后入射到所述環(huán)形器，從所述環(huán)形器輸出的脈沖信號(hào)光入射到探測光纖，脈沖信號(hào)光經(jīng)過探測光纖瑞利散射后得到后向散射光輸出至環(huán)形器，所述后向散射光經(jīng)過環(huán)形器輸出后入射到上轉(zhuǎn)換單光子探測器； 所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器用于將泵浦光和所述后向散射光進(jìn)行非線性光學(xué)和頻，對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波，將窄帶濾波后的和頻光轉(zhuǎn)換成晶體管-晶體管邏輯門TTL電信號(hào)輸出，所述泵浦光波長為1900nm至2000nm ； 所述觸發(fā)器將電脈沖信號(hào)輸出至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器將TTL電信號(hào)輸出至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器； 所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器利用電脈沖信號(hào)和TTL電信號(hào)測量不同探測光纖位置上對(duì)應(yīng)的光子計(jì)數(shù)； 其中，光信號(hào)在激光器、衰減器、環(huán)形器和上轉(zhuǎn)換單光子探測器之間通過保偏光纖傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器包括: 體布拉格光柵，所述體布拉格光柵用于對(duì)和頻光進(jìn)行窄帶濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述·的裝置，其特征在于， 所述體布拉格光柵的尺寸大于等于3.5mm*3.5mm*16mm的立方體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述觸發(fā)器包括: 微波信號(hào)發(fā)生器和編碼器； 所述微波信號(hào)發(fā)生器用于輸出初始脈沖信號(hào)； 所述編碼器用于對(duì)所述初始脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼，輸出預(yù)設(shè)頻率的電脈沖信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述微波信號(hào)發(fā)生器輸出的初始脈沖信號(hào)的頻率包括:
IOGHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述激光器輸出功率為1W，波長為150.12nm，脈沖寬度為50ps至10 μ s可調(diào)諧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)換單光子探測器包括: 硅雪崩二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于， 所述硅雪崩二極管的時(shí)間抖動(dòng)jitter為500ps。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 光信號(hào)在激光器、衰減器、環(huán)形器和上轉(zhuǎn)換單光子探測器之間通過單模光纖傳輸； 則所述裝置還包括: 偏振控制器，用于將泵浦光和所述后向散射光的調(diào)節(jié)為TMcitl模式的偏振光。
【文檔編號(hào)】H04B10/071GK203504566SQ201320527442
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】張強(qiáng), 申屠國樑 申請人:張強(qiáng)