一种少模时域反射仪制造技术

本发明专利技术公开了一种少模时域反射仪，属于光纤特性测量技术领域，由信号产生模块、光路模块、待测少模光纤模块、探测模块和数据采集及处理模块组成；通过信号产生模块产生多频光脉冲信号，光脉冲信号注入到光路模块，在光路模块进行空间模式转换，转换后的光信号进入待测少模光纤模块，待测少模光纤模块的背向瑞利散射光返回到光路模块进行模式分离，模式分离的光信号进入到探测模块进行光电转换，转换的后信号进入数据采集及处理模块实现信号采集和处理显示。本发明专利技术专利解决了应用于少模光纤的在线监测仪器存在空白这一问题，实现了少模光纤网络智能监测、损伤测量、故障定位功能。

A Few Mode Time Domain Reflectometer

The invention discloses a small-mode time-domain reflectometer, which belongs to the field of optical fiber characteristic measurement technology, and consists of signal generation module, optical path module, less-mode optical fiber module to be measured, detection module and data acquisition and processing module; multi-frequency optical pulse signal is generated by signal generation module, and optical pulse signal is injected into optical path module, and spatial mode conversion is carried out in optical path module after conversion. The optical signal enters the small-mode optical fiber module to be measured, the backscattered Rayleigh light of the small-mode optical fiber module to be measured returns to the optical path module for mode separation, the optical signal of mode separation enters the detection module for photoelectric conversion, and the converted signal enters the data acquisition and processing module for signal acquisition and processing display. The patent of the invention solves the problem that there is a blank in the online monitoring instrument applied to a few-mode optical fiber, and realizes the functions of intelligent monitoring, damage measurement and fault location of a few-mode optical fiber network.

【技术实现步骤摘要】
一种少模时域反射仪
本专利技术属于光纤特性测量
，具体涉及一种少模时域反射仪。
技术介绍
近年来，光纤通信网络带宽需求每年以20％～40％的速率持续增长。标准单模光纤的通信容量已经接近于非线性香农极限(100Tbit/s)，据保守估计，目前铺设好的单模光纤传输系统在未来10年内将达到容量极限。因此基于少模光纤的模式复用技术成为研究的热点。据OFweek网预测，少模光纤是光纤发展的下一站，少模光纤通信网络将在5年内商用，10年内成为主流。随着大数据、云计算等新技术的不断发展，少模光纤在信号传输的应用会不断普及，因此，用于少模光纤链路网络监测、损伤测量、故障定位等功能的监测仪器必不可少。光时域反射仪(OTDR，opticaltimedomainre-flectometer)是国际电信联盟推荐的光纤故障检测仪器，被广泛应用于光纤链路故障检测中。传统的光时域反射仪只能检测单模光纤链路，然而不同于单模光纤，少模光纤具有多个并行传输的模式，每个模式的传输特性不同，而且不同模式之间还会存在模式耦合。对少模光纤链路进行评估和监测，必须对每个模式的传输特性以及不同模式之间的耦合特性进行全面测量。这是目前的单模光纤时域反射仪无法实现的。因此，需要研制一种少模时域反射仪，解决少模光纤网络的智能监测、损伤测量和故障定位等问题。该仪器的研制必将推动少模光纤通信的实用化进程，对大容量光通信网络的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对少模光纤链路监测仪器存在空白这一现状，提出一种可以实现少模光纤网络智能监测、损伤测量、故障定位等功能的少模时域反射仪。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种少模时域反射仪，其系统框图如图1所示，由信号产生模块1、光路模块2、待测少模光纤模块3、探测模块4和数据采集及处理模块5组成；其中，所述的光路模块2包括模式转换器、模式解复用器及少模光纤环形器；工作过程如下：所述信号产生模块1产生脉冲信号光，然后脉冲信号光通过光纤传输到光路模块2，由光路模块2中的模式转换器将脉冲信号光转换为相应的单一激发模式光，单一激发模式光通过光路模块2中的少模光纤环形器进入到待测少模光纤模块3；待测少模光纤模块3中的少模光纤的单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式(如果激发模式为LP01模式，那么其他非激发模式为LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02等，即不同于激发模式的其他模式。)中，激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光信号经少模光纤环形器会返回光路模块2；在光路模块2中的模式解复用器进行模式分离，得到相应的LP01、LP11a、LP11b、LP02……等模式，输出到光路模块2的输出端口；然后通过探测模块4对光路模块2的输出端口的背向瑞利散射散射光信进行探测，再将探测之后的信号输入到数据采集及处理模块5中；在数据采集与处理模块5中，利用数据采集及处理模块5的数据采集卡对数据进行采集，然后读取数据，并对数据进行去噪处理，绘制光功率随着传输距离变化的数据曲线，从而获得少模光纤链路的传输情况；根据曲线计算出少模光纤的各种损伤信息，如模式耦合、模式相关损耗和差分模式群时延等，最终通过数据采集及处理模块5显示出来。所述信号产生模块1，如图2所示，由单频激光器11、相位调制器12、电光调制器14和信号发生器13组成；实现的基本过程是：由信号发生器13产生的正弦调制信号驱动相位调制器12对单频激光器11输出的连续光波进行相位调制，得到包含多个频点的多频光脉冲；通过调节相位调制器12的调制深度及调制频率对多频光单脉冲中的频点数量进行调谐，然后由信号发生器13产生参数可调的脉冲调制信号驱动电光调制器14，对多频光进行强度调制，最后得到参数可调的多频光脉冲输出。所述信号发生器13如图3所示，是由基于FPGA的直接数字频率合成器(DirectDigitalSynthesizer，DDS)实现的；所述DDS由相位累加器、波形存储器134、D/A转换器135和低通滤波器(LPF)136组成；其具体工作过程为：频率控制字M为二进制编码的相位增量值，作为相位累加器的输入；相位累加器由加法器132和寄存器133级联而成，用于将寄存器133的输出反馈到加法器132的输入端，实现累加；在每一个时钟脉冲fc，相位累加器把频率控制字M131累加一次，相位累加器的输出相应增加一个步长的相位增量，相位累加器的输出与波形存储器134的地址线相连对波形存储器134进行查表，将存储在波形存储器134中的信号抽样值查出，波形存储器的输出数据送到D/A转换器135，将数字形式的波形幅度值转换成一定频率的模拟信号，再经过低通滤波器136平滑滤波后输出期望的模拟波形。利用FPGA的逻辑单元实现相位累加器、波形存储器及外围控制电路，通过改变FPGA内部波形存储器中的波形数据，实现正弦信号及参数可调脉冲信号输出。所述光路模块2如图4所示，是由模式转换器29、模式解复用器210和少模光纤环形器211组成；光路模块2用于连接信号产生模块1与待测少模光纤模块3，在光路模块2中实现了高阶模式的激发和以及模式的分离，这是实现多模式测量的核心。所述的模式转换器29用于将信号产生模块1输出的多频光脉冲信号转换为相应的基模或高阶模式的光；所述的模式解复用器210用于将少模光纤各个模式分离开来，从而可以测量到各个模式的信号光；所述的少模光纤环形器211支持多个传输模式，少模光纤环形器具有单向传输特性，将信号光从一个端口导向另一个端口。所述的光路模块2的工作过程如下：多频光脉冲信号经模式转换器29的某一端口进入模式转换器进行模式转换，得到某一激发模式，如LP01模式(或LP11a或LP11b……)，利用少模光纤环形器的单向传输特性，该激发模由少模光纤环形器端口1经端口2进入待测少模光纤，在少模光纤产生的背向瑞利散射光经少模光纤环形器端口2返回并由端口3输出，进入模式解复用器件进行模式分离。所述待测少模光纤模块3主要由少模光纤构成。所述少模光纤支持多个模式并行传输。在理想条件下，各个模式之间是相互正交的。但是在实际传输过程中，少模光纤由于制作工艺不完美，导致折射率分布不均匀；在传输过程中产生的光纤的微弯等外界干扰使得模式之间不再正交，因此模式之间会发生耦合。通过测量任意单个模式的少模光纤背向瑞利散射的功率随着传输距离的变化曲线，计算曲线的斜率可以获得少模光纤的衰减信息；通过计算不同模式的衰减，可以获得模式相关损耗，计算不同模式的群速度可以获得差分模式群时延，计算不同模式之间的背向瑞利散射的功率比值可以获得少模光纤的模式耦合。所述探测模块4用于接收待测少模光纤模块3的信号光并将信号光转为电信号，探测模块的转换方式分为直接探测转换和相干探测转换。所述直接探测转换具有结构简单的优势，直接探测转换是由光电探测器接收光路模块2的模式解复用器210输出的信号光，光电探测器将信号光进行光电转换后，由放大电路进行增益调谐，输出电信号。所述相干探测转换具有灵敏度高的特点，可以实现对微弱的信号光接收，通过前置放大器41、90°混频器42、平衡探测器43、跨导放大器44、A/D转换器45、DSP处理器实现；光路模块2的模式解复用器210输出的各模式的背向散射信号光经前置放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种少模时域反射仪，其特征在于，由信号产生模块(1)、光路模块(2)、待测少模光纤模块(3)、探测模块(4)和数据采集及处理模块(5)组成；其中，所述的光路模块(2)包括模式转换器、模式解复用器及少模光纤环形器；其工作过程如下：所述信号产生模块(1)产生脉冲信号光，然后脉冲信号光通过光纤传输到光路模块(2)，由光路模块(2)中的模式转换器将脉冲信号光转换为相应的单一激发模式光，单一激发模式光通过光路模块(2)中的少模光纤环形器进入到待测少模光纤模块(3)；待测少模光纤模块(3)中的少模光纤的单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式中，激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光信号经少模光纤环形器会返回光路模块(2)；在光路模块(2)中的模式解复用器进行模式分离，得到相应的模式，输出到光路模块(2)的输出端口；然后通过探测模块(4)对光路模块(2)的输出端口的背向瑞利散射散射光信进行探测，再将探测之后的信号输入到数据采集及处理模块(5)中；在数据采集与处理模块(5)中，利用数据采集及处理模块(5)的数据采集卡对数据进行采集，然后读取数据，并对数据进行去噪处理，绘制光功率随着传输距离变换的数据曲线，从而获得少模光纤链路的传输情况；根据曲线计算出少模光纤的各种损伤信息，最终通过数据采集及处理模块(5)显示出来。...

【技术特征摘要】
1.一种少模时域反射仪，其特征在于，由信号产生模块(1)、光路模块(2)、待测少模光纤模块(3)、探测模块(4)和数据采集及处理模块(5)组成；其中，所述的光路模块(2)包括模式转换器、模式解复用器及少模光纤环形器；其工作过程如下：所述信号产生模块(1)产生脉冲信号光，然后脉冲信号光通过光纤传输到光路模块(2)，由光路模块(2)中的模式转换器将脉冲信号光转换为相应的单一激发模式光，单一激发模式光通过光路模块(2)中的少模光纤环形器进入到待测少模光纤模块(3)；待测少模光纤模块(3)中的少模光纤的单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式中，激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光信号经少模光纤环形器会返回光路模块(2)；在光路模块(2)中的模式解复用器进行模式分离，得到相应的模式，输出到光路模块(2)的输出端口；然后通过探测模块(4)对光路模块(2)的输出端口的背向瑞利散射散射光信进行探测，再将探测之后的信号输入到数据采集及处理模块(5)中；在数据采集与处理模块(5)中，利用数据采集及处理模块(5)的数据采集卡对数据进行采集，然后读取数据，并对数据进行去噪处理，绘制光功率随着传输距离变换的数据曲线，从而获得少模光纤链路的传输情况；根据曲线计算出少模光纤的各种损伤信息，最终通过数据采集及处理模块(5)显示出来。2.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述信号产生模块(1)，由单频激光器(11)、相位调制器(12)、电光调制器(14)和信号发生器(13)组成；实现的基本过程是：由信号发生器(13)产生的正弦调制信号驱动相位调制器(12)对单频激光器(11)输出的连续光波进行相位调制，得到包含多个频点的多频光脉冲；通过调节相位调制器(12)的调制深度及调制频率对多频光单脉冲中的频点数量进行调谐，然后由信号发生器(13)产生参数可调的脉冲调制信号驱动电光调制器(14)，对多频光进行强度调制，最后得到参数可调的多频光脉冲输出。3.如权利要求2所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述信号发生器(13)，是由基于FPGA的直接数字频率合成器实现的；所述直接数字频率合成器由相位累加器、波形存储器(134)、D/A转换器(135)和低通滤波器(136)组成；其具体工作过程为：频率控制字M为二进制编码的相位增量值，作为相位累加器的输入；相位累加器由加法器(132)和寄存器(133)级联而成，用于将寄存器(133)的输出反馈到加法器(132)的输入端，实现累加；在每一个时钟脉冲fc，相位累加器把频率控制字M(131)累加一次，相位累加器的输出相应增加一个步长的相位增量，相位累加器的输出与波形存储器(134)的地址线相连对波形存储器(134)进行查表，将存储在波形存储器(134)中的信号抽样值查出，波形存储器的输出数据送到D/A转换器(135)，将数字形式的波形幅度值转换成一定频率的模拟信号，再经过低通滤波器(136)平滑滤波后输出期望的模拟波形。4.如权利要求1所述的一种少模时域反射仪，其特征在于，所述光路模块(2)，由模式转换器(29)、模式解复用器(210)和少模光纤环形器(211)组成；光路模块(2)用于连接信号产生模块(1)与待测少模光纤模块(3)；所述的模式转换器(29)用于将信号产生模块(1)输出的多频光脉冲信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵军，李雪晴，刘峰，陈威成，于勇，宋聪聪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22