一种单纤单向光纤长度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单纤单向光纤长度测量方法及系统，所述系统包括：频率源、第一激光器、第二激光器、第一波分复用器、光纤链路、EDFA、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、鉴相器和运算控制单元。本发明专利技术提升了测量范围及测量精度、保证了操作便捷性，降低了系统成本，简化了结构并集成装置，利于在实际工程广泛应用；其中，采用鉴相器对相位差进行检测，可提高光纤长度的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种单纤单向光纤长度测量方法及系统
本专利技术属于光纤长度测量
，特别涉及一种单纤单向光纤长度测量方法及系统。
技术介绍
光纤以通信容量大、传输距离远、信号串扰小、保密性能好、抗电磁干扰、传输质量佳等优点逐渐成为信息化时代的最佳传输介质之一。随着光纤通信和光纤传感技术的不断发展，长距离、高精度的光纤长度测量在通信、授时、军事、航天、航空、安全等领域内越来越具有重要的应用价值，对光纤长度测量精度的要求也日益提高。目前，光纤长度测量的方法主要有：光时域反射法、光频域反射法、光脉冲延时法、光纤干涉法、激光相位法和激光锁模法等等。现有的这些方法各有其优势，也存在相对不足之处；例如，基于瑞利散射原理的光时域反射法，成本较高，测量精度为m量级；基于相干检测原理的光频域反射法，测量精度虽为mm量级，但光源相干条件较为苛刻，受温度影响较大；基于被动锁模原理的激光锁模法可实现长距离测量，但测量精度仅为cm量级。综上，现有光纤长度测量方法难以在测量精度、测量范围、测量时间、操作便捷性和系统成本等方面做到兼顾，亟需一种新的单纤单向高精度长距离光纤长度测量方法及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单纤单向光纤长度测量方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术可在提升测量范围的同时，提升测量精度，保证操作便捷性，降低系统成本。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种单纤单向光纤长度测量方法，包括以下步骤：步骤1：发射端的频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ1，第二激光器发射的光的波长为λ2，λ1≠λ2；步骤2：在发射端，将第一激光器和第二激光器发射的两束光输入第一波分复用器，进行波分合束；由光纤链路进行传输，光纤链路长度为L；步骤3：在接收端，通过第二波分复用器进行波分分束，将两种光信号分别送入第一光电探测器和第二光电探测器进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号和频率为f的第二频率信号；步骤4：将频率为f的第一频率信号与频率为f的第二频率信号送入鉴相器，获取两个频率为f的频率信号的相位差Δρ；步骤5：根据步骤4获得的相位差Δρ进行计算获得光纤长度，计算表达式为，式中，Δρ为相位差数据；λ1为第一激光器发射的光的波长，λ2为第二激光器发射的光的波长，λ1≠λ2；18为比例常数，为比例常数的单位。本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。本专利技术的进一步改进在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。本专利技术的一种单纤单向光纤长度测量系统，包括：发射端，用于通过频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ1，第二激光器发射的光的波长为λ2，λ1≠λ2；用于将第一激光器和第二激光器发射的两束光输入第一波分复用器，进行波分合束；光纤链路，用于进行发射端和接收端的信号传输；其中，光纤链路长度为L；接收端，用于通过第二波分复用器进行波分分束，将两种光信号分别送入第一光电探测器和第二光电探测器进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号和频率为f的第二频率信号；用于将频率为f的第一频率信号与频率为f的第二频率信号送入鉴相器，获取两个频率为f的频率信号的相位差Δρ；根据获得的相位差Δρ进行计算获得光纤长度，计算表达式为，式中，Δρ为相位差数据；λ1为第一激光器发射的光的波长，λ2为第二激光器发射的光的波长，λ1≠λ2；18为比例常数，为比例常数的单位。本专利技术的进一步改进在于，在发射端，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。本专利技术的进一步改进在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。本专利技术的进一步改进在于，所述发射端包括：频率源，用于输出频率为f的频率信号；第一激光器和第二激光器，用于接收频率源输出的频率信号，发射波长不同的光信号；其中，第一激光器发射的光的波长为λ1，第二激光器发射的光的波长为λ2，λ1≠λ2；第一波分复用器，用于接收第一激光器和第二激光器发射的光信号，进行波分合束。本专利技术的进一步改进在于，所述接收端包括：第二波分复用器，用于接收光纤链路输出的信号，进行波分分束，输出两种光信号；第一光电探测器和第二光电探测器，用于对第二波分复用器输出的两种光信号进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号和频率为f的第二频率信号；鉴相器，用于接收频率为f的第一频率信号与频率为f的第二频率信号，获取两个频率为f的频率信号的相位差Δρ；运算控制单元，用于根据获得的相位差Δρ进行计算，计算公式为：实现单纤单向光纤长度测量。本专利技术的进一步改进在于，鉴相器的分辨率为10fs。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的方法，根据光纤折射率随波长变化，使模式内不同波长光的时间延迟不同；在发射端将频率信号同时调制在两个发出波长有差异的激光器上，经光纤链路传输后在接收端分别对相同频率调制的两种光信号进行光电探测，得到两个相同频率的频率信号；由高分辨率鉴相器对两个相同频率的频率信号进行相位差测量，根据相位差来准确计算光纤链路总长度。本专利技术采用单纤单向高精度长距离光纤长度测量方法，可在提升测量范围的同时提升测量精度、保证操作便捷性，降低系统成本，简化结构，集成装置，可利于在实际工程广泛应用。本专利技术的系统，提升了测量范围及测量精度、保证了操作便捷性，降低了系统成本，简化了结构并集成装置，利于在实际工程广泛应用；其采用高分辨率鉴相器(例如，分辨率可选为10fs)对相位差进行检测，提高光纤长度的测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。图1是本专利技术实施例的一种单纤单向光纤长度测量系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例。基于本专利技术公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例的一种单纤单向光纤长度测量方法，包括以下步骤：步骤1：发射端频率源输出频率为f的频率信号，将频率为f的频率信号同时调制在激光器LD1、与激光器LD2上，LD1发射的光波长为λ1，LD2发射的光波长为λ2，其中λ1≠λ2，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单纤单向光纤长度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：发射端的频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ

【技术特征摘要】
1.一种单纤单向光纤长度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：发射端的频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ1，第二激光器发射的光的波长为λ2，λ1≠λ2；
步骤2：在发射端，将第一激光器和第二激光器发射的两束光输入第一波分复用器，进行波分合束；由光纤链路进行传输，光纤链路长度为L；
步骤3：在接收端，通过第二波分复用器进行波分分束，将两种光信号分别送入第一光电探测器和第二光电探测器进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号和频率为f的第二频率信号；
步骤4：将频率为f的第一频率信号与频率为f的第二频率信号送入鉴相器，获取两个频率为f的频率信号的相位差Δρ；
步骤5：根据步骤4获得的相位差Δρ进行计算获得光纤长度，计算表达式为，



式中，Δρ为相位差数据；λ1为第一激光器发射的光的波长，λ2为第二激光器发射的光的波长，λ1≠λ2；18为比例常数，为比例常数的单位。


2.根据权利要求1所述的一种单纤单向光纤长度测量方法，其特征在于，步骤1中，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。


3.根据权利要求1所述的一种单纤单向光纤长度测量方法，其特征在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。


4.一种单纤单向光纤长度测量系统，其特征在于，包括：
发射端，用于通过频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ1，第二激光器发射的光的波长为λ2，λ1≠λ2；用于将第一激光器和第二激光器发射的两束光输入第一波分复用器，进行波分合束；
光纤链路，用于进行发射端和接收端的信号传输；其中，光纤链路长度为L；
接收端，用于通过第二波分复用器进行波分分束，将两种光信号分别送入第一光电探测器和第二光电探测器进行光电探测，得到频率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔维成，陈法喜，赵侃，刘涛，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61