[发明专利]一种精密测量光纤长度的方法和结构

说明书

技术邻域

本发明涉及精密测量仪器和光纤通信领域，特别是提供了一种精密测量光纤长度的方法 和结构。

背景技术

光纤在信号传输过程中具有高抗干扰能力、高传输速率以及极低的传输误码率等优点， 因此光纤通信已成为各种通信网的主要传输方式，在信息高速公路建设中扮演着至关重要的 角色。陆地上、海洋中铺设的光纤连接着众多国家和地区，与我们的日常生活紧密相关。在 光纤测试、光缆铺设、故障检查等各方面，都会涉及到光纤长度的测量。在各类光纤实验中， 也经常牵扯到选取合适的光纤长度的问题。可以说，准确的光纤长度测量在几乎所有的光纤 通信以及光纤传感系统中都尤为重要。

自从1976年M.K.Barnoski和S.M.Jensen提出光时域反射仪(OTDR)的概念，OTDR 就被广泛应用到光纤网络通信领域来测量光纤长度、检测光缆断点位置等。它根据背向瑞利 散射和菲涅尔反射理论而制成，测试精度可以达到米的量级，测试范围最高可达上百公里。 然而，OTDR方法存在着许多不可避免的引起误差的因素，包括仪器的刻度误差和分辨率误 差等固有误差，光纤群折射率、后向散射损耗系数以及光缆成缆系数等参数的设置所产生的 计算误差等。同时，由于OTDR设备体积比较庞大，在一定程度上也限制了其应用。随后， 又有人提出运用弱相干光反射(OLCR)原理来实现高精度的光纤长度测量的方法。OLCR有着 OTDR所不具备的很多优点，它结构简单，方便制成便携式仪器，而且它测试精度较高，可 达10μm。OLCR的缺点在于它的动态范围比较小，最大可测量范围只有几厘米；而且由于 OLCR是建立在相干干涉条件上的，它要求从干涉仪两臂反射回来的信号的偏振状态要能够 匹配，在实际情况中，偏振不匹配的情况是可能出现的，干涉现象将会减弱，这就将影响OLCR 测试的准确度。

光频域反射测量仪(OFDR)测量光纤长度的基本原理是采用对光源进行频率调制，则探测 器上的信号拍频会随散射点距离的增加而增加，而探测器上的能量正比于该散射点大小。 OFDR的测量精度比OTDR高，可以达到毫米量级；测量范围比OLCR大，可达几千米，具 有较高的实用性。但是OFDR并不能有效地测得背向散射光，且要达到好的相干性和稳定性， 系统对激光光源的要求也非常高；另外，光源的相干性会对接收光谱进行不确定的调制，从 而使要观察的散射信号的空间变化产生畸变，破坏了真实的空间信息；再加上扫频的非线性 和干涉仪的相位噪声，其应用因此受到限制。

光相干域反射测量(OCDR)也是一种较常用的高精度的测量光纤长度的方法。它的测 量精度较高，可达10μm，测量动态范围较大，信噪比大于100dB，灵敏度也较高。但与OFDR 的问题相似，要保证系统良好的相干性，系统对光源有着很高的要求，不适于测量长光纤。

本发明提出一种新型的基于被动锁模原理的光纤长度测量方法和结构，这种方法原理及 结构都很简单，利用锁模激光器产生的稳定锁模脉冲的周期与激光器腔长成正比这一关系来 测量光纤长度，锁模法测量光纤长度精度比较高，可以达到厘米量级，且能够用来测量上百 千米的光纤长度，结构简单。

发明内容