[发明专利]全双工三端子上下载波分复用器

说明书

技术领域

本发明涉及一种全双工三端子上下载波分复用光纤无源器件，可在光纤光栅总线拓扑传感网络中使用，属于光纤传感技术领域。

技术背景

现有的光纤光栅传感技术主要分为波分复用、空分复用、时分复用、频域反射和波分/空分、波分/时分混合复用等几种网络构建形式，这些传感网络大多采用光纤光栅传感器直接串接方式连接。这种直接串接方式组网有很多弱点：(1)某个光纤光栅传感器损坏，这个传感器后面的光纤光栅传感器无法探测；(2)在工程应用的施工过程中，为避免施工过程光纤线路的损坏，通常要增加光纤光缆的保护强度，造成传感器与外界的隔离，导致传感器的响应速度下降；(3)在串接的“时分复用”和“频域反射”传感网络系统中，光纤光栅传感器数量的增加是以减少光纤光栅的反射率为代价的，弱反射光纤光栅的测量对光源和光探测器的性能提出了更高的要求，增加了系统信号测量和处理的难度；(4)在串接的“时分复用”和“频域反射”传感网络系统中，由于使用的是相同反射波长的光纤光栅，光信号在串接的光纤光栅之间往复反射，形成干涉噪音。[文献1]和[文献2]给出了一种光纤光栅波分复用传感网络的总线拓扑结构。在这种拓扑结构的光纤光栅传感网络中，光纤光栅传感器之间不再直接串接，而是使用光纤分路器将光纤光栅传感器从信号传输总线中分离出来。光纤分路器不是一种波长选择器件，它的分光功能是以支路的光强损失为代价的。考虑到在这种光纤光栅网络拓扑结构需要使用数十个光纤分路器，为了保证前后光纤光栅传感器的光强的均衡，网络中使用了分光比为9∶1光纤分路器，即分配给每个光纤光栅传感器的光能量占本地主线上传输光能量的1/9。光纤光栅传感器是反射型器件，光信号经过入射和反射需要两次通过光纤分路器，往返两次信号能量仅剩下入射光能量的1/100，因此，最后到达网络信号接受设备的光能量衰减很多。为了弥补信号能量的损失，[文献1]和[文献2]都使用了拉曼光纤放大器，这增加了很多网络成本。

文献[1]S.Diaz，G.Lasheras and M.Lopez-Amo，WDM bi-directional transmission over 35 km amplified fiber-optic bus network using Raman amplification for optical sensors，Optics Express，2005，13(24)：9666～9671。

文献[2]S.Diaz，B.Cerrolaza，G.Lasheras，et.al.，Double Raman Amplified Bus Networks for Wavelength-Division Multiplexing of Fiber-Optic Sensors，J.of Lightwave Technology，2007，25(3)：733～739。

光纤光栅是一种波长反射型传感器件，在光纤光栅传感网络中，信号接收处理器与信号光源在网络的同一端，所以在光纤光栅传感网络中信号传输是全双工的；同时，光纤光栅传感器的动态范围要求每个通道必须占用一定的波长带宽。目前，已有的光纤通信无源器件，如：光纤环路器、波分复用器(中国专利200920260057.x)、上下载波分复用器(中国专利：200410009560.X)和阵列波导滤波器(中国专利200720171906.5)都无法完成光纤光栅总线拓扑传感网络所需要的正反双向传输的波长信号的上下载复用功能。光纤分路器可以实现这一功能，但是，它是以较大的光能损失为代价的，特别是在大量使用光纤分路器的情况下，由此损失的光能量非常巨大。

发明内容

本发明的目的在于针对光纤光栅总线拓扑传感网络的实际需要和光纤无源器件现有技术的不足，提出一种低损耗全双工三端子上下载波分复用器。这种新型光纤无源器件可以满足光纤光栅波分或时分或频域反射总线拓扑传感网络结构的需要，将在那些大规模的、测量点数密集的、远程监测的电力、石化、冶金、机械和土木工程，以及边界异物侵限报警等光纤光栅传感网络监测系统中得到广泛应用。

本发明的目的是通过如下技术方案达到的：