[发明专利]一种高分辨率光纤计长装置及方法

权利要求书

1.一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于设有连续激光器、光纤隔离器、可调光衰减器、放大器驱动与控制单元、半导体光放大器、前置光放大器、光纤耦合器、待测光纤、第一光波探头、第二光波探头、高速数字示波器，其中连续激光器的输出端与光纤隔离器相连接，光纤隔离器的输出端与可调光衰减器相连接，可调光衰减器的输出端与半导体光放大器相连接，半导体光放大器的输出端与前置光放大器相连接，前置光放大器的输出端与光纤耦合器相连接，光纤耦合器的输出端分别与待测光纤、第二光波探头相连接，其中待测光纤的另一端与第一光波探头相连接，第一光波探头和第二光波探头分别与高速数字示波器相连接，放大器驱动与控制单元分别与半导体光放大器、前置光放大器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于连续激光器是半导体激光器或是光纤激光器，波长为1550nm，输出功率小于10mW。

3.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的光纤隔离器的隔离度大于60dB,插入损耗小于0.5dB。

4.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的可调光衰减器可以是机械式手动可调光衰减器也可以是微机电式MEMS-VOA，其典型工作波长为C波段，衰减可调范围为0.7-60dB。

5.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的放大器驱动与控制单元内部分为半导体光放大器驱动模块，前置放大器电源模块及对该单元进行参数配置的上位机及软件，其中一个模块为半导体光放大器提供驱动电流，上位机通过参数设置驱动电流的大小及脉冲宽度，另外一个模块为前置光放大器提供电源，上位机通过参数设置前置光放大器的放大倍数及工作模式。

6.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的半导体光放大器为开关型半导体光放大器，工作波长范围为1510-1570nm,小信号增益为10dB,饱和输出功率3dBm,开关上升、下降沿均为500ps。

7.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的前置光放大器为针对弱信号放大进行优化的EDFA掺铒光纤放大器，工作波长为1528-1563nm,输入功率为-35～-15dBm,增益为30dB,饱和输出功率为10dBm，噪声系数为5dB。

8.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的光纤耦合器7为2*2普通单模光纤3dB耦合器，2路输出信号分别通过光纤跳线连接待测光纤和第二光波探头，跳线类型为FC/APC。

9.根据权利要求1所述的一种高分辨率光纤计长装置，其特征在于所述的待测光纤通过光纤跳线与光纤耦合器连接，且长度不短于20cm,输入跳线类型与光纤耦合器输出光纤跳线类型相同，输出光纤通过光纤跳线与第一光波探头连接，跳线类型为FC/APC，光纤类型可以是G.651多模光纤，G.652单模光纤，保偏光纤或其他类型；所述的第一光波探头、第二光波探头均为Thorlabs公司生产的DET08CFC高速铟镓砷偏压光电探测器，其工作波长为800-1700nm,峰值响应波长为1550nm,峰值响应为0.9A/W，带宽为5GHz，上升/下降沿小于70ps,接头类型为FC；所有光纤类型均为G.652普通单模光纤，所有光纤均采用熔接的方式连接；未接入待测光纤之前，光纤耦合器两条输出光纤到第一光波探头、第二光波探头之间的光纤长度严格相等，误差小于5mm；所述的高速数字示波器为安捷伦9000系列示波器，最大采样率为20G Sa/s,带宽为2.5GHz，通道数大于2。

10.一种高分辨率光纤计长方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：连续激光器发出功率小于10mW的激光，并经过光纤隔离器和可调光衰减器产生一路强度可调的连续光信号；

步骤2：调节可调光衰减器的输出光功率使得半导体光放大器输入功率低于其输入饱和功率，生成上升沿、下降沿均小于500ps的探测脉冲信号，该信号的脉冲宽度由放大器驱动与控制单元进行设置；

步骤3：半导体光放大器生成的探测脉冲信号进入前置光放大器进行放大，前置光放大器的放大倍数与放大模式同样由放大器驱动与控制单元进行设置；

步骤4：经过放大的探测脉冲信号通过光纤耦合器分为两束，其中一束通过待测光纤进入光波探头，另一束直接进入光波探头进行光电转换；

步骤5：两支光波探头同时将输入光信号转换为电信号并输入至高速数字示波器；

步骤6：具有高达20GSa/s的高速数字示波器将两路光波探头的输入信号同时显示，并显示两路信号上升/下降沿之间的脉冲时延，通过如下计算公式：

$l=\frac{c}{n}\·\mathrm{\Δ}t$

即可精确得出待测光纤的长度，其中l为待测光纤长度，c为光在真空中的光速，n为待测光纤的折射率系数，Δt为在高速数字示波器上读出的两个探测脉冲之间的时延差。