[发明专利]一种高分辨率光纤计长装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光纤测距技术领域，具体的说是一种高分辨率光纤计长装置及方法。

背景技术：

在光纤传感、光学测试领域，发展结构简单，操作方面，易于操作的高分辨率光纤长度测量方法及装置具有十分重大的意义。

传统的光纤长度计量方法多依赖于专门测量仪器及设备，包括利用光时域反射技术的光时域反射计OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)，利用波长扫描光频域反射OFDR原理的光背向散射计OBR(Optical Backscatter Reflectometer)。OTDR技术的距离分辨率高于1m，且存在10～50m不等的测量盲区，对cm量级长度的光纤无法测量。基于OFDR原理的OBR虽然具有cm甚至更高级别的分辨率，但价格昂贵且操作复杂，无法满足实验室及通信领域对于低成本，易操作等的要求。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种高分辨率光纤计长装置及方法。

本发明可以通过以下措施达到：

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。

本发明中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。

本发明所述的光纤隔离器的隔离度大于60dB,插入损耗小于0.5dB。

本发明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(1528nm-1565nm)，衰减可调范围为0.7-60dB。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明所述的光纤耦合器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。

本发明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。

本发明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。

本发明中所有光纤类型均为G.652普通单模光纤，所有光纤均采用熔接的方式连接。

本发明中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。

本发明中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。

本发明还提出了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；