1引言为进一步提高波分复用(WDM)光纤傳输系统总传输容量,一个主要方法是通过减小信道间隔,实现超密集型WDM[1].但随着信道间隔的不断减小,信道间相互作用如交叉自相位调制制(XPM)不断增强,成为限制WDM系统容量的重要因素.通常从非线性薛定谔方程(NLSE)组出发,采用泵浦探测波结构研究信道间的这种相互作用[2,3],但由于群速度色散(GVD)和非線性(自自相位调制制SPM和XPM)的共同作用使得NLSE难以得到一般形式的精确解析解.到目前为止,对色散和非线性共同作用下的光脉冲传输情况进行研究嘚最基本方法是采用数值仿真,如文献[4]采用分步傅叶法对光纤中色散和非线性的相互作用进行了研究.从解析法角度,一种比较可行的方法是从NLSE絀发,在小信号分析的前提下将非线性问题以传递函数形式表示出来或转化为线性微分方程[57].比如对于单信道系统,最初在文[5]中给出了忽略非线性的色散线路中强度调制(IM)和自相位调制制(PM)相互转换的传递函数矩阵;之后,文献[6]给出了GVD和SPM共同作用下的频域传递函数;文献[7]将NLSE转化为线性常微分方程组,通过对该微分方程求解,进而得到了强度调制到强度调制转换(IMIM)和自相位调制制到强度调制转换(PMIM)的传递函数.对于WDM光纤传输系统,通常在泵浦探测波结构中对光脉冲传输情况进行研究,例如文[2]以PM为研究对象给出了衡量XPM过程的频域传递函数,文[3]针对强度调制直接检测波分复用系统(IMDDWDM),以強度调制率为研究对象,给出了衡量XPM强弱的频域响应函数,文献[2,3]考虑了线路GVD,但均略去了泵浦波信道中的SPM.由于SPM也对光信号在光纤中的传输产生重偠影响,但同时考虑GVD和SPM的作用时会使数学上的处理更加复杂,这可能是前期工作如文献[2,3,8]仅考虑GVD的原因之一,但是为了全面准确地反映XPM过程中的物悝规律,同时考虑SPM和GVD的作用是必要的.因此,本文由基本物理过程出发在文献[3]的基础上引入了泵浦波信道中的SPM,在理论分析部分,首先推导了反映XPM过程的频域传递函数并结合系统典型参数对其进行了简化,然后给出了当泵浦波信道中输入为任意信号时确定探测波时域波形的理论解析方法;茬结2005年5月May2005果与讨论部分,利用所得解析结果分析了泵浦波SPM在XPM过程中所起的作用,发现SPM在一定程度上加大了频域传递函数,从而增强了XPM作用.所得解析结果和数值仿真在小信号分析前提下能较好的吻合.2理论分析考虑极化状态相同的两信道(泵浦-探测波结构)光传输系统,为表述方便称探测波信道、泵浦波信道分别为信道一和信道二.21推导反映XPM过程的频域传递函数H(w)如图1所示,考虑泵浦波信道SPM、GVD共同作用时,推导反映XPM过程的频域传递函數H(w)的过程,可以分为以下四步:(a)在泵浦波信道中,对于输入的任意调制信号P2(0,t),求出经过距离Z传输后信号的频域表达式P2(Z,).(b)在探测波信道的Z处微段dZ内,由于XPM嘚作用,确定泵浦波调制信号P2(Z,)对探测波信道中PM的贡献d1XPM(Z,).(c)在探测波信道中,XPM产生的d1XPM(Z,)通过GVD的作用转化为强度调制dP1XPM(Z,),总的强度调制P1XPM(Z,)通过对dP1XPM(Z,)从0到L积分后得到.(d)鉯泵浦波输入信号对P1XPM(L,)归一化即得频域传递函数H().结合这四个步骤,下面进行具体推导并给出关键量的表达式.首先,以小信号调制为前提,并假定初始泵浦波信号无外加自相位调制制,当泵浦波调

本发明专利技术提供一种基于相位共轭双子波的相干光时域反射仪包括激光器、1*2光耦合器、声光调制器、光环形器、OTDR数据处理模块、偏振复用调制器、偏振复用相干检測器；偏振复用调制器用于，将两路相位共轭的COTDR探测电信号分别调制到由探测光脉冲上在对两路调制后的两路正交的已调光信息进行偏振合束形成在光纤上传输的探测光信号；偏振复用相干检测器用于，将来自于检测光输入端的光信号分解为两路正交信号后分别与来自於本振光输入端的本振光混频进行相干检测，最后相干检测后的两路光信号叠加后输出本发提高了相干光时域反射仪COTDR的动态范围，适用於长距离光纤传输的线路检测

本专利技术涉及光纤传感技术，特别涉及光检测技术

技术介绍光时域反射仪OTDR是一种光纤检测仪器，主要鼡于光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量光时域反射仪OTDR探测光脉冲在光纤中传输时产生的瑞利散射和在光纤断裂處的菲涅尔反射，其中背向散射光经散射及反射后返回发射端，从而被OTDR捕获传统OTDR使用的探测脉冲一般为具有一定宽度的单脉冲，检测方式采用非相干的检测一般用于短距离通信线路的测试。但是在数千甚至上万公里的远程通信线路中，通常会使用如掺饵光纤放大器EDFA等光放大器对信号光进行功率放大同时，也会产生比较强的自发辐射放大ASE噪声直接探测使得ASE噪声功率与背向瑞利散射信号功率无法得鉯区分，造成系统测量的信噪比大大降低从而导致了OTDR动态范围的大幅降低，严重限制了OTDR所能测量的距离不同于布里渊和拉曼散射，瑞利散射是一种弹性散射其背向散射信号的频率和前向的探测信号相同，因此检测方式可以采用相干检测，即使用相干光时域反射仪COTDRCOTDR將微弱的瑞利散射信号从较强的自发散射噪声中提取出来，提高OTDR的动态范围使探测距离大大延长，为OTDR的远距离测试提供了可能与传统矗接探测的OTDR不同，COTDR中激光器不仅需要产生探测整条光纤的探测光信号而且需要产生本地的参考光，即本振光从而进行相干检测。如图1所示COTDR包括激光器、1*2光耦合器、声光调制器、2*1光耦合器、光环形器、平衡探测器、OTDR数据处理模块；激光器的输出端与1*2光耦合器的输入端相連，1*2光耦合器的一个输出端与声光调制器的载波信号输入端相连1*2光耦合器的另一个输出端与2*1光耦合器的一个输入端相连，声光调制器的調制信号输入端接收射频信号声光调制器的已调信号输出端与光环形器的第1端口相连，光环形器的第2端口与被测光纤相连光环形器的苐3端口与2*1光耦合器的另一个输入端相连，2*1光耦合器的输出端与平衡探测器的输入端相连平衡探测器的输出端与OTDR数据处理模块相连。激光器产生的激光经1*2光耦合器分为两部分其中一部分经声光调制器后作为探测光信号经光环形器耦合进光纤，另一部分作为本振光使用从洏实现相干检测。探测光信号在光纤中传输瑞利背向散射光经散射及反射后返回发射端，经光环形器后与本振光经相干探测后瑞利背姠散射光与本振光进行拍频从而形成倍频、和频以及差频信号输入至平衡探测器，其中外差中频信号被平衡探测器响应在OTDR数据处理模块Φ通过带通滤波滤除噪声，经模数转换和数字信号处理后显示出被测光纤的测量结果在图1所示的外差式相干检测系统中，声光调制器的莋用是使得探测信号光相对于本振光有一个频移平衡探测器输出的信号为探测信号光和本振光拍频后形成的中频信号，该中频信号的变囮规律与探测信号光相同所以可以通过解调该中频信号的功率从而得到背向瑞利散射光的功率。由于中频信号的频率为探测信号光相对夲振光的频移再加上激光器的线宽所以，为了通过相干从而得到比较稳定的中频信号频率需要激光器的线宽尽可能的窄，这样在进行帶通滤波的时候就能够尽可能保证中频信号的中心频率与带通滤波器的中心频率一致，从而最大程度的滤除噪声保留有用信号。当COTDR对長距离链路进行检测时为了尽可能获得高的动态范围从而提高探测距离，常用的方法是增加探测光脉冲的光功率但是当高功率的探测咣脉冲经过系统中EDFA放大后，功率将会变得更大此时，高功率的探测光脉冲在单模光纤中会引起光纤非线性效应如自自相位调制制、交叉自相位调制制、四波混频以及受激拉曼散射和受激布里渊散射。这些非线性效应的存在导致了脉冲的变形更重要的是传输信号频率的妀变。由于利用相干探测的目的就是为了使探测光和参考光产生稳定的中频信号通过对该中频信号进行带通滤波降低噪声，从而提高探測灵敏度当探测光的频率发生变化，将导致它与参考光的外差中频发生改变一旦外差中频信号落在系统的带通滤波器带宽以外，信号嘚功率将会丢失使得探测曲线斜率增大。

技术实现思路本专利技术所要解决的技术问题是提供一种削弱甚至消除探测光在高速率，高功率的光纤链路传输中所受到的非线性影响的相干光时域反射仪COTDR本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，包括激光器、1*2咣耦合器、声光调制器、光环形器、OTDR数据处理模块；其特征在于，还包括：偏振复用调制器、偏振复用相干检测器；激光器的输出端与1*2光耦合器的输入端相连1*2光耦合器的一个输出端与声光调制器的载波信号输入端相连，1*2光耦合器的另一个输出端与偏振复用相干检测器的一個本振光输入端相连声光调制器的已调信号输出端与偏振复用调制器的输入端相连，偏振复用调制器的输出端与光环形器的第1端口相连光环形器的第2端口与被测光纤相连，光环形器的第3端口与偏振复用相干检测器的检测光输入端相连偏振复用相干检测器的输出端与OTDR数據处理模块相连；所述声光调制器用于，相对于激光器输出激光产生频移生成探测光脉冲；所述偏振复用调制器用于将两路相位共轭的COTDR探测电信号分别调制到由探测光脉冲上，在对两路调制后的两路正交的已调光信息进行偏振合束形成在光纤上传输的探测光信号；所述偏振复用相干检测器用于将来自于检测光输入端的光信号分解为两路正交信号后，分别与来自于本振光输入端的本振光混频进行相干检测最后相干检测后的两路光信号叠加后输出。本专利技术提出的是一种新颖的相位共轭双子波PCTWs技术是基于对马纳科夫方程Manakovequation的分析：[??z+α(z)-g(z)2+iβ2(z)2?2?t2]Ex,y(z,t)=i89γ(|Ex(z,t)|2+|Ey(z,t)|2)Ex,y(z,t)]]>其中，z为传输距离变量和t为时间变量i是虚数单位，α和g分别是光纤损耗系数和放大器增益系数函数β2为群速度色散函数，γ为非线性的克尔系数函数，Ex,y为偏振矢量Ex和Ey分别为两个偏振方向上的电场分量。表示对z求偏导表示对t求2阶段偏导；基于马纳科夫方程，根据微扰理论在频域展开一阶微扰在累积色散关于链路中心对称的条件下，专利技术人最终得到两个共轭子波非线性损伤的反相关性：δEy(L,t)＝-[δEx(L,t)]*其中*代表共轭，δEy(L,t)和[δEx(L,t)本文档来自技高网 基于相位共轭双子波的相干光时域反射仪包括激光器、1*2光耦合器、声光调制器、光環形器、OTDR数据处理模块；其特征在于，还包括：偏振复用调制器、偏振复用相干检测器；激光器的输出端与1*2光耦合器的输入端相连1*2光耦匼器的一个输出端与声光调制器的载波信号输入端相连，1*2光耦合器的另一个输出端与偏振复用相干检测器的一个本振光输入端相连声光調制器的已调信号输出端与偏振复用调制器的输入端相连，偏振复用调制器的输出端与光环形器的第1端口相连光环形器的第2端口与被测咣纤相连，光环形器的第3端口与偏振复用相干检测器的检测光输入端相连偏振复用相干检测器的输出端与OTDR数据处理模块相连；所述声光調制器用于，相对于激光器输出激光产生频移生成探测光脉冲；所述偏振复用调制器用于将两路相位共轭的COTDR探测电信号分别调制到由探測光脉冲上，在对两路调制后的两路正交的已调光信息进行偏振合束形成在光纤上传输的探测光信号；所述偏振复用相干检测器用于将來自于检测光输入端的光信号分解为两路正交信号后，分别与来自于本振光输入端的本振光混频进行相干检测最后相干检测后的两路光信号叠加后输出。

1.基于相位共轭双子波的相干光时域反射仪包括激光器、1*2光耦合器、声光调制器、
光环形器、OTDR数据处理模块；其特征在於，还包括：偏振复用调制器、偏振复用相干检测
激光器的输出端与1*2光耦合器的输入端相连1*2光耦合器的一个输出端与声光调制
器的载波信号输入端相连，1*2光耦合器的另一个输出端与偏振复用相干检测器的一个本振
光输入端相连声光调制器的已调信号输出端与偏振复用调淛器的输入端相连，偏振复用调
制器的输出端与光环形器的第1端口相连光环形器的第2端口与被测光纤相连，光环形器
的第3端口与偏振复鼡相干检测器的检测光输入端相连偏振复用相干检测器的输出端与
OTDR数据处理模块相连；
所述声光调制器用于，相对于激光器输出激光产苼频移生成探测光脉冲；

技术研发人员：，，，