基于相干检测技术的光时域反射仪硬件优化研究

光时域反射仪(OTDR)是诊断光纤故障点的主要仪器。但在OTDR检测过程中,需要暂停光通信网络中正常的通信业务。通信信号光时域反射系统利用光网络中的通信信号检测故障点,改进了传统OTDR的缺陷。在实验测量中发现,后向瑞利散射和菲涅尔反射的回波信号功率很小。若功率太小,示波器便很难采集到有用的回波信号,将影响对光纤故障点的判断。提出利用相干检测技术增大回波信号功率,结合通信信号相关探测法来检测光纤链路故障点的方案,以达到边通信边检测的目的。仿真结果表明,相干增强后的回波信号功率增大了10倍,可以实现故障点的检测,且检测过程不影响正常通信业务。

高精度保偏光纤拍长测试

基于光相干域偏光测试技术,提出了一种高精度的保偏光纤拍长测试方法,实现了不同结构、不同尺寸保偏光纤的拍长测试。阐述了光相干域偏光测试技术原理并推导出测量方程;以迈克尔逊干涉仪为基础建立了测试系统并采用调制解调技术实现了信号的高精度检测。实验结果表明,系统的测量精度为0.01 mm。在此系统上进行了测试精度和重复性研究并对不同结构和尺寸的八种保偏光纤进行了实际测量,拍长测量精度和重复性均优于0.01 mm。

基于相干检测的偏振光时域反射光纤振动传感系统

提出将相干检测技术和偏振光时域反射技术POTDR(Polarization Optical Time Domain Reflectometry)相结合,利用相干检测技术的高探测灵敏度和偏振光时域反射技术中偏振态对外界环境敏感的特点,实现光纤分布式传感,测量微弱振动信号并实现定位功能。首先分别介绍了相干检测技术及其与POTDR相结合的相关原理,分析可行性,然后提出实验测试方案并搭建了测试系统。实验结果表明,基于相干检测技术的POTDR传感系统能成功地实现振动信号的探测和振动点的定位功能,这对于光纤分布式传感系统的进一步发展具有重要意义。

光纤偏振器件与组件的分布式串音测量研究进展

偏振串音是指光纤偏振器件与组件中两个正交偏振传输模式之间在微扰点发生的能量相互耦合的现象,而沿传输方向串音的连续分布既能够直接反映其光学偏振性能,如起偏、椭偏、消偏等特性,也能间接反映其制备工艺和外部环境状态,如连接与固定处的应力和应变、温度状态等。因此,偏振串音是光纤偏振器件与组件的固有性能和环境影响的综合体现,有望发展成为在线测试、诊断评价光纤偏振器件与组件性能的通用特征参量。基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量(OCDP)技术是实现分布式偏振串音检测的最优方法,它利用扫描式白光干涉仪实现不同偏振模式间的干涉,对分布式串音发生的空间位置及幅值强度进行精确测量,具有超高灵敏度、超大动态范围、超长测量长度等优点。本文以光纤偏振器件与组件——保偏光纤环和多功能集成光学调制器作为分布式偏振串音精确测量与应用的范例,介绍了基于OCDP技术的分布式串音测试原理,回顾了测量误差的来源及相应的抑制方法,如由测试光路的参数非理想引入的静态误差以及由测试环境变化引入的动态误差,展示了不同环境温度下光纤偏振器件与组件的精确测试结果。最后,结合光纤偏振器件与组件复杂多变的工作环境,对分布式串音测量方法的发展进行了展望。

相干光通信的实用化研究

相干光通信具有很多方面的优点，但其技术复杂，经过十多年的努力，已经进入实用阶段。本文简要论述了相干光通信的最新实用化技术，包括调制技术，窄谱线光源，ＬＤ稳频技术，偏振控制技术。并列举了采用这些实用技术的相干光通信系统。

针对光纤弯曲法的光纤反窃听技术研究

为应对以光纤弯曲法为代表的光纤窃听技术的威胁,需要采用相应的反窃听手段进行应对。通过对布里渊光时域反射技术(BOTDR)和偏振光时域反射技术(POTDR)的基本原理进行分析,分别设计出了基于BOTDR和POTDR的光纤反窃听监测模型,该方法在理论上可以取得较好的反窃听效果。

OCDP检测在陀螺光纤环性能优化中的应用

光纤环是光纤陀螺的敏感部件,为了提高陀螺光纤环的保偏能力,采用光相干域偏振（OCDP）检测技术对光纤环进行检测,以获得光纤环的偏振耦合分布。根据偏振耦合分布特性,定位了保偏能力劣化光纤的主要位置,明确了影响光纤环保偏能力的主要因素,并针对性地对光纤环进行设计优化。优化主要从设计参数和绕环光纤两个方面开展。设计优化后绕制的光纤环偏振耦合分布测试结果表明,光纤环保偏能力显著提高,光纤环的整体偏振耦合幅值减小约15dB,最大偏振耦合幅值减小约9dB。

垫纸对保偏光纤环偏振耦合的影响

为了研制具有高保偏能力的陀螺光纤环,分析了垫纸对光纤环保偏能力的影响,采用不同的垫纸方法绕制了两只光纤环,利用光相干域偏振检测方法对光纤环的偏振耦合分布进行了测试。通过对比与纸相邻和与纸不相邻光纤的偏振耦合幅值,证明垫纸会增加光纤环的偏振耦合幅值。采用不垫纸工艺绕制了一只保偏光纤环,该光纤环的保偏能力得到了显著提高。

长距离海缆在线监测改进型C-OTDR系统

海底光缆承载包括互联网、语音以及跨国公司专线业务等95%以上的国际通信业务,是国际信息化发展的主要载体,对其运行状态的监测具有非常重大的意义。针对下一代海缆系统在监测损耗的同时还需要对外部侵入事件提前预警的需求,设计一种融合Φ-OTDR(Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry)的C-OTDR(Coherent Optical Time Domain Reflectometry)海缆在线监测系统,实现单跨距离为127 km的振动和损耗的同步监测。为了寻求Φ-OTDR和C-OTDR在偏振态问题上的冲突解决方案,提出一种基于偏振分集幅度的最优选择算法。采用所提算法可以有效抑制衰落噪声对传感系统的影响,保障对外部扰动事件的重构精度。水流冲击和锚害拖拽等湖试结果表明,本文所研制的改进型C-OTDR系统已经达到设计效果。

保偏光纤偏振耦合系统的动态色散补偿

在白光保偏光纤(PMF)偏振耦合系统中,光纤双折射色散会引起干涉条纹包络随着光纤长度展宽,从而导致空间分辨率降低,光纤测量范围变小。为了减小双折射色散的影响,提出一种基于频域变换的色散相位补偿方法,通过干涉主极大包络与耦合点包络的宽度比求得相位补偿因子,并与非线性色散相位谱相乘,通过傅里叶逆变换得到色散补偿信号。实验分别对400m和1000m PMF进行了测试,得到光纤双折射色散系数为0.0116×10-9 ps/(nm.km),将测试系统对PMF 1000m处耦合点的空间分辨率由62.85cm提高到6.03cm,实现了对长距离PMF偏振耦合系统的动态色散补偿。

光学相干域偏振测量技术及其在高精度光纤陀螺器件测量中的应用

光学相干域偏振测量(OCDP)技术是一种基于白光干涉原理,利用保偏光纤器件和组件中的偏振传输模式之间存在的能量耦合(偏振串扰)实现分布式偏振特性精确表征的测试方法,具有超高偏振测量灵敏度(偏振串扰为-100^-90dB)、高空间分辨率(5~10cm)、超宽测量动态范围(10~9~10^(10))和长光纤测量距离(数千米)等优点,可以满足包括光纤陀螺核心器件和光路在内的保偏光纤器件与组件的超高偏振性能测试需求。回顾OCDP原理与关键技术,包括分布式偏振串扰的测试原理与精确建模方法以及OCDP仪器化若干关键技术;展示OCDP技术在超高消光比集成波导调制器、超长陀螺敏感环定量测试与诊断、评估中的应用;针对高性能光纤传感器复杂多变的应用环境,展望OCDP技术在高精度光纤陀螺的核心器件与整机光路测试中未来的发展方向。

光纤陀螺光纤环分布偏振耦合误差预估

分析了由光相干域偏振计测得的光纤陀螺保偏光纤环(PMFC)分布偏振耦合测试数据,建立了测量点偏振耦合幅度模型。结果表明,测试数据是实际偏振幅度耦合被宽谱光源相干函数调制的结果,且存在伪偏振耦合测试数据。在此基础上,提出并实现了分布偏振耦合数据处理算法。绕制PMFC,进行了不同温度条件下分布偏振耦合测试,并提取了真耦合位置和强度信息。通过建立PMFC二次偏振耦合误差预估模型,对不同温度下光纤环分布偏振耦合引起的光纤陀螺零漂误差进行了计算预估。利用高精度保偏光纤环分析测试仪对该环进行了对应温度的光纤陀螺零漂测试,零漂预估值与实测结果一致。