混沌光时域反射仪优化技术

发布时间：2020-03-28 00:26

【摘要】：光时域反射仪(OTDR)是国际电信联盟推荐用于光纤测距与光纤故障检测的专业仪器。随着光纤入户、紧密星型网络的快速发展,迫切需求大动态范围、高空间分辨率的OTDR。相较于传统脉冲飞行法OTDR,混沌OTDR利用宽带的混沌光源代替了传统的脉冲光源,将产生的混沌信号一分为二:一路参考,一路探测,并通过互相关运算获取光纤链路的信息。混沌OTDR拥有与距离无关的高空间分辨率优势,在未来光纤网络检测中具有广阔的应用前景。然而混沌OTDR在实际应用中遇到如下限制:(1)cm量级高空间分辨率的实现必须采用GHz带宽的信号,这就需要宽带的探测器和高速的数据采集卡,从而导致混沌OTDR成本昂贵与探测器灵敏度的牺牲。(2)半导体激光器产生的混沌信号具有明显的弛豫振荡特征,信号能量主要集中在弛豫振荡频率附近,导致低频段能量过低。在实际应用中,受限于探测器等电子器件的带宽与低通滤波特性,混沌信号能量利用不足,限制了混沌OTDR的动态范围。针对上述混沌OTDR存在的两个问题,本文提出了光纤环、有效比特位互相关法对混沌OTDR进行优化。通过在混沌光源中引入简易光纤环,提高了混沌信号的低频段能量。基于光纤环的混沌OTDR动态范围大幅度提升。通过有效比特位互相关法,混沌OTDR的空间分辨率突破了探测器等电子器件的带宽限制,充分发挥了混沌OTDR的高空间分辨率优势。围绕上述内容,本论文开展的相关工作与取得的主要成果如下:(1)提出了一种简易的光纤环提高外腔光反馈混沌的低频段能量,从理论和实验两个方面对其进行了验证。在200MHz探测带宽下,基于光纤环的混沌OTDR动态范围提高了5dB。(2)提出了一种改进的互相关法:有效比特位互相关法。对抽取N LSBs(N个最低有效位)重构后信号带宽增强进行了理论分析与实验验证,并探究了其带宽增强的机制。搭建了基于有效比特位互相关法的混沌OTDR系统,对其空间分辨率提升进行了实验验证,在200MHz探测带宽和6 LSBs相关法下,混沌OTDR的空间分辨率提升了5倍。并对多个反射事件进行了测量。此外,我们还理论分析和实验验证了有效比特位互相关法混沌OTDR系统的线性度。
【图文】：

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背景年，高锟博士在发表于《Electromagnetic Wave Theory》期刊论文中用高纯度石英玻璃制作光纤可以大幅度降低光在光纤中传播损耗，理至 20dB/km[1]。光纤通信理论由此诞生。从此光纤通信网络迅速发展成为了 21 世纪信息传递至关重要的载体[2-3]。中最常见的光纤通信网络[4-9]便是光纤到 X（FTTX），例如光纤到户等。如图 1-1 所示是 FTTX 的网络结构。它由长途光纤和短途光纤将业、学校、家庭等用户直接连接起来，，形成了一个有效且复杂的通信速传递与接收。目前光纤到户（FTTH）是光纤通信网络发展的重要具有宽带、高效、低成本等优势，已经成为全球各国大力推广的通信018-2025 年，全球光纤通信网络每年复合增长率均超过 30%。光纤通前所未有的高度。

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图 1-2 全球核心骨干光纤连接网.Figure 1-2 Global core backbone fiber optic connection network.络故障发生往往是不可预防的。及时对光纤故障进行维修，把造得十分迫切。这样一来如何迅速、精准地实现光纤故障定位，就课题。工欲善其事，必先利其器。国际电信联盟将光时域反射仪（lectometer, OTDR）作为光纤通信网络故障检测的重要仪器设备 80 年代发展至今，已经从最开始简单的脉冲飞行法 OTDR，发展
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.11

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