[发明专利]一种基于拉曼效应大动态范围的OTDR结构和方法

说明书

本发明涉及一种OTDR结构和方法，属于光纤检测技术领域，具体涉及一种基于拉曼效应大动态范围的OTDR结构和方法。本发明通过集成拉曼增益模块在线放大OTDR信号光，配合APD接收端的光滤波器消除拉曼带来的额外ASE噪声，使得只有信号光波长范围的窄带光谱能够被光探测器采集，以此提高接收信号光信噪比，从而实现大动态范围的OTDR。

技术领域

本发明涉及一种OTDR结构和方法，属于光纤检测技术领域，具体涉及一种基于拉曼效应大动态范围的OTDR结构和方法。

背景技术

光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简写为：OTDR)是光纤通信系统中重要的测试仪器，OTDR的光发射模块发射设定的光脉冲信号，根据后向的菲涅尔反射和瑞利散射原理，反射回来的光信号经光接收模块(包含雪崩光电二极管(AvalanchePhotodiode,简写为APD))转换放大，再通过信号处理单元进行数据处理分析，得出所测光纤的平均损耗等参数。它可以测量光纤通信系统中的光纤的实际长度、平均损耗，同时能探测、定位和测量光纤链路上许多类型的事件，如链路中光纤熔接、连接器、弯曲等形成的损耗较大的点。

动态范围是OTDR非常重要的一个参数，通常用它来对OTDR的性能进行分类。动态范围的定义是背向散射曲线上起始电平和噪声电平之差，是能够测试的背向散射曲线的最大衰减值(单位为dB)。动态范围表明了可以测量的最大光纤损耗信息，直接决定了可测得的最长光纤距离。动态范围的计算通常用背向散射曲线上起始电平和噪声均方根电平之差(信噪比＝1时)。

随着通信技术的发展，光纤跨距越来越大，对OTDR的动态范围要求也不断增加，通常情况下，提高OTDR动态范围主要依靠增加信号光脉冲宽度和增加平均次数，增加信号光脉冲宽度会导致分辨率变差，增加平均次数会增加测量时间并且对动态范围改善极为有限。

提高OTDR的动态范围一直是世界科研人员研究的课题，通过对光路，电路和算法的改进，OTDR的性能一直在提升：

2004年华为公司在专利《光时域反射仪的光模块及光时域反射仪以及光纤测试方法》中，通过对OTDR接收电路的改进，使用放大器不同的放大档位将返回的光信号进行分段放大，而不改变探测光功率的大小，提高了OTDR的动态范围。

2014年一诺仪器公司在专利《基于多波长脉冲光信号的OTDR装置及方法》中，通过使用多波长的脉冲光信号进行分别测量，再将接收到的多组波长信号进行分析组合，从而提高OTDR动态范围。

2014年一诺仪器公司在专利《基于脉冲编码光信号的OTDR装置及方法》中，通过使用多组编码脉冲，对近距离光纤使用高分辨率编码，对远距离的光纤使用大动态范围编码，不同距离处的事件采用不同编码进行测试分析，可以提高OTDR性能。

2017年EXFO在专利《Multiple-acquisition OTDR Method and Device》提供了一种探测光纤链路中一个或多个事件的OTDR算法和装置。通过多次光采集，在光链路中传播不同脉冲宽度或波长的测试光脉冲，并检测来自该光纤链路的相应返回光信号，从而判断事件的数量和位置。

拉曼信号放大技术是基于光纤中的拉曼效应，如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内，则强泵浦光的能量通过受激拉曼散射效应转移到弱信号光，从而使弱信号光得到放大，同时也会产生额外的ASE噪声。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种基于拉曼效应大动态范围的OTDR结构和方法。该结构及方法通过集成拉曼增益模块同步在线放大OTDR信号光，配合APD接收端的光滤波器消除拉曼带来的额外ASE噪声，使得只有信号光波长范围的窄带光谱能够被光探测器采集，以此提高接收信号光信噪比，从而实现大动态范围的OTDR。