提高光纖背向散射法測(cè)量精度的方法研究

夏 娟 重慶信科設(shè)計(jì)有限公司 401121

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提高光纖背向散射法測(cè)量精度的方法研究

夏 娟 重慶信科設(shè)計(jì)有限公司 401121

【文章摘要】

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光線制造行業(yè)也得到了極大發(fā)展，人們的生活和光纖網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越密切，隨之而來(lái)的對(duì)光纖傳輸損耗的測(cè)量也越來(lái)越受人們關(guān)注，在光纖網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)當(dāng)中最重要的一道工序就是對(duì)光纖傳輸損耗的測(cè)量。本文作者詳細(xì)闡述了光線傳導(dǎo)過(guò)程當(dāng)中的能量損耗原因，綜合對(duì)比了目前已有的各種對(duì)光纖傳輸損耗的測(cè)量的方法，對(duì)其中的背向散射法測(cè)量法做出了較為深入的探究，并且運(yùn)用多種精密的測(cè)量?jī)x器，直觀表示了背向散射法測(cè)量法的工作原理，對(duì)我國(guó)光纖網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)有著重要意義。

【關(guān)鍵詞】

提高；光纖背向散射法；測(cè)量精度；方法；研究

1　光纖損耗

1.1基本概念

光信號(hào)沿著光纖傳導(dǎo)時(shí)損耗的光功率就是光纖損耗，也被叫做光纖的衰減。主要的損耗原因如下。

第一，宏彎損耗和微彎損耗統(tǒng)稱為彎曲損耗。前者是因?yàn)檎麄€(gè)軸線彎曲所引發(fā)的光纖不能滿足全內(nèi)反射條件，從而導(dǎo)致部分光束外漏的現(xiàn)象。這種情況只有通過(guò)降低光纖其他的參數(shù)性能才可以得到改善。后者是因?yàn)楣饫w受力不均勻而產(chǎn)生的較小的、不規(guī)則的彎曲，可以通過(guò)該傳導(dǎo)模的改變進(jìn)而損耗光功率。

第二，散射損耗。這是因?yàn)楣饫w內(nèi)芯自身缺陷引起的。

第三，吸收損耗。當(dāng)光傳播的時(shí)候，如果遇見(jiàn)了和光子能量相同的能級(jí)距離的材料就會(huì)發(fā)生吸收損耗。

1.2損耗分類

光纖損耗可以分為光纖本征的傳輸損耗、使用過(guò)程中的光纖傳輸損耗和連接過(guò)程中的光纖損耗這三大類。

1.3損耗測(cè)量方法

光纖損耗的測(cè)量方法主要可以分為技術(shù)性的測(cè)量方法和傳輸性的測(cè)量方法。前者不但要測(cè)定波長(zhǎng)的衰減還要確定光纖損耗的光譜特征。后者主要測(cè)量的就是穩(wěn)定狀態(tài)使得光纖衰減系數(shù)。

2　背向散射法測(cè)量光纖

2.1時(shí)光域反射儀的概念

時(shí)光域反射儀簡(jiǎn)稱OTDR，是在1977年被發(fā)明的，主要應(yīng)用于光纖損耗特征的檢測(cè)。它的實(shí)質(zhì)是：傳感器的輸出信號(hào)內(nèi)包含了內(nèi)部測(cè)量參數(shù)在空間的變化，輸出的信號(hào)沿著光纖傳導(dǎo)，部分的光信號(hào)被散射掉，并且和歷經(jīng)的傳輸?shù)臅r(shí)間有著密切的聯(lián)系，然后考慮光波的傳輸速率，就可以得到光源到被測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)度。

2.2時(shí)光域反射儀的工作原理

時(shí)光域反射儀是一個(gè)綜合光電和計(jì)算機(jī)的高新科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)，涉及到多種科學(xué)的檢測(cè)技術(shù)。時(shí)光域反射儀的工作原理和雷達(dá)測(cè)距相似，主要的原理是：把較窄的光纖脈沖注射到光纖的端面來(lái)探測(cè)光信號(hào)，在光脈沖沿著光纖進(jìn)行傳導(dǎo)的時(shí)候，各個(gè)瑞利散射的背向部分的光脈沖就會(huì)源源不斷地返回到光纖入射點(diǎn)。如果光信號(hào)在反射的過(guò)程當(dāng)中遇到不能折射的物質(zhì)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，被稱作“菲涅耳反射”。

2.3使用時(shí)光域反射儀測(cè)量的不足之處

時(shí)光域反射儀主要存在著兩大問(wèn)題。一是盲區(qū)問(wèn)題，指的是因?yàn)楣庑盘?hào)的傳導(dǎo)過(guò)程當(dāng)中的菲尼爾反射強(qiáng)信號(hào)之后出現(xiàn)飽和狀態(tài)，從而引起的短時(shí)間的休復(fù)現(xiàn)象。二是識(shí)別率問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)改進(jìn)時(shí)光域反射儀的自身系統(tǒng)、改變被測(cè)量光纖的結(jié)構(gòu)以及預(yù)先估計(jì)被測(cè)點(diǎn)位置這三個(gè)方法來(lái)改善。

3　提高光纖背向散射法精確度的方法

根據(jù)背向散射法的測(cè)量過(guò)程，可以了解到要想提高背向散射法測(cè)量的精確度可以從這幾個(gè)方面著手。

首先，研究所輸入光的性質(zhì)。背向散射法測(cè)量光纖，要求使用的的功率較大的窄型脈沖光線，脈沖要很窄，這樣才能提高光纖的識(shí)別率，但是在保證光纖識(shí)別率的同時(shí)光纖的測(cè)量范圍會(huì)受到一定的影響，光纖測(cè)量的量程會(huì)變窄。這個(gè)時(shí)候，可以通過(guò)引入其他性質(zhì)的輸入信號(hào)來(lái)改善，這樣做不僅可以保證光纖的識(shí)別率也能起到擴(kuò)大光纖測(cè)量量程的效果。其次，通常情況下，都會(huì)使用同一個(gè)固定頻率的光纖脈沖進(jìn)行反復(fù)多次的測(cè)量，目的是為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度，但是這種方法的效果并不理想。因此，可以考慮是否可以在主頻測(cè)量的時(shí)候使用相應(yīng)的輔頻進(jìn)行測(cè)量，而這樣做對(duì)提高光纖背向散射法測(cè)量的精確度有沒(méi)有幫助這一問(wèn)題。

3.1增加輔頻

在使用光速來(lái)測(cè)量某一距離的時(shí)候，要求所測(cè)量的距離要比較大，測(cè)距的精確度要比較高，因?yàn)椋馑偈呛芸斓模栽跍y(cè)量的時(shí)候的時(shí)間間隔會(huì)非常短，在工程項(xiàng)目當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)使用光纖脈沖的方式來(lái)進(jìn)行短時(shí)間間隔的測(cè)量，有時(shí)候也會(huì)使用相位測(cè)距的方法來(lái)進(jìn)行較短時(shí)間間隔的測(cè)量。但是在使用相位測(cè)距法進(jìn)行短時(shí)間間隔的測(cè)量的時(shí)候，如果射入的光頻率較高時(shí)，測(cè)距的精確度很高，但是范圍就會(huì)很窄；如果如果射入的光頻率較第時(shí)，測(cè)距的范圍就會(huì)很款，但是精確度很低。也就是無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精確度、大范圍的目標(biāo)。

3.2采用格雷互補(bǔ)序列

在使用背向散射法的相關(guān)技術(shù)的時(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)較為精確的測(cè)量結(jié)果，有效解決了測(cè)量識(shí)別率和測(cè)量范圍不能同時(shí)達(dá)到要求的問(wèn)題。因?yàn)楣饫w只能傳導(dǎo)正的光纖脈沖，所以不能和超聲測(cè)距一樣，使用雙極性的格雷互補(bǔ)序列，而是要對(duì)發(fā)生的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度調(diào)整，就是把兩組已有的雙極性脈沖序列強(qiáng)化成四組單極性的脈沖序列，然后再使用這四組單極性的脈沖序列來(lái)進(jìn)行光纖的探測(cè)，把響應(yīng)和發(fā)射的單極性脈沖關(guān)聯(lián)起來(lái)，最終使用四組相關(guān)曲線來(lái)計(jì)算響應(yīng)的特性。

4　結(jié)語(yǔ)

眾所周知，光纖通訊是一項(xiàng)很被人們看好的學(xué)科，隨著社會(huì)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生產(chǎn)生活會(huì)和光纖建立千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。光纖的發(fā)展將不僅僅提留在娛樂(lè)、通訊等方面，而是會(huì)在眾多領(lǐng)域里發(fā)展起來(lái)。由此看來(lái)，對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)也就會(huì)變得更加重要。使用背向散射法來(lái)進(jìn)行光纖衰減的測(cè)量是一種科學(xué)的、高效的手段，對(duì)于提高光纖的傳輸效率有著十分重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

［1］孫細(xì)件，江華斌. 關(guān)于加強(qiáng)監(jiān)獄監(jiān)管安全風(fēng)險(xiǎn)和危機(jī)管理的幾點(diǎn)思考［A］. 江西省犯罪學(xué)研究會(huì)、兩岸經(jīng)貿(mào)交流權(quán)益促進(jìn)會(huì).贛臺(tái)法學(xué)論壇文集——江西省犯罪學(xué)研究會(huì)年會(huì)（2011年）［C］.江西省犯罪學(xué)研究會(huì)、兩岸經(jīng)貿(mào)交流權(quán)益促進(jìn)會(huì)：，2011：6.

［2］徐震杰. 關(guān)于加強(qiáng)貨車車輛安全風(fēng)險(xiǎn)管理的思考［A］. 中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)、世界軌道交通發(fā)展研究會(huì)、西南交通大學(xué)、成都鐵路局.第三屆鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)管理及技術(shù)裝備研討會(huì)論文集（中冊(cè)）［C］.中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)、世界軌道交通發(fā)展研究會(huì)、西南交通大學(xué)、成都鐵路局：，2012：4.

［3］陳亮. 關(guān)于鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)管理的幾點(diǎn)思考［J］. 中國(guó)鐵路，2013，05：22-24+41.

［4］費(fèi)巍. 關(guān)于加強(qiáng)供電行業(yè)崗位廉政風(fēng)險(xiǎn)管理的思考［D］.寧波大學(xué)，2015.

【作者簡(jiǎn)介】

夏娟（1982.04-），女，籍貫：重慶，高級(jí)通信工程師，本科學(xué)歷，主要從事通信工程勘測(cè)設(shè)計(jì)方面的研究。