光頻域反射在光通信網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)中的應(yīng)用研究

　　光頻域反射的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是我國光通信領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。根據(jù)多年的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)光頻域發(fā)射問題展開研究，分析探討其在光通信網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)中的應(yīng)用，同時(shí)分析限制光頻域反射的因素，闡述目前我國光頻域反射發(fā)展現(xiàn)狀，為其他學(xué)者對(duì)該問題的研究提供理論參考和借鑒。

　　光纖通信的發(fā)展對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到重要的作用。光纖通訊具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)：傳輸頻寬帶、損失消耗較少。光纖通信的建設(shè)起始于二十世紀(jì)九十年代，并且得到大規(guī)模的發(fā)展。光纖通信作為承載著很大信息量的傳輸網(wǎng)絡(luò)。光纖通訊不同于其他的通信方式，因此得到企業(yè)和國家的高度重視。但是光纖通信在具體的操作中具有一定的風(fēng)險(xiǎn)和不穩(wěn)定性，為了保證光纖通信的順利運(yùn)行和安全，需要開發(fā)一種能精確測(cè)量出光纖通信特性的工具或者是儀器。根據(jù)國內(nèi)外的發(fā)展來看，目前使用最為廣泛的是光頻域反射，光頻域反射能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出光纖通信特性，光頻域反射主要是分析光纖的散射光時(shí)間差、光程差來檢測(cè)光纖通訊的。檢測(cè)分辨率提高是否依賴減小的探測(cè)脈沖寬度。然而，如果激光功率固定，那么會(huì)引起探測(cè)脈沖的能量降低，而且會(huì)造成噪聲電平增加，結(jié)果導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍變化。因此，為了妥善處理這一問題，個(gè)專家學(xué)者置身研究中，其他的方法也采用，例如互補(bǔ)格雷碼檢測(cè)方法。經(jīng)過多年的實(shí)踐證明，光頻域反射作為一種新型的技術(shù)，對(duì)于光纖通訊的檢測(cè)發(fā)揮很大的作用，而且應(yīng)用的范圍廣，測(cè)量的程度精確，允許的動(dòng)態(tài)范圍較大，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，引起了研究者的研究興趣。

　　1、光頻域反射進(jìn)行檢測(cè)的原理

　　光頻域反射主要包括這幾個(gè)部分：線性掃頻光源、邁克爾遜干涉儀、光電探測(cè)器、頻譜儀、還有信號(hào)的處理單元。不同部分相互連接形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)發(fā)揮作用。光外差探測(cè)主要是根據(jù)頻率進(jìn)行的線性掃描，掃描后根據(jù)連續(xù)光的耦合之后在進(jìn)入干涉儀。從干涉儀出來的光束分為兩支：一支是經(jīng)過反射鏡反射之后返回，光程是保持固定不變的，這樣的光叫做參考光。另一支光束則是進(jìn)入到待測(cè)光纖，由于光纖本身的折射率不均勻，會(huì)產(chǎn)生散射，一部分光向后散射，滿足了光纖的數(shù)值孔徑之后返回到注入端口。這樣的光叫做信號(hào)光。

　　2、光頻域反射的現(xiàn)狀

　　光頻域反射主要應(yīng)用在三個(gè)方面：一是對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)的診斷，二是對(duì)集成光路的診斷，三是層析技術(shù)的應(yīng)用。不同的種類對(duì)于光頻域的要求不相同，其主要的差別在于光源的調(diào)試方式上。在光通信網(wǎng)絡(luò)的診斷應(yīng)用上，需要使用的波長(zhǎng)1.3um的光源，光頻域反射的量程要大很多。有些學(xué)者利用波長(zhǎng)1.3um左右的nd：yag作為光源，得出了相關(guān)的長(zhǎng)度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟，光頻域發(fā)射的分辨率提高了很多。在層析技術(shù)的應(yīng)用中，規(guī)定的量程是幾毫米，測(cè)量的精度是幾十微米。部分專家根據(jù)研究組建了高分辨率的光頻域反射系統(tǒng)，其分辨率是15um。集成光路的診斷比上述兩者需要更大的量程。

　　3、光頻域反射的優(yōu)點(diǎn)

　　光頻域反射對(duì)光纖通信的檢測(cè)不僅包括了對(duì)集成光路診斷，而且也包括了對(duì)通信故障的處理和檢測(cè)。對(duì)集成光路的診斷一般使用的是厘米量級(jí)，有時(shí)候是毫米量級(jí)的。對(duì)于通信故障的處理一般采用的是一米左右的光源，光的量程達(dá)到公里級(jí)別。相應(yīng)的大量程就要大動(dòng)態(tài)范圍以及較高的光源功率。顯而易見，光頻域反射能夠很好的解決分辨率和動(dòng)態(tài)之間的矛盾。因?yàn)楣忸l域反射具有高的靈敏性和高空間分辨率優(yōu)點(diǎn)。光頻域反射的高空間分辨率指的是測(cè)量系統(tǒng)辨別光纖上相鄰兩個(gè)待測(cè)點(diǎn)的水平和能力?？臻g分辨率高的話則代表辨別測(cè)量點(diǎn)之間的距離短，這樣測(cè)量出的光纖信息就更多，就越能反應(yīng)出光纖的特性，光頻域反射的分辨率主要受到探測(cè)光的脈沖寬度限制。如果探測(cè)光的脈沖寬度較窄，則光頻域反射的分辨率就高，并且耗費(fèi)的能量也少，產(chǎn)生的信噪比少，光頻射反射對(duì)于中頻信號(hào)的辨別能力與頻譜儀密切相關(guān)。如果頻譜儀的寬帶較小，那么辨別出來的信號(hào)能力強(qiáng)，反之亦然。

　　通過上面的分析我們發(fā)現(xiàn)適用于上述情況的光源都是單色的。但是實(shí)際中的信號(hào)源并非如此?，F(xiàn)實(shí)中的信號(hào)源一般會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，并且通過頻譜的寬度呈現(xiàn)，噪聲減少了空間的分辨率，縮短了光纖測(cè)量長(zhǎng)度。這樣導(dǎo)致光纖在固定的長(zhǎng)度下測(cè)量數(shù)據(jù)無法真實(shí)的反應(yīng)信號(hào)大小，不能正確的分析光纖傳輸?shù)奶匦?。一般情況下，為了能夠方便分析噪聲的影響，僅僅考慮兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)信號(hào)是參考段的反射信號(hào)，一個(gè)是待測(cè)光纖的反射信號(hào)。

　　4、光頻域反射的限制因素

　　4.1光源相位噪聲以及相干性限制

　　在光通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際操作中，光頻域反射都會(huì)產(chǎn)生較大的光源相位噪聲，噪聲通過頻譜的寬度呈現(xiàn)。相位噪聲減少了空間的分辨率，縮短了可測(cè)量長(zhǎng)度。為了更明確的表示光纖傳輸性質(zhì)，分析噪音和光源列出如下的公示：僅考慮兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是參考端的反射信號(hào)（其反射系數(shù)r是1），另一個(gè)是待測(cè)光纖端面的反射信號(hào)（反射系數(shù)是R），光電探測(cè)電流式可表示為，其中，光源的電場(chǎng)強(qiáng)度為。

　　4.2光源掃頻的非線性限制

　　在實(shí)際的使用中，激光器會(huì)受到溫度的變化、器件振動(dòng)、或者是電網(wǎng)電壓波動(dòng)等影響，引起光源諧振腔具體位置發(fā)生改變，進(jìn)而影響了輸出光波譜線變化，導(dǎo)致掃頻非線性。這大大限制了光頻域反射空間分辨率大小。

　　4.3光波極化限制

　　由于光頻域反射采用相干檢測(cè)這一方案，很顯然，如果信號(hào)光及參考光，在光電探測(cè)器光敏面上的極化方向剛好是正交，那么信號(hào)光對(duì)應(yīng)的光纖測(cè)量點(diǎn)上存有的信息會(huì)丟失。因此，要確保光波極化穩(wěn)定。

　　有時(shí)候，為了追求光頻域反射的經(jīng)濟(jì)效益，為了實(shí)現(xiàn)更大的商業(yè)化，國外深入研究和探索了半導(dǎo)體的激光器作為光源。在二十世紀(jì)九十年代的外國學(xué)者Sorin采用波長(zhǎng)是1.32的ND：YAG激光器作為光源，為此得出了比較長(zhǎng)的時(shí)間。而且測(cè)量的范圍大概是50公里，分辨率是380米。二十世紀(jì)末，國外一些學(xué)者采用了不同波長(zhǎng)的激光器作為光源，使得測(cè)量的量程更遠(yuǎn)，分辨率更高。二十一世紀(jì)初有人采用了ssb調(diào)制技術(shù)，當(dāng)量程超過5公里的時(shí)候分辨率達(dá)到更高。如此高的分辨率能夠滿足光通信網(wǎng)絡(luò)的需求。

　　5、結(jié)語

　　綜上所述，光頻域反射的被簡(jiǎn)稱為OFDR，是一種用來分辨光信通信的儀器。在光頻域反射系統(tǒng)中，關(guān)鍵的內(nèi)容是光源的線性調(diào)頻以及光頻域的探測(cè)，光頻域反射要求的調(diào)制光源是線性的。但應(yīng)該注意光頻域反射中的相位噪聲影響，通過對(duì)相位噪聲進(jìn)行理論分析和實(shí)踐檢測(cè)，分析噪聲與激光間的內(nèi)在聯(lián)系，根據(jù)實(shí)際需求，選擇適宜的長(zhǎng)度激光，在具體的操作中能夠盡量減少反射，避免過大相位噪聲的影響。目前光通信網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)得到不斷的改進(jìn)和提高，光頻域反射的發(fā)展前景大好，在光通信網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)更廣泛的運(yùn)用和推廣。

來源：硅谷網(wǎng) 羅杰亮 初世瑩

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