Optical Low Coherence Reflectometry

73db
Rrbs R S zr
ΔZr
Coherent Speckle （Coherent fading）: 当空间分辨率和光源的 相干长度相当时，在空 间分辨率 ΔZr的范围内， 散射点的光能够互相干 涉，使得测试的散射光 的幅度变化很大 30db uncertainty
两种抑制措施： 一是对相邻点做平均， 相邻点取的越多，效果 越好； 二是用不同光频的光源 进行多次测量，然后对多次测量求平均
OTDR： 长范围， 低空间分辨率
C-OFDR，SOCF： 折中 较长的范围，较好 的空间来自百度文库辨率
OLCR： 短范围，高空 间分辨率
引言 背景 分类 历史的发展 OLCR测量技术 工作原理 性能 应用
展望 C-OFDR 利用SOCF的反射计
空间分辨率： 相干长度Lc
I-OFDR: Incoherent-Optical FrequencyDomain Reflectometry
Optical Coherent Domain Reflectometry By Synthesis Of Optical Coherence Function
Id Ps
直接探测：
引言 背景 分类 历史的发展 OLCR测量技术 工作原理 性能 应用
受限于测量范围？
展望 C-OFDR 利用SOCF的反射计
相干的光频域测量反射计：Coherent Optical Frequency Domain Reflectometry
性能： 较好的空间分辨率 较大的测量范围
π/4 Es(t)
θ Esx Er0 x
PBS：偏振分离 signal Es(t) X PD 偏振控制器 PC Er(t) LO Y BPF 带通滤波 BPF ED 包络探测 ED Y2 X2 + Signal Output
PDR：Polarization Diversity Receiver
y
δx,δy由双折射引 入，随环境变化
包层
Pb
Pi
纤芯
2)单模光纤从Rayleigh散射光中 捕捉基模形成Rayleigh背向散射 的过程，可以用捕捉因子S来表 述。 对波长1.55um的阶跃单模光纤， S为1.2×10-3
Rrbs R S zr
式中：ΔZr：空间分辨率 Rrbs：背散射率
可检测的Rayleigh背散光的灵敏度和空间分辨率ΔZr 有关 高空间分辨率的RBS很小，增大了检测的难度
俞旭辉 微电子与固体电子学 xuhui918254@163.com
引言 背景 分类 历史的发展 OLCR测量技术 工作原理 性能 应用
展望 C-OFDR 利用SOCF的反射计
若是整个网络中有处断裂了，怎么办？
ＯＴＤＲ反射计+光纤熔接机
光纤传感正在以它独有的 特性在传感领域占了一席之地： 安全可靠（与电无关）—油井 分布传感—飞机，轮船，建筑 轻，灵活—飞机
对光学器件的测量： EELED(edge-emitting light-emitting diode)的测量
Fresnel反射的测量： 不同界面之间的反射 Rayleigh背向散射的测量： 对描述连接特性很有用，如光 纤的断裂，衰减的损耗等
1)光子和纤芯介质发生Rayleigh 散射的过程，可以用散射系数 来αR表述。 对单模光纤来讲，大概在 0.17db/km.
Pdut Pref
反射镜以一定的速率运动时，反射光发生fd的Doppler频移
优点
动态范围大（120db） 空间分辨率（10um）
其他的反射计无法比拟的 低相干光源，易实现
缺点
测量范围很小，最大在
y
Er0
Er(t)
0.5m左右 OLCR对偏振的敏感 （PDR：偏振分集接收器）
β Esy
β Esy
π/4 Es(t)
BPF后
x
θ Esx Er0
E I x r Es cos cos( wD t x) 2 I Er E sin cos( w t y ) y s D 2
ED后
E I x r Es cos 2 I Er E sin y s 2
I d [ Pdut Pref 2 Pdut Pref cos ( x, t )]
白光光源+ Michelson 干涉仪
I d [ Pdut Pref 2 Pdut Pref cos 2 f d t ]
2 Pdut Pref cos 2 f d t
Pdut Pref
OTDR反射计能很有效地检测 光纤的断裂等故障。 它的测量空间分辨率一般在1m左右， 测量的空间范围约为10km
OLCR反射计以Michelson干涉仪为原理 OLCR的空间分辨率性能极优， 在um量级， 但是测量的空间范围很小， 在1m左右 符合小的光学器件的测量和性能的提高， 激光器中多余的反射会影响谐振腔的性 能
最后输出 I I x2 I y 2 Er 2 Es 2 / 2
不包含δx，δy，θ
X射线的CT： 能对人体被检查部位的断面或立体 成像，发现体内任何部位的细小病 变 光学干涉断层扫描 （OCT：Optical Coherent Tomography）： 观测眼睛中角膜的结构
OLCR： 用的是红外光源，对眼睛没有伤害
source
sensor
detector (A)透射式
source
sensor
detector
基于散射的压力和温度分布传感：安全
(B)反射式
反射测量技术
反射率随距离的分布
直接探测
OTDR: Optical Time Domain Reflectometry
相干探测
OLCR： Optical Low Coherent Reflectometry C-OFDR： Coherent- Optical FrequencyDomain Reflectometry
Id Ps
相干探测：
Id [ Ps PLO 2 Ps PLO cos ]
两种探测方式的比较： 相干探测提高了动态范围和可检测的最小信号（信号灵敏度）
相干探测是对偏振敏感的
OTDR反射计是最早发展起来， 也是最简单的一类反射计。
Pr R P i (t T )
0 D
参考信号
Er(t)
Er0
E Erx r xe jw0t 2 E Er ye jw0t ry 2
Esx [e j x Es cos x]e j ( w t w t ) 测试信号
j ( w0t wD t ) j y Esy [e Es sin y ]e
光源： 窄线宽可调谐激光器
空间分辨率ΔZr：
z r = c 1 2ng vs
Δνs:表示调频的范围
C-OFDR的空间分辨 率主要受限于激光器， 这也是制约OLCR的 最大障碍! Other Challenge?