光频域反射计(OFDR)-周潜

Phase Noise vs. Reflectivity Factor
反射信号的增强 相位噪声影响程度和范围随之增大
分布式光纤后向散射测量
9
OFDR 激光相位噪声实验
c s c 2s
DC Bias1
c s
c
s c 2 c 3s c 2s c s c 3s
c 3s
c s
c
c
b
Input
a c
90
DC Bias2 DC Bias3
d
c 3s s c 2
Output
c s
c
线性扫频 驱动控制
c 2s c 3s
c 3s s c 2
90
DP-MZM 待测光纤 PC DC-Bias
c s
尾端反射强度较弱时： 前端的微弱反射点 能清晰分辨出
尾端反射强度较强时： 前端的微弱反射点 几乎无法分辨
尾端反射强度较弱时： 前端能清晰分辨出 连续的反射事件
高相干性激光源：线宽压缩技术和窄线宽激光器 减小无必要反射：低反射的终端连接器或光纤匹配液
分布式光纤后向散射测量
11
OFDR在光纤接入网中的应用
2
2 0 c
f fb
sin 2 f fb 0 2 0 c 1 e cos 2 f f b 0 f f b c
冲击响应项
混频后直流信号
Optical Signal
3dB PMC

A
x
Local Oscillator
2
45
20MHz AOFS

A
LPF

PBS
1 PLO 1 x Ps 2
BPF 平衡接收
1 x PLO Ps
分布式光纤后向散射测量
7
OFDR 激光相位噪声建模
SI f

光频域反射计(OFDR) 及其在光纤接入网中的应用
2015/10/21
提

纲
分布式光纤后向散射测量技术研究背景 光频域反射计 （Optical Frequency Domain Reflectometer） 光频域反射计在光接入网络中的应用

分布式光纤后向散射测量
2
OFDR背景
瑞 利 散 射 菲 涅 尔 反 射
FPGA DSP 数字信 号处理
ADC
控制总线
数据总线
分布式光纤后向散射测量
6
ARM 总体控制 界面处理
OFDR 相干接收

交叉干涉：交叉干涉信号混叠

外差检测


相干衰弱噪声：强度随机起伏
偏振失配：强度噪声
PBS



平衡混频接收
偏振分集接收
BPF
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 PLO xPs 2
平衡接收
xPLO Ps
参考臂 光电检测器
FMCW
瞬时光频率
fb
t
0

T
2T

分布式光纤后向散射测量
5
OFDR 系统架构
相干接收
基于Hilbert变换非线性校准算法
激光器线性扫频反馈校准
环形器
偏振分集 辅助干涉仪
待测光纤
200GH z
激光相位噪声
差分接收
双平衡 接收
窄线宽扫 频激光器
模拟信号调理 非线性 扫频校正
激光频率 控制

RI T e 2 jfT dT 2 jfT dT e
1 2 I t I t T E 0
2
激光线宽有限 （相干长度、相干时间） X0处PSD
1 R0 f 2 R 0e 1 2 c2 f fb 2 R0 c
*《光子学报》 vol.34,No.1
14
谢
谢！
上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 周潜
分布式光纤后向散射测量
15
光纤本征 测量技术
布 里 渊 散 射
拉 曼 散 射
分布式传感、连续测量 损耗 应力 温度 光纤
分布式光纤后向散射测量
偏振
3
OFDR应用
理想的高精度、 高灵敏度分布式测量
光频域反射计 （OFDR）
分布式光纤后向散射测量
4
OFDR 基本原理
线性扫频 驱动控制 扫频激光源
迈克尔逊干涉
待测光纤
信号处理 频谱分析
扫频激光源
PBS

A
参考臂

LPF
x2
BPF
平衡接收 3dB PMC
45
20MHz AOFS
A

BPF

平衡接收
PBS
分布式光纤后向散射测量
10
OFDR 激光相位噪声结论
SSMF APC 1m APC 3km APC APC 1m APC 3km SSMF PC
SSMF APC 1m PC 1m APC 3km APC
X0处反射系数
冲击响应项
X0处拍频信号分量
连续谱函数
激光相位噪声 在拍频分量附近的分布特性
幅度以回波信号延迟和 激光相干时间之比 0 c 呈指数衰减
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分布式光纤后向散射测量
OFDR 激光相位噪声仿真(1)
0 c
0 c
0 c
Phase Noise vs. Coherent Length 延迟 小于 激光相干时间时： 拍频信号附近相位噪声很小 延迟 约等于 激光相干时间时： 相位噪声呈现在拍频信号附近 延迟 大于 激光相干时间时： 相位噪声几乎将拍频信号淹没

1. 接入网故障监测及定位：
W D M
...
FFT
分布式光纤后向散射测量
12

2. 结合接入网构建光纤传感网络

利用OFDR的高分辨率和高灵敏度，可以在现有的光 纤接入网的基础上低成本地构建光纤传感网络，避免 重建网络通道。
分布式光纤后向散射测量
13

3. OFDR/WDM复用光纤光栅传感网络*