引用本文:
孟令刚,李永倩,张立欣. COTDR系统中干涉衰落影响的研究[J]. 光通信技术,2019,43(12):45-49.
孟令刚,李永倩,张立欣
(华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:相干光时域反射仪(COTDR)测量曲线的振幅变化受相干瑞利噪声影响较大,严重时导致系统发生误报并降低系统性能。主要探索了系统中相干瑞利噪声的产生机理及其影响因素,给出了各个因素与瑞利散射系数之间的定量关系,并仿真分析了光纤折射率、系统空间分辨率和光源频率的变化对干涉衰落波形的具体影响;从改变光源频率的角度总结分析了近年来降低COTDR系统中干涉衰落的主要方法及其局限性,并对COTDR系统在长距离光通信链路和地铁隧道监测等方面的应用进行了介绍。
关键词:相干光时域反射系统;相干瑞利噪声;传感光纤
中图分类号:TN247 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)12-0045-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.12.010
0 引言
在分布式光纤传感系统中,相干光时域反射(COTDR)技术主要用于检测光纤链路上的衰减、断裂和进行空间定位,在桥梁、电力线缆和光通信线路,特别是海底光缆的健康监测方面具有重要的应用[1-3]。海底光缆系统中,通常需要多个掺铒光纤放大器(EDFA)对信号光功率进行放大,而EDFA会产生很强的放大自发辐射(ASE)噪声,在多个EDFA级联线路中,ASE会逐渐积累和加强,导致传统的光时域反射仪(OTDR)无法从严重的ASE背景噪声中提取出传感信息。COTDR系统采用相干探测的方式,经窄带滤波后可以滤除大部分ASE噪声,极大地提高了系统的信噪比(SNR)[4,5]。然而,由于COTDR系统使用窄线宽激光器,发出的探测光的相干长度可达几十千米,光纤中不同位置的背向瑞利散射光相互干涉叠加,导致产生相干瑞利噪声、偏振噪声和相位噪声等问题[6],这些因素使获得的COTDR探测曲线波动很大,可能会掩盖所探测的事件,严重时将导致系统发生误报。因此,降噪方案的研究对COTDR系统具有重要意义。
5 结束语
本文通过探索COTDR系统中干涉衰落噪声的产生机理,仿真分析了局部折射率分布、系统空间分辨率和光源频率等因素的变化对干涉衰落波形的影响。结果表明:通过改变激光的频率来降低干涉衰落波形的相似性,进而降低COTDR系统探测曲线的重复性是降低干涉衰落噪声的有效方式。激光跳频和频分复用技术是2种在降低干涉衰落噪声方面常用的方法,但频分复用技术需要使用相位调制器和对射频信号源进行扫频,增加了系统测量时间和结构的复杂度。经过十多年的发展,COTDR光纤传感技术已趋于成熟且得到推广使用,但仍有许多问题亟待解决,需要进一步的改进和研发。