[發明專利]一種無限散射單光子探測光時域反射測量方法

有效

• 申請號: 201911028245.4
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110702239B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 周強;李斌;鄧光偉;周恒;宋海智;王浟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種無限散射單光子探測光時域反射測量方法，首先將周期性寬脈沖光注入到被測光路系統中并在被測光路系統中產生后向光信號；再將被測光路系統產生的后向光信號轉換為電脈沖信號，并對電脈沖信號進行計數，計數的時鐘與周期性寬脈沖光的產生時鐘同步；最后根據每相鄰兩次計數得到的計數值的差值即可繪制出被測光路系統的損耗和反射曲線。本發明利用無限散射原理實現單光子探測光時域反射測量系統的測量，提出利用相鄰兩次計數得到的計數值的差值繪制被測光路系統的損耗和反射曲線的方法，測量結果與色散無關且解決了系統分辨率受光源脈沖寬度限制的問題，以寬脈沖光作為探測光源，在實現高空間分辨率時減少了對窄脈沖激光器的需求。

技術領域

本發明屬于光量子探測技術領域、光纖傳感技術領域，特別涉及一種無限散射單光子探測光時域反射測量方法。

背景技術

光時域反射系統是一種無損的光纖檢測系統，目前已在光纖鏈路檢測中得到了廣泛應用。它的基本工作原理是先向被測光路系統中注入探測脈沖，并通過監測隨時間變化的瑞利散射或者反射信號實現對被測光路系統中事件的監測。

傳統的光時域反射系統采用工作于線性區的光電探測器，受限于探測器的帶寬，無法實現遠距離、高空間分辨率的探測。單光子探測型光時域反射系統在20世紀80年代首次被提出，它采用單光子探測器作為光電探測器，在空間分辨率、動態范圍和事件靈敏度的性能上更為優異。

然而，現有的光子計數光時域反射系統為了獲得高空間分辨率，都是以窄脈沖激光器作為光源，系統的分辨率受限于脈沖的寬度，因此在長距離光纖測試過程中，由于色散的影響，使得脈沖光在傳輸一定距離后展寬，從而無法保持對遠距離位置處光纖的高空間分辨率。所以急需一種手段，解決傳統單光子探測光時域反射系統中空間分辨率受脈沖展寬影響的問題。

發明內容

針對上述傳統單光子探測光時域反射系統在長距離光纖測試過程中，由于色散的影響導致脈沖展寬從而造成空間分辨率受限的問題，本發明提出一種無限散射單光子探測光時域反射測量方法，該方法向待測光路系統中周期性地注入寬脈沖光，再對待測光路系統產生的后向光信號進行處理，通過對相鄰時間通道內的光子數做差分運算即可得到對應點的后向信號，進而分析出待測光路的傳播情況，具有與色散無關、實現簡單、成本低、可集成的特點。

本發明的技術方案為：

一種無限散射單光子探測光時域反射測量方法，包括如下步驟：

步驟一、將周期性寬脈沖光注入到被測光路系統中并在所述被測光路系統中產生后向光信號；

步驟二、將所述被測光路系統產生的后向光信號轉換為電脈沖信號，并對電脈沖信號進行計數，計數的時鐘與步驟一中的所述周期性寬脈沖光的產生時鐘同步；

步驟三、根據步驟二中每相鄰兩次計數得到的計數值的差值繪制所述被測光路系統的損耗和反射曲線。

具體的，所述步驟三繪制所述被測光路系統的損耗和反射曲線的方法為：建立橫坐標為計數序號、縱坐標為相鄰兩次計數獲得計數值的差值的坐標系，每次計數后在所述坐標系上標記對應的點，將各點連接形成所述被測光路系統的損耗和反射曲線；

當處于所述周期性寬脈沖光進入所述被測光路系統的階段時，在所述坐標系上標記第i次計數對應點的方式為：以第i次計數的序號作為所述第i次計數對應點的橫坐標，以為第i次計數獲得的計數值減去第i-1次計數獲得的計數值的差值作為所述第i次計數對應點的縱坐標；

當處于所述周期性寬脈沖光離開所述被測光路系統的階段時，在所述坐標系上標記第i次計數對應點的方式為：以第i次計數的序號作為所述第i次計數對應點的橫坐標，以為第i-1次計數獲得的計數值減去第i次計數獲得的計數值的差值作為所述第i次計數對應點的縱坐標；

其中i為大于1的正整數。