[發明專利]基于雙偏振態時分復用的偏振光時域反射儀及檢測方法

有效

• 申請號: 201911362103.1
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN110768714B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 唐明;王雪峰;趙燦;吳昊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;G01D5/34;G01D3/036
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 向彬

本發明公開了一種基于雙偏振態時分復用的偏振光時域反射儀，包括：光源、相位調制器、脈沖調制器、環形器、傳感光纖、全偏振態檢測裝置、光電探測器、信號采集卡以及處理器，相位調制器的輸出端口通過光纖與脈沖調制器的輸入端口相連，所述相位調制器用于使相位調制器輸出光的偏振態在邦加球上看相互垂直；所述全偏振態檢測裝置通過光纖與光電探測器相連，所述全偏振態檢測裝置用于實現三個相互垂直的偏振態的檢測。本發明使用雙偏振態時分復用全偏振態檢測，從而在不考慮消偏振的情況下，完全消除傳統POTDR信號衰落的現象，達到提高系統定位與事件識別穩定性的效果。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種基于雙偏振態時分復用的偏振光時域反射儀。

背景技術

受限于偏振態的固有性質，在光纖偏振傳感中，可以劃分為位于傳感點的偏振不敏感（外界擾動導致的光偏振態變化很小）與位于探測端（光探）的偏振不敏感（在邦加球上看偏振態的變化軌跡與檢偏器垂直）。如中國發明專利公開號為CN107328462A的專利中提出了采用雙偏振態檢偏器對兩個不同偏振角度的分量進行分別檢偏，從而在不顯著提高光纖傳感系統成本的前提下，一定程度上緩解單一角度檢偏的探測端不敏感問題。

但是上述方案存在問題：1.由于未能對光信號的輸入偏振態和探測端偏振態敏感性進行充分分析，45度夾角的雙偏振態檢偏只能緩解或者改善探測端的檢偏不敏感問題，在某些傳感點上偏振態（State Of Polarization，SOP）的變化方向和兩個檢偏器同時垂直，從而在這兩個檢偏器上都觀察不到檢偏后光強的微弱變化；2.單一偏振態光信號輸入中，由于光信號的偏振敏感性隨偏振光信號相位變化的而變化，在傳感光纖上仍然存在某些傳感點處于不敏感區域，仍然存在傳感點不敏感問題。

中國發明專利公開號為CN106767961B的專利中提出采用“通過保偏光纖將不同波長的光波轉化為不同的初始偏振態，然后調制成脈沖光輸入到偏振光時域反射儀（Polarization Optical Time-Domain Reflectometer, POTDR）系統中”從而“有效減少了測量結果中大量對擾動不敏感的位置”。雖然不同波長的光波經過保偏光纖可以在保偏光纖的出射端得到轉動軸向不同的偏振態，但這些光波在用于傳感的單模光纖的傳輸過程中不能保持偏振態的相互關系，進而不能保持其最終靈敏度的互補性，無法完全消除不敏感位置，該專利的探測端采用每個波長光波設置一個單偏振態檢偏器（N個不同方向）檢偏更不能解決某些傳感點上偏振態（SOP）的變化方向和兩個檢偏器同時垂直的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于雙偏振態時分復用的偏振光時域反射儀，使用雙偏振態時分復用全偏振態檢測，從而在不考慮消偏振的情況下，完全消除傳統POTDR信號衰落的現象，達到提高系統定位與事件識別穩定性的效果。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于雙偏振態時分復用的偏振光時域反射儀，包括：光源、相位調制器、脈沖調制器、環形器、傳感光纖、全偏振態檢測裝置、光電探測器、信號采集卡以及處理器，其中：

所述光源的輸出端口通過保偏光纖與相位調制器的輸入端口相連，在所述保偏光纖上存在一個45度熔接點，所述光源輸出直流光信號；

所述相位調制器的輸出端口通過光纖與脈沖調制器的輸入端口相連，所述相位調制器用于使相位調制器輸出光的偏振態在邦加球上看相互垂直；

所述脈沖調制器的輸出端口通過光纖與環形器的第一端口相連；所述脈沖調制器用于將直流光信號調制為窄脈沖光信號；

所述環形器的第二端口與傳感光纖相連；所述環形器的第三端口通過光纖與全偏振態檢測裝置相連；所述傳感光纖中的背向瑞利散射信號通過環形器的第二端口輸入并從第三端口輸出；

所述全偏振態檢測裝置通過光纖與光電探測器相連，所述全偏振態檢測裝置用于實現三個相互垂直的偏振態的檢測；