[發明專利]一種光纖側向散射信號的獲取裝置及探測方法

有效

• 申請號: 202011483679.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112702114B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 李新碗;孫釗;肖芬;呂明星
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;G01N21/01;G01N21/65
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種光纖側向散射信號的獲取裝置及探測方法，裝置包括：信號采集裝置，用于采集光纖通信中的傳輸信號的散射光；環境光底噪隔絕裝置，用于覆蓋所述的信號采集裝置，使信號采集裝置處于一個隔光隔音的封閉環境中；數據處理平臺，用于接收信號采集結構裝置傳輸的模擬信號，處理后輸出數字信號；信號恢復輸出端，用于接收數據處理平臺傳輸的數字信號，并輸出整形的數字信號。本發明利用光傳輸介質的散射效應，通過散射空間內的高效率收集，探測通信光纖的側向散射信號，提取信號波形，并根據傳輸光信號與散射信號的強度一致性，恢復光纖中的傳輸信息。可方便快捷地對光纖傳輸信號進行探測，為光纖安全性的建設和未來光通信的系統搭建多樣性提供了可能。

技術領域

本發明涉及光纖的信號探測與恢復技術，特別是一種光纖側向散射信號的獲取裝置及探測方法。

背景技術

依靠著寬帶寬、大容量、高速率等優勢，光纖通信已成為現代通信網絡的重要支柱。尤其是在全光網絡(AON)和自動交換光網絡(ASON)出現之后，光網絡又集成了透明性、智能化和柵格化等更多優點，其應用前景更加廣泛、長久。目前，全球90％以上的信息都由光網絡承載。隨著現代社會對光纖網絡通信的依賴性不斷增強，光纖通信的信息安全成為許多領域內通信業務關注的重點，光纖通信“天然”安全性并不能100％地得到保障。

目前，探測光纖信息主要有以下幾個方法：光纖彎曲法是其中的代表，通過控制光纖彎曲半徑取出光功率來實現對光纖信息的獲取，當光纖受到很大彎折時，彎曲半徑與其纖芯直徑存在可比性，傳輸特性會發生變化，大量傳導模被轉化為輻射模，不再繼續傳輸，而是進入包層被包層或涂覆層吸收，但彎曲過程勢必造成機械特性的變化；V型槽切口法，V型槽切口法是通過一個接近纖芯的V型槽導出光纖信號進行竊聽的方法。它要求V型槽的切面與光纖信號傳輸方向之間的夾角大于完全反射的臨界角。當達到這個條件后，在保護層中傳輸的部分信號和在V型槽切面發生迭加效應的信號發生完全反射，導致信號通過光纖邊界泄露。此方法需要精密的切入光纖和拋光，而且安裝需要很長時間；光柵法，利用紫外激光器產生紫外光進行相干疊加，進而在目標光纖纖芯上形成布拉格光柵。再利用另一根光纖捕獲目標光纖中由光柵反射出的部分光信號，從而實現對目標光纖信號獲取，該方法對技術精確性要求較高

光纖通信中，光纖纖芯、包層、涂覆層的折射率參數設定不同，由于光纖材料和結構中的固有屬性，當光通過不均勻介質時會向各個方向傳播，這就是光的散射現象。當光纖傳輸的信號光功率較小(此時介質極化強度與光場電場強度呈線性關系)時，會產生米氏散射和瑞利散射，這兩種散射效應產生的散射光與入射光的頻率相同；也產生布里淵散射和喇曼散射，這時散射光出現新的頻率成分。按照惠更斯次波理論，光照射到均勻介質中的雜質微粒上，該微粒相當于一個新的子波源，繼續發射球面波。這些微粒間隔要比光波長大得多的雜質微粒次波源發射的次波都是漫無規律、隨機分布的，所以各次波之間沒有固定相位關系。這些次波遵循非相干疊加原則，不會出現干涉相消現象，因而出現各個方向傳播的散射光，當次級波源微粒尺寸比較小時，即是瑞利散射；當次級波源微粒尺寸比較大時，即是米氏散射。與通信信號強相關的散射光是通信光纖外部探測的基礎。

發明內容

針對上述的不足，本發明提供一種光纖側向散射信號的獲取裝置及方法。該裝置及方法在經過處理的通信光纖探測點使用信號采集結構裝置對光纖的側向散射光進行反射匯聚收集，環境光底噪隔絕裝置將環境光噪聲降至最低，安裝在信號采集結構裝置上的高性能光電倍增模塊接收散射光信號，并將散射光信號轉換為電平信號輸入至數據處理平臺，數據處理平臺對電平信號運算后形成數字波形，在信號恢復輸出端顯示。可在光纖通信過程中實時探測提取光纖中的傳輸數據，為熱運行狀態下的光纖通信信息外部探測提供了可能。

本發明的技術解決方案如下：

一種光纖側向散射信號的獲取裝置，其特點在于，包括：

信號采集裝置，用于采集光纖通信中的傳輸信號的散射光；

環境光底噪隔絕裝置，用于覆蓋所述的信號采集裝置，使信號采集裝置處于一個隔光隔音的封閉環境中；