Оптическая дальнометрия в волоконных системах

Подавая входной оптический сигнал импульсами в длинное оптическое волокно, и отслеживая изменения интенсивности возвращаемого обратного рассеяния, можно определить пространственные колебания коэффициента рассеяния волокна: или профиль, или затухание. На этом основана оптическая рефлектометрия временной области (OTDR — Optical Time-Domain Reflectometry), хорошо зарекомендовавший себя метод для определения мест повреждений/дефектов и диагностики в волоконных системах коммуникаций. В измерительных системах OTDR может использоваться для обнаружения обусловленных измеряемой величиной локальных изменений потерь или коэффициента рассеяния непрерывного измерительного волокна.

Показана схема, обычно применяемая для анализа в OTDR. Здесь короткий импульс излучения лазера (обычно мощного GaAlAs полупроводникового лазера или твердотельного с модуляцией добротности Nd:Yag лазера) запускается в исследуемое волокно. Блок электронной обработки отслеживает изменения во времени уровня обратного излучения по отношению к входному импульсу. Если волокно однородно и подвергается постоянному воздействию внешней среды, из-за внутренних потерь в волокне интенсивность обратного рассеяния в зависимости от времени угасает по экспоненте. Если пиковая мощность входного импульса длительности т, введенного в волокно, равна Pq, мощность обратного.

Альтернативные методы оптической дальнометрии.

Базовый метод OTDR — это по существу оптический локатор, и при разработке множества разнообразных методов были обнаружены и использованы прямые аналогии между традиционными радиолокационными системами и оптической локацией на основе распределенных датчиков. Другие методы оптической дальнометрии, пригодные для использования в измерительных системах.

Когерентная OTDR. Слабый сигнал обратного рассеяния смешивается с сильным когерентным оптическим сигналом гетеродина, что обеспечивает когерентное усиление.

Оптическая рефлектометрия частотных характеристик (OFDR). Измерение дальности достигается на основании частотного распределения в обратном рассеянном сигнале, а не временного спада. Обычно предполагается использование источника с высокочастотной внутриимпульсной линейной частотной модуляцией.

Когерентная OFDR. Частота излучения лазерного источника с узкими линиями излучения (большой длиной когерентности) линейно модулируется внутри импульса, и обратное рассеянное излучение когерентно смешивается с опорным оптическим сигналом источника без задержки.