申请/专利权人：温州大学

申请日：2021-08-13

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN113824519B

主分类号：H04B17/391

分类号：H04B17/391

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.01.07#实质审查的生效;2021.12.21#公开

摘要：本发明提供一种少模光纤链路故障检测灵敏度优化方法，包括根据少模光纤背向瑞利散射理论，建立背向瑞利散射模型，并构建全光纤匹配优化光路，实现高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布的同步测量，以得到高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布曲线；根据熔接故障点空间模式耦合理论，并结合高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布曲线，估计出各级联熔接故障点处的动态空间模式串扰矩阵；采用估计的动态空间模式串扰矩阵，重构高阶空间模式背向散射功率分布，并测量得到无串扰高阶空间模式幅值衰减分布曲线，以实现故障检测灵敏度优化。实施本发明，能消除少模光纤级联式动态空间模式串扰对熔接故障损耗大小的影响，实现优化少模光纤链路故障检测灵敏度。

主权项：1.一种少模光纤链路故障检测灵敏度优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、根据少模光纤背向瑞利散射理论，建立级联式动态空间模式串扰条件下高阶空间模式背向瑞利散射模型，并根据所建立的背向瑞利散射模型，构建高效率低损耗的高阶空间模式激发与分离的全光纤匹配优化光路，且进一步实现高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布的同步测量，以得到高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布曲线；S2、根据熔接故障点空间模式耦合理论，并结合测量得到的高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布曲线，估计出各级联熔接故障点处的动态空间模式串扰矩阵；S3、采用估计的动态空间模式串扰矩阵，重构高阶空间模式背向散射功率分布，并进一步测量得到无串扰高阶空间模式幅值衰减分布曲线，以实现高阶空间模式故障检测灵敏度的优化；所述步骤S1包括：确定少模光纤可支持的模式及其存在的多个故障点；根据少模光纤背向瑞利散射理论，确定少模光纤各空间模式的背向瑞利散射功率，并基于少模光纤链路由纵向扰动引起的空间模式串扰相对于熔接点模式引入的串扰可忽略不计的原则，将所述背向瑞利散射功率转换为级联式动态空间模式串扰条件下高阶空间模式背向瑞利散射模型；根据所建立的背向瑞利散射模型，构建高效率低损耗的高阶空间模式激发与分离的全光纤匹配优化光路；其中，所述全光纤匹配优化光路由光纤环形器与光子灯笼构成，且少模光纤环形器与光子灯笼少模尾纤几何参数相一致；基于所述全光纤匹配优化光路进行测量，实现高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布的同步测量，得到高阶空间模式背向瑞利散射幅值分布曲线；所述少模光纤可支持的模式为LP01，LP11a，LP11b，LP21a，LP21b,…，LPi，下角标ii＝1,2,3,…为少模光纤的模式标号；所述故障点有m个，分别处于z0，z1，…，zm距离处；所述少模光纤各空间模式的背向瑞利散射功率表示为：Pbs＝[P01P11aP11bP21aP21bP02…]T；所述背向瑞利散射模型表示为其中，Pbs＝[Pbs01Pbs11aPbs11bPbs21aPsb21bPsb02…]T；Pbsii＝1,2,3,…分别代表空间模式LP01，LP11a，LP11b，LP21a，LP21b和LP02更高阶模式的背向散射功率；B为总的背向捕获系数；κs1，κs2，…κsm分别依次代表从光纤传输端到结束端各熔接点处的动态空间模式串扰矩阵；所述步骤S2包括：步骤S21、通过获取的背向散射功率幅值分布，可以得到LP01模式位于熔接点的z0处受串扰影响下的损耗值，LP01模式耦合系数与模式损耗αd之间关系可以近似表示为αd＝-10lgη01-01，其中，η01-01＝exp-d2ω2，由于待测的少模光纤已知模场直径参数为已知量，可得到位于故障点z0处的熔接偏移量大小d，即可得到光纤熔接截面的径向偏移量r；步骤S22、根据模式耦合系数计算公式可得各模式之间模式耦合系数；其中，Em，En分别表示入射模与激发模的电场分布，电场分布通式为其中，L为拉盖尔多项式；步骤S23、考虑一个可支持i阶高阶模式的LP01，LP11a，LP11b，LP21a，LP21b，LP02，…的少模光纤作为被测光纤，则该被测光纤中的熔接故障点z0的动态串扰矩阵可表示为： 步骤S24、重复步骤S21至步骤S23，可以得到被测光纤中的熔接故障点z1，z2，…，zm距离处动态串扰矩阵κs1，κs2，…，κsm，从而估计出所有级联熔接故障点处的动态空间模式串扰矩阵；所述步骤S3包括：消除由z0距离处故障点引入的串扰，即将公式乘以κs1的逆矩阵κs1-1，得到重构后的功率矩阵如下： 可以得到熔接点z1处高阶空间模式熔接故障损耗真实大小；在少模光纤链路中有m个熔接故障点，可以依次消除前端级联式熔接故障串扰，获得不同距离z1，z2，…，zm处熔接故障的实际损耗大小，实现少模光纤链路的高灵敏度故障检测。

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