為了解決實時光纖傳感中的摻鉺光纖放大器（EDFA）的自發(fā)輻射放大噪聲中的信號提取問題并齐，基于相干檢測的COTDR技術漏麦，有較大優(yōu)勢。COTDR通過相干檢測况褪，可以將微弱的瑞利散射信號從較強的自發(fā)散射噪聲中提取出來撕贞。
光纖傳感中的相干光時域反射（COTDR）技術
一、COTDR原理
相干探測系統(tǒng)中测垛，除了用于探測的信號光捏膨，還增加了用來與信號光進行相干探測的參考光（本振光）。信號光與參考光經(jīng)過耦合器耦合到光電探測器中，光電探測器將信號光與參考光混合時產(chǎn)生的拍頻信號轉換為電信號后号涯，經(jīng)過濾波器和運放目胡，即可得到信號光與參考光的差頻信號。
信號光和參考光的頻率及振幅不同链快，混合后的光波場到達探測器后產(chǎn)生了光電流誉己，而這光電流中由于混合光場的存在，混合光場的信號光與參考光存在相位差久又，相位差致使光電流產(chǎn)生交流分量巫延，將交流分量濾波后輸出效五，正比于信號光振幅地消。而這部分信號光，就是探測光在光纖中傳播時產(chǎn)生的背向瑞利散射畏妖，參考光可取自激光光源脉执。
常使用聲光調制器（AOM）的衍射效應對信號光進行移頻，移頻造成的頻率差戒劫，是交流電流發(fā)生的重要因素半夷，所以需要集中，這也就限制著激光器頻寬迅细，所以COTDR通常使用單頻窄線寬激光器巫橄。從單模光纖中不同位置產(chǎn)生的信號光的偏振態(tài)并不相同，所以需要擾亂參考光的偏振態(tài)茵典，并經(jīng)過多次測量以獲得信號光與參考光在不同偏振態(tài)匹配條件下的平均相干檢測結果湘换。
上面是COTDR具體結構圖，激光器發(fā)出的激光經(jīng)耦合器分成兩束统阿，一束經(jīng)過聲光調制器調制為探測光脈沖彩倚，再經(jīng)耦合器注入被測光纖。返回的背向瑞利散射光信號與參考光混合扶平，二者產(chǎn)生中頻信號由平衡探測器接收帆离。平衡探測器輸出帶中頻信息的電流信號，最后經(jīng)放大结澄，模數(shù)轉換后哥谷，由數(shù)字信號處理單元得到探測曲線。
二麻献、相干探測的特點
對于傳統(tǒng)OTDR直接功率探測而言们妥，COTDR可以在較低探測光功率下獲得更高的動態(tài)范圍。OTDR使用寬帶光源赎瑰，會占用部分通信信道王悍，COTDR使用單頻窄線寬激光，對通信類光纖檢測的影響可以降低餐曼⊙勾ⅲ基于COTDR的原理鲜漩，抗ASE噪聲的能力也增加，同時采用同性能雪崩光電二極管做平衡探測集惋，可進一步提高信號質量孕似。
非線性效應是長距離COTDR探測時需要考慮的問題。當COTDR對長距離線路進行監(jiān)測時刮刑，中繼EDFA能將探測脈沖光放大喉祭，放大后的高功率脈沖在單模光纖中會引起光學非線性現(xiàn)象。概括起來雷绢，這個過程有關的非線性現(xiàn)象有以下幾種泛烙。普通單模光纖有受激布里淵散射閾值，高功率脈沖入射下翘紊，畸變產(chǎn)生蔽氨。四波混頻過程起源于介質的束縛電子對電磁場的非線性響應。入射光脈沖與ASE噪聲產(chǎn)生四波混頻帆疟，探測器接收到的瑞利散射信號降低鹉究。然后是自相位調制和交叉相位調制，這部分是由高功率光折射率的變化踪宠，從而導致光學相位的改變自赔。
三、COTDR性能參數(shù)
通常將信號功率與探測器輸出的噪聲功率之差定義為動態(tài)范圍柳琢，動態(tài)范圍可通過提升探測光功率來增加绍妨，但由于非線性效應存在，染厅，探測光的功率提升有限痘绎。空間分辨率從設備角度上來說由光脈沖寬度決定，而從系統(tǒng)角度上而言肖粮，是和探測器噪聲孤页，相干瑞利噪聲等相關的。而對付這些噪聲涩馆，有各不相同的方法行施，比如，通過降低探測器溫度降低熱噪聲魂那，穩(wěn)定電路控制散粒噪聲蛾号，設置帶通濾波降低ASE噪聲，擾動偏振態(tài)用以控制偏振噪聲涯雅，等等鲜结。
四、COTDR的應用
最近湯加火山爆發(fā)，隨后較長時間內精刷，湯加與外界“失聯(lián)”拗胜，起因是火山活動使湯加海底電纜損壞。這個事情告訴我們怒允，對于各大洋上的島國埂软，海底電纜是極其重要的通訊方式。且事實就是纫事，目前我國也有多條海底光纜勘畔。
COTDR目前主要用于多中繼超長距離光通信線路特別是海底電纜的狀態(tài)檢測。
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