一种为服务构建工作的新的光纤测试方法，检测PON中光分器下的光过滤器外文翻译资料

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一种为服务构建工作的新的光纤测试方法，检测PON中光分器下的光过滤器

摘要

在本文中，我们为在无源光网络（PON）着手安装光纤链路的建设提出了一个新方式。这篇论文描述了一个新的测试技术，该技术被设计来检测在PON中与光网络单元外部分光器一起，位于支化光纤区域前面的光学滤光器。此技术的目的是确定光纤是否是“活的”或者“未使用的”。我们提出的这个技术的特点是，在两个不同波长的光上进行光测试和无损宏弯技术。通过比较这两个不同波长光的反射功率，我们可以确定在光纤链路的末端是否有过滤器。此外，我们还介绍了一个增强型的估计方法，此方法使用对称安装在检测部分的两个光探测器和一个只检测来自光纤末端反射回来的光信号。我们也通过实验证明了增强型分析方法的性能并确定他可以用来检测。

关键词：检测滤光器，光纤识别，无源光网络

1.介绍

近年来，世界各地对于宽带接入服务的需求已经增加。光纤到户（FTTH）服务是最有前途的方法，因为它具有大传输容量和成本效益。宽带PON，千兆位PON代表了无源光网络的拓扑结构，千兆以太网主要被用来提供FTTH服务。

每天都有大量的光纤链路被安装来满足当前的需求。因此，对这些光网络点的顺利的构建，运行和维护已经变得相当重要了。在安装过程和维护光纤通信网络的过程中，现场工程师必须能从一束光纤中准确的识别特定的光纤，防止在工地上错误的切割和连接光纤。特别的，他们必须防止切割“活的”（信号承载）光纤，从而保证服务的可靠性。所以，在一束光纤区域中分辨“活的”和“未使用的”光纤十分重要。光纤识别器使用了无损宏弯曲技术，被广泛的用作维护时确定一个特定光纤的便携工具。然而，配备了外部光分路器的PON却很难确定光纤。这是因为从中心局发出的光功率被光纤分离器平等的分配到支路光纤中，所以便携式光纤识别器不能确定特定的光纤。然而，现场工程师必须能够在线缆安装或者拆卸工作中选择未使用的光纤。

在本文中，我们为在无源光网络（PON）着手安装光纤链路的建设提出了一个新方式。这篇论文描述了一个新的测试技术，该技术被设计来检测在PON中与光网络单元外部分光器一起，位于支化光纤区域前面的光学滤光器。此技术的目的是确定光纤是否是“活的”或者“未使用的”。我们还阐明了有效的动态范围和理论性能与实际性能。这种技术有利于光纤接入网的维护工作中的电缆施工和拆除工作。

在第二节，我们讨论了PON中在外部光分路器下的，分支光纤区域的光纤确定技术方法的基本概念。第三节解释了理论和详细介绍了我们提出的检测滤光器是否安装了的方法。我们确信我们原型试验的性能。在第四节，我们提出了一个改进型分析方法，它被用来以很高的精度确定在光纤链路的远终端是否有过滤器。我们还证明了即使在分支光学区域有很大的往返光纤损耗，我们的增强型分析方法仍然是有效的。

2.此方法的基本概念

A.光纤链路测试系统和光学滤波器的特点

图一表示了带有光纤链路测试系统的PON接入网模型的结构。光纤链路测试系统是被安装用来减少建设和维护的成本，并提高PON系统中服务的可靠性。它们主要由输入测试光信号到中心局的光电耦合器和安装在ONU前面并允许通信光信号从光链路终端通过，但是会切断光测试的光学过滤器组成。该光学滤波器是一个光纤布拉格光栅（FBG）滤波器，它的在线监测时具有波长依赖性。测试光信号的中心波长是按照ITU-T建议的L.41的1650plusmn;5nm波长。波长在1650plusmn;5nm的测试光信号反射强烈，但是在其他波长下的测试光信号（例如，1630纳米及以下）却几乎没有反射。利用前面提到的从滤光器反射回来的测试光信号的依赖性可以用来检测是否有滤光器存在。由于现场光纤必须有光学滤光器以确保能用光纤链路测试系统在线监测，工作在光学分光器下支链区域的现场工程师，可以通过确定支链末端是否有光学滤光器来分辨光纤是活的还是未使用的。

图一 接入网模型的架构

B.使用非破坏性宏弯曲技术和在支链路区域下光分路器双波长光信号的估计方法

当安装或拆卸客户的光纤线缆时，现场工程师首先必须在一个封闭的光纤束中正确的识别一个特定的光纤，以避免在工地上错误的切割和连接。图2表明了工地上的情景。对于现场工程师来说，找到为提供服务而需要切割和连接的光纤是十分重要的。他们至少必须知道光纤是否是“活的”或者“未使用的”，避免破坏“活的”光纤。因此，急需一种能提供此类信息的新测试方式。我们提出一种识别滤光器的方法，此方法通过检测分光器下的分支区域，由两种不同波长下的光分路器反射回来的光来识别。

图二 外部分光路器下打开光纤链路服务的建设工作

图3显示了我们提出的方法的原理，测试光信号的波长分配和滤波器特性。我们首先确定该主波长应该为1650纳米。二级波长应接近主波长。这是因为波长的光纤损失之间的差，而对于弯曲损耗初级和次级波长必须忽略不计。然而，如果我们选长波长为第二波长，有效的动态范围将降低，只是因为增加了检测部分由于微弯引起的插入损耗，正

如第III-B中所述。

该方法包括上述两个波长的测试光源和监控设备，这是基于非破坏性宏弯的光纤检测器的运用。该设备由一个光检测器的（PD）和弯曲器组成，它能使我们能够监测宏弯力量造成的光泄露。安装在监测的PD设备具有不对称的设计，如图3（靠近分离器，并沿着弯曲设计PD的方向），因为PD必须有效地检从光纤链路反射回来的光信号，但是不能检测直接从中心局发出的光信号。PD检测两个波长（和）的光功率。通过比较不同波长的不同功率，我们能确定在光纤链路终端是否有滤光器。

图3 此方法的原理和测试光信号波长分配

3. 设计及理论性能估算方法

图4表示监视设备的配置和计算模型。接收到的光功率的PD被认为具有两个组成部分，即入射光和从光纤的远端反射的测试光。

由PD接收所计算的光功率计算如下式（1）：

上式中的第一项表明了接收光信号的光功率，第二项表示反射光信号。此方程用线性表示。这里，是进入弯管机设备之前的光信号功率，和是PD的入射的耦合效率和反射测试光信号，是由于通过在设备时弯曲施加的插入损耗，是由于分支光纤后征收的设备的往返光纤损耗，是波长，是在光纤链路终端的反射率。有和没有的过滤器有很大的不同。在过滤器上，值因为强烈的反射所以几乎是唯一的，而没有过滤器的趋近于零。因此，由PD检测到的两种波长的光功率的差异如下式（2）（定义为）：

在上式中，在反射之间有和没有差过滤器具有上的值有很大的影响，因为在光纤和类似的波长的耦合损失的波长有关的损耗可忽略不计。测试光信号两个波长的功率的区别是通过使用上式消除。

图4 监控设备架构

图5示出了在使用和不使用过滤器，两个波长之间的计算。在一个波长带，的值是0.9462（-0.24分贝）和0.001（-30分贝）分别在有和没有滤波器的情况下。各自的，该值是既0.001（分贝）。其它性能列于呈现表一（以分贝或者分贝米）。例如，的值在有过滤器的情况下是-47.5dBm和没有过滤器的情况下是-59.9dBm。由于我们忽视了弯曲波动所引起的泄漏光功率的实际测量，或者由于我们忽略每个波长特性部件，导致其他的值不能在实践中是相同的。

这种计算实例表明，该估算方法在理论上是有效的。根据这一结果，值有过滤器是在等于或高于12分贝大，而值未经过滤接近零。通过分析差异两个测试光之间行反射，并确定适当的阈值，就可以检测出在光纤线路的另一端的过滤器的存在。

如果我们只使用一个测试用的光的波长，有在寻找和在识别滤波器而言两个难点

光纤线路的一端。之一是，在光纤线路无论是绝对值光纤线路和连接损耗变化的依赖。因此，接收到的光功率在测量点的水平不恒定，因为它取决于在光纤线路的几个光损耗。因此，它是非常难以建立的光功率电平阈值确定存在的过滤器。另一困难是，在支光纤段往返损耗可能非常大。如果从光纤的另一端返回的反射光测试线路衰减引起的大往返光纤损耗和反射光功率变得非常低，这使得它似乎有在该行的末尾没有滤光器。在分析测试的光的反射光功率，这是不可能分开反射率在一光纤的端部的衰减从支化纤维区域的往返损失线。作为一个结果，存在的错误地确定存在一种可能性的过滤器。因此，我们建议使用在以高精度光纤线路的末端用两种波长测试光信号以确定的光学滤波器的存在。

接着，我们假设值是非常小的和波长依赖性可以忽略。那么在式子（1）中重要的变量参数是，和。我们利用的监控是基于光纤识别设备。在波长为和的插入损失与马尔库塞的理论近似，并且分别大致2.0和1.8分贝。PD的耦合效率为和，唯一地由PD面的角度和从光纤的距离确定;所以，我们认为，和有之间有一定差异。

图5 有或没有滤光器时计算的值

表1 计算值的性能

在（1）通过和来计算。图6示出和之间（以分贝为单位）的关系。例如，具有过滤器的值是11.0dB的和值为-38和-25分贝的。当和的差变小，即，各自为-38和-25分贝，有滤波器的的值变成最小为3.9dB。此计算出的结果表明，通过增加值降低。因此，设计一个硬件成使得反射的测试光是由PD仅检测到是最好的，然后该方法的准确度将得到改善。

图6 和的关系

B.测试波长分配和弯管机的设计

和之间的差的波长测得的光在和每一分量的功率也不能忽视，因为根据耦合效率变化，取决于测试光的波长。确定次级波长很重要是因为这种方法的主要优点是，它通过检测反射光在两个波长和之间光信号功率的差来确定一个滤光器的存在。此差异主要源于在大变化（1）在其上关于一个过滤器的存在的判定值。因此，在波长滤光器的反射损耗和应具有足够的不同。该PD性能也必须考虑。我们使用的的InGaAs的PD，这是经常在光纤线路用于测试系统，因为它的耦合效率性能在较长波长下工作时。截止波长滤波器总是设计为长于1650纳米，并且的量子效率在该区域降低。此外，由感应较长波长的光的插入损耗监测设备比较短波长的更大轻，因为我们的方法基于微弯使用检测工具技术。

由于上述原因，两个波长和彼此接近，但过滤器必须能够切断一个测试光信号。较短波长是适当的从这个角度二级波长。图7示出过滤器的回波损耗的示例频谱。有效波长是低于1630毫微米因为反射被抑制到小于-30分贝。

弯管机的设计是因为无损非常重要采用宏弯技术。这种插入损耗设备和泄漏的光功率在很大程度上取决于弯曲半径。光纤的容许弯曲半径标识符应大于7毫米到抑制光学光纤故障率。因此，我们设计了一个最低7毫米弯曲半径（弯曲半径不均匀的实践），以及位于PD恰如其分。

图6 安装在光纤线路末端的光学滤波器的回波损耗频谱示例

C.考虑在线监测的测试光信号的两个波长

该方法的主要特点包括一个比较两个的反射功率之间的差的测试灯在不同的波长在远端和检测的过滤器的存在。使用两个测试灯的一个优点在不同波长下的是，我们可以假定所接收的光二次测试灯的功率为参考测量。当应用我们的方法将一个实际的系统中，我们必须考虑这个二次测试的影响。即，测试光必须不影响光学的传输质量传输系统必须防止对系统造成损害。在的高度维持光接入方面网络，测试光功率应由试验衰减光切断滤光器在光纤线路的末端为服务中测试。测试光的要求切断过滤器旨在避免在误码率（BER）的任何恶化。通信的光功率之间的差异光和测试光相邻的ONU应比S/X比小。

如果我们削弱次要的发射光功率波长测试灯小于通信光通过使用S/X比，衰减测试灯不会影响光传输系统的传输质量因为它是在按照设计为在用线路监控。

D.实验

1）实验装置：我们使用进行的实验此方法来确认在远端的过滤器的存在光纤线路。该实验装置测量PD和的耦合效率，以及用于测试所提出的方法示于图8和9。我们使用一个波长可调光源作为测试光源使用1650（）和1610或1625nm波长（）。该测试光信号都在270赫兹调制。我们使用的光学衰减器以保持在1650和1610波长光功率为-20dBm的值。我们使用单模纤维（SMF的）符合与ITU-T标准的，作为样品。三种纤维，R30/0.25，R15/0.25，和R15/05，制备作为样品，并在实验使用。我们采用表示为纤维“R30”，它有一个传统的弯曲符合ITU-T的灵敏度特性标准，和符号“0.25”表示直径二次涂层的为250微米。纤维表示为“R15”不允许光纤内部的光信号的漏出定弯曲，因为它具有较小的模场直径比常规的光纤，和“0.5”表示直径二次涂层的是500 m.We称之为纤维“R15”因为它可以为15毫米而不的曲率半径进行弯曲任何问题。传统的弯曲敏感的纤维被称为为“R30”。我们使用12个样品的每个光纤类型，并每个样品测得的结果是三个平均结果实验。

图8 测试PD耦合效率实验装置

图9 提出的测试方法的实验步骤

2）耦合效率为PD的特点：图10示出了在所测量的耦合效率和的值在分贝为样品光纤。R30/0.25是最弯曲灵敏纤维和泄漏的光功率是最大的;因此，这些值是最小的。R15纤维具有更大的价值比R30纤维由于其弯曲不敏感。有直径无显着差异。例如，对于所有的R15/0.25和R15值/0.5样品很类似平均在-39.38和-39.89分贝之间。测量值有很大的不同。这是因为插入光纤将稍有松动。逼近曲线的斜率接近于1，从而显示出耦合效率和同样的变化和线性。

图10 测量耦合效率和

图11和12表示的在波长依赖性在长波长侧。我们测量的依赖光纤类型在1310，1490，1550和1650纳米的样品并显示在图11的结果。结果表明，对于所有的样品在平均的耦合效率的值较长的波长变小。对于所有的样品在1600nm左右的值绘制在图12。对于R30/0.25在1610，1625，1650nm都是-31.41，-31.23和-31.44分贝。R15/0.25和R

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