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基于VC的少模時域反射儀研究

發(fā)布時間:2020-09-28 12:10
   隨著大數(shù)據(jù)、云計算、5G等新技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,對傳輸帶寬的需求不斷攀升。傳統(tǒng)的單模光纖系統(tǒng)容量預(yù)計在未來20年內(nèi)將達(dá)到香農(nóng)極限,因此研究新型光纖解決帶寬容量問題迫在眉睫。為此,研究人員提出了模分復(fù)用技術(shù),該技術(shù)以少模光纖為傳輸介質(zhì),利用模式之間的正交性使信號通過不同模式進(jìn)行獨立傳輸,從而實現(xiàn)擴(kuò)容,解決了單模光纖通信的帶寬極限問題。然而,少模光纖具有自身的一些特征參數(shù),如模式耦合、模式相關(guān)損耗等。因此,在實際應(yīng)用中,測量這些參數(shù)是必要的,這對于設(shè)計優(yōu)化少模光纖結(jié)構(gòu)、評價少模光纖質(zhì)量都是至關(guān)重要的。光時域反射儀是測量光纖參數(shù)、評價光纖質(zhì)量的重要儀器。而目前商用的光時域反射儀是基于單模光纖的背向瑞利散射原理實現(xiàn)的,無法實現(xiàn)多個模式同時測量。而要研究少模光纖,就需要對少模光纖的不同模式進(jìn)行同時測量。因此需要研究一種可以測量少模光纖各個模式特性的少模時域反射儀。本文設(shè)計了少模時域反射儀的結(jié)構(gòu),詳細(xì)闡述了少模時域反射儀的硬件與軟件各個模塊的功能。軟件系統(tǒng)在VC平臺下進(jìn)行開發(fā)。重點闡述了軟件中的參數(shù)設(shè)置模塊,數(shù)據(jù)處理模塊與控制顯示模塊。最后通過所研制的少模時域反射儀樣機(jī)進(jìn)行了6模光纖的實驗測量。本文首先,通過麥克斯韋方程組分析了少模光纖的模式特性,通過洛倫茲互易定理證明了少模光纖的模式正交性。根據(jù)背向捕獲理論建立了少模光纖的背向瑞利散射模型,為少模時域反射儀的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。然后,設(shè)計了少模時域反射儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并且對少模時域反射儀的工作過程進(jìn)行了說明。對少模時域反射儀的硬件系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。著重說明了少模時域反射儀軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。軟件是在VC平臺下進(jìn)行開發(fā)。軟件系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計方法,分為初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制顯示模塊和數(shù)據(jù)保存模塊。重點介紹了參數(shù)設(shè)置模塊,數(shù)據(jù)處理模塊與控制顯示模塊。參數(shù)設(shè)置模塊重點說明了激光器、FPGA、高速數(shù)據(jù)采集卡與上位機(jī)軟件的數(shù)據(jù)傳輸方式。數(shù)據(jù)處理模塊重點實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理算法,包括數(shù)據(jù)平均算法、卡爾曼濾波算法、故障定位算法。控制顯示模塊重點說明了波形的繪制方法,如坐標(biāo)變換,雙緩沖等。接著,研制少模時域反射儀樣機(jī),對硬件與軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。用該少模時域反射儀對4km和12km的6模光纖進(jìn)行測量。分析了少模時域反射儀的性能指標(biāo)。然后改變測量參數(shù),分析不同參數(shù)對測量結(jié)果的影響。通過模擬反射事件與非反射事件,成功對少模光纖的故障進(jìn)行了定位。測量了少模光纖的基模與高階模的模式相關(guān)損耗、模式耦合。最終在實驗上驗證了少模時域反射儀的功能。最后,對全文的主要工作進(jìn)行總結(jié),對本文實現(xiàn)的少模時域反射儀進(jìn)行了客觀的分析,并且對未來少模時域反射儀的優(yōu)化方向,進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】:吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類】:TN253
【部分圖文】:

光纖,結(jié)構(gòu)示意圖,少模光纖


由于光纖本身制造工藝不足,自身的損傷以及外界的致不同模式的信號出現(xiàn)串?dāng)_,影響了少模光纖的實用化特性,從而設(shè)計優(yōu)化少模光纖結(jié)構(gòu),加速少模光纖的實紹了少模光纖及其模式理論。接著分析了少模光纖的少模光纖的背向瑞利散射模型。提出了少模時域反射儀能參數(shù)進(jìn)行了闡述。類稱光纖,它是一種可以傳輸光信號的載體。由于其具有設(shè)以及便于大批量制造等優(yōu)良性能而成為通信中最重要用于光通信主干網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)[50]。光纖是一種圓柱形涂覆層三部分組成,纖芯的折射率大于包層,保證了信射。光纖結(jié)構(gòu)如下圖所示:

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圖 2.2 背向瑞利散射示意圖裂或者連接頭處,由于光纖纖芯和空氣的折射率不同,會在菲涅爾反射。菲涅爾反射系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于背向瑞利散射系數(shù),增大的功率。菲涅爾反射可以用來檢測光纖鏈路的不連續(xù)點在 z 處產(chǎn)生了菲涅爾反射,那么在接收端收到的功率為: 20azP z P e ·······························纖的背向瑞利散射模光纖,少模光纖具有多個傳輸模式,要對少模光纖進(jìn)行分此目前單模光纖、多模光纖的背向瑞利散射原理不適用于少纖的時域反射儀就必須研究少模光纖的背向瑞利散射。所以瑞利散射模型[57]。

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圖 2.2 背向瑞利散射示意圖在光纖斷裂或者連接頭處,由于光纖纖芯和空氣的折射率不同,會在纖芯與空氣的分界面處發(fā)生菲涅爾反射。菲涅爾反射系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于背向瑞利散射系數(shù),因此接收端會收到一個突然增大的功率。菲涅爾反射可以用來檢測光纖鏈路的不連續(xù)點。假設(shè)光纖在 z 處產(chǎn)生了菲涅爾反射,那么在接收端收到的功率為: 20azP z P e ········································ (2.32.2.2 少模光纖的背向瑞利散射不同于單模光纖,少模光纖具有多個傳輸模式,要對少模光纖進(jìn)行分析就必須區(qū)分各個模式,因此目前單模光纖、多模光纖的背向瑞利散射原理不適用于少模光纖,要研究測量少模光纖的時域反射儀就必須研究少模光纖的背向瑞利散射。所以本節(jié)建立了少模光纖的背向瑞利散射模型[57]。

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本文編號:2828772

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