基于波分復(fù)用的光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)

李 勤，宗 浩，王云翔，鄔小可

（1.中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015；2.北京信息通信技術(shù)研究中心，北京 100036；3.航天工程研究所，北京 100000）

目前，我國能源礦產(chǎn)供給儲備目標(biāo)層達3 000 m，但深部探測關(guān)鍵裝備和數(shù)據(jù)處理高端軟件90%以上依賴進口?？梢姡覈碧郊夹g(shù)總體處于“跟跑”狀態(tài)，因此亟待開發(fā)3 000 m 及以下的深地地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探設(shè)備，提升我國地球科學(xué)探測儀器自主創(chuàng)新能力和裝備水平。與常規(guī)的深地地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探設(shè)備相比，光纖地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有靈敏度高、傳感器無需供電、抗電磁干擾能力強、數(shù)據(jù)傳輸快等優(yōu)勢。光纖主纜是光纖地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部件之一，可以掛接光纖采集鏈，并實現(xiàn)光纖檢波器陣列的模塊化設(shè)計。與光纖采集鏈直連光路相比，光纖主纜的使用可以降低光纖檢波器陣列的總體損耗。本文提出了一種基于波分復(fù)用[1-3]的光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)，可以對光纖主纜中每一個封裝盒位置對應(yīng)的插入損耗進行測試。在光纖主纜的生產(chǎn)過程中，它還可以對盤纖過程產(chǎn)生的損耗進行在線監(jiān)測，提高了光纖主纜的生產(chǎn)效率。

1 主纜基本原理

光纖主纜是光纖檢波器陣列的波分和空分復(fù)用[4-5]單元，每條主纜可以掛接4 條光纖采集鏈，實現(xiàn)光纖檢波器陣列的模塊化設(shè)計。與光纖采集鏈直連光路相比，主纜的使用可以降低光纖檢波器陣列的總體損耗，從而增強設(shè)備的便攜性及系統(tǒng)的實用性。

光纖主纜由14 芯輕型野戰(zhàn)光纜、12 芯光纜航插、2 芯ODC 插座、光上載分路器（Optical Add Multiplexer，OAM）和光下載分路器（Optical Drop Multiplexer，ODM）組成。每根主纜包括4 個封裝盒，可以實現(xiàn)4 條采集鏈的波分復(fù)用，如圖1 所示。每個封裝盒包括1 個OAM、1 個ODM 以及1 個2芯ODC 插座。其中，2 芯ODC 插座用于連接光纖采集鏈，通過每個封裝盒注入與之連接的光纖采集鏈的是不同波長的光波信號。通過4 根主纜的相互連接，可以實現(xiàn)4 路主纜的空分復(fù)用，如圖2 所示。其中，主纜之間通過光纜航插進行連接，主纜中1～3 芯為1 號主纜所用的光纖，4～6 芯為2號主纜所用的光纖，7～9芯為3號主纜所用的光纖，10～12 芯為4 號主纜所用的光纖，10～12 芯為光纖通信用的光纖。

將14 芯光纜的纖芯按照1 芯～14 芯編號，12 芯光纜航插的陶瓷芯按照1#～12#編號，則14芯光纜與12 芯光纜航插的對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 14 芯光纜與12 芯光纜航插的對應(yīng)關(guān)系

2 系統(tǒng)設(shè)計及實驗

光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)由窄線寬激光光源[6-10]、波分復(fù)用器、光纖主纜、光纖短接跳線、波分解復(fù)用器和光功率計組成。每根光纖主纜有4個封裝盒，用于4 路波長光信號的波分復(fù)用。通過光纖短接跳線將封裝盒上與光纖采集鏈連接的兩芯光纖進行短接，則光纖主纜的插入損耗只取決于主纜自身，與光纖采集鏈無關(guān)。因此，通過在主纜的輸入端口波分復(fù)用，并在輸出端口波分解復(fù)用的方式可以對主纜的插入損耗進行測試。

光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。如圖3（a）所示，4 個窄線寬激光光源（波長分別為C32、C34、C36、C38）經(jīng)過波分復(fù)用器后，再經(jīng)過解波分復(fù)用器后，通過光功率計分別測試4個波長光波的光功率，作為光纖光纜的功率輸入值。如圖3（b）所示，通過光纖短接跳線將待測波長對應(yīng)封裝盒的2 芯ODC 插座的光路短接，4 個窄線寬激光光源經(jīng)過波分復(fù)用器后，通過轉(zhuǎn)接線與光纖主纜輸入端的光纜航插相連，復(fù)用后的光波注入到主纜中。轉(zhuǎn)接線的另一端與解波分復(fù)用器相連，通過光功率計測試對應(yīng)封裝盒波長的輸出光功率。依次通過光纖短接跳線將4 個封裝盒與光纖采集鏈連接的兩芯光纖進行短接，可分別得到光纖主纜在4 個波長處對應(yīng)的插入損耗。

光纖主纜的實物圖如圖4 所示。其中，相鄰封裝盒之間光纜的長度為120 m。通過光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)進行測試，可以得到光纖主纜的輸入光功率和輸出光功率的大小，如表2 所示。從表2可以看出，光纖主纜上4 個封裝盒位置對應(yīng)的插入損耗最大值約為2.87 dB，滿足光纖主纜插入損耗的設(shè)計要求。

表2 光纖主纜插入損耗的測試結(jié)果

3 結(jié)語

本文提出了一種基于波分復(fù)用的光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)，由窄線寬激光光源、波分復(fù)用器、光纖主纜、光纖短接跳線、波分解復(fù)用器和光功率計組成。通過光纖短接跳線將待測封裝盒上與光纖采集鏈連接的兩芯光纖進行短接，將經(jīng)過波分復(fù)用后的光波輸入光纖主纜，并對光纖主纜輸出的光信號進行波分解復(fù)用，通過測試光纖主纜輸入和輸出對應(yīng)波長的光功率大小，可以得到光纖主纜中每一個封裝盒位置對應(yīng)的插入損耗。實驗結(jié)果表明，基于波分復(fù)用的光纖主纜插入損耗測試系統(tǒng)可以用于測試光纖主纜的插入損耗。