基于宽谱光源的光纤采集链插入损耗测试系统

李 勤，刘 超，王云翔，马元峰

（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）

1 引言

目前，我国能源矿产供给储备目标层达3 000 m。但是，由于使用的深部探测关键装备和数据处理高端软件90%以上依赖进口，因此亟待开发3 000 m及以下的深地地质结构勘探设备。与常规的深地地质结构勘探设备相比，光纤地震数据采集系统具有灵敏度高、传感器无需供电、抗电磁干扰能力强以及数据传输快等优势。光纤采集链是光纤地震数据采集系统的核心部件，可以敏锐感知震源产生的地震波信号。因此，提出了一种基于宽谱光源的光纤采集链插入损耗测试系统，可以测试光纤采集链中每一个检波器位置对应的插入损耗，还可以在光纤采集链的生产过程中在线监测盘纤过程产生的损耗，提高光纤采集链的生产效率［1-4］。

2 采集链基本原理

光纤采集链是光纤检波器阵列的时分复用单元，每条光纤采集链可以携带8 个光纤地震检波器，从而提高光缆的使用效率。与空分复用方式相比，时分复用可以减小检波器阵列中的光纤芯数，从而减小检波器阵列单元的体积和重量，增强设备的便携性和系统的实用性。

光纤采集链由光纤耦合器、光纤地震检波器以及传输光纤组成。采用梯状网络结构，它可以实现8 个基元检波器的时分复用，如图1 所示。时分复用是指在光脉冲经由检波器阵列中各个光纤地震检波器返回时由光程差异产生的时间差异。通过严格控制延时和光脉冲间隔，探测器可通过检测不同时刻的光脉冲，获得不同位置光纤地震检波器携带的震动信息［5-7］。

每条光纤采集链包括一个2 芯光缆航插头、2个分光比为1:7 的光纤耦合器、2 个分光比为1:6的光纤耦合器、2 个分光比为1:5 的光纤耦合器、2 个分光比为1:4 的光纤耦合器、2 个分光比为1:3的光纤耦合器、2 个分光比为1:2 的耦合器、2 个分光比为1:1 的耦合器以及8 个光纤地震检波器。其中，光纤地震检波器由非平衡光纤Michelson 干涉仪和敏感结构组成。光纤干涉仪的两臂缠绕在弹性顺变柱体上。震动信号引起弹性顺变柱体发生形变，导致干涉仪中传输光波的相位受到调制。因此，通过相位解调可以实现地震波检测。

3 系统设计及实验

光纤采集链插入损耗测试系统由宽谱光源、调制器、衰减器、探测组件以及示波器组成。宽谱光源的相干长度很短，且光纤采集链中携带的光纤地震检波器采用的是不平衡光纤Michelson 干涉仪，不产生干涉信号，可在探测器上接收到较稳定的光信号。因此，输入光纤采集链的光信号大小和输出光纤采集链光信号大小的差异，取决于光纤采集链自身的插入损耗。通过观测光纤采集链中每个光纤地震检波器的输入光信号和输出光信号的大小，可以得到光纤采集链中每一个检波器位置对应的插入损耗［8］。

光纤采集链插入损耗测试系统，如图2 所示。图2（a）中，宽谱光源发出的光经过调制器后被调制成脉冲光，再经过光衰减器将光功率衰减到适合光电探测器接收的光功率范围，通过示波器观察经过光电转换后得到脉冲的峰峰值，并将其作为光纤采集链输入脉冲信号的参考值。图2（b）中，宽谱光源发出的光经过调制器后被调制成脉冲光，再经过光衰减器后将脉冲光注入到光纤采集链中，进而可依次观察8 个光纤地震检波器的输出脉冲信号峰峰值。在二次测试过程中，保持可调光衰减器的衰减值不变，通过比较输入脉冲和8 个输出脉冲的峰峰值，得到光纤采集链上携带的8 个光纤地震检波器位置对应的插入损耗［9-10］。

光纤采集链的实物图如图3 所示。其中，检波器1 和检波器2 的芯光纤航插头与相邻光纤地震检波器之间的光缆长度为15 m。通过光纤采集链插入损耗测试系统进行测试，得到光纤采集链的输入脉冲和输出脉冲在示波器上的显示结果，如图4所示。从图4 可以看出，光纤采集链输入光脉冲的大小为2.77 V，输出光脉冲的最小值为8 mV。因此，光纤采集链中8 个光纤地震检波器位置对应的插入损耗的最大值约为25.4 dB，满足光纤采集链插入损耗的设计要求。

4 结语

本文提出了一种基于宽谱光源的光纤采集链插入损耗测试系统。该系统由宽谱光源、调制器、衰减器、探测组件以及示波器组成。宽谱光源的相干长度较长且光纤采集链中携带的光纤地震检波器采用的是非平衡光纤Michelson 干涉仪，因此通过观测光纤采集链中每个光纤地震检波器的输入光信号和输出光信号的大小，即可得到光纤采集链中每一个检波器位置对应的插入损耗。