使用模式耦合的光纤侵入检测系统 本发明涉及使用模式耦合的光纤侵入检测系统，更具体地说，是涉及在多模光纤中使用模式耦合的光纤侵入检测系统。
光纤侵入检测系统使用光纤进行侵入检测，安装在军事区、机场、发电厂及类似机构的安全区域或限制区域中，以保护其设施不受他人侵犯。使用这些系统可以减少保安人员数量并为通过内置光纤进行稳定通信提供手段。
目前，产品中通常使用下列三种有代表性的方法：使用光斑纹测量光信号的动态成分的变化的方法；测量光损耗的静态变化的方法；使用光时域反射计(OTDR)测量变化地方法。然而，这三种方法的误告警率都很高。
首先，使用光斑纹检测侵入的系统通过以下方式确定是否有侵入发生：在通过多模光纤传播的连续波形中阻断一部分光，测量其余未阻断的光的干涉所产生的光斑纹或光功率。但是，由于此系统只感知由侵入者产生的动态变化部分，因而对周围变化十分敏感。
另一种光纤侵入检测方法是检测在光纤弯折或切断时导致的光损耗。但是，这种方法对于光纤的动态变化(如，冲击波和其它物理干扰)不敏感。
还有一种光纤侵入检测方法是使用光脉冲的后向散射。在这种方法中，通过以下方式确定是否有侵入：在光以脉冲波形传输时检测由光传输媒质后向散射的光。这种方法有一个特性：即使是光纤上出现干扰的位置也能被检测出来。但是，这种方法要进行复杂的信号处理，且误告警率也比其它方法高。
因此，需要一种简单的光纤侵入检测系统，能够轻松地测量出光功率的动态和静态变化。
为了解决上述问题，本发明的一个目标是提供一种光纤侵入检测系统，通过对对从光源发出的光进行分路并检测和比较分路后光的功率来确定是否有侵入。
为达到上述目的，本发明提出的光纤侵入检测系统包括：光源、对从光源发出且通过光纤传输的光进行分路的光分路器、检测由光分路器分路后的光功率值的多个检测器以及通过对每个检测器的输出执行预先确定的操作来确定是否有侵入的测定器。
通过对照以下附图详细介绍本发明的优选实施例后，本发明的上述目标及优势将变得更为明了：
图1是依据本发明的光纤侵入检测系统的方框图；
图2A和2B分别显示了正常状态和侵入状态下相对于频率的功率谱；
图3A和3B分别显示了正常状态和侵入状态下，依赖于图1中第一和第二检测器间输出信号之差的交流电流(AC)成分随时间的变化；以及
图4A和4B分别显示了正常状态和侵入状态下，依赖于图1中第一和第二检测器输出信号之和的直流电流(DC)成分随时间的变化。
图1是依据本发明的光纤侵入检测系统的方框图。当来自能输出连续波形的激光二极管的光信号输出被耦合到多模光纤时，它会由于光纤的特性而以多模形式传播。当侵入者物理地干扰了传输该光信号的多模光纤时，光纤中传输光信号的各模间会发生光功率跃迁。如果光的这些模进入由多模光纤实现的光分路器中，由于各模在光分路器中的耦合系数不同，因而来自光分路器的各分束光输出的功率也不相同。于是，光纤侵入检测系统可以通过测量输出端口上分光束功率的变化来检测物理干扰。
参照图1，光纤侵入检测系统包括光源100、传输发自光源100的光的多模光纤101、对由多模光纤101传输的光进行分路的光分路器102、检测由光分路器102分路的光的功率的第一和第二检测器103和104以及使用检测到的光功率来确定是否有侵入的测定器105。优选情况下，光源100是连续输出激光的激光二极管。
在光纤侵入检测系统工作时，如果从光源100连续输出的激光被耦合到多模光纤101中，它会由于多模光纤101的特性而以多模形式传播。这时，当侵入者物理地干扰了传输该光信号的多模光纤101时，光的每个模都会跃迁到另一个模(即，发生模式耦合)，每个模的分路后的光功率发生变化。这里，模式耦合表示模间的功率耦合。由于光分路器102中各模的耦合系数不同，各模间分路后的光功率也互不相同。这样，由光分路器102分路以及输出的光功率便发生了变化。第一和第二检测器103和104测量由光分路器102输出的光束的功率。测定器105通过对由第一和第二检测器103和104检测并输出的光功率值进行加、减来比较这些值的差别，从而确定光功率的静态和动态变化。此外，光分路器102的设计考虑到了周围环境，以便能有选择地控制周围环境的敏感性。
图2A和2B分别显示了正常状态和侵入状态下相对于频率的功率谱。如图2B所示，在发生侵入时低频部分的功率谱发生变化。
图3A和3B分别显示了正常状态和侵入状态下，依赖于图1中第一和第二检测器间输出信号之差的交流电流(AC)部分随时间的变化。如图3B所示，电流在有侵入时发生变化，正常状态则不变化。
图4A和4B分别显示了正常状态和侵入状态下，依赖于图1中第一和第二检测器输出信号之和的直流电流(DC)部分随时间的变化。如图4B所示，DC部分在有侵入时比正常状态下的值小。
依据本发明，对在多模光纤中传输时有模式耦合的光进行了分路，并测量和比较分路后的各光功率值，从而可以同时测量由侵入者的物理干扰导致的光信号的动态变化以及光损耗的静态变化。此外，光分路器的设计可以参照周围环境进行。