为了解决实时光纤传感中的掺铒光纤放大器（EDFA）的自发辐射放大噪声中的信号提取问题，基于相干检测的COTDR技术，有较大优势。COTDR通过相干检测，可以将微弱的瑞利散射信号从较强的自发散射噪声中提取出来。
光纤传感中的相干光时域反射（COTDR）技术
一、COTDR原理
相干探测系统中，除了用于探测的信号光，还增加了用来与信号光进行相干探测的参考光（本振光）。信号光与参考光经过耦合器耦合到光电探测器中，光电探测器将信号光与参考光混合时产生的拍频信号转换为电信号后，经过滤波器和运放，即可得到信号光与参考光的差频信号。
信号光和参考光的频率及振幅不同，混合后的光波场到达探测器后产生了光电流，而这光电流中由于混合光场的存在，混合光场的信号光与参考光存在相位差，相位差致使光电流产生交流分量，将交流分量滤波后输出，正比于信号光振幅。而这部分信号光，就是探测光在光纤中传播时产生的背向瑞利散射，参考光可取自激光光源。
常使用声光调制器（AOM）的衍射效应对信号光进行移频，移频造成的频率差，是交流电流发生的重要因素，所以需要集中，这也就限制着激光器频宽，所以COTDR通常使用单频窄线宽激光器。从单模光纤中不同位置产生的信号光的偏振态并不相同，所以需要扰乱参考光的偏振态，并经过多次测量以获得信号光与参考光在不同偏振态匹配条件下的平均相干检测结果。
上面是COTDR具体结构图，激光器发出的激光经耦合器分成两束，一束经过声光调制器调制为探测光脉冲，再经耦合器注入被测光纤。返回的背向瑞利散射光信号与参考光混合，二者产生中频信号由平衡探测器接收。平衡探测器输出带中频信息的电流信号，最后经放大，模数转换后，由数字信号处理单元得到探测曲线。
二、相干探测的特点
对于传统OTDR直接功率探测而言，COTDR可以在较低探测光功率下获得更高的动态范围。OTDR使用宽带光源，会占用部分通信信道，COTDR使用单频窄线宽激光，对通信类光纤检测的影响可以降低。基于COTDR的原理，抗ASE噪声的能力也增加，同时采用同性能雪崩光电二极管做平衡探测，可进一步提高信号质量。
非线性效应是长距离COTDR探测时需要考虑的问题。当COTDR对长距离线路进行监测时，中继EDFA能将探测脉冲光放大，放大后的高功率脉冲在单模光纤中会引起光学非线性现象。概括起来，这个过程有关的非线性现象有以下几种。普通单模光纤有受激布里渊散射阈值，高功率脉冲入射下，畸变产生。四波混频过程起源于介质的束缚电子对电磁场的非线性响应。入射光脉冲与ASE噪声产生四波混频，探测器接收到的瑞利散射信号降低。然后是自相位调制和交叉相位调制，这部分是由高功率光折射率的变化，从而导致光学相位的改变。
三、COTDR性能参数
通常将信号功率与探测器输出的噪声功率之差定义为动态范围，动态范围可通过提升探测光功率来增加，但由于非线性效应存在，，探测光的功率提升有限。空间分辨率从设备角度上来说由光脉冲宽度决定，而从系统角度上而言，是和探测器噪声，相干瑞利噪声等相关的。而对付这些噪声，有各不相同的方法，比如，通过降低探测器温度降低热噪声，稳定电路控制散粒噪声，设置带通滤波降低ASE噪声，扰动偏振态用以控制偏振噪声，等等。
四、COTDR的应用
最近汤加火山爆发，随后较长时间内，汤加与外界“失联”，起因是火山活动使汤加海底电缆损坏。这个事情告诉我们，对于各大洋上的岛国，海底电缆是极其重要的通讯方式。且事实就是，目前我国也有多条海底光缆。
COTDR目前主要用于多中继超长距离光通信线路特别是海底电缆的状态检测。
（声明：本文部分图表参考自CNKI或SPIE数据库论文，期刊卷及DOI编号都已在引用部分标出；昊量光电可提供分布式光纤传感系统，配合各种工程实践研究，价格优惠，性能优异，如有需要，欢迎采购！）
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