光路检测原理及注意事项

杨育卿　王其新
　　摘要：在光缆施工和维护测试中，用光时域反射仪（OTDR）准确判断光纤的异常，及时排除故障，对整个施和维护过程至关重要。文章介绍OTDR的工作原理，使用不同波长的注意事项、几种特殊衰耗的判断以及盲区的产生。

　　关键词：　OTDR　衰耗　盲区　背向瑞利散射　菲涅尔反射

　　进入21世纪后，通信业务量与日俱增，势必需要传输线路提供更大的带宽或更高的数字速率，传统电缆已难以胜任。光缆加上其平台上开发的新技术正适应了时代发展的需要，其传输速率已达到1.6Tb/s。可以说，光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命。

　　在这种背景下，近一步研究光纤（尤其是通信线路主干网所敷设的长波长单模光纤的通信性能、传输衰耗、测量精度和检查维修等方面）有一定的现实意义。

　　1　OTDR的工作原理

　　背向散射法是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤，然后在同一端，检测沿光纤轴向向后返回的散射光功率。由于光纤材料密度不均匀，其本身的缺陷和掺杂成分不均匀，当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向四面八方，其中总有一部分会进入光纤的数值孔径角，沿光纤轴反向传输到输入端。瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与散射点的入射光功率成正比。测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光功率可获得沿光纤传输损耗的信息，从而测得光纤的衰减。

　　光纤的几何缺陷或断裂面（活连接点和冷接点）会使折射率突变，产生菲涅尔反射。反射和散射的强弱与通过的光功率成正比，菲涅尔反射光功率远大于后向瑞利散射光功率。

　　光时域反射仪（OTDR）通过发送光脉冲进入输入光纤，同时在输入端接收其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光，再变成电信号，随时间在示波器上显示。

　　脉冲发生器驱动E/O变换器的激光二极管，以输出光脉冲，再经过定向耦合器射入被测光纤。在光纤内产生的反射光或在光纤端产生的菲涅尔反射光通过定向耦合器，射入O/E变换器的雪崩光电二极管，变换成电信号。由于接收信号微弱，需放大交对多次反射信号作平均化处理，以改善信噪比，最后用示波器显示。

　　2　使用OTDR应该注意的问题

　　（1）在敷设光缆中，由于接头盒里的余纤收容盘放成端尾纤收容，光跳线布放和余长收容等在一定程度上都存在光纤弯曲，致使光纤弯曲损耗。从理论上分析，弯曲损耗随波长增大和弯曲半径减小而增加。用OTDR测试接头损耗，1550nm波长对光纤弯曲的损耗1310nm敏感，所以光纤接续损耗监测应选择1550nm，以易于查出光纤敷设和接续中，是否会因光纤弯曲过度造成损耗增大。光源光功率计全程传输损耗测试应在1310nm和1550nm两个波段进行。

　　（2）用OTDR测试光纤（双向），结果有时会不同。原因如下：

　　*光纤芯径和相对折射均不同时（即两种品牌或批次的光纤熔接）不仅会造成熔接损耗增加，还会造成OTDR两个方向（A端到B端或B端到A端）的测量值相差甚远；

　　*两根被熔接的光纤模场直径不同时，会出现从光纤两端分别测得的接头损耗值相差很远。因为小模场直径光纤传导后向散射光的能力比大模场直径的能力强，所以当这两种直径的光纤熔接时，若从小模场直径光纤向大模场直径光纤方向测试，熔接损耗可能是负值；反之，则出现高损耗值。这是一种表象，是由不同模块直径对后向散射光传导能力不同所造成测量方法的缺陷，并非熔接点的实际损耗。故只有从两个不同方向测试并取平均值后，所得损耗才是熔接点的真实损耗。

　　（3）用OTDR测试光纤时，反映不出某段范围内光纤损耗等的测量情况，称之为盲区。实际上，盲区是由OTDR测量输出/输入端口与被测光纤活动连接上产生的菲涅尔反射所造成的，在光纤线路中，若某点存在菲涅尔反射，反射光功率远大于瑞利散射光功率，则在示波器处显现的后向散射曲线上，对应光纤菲涅尔反射点处有突变的峰值区。

　　盲区范围大小与所选测试光脉冲宽度有关。光脉冲越宽，信号越强，对返回信号处理有利。但由于OTDR与被测光纤连接点上的菲涅尔反射增强，该段时间内包括瑞利散射在内的其它任何信号均被掩盖，分辨不出，所以盲区也越大。OTDR发出的光脉冲通过OTDR，与被测光纤连接的点会产生很强的菲涅尔反射。若把光脉冲前沿到达连接点的时间视为起始时间，且不考虑光的二次及二次以上反射，则光脉冲的前τ/2部分通过连接点后，进入光纤所产生的后向瑞利散射光，与光脉冲后τ/2部分在连接点上产生的菲涅尔反射光正好同时到达OTDR；而光脉冲前τ/2部分在连接点上的菲涅尔反射，与光脉冲后τ/2部分产生的后向瑞利散射同时到达OTDR。由于菲涅尔反射光功率远大于后向散光功率，光脉冲进入被测光纤后，在前τ/2时间的后向瑞利散射（即通过光纤连接点以后的部分）被菲涅尔反射掩盖。OTDR长度坐标的0刻度应设置在OTDR测量输出/输入端口与被测光纤活动连接点所产生的菲涅尔反射峰的前沿。

　　3　结束语

　　随着广州市宽带工程顺利上马，大批光缆敷设任务迫在眉睫。深入了解OTDR原理及其使用中应注意的事项，对今后的实际工作有较为现实的意义。

摘自《电信快报》2002.4