元件制造与回损测试：OCWR 与免缠绕技术

                   Serge-André Denis，产品经理Michel Leblanc，高级技术顾问

     随着近来光学宽带网络（例如 BPON 和 GPON）部署的快速发展，对特定光学元件的需求量剧增。人们期望这些元件价格便宜，同时又保持最佳的质量和性能。不过，元件不同，价格不等，它们的成本有时可能主要取决于制造期间对它们执行的测试。当然，元件供应商并不想把成本转移给他们的客户，因此他们需要找到高效且经济的方法测试并验证关键的参数，比如插入损耗 (IL)、反射系数和偏振相关损耗 (PDL)。对于具有高纤数的元件（例如 1XN 分光器），反射系数测试是效率低下的主要原因，因为有些技术必需大量的处理。本文概述并比较了两种反射系数测量方法：传统的光学连续波反射仪 (OCWR) 技术和免缠绕新技术。

光学连续波反射仪

     OCWR 技术测量方法为：首先向被测设备 (DUT) 发送连续波 (CW) 光学信号，然后使用功率计在返回路径中测量反射的总 CW 功率。 图 1 显示了 OCWR 测量装置的框图。
                          
                 
                            图 1. 使用 OCWR 装置测量连接器反射系数。

     测量过程包括两个步骤。第一步是执行归零参考，以确定到达功率计的背景功率级别，因为此功率受以下几个因素的影响：
OCWR 内 3-dB 耦合器的方向性
OCWR 输出端口的反射系数
主测试跳线 (MTJ) 中的背向散射 

     执行完归零后，可立即测试 DUT。但要切记，当使用 OCWR 测量方法时，为确保获得正确的结果，两个步骤中均需要缠绕绕棒（见图 2）。因此这种技术需要人为介入，缠绕绕棒通常需要将光纤（DUT 之后的光纤）绕小直径工具缠绕约 10 圈而成。
                          
              
                            图 2. 使用 OCWR 采用两步骤测量 ORL。

     测量象 1XN 平面光波电路 (PLC) 分光器这样光纤数巨大的元件时，这些操作会非常耗时。例如，为了从 1X32 分光器端口对其进行测试，必须同时应用进行 32 次缠绕（分光器的每个输出端口各一次；见图3）。当然，如果将一根带状光纤连接到分光器的输出，则可以对此带状光纤代进行绕棒。不过，由于带状光纤硬而脆，因此在其上面缠绕线棒是一种危险的做法，建议不要对任何类型涂覆层/护套的带状光纤进行此类操作。

     尽管 OCWR 技术在测量光纤跳线时是一种简单且好用的方法，但是，在处理诸如 FTTx 系统中使用的大型分光器（可能有 32 个或甚至 64 个端口）时，非常不实用。
                
                
                  图 3. 对 1XN PLC 分光器进行 OCWR 测量的过程。

     而且，OCWR 技术不能直接测量离散的反射系数；它测量的是光回损 (ORL)，这其中包括离散反射系数和光纤背向散射。当必须展示非常高的连接器性能（-70 dB 到 -75 dB）时，光纤背向散射对被测量结果的影响非常大，因为 3 m 长的光纤段在 1310 nm 的波长上可产生约 -64 dB 的 ORL。

免缠绕反射系数的测量方法

     几年前，EXFO 开发了免缠绕反射系数测量技术用来测量光缆跳线的 IL 和反射系数。这种方法基于光时域反射技术 (OTDR)，只需单键操作，可高效且准确的测量反射系数和 IL，且具有非常好的重复性（见图 4）。目前，IQS-12001B 系统已大规模应用在全世界许多领先的光缆跳线生产厂家。

                

图 4. 连接器 IL 和反射系数的免缠绕测量。  由于能够根据时域解析所有的反射事件，所以无需缠绕。

     目前，为了能够支持对诸如 1XN PLC 分光器等器件的测量能力，我们对该系统进行了特别的改进。基于 OTDR 的免缠绕技术显著简化了对高光纤数器件的测试。IQS-12001B 能够区分连接器和分光器之间的不同反射峰值，这使得用户可通过简单且高效的测试过程测量 DUT。免缠绕反射系数测量方法显著减少了测量的总时间，并使集成光口关进行自动化测量成为可能，因为无需缠绕，所有不需要手动操作（见图 5）。

            
     图 5 对 PLC 分光器的 IL 和反射系数测量的免缠绕测量装置。IQS-12001B 使用此配置在不同波长上测量每个连接器的反射系数以及分光器本身的反射系数。该系统也可测量每个分光器端口的 IL，使用光口关可进一步提高效率，同时会使手动连接和操作降到最少。

     IQS-12001B 可非常准确的测量低至 -75 dB 的反射系数，且具有非常好的可重复性。使用 IQS-12001B，可一步（每个方向上）测量 PLC 分光器。在如图 5 中所示的这种配置中，简单的过程允许用户单独测量输入连接器和分光器的反射系数以及它们的 IL（见图 6）。如果使用 OCWR 技术执行相同的测量，则每个方向上需要执行三个步骤以及多个缠绕绕棒操作（1xN 心轴）。 

               
     
图 6. 通过简单的一步骤测量过程，准确测量连接器和 PLC 分光器的反射系数及其插入损耗 (IL)。

下表总结了免缠绕测量相比 OCWR 方法的优势：

IQS-12001B 免缠绕技术 OCWR 技术
免缠绕，测试过程简单。 需要大量的缠绕和复杂的测试过程。
一步即可完成反射系数和 IL 测量 当必须对给定器件同时执行反射系数和 IL 测量时，
 需要额外的处理

     测量过程的复杂性与分光器端口的数量无关。 测量过程的复杂性随着分光器端口数量的增加而加大。

     可用于采用带状光纤连接的器件 难于（即使可以）测量采用带状光纤连接的器件
对于任何给定的器件或光缆组件长度， 如果光缆或器件长度超过 1 m，则 ORL 测量通常限制
都可测量低至 -75 dB 的反射系数 在约 -72 dB。

     可靠的测量和高生产能力对操作员技能 准确性和吞吐量对操作员技能的依赖性很大
的依赖不大。 结论

     光缆跳线和器件行业中存在的竞争要求新的方法以提高生产率，同时确保质量。
EXFO 的方法允许用户测试并验证光学器件（例如 PLC 分光器）的插入损耗和反射系数测试，而无需费力的手动操作。此方法对于自动化高纤数器件（例如新的宽带系统部署中所需的器件）的测试至关重要。现在，可以同时支持四个以上的波长对 1x32 PLC 分光器的 IL 和反射系数进行测试。