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1、OTDR在光纖測量中的應用光時域反射計OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer)是表征光纖傳輸特性的測試儀器。此儀器主要用于測試整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關的衰減細節(jié)，具體表現(xiàn)為探測、定位和測量光纖鏈路上任何位置的事件(事件是指因光纖鏈路中熔接、連接器、彎曲等形成的缺陷，其光傳輸特性的變化可以被測量)。OTDR測試的非破壞性、只需一端接入及直觀快速的優(yōu)點使其成為光纖光纜生產(chǎn)、施工、維護中不可缺少的儀器。1OTDR原理1.1瑞利后向散射由于光纖本身的缺陷和摻雜組分的非均
2、勻性，使得光纖中傳播的光脈沖發(fā)生瑞利散〔1〕射。一部分光(大約有0.0001%)沿脈沖相反的方向被散射回來，因而被稱為瑞利后向散射，后向散射光提供了與長度有關的衰減細節(jié)。設注入光功率為P0，則沿光纖傳輸?shù)絲處的后向散射光再傳回到始端的光功率為其中，γf(z)、γb(z)分別為z處正向、后向傳輸時的衰減系數(shù)，η(z)為光纖在z處的后向散射系數(shù)，與瑞利散射系數(shù)及光纖的結構參數(shù)有關。如果能測得z1,z2兩處散射回來的光功率，即可求得z1,z2間前后向傳輸?shù)钠骄p系數(shù)α若光纖結構參數(shù)沿軸向均勻(即η(z1)＝
3、η(z2))時，則z1和z2點間的衰減系數(shù)可表述為12與距離有關的信息是通過時間信息而得到的(此即光時域反射計中時域的由來)，OTDR測量發(fā)出脈沖與接收后向散射光的時間差，利用折射率n值將這一時域信息轉換成距離8其中c為光在真空中的速度(3×10m/s)OTDR可以非常精確測量后向散射光功率P(z1)、P(z2)，并通過式(3)與式(4)來測量沿光纖長度上任一點光纖特性的微小變化，如圖1所示。圖1OTDR曲線與光纖鏈路的對應關系在不同折射率兩傳輸介質的邊界(如連接器、機械接續(xù)、斷裂或光纖終結處)會發(fā)生菲
4、涅耳反射，此現(xiàn)象被OTDR用于準確確定沿光纖長度上不連續(xù)點的位置。反射的大小依賴于邊界表面的平整度及折射率差，利用折射率匹配液可減小菲涅耳反射。1.2OTDR結構方框圖圖2OTDR原理結構方框圖圖2是OTDR原理結構方框圖。脈沖發(fā)生器發(fā)出寬度可調的窄脈沖驅動激光二極管(LD)，產(chǎn)生所需寬度的光脈沖(通常為2ns～20μs)，經(jīng)方向耦合器后入射到被測光纖，光纖中的后向散射光和菲涅耳反射光經(jīng)耦合器進入光電探測器，光電探測器把接收到的散射光和反射光信號轉換成電信號，由放大器放大后送信號處理部件處理(包括取樣、
5、模數(shù)轉換和平均)，結果由顯示部件顯示：縱軸表示功率電平，橫軸表示距離。時基與控制單元控制脈沖寬度、取樣和平均。2OTDR主要性能指標對OTDR的性能參數(shù)的了解有助于OTDR的實際光纖測量。OTDR性能參數(shù)主要包括動態(tài)范圍、盲區(qū)、分辨率、精度等。2.1動態(tài)范圍(Dynamicrange)動態(tài)范圍是OTDR主要性能指標之一，它決定光纖的最大可測量長度。動態(tài)范圍越大，〔1〕曲線線型越好，可測距離也越長。動態(tài)范圍目前還沒有一個統(tǒng)一的標準計算方法，常用的動態(tài)范圍定義主要有以下四種：①IEC定義(Bellcore)
6、：常用的動態(tài)范圍定義之一。取始端后向散射電平與噪聲峰值電平間的dB差，測量條件為取OTDR最大脈沖寬度、180秒的測量時間。②RMS定義：最常用的動態(tài)范圍定義。取始端后向散射電平與RMS噪聲電平間的dB差。若噪聲電平呈高斯分布，則RMS的定義值比IEC定義值高約1.56dB。③N＝0.1dB定義：最實用的定義方法。取可以測量損耗為0.1dB事件時的最大允許衰減值。N＝0.1dB定義值比信噪比SNR＝1的RMS定義值小大約6.6dB，這意味著若OTDR有30dB的RMS動態(tài)范圍，則N＝0.1dB定義的動態(tài)
7、范圍只有23.4dB，即只能在23.4dB衰減范圍內測量損耗為0.1dB的事件。④端探測(Enddetection)：光纖始端的4%菲涅耳反射峰與RMS噪聲電平的dB差，此值比IEC定義值高約12dB。上述四種動態(tài)范圍定義可用圖3表示。除以上四種常用的定義外，還有其它的定義34方法。需要注意的是，對同樣性能OTDR，不同的定義方法，動態(tài)范圍值不同，在檢查OTDR動態(tài)范圍指標時必須清楚動態(tài)范圍值是以哪種定義給出。圖3動態(tài)范圍的定義(對給定的平均時間和脈寬)2.2盲區(qū)(Deadzone)“盲區(qū)”又稱“死區(qū)”
8、，是指受菲涅耳反射的影響，在一定的距離范圍內OTDR曲線無法反映光纖線路狀態(tài)的部分。此現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于光纖鏈路上菲涅耳反射強信號使得光電探測器飽和，從而需要一定的恢復時間。盲區(qū)可發(fā)生在OTDR面板前的活結頭或光纖鏈路中其它有菲涅耳反射的地方?！?〕Bellcore定義了兩種盲區(qū)：衰減盲區(qū)(ADZ)和事件盲區(qū)(EDZ)。衰減盲區(qū)是指各自的損耗可以分別被測量時的兩反射事件間的最小距離，通常衰減盲區(qū)是5～6倍的脈沖寬度(用距離表示)；事件盲區(qū)
