光纤通信测量实验中的OTDR.pdfVIP

OTDR OTDR 综述 OTDR 的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思为光 时域反射仪。OTDR 是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生 的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、 施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。 OTDR 的工作原理 光时域反射仪OTDR工作原理如图一。由激光器发出的光脉冲注入到光纤后， 在开始端接收到的光能量可以分为两种类型：一种是光纤断面或者连接界面的菲 涅尔反射光；另一种是瑞利散射光。通过测量分析这些背向散射光的功率,可以 得到沿光纤长度分布的衰减曲线。 图— OTDR工作原理 通过分析衰减曲线，可以知道光纤对光信号的衰减程度，光纤中的联结点、 耦合点和断点的位置，以及光纤弯曲和受压过大的情况也可以容易测到(如图二 所示) 图二 OTDR测量图像 对于菲涅耳反射光，设入射光功率为Prin ，反射光功率为Pfre ，则由菲涅耳公 式可得： 上式中θ 、θ 分别为入射角和折射角，其反射率（用dB 表示）为： 1 2 至于瑞利散射，它是由介质材料的随机分子结构相联系的本征介质常数分布 的微观不均匀性所引起的电磁波的散射损耗。在微观分子尺度上来看，当电磁波 沿介质传播时，可以从单个分子产生散射，这种散射使波的传播受到阻碍，从而 使速度减慢，产生相位滞后。偏离出原来波的传播方向的散射光有随机的相位， 这些随机相位的散射子波大部分能相互抵消，而沿传播方向的散射光则相干叠加 继续向前传播，其速度为c / 或c/n 。与此同时，尚有少量由分子散射的不相干 光没有完全抵消，这些子波逸出传输光束从而形成瑞利散射损耗，其中部分散射 功率朝反向传播，此后向散射光功率即为OTDR 的物理基础。 当激光不断射入光纤中时，光纤本身会不断产生反向的瑞利散射，通过测量 分析瑞利散射光的功率，可以得到沿光纤长度分布的衰减曲线。 入射光功率为P0，频率为。当光纤中l 处的反向散射光传播到光纤初始端 时的功率为s P ，光纤l处的损耗为(l) ，则有： 由上式知一根好的光纤的OTDR 曲线应该趋于一条斜率不变的直线。根据上式， 光纤中l 和l 之间的平均衰减系数为： 1 2 上式的量纲为1/km，将其化为dB/km后，衰减系数公式变为： 利用OTDR进行光纤线路的测试，一般有三种方式：自动方式、手动方式、 实时方式。当需要概览整条线路的状况是，采用自动方式，它只需要设置折射率、 波长最基本的参数，其它由仪表在测试中自动设定，按下自动测试键，整条曲线 和事件表都会被显示，测试时间短、速度快、操作简单，宜在查找故障的段落和 部位时使用。手动方式需要对几个主要的参数全部进行设置，主要用于对测试曲 线上的时间进行详细分析，一般通过变换、移动游标、放大曲线的某一段落等功 能对事件进行准确定位，提高测试的分辨率。增加测试的精度，在光纤线路的实 际测试中常被采用。实时方式是对曲线不断的扫描刷新，可以对光纤网路进行实 时监测。 OTDR可测试的主要参数有：（1）纤长和事件点的位置；（2 ）光纤的衰减 和衰减分布情况；（3 ）光纤的接头损耗；（4 ）光纤全回损的测量。光纤距离 的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量 纤长的。为了提高测量的精确度，应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和 “脉冲宽度”，距离一般选被测纤长的1.5倍，使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度 直接影响着OTDR的动态范围，随着被测光纤长度的增加，脉冲宽度也应逐渐加 大，脉冲越大，功率越大，可测的距离越长，但分辨率变低。脉宽越窄，分辨率 越高，测量也就越精确。一般根据所测纤长选择一个适当大小的脉冲宽度，经常 是测试两次后，确定一个最佳值。 光纤的衰减是客观的反映光纤制作质量的一个参数，是光纤固有的损耗，它 代表着光在光纤中传输光功率损耗的情况，相同长度的光纤衰减越小，光可传输 的距离就越远。衰减还包括光纤接头、连接器、光纤弯曲度断裂等引起的损耗。