OTDR,高效的光纤检测工具解析.doc

OTDR，高效的光纤检测工具德特威勒电缆系统（上海）有限公司 技术支持工程师 吉米光缆作为当前通信网络主干的主要载体，有着传输距离远、容量大、质量高等优点。随着光通讯设备生产成本的逐年降低，基于光纤的以太网技术正在向通信 网络传统的“最后一公里”渗透。近年，随着10G的EPON标准的确定，以及正在席卷中华大地的三网合一进程，光纤正在取代传统的双绞线，成为家庭乃至企 业接入英特网络的通道。如何在生产、施工、使用、维护中检测光纤通路，是光纤应用领域中最广泛、最基本的一项专门技术。　　从目前的光纤链路的测试来看，主要分为OLTS和OTDR两种测试，OLTS即Optical Loss Test Set的缩写，意即传统的标准光源与光功率计（光表）相结合，测量光链路损耗的测试方法，OLTS的测试设备价格低廉、使用简便，能快速评估光链路成效， 但不能描述光链路故障点和故障原因。而OTDR则是光纤测试技术领域中另外一个重要的仪表，它可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测 量，具有测试时间短、速度快、精度高等优点。　　什么是OTD　　OTDR是Optical Time Domain Reflectometer的缩写，中文全名为“光时域反射仪”。　　光在光纤中传播时会发生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅尔反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光这一特点，采集光脉冲的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表。这种测量方法由 M. Barnoskim 和 M. Jensen 在1976发明的。　　瑞利散射是由英国物理学家瑞利的名字命名的。它是半径比光的波长小很多的微粒对入射光的散射。瑞利散射光的強度和入射光波长λ的4次方成反比： 　　其中是 入射光的光強分布函数，也就是说，波长较短的蓝光比波长较长的红光更易散射，这就可以解释天空为什么是蓝色的——白天，当日光经过大气层时，与空气分子 (其半径远小于可见光的波长)发生瑞利散射，因为蓝光比红光波长短，瑞利散射发生的比较激烈，被散射的蓝光布满了整个天空，从而使天空呈现蓝色，但是太阳 本身及其附近呈现白色或黄色，是因为此时你看到更多的是直射光而不是散射光，所以日光的颜色（白色）基本未改变——波长较长的红黄色光与蓝绿色光（少量被 散射了）的混合。当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对很长的路程，你所看到的直射光中的蓝光大量都被散射了，只剩下 红橙色的光，这就是为什么日落时太阳附近呈现红色，而天空的其它地方由于光线很弱，只能说是非常昏暗的蓝黑色。如果是在月球上，因为没有大气层，光未产生瑞利散射，这时候天空即使在白天也是黑的。　　瑞利散射无时无刻不在我们身边发生，比如夜间我们打开手电，我们所看到的“光柱”就是因为瑞利散射而形成的。同样，在光纤中注入的光也会在光纤中形成 这么一道“光柱”从而被放置在光脉冲入射端的OTDR所“看到”。　　菲涅耳(1788～1827)是法国土木工程兼物理学家。他是光波动说的的创始人之一，被人们称为“物理光学的缔造者”。在只有39岁的短暂一生中， 菲涅耳对经典光学的波动理论作出了卓越的贡献，其中之一就是著名的“菲涅耳公式”，即电磁波通过不同介质的分界面时会发生反射和折射，菲涅耳以光是横波的 设想为基础,把入射光分为振动平面平行于入射面的线偏振光和垂直于入射面的线偏振光,并导出了光的折射比、反射比之间关系的菲涅耳公式。由菲涅耳公式可以 求出一定入射角下反射和透射的振幅、强度等。可以很好地解释光的反射与折射的起偏问题及半波损失问题等。菲涅耳公式是光学和电磁理论的一个重要基本公式。　　同样菲涅耳反射也时刻发生在我们身边。正如我们能清楚地看到玻璃的裂缝一样，OTDR也能“看到”光纤通路里的各种缝隙。与瑞利散射遍布整段光纤，是 一个连续的反射不同，菲涅尔反射是离散的反射，它由光纤的个别点产生，能够产生反射的点大体包括光纤连接器（玻璃与空气的间隙）、阻断光纤的平滑镜截面、 光纤的终点等。　　OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平 均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱（或光纤的状态）。OTDR是通过发送及接收到的反射信号的之间的时间长短来确定事件距 离的，即测量反射光在不同时间的特性，把它看成是一个时间的函数f(t)来测量，这种测量就称为时域测量，这也就是OTDR名称的由来。　　下面是OTDR设备的一个结构简图： 　　支持OTDR技术的两个基本公式　　OTDR在半导体光源(LED或LD)在驱动电路调制下输出光脉冲，经过