1 光纖的基本知識(shí)

1.1 光纖的結(jié)構(gòu)

光纖由纖芯和包層組成。

纖芯的折射率高于包層的折射率(通過對(duì)光纖摻雜雜質(zhì)，光纖的折射率改變了) 。

1.2 光纖的類型

1.3 玻璃的分子結(jié)構(gòu)

純凈玻璃 = Si O2

不純玻璃不完整的分子結(jié)構(gòu), 摻雜有雜質(zhì), 有氫氧根結(jié)合等.

1.4 光纖材料的純度如何？

如果使光衰減50％，不同的玻璃對(duì)比如下：

1.5 發(fā)光功率、損耗及衰減對(duì)比

1.6 衰減增益

1.7 光纖耦合: 光纖連接及光纖熔接

1.8 光纖耦合: 連接損傷

2 OTDR基本原理

OTDR全稱為光時(shí)域反射儀(Optical Time Domain Reflectometer)，將窄的光脈沖注入光纖端面作為探測(cè)信號(hào)。在光脈沖沿著光纖傳播時(shí)，各處瑞利散射的背向散射部分將不斷返回光纖入射端，當(dāng)光信號(hào)遇到裂紋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射，其背向反射光也會(huì)返回光纖入射端。

基本動(dòng)態(tài)原理圖如下：

光在光纖中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅爾反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光這一特點(diǎn)，采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。

OTDR工作原理框圖：

通過合適的光耦合和高速響應(yīng)的光電檢測(cè)器檢測(cè)到輸入端的背向光的大小和到達(dá)時(shí)間，就能定量的測(cè)量出光纖的傳輸特性、長(zhǎng)度及故障點(diǎn)等。

在OTDR光纖測(cè)試中經(jīng)常用到的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)為背向散射、非反射事件、反射事件和光纖尾端。 

（1）背向散射（Backscatter）

光纖中的光功率絕大部分為前向傳播,但有很少部分朝發(fā)光器背向散射。

（2）非反射事件

光纖中的熔接頭和微彎都會(huì)帶來?yè)p耗，但不會(huì)引起反射。由于它們的反射較小，我們稱之為非反射事件。

（3）反射事件

活動(dòng)連接器、機(jī)械接頭和光纖中的斷裂點(diǎn)都會(huì)引起損耗和反射，我們把這種反射幅度較大的事件稱之為反射事件。 

（4）光纖末端

第一種情況為一個(gè)反射幅度較高的菲涅爾反射。

第二種情況光纖末端顯示的曲線從背向反射電平簡(jiǎn)單地降到OTDR噪聲電平以下。 

3 OTDR用途

●測(cè)試光纖曲線及損耗分布

●測(cè)試光纖長(zhǎng)度

●測(cè)試光纖平均衰減

●測(cè)試接頭損耗

●測(cè)試光纖故障點(diǎn)

OTDR測(cè)試方法

光纖長(zhǎng)度測(cè)量

光纖衰減測(cè)量

衰減＝鏈路損耗/長(zhǎng)度 dB/km

兩種評(píng)價(jià)方法：

兩點(diǎn)衰減：即為《兩點(diǎn)損耗/長(zhǎng)度》；（A－B）

兩點(diǎn)LSA衰減：為降低曲線波動(dòng)性影響，而采取的數(shù)學(xué)分析方法。在兩點(diǎn)間取一條近似逼近直線。（A’－B’）

插入損耗測(cè)量

連接點(diǎn)的損耗值，對(duì)應(yīng)熔接點(diǎn)即為熔接損耗。

連接器反射測(cè)量

評(píng)價(jià)連接器的連接質(zhì)量

故障位置查找

4 OTDR參數(shù)設(shè)置

用OTDR進(jìn)行光纖測(cè)量可分為三步：參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)獲取和曲線分析

OTDR的性能參數(shù)一般包括：動(dòng)態(tài)范圍，盲區(qū)，距離精確度，回波損耗，反射損耗。

人工設(shè)置測(cè)量參數(shù)包括： 

(1)波長(zhǎng)選擇(λ)： 

因不同的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的光線特性(包括衰減、微彎等)，測(cè)試波長(zhǎng)一般遵循與系統(tǒng)傳輸通信波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的原則，即系統(tǒng)開放1550波長(zhǎng)，則測(cè)試波長(zhǎng)為1550nm。 

(2)脈寬(Pulse Width)： 

脈寬越長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍越大，測(cè)量距離更長(zhǎng)，但在OTDR曲線波形中產(chǎn)生盲區(qū)更大；短脈沖注入光平低，但可減小盲區(qū)。脈寬周期通常以ns來表示。 

(3)測(cè)量范圍(Range)： 

OTDR測(cè)量范圍是指OTDR獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離，此參數(shù)的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測(cè)量范圍為待測(cè)光纖長(zhǎng)度1.5～2倍距離之間。 

(4)平均時(shí)間： 

由于后向散射光信號(hào)極其微弱，一般采用統(tǒng)計(jì)平均的方法來提高信噪比，平均時(shí)間越長(zhǎng)，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動(dòng)態(tài)。但超過10min的獲得取時(shí)間對(duì)信噪比的改善并不大。一般平均時(shí)間不超過3min。 

(5)光纖參數(shù)： 

光纖參數(shù)的設(shè)置包括折射率n和后向散射系數(shù)n和后向散射系數(shù)η的設(shè)置。折射率參數(shù)與距離測(cè)量有關(guān)，后向散射系數(shù)則影響反射與回波損耗的測(cè)量結(jié)果。這兩個(gè)參數(shù)通常由光纖生產(chǎn)廠家給出。 

參數(shù)設(shè)置好后，OTDR即可發(fā)送光脈沖并接收由光纖鏈路散射和反射回來的光，對(duì)光電探測(cè)器的輸出取樣，得到OTDR曲線，對(duì)曲線進(jìn)行分析即可了解光纖質(zhì)量。 

動(dòng)態(tài)范圍

① 定義：把初始背向散射電平與噪聲電平的差值（dB）定義為動(dòng)態(tài)范圍。

② 動(dòng)態(tài)范圍的作用：動(dòng)態(tài)范圍可決定最大測(cè)量長(zhǎng)度 。

③ 動(dòng)態(tài)范圍的表示方法：有峰-峰值（又稱峰值動(dòng)態(tài)范圍）和信噪比（SNR＝1）兩種表示方法。 

④ 動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)范圍大小決定儀器可測(cè)量光纖的最大長(zhǎng)度。 

⑤ 測(cè)量范圍與動(dòng)態(tài)范圍的關(guān)系

初始背向散射電平與一定測(cè)量精度下的可識(shí)別事件點(diǎn)電平的最大衰減差值被定義為測(cè)量范圍 。

盲區(qū)

① 定義

由活動(dòng)連接器和機(jī)械接頭等特征點(diǎn)產(chǎn)生反射（菲涅爾反射）后，引起OTDR接收端飽和而帶來的一系列“盲點(diǎn)”稱為盲區(qū)。

② 衰減盲區(qū)

衰減盲區(qū)是Fresnel反射之后，OTDR能在其中精確測(cè)量連續(xù)事件損耗的最小距離。所需的最小距離是從發(fā)生反射事件時(shí)開始，直到反射降低到光纖的背向散射級(jí)別的0.5dB 

③ 事件盲區(qū)

事件盲區(qū)是Fresnel反射后OTDR可在其中檢測(cè)到另一個(gè)事件的最小距離。換而言之，是兩個(gè)反射事件之間所需的最小光纖長(zhǎng)度。為了建立規(guī)格，最通用的業(yè)界方法是測(cè)量反射峰的每一側(cè)-1.5dB處之間的距離

什么影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區(qū)

動(dòng)態(tài)范圍取決于脈沖寬度和平均時(shí)間。

盲區(qū)取決于脈沖寬度和反射大小。

脈寬越大，動(dòng)態(tài)范圍越大，盲區(qū)也越大！

平均時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)范圍越大，達(dá)到一定程度就無法再有改善。

反射越大，需要恢復(fù)的時(shí)間越長(zhǎng)，因此盲區(qū)越大。

平均時(shí)間參數(shù)影響動(dòng)態(tài)范圍

脈寬怎樣影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區(qū)？

盲區(qū)和動(dòng)態(tài)范圍間的關(guān)系

盲區(qū)：決定OTDR橫軸上事件的精確程度。

動(dòng)態(tài)范圍：決定OTDR縱軸上事件的損耗情況和可測(cè)光纖的最大距離。

影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區(qū)的因素： 

a．脈寬的影響

b．平均時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響 

c．反射對(duì)盲區(qū)的影響 

距離精度

距離精度是指測(cè)試長(zhǎng)度時(shí)儀表的準(zhǔn)確度（又叫一點(diǎn)分辨率）。

OTDR的距離精度與儀表的采樣間隔、時(shí)鐘精度、光纖折射率、光纜的成纜因素和儀表的測(cè)試誤差有關(guān)。 

影響距離精度的因素

抽樣間隔：間隔越大，影響越大。因此要求最小抽樣間隔越小越好。

折射率：是工廠應(yīng)該出具的固定參數(shù)。

絞縮率：光纖長(zhǎng)度與光纜長(zhǎng)度的比例。有助于實(shí)地勘查故障位置。經(jīng)驗(yàn)為兩者相差5％～10％左右。

5 經(jīng)驗(yàn)與技巧 

(1)光纖質(zhì)量的簡(jiǎn)單判別： 

正常情況下，OTDR測(cè)試的光線曲線主體(單盤或幾盤光纜)斜率基本一致，若某一段斜率較大，則表明此段衰減較大；若曲線主體為不規(guī)則形狀，斜率起伏較大，彎曲或呈弧狀，則表明光纖質(zhì)量嚴(yán)重劣化，不符合通信要求。 

(2)波長(zhǎng)的選擇和單雙向測(cè)試： 

1550波長(zhǎng)測(cè)試距離更遠(yuǎn)，1550nm比1310nm光纖對(duì)彎曲更敏感，1550nm比1310nm單位長(zhǎng)度衰減更小、1310nm比1550nm測(cè)的熔接或連接器損耗更高。在實(shí)際的光纜維護(hù)工作中一般對(duì)兩種波長(zhǎng)都進(jìn)行測(cè)試、比較。對(duì)于正增益現(xiàn)象和超過距離線路均須進(jìn)行雙向測(cè)試分析計(jì)算，才能獲得良好的測(cè)試結(jié)論。 

(3)接頭清潔： 

光纖活接頭接入OTDR前，必須認(rèn)真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測(cè)活接頭，否則插入損耗太大、測(cè)量不可靠、曲線多噪音甚至使測(cè)量不能進(jìn)行，它還可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其它清洗劑或折射率匹配液，因?yàn)樗鼈兛墒构饫w連接器內(nèi)粘合劑溶解。 

(4)折射率與散射系數(shù)的校正：

就光纖長(zhǎng)度測(cè)量而言，折射系數(shù)每0.01的偏差會(huì)引起7m/km之多的誤差，對(duì)于較長(zhǎng)的光線段，應(yīng)采用光纜制造商提供的折射率值。 

(5)鬼影的識(shí)別與處理： 

在OTDR曲線上的尖峰有時(shí)是由于離入射端較近且強(qiáng)的反射引起的回音，這種尖峰被稱之為鬼影。 識(shí)別鬼影：曲線上鬼影處未引起明顯損耗；沿曲線鬼影與始端的距離是強(qiáng)反射事件與始端距離的倍數(shù)，成對(duì)稱狀。消除鬼影：選擇短脈沖寬度、在強(qiáng)反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位于光纖終結(jié)，可"打小彎"以衰減反射回始端的光。 

(6)正增益現(xiàn)象處理： 

在OTDR曲線上可能會(huì)產(chǎn)生正增益現(xiàn)象。正增益是由于在熔接點(diǎn)之后的光纖比熔接點(diǎn)之前的光纖產(chǎn)生更多的后向散光而形成的。事實(shí)上，光纖在這一熔接點(diǎn)上是熔接損耗的。常出現(xiàn)在不同模場(chǎng)直徑或不同后向散射系數(shù)的光纖的熔接過程中，因此，需要在兩個(gè)方向測(cè)量并對(duì)結(jié)果取平均作為該熔接損耗。在實(shí)際的光纜維護(hù)中，也可采用≤0.08dB即為合格的簡(jiǎn)單原則。 

(7)附加光纖的使用： 

附加光纖是一段用于連接OTDR與待測(cè)光纖、長(zhǎng)300～2000m的光纖，其主要作用為：前端盲區(qū)處理和終端連接器插入測(cè)量。 

一般來說，OTDR與待測(cè)光纖間的連接器引起的盲區(qū)最大。在光纖實(shí)際測(cè)量中，在OTDR與待測(cè)光纖間加接一段過渡光纖，使前端盲區(qū)落在過渡光纖內(nèi)，而待測(cè)光纖始端落在OTDR曲線的線性穩(wěn)定區(qū)。光纖系統(tǒng)始端連接器插入損耗可通過OTDR加一段過渡光纖來測(cè)量。如要測(cè)量首、尾兩端連接器的插入損耗，可在每端都加一過渡光纖。 

6 事件與常見現(xiàn)象分析

事件：非反射事件

事件：反射事件

事件：光纖尾端

常見現(xiàn)象分析——偽增益

常見現(xiàn)象分析——鬼影現(xiàn)象

●通常在短鏈路測(cè)量時(shí)出現(xiàn)較多。

●所謂鬼影就是與事實(shí)不符的影像。有時(shí)原因較為復(fù)雜。

●常見的鬼影是由于連接器連續(xù)反射造成。

a＝b＝c，由于反射脈沖在首個(gè)連接器再次發(fā)生反射，對(duì)光纖進(jìn)行了第二次探測(cè)，掃描的距離是原來的兩倍

鬼影造成的另一個(gè)最大的障礙-無法找到結(jié)束點(diǎn)。

需要通過分析，手動(dòng)判斷結(jié)束點(diǎn)位置。

7 測(cè)試誤差的主要因素

1)OTDR測(cè)試儀表存在的固有偏差

由OTDR的測(cè)試原理可知，它是按一定的周期向被測(cè)光纖發(fā)送光脈沖，再按一定的速率將來自光纖的背向散射信號(hào)抽樣、量化、編碼后，存儲(chǔ)并顯示出來。OTDR儀表本身由于抽樣間隔而存在誤差，這種固有偏差主要反映在距離分辯率上。OTDR的距離分辯率正比于抽樣頻率。

2)測(cè)試儀表操作不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

在光纜故障定位測(cè)試時(shí)，OTDR儀表使用的正確性與障礙測(cè)試的準(zhǔn)確性直接相關(guān)，儀表參數(shù)設(shè)定和準(zhǔn)確性、儀表量程范圍的選擇不當(dāng)或光標(biāo)設(shè)置不準(zhǔn)等都將導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的誤差。

（1） 設(shè)定儀表的折射率偏差產(chǎn)生的誤差

不同類型和廠家的光纖的折射率是不同的。使用OTDR測(cè)試光纖長(zhǎng)度時(shí)，必須先進(jìn)行儀表參數(shù)設(shè)定，折射率的設(shè)定就是其中之一。當(dāng)幾段光纜的折射率不同時(shí)可采用分段設(shè)置的方法，以減少因折射率設(shè)置誤差而造成的測(cè)試誤差。

（2） 量程范圍選擇不當(dāng)

OTDR儀表測(cè)試距離分辯率為1米時(shí)，它是指圖形放大到水平刻度為25米/格時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。儀表設(shè)計(jì)是以光標(biāo)每移動(dòng)25步為1滿格。在這種情況下，光標(biāo)每移動(dòng)一步，即表示移動(dòng)1米的距離，所以讀出分辯率為1米。如果水平刻度選擇2公里/每格，則光標(biāo)每移動(dòng)一步，距離就會(huì)偏移80米。由此可見，測(cè)試時(shí)選擇的量程范圍越大，測(cè)試結(jié)果的偏差就越大。

（3） 脈沖寬度選擇不當(dāng)

在脈沖幅度相同的條件下，脈沖寬度越大，脈沖能量就越大，此時(shí)OTDR的動(dòng)態(tài)范圍也越大，相應(yīng)盲區(qū)也就大。

（4） 平均化處理時(shí)間選擇不當(dāng)

OTDR測(cè)試曲線是將每次輸出脈沖后的反射信號(hào)采樣，并把多次采樣做平均處理以消除一些隨機(jī)事件，平均化時(shí)間越長(zhǎng)，噪聲電平越接近最小值，動(dòng)態(tài)范圍就越大。平均化時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)試精度越高，但達(dá)到一定程度時(shí)精度不再提高。為了提高測(cè)試速度，縮短整體測(cè)試時(shí)間，一般測(cè)試時(shí)間可在0.5~3分鐘內(nèi)選擇。

（5） 光標(biāo)位置放置不當(dāng)

光纖活動(dòng)連接器、機(jī)械接頭和光纖中的斷裂都會(huì)引起損耗和反射，光纖末端的破裂端面由于末端端面的不規(guī)則性會(huì)產(chǎn)生各種菲涅爾反射峰或者不產(chǎn)生菲涅爾反射。如果光標(biāo)設(shè)置不夠準(zhǔn)確，也會(huì)產(chǎn)生一定誤差。

8 接頭損耗的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

光纖接續(xù)標(biāo)準(zhǔn)多年來一直是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題，部頒YDJ44-89《電信網(wǎng)光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)施工及驗(yàn)收暫行規(guī)定》簡(jiǎn)稱《暫規(guī)》，對(duì)光纖接續(xù)損耗的測(cè)量方法做了規(guī)定，但沒有規(guī)定明確的標(biāo)準(zhǔn)。原信產(chǎn)部鄭州設(shè)計(jì)院在中國(guó)電信南九試驗(yàn)段以后的工程中提出了中繼段單纖平均接續(xù)損耗0.08dB/個(gè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以后的干線工程均沿用。

ITU有關(guān)接續(xù)介入損耗的原文如下。"

本試驗(yàn)使用于一個(gè)竣工的光纖接頭， 用以度量接頭質(zhì)量。

應(yīng)按照IEC 1073-1進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)量可在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室用剪回法較好，現(xiàn)場(chǎng)可用雙向OTDR法。介入損耗的典型值可能隨應(yīng)用場(chǎng)合和（或）所用方法而變化。最小的接頭損耗典型值≤0.1dB。在某些場(chǎng)合中，介入損耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有許多熔接機(jī)和機(jī)械接續(xù)裝置在制作接頭后可以估算接頭損耗值。 某些主管部門和私營(yíng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)接續(xù)安裝時(shí)采用這些估算值，并且在全部線路施工完成后，再用OTDR對(duì)線路全程進(jìn)行復(fù)測(cè)。在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，也可用其它一些方法來估算接頭損耗值， 例如采用夾上去的功率計(jì)和本地注入檢測(cè)的方法�！　�

（1）該建議是基于單纖接頭損耗的可接受值≤0.5dB，平均值沒有規(guī)定的情況下而言的。

從目前的熔接機(jī)情況看， 熔接機(jī)所顯示的數(shù)據(jù)配合觀察光纖接頭斷面情況， 能夠粗略估計(jì)光纖接續(xù)點(diǎn)損耗的狀況， 但不能精確到目前我國(guó)所要求的光纖接續(xù)損耗指標(biāo)的數(shù)量級(jí)。我們認(rèn)為，這些熔接機(jī)的設(shè)計(jì)目的和依據(jù)是基于ITU建議的。

（2）目前的熔接機(jī)接續(xù)是通過對(duì)光纖X軸和Y軸方向的錯(cuò)位調(diào)整，在軸心錯(cuò)位最小時(shí)進(jìn)行熔接的，這種能調(diào)整軸心的方法稱為纖芯直視法， 這種方法不同于功率檢測(cè)法，現(xiàn)場(chǎng)是無法知道接頭損耗確切數(shù)值的。但是在整個(gè)調(diào)整軸心和熔接接續(xù)過程中， 通過攝像機(jī)把探測(cè)到所熔接纖芯狀態(tài)的信息送到熔接機(jī)的專用程序中，可以計(jì)算出接續(xù)后的損耗值。 但它只能說明光纖軸心對(duì)準(zhǔn)的程度，并不含有光纖本身的固有特性所影響的損耗。而OTDR的測(cè)試方法是后向散射法，它包含有光纖參數(shù)的不同形成反射的損耗。

比較上述兩種測(cè)試原理，兩者有很大區(qū)別。通過實(shí)踐證明，兩種方法測(cè)出數(shù)據(jù)一致性也較差，通過最近幾年對(duì)干線工程接續(xù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，很多情況下熔接機(jī)顯示損耗很小（小于0.05dB）甚至為零，但OTDR測(cè)試則大于0.08dB，且沒發(fā)現(xiàn)有對(duì)應(yīng)的規(guī)律。

日本的接頭損耗標(biāo)準(zhǔn)（NTT光纜施工驗(yàn)收規(guī)程）最小值小于0.9dB，無平均值要求，只有中繼段總衰減要求，只要滿足，就能開通設(shè)計(jì)要求的或?qū)�來要增加的設(shè)備，在接續(xù)操作方面則與ITU建議一致。美國(guó)、歐洲諸國(guó)也都采取了大致與ITU建議一致的做法。

事實(shí)上，影響光纜安全的主要是機(jī)械損傷，光纖接續(xù)損耗大一點(diǎn)并不會(huì)影響接續(xù)強(qiáng)度，因此我們時(shí)候在驗(yàn)收測(cè)試中發(fā)現(xiàn),有些點(diǎn)數(shù)值確實(shí)偏大,大約有1%左右的接頭回超標(biāo)準(zhǔn),并且在多次接續(xù)后仍無法降低.在這種情況下,也是可以判斷合格的.有的時(shí)候會(huì)按照中級(jí)段總衰減來要求,從而驗(yàn)收合格。