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光纖通信是以光波作載波以光纖為傳輸媒介的通信方式。光纖通信由于傳輸距離遠(yuǎn)、信息容量大且通信質(zhì)量高等特點(diǎn)而成為當(dāng)今信息傳輸?shù)闹饕侄危?ldquo;信息高速公路”的基石。光纖測(cè)試技術(shù)是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中最廣泛、最基本的一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)技術(shù)。OTDR是光纖測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的主要儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。OTDR具有測(cè)試時(shí)間短、測(cè)試速度快、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。
1 支持OFDR技術(shù)的兩個(gè)基本公式
OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光時(shí)域反射儀)是利用光脈沖在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。半導(dǎo)體光源(LED或LD)在驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制下輸出光脈沖，經(jīng)過(guò)定向光耦合器和活動(dòng)連接器注入被測(cè)光纜線路成為入射光脈沖。入射光脈沖在線路中傳輸時(shí)會(huì)在沿途產(chǎn)生瑞利散射光和菲涅爾反射光，大部分瑞利散射光將折射入包層后衰減，其中與光脈沖傳播方向相反的背向瑞利散射光將會(huì)沿著光纖傳輸?shù)骄�路的進(jìn)光端口，經(jīng)定向耦合分路射向光電探測(cè)器，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大和數(shù)字平均化處理，最后將處理過(guò)的電信號(hào)與從光源背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號(hào)同步掃描在示波器上成為反射光脈沖。返回的有用信息由OTDR的探測(cè)器來(lái)測(cè)量，它們就作為被測(cè)光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線片斷。根據(jù)發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在石英物質(zhì)中的速度，就可以計(jì)算出距離(光纖長(zhǎng)度)L(單位：m)，如式(1)所示。
式中，n為平均折射率，△t為傳輸時(shí)延。利用入射光脈沖和反射光脈沖對(duì)應(yīng)的功率電平以及被測(cè)光纖的長(zhǎng)度就可以計(jì)算出衰減a(單位：dB／km)，如式(2)所示：
2 保障OTDR精度的五個(gè)參數(shù)設(shè)置
2．1 測(cè)試波長(zhǎng)選擇
由于OTDR是為光纖通信服務(wù)的，因此在進(jìn)行光纖測(cè)試前先選擇測(cè)試波長(zhǎng)，單模光纖只選擇1 310 nm或1 550 nm。由于1 550 nm波長(zhǎng)對(duì)光纖彎曲損耗的影響比1 310 nm波長(zhǎng)敏感得多，因此不管是光纜線路施工還是光纜線路維護(hù)或者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、教學(xué)，使用OTDR對(duì)某條光纜或某光纖傳輸鏈路進(jìn)行全程光纖背向散射信號(hào)曲線測(cè)試，一般多選用1 550 nm波長(zhǎng)。1 310nm和1 550 nm兩波長(zhǎng)的測(cè)試曲線的形狀是一樣的，測(cè)得的光纖接頭損耗值也基本一致。若在1 550 nm波長(zhǎng)測(cè)試沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，那么1 310 nm波長(zhǎng)測(cè)試也肯定沒(méi)問(wèn)題。選擇1 550 nm波長(zhǎng)測(cè)試，可以很容易發(fā)現(xiàn)光纖全程是否存在彎曲過(guò)度的情況。若發(fā)現(xiàn)曲線上某處有較大的損耗臺(tái)階，再用1 310 nm波長(zhǎng)復(fù)測(cè)，若在1 310 nm波長(zhǎng)下?lián)p耗臺(tái)階消失，說(shuō)明該處的確存在彎曲過(guò)度情況，需要進(jìn)一步查找并排除。若在1 310 nm波長(zhǎng)下?lián)p耗臺(tái)階同樣大，則在該處光纖可能還存在其他問(wèn)題，還需要查找排除。在單模光纖線路測(cè)試中，應(yīng)盡量選用1 550 nm波長(zhǎng)，這樣測(cè)試效果會(huì)更好。
2．2 光纖折射率選擇
現(xiàn)在使用的單模光纖的折射率基本在1．460 0～1．480 0范圍內(nèi)，要根據(jù)光纜或光纖生產(chǎn)廠家提供的實(shí)際值來(lái)精確選擇。對(duì)于G．652單模光纖，在實(shí)際測(cè)試時(shí)若用1 310 nm波長(zhǎng)，折射率一般選擇在1．468 0；若用1 550 nm波長(zhǎng)，折射率一般選擇在1．468 5。折射率選擇不準(zhǔn)，影響測(cè)試長(zhǎng)度。在式(1)中折射率若誤差0．001，則在50 000 m的中繼段會(huì)產(chǎn)生約35 m的誤差。在光纜維護(hù)和故障排查時(shí)很小的失誤便會(huì)帶來(lái)明顯的誤差，測(cè)試時(shí)一定要引起足夠的重視。
2．3 測(cè)試脈沖寬度選擇
設(shè)置的光脈沖寬度過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的菲涅爾反射，會(huì)使盲區(qū)加大。較窄的測(cè)試光脈沖雖然有較小的盲區(qū)，但是測(cè)試光脈沖過(guò)窄時(shí)光功率肯定過(guò)弱，相應(yīng)的背向散射信號(hào)也弱，背向散射信號(hào)曲線會(huì)起伏不平，測(cè)試誤差大。設(shè)置的光脈沖寬度既要能保證沒(méi)有過(guò)強(qiáng)的盲區(qū)效應(yīng)，又要能保證背向散射信號(hào)曲線有足夠的分辨率，能看清光纖沿線上每一點(diǎn)的情況。一般是根據(jù)被測(cè)光纖長(zhǎng)度，先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試脈寬，預(yù)測(cè)試一兩次后，從中確定一個(gè)最佳值。被測(cè)光纖的距離較短(小于5 000m)時(shí)，盲區(qū)可以在10 m以下；被測(cè)光纖的距離較長(zhǎng)(小于50 000 m)時(shí)，盲區(qū)可以在200 m以下；被測(cè)光纖的距離很長(zhǎng)(小于2 500 000 m)時(shí)，盲區(qū)可高達(dá)2 000 m以上。在單盤(pán)測(cè)試時(shí)，恰當(dāng)選擇光脈沖寬度(50 nm)可以使盲區(qū)在10 m以下。通過(guò)雙向測(cè)試或多次測(cè)試取平均值，盲區(qū)產(chǎn)生的影響會(huì)更小。
2. 4 測(cè)試量程選擇
OTDR的量程是指OTDR的橫坐標(biāo)能達(dá)到的最大距離。測(cè)試時(shí)應(yīng)根據(jù)被測(cè)光纖的長(zhǎng)度選擇量程，量程是被測(cè)光纖長(zhǎng)度的1．5倍比較好。量程選擇過(guò)小時(shí)，光時(shí)域反射儀的顯示屏上看不全面；量程選擇過(guò)大時(shí)，光時(shí)域反射儀的顯示屏上橫坐標(biāo)壓縮看不清楚。根據(jù)工程技術(shù)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試量程選擇能使背向散射曲線大約占到OTDR顯示屏的70％時(shí)，不管是長(zhǎng)度測(cè)試還是損耗測(cè)試都能得到比較好的直視效果和準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。在光纖通信系統(tǒng)測(cè)試中，鏈路長(zhǎng)度在幾百到幾千千米，中繼段長(zhǎng)度40～60 km，單盤(pán)光纜長(zhǎng)度2～4km，合選擇OTDR的量程可以得到良好的測(cè)試效果。
2．5 平均化時(shí)間選擇
由于背向散射光信號(hào)極其微弱，一般采用多次統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)提高信噪比。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化處理以消除隨機(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)間為3 min獲得的動(dòng)態(tài)范圍比平均化時(shí)間為1 min獲得的動(dòng)態(tài)范圍提高0．8 dB。一般來(lái)說(shuō)平均化時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)試精度越高。為了提高測(cè)試速度，縮短整體測(cè)試時(shí)間，測(cè)試時(shí)間可在0．5～3 min內(nèi)選擇。
在光纖通信接續(xù)測(cè)試中，選擇1．5 min(90 s)就可獲得滿(mǎn)意的效果。
3 實(shí)施OTDR測(cè)試的三種常用方法
OTDR對(duì)光纜和光纖進(jìn)行測(cè)試時(shí)節(jié)，測(cè)試場(chǎng)合包括光纜和光纖的出廠測(cè)試，光纜和光纖光纜的施工測(cè)試，光纜和光纖的維護(hù)測(cè)試以及定期測(cè)試。OTDR的測(cè)試連接如圖1所示。
