OTDR的原理及光纤网络的维护

OTDR的原理及光纤网络的维护产品中心2010年11月1OTDR的基本原理•1.1背向散射•背向散射法是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤，然后在同一端，检测沿光纤轴向向后返回的散射光功率。由于光纤材料密度不均匀，其本身的缺陷和掺杂成分不均匀，引起光纤中小的折射率的变化，当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向四面八方，其中总有一部分会进入光纤的数值孔径角，沿光纤轴反向传输到输入端。瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与散射点的入射光功率成正比。测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光功率可获得沿光纤传输损耗的信息，从而测得光纤的衰减。•1.2OTDR的结构•OTDR类似一个光雷达。它先对光纤发出一个测试激光脉冲，然后观察从光纤上各点返回（包括瑞利散射和菲涅尔反射）的激光的功率大小情况，这个过程重复的进行，然后将这些结果根据需要进行平均，并以轨迹图的形式显示出来，这个轨迹图就描述了整段光纤的情况。OTDR的原理图到被测光纤AB前部连接器激光二极管定向耦合器AD光电检测器信号处理器放大器脉冲发生器模拟数字转换器显示•1.3OTDR如何测量距离•OTDR使用的是背向散射法测量光纤。它的测量原理是，如果在光纤的输入端射入一个强的光窄脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部的不均匀性将产生瑞利散射（遇到光纤的接头、断点也要产生散射）。这种散射光有一部分沿光纤返回，向输入端传输，这种连续不断向输入端传输的散射光称为后向反射光。靠近输入端的光波传输损耗小，散射回来的信号就强，离输入端远的地方光波的传输损耗大，散射回来的信号就弱。只要能够测出两点散射光返回的光功率以及两点间的距离，就可算出平均衰减系数。OTDR就是依据这种原理进行测量。2光纤上的事件及其产生的原因•2.1光纤上的事件•光纤上的事件是指除光纤材料自身正常散射以外的任何导致损耗或反射的事物。包括各类连接及弯曲、裂纹或断裂等损伤。•2.2反射事件和非反射事件•事件是在光纤中某些导致曲线偏离直线的变化。事件可以是反射（Reflective）或非反射（Non-Reflective）的两种。•反射事件：当光脉冲从光纤中反射回来后就产生了反射事件，比如在光纤接头处。反射事件会在曲线上导致一个尖锐的反射峰，在曲线图上表现为陡升陡降。•非反射事件：非反射事件是由光纤中有衰减但无反射的位置造成的，无反射事件在曲线图上表现为一个阶梯性的下降。2.3光纤的开始•如果使用正常的直插式连接器，光纤的开始总是显示前面连接器处的强反射。起始点反射的局部2.4光纤的结束或断裂•多数情况下，您会在光纤结束处，轨迹下降到噪声电平前看到强反射。•如果光纤中断或断裂，则称为断裂。断裂是非反射事件。轨迹下降到噪声电平。2.5连接器和机械接头•链路内的连接器会同时导致反射和损耗。机械接头具有和连接器类似的特征。它通常具有较低的损耗和反射值。FC/PC接头的反射事件2.6熔融接头•熔融接头时非反射事件，只能检测到损耗。现代的熔融接头制作精良，您几乎看不到这些接头。•在有不良接头的情况下，可能会看到一些反射。一些接头显示为增益器，功率电平似乎增加。这是由于接头前后的光纤后向散射系数不同造成的。•如果在一个方向上测量看到增益器，则从光纤的另一端进行测量。您将看到光纤中此点的损耗。增益器和损耗（“平均损耗值”）的差值显示此点的实际损耗。这就是建议您进行光纤的双向取平均测量的原因所在。熔接点的细节2.7弯曲和宏弯•光纤的弯曲会导致损耗，但它们是非反射事件。•要区别弯曲与接头，应查看安装和维护记录。在宏弯情况下，损耗位于未知位置，而接头是在已知的距离处。•如果测量在较高的波长处进行，则宏弯会显示出较高损耗。因此建议您进行多波长测量，以便区别弯曲和接头。2.8裂纹•裂纹是指导致反射和损耗的部分损坏的光纤。反射级别和损耗在光缆移动时可能会改变。2.9光跳线•光跳线用于将OTDR连接到待测光纤。初始反射不包括光纤的开始。这样可以更好的检验第一个连接器。05.010.015.020.025.030.035.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.0dBkm前端连接器噪声光纤末端熔接点弯曲连接器对裂纹后向散射在光线上各种事件的总体说明3光纤的固有参数•3.1折射率•折射率是光纤的固有参数，取决于所用光纤的材料，因此应由光纤或光缆供应商提供。了解所测量光纤的折射率是非常重要的。由于折射率不准确所造成的误差通常大于仪器的误差。折射率在1.30000到1.70000之间由用户选择，改变群折射率设置会使OTDR测距结果发生变化。•折射率的定义：3.2散射系数•散射系数是散射回OTDR光线量的度量。它会影响回波损耗和反射级别的测量值。散射系数是OTDR输出处的光脉冲功率（不是能量）与光纤近端处的后向散射功率的比率。此比率以dB为单位。因为光脉冲功率与脉冲宽度相互独立，所以此比率与脉冲宽度成反比。4OTDR测量时主要参数的设置•4.1脉冲宽度•脉宽指注入被测光纤的光脉冲信号高功率信号的宽度，脉宽越宽，反向信号越强，OTDR可以有效探测的距离越远，但是宽脉宽会引起起始反射信号饱和，引起大的盲区。因此，脉宽的选择是与测量光纤的长度有关系的。长度越长，脉宽越宽。一般的OTDR脉宽从10ns—10μs分若干档供用户选择。智能化高的OTDR还会将脉宽设置与测量距离设置关联起来，拒绝短的距离与宽脉宽组合或长的距离与窄脉宽组合。用户在使用OTDR时，可以根据经验选择合适的脉宽设置。•4.2测量跨距•用户根据被测光纤的总长度选择测量长度范围。过长的选择会引起测量时间的加长，过短的选择会引起尾部的光纤无法被检测到。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图，对有效的分析光纤的特性有很好的帮助，通常根据经验，选取整条光路长度的1.5－2倍之间最为合适。•4.3波长•光纤在不同波长下的衰减特性是不一样的，了解光链路的衰减量是用户测试最重要的目的。一般而言，OTDR提供1310nm/1550nm两个单模波长或850nm/1300nm两个多模波长，个别也有只提供单波长的情况，但提供双波长的是多数情况。因此，OTDR的设置中，有让用户选择测量波长的选项，用户在使用时应注意设置你所关心的测量波长。•4.4分辨率•采样分辨率定义为仪器所要求的两个连续采样点之间的最小距离。此参数很重要，因为它定义了最终的距离精度以及OTDR故障查找的能力。•4.5平均•由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。5OTDR的主要技术指标•5.1动态范围•动态范围：它表示后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果OTDR的动态范围较小，而待测光纤具有较高的损耗，则远端可能会消失在噪声中。目前有两种定义动态范围的方法：•峰值法：它测到噪声的峰值，当散射功率达到噪声峰值即认为不可见。•SNR=1法：这里动态范围测到噪声的（rms）电平为止。噪声水平（峰值）SNR(峰值)初始后向散射电平动态范围(峰值)动态范围(SNR=1)噪声水平(RMS)2.0dBOTDR的动态范围定义•5.2事件盲区和衰减盲区•盲区是指两个靠的很近但仍可分别测量出来的事件，如果事件靠的太近，OTDR会把他们当成一个点。有时把盲区叫做两个事件的分辨率。盲区也如动态范围那样，有它自己的指标。经常发生把事件盲区与衰减的事件盲区混为一谈的误解。•衰减盲区是强反射覆盖了测量数据的那部分OTDR轨迹。它的发生是由于强信号使接收器饱和，并且需要一定时间进行恢复。衰减盲区描述了从反射点开始（C点）到接收点恢复到后向散射电平约0.5dB（D点）范围内的这段距离。这是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。衰减盲区是指两个反射事件之间的最小距离，但是能够分别测出他们各自的损耗。•事件盲区是反映两个反射事件之间的最小距离，仍可分辨出它们是两个彼此分开的事件。能够分别测出他们的距离，但是不能分别测出它们各自的损耗。从OTDR接收到的反射点开始到OTDR恢复的最高反射点1.5dB以下的这段距离（A，B两点之间），这里可以看到是否存在第二个反射点，但是不能测试衰减和损耗。OTDR的盲区定义事件盲区事件盲区1.5dBABCDΔAdB功率值（dB或dBm）距离