OTDR和OFDR

两个技术现在光乘法相连的那个延迟时间跟其他两个延时时间不同，你调同了看看情况如何，然后体会一下。调查一下otdr的情况，调查一下OFDR等类似的技术，包括他们的定位原理，精度，动态范围等。OFDR光频域反射计(OFDR)作为一种先进的光纤测量技术,与光时域反射计(OTDR)相比,有着更高的空间分辨率。光频域反射计(OFDR)是一种高分辨率测量仪器,其动态范围大,可应用于各种范围的测量。光频域反射计(OFDR)是20世纪90年代以来的一个新技术，因能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围而吸引了研究者的兴趣。OFDR系统需要的光源应该为线性扫频窄线宽单纵模激光器，所以对光源的要求很高，这也导致了国内对OFDR研究的缺乏。由于OFDR能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围，还是吸引了众多研究者的兴趣。随着国内光源调频技术的日益成熟，其发展和应用前景相当广阔。目前使用较多的是光时域反射计(OTDR)。OTDR是通过分析后向散射光的时间差和光程差进行检测。探测分辨率的提高依赖于探测脉冲宽度的减小，但是，在激光功率一定的条件下。会造成探测脉冲能量的降低和噪声电平的增加，从而引起动态范围的减小。为了解决这个问题，其他的时域反射方法也在不断地研究中。基本原理光频域反射计结构包括线性扫频光源、迈克尔逊干涉仪、光电探测器和频谱仪(或信号处理单元)等，基于光外差探测，其原理可用下图进行分析。以频率为中心进行线性扫频的连续光，经耦合器进入迈克尔逊干涉仪结构分成两束。一束经反射镜返回，其光程是固定的，称为参考光，另一束则进入待测光纤。由于光纤存在折射率的微观不均匀性，会产生瑞利散射。其中部分后向散射光满足光纤数值孔径而朝注入端返回，称为信号光。如果传播长度满足光的相干条件，则信号光和参考光就会在光电探测器的光敏面上发生混频。待测光纤上任一点X处的瑞利后向散射信号所对应的光电流的频率设置为0时，频率大小则正比于散射点位置x。只要该频率小于光电探测器的截止响应频率。光电探测器就会输出相应频率的光电流，其幅度正比于光纤x处的后向散射系数和光功率的大小，从而得到沿待测光纤各处的散射衰减特性，同时可以通过测试频率的最大值来推导出待测光纤的长度。优点在光通信网络检测中包括了集成光路的诊断和光通信网络故障的检测等。前者一般只有厘米量级甚至毫米量级，后者的诊断一般使用波长为1.3或1.55的光源，量程则达到了公里级，大的量程就需要大的动态范围和高的光源光功率。显然，OTDR分辨率与动态范围之间的矛盾不能很好地解决这个问题，而OFDR却可以满足，它具有高灵敏度和高的空间分辨率优点。高灵敏度假设光电探测器的负载电阻为RI。，则光外差探测得到的差频信号对应的电功率。而OTDR是直接探测光纤的背向瑞利散射光信号，其输出的光功率。由于参考光的光功率比较大，一般能达到几十毫瓦。而光纤的背向瑞利散射光信号的功率很小。大约只是入射光的--45dB，从而可以得出结论。OFDR探测方式的灵敏度要远高于OTDR的探测方式。也就是说，在相同动态范围的条件下，OFDR需要的光源光功率要小得多。高空间分辨率空间分辨率是指测量系统能辨别待测光纤上两个相邻测量点的能力。空间分辨率高意味着能辨别的测量点间距短，即光纤上能测量的信息点就多，更能反映整条待测光纤的特性。在OTDR系统中分辨率受探测光脉冲宽度的限制，探测光脉冲宽度窄，则分辨率高，同时光脉冲能量变小，信噪比减小。OFDR系统中的空间分辨率根据可以对应为辨别待测光纤两个相邻测量点所对应的中频信号的能力，而辨别中频信号的能力与系统中所使用的频谱仪的接收机带宽密切相关。很明显，接收机带宽越小，则辨别两个不同频率信号的能力越强，同时引入的噪声电平也小，信噪比提高，故OFDR系统在得到高空间分辨率的同时也能得到很大的动态范围。限制因素光源相位噪声和相干性的限制以上分析都是假定光源是单色的，而实际的信号源都会产生较大的相位噪声并通过有限的频谱宽度表现出来。该相位噪声会减小空间分辨率并缩短光纤能够可靠测量的长度，即光纤在一定长度之后测量到的数据就不能准确反映出散射信号的大小，从而不能正确分析光纤的传输特性。光源扫频非线性的限制实际使用的激光器由于受到温度变化、器件的振动、电网电压的波动等条件的影响，会引起光源谐振腔位置的变化从而影响输出光波谱线的变化，引起扫频的非线性，会展宽OFDR测量系统中差频信号的范围，这限制了OFDR方式的空间分辨率的大小。光波的极化限制由于OFDR方式采用的是相干检测方案，很明显，假如信号光和参考光在光电探测器的光敏面上的极化方向是正交的，则该信号光所对应的光纤测量点的信息就会丢失。因此，必须保证光波极化的稳定性。OTDROTDR，光时域反射仪，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SUNTelecomOTDR射而制成的精密的光电一体化仪表。OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。原理从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。d=(c×t)/2(IOR)在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘除以2后就是单程的距离）。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率（IOR）。IOR是由光纤生产商来标明。特征OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，OTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。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。OTDR的“增益”现象由于光纤接头是无源器件，所以，它只能引起损耗而不能引起“增益”。OTDR通过比较接头前后背向散射电平的测量值来对接头的损耗进行测量。如果接头后光纤的散射系数较高，接头后面的背向散射电平就可能大于接头前的散射电平，抵消了接头的损耗，从而引起所谓的“增益”。在这种情况下，获得准确接头损耗的唯一方法是：用OTDR从被测光纤的两端分别对该接头进行测试，并将两次测量结果取平均值。这就是分别对该接头进行测试，并将两次测量结果取平均值。这就是双向平均测试法，是目前光纤特性测试中必须使用的方法。OTDR能否测量不同类型的光纤如果使用单模OTDR模块对多模光纤进行测量，或使用一个多模OTDR模块对诸如芯径为62.5um的单模光纤进行测量，光纤长度的测量结果不会受到影响，但诸如光纤损耗、光接头损耗、回波损耗的结果却都是不正确的。这是因为，光从小芯径光纤入射到大芯径光纤时，大芯径不能被入射光完全充满，于是在损耗测量上引起误差，所以，在测量光纤时，一定要选择与被测光纤相匹配的OTDR进行测量，这样才能得到各项性能指标均正确的结果。动态范围动态范围是一个重要的OTDR参数。此参数揭示了从OTDR端口的背向散射级别下降到特定噪声级别时OTDR所能分析的最大光损耗。换句话说，这是最长的脉冲所能到达的最大光纤长度。因此，动态范围（单位为dB）越大，所能到达的距离越长。显然，最大距离在不同的应用场合是不同的，因为被测链路的损耗不同。连接器、熔接和分光器也是降低OTDR最大长度的因素。因此，在一个较长时段内进行平均并使用适当的距离范围是增加最大可测量距离的关键。大多数动态范围规格是使用最长脉冲宽度的三分钟平均值、信噪比(SNR)=1（均方根(RMS)噪声值的平均级别）而给定。再次请注意，仔细阅读规格脚注标注的详细测试条件非常重要。凭经验，我们建议选择动态范围比可能遇到的最大损耗高5到8dB的OTDR。例如，使用动态范围是35dB的单模OTDR就可以满足动态范围在30dB左右的需要。假定在1550nm上的典型光纤典型衰减为0.20dB/km，在每2公里处熔接（每次熔接损耗0.1dB），这样的一个设备可以精确测算的距离最多120公里。最大距离可以使用光纤衰减除OTDR的动态范围而计算出近似值。这有助于确定使设备能够达到光纤末端的动态范围。请记住，网络中损耗越多，需要的动态范围越大。请注意，在20μ指定的大动态范围并不能确保在短脉冲时动态范围也这么大，过度的轨迹过滤可能人为夸大所有脉冲的动态范围，导致不良故障查找解决方案。