淺析OTDR使用過(guò)程中Ghost及偽增益的形成

【摘要】 本文對(duì)OTDR的原理及Ghost和偽增益的形成做了簡(jiǎn)單的分析，針對(duì)于實(shí)際工作中對(duì)故障點(diǎn)的定位提供了自己的經(jīng)驗(yàn)和處理方法。

【關(guān)鍵詞】 Optical Time Domain Reflectometer（OTDR） Ghost 偽增益

光時(shí)域反射計(jì)（Optical Time Domain Reflectometer）是一種測(cè)試光纖衰減系數(shù)、物理缺陷和接頭損耗等參數(shù)及障礙點(diǎn)具體位置的儀器，在光纜維護(hù)過(guò)程中起著不可代替的作用。本文著重對(duì)OTDR在使用過(guò)程中常遇到的Ghost（鬼影或幻峰）及偽增益的形成做簡(jiǎn)要的分析，使我們?cè)趯?shí)際工作中能夠更快、更精確的定位故障點(diǎn)。

一、光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）原理

1.1光學(xué)原理

瑞利散射：瑞利光纖的一種固有損耗，是指光波在光纖傳輸時(shí)，遇到一些比光波波長(zhǎng)小的微粒而向四周散射，導(dǎo)致光功率減小的現(xiàn)象。

菲涅爾反射：菲涅爾反射就是光在從一種介質(zhì)（光纖）傳到另一種介質(zhì)（空氣）中時(shí)，被沿原介質(zhì)（光纖）反射回來(lái)。

1.2工作原理

OTDR的工作原理是將經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制的光源經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和耦合器進(jìn)入到被測(cè)光纖線路，當(dāng)光纖均勻，不存在連接點(diǎn)和斷點(diǎn)時(shí)，由于瑞利散射的作用，從光纖各部分返回的后向散射光，近處的散射會(huì)先返回到接受裝置統(tǒng)，遠(yuǎn)處的散射會(huì)隔一定時(shí)間后返回到接受裝置。因此在接受裝置中就可以按時(shí)間坐標(biāo)來(lái)顯示出連續(xù)的散射信號(hào)，其強(qiáng)度與各點(diǎn)傳輸光功率成正比；當(dāng)光纖中存在斷點(diǎn)或者結(jié)構(gòu)突變點(diǎn)（譬如連接器等），使折射率發(fā)生改變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生菲涅耳反射，其強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度和反射系數(shù)成正比。反射光通過(guò)耦合器進(jìn)入到接受裝置，根據(jù)光在介質(zhì)中的傳輸速度，令橫軸以距離的形式與后向光到達(dá)的時(shí)間順序相對(duì)應(yīng)，令縱軸以dB表示散射光的相對(duì)強(qiáng)度并在屏幕上顯示出來(lái)， 這樣所得的曲線就可以反映光纖各個(gè)部分的實(shí)際情況。

二、OTDR的重要參數(shù)

2.1、 動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍定義為衡量OTDR能夠測(cè)量光纖鏈路上各種事件的最大能力的物理量。它是指背向散射曲線上起始電平和噪聲電平之差，是能夠測(cè)試的背向散射曲線的最大衰減值，決定了OTDR所能測(cè)得最大光纖距離。

動(dòng)態(tài)范圍的主要影響因素有脈沖寬度和平均時(shí)間/次數(shù)，脈沖寬度越大，動(dòng)態(tài)范圍越大。而更長(zhǎng)平均時(shí)間/次數(shù)，可以減少噪聲電平，增加動(dòng)態(tài)范圍。

2.2盲區(qū)

盲區(qū)，亦可稱為2點(diǎn)分辨率，是指OTDR的接收器從寶盒到能進(jìn)行測(cè)試所需要的時(shí)間，是由OTDR的測(cè)試光脈沖遇到光纖鏈路中的活動(dòng)連接點(diǎn)等光纖不連續(xù)點(diǎn)而產(chǎn)生的菲涅爾反射所造成的，而相應(yīng)的背向瑞利散射則被淹沒(méi)在反射中。通常情況下，盲區(qū)可分為事件盲區(qū)和衰減盲區(qū)。事件盲區(qū)是指從飽和起點(diǎn)至曲線從飽和處下降1.5dB的點(diǎn)。衰減盲區(qū)是指飽和起點(diǎn)至曲線從正常衰減起點(diǎn)向上抬升±0.5dB的點(diǎn)。

實(shí)際工作中，超過(guò)事件盲區(qū)的點(diǎn)，是可以測(cè)試看到是否存在第二個(gè)反射點(diǎn)，但不能測(cè)試衰減及損耗，即事件盲區(qū)可確定兩個(gè)可區(qū)分的反射時(shí)間點(diǎn)間的最短距離。超過(guò)衰減盲區(qū)的點(diǎn)，是可以測(cè)試看到衰減和損耗的，即測(cè)試光纖連接點(diǎn)到第一個(gè)可檢測(cè)接頭點(diǎn)之間的最短距離。

盲區(qū)主要取決于儀表的設(shè)置和脈沖寬度、反射大小。脈寬越大，盲區(qū)越大，反之則越?。悍瓷湓酱?，盲區(qū)越大，反之則越小。

三、Ghost（鬼影或幻峰）的簡(jiǎn)析

Ghost峰是由于光纖線路中某點(diǎn)的菲涅爾反射而引起的二次及以上的反射效果，習(xí)慣上也稱為二次反射峰。它可能是由兩個(gè)連接器之間來(lái)回反射或者光纖末端的終結(jié)反射引起：也可能是OTDR的測(cè)量范圍設(shè)置不準(zhǔn)確，小于實(shí)際被測(cè)光纖長(zhǎng)度，導(dǎo)致OTDR發(fā)射第二個(gè)脈沖時(shí)，第一個(gè)脈沖仍在光纖中，由此第一個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù)會(huì)和第二個(gè)以及以后的脈沖采樣數(shù)據(jù)重疊，產(chǎn)生鬼影。而Ghost峰的出現(xiàn)很容易造成光纖線路故障點(diǎn)的地位判斷錯(cuò)誤。

Ghost峰的形成有兩個(gè)基本的特征：一是沿曲線鬼影處并未引起明顯衰耗：二是沿曲線鬼影與始端的距離是強(qiáng)反射時(shí)間與始端距離的倍數(shù)，或鬼影出現(xiàn)的位置是光纖長(zhǎng)度與測(cè)量范圍設(shè)置值之差。在下面這個(gè)圖中我們看出第二個(gè)衰耗為第一個(gè)衰耗的Ghost峰。（圖4）

在短距離的光纖測(cè)量過(guò)程中，我們也可以利用Ghost現(xiàn)象對(duì)鏈路做初步的判斷。在利用OTDR對(duì)鏈路進(jìn)行測(cè)量時(shí)如果出現(xiàn)鬼影說(shuō)明鏈路末端正常，如果不出現(xiàn)鬼影則說(shuō)明末端反射級(jí)別不高，可能產(chǎn)生了光纖阻斷或者末端損耗過(guò)大等問(wèn)題。在實(shí)際工作中，我們也可以通過(guò)設(shè)置合適的量程、降低脈寬、在光纖末端打小彎以及調(diào)整活動(dòng)連接器的連接等方法來(lái)減小Ghost峰對(duì)OTDR測(cè)試的影響。

四、偽增益的簡(jiǎn)析

偽（正）增益現(xiàn)象是指OTDR的背向散射曲線會(huì)出現(xiàn)上升臺(tái)階，根據(jù)OTDR的瑞利散射原理及菲涅爾反射原理，我們知道偽增益是由于事件點(diǎn)之后反射回OTDR的背向反射光功率高于事件點(diǎn)前反射回的。事實(shí)上，光脈沖通過(guò)事件點(diǎn)始終會(huì)存在損耗，不可能有真的增益出現(xiàn)。

光纖事件點(diǎn)損耗包括光纖本征因素引起的和外界因素引起的兩部分。外界因素主要有軸心錯(cuò)位、軸向傾斜、縱向分離和纖芯變形等，事件點(diǎn)上的因外界因素導(dǎo)致的損耗無(wú)論從哪個(gè)方向測(cè)試應(yīng)該是一樣的。因此導(dǎo)致偽增益的主要原因是光纖的本征因素，而本征因素影響最大的當(dāng)屬模場(chǎng)直徑。

在實(shí)際工作中對(duì)光纖鏈路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于被測(cè)光纖的模場(chǎng)直徑、背向散射系數(shù)等幾乎都不會(huì)完全相同，所以從兩個(gè)方向測(cè)試的結(jié)果一般是有差異的，因此，在用OTDR對(duì)光纖事件點(diǎn)損耗進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)當(dāng)取雙向測(cè)試的平均值更為精確。

五、結(jié)論

1、Ghost峰的形成是由于菲涅爾的二次反射，在實(shí)際工作中必須加以識(shí)別并且通過(guò)設(shè)置合適的量程、降低脈寬、在光纖末端打小彎以及調(diào)整活動(dòng)連接器的連接等方法來(lái)減小Ghost峰對(duì)OTDR測(cè)試的影響。2、偽增益的形成是由于軸心錯(cuò)位、軸向傾斜、縱向分離和纖芯變形等因素，在實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)取雙向測(cè)試的平均值。3、在使用OTDR日常工作中要善于總結(jié)，通過(guò)理論和實(shí)際的結(jié)合，不斷提高測(cè)試精度，更加精確地定位故障點(diǎn)。