OTDR光纖測試盲區(qū)的判斷與處理

彭楚宇

（烽火藤倉光纖科技有限公司，湖北 武漢 430070）

0 引 言

OTDR在光纜線路施工維護中負責測量光纖線路長度、光纖損耗以及故障點。OTDR光纖測試期間時常有突變出現(xiàn)，其中后向散射曲線最前端的峰值區(qū)便是盲區(qū)。該測試基本上很難準確反映盲區(qū)內(nèi)光纖損耗的原因，加之測試中應用的光脈沖寬度密切關聯(lián)著盲區(qū)范圍大小，光脈沖越寬信號越強，導致出現(xiàn)更大的盲區(qū)。

1 OTDR的測試原理

OTDR測試光纖線路原理如圖1所示。主時鐘促成以T為周期的標準時鐘信號，同時該信號周期會被脈沖發(fā)生器當做產(chǎn)生窄脈沖的依據(jù)，而在其驅(qū)動下電光變換器會發(fā)出相應的光脈沖[1]。光定向耦合器負責將來自電光變換器的光脈沖通過，同時向被測光纖前端面耦合，并向光電變換器內(nèi)耦合被測光纖后向散射和反射回的光信號，能夠有效規(guī)避過強反射脈沖引起的光探測器及放大器飽和情況的產(chǎn)生，進而消除可能出現(xiàn)在測試中的誤差。

2 盲區(qū)定義及影響盲區(qū)大小的因素

2.1 盲區(qū)定義

圖1 OTDR測試光纖線路工作原理

光纖中，反射自菲涅爾的光強度遠比瑞利散射的光強度高，兩者相差約104倍。接收菲涅爾反射光后的OTDR檢測器會進入飽和狀態(tài)，而處于飽和狀態(tài)下的檢測器恢復至正常狀態(tài)需要一定的時間，而后重新響應光信號。OTDR在檢測器恢復過程中無法準確檢測光信號，故而測試結(jié)果中有盲區(qū)出現(xiàn)。盲區(qū)包含事件盲區(qū)和衰減盲區(qū)，前者表示OTDR在菲涅爾發(fā)生后可將另一個連續(xù)反射事件檢測出來的最短距離，后者表示OTDR在菲涅爾發(fā)生后可對連續(xù)非反射事件損耗的最小距離精確測量。

2.2 影響盲區(qū)大小的因素

2.2.1 激光脈沖寬度

該因素由于能決定事件盲區(qū)平頂大小，因此事件盲區(qū)大小會受到相應的影響[2]。在理論推導后即可獲取平頂具體寬度，即：

式中，T表示激光脈沖寬度；c表示光在真空中的速度；n表示被測光纖群折射率。當T=1μs時，擬定n為1.5，盲區(qū)平頂大小即為100 m。這表明光脈沖幅度大小一致的情況下，盲區(qū)會隨著脈寬的增加而增大。

2.2.2 接收器帶寬

由于器件和電路的響應，光脈沖會展寬，平頂后向下拖尾，而拖尾的長度會對衰減盲區(qū)大小造成影響。拖尾會隨著脈寬的減小而減小，此時衰減盲區(qū)同樣會縮短，但是脈寬小時其頻率更高，會提高對元器件的要求并放大曲線噪聲，影響曲線的識別。因此，接收器帶寬需以相關需要為根據(jù)進行選擇，切忌選擇無限小的帶寬。

2.2.3 光信號脈寬

脈寬越小，信號越弱，菲涅爾反射信號也越弱；反之，亦然。測試近端，事件盲區(qū)的主要部分是信號脈寬。脈寬是指表現(xiàn)在脈沖平頂?shù)膶挾?，能夠輕易計算出該平頂?shù)膶挾取?/p>

3 盲區(qū)的判斷與處理

3.1 OTDR出口盲區(qū)規(guī)避措施

光纖接頭是OTDR出口光成端形式。測量期間會有菲涅爾反射出現(xiàn)在光脈沖的出光口處，從而出現(xiàn)將被測光纖接頭及連接器損耗值覆蓋的盲區(qū)。為測量出被測光纖接頭與連接器的損耗，可將盲區(qū)消除器加入OTDR和被測光纖間，能規(guī)避光脈沖出光口盲區(qū)，從而測量出被測光纖接頭與連接器的損耗[3]。

衰減盲區(qū)主要由脈沖寬度TW對應的距離LW和APD光生載流子消散時間TS對應的距離LS構(gòu)成。此時，假纖長度L必須滿足關系：

干線網(wǎng)絡中，光放段通常有50～100 km的光纜距離，OTDR測試擁有0.5～10 μs的脈沖寬度。以FTB-1型號OTDR為例，實測該脈寬區(qū)間得到近似于0.8TW的TS，則衰減盲區(qū)LP的表達式為：

在光速c=299 792 458 m/s時，G.652.D光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.468；G.654.E光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.463；G.655光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.470；G.656光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.469；G.657光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.469。表1給出了常見光纖類型衰減盲區(qū)及脈沖寬度的對應數(shù)據(jù)，其中假纖長度需比衰減盲區(qū)更大。當脈沖寬度等于或低于100 ns時，假纖長度最短應為25 m。表2給出了脈沖寬度與假纖長度的對應數(shù)據(jù)。

表1 常見光纖類型衰減盲區(qū)與脈沖寬度

表2 脈沖寬度與假纖長度

3.2 降低盲區(qū)影響的措施

明確盲區(qū)大小影響因素后，即可圍繞具體情況合理選擇降低盲區(qū)影響的措施。

3.2.1 使用的儀表盡量選擇高分辨率和長距離優(yōu)化

高分辨率及長距離優(yōu)化是OTDR的兩大組成類型。前者擁有具備帶接收特性的接收器，但代價是犧牲了動態(tài)范圍；后者為減小噪聲低電平增大了動態(tài)范圍，但會限制接收器的帶寬。具體選擇時，應根據(jù)實際需要合理選擇，而高分辨率優(yōu)化的OTDR能在很大程度上減小盲區(qū)。

3.2.2 合理選擇激光脈沖寬度

大部分OTDR具備用戶可自主選擇激光脈沖寬度的功能。在選擇脈沖寬度后，它能夠合理取舍盲區(qū)與動態(tài)范圍[4]。一般情況下，短脈沖寬度的注入光平低，但盲區(qū)范圍小。隨著脈沖寬度的增加，動態(tài)測量范圍越大，OTDR曲線波形中產(chǎn)生的衰減盲區(qū)范圍越大。一般情況下，選擇100 ns的脈沖寬度即可保障OTDR具有合適的動態(tài)測量范圍和較小的盲區(qū)。若測試過程中遇到距離更長的光纖，可以選用500 ns甚至更長的脈沖寬度。

3.2.3 合理挑選衰減器

部分廠家會將可變光衰減器安置在儀表內(nèi)部，用戶通過運用衰減器控制光功率大小，能夠減少并減輕反射光信號功率和接收器飽和程度，最終使盲區(qū)變小。

3.2.4 分別測試光纖兩端

盲區(qū)基本位于反射事件后面距離一定的位置，不會對反射事件前面的光纖構(gòu)成影響。因此，此時將測試地點確定為光纖的另一端，調(diào)換同一反射事件的前后位置，即可將盲區(qū)轉(zhuǎn)移至另一側(cè)。

4 結(jié) 論

OTDR測試光纖線路中，因為有菲涅爾反射存在于光纖線路中，特別是無法避免前段菲涅爾反射的緣故，所以難免會產(chǎn)生盲區(qū)。為減小盲區(qū)效應，需要結(jié)合被測光纖線路長度合理設置量程和選擇測試光脈沖寬度。前者的實施中，要保證OTDR中顯示70%的后向散射曲線。而光脈沖寬度的選擇中，如果脈沖寬度偏大會出現(xiàn)極大的菲涅爾反射，從而再次擴大盲區(qū)效應。選擇過窄的測試光脈沖，雖然盲區(qū)效應會減小，但是會減弱后向散射光及光功率形成起伏不平的后向散射曲線，最終引起測試誤差。因此，必須結(jié)合實際需求合理選擇測試光脈沖。