OTDR的基本原理.pdf

OTDR的基本原理

为了确保服务质量(QoS)，网络构建商、服务提供商和运营商需要精确地定位现有和潜在问题，这使得测
试与测量设备至关重要。有许多测试工具可用于在网络的不同阶段，满足不同的测试需求，比如光纤试运
行。这些测试用于揭示总损耗、光回损(ORL)和光纤长度，可以在单根光纤上或在完整网络上执行。此外，
可能需要对组成被测链路的不同元素进行进一步检查。不论是鉴定链路中每个元件的特性，定位光纤的潜
在问题，还是查找网络中的故障，都不可避免地要使用光时域反射仪(OTDR)—从光网络试运行到故障诊
断和维护，OTDR都是理想之选。本文介绍了OTDR的基本原理，对于理解该仪器的规格非常重要。

什么是OTDR？

基础
OTDR将激光光源和检测器组合在一起以提供光纤链路的内视图。激光光源发送信号到光纤中，检测器接收
从链路的不同元素反射的光。激光光源发送信号到光纤中，检测器在光纤中接收从链路的不同元素反射的
光。发送的信号是一个短脉冲，其携带有一定数量的能量。然后，时钟精确计算出脉冲传播的时间，然后
将时间转换为距离，便可以得知该光纤的属性。当脉冲沿着光纤传播时，由于连接和光纤自身的反射，一
小部分脉冲能量会返回检测器。当脉冲完全返回检测器时，发送第二个脉冲—直到取样时间结束。因此，
会立刻执行多次取样并平均化以提供链路元件的清晰特性图。取样结束后，执行信号处理，除了计算总链
路长度、总链路损耗、光回损(ORL)和光纤衰减外，还计算每个事件的距离、损耗和反射。使用OTDR的
主要优势在于单端测试，只需要一位操作人员和一台仪器来鉴定链路质量或查找网络故障。图#1显示了
OTDR的框图。

图1.OTDR框图

反射是关键
如前文所述，OTDR通过读取从所发送脉冲返回的光级别以显示链路情况。请注意，有两种类型的反射光：
光纤产生的连续低级别光称为Rayleigh背向散射，连接点处的高反射峰值称为Fresnel反射。Rayleigh
背向散射用于作为距离的函数以计算光纤中的衰减级别（单位是dB/km），在OTDR轨迹中显示为直线斜
率。该现象来源于光纤内部杂质固有的反射和吸收。当光照射到杂质上时，一些杂质颗粒将光重定向到不
同的方向，同时产生了信号衰减和背向散射。波长越长，衰减越少，因此，在标准光纤上传输相同距离所
需的功率越小。图2说明了Rayleigh背向散射。

图2.Rayleigh背向散射

OTDR使用的第二种反射（Fresnel反射）可检测链路沿线的物理事件。当光到达折射率突变的位置（比
如从玻璃到空气）时，很大一部分光被反射回去，产生Fresnel反射，它可能比Rayleigh背向散射强上
千倍。Fresnel反射可通过OTDR轨迹的尖峰来识别。这样的反射例子有连接器、机械接头、光纤、光纤
断裂或打开的连接器。图3说明了产生Fresnel反射的不同连接。

图3.由(1)机械接头、(2)光纤适配器和(3)打开的连接产生的Fresnel反射

什么是盲区？
Fresnel反射引出一个重要的OTDR规格，即盲区。有两类盲区：事件和衰减。两种盲区都由Fresnel反
射产生，用随反射功率的不同而变化的距离（米）来表示。盲区定义为持续时间，在此期间检测器受高强
度反射光影响暂时“失明”，直到它恢复正常能够重新读取光信号为止，设想一下，当您夜间驾驶时与迎
面而来的车相遇，您的眼睛会短期失明。在OTDR领域里，时间转换为距离，因此，反射越多，检测器恢
复正常的时间越长，导致的盲区越长。绝大多数制造商以最短的可用脉冲宽度以及单模光纤-45dB、多模
光纤-35dB反射来指定盲区。为此，阅读规格表的脚注很重要，因为制造商使用不同的测试条件测量盲
区，尤其要注意脉冲宽度和反射值。例如，单模光纤-55dB反射提供的盲区规格比使用-45dB得到的
盲区更短，仅仅因为-55dB是更低的反射，检测器恢复更快。此外，使用不同的方法计算距离也会得到
一个比实际值更短的盲区。

事件盲区
事件盲区是Fresnel反射后OTDR可在其中检测到另一个事件的最小距离。换而言之，是两个反射事件之
间所需的最小光纤长度。仍然以之前提到的开车为例，当您的眼睛由于对面车的强光刺激睁不开时，过几
秒种后，您会发现路上有物体，但您不能正确识别它。转过头来说OTDR，可以检测到连续事件，但不能测
量出损耗（如图4所示）。OTDR合并连续事件，并对所有合并的事件返回一个全局反射和损耗。为了建
立规格，最通用的业界方法是测量反射峰的每一侧-1.5dB处之间的距离（见图5）。还可以使用另外一
个方法，即测量从事件开始直到反射级别从其峰值下降到-1.5dB处的距离。该方法返回一个更长的盲区，
制造商较少使用。

图4.合并长盲区事件

图5