OFDR插損測(cè)量原理

光頻域反射技術(shù)（OFDR）可通過背向散射法測(cè)量整段光纖的回?fù)p曲線，利用回?fù)p和插損之間的關(guān)系可以得到整條曲線各個(gè)點(diǎn)的損耗。

圖1. 背向散射法測(cè)量原理

如圖1所示，假定DUT前后測(cè)量位置為1、2，其對(duì)應(yīng)的光功率分別為P1、P2，對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)分別為α1、α2，則其對(duì)應(yīng)的反射光功率分別為：Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。

DUT的插損為：IL=-10lg (P2/P1)。

1、2處的回?fù)p分別為：RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。 當(dāng)1、2處光纖的散射系數(shù)相同時(shí)，可推導(dǎo)出IL=(RL1-RL2)/2（背向散射法是反射式測(cè)量，光信號(hào)往返兩次經(jīng)過DUT，因此需除以2）。

光纖連接損耗出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象

光纖連接處只能引起損耗而不能引起“增益”，OFDR是通過對(duì)比連接處前后位置的回?fù)p強(qiáng)度來對(duì)連接處的損耗進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)連接處前面光纖的回?fù)p強(qiáng)度大于后面光纖的回?fù)p強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起連接處插損出現(xiàn)負(fù)值的現(xiàn)象，從而引起所謂的“偽增益”。 如圖2所示，兩種不同的光纖熔接后，正向測(cè)試為-0.2dB的損耗（0.2dB的增益），反向測(cè)為0.4dB的損耗，實(shí)際上連接處始終會(huì)存在損耗，不可能出現(xiàn)增益情況。

圖2. 兩種不同光纖的熔接損耗圖

導(dǎo)致“偽增益”的主要原因是由于連接處前后兩種光纖的瑞利散射系數(shù)、模場(chǎng)直徑和折射率等有差異，此種情況經(jīng)常出現(xiàn)在不同型號(hào)的兩種光纖熔接在一起時(shí)。這種“偽增益”會(huì)導(dǎo)致使用OFDR測(cè)得的損耗不準(zhǔn)確，為了準(zhǔn)確測(cè)量連接處的損耗，可以采用雙向平均法測(cè)試：使用OFDR分別從光纖的兩端對(duì)熔接處損耗進(jìn)行測(cè)試，然后將兩次測(cè)量結(jié)果取平均后就是熔接處真實(shí)損耗。

測(cè)試驗(yàn)證

這里測(cè)試了5種光纖（單模光纖、保偏光纖、聚酰亞胺光纖直徑125μm和80μm、特種光纖）兩兩熔接在一起后的熔接損耗，使用雙向平均法測(cè)試連接點(diǎn)損耗。圖3是光纖的連接示意圖，A和B為5種光纖中的任意兩種。

圖3. 光纖連接示意圖

假設(shè)x表示瑞利散射強(qiáng)度差，y表示連接損耗。當(dāng)正向測(cè)量時(shí)，熔接點(diǎn)處的插損為a，則x+y=a（公式1）；當(dāng)反向測(cè)量時(shí)，熔接點(diǎn)處的插損為b，公式變?yōu)?x+y=b（公式2）。通過公式1和2的加減，可以測(cè)出兩種損耗的真實(shí)大小。 圖4、5為單模光纖與特種光纖連接時(shí)正向和反向測(cè)量得到的結(jié)果示意圖。

圖4. 正向測(cè)量

圖5. 反向測(cè)量

5種光纖兩兩連接進(jìn)行測(cè)量，每組測(cè)量5組數(shù)據(jù)，取其平均值，用上述公式進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)量結(jié)果如下表1、2所示。 表1. 不同種類光纖的連接損耗

表2. 不同種類光纖的瑞利散射強(qiáng)度差

同時(shí)我們也有使用功率計(jì)來測(cè)量?jī)蓛晒饫w熔接時(shí)的真實(shí)損耗，首先功率計(jì)直接連接設(shè)備出光口，測(cè)得出光口光功率為1.636mW，然后按圖6進(jìn)行連接，這里例舉單模光纖和特種光纖，功率計(jì)測(cè)得光功率為1.012mW，通過公式10lg（Pout/Pin）可計(jì)算出損耗為-2.086dB，但由于鏈路中有兩個(gè)連接點(diǎn)，則一個(gè)連接點(diǎn)的損耗為-1.043dB。與表1中單模光纖和特種光纖連接損耗僅差0.106dB。

圖6. 功率計(jì)測(cè)試連接點(diǎn)損耗示意圖

結(jié)論

使用OFDR測(cè)量不同種類光纖連接損耗有兩種方法：

使用雙向平均法測(cè)量不同種類光纖的連接損耗；

通過提前測(cè)量不同種類光纖之間的瑞利散射強(qiáng)度差，然后用背向散射法測(cè)得的損耗減去（或加上）瑞利散射強(qiáng)度差，就可以得到真實(shí)連接損耗。

審核編輯：郭婷