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化易AI
2023-02-21回答
经常有客户问“我已经有光时域反射仪 (OTDR) 能为我提供端到端光链路损耗值，为什么还要使用单多模光源和光功率计或光损耗测试仪(OLTS) 来测量光损耗呢?”这个问题也许在你身边真的碰到过。其实光源光功率计测试仪与OTDR是各有所长，且都是光纤维护中所必须的。客户的需求不同，他们对这两类仪表的选择也不一样，OTDR测试仪并不能取代光损耗测试仪。
光源光功率计的损耗测试原理
光损耗测试仪表OLTS是一种精度极高的工具，可确定被测光纤链路中损耗或衰减的总量。在光纤一端A端，稳定光源以特定波长发射出由连续光波形成的信号。在另一端B端，光功率计检测并测量该信号的功率级别。为获得精确的结果，必需对功率计进行校准，令其与引入信号具有相同的波长。而且测试时所用的光波与设备时工作的一致，都是连续波。
图1 光源光功率计的测试原理
OTDR 的测试端到端损耗原理
OTDR 所检测并分析的是由菲涅尔(Fresnel)反射和瑞利(Rayleigh)散射返回的信号。菲涅尔反射是光穿过反射率不同的材料时反射回来的那一小部分光。瑞利散射则是由光纤中存在的杂质产生光散射。这些信号由OTDR 雪崩光电探测器(APD)检测，应用该探测器所接收到的信号进一步描绘出光纤接收信号功率与脉冲发射到光纤中的时间比曲线(再通过折射率与光速显示为距离比曲线)。通过该曲线，OTDR可以计算出光纤的端到端损耗。
有个比喻很形象，OLTS 测试损耗是这样的：我在链路始端发送了100 个光子，在终端只接收到20 个光子，其中就损耗掉了80个，非常真实。而 OTDR 则不是这样测试，它在链路始端也发送了100个光子，但它不到对端去测试，而只通过测试由于散射或反射回来的光子，戏称它们为“逃兵”来得到结果。
要通过OTDR 来进行精确的端到端损耗测量却是有困难的。下面具体来分析其中的原因。
使用 OTDR 测量损耗时，发射功率并非绝对值，而是参考值。在第一光纤区域的背向散射级别与 y 轴(图 2 中的 B点)交叉的区域，会出现被测光纤参考点或发射功率。而光纤另一端的对应点，恰好位于曲线最后一个事件之前。此时在最后一个检测到的事件之前一点画出一条水平线。这条水平线与y 轴的交叉点与第二个参考点相对应(图 2 中 Z 点)。因此端到端损耗测量与两个参考值间的差异相对应(端到端损耗测量结果 = B –Z)。
图 2 理论状态下通过无限小脉冲通过OTDR 来进行端到端损耗测试
但只有在光脉冲无限小时，端到端损耗测量结果才会与上面给出的数值具有较好的对应关系。但是，无限小的光脉冲仅在理论上成立，且光脉冲越小，其能量越小，测试距离很短甚至无法进行测试。在实际测量中，OTDR会遭遇测量盲区，这些区域是由反射事件后 APD 的暂时饱和造成的;此类饱和会阻止检测器对另一事件进行测量分析。
下面利用图 2 中描述的参数来阐述这一概念，不过此时光脉冲长度将为 100 米(如图 3所示)。如果第一个事件位于光纤起始端100 米以外，则事件盲区将给 OTDR 造成至少 100 米的暂时性盲点。这一暂时性盲点会造成OTDR 利用第二个光纤区域衰减绘制曲线，从而无法检测到第一个光纤区域的衰减并在 y 上进行延伸。OTDR 会一直延伸 y轴方向的曲线，因此将不包括由第一个光纤区域衰减引起的损耗以及由距离光纤起始端 100米的连接器造成的损耗。如果用手工分析模式，你可能也无法确定该把光标定位在哪个位置。
图3 实际测试中OTDR 盲区对端到端损耗测试的影响
为避免这一问题并将端到端损耗测量中的第一个熔接包括在内，必须在测量测试中采取额外的预防措施。其中包括在第一个事件或熔接前添加一段光纤或在购买我们OTDR时加上哑光纤选件。
与此类似，如果事件位于光纤终端 100 米以内并且光脉冲长度达到 100 米，则 OTDR的端到端损耗值将不会与被测光纤的损耗总量相对应(见图 4)。事实上，当光脉冲到达最后一个连接器时，事件盲区会阻止 OTDR检测到其它任何事件，直到信号达到噪音下限为止。当光脉冲到达噪音下限时，OTDR 就可以确定最后检测到的事件。OTDR只分析到最后一个事件前的一点，由最后一个光纤区域以及最后一个连接器引起的损耗将不会包含在曲线中。
图4 OTDR 无法测量光纤未端所造成的损耗
另外一项要检查的重要参数是 OTDR 线性度参数，也即为损耗测量精度，其定义为 dB/dB。为对此概念进行解释说明，我们假设OTDR 已检测到了 1 dB 的损耗。其精度为 0.05 dB/dB，实际损耗可能为 0.95 dB 到 1.05 dB间的任意值。如果损耗为 20 dB，线性不变，则实际损耗可能为 19.0 dB到 21.0 dB 间的任意值。因此，损耗最高可下降1.0 dB。其偏差程度是曲线各点中最坏的情况，数值在 19.5 dB 到 20.5 dB 之间，或更有可能出现 ±0.5 dB的偏差。而另一方面，OLTS采用了对数放大技术以改善精度。对数放大由放大器阶段提供;使用多放大器阶段可实现很宽的动态范围，其处理器可以自动选择合适的标度。每一标度都有各自的校准参数，存储在设备的EEPROM(内部软件)中。因此最终将获得多校准波长的精确 dBm及瓦特读数。设备的精度与功率读数级别的最大变化范围相符，此功率读数级别与绝对读数相关，由等标准协会(如ANSI)制定。功率计线性与功率输入及设备所显示的功率间的全动态范围的相对变化相对应。
此外测量范围也会限制很多场合下用OTDR 来测量端到端的损耗。打个比方，我们的激光光源在1550 窗口输出功率为 -7dBm，我们的光功率计的量程在 +3 到 -70 dBm ,我们最大可以得到大约 63dB 的动态范围，这也是OTDR 无法做到的。
结论
总之， OTDR 与 OLTS 都可以测量被测光纤的光损耗，但使用OTDR 进行测试时，由于不可避免的OTDR盲区会在起点和未端对测试精度造成影响，也会受到其损耗测量精度和测量范围的限制。在国际标准中对光链路损耗的测试还是建议使用光源光功率计来完成，它是可以提供被测光纤链路精确总损耗的唯一方法。但OTDR测量对于查找光纤链路故障位置和绘制长距离的链路损耗图表都是必不可少，在链路出问题时，光知道其损耗值是不够的，我们还要知道故障发生在什么位置并对其进行修复;事实上，这也是OTDR 在外线工程用户当中大受欢迎的原因。
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