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OTDR在光纤测量中的应用
光时域反射计OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer)是表征光纤传输特性的测试仪器。此仪器主要用于测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光纤链路上任何位置的事件(事件是指因光纤链路中熔接、连接器、弯曲等形成的缺陷，其光传输特性的变化可以被测量)。OTDR测试的非破坏性、只需一端接入及直观快速的优点使其成为光纤光缆生产、施工、维护中不可缺少的仪器。1OTDR原理1.1瑞利后向散射由于光纤本身的缺陷和掺杂组分的非均匀性，使得光纤中传播的光脉冲发生瑞利散射。一部分光(大约有0.0001%〔1〕)沿脉冲相反的方向被散射回来，因而被称为瑞利后向散射，后向散射光提供了与长度有关的衰减细节。设注入光功率为P0，则沿光纤传输到z处的后向散射光再传回到始端的光功率为

其中，γf(z)、γb(z)分别为z处正向、后向传输时的衰减系数，η(z)为光纤在z处的后向散射系数，与瑞利散射系数及光纤的结构参数有关。如果能测得z1,z2两处散射回来的光功率，即可求得z1,z2间前后向传输的平均衰减系数α

若光纤结构参数沿轴向均匀(即η(z1)＝η(z2))时，则z1和z2点间的衰减系数可表述为

与距离有关的信息是通过时间信息而得到的(此即光时域反射计中时域的由来)，OTDR测量发出脉冲与接收后向散射光的时间差，利用折射率n值将这一时域信息转换成距离

其中c为光在真空中的速度(3×108m/s)OTDR可以非常精确测量后向散射光功率P(z1)、P(z2)，并通过式(3)与式(4)来测量沿光纤长度上任一点光纤特性的微小变化，如图1所示。
图1OTDR曲线与光纤链路的对应关系
在不同折射率两传输介质的边界(如连接器、机械接续、断裂或光纤终结处)会发生菲涅耳反射，此现象被OTDR用于准确确定沿光纤长度上不连续点的位置。反射的大小依赖于边界表面的平整度及折射率差，利用折射率匹配液可减小菲涅耳反射。1.2OTDR结构方框图

图2OTDR原理结构方框图
图2是OTDR原理结构方框图。脉冲发生器发出宽度可调的窄脉冲驱动激光二极管(LD)，产生所需宽度的光脉冲(通常为2ns～20μs)，经方向耦合器后入射到被测光纤，光纤中的后向散射光和菲涅耳反射光经耦合器进入光电探测器，光电探测器把接收到的散射光和反射光信号转换成电信号，由放大器放大后送信号处理部件处理(包括取样、模数转换和平均)，结果由显示部件显示：纵轴表示功率电平，横轴表示距离。时基与控制单元控制脉冲宽度、取样和平均。2OTDR主要性能指标对OTDR的性能参数的了解有助于OTDR的实际光纤测量。OTDR性能参数主要包括动态范围、盲区、分辨率、精度等。2.1动态范围(Dynamicrange)动态范围是OTDR主要性能指标之一，它决定光纤的最大可测量长度。动态范围越大，曲线线型越好，可测距离也越长。动态范围目前还没有一个统一的标准计算方法〔1〕，常用的动态范围定义主要有以下四种：①IEC定义(Bellcore)：常用的动态范围定义之一。取始端后向散射电平与噪声峰值电平间的dB差，测量条件为取OTDR最大脉冲宽度、180秒的测量时间。②RMS定义：最常用的动态范围定义。取始端后向散射电平与RMS噪声电平间的dB差。若噪声电平呈高斯分布，则RMS的定义值比IEC定义值高约1.56dB。③N＝0.1dB定义：最实用的定义方法。取可以测量损耗为0.1dB事件时的最大允许衰减值。N＝0.1dB定义值比信噪比SNR＝1的RMS定义值小大约6.6dB，这意味着若OTDR有30dB的RMS动态范围，则N＝0.1dB定义的动态范围只有23.4dB，即只能在23.4dB衰减范围内测量损耗为0.1dB的事件。④端探测(Enddetection)：光纤始端的4%菲涅耳反射峰与RMS噪声电平的dB差，此值比IEC定义值高约12dB。上述四种动态范围定义可用图3表示。除以上四种常用的定义外，还有其它的定义方法。需要注意的是，对同样性能OTDR，不同的定义方法，动态范围值不同，在检查OTDR动态范围指标时必须清楚动态范围值是以哪种定义给出。

图3动态范围的定义(对给定的平均时间和脉宽)
2.2盲区(Deadzone)“盲区”又称“死区”，是指受菲涅耳反射的影响，在一定的距离范围内OTDR曲线无法反映光纤线路状态的部分。此现象的出现主要是由于光纤链路上菲涅耳反射强信号使得光电探测器饱和，从而需要一定的恢复时间。盲区可发生在OTDR面板前的活结头或光纤链路中其它有菲涅耳反射的地方。Bellcore定义了两种盲区〔2〕：衰减盲区(ADZ)和事件盲区(EDZ)。衰减盲区是指各自的损耗可以分别被测量时的两反射事件间的最小距离，通常衰减盲区是5～6倍的脉