淺析OTDR使用過程中Ghost及偽增益的形成

【摘要】 本文對OTDR的原理及Ghost和偽增益的形成做了簡單的分析，針對于實際工作中對故障點的定位提供了自己的經驗和處理方法。

【關鍵詞】 Optical Time Domain Reflectometer（OTDR） Ghost 偽增益

光時域反射計（Optical Time Domain Reflectometer）是一種測試光纖衰減系數、物理缺陷和接頭損耗等參數及障礙點具體位置的儀器，在光纜維護過程中起著不可代替的作用。本文著重對OTDR在使用過程中常遇到的Ghost（鬼影或幻峰）及偽增益的形成做簡要的分析，使我們在實際工作中能夠更快、更精確的定位故障點。

一、光時域反射計（OTDR）原理

1.1光學原理

瑞利散射：瑞利光纖的一種固有損耗，是指光波在光纖傳輸時，遇到一些比光波波長小的微粒而向四周散射，導致光功率減小的現象。

菲涅爾反射：菲涅爾反射就是光在從一種介質（光纖）傳到另一種介質（空氣）中時，被沿原介質（光纖）反射回來。

1.2工作原理

OTDR的工作原理是將經過脈沖調制的光源經過光學系統和耦合器進入到被測光纖線路，當光纖均勻，不存在連接點和斷點時，由于瑞利散射的作用，從光纖各部分返回的后向散射光，近處的散射會先返回到接受裝置統，遠處的散射會隔一定時間后返回到接受裝置。因此在接受裝置中就可以按時間坐標來顯示出連續的散射信號，其強度與各點傳輸光功率成正比；當光纖中存在斷點或者結構突變點（譬如連接器等），使折射率發生改變時，就會產生菲涅耳反射，其強度與入射光的強度和反射系數成正比。反射光通過耦合器進入到接受裝置，根據光在介質中的傳輸速度，令橫軸以距離的形式與后向光到達的時間順序相對應，令縱軸以dB表示散射光的相對強度并在屏幕上顯示出來， 這樣所得的曲線就可以反映光纖各個部分的實際情況。

二、OTDR的重要參數

2.1、 動態范圍

動態范圍定義為衡量OTDR能夠測量光纖鏈路上各種事件的最大能力的物理量。它是指背向散射曲線上起始電平和噪聲電平之差，是能夠測試的背向散射曲線的最大衰減值，決定了OTDR所能測得最大光纖距離。

動態范圍的主要影響因素有脈沖寬度和平均時間/次數，脈沖寬度越大，動態范圍越大。而更長平均時間/次數，可以減少噪聲電平，增加動態范圍。

2.2盲區

盲區，亦可稱為2點分辨率，是指OTDR的接收器從寶盒到能進行測試所需要的時間，是由OTDR的測試光脈沖遇到光纖鏈路中的活動連接點等光纖不連續點而產生的菲涅爾反射所造成的，而相應的背向瑞利散射則被淹沒在反射中。通常情況下，盲區可分為事件盲區和衰減盲區。事件盲區是指從飽和起點至曲線從飽和處下降1.5dB的點。衰減盲區是指飽和起點至曲線從正常衰減起點向上抬升±0.5dB的點。

實際工作中，超過事件盲區的點，是可以測試看到是否存在第二個反射點，但不能測試衰減及損耗，即事件盲區可確定兩個可區分的反射時間點間的最短距離。超過衰減盲區的點，是可以測試看到衰減和損耗的，即測試光纖連接點到第一個可檢測接頭點之間的最短距離。

盲區主要取決于儀表的設置和脈沖寬度、反射大小。脈寬越大，盲區越大，反之則越小：反射越大，盲區越大，反之則越小。

三、Ghost（鬼影或幻峰）的簡析

Ghost峰是由于光纖線路中某點的菲涅爾反射而引起的二次及以上的反射效果，習慣上也稱為二次反射峰。它可能是由兩個連接器之間來回反射或者光纖末端的終結反射引起：也可能是OTDR的測量范圍設置不準確，小于實際被測光纖長度，導致OTDR發射第二個脈沖時，第一個脈沖仍在光纖中，由此第一個脈沖采樣數據會和第二個以及以后的脈沖采樣數據重疊，產生鬼影。而Ghost峰的出現很容易造成光纖線路故障點的地位判斷錯誤。

Ghost峰的形成有兩個基本的特征：一是沿曲線鬼影處并未引起明顯衰耗：二是沿曲線鬼影與始端的距離是強反射時間與始端距離的倍數，或鬼影出現的位置是光纖長度與測量范圍設置值之差。在下面這個圖中我們看出第二個衰耗為第一個衰耗的Ghost峰。（圖4）

在短距離的光纖測量過程中，我們也可以利用Ghost現象對鏈路做初步的判斷。在利用OTDR對鏈路進行測量時如果出現鬼影說明鏈路末端正常，如果不出現鬼影則說明末端反射級別不高，可能產生了光纖阻斷或者末端損耗過大等問題。在實際工作中，我們也可以通過設置合適的量程、降低脈寬、在光纖末端打小彎以及調整活動連接器的連接等方法來減小Ghost峰對OTDR測試的影響。

四、偽增益的簡析

偽（正）增益現象是指OTDR的背向散射曲線會出現上升臺階，根據OTDR的瑞利散射原理及菲涅爾反射原理，我們知道偽增益是由于事件點之后反射回OTDR的背向反射光功率高于事件點前反射回的。事實上，光脈沖通過事件點始終會存在損耗，不可能有真的增益出現。

光纖事件點損耗包括光纖本征因素引起的和外界因素引起的兩部分。外界因素主要有軸心錯位、軸向傾斜、縱向分離和纖芯變形等，事件點上的因外界因素導致的損耗無論從哪個方向測試應該是一樣的。因此導致偽增益的主要原因是光纖的本征因素，而本征因素影響最大的當屬模場直徑。

在實際工作中對光纖鏈路進行測試時，由于被測光纖的模場直徑、背向散射系數等幾乎都不會完全相同，所以從兩個方向測試的結果一般是有差異的，因此，在用OTDR對光纖事件點損耗進行測試時應當取雙向測試的平均值更為精確。

五、結論

1、Ghost峰的形成是由于菲涅爾的二次反射，在實際工作中必須加以識別并且通過設置合適的量程、降低脈寬、在光纖末端打小彎以及調整活動連接器的連接等方法來減小Ghost峰對OTDR測試的影響。2、偽增益的形成是由于軸心錯位、軸向傾斜、縱向分離和纖芯變形等因素，在實際工作中應當取雙向測試的平均值。3、在使用OTDR日常工作中要善于總結，通過理論和實際的結合，不斷提高測試精度，更加精確地定位故障點。