提高光纖背向散射法測量精度的方法研究

夏 娟 重慶信科設計有限公司 401121

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提高光纖背向散射法測量精度的方法研究

夏 娟 重慶信科設計有限公司 401121

【文章摘要】

隨著科學技術的飛速發展，光線制造行業也得到了極大發展，人們的生活和光纖網絡也越來越密切，隨之而來的對光纖傳輸損耗的測量也越來越受人們關注，在光纖網絡的維護當中最重要的一道工序就是對光纖傳輸損耗的測量。本文作者詳細闡述了光線傳導過程當中的能量損耗原因，綜合對比了目前已有的各種對光纖傳輸損耗的測量的方法，對其中的背向散射法測量法做出了較為深入的探究，并且運用多種精密的測量儀器，直觀表示了背向散射法測量法的工作原理，對我國光纖網絡的維護有著重要意義。

【關鍵詞】

提高；光纖背向散射法；測量精度；方法；研究

1　光纖損耗

1.1基本概念

光信號沿著光纖傳導時損耗的光功率就是光纖損耗，也被叫做光纖的衰減。主要的損耗原因如下。

第一，宏彎損耗和微彎損耗統稱為彎曲損耗。前者是因為整個軸線彎曲所引發的光纖不能滿足全內反射條件，從而導致部分光束外漏的現象。這種情況只有通過降低光纖其他的參數性能才可以得到改善。后者是因為光纖受力不均勻而產生的較小的、不規則的彎曲，可以通過該傳導模的改變進而損耗光功率。

第二，散射損耗。這是因為光纖內芯自身缺陷引起的。

第三，吸收損耗。當光傳播的時候，如果遇見了和光子能量相同的能級距離的材料就會發生吸收損耗。

1.2損耗分類

光纖損耗可以分為光纖本征的傳輸損耗、使用過程中的光纖傳輸損耗和連接過程中的光纖損耗這三大類。

1.3損耗測量方法

光纖損耗的測量方法主要可以分為技術性的測量方法和傳輸性的測量方法。前者不但要測定波長的衰減還要確定光纖損耗的光譜特征。后者主要測量的就是穩定狀態使得光纖衰減系數。

2　背向散射法測量光纖

2.1時光域反射儀的概念

時光域反射儀簡稱OTDR，是在1977年被發明的，主要應用于光纖損耗特征的檢測。它的實質是：傳感器的輸出信號內包含了內部測量參數在空間的變化，輸出的信號沿著光纖傳導，部分的光信號被散射掉，并且和歷經的傳輸的時間有著密切的聯系，然后考慮光波的傳輸速率，就可以得到光源到被測點的長度。

2.2時光域反射儀的工作原理

時光域反射儀是一個綜合光電和計算機的高新科學技術系統，涉及到多種科學的檢測技術。時光域反射儀的工作原理和雷達測距相似，主要的原理是：把較窄的光纖脈沖注射到光纖的端面來探測光信號，在光脈沖沿著光纖進行傳導的時候，各個瑞利散射的背向部分的光脈沖就會源源不斷地返回到光纖入射點。如果光信號在反射的過程當中遇到不能折射的物質的時候，就會產生相應的反應，被稱作“菲涅耳反射”。

2.3使用時光域反射儀測量的不足之處

時光域反射儀主要存在著兩大問題。一是盲區問題，指的是因為光信號的傳導過程當中的菲尼爾反射強信號之后出現飽和狀態，從而引起的短時間的休復現象。二是識別率問題，這個問題可以通過改進時光域反射儀的自身系統、改變被測量光纖的結構以及預先估計被測點位置這三個方法來改善。

3　提高光纖背向散射法精確度的方法

根據背向散射法的測量過程，可以了解到要想提高背向散射法測量的精確度可以從這幾個方面著手。

首先，研究所輸入光的性質。背向散射法測量光纖，要求使用的的功率較大的窄型脈沖光線，脈沖要很窄，這樣才能提高光纖的識別率，但是在保證光纖識別率的同時光纖的測量范圍會受到一定的影響，光纖測量的量程會變窄。這個時候，可以通過引入其他性質的輸入信號來改善，這樣做不僅可以保證光纖的識別率也能起到擴大光纖測量量程的效果。其次，通常情況下，都會使用同一個固定頻率的光纖脈沖進行反復多次的測量，目的是為了提高實驗數據的精確度，但是這種方法的效果并不理想。因此，可以考慮是否可以在主頻測量的時候使用相應的輔頻進行測量，而這樣做對提高光纖背向散射法測量的精確度有沒有幫助這一問題。

3.1增加輔頻

在使用光速來測量某一距離的時候，要求所測量的距離要比較大，測距的精確度要比較高，因為，光速是很快的，所以在測量的時候的時間間隔會非常短，在工程項目當中，經常會使用光纖脈沖的方式來進行短時間間隔的測量，有時候也會使用相位測距的方法來進行較短時間間隔的測量。但是在使用相位測距法進行短時間間隔的測量的時候，如果射入的光頻率較高時，測距的精確度很高，但是范圍就會很窄；如果如果射入的光頻率較第時，測距的范圍就會很款，但是精確度很低。也就是無法同時實現高精確度、大范圍的目標。

3.2采用格雷互補序列

在使用背向散射法的相關技術的時候，能夠實現短時間內較為精確的測量結果，有效解決了測量識別率和測量范圍不能同時達到要求的問題。因為光纖只能傳導正的光纖脈沖，所以不能和超聲測距一樣，使用雙極性的格雷互補序列，而是要對發生的信號進行相應的強度調整，就是把兩組已有的雙極性脈沖序列強化成四組單極性的脈沖序列，然后再使用這四組單極性的脈沖序列來進行光纖的探測，把響應和發射的單極性脈沖關聯起來，最終使用四組相關曲線來計算響應的特性。

4　結語

眾所周知，光纖通訊是一項很被人們看好的學科，隨著社會技術的不斷發展，人們的生產生活會和光纖建立千絲萬縷的聯系。光纖的發展將不僅僅提留在娛樂、通訊等方面，而是會在眾多領域里發展起來。由此看來，對光纖網絡的維護也就會變得更加重要。使用背向散射法來進行光纖衰減的測量是一種科學的、高效的手段，對于提高光纖的傳輸效率有著十分重要的意義。

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【作者簡介】

夏娟（1982.04-），女，籍貫：重慶，高級通信工程師，本科學歷，主要從事通信工程勘測設計方面的研究。