偏振光時域反射技術在光纜搶修中的運用研究

【摘要】偏振敏感光時域反射技術（POTDR）是通過測量光纖中背向瑞利散射光偏振態的變化來檢測外界物理量的變化。本文主要介紹現階段光纜線路搶修中故障點定位手段的存在不足。提出了一種利用POTDR技術輔助定位故障點，提高線路搶修效率的方案。

【關鍵詞】OTDR；POTDR；偏振；光纜搶修

引言

光纜作為傳輸網絡的承載載體。隨著光纜傳輸網絡的不斷擴大，光纜傳輸系統發生故障的概率也隨之增大。當光纜發生中斷或者纖芯損壞時，就會直接造成傳輸網絡光路的中斷或者性能下降，引發傳輸網絡的發生倒換。如短時間內光纜難以恢復，傳輸網絡備用路徑再次發生中斷時，將導致傳輸網絡承載的上層業務發生中斷。影響用戶的通信業務的使用，引起用戶投訴。傳輸系統光路中斷及傳輸系統發生倒換的時長是傳輸網重要的考核指標。因此我們必須做好光纜線路的維護搶修工作，為傳輸網絡的安全運行提供堅實的基礎。

1、POTDR原理概述

POTDR是通過測量光纖中的后向瑞利散射來測定偏振態演化的一種技術，是在光時域反射（Optical time-domain reflectometer，OTDR）技術的基礎上發展起來的，可用于測量光纖中的偏振態沿光纖長度的分布，進而實現光纖傳感功能。

1.1 OTDR基本原理。在光纖制造過程中，沉淀、熔融、拉絲等各種熱過程會引起制作材料的各種局部熱騷動，材料折射率微觀不均勻性，正是這些折射率的微觀不均勻引起光纖對所傳輸光的瑞利散射。在光場的作用下，光纖材料的分子團作熱運動，折射率微觀不均勻致使傳輸光向前后左右散射。

1.2 OTDR測試技術。OTDR測試技術，是通過測量光纖中的后向瑞利散射光信號強度隨時間的變化來進行光纖傳輸特性的測試。OTDR可用來測量光纖沿線上的損耗分布，并提供與長度有關的衰減細節，具體表現為探測、定位和測量光纖鏈路上任何事件（事件是指因光纖鏈路中熔接、連接器、彎曲等形成的缺陷）的位置。測試具有非破壞性，只需一端接入即可直觀快速地檢測，等等優點使其成為光纖光纜生產、施工、維護中不可缺少的儀器，在整個光通信產業中占有重要地位。

1.3 PODTR測試技術。瑞利散射只改變光的傳輸方向，不改變光的頻率、偏振態等特性，因此，瑞利散射光的偏振方向與入射光在散射點的偏振方向相同。POTDR技術是在OTDR技術的基礎上發展起來的，在OTDR的光路中加入起偏和檢偏器件即可構成。測量光纖內偏振態和偏振度隨光纖長度的演化情況。由于光纖受外界物理量的調制時，光的偏振態就會隨之發生變化。由于磁場、電場、橫向壓力和溫度都能夠對光纖中光的偏振態進行調制，因此該技術可用于實現多個物理量的測量。

以對光纜施加外力為例，對光纜偏振測試結果如下：在第一個點加力時，由下圖1中第1、2條曲線圖看到，在A點左右之前的偏振曲線幾乎不變，A點之后的偏振曲線發生了較大的變化，可判斷出光纖上受力點約為A點，約110米處。然后再在第二個點加力，由第2、3條曲線中觀測出，在B點之前的曲線幾乎不變，B點之后的曲線變化較大，可判斷出第二個受力點約在B點，約116米處。空間分辨率4米。若在兩點同時加力，由第1、4條曲線中看出，只能觀測到第一個受力點，第二個受力點觀測不到。

由此可見：POTDR技術一種有效測量光纖沿線偏振態信息的方法，對于外部物理量的變化反應敏感，距離定位準確。

2、光纜搶修工作的流程及處在的不足

線路維護人員接到傳輸網絡光路中斷的通知后，攜帶OTDR測試儀趕往故障中繼段的一端機房。使用OTDR測試儀測試出光纜斷點距離本機房的長度信息。搶修人員根據長度信息，配合光纜位置的GPS資料信息以及路由走向等資料信息，初步定位故障點。然后，趕往故障現場查找故障點。如光纜維護資料由于光纜經過多次搶修、遷改，未能及時更新資料信息。以或故障點由于沙槍擊傷、雷擊、人為砍傷等原因造成的故障點不明顯時，線路維護人員需要打開附件的接頭盒，對光纜斷點進行二次定位。打開接頭盒，接續接頭盒內纖芯測試都需要一定的時間。如斷點距離該接頭盒距離較遠，搶修人員需再次進行二次定位，嚴重影響搶修進度。

3、POTDR測試在光纜搶修中的應用

由于POTDR技術是應用光纖縱向特性進行測量的技術，它把被測量作為光纖長度的函數，可以在整個光纖長度上對沿光纖幾何路徑分布的外部物理參量進行連續的測量，為工業和研究領域提供了同時獲得被測物理參量的空間分布狀態和隨時間變化信息的手段，在智能飛行器、智能橋梁、高速公路、重要建筑等領域獲得了廣泛的應用。對于該技術同樣可以運用在光纜搶修中，已提高光纜搶修的進度。當線路搶修人員到達故障點附近，無法定位故障點時。機房測試人員可以使用POTDR測試儀對光纜進行偏振測試，然后線路搶修人員對光纜施以外力后，機房測試人員再次進行偏振測試。POTDR測試儀自動分析2次測試結果，給出搶修人員對光纜施以外力的位置點距離。通過OTDR測試儀測試時得到的斷點距離比較，分析出斷點距離外力點的距離，以便搶修人員繼續排查光纜，提高搶修效率。

4、結語

隨著通信業務的不斷發展，傳輸網絡規模也日漸擴大。目前，全國城市化建設，等級公路、地鐵建設等市政項目日益增多，這些外部因素都給光纜維護工作帶來巨大挑戰。及時、高效的光纜搶修工作對于傳輸網絡的安全性意義重大。只有利用新技術，才能不斷提高光纜搶修的技戰術水平，對傳輸網絡穩定運行提供有效的支撐保障。

參考文獻：

[1]吳重慶.光波導理論[M].第2版.北京：清華大學出版社，2005.