OTDR光纖測試盲區的判斷與處理

彭楚宇

（烽火藤倉光纖科技有限公司，湖北 武漢 430070）

0 引 言

OTDR在光纜線路施工維護中負責測量光纖線路長度、光纖損耗以及故障點。OTDR光纖測試期間時常有突變出現，其中后向散射曲線最前端的峰值區便是盲區。該測試基本上很難準確反映盲區內光纖損耗的原因，加之測試中應用的光脈沖寬度密切關聯著盲區范圍大小，光脈沖越寬信號越強，導致出現更大的盲區。

1 OTDR的測試原理

OTDR測試光纖線路原理如圖1所示。主時鐘促成以T為周期的標準時鐘信號，同時該信號周期會被脈沖發生器當做產生窄脈沖的依據，而在其驅動下電光變換器會發出相應的光脈沖[1]。光定向耦合器負責將來自電光變換器的光脈沖通過，同時向被測光纖前端面耦合，并向光電變換器內耦合被測光纖后向散射和反射回的光信號，能夠有效規避過強反射脈沖引起的光探測器及放大器飽和情況的產生，進而消除可能出現在測試中的誤差。

2 盲區定義及影響盲區大小的因素

2.1 盲區定義

圖1 OTDR測試光纖線路工作原理

光纖中，反射自菲涅爾的光強度遠比瑞利散射的光強度高，兩者相差約104倍。接收菲涅爾反射光后的OTDR檢測器會進入飽和狀態，而處于飽和狀態下的檢測器恢復至正常狀態需要一定的時間，而后重新響應光信號。OTDR在檢測器恢復過程中無法準確檢測光信號，故而測試結果中有盲區出現。盲區包含事件盲區和衰減盲區，前者表示OTDR在菲涅爾發生后可將另一個連續反射事件檢測出來的最短距離，后者表示OTDR在菲涅爾發生后可對連續非反射事件損耗的最小距離精確測量。

2.2 影響盲區大小的因素

2.2.1 激光脈沖寬度

該因素由于能決定事件盲區平頂大小，因此事件盲區大小會受到相應的影響[2]。在理論推導后即可獲取平頂具體寬度，即：

式中，T表示激光脈沖寬度；c表示光在真空中的速度；n表示被測光纖群折射率。當T=1μs時，擬定n為1.5，盲區平頂大小即為100 m。這表明光脈沖幅度大小一致的情況下，盲區會隨著脈寬的增加而增大。

2.2.2 接收器帶寬

由于器件和電路的響應，光脈沖會展寬，平頂后向下拖尾，而拖尾的長度會對衰減盲區大小造成影響。拖尾會隨著脈寬的減小而減小，此時衰減盲區同樣會縮短，但是脈寬小時其頻率更高，會提高對元器件的要求并放大曲線噪聲，影響曲線的識別。因此，接收器帶寬需以相關需要為根據進行選擇，切忌選擇無限小的帶寬。

2.2.3 光信號脈寬

脈寬越小，信號越弱，菲涅爾反射信號也越弱；反之，亦然。測試近端，事件盲區的主要部分是信號脈寬。脈寬是指表現在脈沖平頂的寬度，能夠輕易計算出該平頂的寬度。

3 盲區的判斷與處理

3.1 OTDR出口盲區規避措施

光纖接頭是OTDR出口光成端形式。測量期間會有菲涅爾反射出現在光脈沖的出光口處，從而出現將被測光纖接頭及連接器損耗值覆蓋的盲區。為測量出被測光纖接頭與連接器的損耗，可將盲區消除器加入OTDR和被測光纖間，能規避光脈沖出光口盲區，從而測量出被測光纖接頭與連接器的損耗[3]。

衰減盲區主要由脈沖寬度TW對應的距離LW和APD光生載流子消散時間TS對應的距離LS構成。此時，假纖長度L必須滿足關系：

干線網絡中，光放段通常有50～100 km的光纜距離，OTDR測試擁有0.5～10 μs的脈沖寬度。以FTB-1型號OTDR為例，實測該脈寬區間得到近似于0.8TW的TS，則衰減盲區LP的表達式為：

在光速c=299 792 458 m/s時，G.652.D光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.468；G.654.E光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.463；G.655光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.470；G.656光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.469；G.657光纖1 550 nm處，對應的有效群折射率n=1.469。表1給出了常見光纖類型衰減盲區及脈沖寬度的對應數據，其中假纖長度需比衰減盲區更大。當脈沖寬度等于或低于100 ns時，假纖長度最短應為25 m。表2給出了脈沖寬度與假纖長度的對應數據。

表1 常見光纖類型衰減盲區與脈沖寬度

表2 脈沖寬度與假纖長度

3.2 降低盲區影響的措施

明確盲區大小影響因素后，即可圍繞具體情況合理選擇降低盲區影響的措施。

3.2.1 使用的儀表盡量選擇高分辨率和長距離優化

高分辨率及長距離優化是OTDR的兩大組成類型。前者擁有具備帶接收特性的接收器，但代價是犧牲了動態范圍；后者為減小噪聲低電平增大了動態范圍，但會限制接收器的帶寬。具體選擇時，應根據實際需要合理選擇，而高分辨率優化的OTDR能在很大程度上減小盲區。

3.2.2 合理選擇激光脈沖寬度

大部分OTDR具備用戶可自主選擇激光脈沖寬度的功能。在選擇脈沖寬度后，它能夠合理取舍盲區與動態范圍[4]。一般情況下，短脈沖寬度的注入光平低，但盲區范圍小。隨著脈沖寬度的增加，動態測量范圍越大，OTDR曲線波形中產生的衰減盲區范圍越大。一般情況下，選擇100 ns的脈沖寬度即可保障OTDR具有合適的動態測量范圍和較小的盲區。若測試過程中遇到距離更長的光纖，可以選用500 ns甚至更長的脈沖寬度。

3.2.3 合理挑選衰減器

部分廠家會將可變光衰減器安置在儀表內部，用戶通過運用衰減器控制光功率大小，能夠減少并減輕反射光信號功率和接收器飽和程度，最終使盲區變小。

3.2.4 分別測試光纖兩端

盲區基本位于反射事件后面距離一定的位置，不會對反射事件前面的光纖構成影響。因此，此時將測試地點確定為光纖的另一端，調換同一反射事件的前后位置，即可將盲區轉移至另一側。

4 結 論

OTDR測試光纖線路中，因為有菲涅爾反射存在于光纖線路中，特別是無法避免前段菲涅爾反射的緣故，所以難免會產生盲區。為減小盲區效應，需要結合被測光纖線路長度合理設置量程和選擇測試光脈沖寬度。前者的實施中，要保證OTDR中顯示70%的后向散射曲線。而光脈沖寬度的選擇中，如果脈沖寬度偏大會出現極大的菲涅爾反射，從而再次擴大盲區效應。選擇過窄的測試光脈沖，雖然盲區效應會減小，但是會減弱后向散射光及光功率形成起伏不平的后向散射曲線，最終引起測試誤差。因此，必須結合實際需求合理選擇測試光脈沖。