史吏
（特恩驰（南京）光纤有限公司 210061）
摘要：OTDR是光纤光缆厂用来检测光纤衰减和长度的常用工具之一。使用OTDR测量光纤时，因传输过程中反射回来的光过饱和，会导致测量盲区，进而影响衰减和长度的测量。降低测试脉宽、保证被测光纤头尾端菲涅耳反射峰>1.5dB，并尽量减少被测光纤头尾端反射峰的差异，可以降低长度的测试误差。
关键词：光时域反射仪；瑞利散射；菲涅耳反射；事件盲区；衰减盲区
Abstract：OTDR is one of the most common equipment used by Fiber & Fiber Cable Manufactories. It is used to measure the attenuation and length of fiber. When we use OTDR，the supersaturated light reflexed during the transmission will cause the Dead Zone，and effects the measurement of attenuation and length. Such methods could be used to reduce the test error：reduce the test pulse，ensure the Fresnel reflex’s peak above 1.5dB，and shorten the difference between start peak and end peak.
Key words：OTDR；rayleighscattering；；Event Dead Zone；Attenuation Dead Zone
1 引言
光时域反射仪（Optical Time Domain Reflectometer，简称OTDR）是用来检测光纤衰减和长度的一种设备。作为光纤光缆厂生产厂常用的设备，由于存在事件盲区，导致测量的长度存在测试误差。如何在需要精确测量长度时，降低测试误差，是本文重点探讨的内容。
2 OTDR测试原理及事件盲区产生原因
OTDR是通过在光纤的一端发射和接受光脉冲实现检测的。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤的本征、弯曲等原因产生瑞利散射和菲涅尔反射。其物理连接图见图1
图1 OTDR试验装置框图
瑞利散射：光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR探测器测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号表明了光信号延光纤传输的损耗程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。
从发射信号到返回信号所用的时间，结合光在光纤中的传播速度，就可以计算出光纤长度。
菲涅尔反射：光在从一种介质（光纤）传到另一种介质（空气）中时，被沿原介质（光纤）方向反射回来。
需要注意的是能够产生后向瑞利散射的点遍布整段光纤，是一个连续的过程；而菲涅尔反射是离散的反射，它由光纤的个别点产生，能够产生反射的点大体包括光纤间的连接（玻璃与空气的间隙）、阻断光纤的平滑镜截面、光纤的终点等。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断纤点的。
但菲涅尔反射也导致了盲区的产生。当近端菲涅尔反射回的光功率较大时，APD（雪崩二极管）测到的电流也增大。过大的电流导致信号处理器的三极管等放大元件由线性区进入饱和区，而放大元件。在饱和区将不能正常工作，同时它们从饱和区恢复到线性区也要一段时间，所以在这段时间内OTDR将不能进行光功率检测，在示波器上显示为一尖峰，它所对应的长度称为盲区。盲区的出现将导致测量长度不精准。简单说，盲区是由于反射过强、淹没散射并使接收器饱和引起。
盲区通常分为衰减盲区（ADZ）和事件盲区（EDZ）两种（见图2），都由菲涅尔反射反射产生。用随反射功率的不同而变化的距离（米）来表示。盲区定义为持续时间，在此期间检测器受高强度反射光影响暂时“失明”，直到它恢复正常能够重新读取光信号为止。在 OTDR 领域里，时间转换为距离，因此，反射越多，检测器恢复正常的时间越长，导致的盲区越长。
事件盲区：菲涅尔反射发生后，OTDR 可在其中检测到另一个连续反射事件的最短距离。根据Telcordia系列标准，事件盲区是反射从其峰值下降到-1.5 dB 处的距离。事件盲区确定了两个可区分的反射事件点间的最短距离（例如，两段光纤之间）。
图2 事件盲区和衰减盲区
OTDR 的事件盲区尽可能短是非常重要的，这样才可以在链路上检测相距很近的事件。例如，在建筑物网络中的测试要求 OTDR 的事件盲区很短，因为连接各种数据中心的光纤跳线非常短。如果盲区过长，一些连接器可能会被漏掉，技术人员无法识别它们，这使得定位潜在问题的工作更加困难。
衰减盲区：衰减盲区是菲涅尔反射之后，OTDR 能在其中精确测量连续事件损耗的最小距离。根据Telcordia系列标准，衰减盲区是从反射事件发生开始，直到反射降低到光纤的背向散射级别的0.5dB。衰减盲区不是本文探讨的项目，不再累述。
3 OTDR测量光纤长度的方法（本文所有曲线均为单模光纤，使用测量波长1550nm）
通常，为了方便测试取点，光纤长度测量的起始和结束点均为菲涅耳反射峰的起始点（图3），这种长度测量方式，本文统称为方法一。而实际光纤起止的的物理位置是在事件盲区中的某点，所以这样测量的长度必然是不够准确的。本文推荐的方法（方法二）是将事件盲区的起始点（即峰值往前下降到-1.5 dB处的位置）作为长度测量的起止点。这样的选点方式比菲涅耳反射峰的起始点（方法一）更接近实际光纤的物理位置。脉宽越小，则事件盲区越小，必然会提高检测精度。但本文只探讨相同脉宽下，不同的菲涅耳反射峰对长度测量的影响。接下来分析几种检测中常见的检测曲线。
图6 头端的反射峰弱于尾端
因头端的菲涅耳反射峰弱于尾端，其盲区起始点比尾端更接近菲涅耳反射峰的起始点。如图6所示，可以看出长度方法一<长度方法二
3.4 如果OTDR曲线中，头端或（和）尾端的反射峰<1.5dB，因无法确定菲涅耳反射峰的起始点和盲区的起始点，建议重新处理光纤端面，以获得较大反射峰，减少测量误差。
4 数据分析
在光缆生产的套塑/层绞工序，为确认一根套管或一盘缆型中每根光纤或/套管的放线张力是否一致，通常会通过测量光纤长度来确认。
实际OTDR检测时采用自动测量的方法，即方法一。当发现某根光纤长度明显异常于同套管或同缆芯中的光纤时，先不要急于调整放线张力，需先确认OTDR测量曲线，当头尾反射峰较小或差异较大时，都可能对测试结果造成影响。以下为两组在套塑检测过程中出现的实例解析
实例一：
光纤颜色蓝桔绿棕灰白红黑黄紫粉青绿
光纤长度，m421742274218421542174219421642174219421642164217
这组数据中，桔纤4227m的长度明显长于其他同套管内的光纤，查OTDR原始曲线图形如图7，按方法二测量长度为4217m。处理尾端光纤重新测量的OTDR曲线图如图8，自动测量（方法一）其长度为4216m，与3.1&3.2理论分析一致。可以认为实际桔纤纤长与管内其他光纤无差异。
图7 图8
实例二：
光纤颜色蓝桔绿棕灰白红黑黄紫粉青绿
光纤长度，m123461234512345123431234712324123461234912345123431234512347
这组数据中，白纤12324m的长度明显短于其他同套管内的光纤，查OTDR原始曲线图形如图9，按方法二测量长度为12344m，重新处理接续点后的OTDR曲线如图10，自动测量（方法一）其长度为12345m，与3.1&3.3理论分析一致。可以认为实际白纤纤长与管内其他光纤无差异。
图9 图10
5 结束语
当使用OTDR测量光纤长度时，首先需要保证测试曲线的头尾两端反射峰>1.5dB；其次尽量使头尾端放射峰的宽度和高度接近，才能取得较为准确的长度测量数值。理论和实际测量都表明，当头端的反射峰强于尾端时，自动测量的长度比实际值偏大，反之偏小。在需要获得较准确长度的情况下，建议使用本文推荐的方法二测量长度。在检测部门作出长度异常判定前，需确认测试曲线是否正常，避免造成误判。
参考文献：
[1]IEC 60793-1-22 Optical fibres- Part 1-22：Measurement methods and test procedures – Length measurement
[2]延凤平，裴丽，宁提纲 光纤通信系统 北京：科学出版社，2006
[3]EXFO 光纤基础知识培训教材
作者简介：
史吏，女，本科，现就职于特恩驰（南京）光纤有限公司，工程师，主要从事光缆质量管控工作。
论文作者:史吏
论文发表刊物:《河南电力》2018年20期
论文发表时间:2019/4/30
标签：光纤论文; 盲区论文; 反射论文; 长度论文; 测量论文; 事件论文; 方法论文; 《河南电力》2018年20期论文;