1 青島光纖熔接機廠(chǎng)家福普泰介紹光纖的基本知識

　　1.1 光纖的結構

　　光纖由纖芯和包層組成。

　　纖芯的折射率高于包層的折射率(通過(guò)對光纖摻雜雜質(zhì)，光纖的折射率改變了) 。

　　1.2 光纖的類(lèi)型

　　1.3 玻璃的分子結構

　　純凈玻璃 = Si O2

　　不純玻璃不完整的分子結構, 摻雜有雜質(zhì), 有氫氧根結合等.

　　1.4 光纖材料的純度如何?

　　如果使光衰減50%，不同的玻璃對比如下：

　　1.5 發(fā)光功率、損耗及衰減對比

　　1.6 衰減增益

　　1.7 光纖耦合: 光纖連接及光纖熔接

　　1.8 光纖耦合: 連接損傷

　　2 OTDR基本原理

　　OTDR全稱(chēng)為光時(shí)域反射儀(Optical Time Domain Reflectometer)，將窄的光脈沖注入光纖端面作為探測信號。在光脈沖沿著(zhù)光纖傳播時(shí)，各處瑞利散射的背向散射部分將不斷返回光纖入射端，當光信號遇到裂紋時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生菲涅爾反射，其背向反射光也會(huì )返回光纖入射端。

　　基本動(dòng)態(tài)原理圖如下：

　　光在光纖中傳播時(shí)會(huì )發(fā)生瑞利散射(Rayleigh backscattering)以及菲涅爾反射(Fresnel reflection)，OTDR就是利用了光這一特點(diǎn)，采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。

　　OTDR工作原理框圖：

　　通過(guò)合適的光耦合和高速響應的光電檢測器檢測到輸入端的背向光的大小和到達時(shí)間，就能定量的測量出光纖的傳輸特性、長(cháng)度及故障點(diǎn)等。

　　在OTDR光纖測試中經(jīng)常用到的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)為背向散射、非反射事件、反射事件和光纖尾端。

　　(1)背向散射(Backscatter)

　　光纖中的光功率絕大部分為前向傳播,但有很少部分朝發(fā)光器背向散射。

　　(2)非反射事件

　　光纖中的熔接頭和微彎都會(huì )帶來(lái)?yè)p耗，但不會(huì )引起反射。由于它們的反射較小，我們稱(chēng)之為非反射事件。

　　(3)反射事件

　　活動(dòng)連接器、機械接頭和光纖中的斷裂點(diǎn)都會(huì )引起損耗和反射，我們把這種反射幅度較大的事件稱(chēng)之為反射事件。

　　(4)光纖末端

　　第一種情況為一個(gè)反射幅度較高的菲涅爾反射。

　　第二種情況光纖末端顯示的曲線(xiàn)從背向反射電平簡(jiǎn)單地降到OTDR噪聲電平以下。

　　3 OTDR用途

　　●測試光纖曲線(xiàn)及損耗分布

　　●測試光纖長(cháng)度

　　●測試光纖平均衰減

　　●測試接頭損耗

　　●測試光纖故障點(diǎn)

　　OTDR測試方法

　　光纖長(cháng)度測量

　　光纖衰減測量

　　衰減=鏈路損耗/長(cháng)度 dB/km

　　兩種評價(jià)方法：

　　兩點(diǎn)衰減：即為《兩點(diǎn)損耗/長(cháng)度》(A-B)

　　兩點(diǎn)LSA衰減：為降低曲線(xiàn)波動(dòng)性影響，而采取的數學(xué)分析方法。在兩點(diǎn)間取一條近似逼近直線(xiàn)。(A’-B’)

　　插入損耗測量

　　連接點(diǎn)的損耗值，對應熔接點(diǎn)即為熔接損耗。

　　連接器反射測量

　　評價(jià)連接器的連接質(zhì)量

　　故障位置查找

　　4 OTDR參數設置

　　用OTDR進(jìn)行光纖測量可分為三步：參數設置、數據獲取和曲線(xiàn)分析。

　　OTDR的性能參數一般包括：動(dòng)態(tài)范圍，盲區，距離精確度，回波損耗，反射損耗。

　　人工設置測量參數包括：

　　(1)波長(cháng)選擇(λ)：

　　因不同的波長(cháng)對應不同的光線(xiàn)特性(包括衰減、微彎等)，測試波長(cháng)一般遵循與系統傳輸通信波長(cháng)相對應的原則，即系統開(kāi)放1550波長(cháng)，則測試波長(cháng)為1550nm。

　　(2)脈寬(Pulse Width)：

　　脈寬越長(cháng)，動(dòng)態(tài)測量范圍越大，測量距離更長(cháng)，但在OTDR曲線(xiàn)波形中產(chǎn)生盲區更大短脈沖注入光平低，但可減小盲區。脈寬周期通常以ns來(lái)表示。

　　(3)測量范圍(Range)：

　　OTDR測量范圍是指OTDR獲取數據取樣的最大距離，此參數的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測量范圍為待測光纖長(cháng)度1.5～2倍距離之間。

　　(4)平均時(shí)間：

　　由于后向散射光信號極其微弱，一般采用統計平均的方法來(lái)提高信噪比，平均時(shí)間越長(cháng)，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動(dòng)態(tài)。但超過(guò)10min的獲得取時(shí)間對信噪比的改善并不大。一般平均時(shí)間不超過(guò)3min。

　　(5)光纖參數：

　　光纖參數的設置包括折射率n和后向散射系數n和后向散射系數η的設置。折射率參數與距離測量有關(guān)，后向散射系數則影響反射與回波損耗的測量結果。這兩個(gè)參數通常由光纖生產(chǎn)廠(chǎng)家給出。

　　青島光纖熔接機參數設置好后，OTDR即可發(fā)送光脈沖并接收由光纖鏈路散射和反射回來(lái)的光，對光電探測器的輸出取樣，得到OTDR曲線(xiàn)，對曲線(xiàn)進(jìn)行分析即可了解光纖質(zhì)量。

　　動(dòng)態(tài)范圍

　?、?定義：把初始背向散射電平與噪聲電平的差值(dB)定義為動(dòng)態(tài)范圍。

　?、?動(dòng)態(tài)范圍的作用：動(dòng)態(tài)范圍可決定最大測量長(cháng)度。

　?、?動(dòng)態(tài)范圍的表示方法：有峰-峰值(又稱(chēng)峰值動(dòng)態(tài)范圍)和信噪比(SNR=1)兩種表示方法。

　?、?動(dòng)態(tài)范圍的應用

　　動(dòng)態(tài)范圍大小決定儀器可測量光纖的最大長(cháng)度。

　?、?測量范圍與動(dòng)態(tài)范圍的關(guān)系

　　初始背向散射電平與一定測量精度下的可識別事件點(diǎn)電平的最大衰減差值被定義為測量范圍。

　　盲區

　?、?定義

　　由活動(dòng)連接器和機械接頭等特征點(diǎn)產(chǎn)生反射(菲涅爾反射)后，引起OTDR接收端飽和而帶來(lái)的一系列“盲點(diǎn)”稱(chēng)為盲區。

　?、?衰減盲區

　　衰減盲區是Fresnel反射之后，OTDR能在其中精確測量連續事件損耗的最小距離。所需的最小距離是從發(fā)生反射事件時(shí)開(kāi)始，直到反射降低到光纖的背向散射級別的0.5dB

　?、?事件盲區

　　事件盲區是Fresnel反射后OTDR可在其中檢測到另一個(gè)事件的最小距離。換而言之，是兩個(gè)反射事件之間所需的最小光纖長(cháng)度。為了建立規格，最通用的業(yè)界方法是測量反射峰的每一側-1.5dB處之間的距離

　　什么影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區

　　動(dòng)態(tài)范圍取決于脈沖寬度和平均時(shí)間。

　　盲區取決于脈沖寬度和反射大小。

　　脈寬越大，動(dòng)態(tài)范圍越大，盲區也越大!

　　平均時(shí)間越長(cháng)，動(dòng)態(tài)范圍越大，達到一定程度就無(wú)法再有改善。

　　反射越大，需要恢復的時(shí)間越長(cháng)，因此盲區越大。

　　平均時(shí)間參數影響動(dòng)態(tài)范圍

　　脈寬怎樣影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區?

　　盲區和動(dòng)態(tài)范圍間的關(guān)系

　　盲區：決定OTDR橫軸上事件的精確程度。

　　動(dòng)態(tài)范圍：決定OTDR縱軸上事件的損耗情況和可測光纖的最大距離。

　　影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區的因素：

　　a.脈寬的影響

　　b.平均時(shí)間對動(dòng)態(tài)范圍的影響

　　c.反射對盲區的影響

　　距離精度

　　距離精度是指測試長(cháng)度時(shí)儀表的準確度(又叫一點(diǎn)分辨率)。

　　OTDR的距離精度與儀表的采樣間隔、時(shí)鐘精度、光纖折射率、光纜的成纜因素和儀表的測試誤差有關(guān)。

　　影響距離精度的因素

　　抽樣間隔：間隔越大，影響越大。因此要求最小抽樣間隔越小越好。

　　折射率：是工廠(chǎng)應該出具的固定參數。

　　絞縮率：光纖長(cháng)度與光纜長(cháng)度的比例。有助于實(shí)地勘查故障位置。經(jīng)驗為兩者相差5%～10%左右。

　　5 經(jīng)驗與技巧

　　(1)光纖質(zhì)量的簡(jiǎn)單判別：

　　正常情況下，OTDR測試的光線(xiàn)曲線(xiàn)主體(單盤(pán)或幾盤(pán)光纜)斜率基本一致，若某一段斜率較大，則表明此段衰減較大若曲線(xiàn)主體為不規則形狀，斜率起伏較大，彎曲或呈弧狀，則表明光纖質(zhì)量嚴重劣化，不符合通信要求。

　　(2)波長(cháng)的選擇和單雙向測試：

　　1550波長(cháng)測試距離更遠，1550nm比1310nm光纖對彎曲更敏感，1550nm比1310nm單位長(cháng)度衰減更小、1310nm比1550nm測的熔接或連接器損耗更高。在實(shí)際的光纜維護工作中一般對兩種波長(cháng)都進(jìn)行測試、比較。對于正增益現象和超過(guò)距離線(xiàn)路均須進(jìn)行雙向測試分析計算，才能獲得良好的測試結論。

　　(3)接頭清潔：

　　光纖活接頭接入OTDR前，必須認真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測活接頭，否則插入損耗太大、測量不可靠、曲線(xiàn)多噪音甚至使測量不能進(jìn)行，它還可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其它清洗劑或折射率匹配液，因為它們可使光纖連接器內粘合劑溶解。

　　(4)折射率與散射系數的校正：

　　就光纖長(cháng)度測量而言，折射系數每0.01的偏差會(huì )引起7m/km之多的誤差，對于較長(cháng)的光線(xiàn)段，應采用光纜制造商提供的折射率值。

　　(5)鬼影的識別與處理：

　　在OTDR曲線(xiàn)上的尖峰有時(shí)是由于離入射端較近且強的反射引起的回音，這種尖峰被稱(chēng)之為鬼影。識別鬼影：曲線(xiàn)上鬼影處未引起明顯損耗沿曲線(xiàn)鬼影與始端的距離是強反射事件與始端距離的倍數，成對稱(chēng)狀。消除鬼影：選擇短脈沖寬度、在強反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位于光纖終結，可"打小彎"以衰減反射回始端的光。

　　(6)正增益現象處理：

　　在OTDR曲線(xiàn)上可能會(huì )產(chǎn)生正增益現象。正增益是由于在熔接點(diǎn)之后的光纖比熔接點(diǎn)之前的光纖產(chǎn)生更多的后向散光而形成的。事實(shí)上，光纖在這一熔接點(diǎn)上是熔接損耗的。常出現在不同模場(chǎng)直徑或不同后向散射系數的光纖的熔接過(guò)程中，因此，需要在兩個(gè)方向測量并對結果取平均作為該熔接損耗。在實(shí)際的光纜維護中，也可采用≤0.08dB即為合格的簡(jiǎn)單原則。

　　(7)青島光纖熔接機附加光纖的使用：

　　附加光纖是一段用于連接OTDR與待測光纖、長(cháng)300～2000m的光纖，其主要作用為：前端盲區處理和終端連接器插入測量。

　　一般來(lái)說(shuō)，OTDR與待測光纖間的連接器引起的盲區最大。在光纖實(shí)際測量中，在OTDR與待測光纖間加接一段過(guò)渡光纖，使前端盲區落在過(guò)渡光纖內，而待測光纖始端落在OTDR曲線(xiàn)的線(xiàn)性穩定區。光纖系統始端連接器插入損耗可通過(guò)OTDR加一段過(guò)渡光纖來(lái)測量。如要測量首、尾兩端連接器的插入損耗，可在每端都加一過(guò)渡光纖。

　　6 事件與常見(jiàn)現象分析

　　事件：非反射事件

　　事件：反射事件

　　事件：光纖尾端

　　常見(jiàn)現象分析——偽增益

　　常見(jiàn)現象分析——鬼影現象

　　●通常在短鏈路測量時(shí)出現較多。

　　●所謂鬼影就是與事實(shí)不符的影像。有時(shí)原因較為復雜。

　　●常見(jiàn)的鬼影是由于連接器連續反射造成。

　　a=b=c，由于反射脈沖在首個(gè)連接器再次發(fā)生反射，對光纖進(jìn)行了第二次探測，掃描的距離是原來(lái)的兩倍

　　鬼影造成的另一個(gè)最大的障礙-無(wú)法找到結束點(diǎn)。

　　需要通過(guò)分析，手動(dòng)判斷結束點(diǎn)位置。

　　7 測試誤差的主要因素

　　1)OTDR測試儀表存在的固有偏差

　　由OTDR的測試原理可知，它是按一定的周期向被測光纖發(fā)送光脈沖，再按一定的速率將來(lái)自光纖的背向散射信號抽樣、量化、編碼后，存儲并顯示出來(lái)。OTDR儀表本身由于抽樣間隔而存在誤差，這種固有偏差主要反映在距離分辯率上。OTDR的距離分辯率正比于抽樣頻率。

　　2)測試儀表操作不當產(chǎn)生的誤差

　　在光纜故障定位測試時(shí)，OTDR儀表使用的正確性與障礙測試的準確性直接相關(guān)，儀表參數設定和準確性、儀表量程范圍的選擇不當或光標設置不準等都將導致測試結果的誤差。

　　(1)設定儀表的折射率偏差產(chǎn)生的誤差

　　不同類(lèi)型和廠(chǎng)家的光纖的折射率是不同的。使用OTDR測試光纖長(cháng)度時(shí)，必須先進(jìn)行儀表參數設定，折射率的設定就是其中之一。當幾段光纜的折射率不同時(shí)可采用分段設置的方法，以減少因折射率設置誤差而造成的測試誤差。

　　(2)量程范圍選擇不當

　　OTDR儀表測試距離分辯率為1米時(shí)，它是指圖形放大到水平刻度為25米/格時(shí)才能實(shí)現。儀表設計是以光標每移動(dòng)25步為1滿(mǎn)格。在這種情況下，光標每移動(dòng)一步，即表示移動(dòng)1米的距離，所以讀出分辯率為1米。如果水平刻度選擇2公里/每格，則光標每移動(dòng)一步，距離就會(huì )偏移80米。由此可見(jiàn)，測試時(shí)選擇的量程范圍越大，測試結果的偏差就越大。

　　(3)脈沖寬度選擇不當

　　在脈沖幅度相同的條件下，脈沖寬度越大，脈沖能量就越大，此時(shí)OTDR的動(dòng)態(tài)范圍也越大，相應盲區也就大。

　　(4)平均化處理時(shí)間選擇不當

　　OTDR測試曲線(xiàn)是將每次輸出脈沖后的反射信號采樣，并把多次采樣做平均處理以消除一些隨機事件，平均化時(shí)間越長(cháng)，噪聲電平越接近最小值，動(dòng)態(tài)范圍就越大。平均化時(shí)間越長(cháng)，測試精度越高，但達到一定程度時(shí)精度不再提高。為了提高測試速度，縮短整體測試時(shí)間，一般測試時(shí)間可在0.5~3分鐘內選擇。

　　(5)光標位置放置不當

　　光纖活動(dòng)連接器、機械接頭和光纖中的斷裂都會(huì )引起損耗和反射，光纖末端的破裂端面由于末端端面的不規則性會(huì )產(chǎn)生各種菲涅爾反射峰或者不產(chǎn)生菲涅爾反射。如果光標設置不夠準確，也會(huì )產(chǎn)生一定誤差。

　　8 接頭損耗的標準數值

　　光纖接續標準多年來(lái)一直是一個(gè)有爭議的問(wèn)題，部頒YDJ44-89《電信網(wǎng)光纖數字傳輸系統施工及驗收暫行規定》簡(jiǎn)稱(chēng)《暫規》，對光纖接續損耗的測量方法做了規定，但沒(méi)有規定明確的標準。原信產(chǎn)部鄭州設計院在中國電信南九試驗段以后的工程中提出了中繼段單纖平均接續損耗0.08dB/個(gè)的設計標準，以后的干線(xiàn)工程均沿用。

　　ITU有關(guān)接續介入損耗的原文如下。"

　　本試驗使用于一個(gè)竣工的光纖接頭， 用以度量接頭質(zhì)量。

　　應按照IEC 1073-1進(jìn)行試驗。測量可在實(shí)驗室或現場(chǎng)進(jìn)行。實(shí)驗室用剪回法較好，現場(chǎng)可用雙向OTDR法。介入損耗的典型值可能隨應用場(chǎng)合和(或)所用方法而變化。最小的接頭損耗典型值≤0.1dB。在某些場(chǎng)合中，介入損耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有許多熔接機和機械接續裝置在制作接頭后可以估算接頭損耗值。某些主管部門(mén)和私營(yíng)運行機構在現場(chǎng)接續安裝時(shí)采用這些估算值，并且在全部線(xiàn)路施工完成后，再用OTDR對線(xiàn)路全程進(jìn)行復測。在現場(chǎng)安裝時(shí)，也可用其它一些方法來(lái)估算接頭損耗值，例如采用夾上去的功率計和本地注入檢測的方法。

　　(1)該建議是基于單纖接頭損耗的可接受值≤0.5dB，平均值沒(méi)有規定的情況下而言的。

　　從目前的熔接機情況看， 熔接機所顯示的數據配合觀(guān)察光纖接頭斷面情況，能夠粗略估計光纖接續點(diǎn)損耗的狀況， 但不能精確到目前我國所要求的光纖接續損耗指標的數量級。我們認為，這些熔接機的設計目的和依據是基于ITU建議的。

　　(2)目前的熔接機接續是通過(guò)對光纖X軸和Y軸方向的錯位調整，在軸心錯位最小時(shí)進(jìn)行熔接的，這種能調整軸心的方法稱(chēng)為纖芯直視法，這種方法不同于功率檢測法，現場(chǎng)是無(wú)法知道接頭損耗確切數值的。但是在整個(gè)調整軸心和熔接接續過(guò)程中， 通過(guò)攝像機把探測到所熔接纖芯狀態(tài)的信息送到熔接機的專(zhuān)用程序中，可以計算出接續后的損耗值。但它只能說(shuō)明青島光纖熔接機光纖軸心對準的程度，并不含有光纖本身的固有特性所影響的損耗。而OTDR的測試方法是后向散射法，它包含有光纖參數的不同形成反射的損耗。

　　比較上述兩種測試原理，兩者有很大區別。通過(guò)實(shí)踐證明，兩種方法測出數據一致性也較差，通過(guò)最近幾年對干線(xiàn)工程接續測試發(fā)現，很多情況下熔接機顯示損耗很小(小于0.05dB)甚至為零，但OTDR測試則大于0.08dB，且沒(méi)發(fā)現有對應的規律。

　　日本的接頭損耗標準(NTT光纜施工驗收規程)最小值小于0.9dB，無(wú)平均值要求，只有中繼段總衰減要求，只要滿(mǎn)足，就能開(kāi)通設計要求的或將來(lái)要增加的設備，在接續操作方面則與ITU建議一致。美國、歐洲諸國也都采取了大致與ITU建議一致的做法。

　　事實(shí)上，影響光纜安全的主要是機械損傷，青島光纖熔接機光纖接續損耗大一點(diǎn)并不會(huì )影響接續強度，因此我們時(shí)候在驗收測試中發(fā)現,有些點(diǎn)數值確實(shí)偏大,大約有1%左右的接頭回超標準,并且在多次接續后仍無(wú)法降低.在這種情況下,也是可以判斷合格的.有的時(shí)候會(huì )按照中級段總衰減來(lái)要求,從而驗收合格。