文档介绍：实验一光时域反射计(OTDR)
光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer,简称OTDR)技术是采用分析后向散射光的方法以显示光纤衰减与长度的关系,是一种光纤参数的测量技术,能用于测量光纤的传输损耗和由各种结构缺陷引起的损耗,还可以确定光纤缺陷点的位置。
实验目的
学****OTDR的工作原理,熟悉OTDR的操作。
学会利用OTDR测量光纤的长度、传输损耗。
原理概述
OTDR利用其激光光源向被测光纤发送一光脉冲,光脉冲在光纤本身及各特征点上会有光信号反射回ODTR。反射回的光信号又通过一个定向耦合器耦合到OTDR的接收器,并在这里转换成电信号,最终在显示器上显示出结果曲线。OTDR的组成方框图如图1。
各部分作用如下。
光源:将符合规定要求稳定的光信号发送到被测光纤。
脉冲发生器:控制光源发送的时间,控制数据分析和显示电路与光源同步工作,以得到正确的分析结果。
定向耦合器:将光源发出的光耦合到被测光纤,并将光纤沿线各点反射回的光耦合到光检测器。
光检测器:被测光线反射回的光信号转换为电信号。
放大器:将光检测器送来的电信号放大、整形。
数据分析及显示:将反射回的信号与发送脉冲比较,计算出相关数据,并配有分析电路,为曲线分析提供支持。
图1 OTDR结构
OTDR的基本测量原理
图2为光在光纤中传输时的散射频谱。光谱中央的峰为频率没有发生变化的瑞利散射,其余的峰为非弹性的布里渊散射和喇曼散射。非弹性散射光的频率小于入射光频率的称为斯托克斯散射,大于入射光频率的称为反斯托克斯散射。OTDR技术是采用分析后向散射光的方法以显示光纤衰减与长度的关系,是一种光纤参数的测量技术,能用于测量光纤的传输损耗和由各种结构缺陷引起的损耗,还可以确定光纤缺陷点的位置。
光时域反射法的信息载体是后向瑞利散射。设入射光纤端面的光强为,距入射端面Z处的功率为:
图2散射光的频谱
式中,为光信号从(z0)至z,沿光纤前向传输的衰减系数。
点z点反向散射功率PR(z)只是P(z)的一部分,即:
S是一个分数,且为很小值,称反向散射系数。由于S很小,为提高测量灵敏度,要求有较大功率的激光源,技术上处理不好,光探测器易饱和,使测量系数失效,这一点应当在实际工作中引起重视。
从z点反向散射,到达光纤入射端面z0的功率:
式中,是反向散射光由z到z0的衰减系数。
但是,由光电接收系统收到反向散射功率,它与光纤端面的反射率,光学系统损耗、探测器转换效率、放大器等因素有关,这些影响用系数K表示,则有:
一般,可认为,那么
若设,为常量,z0=0,有
式中,P0为z=0处的入射光功率。
对进行适当处理,即可获得有用的信号。
测量点z的位置由下式确定:
式中,c为光速;n1为纤芯折射率;t为光传输到z点的往返总时间
(1)背向散射
定义:光纤自身反射回的光信号称为背向散射光(简称背向散射)。
原理:
①衰减
衰减是光纤的一个重要的传输参数,是光纤中光功率减少量的一种量度。它表明了光纤对光能的传输损耗,其对光纤质量的评定和确定光纤通信系统的中继距离起着决定性的作用。衰减取决于光纤的工作(波长)类型和长度。
光在光纤中传播时,平均光功率沿光纤长度方向呈指数规律减少,即:
式中:P(0)——在L=0处注入光纤的光功率;
图3 石英琉璃光纤的衰减
P(L)——传输到轴向距离L处的光功率。
②衰减系数
衰减系数α定义为单位长度光纤引起的光功率衰减,它反映光纤的衰减性能的好坏。当长度为L时,
式中:为在波长处的衰减系数与波长的函数关系,其数值与选择的光纤长度无关。
③衰减谱
衰减谱图能够形象描绘衰减系数与波长的函数关系(如图3所示),同时也示出了光纤的五个工作窗口的波长范围及引起衰减的原因。
由图4得知,石英玻璃光纤的衰减谱具有三个主要特征是:
衰减随波长的增大而呈降低趋势。
衰减吸收峰与OH- 离子有关。
在波长大于1600nm衰减的增大的原因是由微(或宏)观弯曲损耗和石英玻璃吸收损耗引起的。
④衰减曲线
如图3所示,衰减曲线坐标的长度标准是通过时标换算得到的,即:根据光在光纤中传播速度和传输时间换算为长度。OTDR测量显示的曲线就是衰减曲线。
图4 OTDR测得的衰减曲线
应用:OTDR正是利用其接收到的背向散射光强度的变化来衡量被测光纤上各事件损耗的大小;OTDR不仅能对各事件点上的反射光信号进行测量,同时也可对光纤本身的反射光信号进行测量。因此我们可以在OTDR上观察到光线沿线各点上的曲线情况。
(2)非反射事件
光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗,但不会引起反射。由于它们的反射较小,我们称之为非反射事件。
非反射