OFDR插損測量原理

光頻域反射技術（OFDR）可通過背向散射法測量整段光纖的回損曲線，利用回損和插損之間的關系可以得到整條曲線各個點的損耗。

圖1. 背向散射法測量原理

如圖1所示，假定DUT前后測量位置為1、2，其對應的光功率分別為P1、P2，對應的散射系數分別為α1、α2，則其對應的反射光功率分別為：Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。

DUT的插損為：IL=-10lg (P2/P1)。

1、2處的回損分別為：RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。 當1、2處光纖的散射系數相同時，可推導出IL=(RL1-RL2)/2（背向散射法是反射式測量，光信號往返兩次經過DUT，因此需除以2）。

光纖連接損耗出現負值現象

光纖連接處只能引起損耗而不能引起“增益”，OFDR是通過對比連接處前后位置的回損強度來對連接處的損耗進行計算，當連接處前面光纖的回損強度大于后面光纖的回損強度時，會引起連接處插損出現負值的現象，從而引起所謂的“偽增益”。 如圖2所示，兩種不同的光纖熔接后，正向測試為-0.2dB的損耗（0.2dB的增益），反向測為0.4dB的損耗，實際上連接處始終會存在損耗，不可能出現增益情況。

圖2. 兩種不同光纖的熔接損耗圖

導致“偽增益”的主要原因是由于連接處前后兩種光纖的瑞利散射系數、模場直徑和折射率等有差異，此種情況經常出現在不同型號的兩種光纖熔接在一起時。這種“偽增益”會導致使用OFDR測得的損耗不準確，為了準確測量連接處的損耗，可以采用雙向平均法測試：使用OFDR分別從光纖的兩端對熔接處損耗進行測試，然后將兩次測量結果取平均后就是熔接處真實損耗。

測試驗證

這里測試了5種光纖（單模光纖、保偏光纖、聚酰亞胺光纖直徑125μm和80μm、特種光纖）兩兩熔接在一起后的熔接損耗，使用雙向平均法測試連接點損耗。圖3是光纖的連接示意圖，A和B為5種光纖中的任意兩種。

圖3. 光纖連接示意圖

假設x表示瑞利散射強度差，y表示連接損耗。當正向測量時，熔接點處的插損為a，則x+y=a（公式1）；當反向測量時，熔接點處的插損為b，公式變為-x+y=b（公式2）。通過公式1和2的加減，可以測出兩種損耗的真實大小。 圖4、5為單模光纖與特種光纖連接時正向和反向測量得到的結果示意圖。

圖4. 正向測量

圖5. 反向測量

5種光纖兩兩連接進行測量，每組測量5組數據，取其平均值，用上述公式進行計算，得到測量結果如下表1、2所示。 表1. 不同種類光纖的連接損耗

表2. 不同種類光纖的瑞利散射強度差

同時我們也有使用功率計來測量兩兩光纖熔接時的真實損耗，首先功率計直接連接設備出光口，測得出光口光功率為1.636mW，然后按圖6進行連接，這里例舉單模光纖和特種光纖，功率計測得光功率為1.012mW，通過公式10lg（Pout/Pin）可計算出損耗為-2.086dB，但由于鏈路中有兩個連接點，則一個連接點的損耗為-1.043dB。與表1中單模光纖和特種光纖連接損耗僅差0.106dB。

圖6. 功率計測試連接點損耗示意圖

結論

使用OFDR測量不同種類光纖連接損耗有兩種方法：

使用雙向平均法測量不同種類光纖的連接損耗；

通過提前測量不同種類光纖之間的瑞利散射強度差，然后用背向散射法測得的損耗減去（或加上）瑞利散射強度差，就可以得到真實連接損耗。

審核編輯：郭婷