使用OFDR测量不同种类光纤连接损耗的方法

OFDR插损测量原理

光频域反射技术（OFDR）可通过背向散射法测量整段光纤的回损曲线，利用回损和插损之间的关系可以得到整条曲线各个点的损耗。

图1. 背向散射法测量原理

如图1所示，假定DUT前后测量位置为1、2，其对应的光功率分别为P1、P2，对应的散射系数分别为α1、α2，则其对应的反射光功率分别为：Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。

 

测量位置	1	2
光功率	P1	P2
散射系数	α1	α2
反射光功率	Pr1=P1×α1	Pr2=P2×α2
回损	RL1=-10lg(Pr1/P0)	RL2=-10lg(Pr2/P0)

 

DUT的插损为：IL=-10lg (P2/P1)。

1、2处的回损分别为：RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。 当1、2处光纤的散射系数相同时，可推导出IL=(RL1-RL2)/2（背向散射法是反射式测量，光信号往返两次经过DUT，因此需除以2）。

光纤连接损耗出现负值现象

光纤连接处只能引起损耗而不能引起“增益”，OFDR是通过对比连接处前后位置的回损强度来对连接处的损耗进行计算，当连接处前面光纤的回损强度大于后面光纤的回损强度时，会引起连接处插损出现负值的现象，从而引起所谓的“伪增益”。 如图2所示，两种不同的光纤熔接后，正向测试为-0.2dB的损耗（0.2dB的增益），反向测为0.4dB的损耗，实际上连接处始终会存在损耗，不可能出现增益情况。

图2. 两种不同光纤的熔接损耗图

导致“伪增益”的主要原因是由于连接处前后两种光纤的瑞利散射系数、模场直径和折射率等有差异，此种情况经常出现在不同型号的两种光纤熔接在一起时。这种“伪增益”会导致使用OFDR测得的损耗不准确，为了准确测量连接处的损耗，可以采用双向平均法测试：使用OFDR分别从光纤的两端对熔接处损耗进行测试，然后将两次测量结果取平均后就是熔接处真实损耗。

测试验证

这里测试了5种光纤（单模光纤、保偏光纤、聚酰亚胺光纤直径125μm和80μm、特种光纤）两两熔接在一起后的熔接损耗，使用双向平均法测试连接点损耗。图3是光纤的连接示意图，A和B为5种光纤中的任意两种。

图3. 光纤连接示意图

假设x表示瑞利散射强度差，y表示连接损耗。当正向测量时，熔接点处的插损为a，则x+y=a（公式1）；当反向测量时，熔接点处的插损为b，公式变为-x+y=b（公式2）。通过公式1和2的加减，可以测出两种损耗的真实大小。 图4、5为单模光纤与特种光纤连接时正向和反向测量得到的结果示意图。

图4. 正向测量

图5. 反向测量

5种光纤两两连接进行测量，每组测量5组数据，取其平均值，用上述公式进行计算，得到测量结果如下表1、2所示。 表1. 不同种类光纤的连接损耗

 

	单模光纤	PI125光纤	PI80光纤	特种光纤
保偏光纤	-0.071dB	-0.003dB	-0.164dB	-0.678dB
单模光纤		-0.059dB	-0.304dB	-0.937dB
PI125光纤			-0.205dB	-1.049dB
PI80光纤				-0.045dB

 

表2. 不同种类光纤的瑞利散射强度差

 

	单模光纤	PI125光纤	PI80光纤	特种光纤
保偏光纤	-0.093dB	-0.127dB	-0.232dB	-2.598dB
单模光纤		-0.169dB	-0.454dB	-2.862dB
PI125光纤			-0.237dB	-2.567dB
PI80光纤				-1.331dB

 

同时我们也有使用功率计来测量两两光纤熔接时的真实损耗，首先功率计直接连接设备出光口，测得出光口光功率为1.636mW，然后按图6进行连接，这里例举单模光纤和特种光纤，功率计测得光功率为1.012mW，通过公式10lg（Pout/Pin）可计算出损耗为-2.086dB，但由于链路中有两个连接点，则一个连接点的损耗为-1.043dB。与表1中单模光纤和特种光纤连接损耗仅差0.106dB。

图6. 功率计测试连接点损耗示意图

结论

使用OFDR测量不同种类光纤连接损耗有两种方法：

使用双向平均法测量不同种类光纤的连接损耗；

通过提前测量不同种类光纤之间的瑞利散射强度差，然后用背向散射法测得的损耗减去（或加上）瑞利散射强度差，就可以得到真实连接损耗。

审核编辑：郭婷