光时域反射计衰减特性检定装置

　　1　引言

　　光时域反射计(OTDR)具有单端非破坏性测试的独特优点,是一种在光纤通信技术领域广泛使用的测试监控仪表。对光纤线路沿途的衰减特性进行测量是其主要用途之一。对OTDR的衰减特性进行检定有“无源法”和“有源法”两类方法〔1~3〕。“有源法”由美国Bellcore〔4〕提出,并为IEC文件〔1〕所采纳,其核心为使用一外光源来模拟光纤的后向散射信号,使用一台某一衰减值(1~4dB)业经准确标定的高重复性衰减器来模拟一个固定衰减值带来的后向散射信号变化情况,检定点的位置由时间合成器随意给出,检定点的功率电平由一台大范围衰减器来调整。其特点为检定系统的不确定度低、检定范围宽、灵活性强。本文介绍一套“有源法”OTDR衰减特性检定系统的情况〔5〕。

　　2　OTDR衰减特性检定系统

　　OTDR衰减测量偏差是后向散射功率电平的函数,也与位置及前面的信号情况有关。“有源法”OTDR衰减特性检定系统框图如图1所示。从OTDR发出的光脉冲经过耦合器到达光电转换器O/E,变为电脉冲后触发时间合成器,使其发出的电脉冲有一定的时间延迟,输出高度合适、宽度为10~20μs的电脉冲调制激光器(F-P型)上,输出的光脉冲经过衰减器2、衰减器1和耦合器被OT-DR作为模拟光纤后向散射光信号接收。这个模拟信号的位置可以通过调整时间合成器的设置来改变。

　　衰减器1在A0衰减档和“0dB”档之间来回变换,模拟被测器件的衰减特性,在OTDR上通过测量模拟后向散射功率值的变化得到该模拟被测器件的衰减示值为A;衰减器2用来调整进入衰减器1的模拟后向散射光功率大小并可以模拟其变化情况,从离开饱和电平到接近噪声信号,在多个后向散射功率电平依次获得多个Ai值,以便在整个动态范围内实现线性度测量。时间合成器的设置可以方便地在任意位置点实施上述测量。这样,可以方便地在用户一般常用的位置———后向散射光功率区域———实施衰减特性检定。考虑到纵向半值压缩,理想OTDR应该有:

　　设被测OTDR在各个后向散射功率值点,测量衰减器1的衰减示值分别为A1、A2、A3、…、Ai、…、An,对应各点的OTDR衰减示值误差为:

　　故系统在对应各点的衰减检定误差为:

　　其中,ΔAi为获取Ai值时,系统本身带来的误差;ΔA0/2为A0/2值的定标误差。故系统的相对衰减检定误差为:

　　3　自标定A0值

　　衰减量值A0采取了自标定的方法,用如图2所示的一种串联替代法实现了对高重复性衰减器3.010dB值的准确标定。

　　LD稳定光源由图1系统中E/O半导体激光器(F-P型)加内外双重温度控制并作恒定电流源驱动获得。输出光经过极化控制器到达被检衰减器,经过3dB耦合器把光分成两部分。第一部分经过3km光纤(避免相干影响)传输到衰减器1后经过第二只3dB耦合器到达光功率计;第二部分经过衰减器2与第二只3dB耦合器的另一端也到达光功率计。衰减器1的重复性标准偏差优于0.004dB。检定步骤如下:(1)调整极化控制器到某一极化态;(2)把被检衰减器置于“0dB”,波长置于LD稳定光源同样波长;(3)关闭衰减器2光快门,衰减器1置于某一衰减值,读出光功率计读数P1;(4)关闭衰减器1光快门,打开衰减器2光快门,调节其衰减值,使光功率计读数P2=P1;(5)打开衰减器1光快门,调节被检衰减器的值,直到光功率计的读数P = P2= P1。这时,被检衰减器的衰减值应该为: