高分辨时域反射测量(TDR)系统

　　一、高分辨光时域反射(TDR)测量

　　时域反射法(TDR)是一种用途十分广泛的测量方法，特别是在广播通信事业快速发展的今天，它被视为测定信道特性的最有效的方法之一。其主要的原因有二:一是时域反射法简单易用，而且是非损坏性的;二是测量结果精确，可靠。这对使用光纤的通信信道具有更加重要的实际意义。因为，对于长达几公里至几十公里的光纤通道不仅要测量精确，而且不能进行损坏性测量，况且，除了测量长规的损耗，查找断点和缺陷以外，目前越来越多的还需要测量极短的光纤，如，从几米到小于一米，尤其是有时还需要测量一个特殊的光学器件，例如一个连接器、藕合器、引导光纤等，测量光路只有几个厘米或者更短的空间距离，这样就出现了矛盾，因为材料在密度、成分和结构上的微小缺陷的测量，要求时域法对能量损耗要有较高的灵敏度，而极短光纤和个别光学器件的测量则要求时域法要有极其精确的空间距离分辨率。从量子力学测不准关系式看，在测量时，对能量的灵敏度和对空间分辨率的精确性不可兼得。为此，本文从时域反射法的原理出发来探讨怎样实现极高分辨率的测量。

　　二、光纤OTDR测量理论

　　用于光纤测量的时域反射法，称为光时域反射法，对应的仪器称为光时域反射仪，其英文缩写为OTDR。所有类型的OTDR都有一个发射脉冲的光源和一个探测系统。光源向光纤发出脉冲，探测系统就被用来记录和观察从光纤中反射回来的光，这个过程类似于雷达的测试原理，又有“光雷达”的称呼。结构见图1所示。

　　反射回来的光(又称背射光)的产生机理，一般说来有二种:一种是当光线进人有不同折射率的媒质中时产生的菲涅尔反射。例如在光纤末端表面处;在一个杂质或一个裂纹处都会发生附合菲涅尔定理的光反射。此时，若假定人射光垂直于反射面，而反射面又是清晰的跃变界面时，则反射光的功率和人射光功率之比，可由下述菲涅尔方程给出:

　　式中n=nZ/n，即传输媒质折射率n:和反射媒质折射率nl之比。如果以端面位于空气中的玻璃光纤端面为例，那么玻璃的折射率为n:二1.5，而空气的折射率n:=1.0。把它们代人上式，则有:

　　这就意味着:从光纤末端反射回来的光功率近似为人射光功率的4%。若用db数来表示R的值，并称作为返回损耗，可山下式给出:

　　因此，当R=0.04时，返回损耗RL的值是一14db。换句话说，末端处干空气中的光纤界面，由于菲涅尔反射产生的返回损耗为一14db。