光时域反射仪(OTDR)的研制

　　1　引言

　　光时域反射仪(OTDR)是基于测量光背向瑞利散射信号的实用化测量仪器。利用OTDR可以方便地从单端对光纤进行非破坏性的测量,它能连续显示整个光纤线路的损耗相对距离的变化,所以OTDR已经成为光纤研究、生产、敷设、维护整个产业中应用最广、拥有量最大的仪器,在整个光通信产业中占有重要地位。

　　2　工作原理

　　当激光不断射入到光纤中时,光纤本身会不断产生反向的瑞利散射,通过测量分析这些反向散射光的功率,可以得到沿光纤长度分布的衰减曲线[1~3]。采用这种技术,一根光纤中的连接点、耦合点以及断点的位置很容易被测量到,而且如果光纤有一段弯曲过大或者被过重外部物体所压制等情况也可以被测量到。图1给出了OTDR的原理结构。

　　如图1所示,由激光器发出的光脉冲射入到一段光纤中,在光纤中产生的反向散射光信号传播到光纤开始端,通过耦合器分束到一个光电探测器上。这种后向散射光可以分为两种类型:一种是由于光纤的断面和光纤与光纤之间连接处的反射;另一种是瑞利散射光。实际上,光在光纤中传播时除了散射所引起的损耗外,光纤介质对传播光还有吸收作用,只不过按目前的生产能力,杂质已能被控制在很低程度,这种吸收相对于散射光来讲就会小很多。

　　这里假设入射功率为P0,频率为ν,当光纤中l处的反向散射光传播到光纤初始端时的功率为Ps,光纤l处的损耗为α(l),那么可以得到下列公式[1]:

　　由式(1)可以知道一根好的光纤的OTDR曲线应该趋近于一条斜率不变的直线,如图2所示。

　　根据式(1)可以知道光纤中l1和l2之间的平均衰减系数α12为

　　式(3)就是OTDR计算光纤中衰减沿长度分布的基本理论公式。

　　3　OTDR的组成

　　一台OTDR测量仪由光学部分、电子部分、数据采集以及软件部分组成,下面对其每个部分给以简单介绍。

　　3.1　光学部分

　　(1)半导体激光二级管:产生激光脉冲输入到被测光纤中。

　　(2)耦合器:将激光脉冲耦合到光纤中,同时将从光纤中散射回来的光信号耦合到光电探测器上。

　　(3)光纤适配器与光纤跳线:用于连接两段光纤。

　　3.2　电子部分

　　(1)光电探测器:将返回的散射光信号转换为电信号。

　　(2)放大器:将返回的散射光信号放大,同时也放大由光信号转成的电信号。

　　(3)电源:供电给激光二极管、光电探测器和放大器。

　　3.3　数据采集

　　(1)数据采集卡:需要频率很高(如100 MHz)的数据采集卡来采集信号才能得到高的分辨率。