第8章不過不剛剛

第8章光纖與光纜測試技術(shù)8.1光時域反射儀(OTDR)8.2光源與光功率計8.3光纖平均衰減測試8.4光纖接頭衰減測試8.5光纖長度的測試8.6光纖傳輸帶寬測試 8.1光時域反射儀（OTDR）

光時域反射儀(OTDR，OpticalTimeDomainReflectometer)是一種科技含量很高的精密儀表，它廣泛應(yīng)用于實驗、教學和施工現(xiàn)場。

原理：背向散射測試技術(shù)。

測試范圍：

①能測試整個光纖鏈路的衰減

②能提供和長度有關(guān)的衰減細節(jié)。

③測試接頭損耗及故障點。

優(yōu)點：

①它具備非破壞性且只需在一端測試的優(yōu)點。

②功能多、操作簡便、測量的重復性高、體積小、不需其它儀表配合、能自動存儲和打印測量結(jié)果，目前已成為光通信系統(tǒng)工程檢測中最重要的儀表。如圖8.1所示是一種便攜式光時域反射儀。光時域反射儀（OTDR）的主要功能為：

①單盤光纜傳輸損耗和光纜長度的檢測。

②光纜連接工藝的監(jiān)測。

③中繼段狀態(tài)的測量，包括各盤光纜的損耗、各個接頭的損耗及整個中繼段的平均損耗的測量。

④線路故障原因及故障點位置的準確判斷。

⑤OTDR自動存儲、打印的背向散射信號曲線可以作為線路的重要技術(shù)檔案。圖8.1便攜式光時域反射儀8.1.1光時域反射儀（OTDR）的工作原理

圖8.2為光時域反射儀（OTDR）的工作原理框圖。

半導體光源（LED或LD）在驅(qū)動電路調(diào)制下輸出光脈沖，經(jīng)過定向光耦合器和活動連接器注入被測光纜線路，成為入射光脈沖。入射光脈沖在線路中傳輸時會在沿途產(chǎn)生瑞利散射光和菲涅爾反射光。瑞利散射起源于光纖纖芯中顆粒線度小于波長的微粒的不均勻性。石英玻璃在熔融固化過程中，熱場不可能理想恒定，摻雜成份在光纖中的分布也不可能理想均勻，纖芯中玻璃體本身的顆粒線度和分布都不可避免地呈現(xiàn)非均勻狀態(tài)。因此單模光纖纖芯的折射率雖然從宏觀上是均勻的，但實際上線路各處的折射率呈現(xiàn)微小的差異。激光在光纖中傳播時便會在沿途出現(xiàn)光的散射，這種散射就是瑞利散射，它是產(chǎn)生光纖固有損耗的主要根源。光纖纖芯中玻璃體的顆粒是隨機出現(xiàn)的，因此可以認為纖芯各個微小區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光只與該處到達的光脈沖的強度有關(guān)。散射光的方向也是隨機出現(xiàn)的，四面八方出現(xiàn)的概率相同。大部分瑞利散射光將折射入包層后衰減掉，其中與光脈沖傳播方向相反的背向瑞利散射光將會沿著光纖傳輸?shù)骄€路的進光端口，經(jīng)定向耦合分路射向光電探測器，轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過低噪聲放大和數(shù)字平均化理，最后將處理過的電信號與從光源背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號同步掃描在示波器上，成為反射光脈沖。我們可以在光時域反射儀的顯示屏上很清楚地看到入射光脈沖、反射光脈沖、接頭點、斷裂點、故障點以及衰減分布曲線。OTDR測試事件類型及顯示如圖8.3所示。圖8.2光時域反射儀工作原理框圖圖8.3OTDR測試事件類型及顯示8.1.2光時域反射儀（OTDR）的參數(shù)設(shè)置

1.測試波長選擇

在進行光纖測試前先選擇(或調(diào)出)測試波長。單模光纖只選擇1310nm或1550nm。由于1550nm波長對光纖彎曲損耗的影響比1310nm波長敏感得多，因此不管是光纜線路施工、光纜線路維護，還是進行實驗、教學，使用OTDR對某條光纜或某光纖傳輸鏈路進行全程光纖背向散射信號曲線測試，一般多選用1550nm波長。1310nm和1550nm兩波長的測試曲線的形狀是一樣的，測得的光纖接頭損耗值也基本一致。若在1550nm波長測試沒有發(fā)現(xiàn)問題，那么1310nm波長測試也肯定沒問題。選擇1550nm波長測試，可以很容易發(fā)現(xiàn)光纖全程是否存在彎曲過度的情況。如果發(fā)現(xiàn)曲線上某處有較大的損耗臺階，再用1310nm波長復測：若在1310nm波長下?lián)p耗臺階消失，說明該處的確存在彎曲過度情況，需要進一步查找并排除；若在1310nm波長下?lián)p耗臺階同樣大，則在該處光纖可能還存在其他問題，還需要查找排除。2.光纖折射率選擇

現(xiàn)在使用的單模光纖的折射率基本在1.4600～1.4800范圍內(nèi)，要根據(jù)光纜或光纖生產(chǎn)廠家提供的值來選擇。對于G.652單模光纖，在實際測試時若用1310nm波長，折射率一般選擇在1.4680；若用1550nm波長，折射率一般選擇在1.4685。折射率選擇不準會影響測試長度。3.測試脈沖寬度選擇

一般是根據(jù)被測光纖長度，先選擇一個適當?shù)臏y試脈寬，預(yù)測試一兩次后，從中確定一個最佳值。

◆光脈沖寬度過大：會產(chǎn)生較強的菲涅爾反射，會使盲區(qū)加大。

◆光脈沖寬度較窄：雖然有較小的盲區(qū)，但是測試光脈沖過窄時光功率肯定過弱，相應(yīng)的背向散射信號也弱，背向散射信號曲線會起伏不平，測試誤差大。

設(shè)置的光脈沖寬度既要保證沒有過強的盲區(qū)效應(yīng)，又要保證背向散射信號曲線有足夠的分辨率，能看清光纖沿線上每一點的情況。4.測試量程選擇

OTDR的量程是指OTDR的橫坐標能達到的最大距離。測試時應(yīng)根據(jù)被測光纖的長度選擇量程，量程為被測光纖長度的1.5倍比較好。

◆量程選擇過小光時域反射儀的顯示屏上看不全面；

◆量程選擇過大時光時域反射儀的顯示屏上橫坐標壓縮看不清楚。

根據(jù)工程技術(shù)人員的實際經(jīng)驗，所選的測試量程若能使背向散射曲線大約占到OTDR顯示屏的70%時，不管是長度測試還是損耗測試都能得到比較好的直視效果和準確的測試結(jié)果。5.平均化時間選擇

由于背向散射光信號極其微弱，一般采用多次統(tǒng)計平均的方法來提高信噪比。OTDR測試曲線是將每次輸出脈沖后的反射信號采樣，并把多次采樣做平均化處理以消除隨機事件，平均化時間越長，噪聲電平越接近最小值，動態(tài)范圍就越大。平均化時間為3min獲得的動態(tài)范圍比平均化時間為1min獲得的動態(tài)范圍提高0.8dB。一般來說，平均化時間越長，測試精度越高。為了提高測試速度，縮短整體測試時間，測試時間可在0.5～3min內(nèi)選擇。 表8.1OTDR量程、測試光脈沖寬度與盲區(qū)寬度

(亦即菲涅爾反射峰寬度)對應(yīng)表8.1.3OTDR測試基本步驟

使用OTDR進行測試時要詳細閱讀說明書，學生應(yīng)在教師指導下進行測試。

1.器連接儀

使用OTDR可以對單盤光纖和單盤光纜以及中繼段光纜進行測試。測試連接的方法是：OTDR—光纖連接器—第1盤光纖—第2盤光纖…第n盤光纖，終端不連接任何設(shè)備，如圖8.4所示。圖8.4OTDR背向散射法測試原理圖2.測試工作

（1）打開電源開關(guān)(給OTDR供電并預(yù)熱)：較大功率的OTDR直接使用市電，較小功率的OTDR自身帶充電電池。

（2）測試參數(shù)選擇：①測試波長選擇；②光纖折射率選擇；③測試脈沖寬度選擇；④測試量程選擇；⑤平均化時間選擇。各參數(shù)的選擇如8.1.2節(jié)所述。

（3）開始測試：按下START/STOP鍵，OTDR開始工作。開啟ODR激光器，OTDR顯示被測光纖鏈路的背向散射信號曲線，待曲線穩(wěn)定下來，可調(diào)節(jié)光標對曲線進行分析。（4）觀察并分析OTDR背向散射曲線：

①觀察OTDR工作波形：我們可以全程觀察被測光纖的全部特性，可以尋找發(fā)送光信號點、反射光信號點、斷裂點、接續(xù)點、連接點等。

②測試單盤光纖的長度和多盤光纖的長度：通過OTDR的顯示屏可以方便的讀出某單盤光纖的長度為2.04km，某中繼段光纖長度為50.06km等。

③測試光纖的平均損耗：單模光纖每km的平均損耗在0.5dB左右，我們同樣方便的讀出損耗0.34dB/km、0.27dB/km等。④測試光纖的接頭損耗：通過選取四個工作點我們?nèi)钥梢苑奖愕刈x出接頭損耗值。接頭損耗值為0.05dB/個，優(yōu)良的接繼點僅為0.02dB/個。

⑤尋找光纖損耗點和斷裂點：光纖的損耗點和斷裂點處OTDR曲線呈陡然下降趨勢，根據(jù)下降點我們很方便地找出損耗點和斷裂點，再用測試長度的方法確定損耗點和斷裂點的具體位置。

⑥對光纖質(zhì)量進行評價：好的光纖損耗小，曲線下降緩慢且平坦；差的光纖損耗大、斷裂的光纖損耗更大，曲線下降加快且陡峭，根據(jù)這些特點我們很方便地挑選優(yōu)良的光纖，淘汰差等的光纖，為光纖線路的建設(shè)做好準備。

（5）保存和/或打印OTDR背向散射曲線。 8.2光源與光功率計

8.2.1高穩(wěn)定度光源

1.用途與分類

光源是光特性測試不可缺少的信號源，光纖通信測量中使用的光源有三種：

(1)穩(wěn)定光源：是測量光纖衰減、光纖接續(xù)損耗以及光器件的插入損耗等不可缺少的儀表。根據(jù)采用發(fā)光器件的不同，穩(wěn)定光源又可分發(fā)光二極管LED式和激光二極管LD式兩類。(2)白色光源：是測量光纖、光器件等損耗波長特性用的最佳光源，通常以鹵鎢燈作為發(fā)光器件。

(3)可見光光源：一般用于簡單的光纖斷線障礙測試、光器件的損耗測量、端面檢查、纖芯對準及數(shù)值孔徑測量等，以氦－氖氣體激光器作為發(fā)光器件。2.工作原理

1)發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源

發(fā)光二極管LED

是比較穩(wěn)定的半導體發(fā)光

器件，只要工作環(huán)境溫度

保持一定，其輸出光功率

就可以在長時間內(nèi)保持穩(wěn)

定。為了穩(wěn)定發(fā)光二極管

的輸出光功率，一般采用

圖8.5所示的溫度補償式的穩(wěn)定電路。LED發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源體積較小，發(fā)出的光源功率也較小，可以做成便攜式光源。圖8.5發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源2)LD激光二極管式穩(wěn)定光源

影響半導體激光器LD輸出光功率的因素：

閾值電流、功率效率、溫度和時間的變化等。

解決辦法：

①自動溫度控制(ATC)對LD的工作環(huán)境溫度進行恒溫控制；

②自動功率控制(APC)對LD的輸出光功率進行穩(wěn)定控制。

如圖8.6所示是實現(xiàn)輸出光功率穩(wěn)定的LD激光二極管式穩(wěn)定光源的原理框圖。LD激光二極管式穩(wěn)定光源體積較大，發(fā)出的光源功率也較大，可以做成臺式光源。圖8.6LD激光二極管式穩(wěn)定光源原理框圖3.穩(wěn)定光源使用方法與注意事項

圖8.7臺式穩(wěn)定光源如圖8.7所示是一種臺式穩(wěn)定光源，其使用方法和注意事項如下：

1）穩(wěn)定光源使用方法

①正確連接測試光纖，穩(wěn)定光源一般與光功率計聯(lián)合使用。

②打開電源開關(guān)，使工作模式和工作波長指示燈亮。

③調(diào)整波長操作鍵選擇所用工作波長，從850nm、1300nm、1310nm和1550nm中選擇，此時所選中的某一波長指示燈亮。

④調(diào)整工作模式鍵選擇光源工作模式，此時模式指示燈變換，直至所選擇的工作模式燈亮。

⑤讓光源加電5～10min，使輸出的光功率穩(wěn)定。2）穩(wěn)定光源使用中的注意事項

①儀器應(yīng)避免機械振動、碰撞、跌落及其他機械損傷。

②光功率輸出口應(yīng)嚴格避免光纖端頭與其他硬物、臟物觸及，使用前先用清潔劑擦凈，待晾干后方可使用，盡可能減少本機的FC頭與被測件的連接次數(shù)。

③光功率輸出口為精密機械結(jié)構(gòu)，每次FC型連接器在連接插入之前，一定要對準定位槽，上固定件時不要過分用力，但要旋緊。8.2.2光功率計

1.用途與分類

光功率計是用來測量光功率大小、線路損耗、系統(tǒng)富裕度及接收機靈敏度等值的儀表，是光纖通信系統(tǒng)中最基本，也是最重要的測量儀表之一。光功率計的種類很多，具體分類如下。

①根據(jù)顯示方式的不同，可分成模擬顯示型和數(shù)字顯示型兩類。

②根據(jù)可接收光功率大小的不同，可分成高光平型(測量范圍為+10～-40dBm)、中光平型(范圍為0～-55dBm)和低光平型(范圍為0～-90dBm)三類。

③根據(jù)光波長的不同，可分為長波長型(范圍為1.0～1.7μm)、短波長型(范圍為0.4～1.1μm)和全波長型(范圍為0.7～1.6μm)三類。④根據(jù)接收方式的不同，可將光功率計分成連接器式和光束式兩類。

⑤根據(jù)攜帶方式的不同，還可分為臺式光功率計和便攜式光功率計。便攜式光功率計臺式光功率計2.工作原理

光功率計組成：由顯示器(又稱指示器，屬于主機部分)和檢測器(探頭)兩大部分組成。

圖8.8臺式光功率計圖8.9數(shù)字顯示式光功率計原理框圖3.光功率計的測量方法和測試步驟

1）光功率計測量方法

(1)線性顯示方式。以最基本的光功率單位W及其派生單位mW、μW、nW、pW等為單位進行功率值的顯示。測量某被測光的絕對功率大小時常用這種方式。

（2）對數(shù)顯示方式。以光功率的對數(shù)分貝值為單位進行功率值的顯示。光通信中常用以mW為參考值的dBm單位來表示功率，dBm與mW換算公式為：Pm(dBm)=10×Log(P/1mW)式中：Pm─—光功率以dBm為單位時的數(shù)值

P─—光功率以mW為單位時的數(shù)值（3）相對測量方式。把被測光功率的dBm減去預(yù)先選定的功率參考值，再進行顯示，此時的讀數(shù)是一個相對值，單位為dB，而dB單位實際上就是在取定1mW作為功率參考值的相對測量方式的特殊情形，相對測量數(shù)值與對數(shù)顯示數(shù)值的關(guān)系是：Pr(dB)=Pm(dBm)-Pmo(dBm)式中：Pr——相對測量方式的讀數(shù)；

Pm——對數(shù)顯示時的光功率讀數(shù)；

Pm0——以dBm為單位時的參考光功率值。2）光功率計測試步驟

（1）開機。按下電源開關(guān)鍵“POWER”，開機后儀表進行自檢、顯示標志。

（2）調(diào)零。調(diào)零主要是對光探測器的暗電流及噪聲等功率的消除，因此應(yīng)將探測器完全遮光（用保護蓋即可），當然也可以在背景光下調(diào)零，但背景光功率不能超過最小量程的一半。調(diào)零只需按“ZERO”鍵即可自動進行。在測試中的任何時候都可重新對控測器進行遮光調(diào)零。（3）波長及校準因子的設(shè)定。

①波長設(shè)置：根據(jù)被測光波長設(shè)定右顯示窗內(nèi)的波長值。利用“SHIFT”鍵來完成設(shè)置。波長值可以以1nm或50nm步進。②校準因子：設(shè)置校準因子功能是為了進行整機系統(tǒng)校準。如經(jīng)過計量，整機系統(tǒng)誤差為-0.55dB，完成了校準因子0.55dB的設(shè)置。由于機內(nèi)帶有RAM后備電池，可保證在關(guān)機時，也不會丟失RAM中的信息，因此校準因子可永久地保持在機內(nèi)，直到下次被改變。加入校準因子后顯示的功率值是補償后的實際功率值。（4）測量方式的選擇及量程選擇。根據(jù)測試特點，可以用“dBm/W”及“dB(REL)”鍵選定測量方式，測量方式在測試中可隨時按需要相互改變。

（5）記錄儀輸出與監(jiān)視輸出。記錄儀輸出是一個BNC插座，可輸出與功率線性讀數(shù)成正比的直流電壓，可直接接在X-Y記錄儀上。監(jiān)視輸出相當于一個低頻簡易O/E變換器。在-30dBm以上量程，其帶寬約1MHz。在-30～-50dBm功率范圍，其帶寬約100Hz。8.2.3便攜式光纖多用表

光纖多用表是集光源和光功率計于一身的便攜式儀表，除可進行光功率絕對、相對測量外，還可自成系統(tǒng)完成光纖、光纜及光無源器件光衰減等參數(shù)的測量。國產(chǎn)AV3662光纖多用表采用微機控制，可直接測量850nm、1300nm、1310nm、1550nm波長的光，還可自調(diào)零、自動切換量程、量程保持、數(shù)據(jù)平均處理等。圖8.10所示為一種便攜式光纖多用表。

便攜式光纖多用表的開關(guān)分三擋：OFF(電源關(guān)閉狀態(tài))、ON(光功率測量狀態(tài))、LOSS(光損耗測量狀態(tài))。光功率有輸入輸出兩個插座：INPUT（光輸入插座）、OUTPUT（光輸出插座）。使用時打開護蓋，平時蓋上護蓋。圖8.10便攜式光纖多用表 8.3光纖平均衰減測試

8.3.1光纖平均衰減的切斷法測試

1.切斷法測試連接

測試原理如圖8.11所示。使用的儀表和器材如下：

圖8.11切斷法測試原理圖(1)光源。應(yīng)采用穩(wěn)定輻射的光源，如鹵鎢燈、激光器或發(fā)光二極管。依據(jù)測量類型選擇合適的光源。在測量過程的長時間內(nèi)，光源位置、光強和波長應(yīng)保持穩(wěn)定。用規(guī)定窄的光源譜線半幅全寬(FWHM)來保證對光纖衰減譜特性有足夠的分辨率。（2）被測光纖?？梢允菃文９饫w也可以是多模光纖，可以是單盤光纖也可以是多盤光纖。一般測試多使用G.652單模光纖。

（3）注入系統(tǒng)。采用的注入條件必須保證足以激勵基模，穩(wěn)定的注入方法有單模光纖注入和多模光纖注入技術(shù)。

（4）光功率計。應(yīng)使用合適的光功率計，以便將從被測光纖輸出的所有輻射光都耦合到光探測器。光功率計的光譜響應(yīng)與光源的光譜特性相適應(yīng)，光功率計應(yīng)穩(wěn)定，且具有線性靈敏特性。2.測量方法

被測光纖的兩個端面應(yīng)清潔、光滑，且與光纖軸垂直。測量未成纜光纖應(yīng)在松繞的光纖盤上進行，即光纖盤表面不應(yīng)引起微彎。將被測光纖放入測量裝置中，記錄輸出光功率P2；保持注入條件不變，將光纖切斷至截留長度(例如，距離光注入點2m)，記錄從光纖截留長度輸出的光功率P1。由測得的P1和P2計算出P1與P2兩功率點間光纖段的衰減和衰減常數(shù)。特定波長下的光纖衰減A為：(8－1)光纖的衰減常數(shù)α是：（8－2）式中是被測光纖長度。這種方法的優(yōu)點比較簡單測量精度高，所以它是光纖測量的一種基準測試方法。但這種測試方法需要切斷光纖是破壞性的測量，不適合光纜線路維護測試。測試時被測光纖的端頭制備須精良，端面必須是一個平整的、與軸垂直的鏡面并保持潔凈。8.3.2光纖平均衰減的插入法測試

1.插入法測試連接

插入法是將被測光纖插入到光發(fā)送設(shè)備與光接收設(shè)備之間的測試方法。插入法測量光纖衰減的原理如圖8.12所示。圖8.12插入法測試原理圖2.測量方法

測試時，先按圖8.12（a）所示，測出光功率p1；再按圖8.12（b）所示，插入被測光纖測出光功率p2。則被測光纖衰減A與衰減常數(shù)α為：（8－3）（8－4）式中：P1——連接器B的輸出功率；

P2——連接器C的輸出功率；

A1j——一個連接器的衰減；

l——被測光纖的長度（km）。3.使用光纖多用表的插入法測試

把被測光纖的一端接入光纖多用表的“OUTPUT”端，另一端接在光纖多用表的“INPUT”端，按動“λ”鍵，根據(jù)測試需要改變光波波長，在“LED”上可顯示該波長下的光功率，根據(jù)光纖的長度可算出每公里光纖的平均衰減值。測量連線圖如8.13所示。圖8.13使用光纖多用表的插入法測試插入法是測量光纖衰減特性的第一替代法。其測量原理類似于切斷法，只不過插入法用帶活接頭的連接軟線代替短光纖進行參考測量，計算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間(參考條件)因插入被測光纖引起的功率衰減。因此功率P1、P2的測量沒有切斷法那么準確，所以插入衰減法不適合工廠用來測量光纖和光纜制造長度的衰減。插入法的優(yōu)點是不破壞被測光纖、操作簡單，因此用插入法做成的便攜式儀表，非常適用于在現(xiàn)場測量帶有光纖連接器光纜和中繼段長度的總衰減。8.3.3光纖平均衰減的背向散射法測試

1.背向散射法測試原理

高純度的石英光纖瑞利散射是散射的主要來源。

原理：

①瑞利散射光波長與入射光的波長相同。

②它的光功率與該點的入射光功率成正比。

所以，只要已知入纖功率、并測試背向瑞利散射光功率就可以計算出被測光纖的衰減，故稱這種方法為背向散射法。利用這種方法做成的測量儀器，叫做光時域反射計，簡稱OTDR。其測量原理方框如圖8.14所示。圖8.14OTDR測試原理方框圖(1)光發(fā)射器：主要包括一個脈沖激光二極管，能產(chǎn)生一個或多個發(fā)射光脈沖。多波長光發(fā)射器通常具有多個光源，標稱中心波長可分為850nm、1300nm、1310nm和1550nm四種。中心波長應(yīng)在規(guī)定值的15nm以內(nèi)，對于精確測量中心波長應(yīng)在規(guī)定值的10nm以內(nèi)。

(2)輸出口：以特有方法將被測光纖或盲區(qū)光纖連接到OTDR面板或光源尾纖上。

(3)光分路器：耦合器/光分路器將光源輸出光耦合到光纖，將后向散射光耦合到探測器，同時避免光源與探測器的直接耦合。(4)光接收器：通常包括光電二極管探測器，探測器的帶寬、靈敏度、線性度及動態(tài)范圍應(yīng)當和接收脈寬及接收信號電平相適應(yīng)。

(5)信號處理器：用對數(shù)響應(yīng)的方式處理信號，采用信號平均技術(shù)提高信噪比（S/N）。

(6)顯示器：用來顯示P－L曲線，得到良好的直視效果。2.測量方法

沿光纖各點產(chǎn)生的背向信號處理輸出，就可以從示波器熒光屏上觀察測試結(jié)果，還可以從打印機打印出的衰減曲線上確定測試結(jié)果。如果光纖無斷裂、無結(jié)構(gòu)不完善引起的高損耗區(qū)衰減，其光纖衰減A值及衰減常數(shù)α為：（8－5）（8－6）通過OTDR在熒光屏和打印機打出曲線。背向散射法是測量光纖衰減的第二替代法。它基于能從光纖中雙向后向散射光信號提取光纖衰減或衰減系數(shù)、光纖長度、衰減均勻性、點不連續(xù)性、光學連續(xù)性、物理缺陷和接頭損耗等信息。因為后向散射法是一種非破壞性測量方法，所以這種方法被廣泛應(yīng)用在光纜研究、生產(chǎn)、質(zhì)量控制、工程施工、驗收試驗和安裝維護中。

背向散射法具有單端、非破壞性、多功能測試的優(yōu)點，適用于施工維護。背向散射對多模光纖、單模光纖均適用。 8.4光纖接頭衰減測試

8.4.1光纖接頭衰減的比較法測試

1.光纖接頭衰減比較法測量圖

在工程施工測試中為得到光纖接頭衰減的精確值，多采取“四功率值”法，也稱為“比較法”和“4P法”。光纖接頭衰減測量如圖8.15所示，使用的儀表為光源和光功率計。圖8.15光纖接頭衰減測量(“四功率值”法)2.光纖接頭衰減比較法測量步驟

(1)首先在連接處D作臨時接頭。

(2)在光纖連接后的尾端C處測得接收光功率P3。

(3)在臨時接頭后的B點(相距D約10cm)切斷光纖，測得光功率為P2。

(4)在臨時接頭前的A點(相距D約10cm)切斷光纖，測得光功率為P1。

(5)在連接處D點將光纖作永久性連接，然后在C點重測得光功率為P4。測試結(jié)果應(yīng)該滿足：P1>P2>P4>P3，則此永久性連接的接頭衰減為：(8－7)例：P1=48.91μW，P2=43.8μW，P3=4.98μw，P4=5.34mW，則為保證測量精確度，用光功率計測量P1，P2時，一般測量3次取平均值。光功率計探頭要保持不動，且每次讀數(shù)時都要注意校零。采用比較法測試接頭衰減具有精確、誤差很小的優(yōu)點，但操作不便，費工費料，適用于實驗和精確測試的場合。8.4.2光纖接頭衰減的OTDR測試

1.光纖接頭衰減OTDR法測量圖

使用OTDR進行光纖接頭衰減測量與比較法測量相比具有測試方法簡單、測試速度快的特點。按下START/STOP鍵，OTDR開始工作。幾秒鐘后便可獲得OTDR曲線，不用計算就可以直接讀出測試結(jié)果。2.光纖接頭衰減OTDR法測量步驟

（1）把OTDR、光纖連接器和2盤被測光纖按圖8.16（a）所示進行連接。

（2）觀察接頭點兩側(cè)光纖端面最佳對準時的曲線。對準時由于兩側(cè)光纖端面處有空隙，所以O(shè)TDR上應(yīng)顯示如圖8.16（b）所示曲線，即對接點出現(xiàn)菲涅爾反射峰。最佳對準時反射峰最小，對準點后段的衰減曲線下降較慢。圖8.16用OTDR測試光纖接頭衰減（3）確定接頭衰減值。光纖接頭熔接后，在OTDR屏幕上顯示如圖8.16（c）所示曲線。接頭處的反射峰消失而出現(xiàn)一個小的“臺階”，接頭后的衰減曲線上升，根據(jù)衰減曲線接頭處“臺階”的高低，便可確定接頭衰減，有的設(shè)備可以直接讀出衰減值。接頭衰減應(yīng)從兩個傳輸方向測試取平均值。

采用光時域反射計測試光纖接頭衰減，具有直觀，方便以及操作簡便的優(yōu)點。但它的動態(tài)范圍較小，使測試長度受限制。為使測試得到精確的結(jié)果，要求儀器有高的分辨率。8.4.3光纖接頭衰減的光纖熔接機估算法

光纖熔接機是進行光纖熔接的主要儀器，按技術(shù)發(fā)展水平分為五代機型。其中第三代光纖熔接機特征是除自動對準、自動熔接外，另加上了熒屏顯示，因而又稱為芯軸直視式光纖熔接機。第三代光纖熔接機的熒屏顯示是利用機內(nèi)裝的顯微攝像機與微處理機對光纖進行攝像及電子顯示，并可自動熔接和估算連接損耗，光纖熔接損耗比較小（0.02～0.05dB）；第四代光纖熔接機的特點是：不僅可以對光纖進行自動對準、熔接和連接損耗檢測，而且具有熱接頭圖像處理系統(tǒng)，對熔接的全過程進行自動監(jiān)測，攝取熔接過程中的熱圖像加以分析，判斷光纖纖芯的變形、移位、雜質(zhì)和氣泡等與連接損耗有關(guān)的信息，因此能更全面、準確地估算出接頭損耗，光纖熔接損耗很小（0.02dB左右）。圖8.17是使用某第四代光纖熔接機進行單模光纖熔接的光纖接頭衰耗估算資料?？梢钥闯鼋永m(xù)時間為2007年3月12日，光纖熔接損耗為0.01dB。圖8.17光纖接頭衰耗估算資料

8.5光纖長度的測試

8.5.1傳輸脈沖時延測量法

傳輸脈沖時延測量法進行光纖長度測量的原理如圖8.18所示。使用的儀表是光脈沖發(fā)生器、光接收器和取樣示波器。光脈沖發(fā)生器接在被測光纖的首端，光接收器接在被測光纖的末端，取樣示波器接在光脈沖發(fā)生器和光接收器之間。圖8.18傳輸脈沖時延測量光纖長度發(fā)送光脈沖經(jīng)長度為L(m)平均折射率為n的被測光纖傳輸后，其傳輸時延Δt為：△t=n·L/c(s)(8－8)式中，c是真空中光信號的傳輸速度(3×108m/s)，則此式可推導為：(8－9)由式(8－9)可見，只要測出Δt，便能求得已知n值的被測光纖的長度。該系統(tǒng)對測試儀表要求很高，要有一個頻率和脈寬均可調(diào)的脈沖光源，且脈沖序列的脈沖間隔應(yīng)大于傳輸時延Δt；檢測器具有足夠的帶寬和接收窄帶高頻光脈沖能力，又不影響光脈沖形狀；具有足夠帶寬的取樣示波器，能顯示清晰可辨的光脈沖形狀。8.5.2反射脈沖時延測量法

反射脈沖時延測量法進行光纖長度測量的原理如圖8.19所示。很顯然當光脈沖傳輸?shù)奖粶y光纖末端時，會因被測光纖末端端面折射率的突變而發(fā)生反射。只要能在注入端再次捕獲到該光脈沖的反射信號，便可測出其傳輸時延值Δf。Δf是單向傳輸時延的兩倍，即為2Δt。被測光纖的長度可由下式求得：（8－10）例如某單模光纖在1310nm波長的n=1.486，當Δf=125μs時，代入式(8－10)計算得出被測光纖長度L=12618m。圖8.19反射脈沖時延測量光纖長度8.5.3使用OTDR測試光纜長度

使用OTDR測試出的光纖長度不是光纜長度，更不是光纜線路的地面長度(一般情況是纖長>纜長>地面長度)。對于光纜線路的長度以及光纜線路的地面長度測試需要從以下幾個方面考慮：

（1)光纖在光纜中的富余度和扭絞造成纖長大于纜長。在松套光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮到使光纜承受拉力而延伸時光纖不受力，要求光纖在光纜中有一定的富余度，一般富余度取值為0.2％～0.8％。對于扭絞式或骨架式光纜，光纖沿光纜軸心扭絞，絞縮率一般為1％～3％，也使光纖長度超過光纜長度。(2)ODF架或終端盒內(nèi)、接頭盒內(nèi)光纖盤留余長度使OTDR測試的光纖長度大于光纜長度。

（3)由于各處的余留和敷設(shè)時的彎曲，光纜長度要大于光纜線