OTDR光纤测试盲区的判断与处理

彭楚宇

（烽火藤仓光纤科技有限公司，湖北 武汉 430070）

0 引 言

OTDR在光缆线路施工维护中负责测量光纤线路长度、光纤损耗以及故障点。OTDR光纤测试期间时常有突变出现，其中后向散射曲线最前端的峰值区便是盲区。该测试基本上很难准确反映盲区内光纤损耗的原因，加之测试中应用的光脉冲宽度密切关联着盲区范围大小，光脉冲越宽信号越强，导致出现更大的盲区。

1 OTDR的测试原理

OTDR测试光纤线路原理如图1所示。主时钟促成以T为周期的标准时钟信号，同时该信号周期会被脉冲发生器当做产生窄脉冲的依据，而在其驱动下电光变换器会发出相应的光脉冲[1]。光定向耦合器负责将来自电光变换器的光脉冲通过，同时向被测光纤前端面耦合，并向光电变换器内耦合被测光纤后向散射和反射回的光信号，能够有效规避过强反射脉冲引起的光探测器及放大器饱和情况的产生，进而消除可能出现在测试中的误差。

2 盲区定义及影响盲区大小的因素

2.1 盲区定义

图1 OTDR测试光纤线路工作原理

光纤中，反射自菲涅尔的光强度远比瑞利散射的光强度高，两者相差约104倍。接收菲涅尔反射光后的OTDR检测器会进入饱和状态，而处于饱和状态下的检测器恢复至正常状态需要一定的时间，而后重新响应光信号。OTDR在检测器恢复过程中无法准确检测光信号，故而测试结果中有盲区出现。盲区包含事件盲区和衰减盲区，前者表示OTDR在菲涅尔发生后可将另一个连续反射事件检测出来的最短距离，后者表示OTDR在菲涅尔发生后可对连续非反射事件损耗的最小距离精确测量。

2.2 影响盲区大小的因素

2.2.1 激光脉冲宽度

该因素由于能决定事件盲区平顶大小，因此事件盲区大小会受到相应的影响[2]。在理论推导后即可获取平顶具体宽度，即：

式中，T表示激光脉冲宽度；c表示光在真空中的速度；n表示被测光纤群折射率。当T=1μs时，拟定n为1.5，盲区平顶大小即为100 m。这表明光脉冲幅度大小一致的情况下，盲区会随着脉宽的增加而增大。

2.2.2 接收器带宽

由于器件和电路的响应，光脉冲会展宽，平顶后向下拖尾，而拖尾的长度会对衰减盲区大小造成影响。拖尾会随着脉宽的减小而减小，此时衰减盲区同样会缩短，但是脉宽小时其频率更高，会提高对元器件的要求并放大曲线噪声，影响曲线的识别。因此，接收器带宽需以相关需要为根据进行选择，切忌选择无限小的带宽。

2.2.3 光信号脉宽

脉宽越小，信号越弱，菲涅尔反射信号也越弱；反之，亦然。测试近端，事件盲区的主要部分是信号脉宽。脉宽是指表现在脉冲平顶的宽度，能够轻易计算出该平顶的宽度。

3 盲区的判断与处理

3.1 OTDR出口盲区规避措施

光纤接头是OTDR出口光成端形式。测量期间会有菲涅尔反射出现在光脉冲的出光口处，从而出现将被测光纤接头及连接器损耗值覆盖的盲区。为测量出被测光纤接头与连接器的损耗，可将盲区消除器加入OTDR和被测光纤间，能规避光脉冲出光口盲区，从而测量出被测光纤接头与连接器的损耗[3]。

衰减盲区主要由脉冲宽度TW对应的距离LW和APD光生载流子消散时间TS对应的距离LS构成。此时，假纤长度L必须满足关系：

干线网络中，光放段通常有50～100 km的光缆距离，OTDR测试拥有0.5～10 μs的脉冲宽度。以FTB-1型号OTDR为例，实测该脉宽区间得到近似于0.8TW的TS，则衰减盲区LP的表达式为：

在光速c=299 792 458 m/s时，G.652.D光纤1 550 nm处，对应的有效群折射率n=1.468；G.654.E光纤1 550 nm处，对应的有效群折射率n=1.463；G.655光纤1 550 nm处，对应的有效群折射率n=1.470；G.656光纤1 550 nm处，对应的有效群折射率n=1.469；G.657光纤1 550 nm处，对应的有效群折射率n=1.469。表1给出了常见光纤类型衰减盲区及脉冲宽度的对应数据，其中假纤长度需比衰减盲区更大。当脉冲宽度等于或低于100 ns时，假纤长度最短应为25 m。表2给出了脉冲宽度与假纤长度的对应数据。

表1 常见光纤类型衰减盲区与脉冲宽度

表2 脉冲宽度与假纤长度

3.2 降低盲区影响的措施

明确盲区大小影响因素后，即可围绕具体情况合理选择降低盲区影响的措施。

3.2.1 使用的仪表尽量选择高分辨率和长距离优化

高分辨率及长距离优化是OTDR的两大组成类型。前者拥有具备带接收特性的接收器，但代价是牺牲了动态范围；后者为减小噪声低电平增大了动态范围，但会限制接收器的带宽。具体选择时，应根据实际需要合理选择，而高分辨率优化的OTDR能在很大程度上减小盲区。

3.2.2 合理选择激光脉冲宽度

大部分OTDR具备用户可自主选择激光脉冲宽度的功能。在选择脉冲宽度后，它能够合理取舍盲区与动态范围[4]。一般情况下，短脉冲宽度的注入光平低，但盲区范围小。随着脉冲宽度的增加，动态测量范围越大，OTDR曲线波形中产生的衰减盲区范围越大。一般情况下，选择100 ns的脉冲宽度即可保障OTDR具有合适的动态测量范围和较小的盲区。若测试过程中遇到距离更长的光纤，可以选用500 ns甚至更长的脉冲宽度。

3.2.3 合理挑选衰减器

部分厂家会将可变光衰减器安置在仪表内部，用户通过运用衰减器控制光功率大小，能够减少并减轻反射光信号功率和接收器饱和程度，最终使盲区变小。

3.2.4 分别测试光纤两端

盲区基本位于反射事件后面距离一定的位置，不会对反射事件前面的光纤构成影响。因此，此时将测试地点确定为光纤的另一端，调换同一反射事件的前后位置，即可将盲区转移至另一侧。

4 结 论

OTDR测试光纤线路中，因为有菲涅尔反射存在于光纤线路中，特别是无法避免前段菲涅尔反射的缘故，所以难免会产生盲区。为减小盲区效应，需要结合被测光纤线路长度合理设置量程和选择测试光脉冲宽度。前者的实施中，要保证OTDR中显示70%的后向散射曲线。而光脉冲宽度的选择中，如果脉冲宽度偏大会出现极大的菲涅尔反射，从而再次扩大盲区效应。选择过窄的测试光脉冲，虽然盲区效应会减小，但是会减弱后向散射光及光功率形成起伏不平的后向散射曲线，最终引起测试误差。因此，必须结合实际需求合理选择测试光脉冲。