光纖鏈路長(zhǎng)度測(cè)試案例分析

如今，全球已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，包羅萬(wàn)象的信息網(wǎng)是由一個(gè)個(gè)光纖鏈路組合而成，光纖網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)5G的萬(wàn)物互聯(lián)奠定基礎(chǔ)。未來(lái)信息技術(shù)的前景依賴光網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，無(wú)論在數(shù)據(jù)中心、基站還是用戶現(xiàn)場(chǎng)，能夠迅速精準(zhǔn)識(shí)別和定位故障變得前所未有重要。

通過(guò)OFDR技術(shù)測(cè)試光纖鏈路可以輕松得到各個(gè)事件點(diǎn)的長(zhǎng)度、回?fù)p、插損信息，其定位精度高達(dá)10um，一次掃描即可將光路信息可視化，幫助科研人員設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證光路的可行性。

OFDR測(cè)試光路長(zhǎng)度

高分辨光學(xué)鏈路診斷儀（OCI）基于光頻域反射技術(shù)（OFDR）可輕松測(cè)量光路長(zhǎng)度，OFDR系統(tǒng)中由連續(xù)可調(diào)諧激光器作為光源，參考臂和待測(cè)鏈路組成干涉儀，當(dāng)激光器進(jìn)行線性掃描時(shí)，干涉儀兩臂會(huì)發(fā)生干涉而產(chǎn)生不同頻域干涉信息，對(duì)干涉信息進(jìn)行采集后，利用傅里葉變換得到反射事件點(diǎn)的時(shí)域信息，從而精準(zhǔn)定位到事件點(diǎn)的位置。

OCI測(cè)試光路長(zhǎng)度實(shí)際是通過(guò)計(jì)算被測(cè)光路的傳輸時(shí)延和光路折射率得到，光時(shí)域中兩個(gè)事件點(diǎn)的最小時(shí)延差為頻率掃描范圍Δv的倒數(shù)，即：

（1）由于OFDR為反射式測(cè)量信號(hào)，測(cè)量的時(shí)延為光兩次通過(guò)光路的時(shí)延，所以兩個(gè)事件點(diǎn)的最小距離（空間分辨率）為：

（2）其中，c為真空中的光速是固定值，n為光路中的折射率，因此最小的空間分辨率由光路中折射率和光源掃頻范圍決定。

長(zhǎng)度測(cè)試案例

01長(zhǎng)度測(cè)量重復(fù)性

使用OCI（1500）分別測(cè)量1m、3m和6m左右的光纖長(zhǎng)度，將OCI儀器的掃頻范圍調(diào)到最大，光纖的有效折射率為1.4682，光纖靜置在室溫中。表1為光纖長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果，每種長(zhǎng)度的光纖測(cè)試10次，每次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差都在10-5量級(jí)，表明OCI測(cè)試光纖長(zhǎng)度的重復(fù)性很好，高達(dá)99.99%。

表1. 光纖長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果

02溫度對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量影響

使用OCI測(cè)量光纖長(zhǎng)度，實(shí)際是測(cè)量光在光纖中走的光程，環(huán)境溫度的變化不僅會(huì)使光纖本身熱脹冷縮而導(dǎo)致光程變化，還會(huì)對(duì)光纖的有效折射率產(chǎn)生影響導(dǎo)致光程變化。

使用OCI儀器測(cè)試，高精度控溫光纖校準(zhǔn)儀中光纖長(zhǎng)度，其中光纖為丙烯酸酯涂層的G652D單模光纖，光纖長(zhǎng)度在32m左右，光纖盤(pán)放在精準(zhǔn)控溫臺(tái)上，儀器控溫精度為0.01℃。表2為在不同溫度下OCI測(cè)試光纖的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，溫度從20℃—40℃，每次增加5℃，每個(gè)溫度穩(wěn)定測(cè)試10次結(jié)果取平均，光纖溫度—長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)表如下：

表2. 光纖溫度—長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)表

圖1. 光纖溫度—長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)圖

從測(cè)試結(jié)果可以看出隨著溫度升高，待測(cè)光纖長(zhǎng)度呈線性增加，溫度和長(zhǎng)度的變化斜率為0.0002321m/℃，也就是每米光纖溫度升高1℃，測(cè)試光纖長(zhǎng)度增加7.265×10-6m。

03折射率對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量影響

由于OCI測(cè)試光路長(zhǎng)度，實(shí)際上是計(jì)算光通過(guò)返回光路時(shí)延和光路折射率得到的長(zhǎng)度，在測(cè)試復(fù)雜的光鏈路時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)鏈路中耦合了幾種折射率不同的光波導(dǎo)，這時(shí)使用OCI測(cè)試光路長(zhǎng)度就會(huì)受到不同折射率的影響。

OCI儀器默認(rèn)折射率為單模光纖折射率，遇到一個(gè)鏈路中耦合了折射率不一樣的光波導(dǎo)時(shí)，可以使用OCI測(cè)量不同折射率波導(dǎo)的時(shí)延，通過(guò)公式（2）將時(shí)延換算成該光波導(dǎo)的長(zhǎng)度。

圖2. 測(cè)試示意圖

測(cè)試如圖2所示的光路長(zhǎng)度，其中平面波導(dǎo)延長(zhǎng)線為硅基波導(dǎo)，折射率為3.48，其他的光路為單模光纖，折射率為1.4682，使用OCI測(cè)試整個(gè)光路時(shí)延，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3. 測(cè)試結(jié)果圖 從圖3中可以看出，從設(shè)備DUT口到平面波導(dǎo)延長(zhǎng)線耦合點(diǎn)的時(shí)延為31.99662ns，平面波導(dǎo)延長(zhǎng)線內(nèi)部時(shí)延為30.10019ns，從平面波導(dǎo)延長(zhǎng)線耦合點(diǎn)到斷點(diǎn)的時(shí)延為6.78143ns，將不同折射率帶入公式（2）計(jì)算可得，平面波導(dǎo)延長(zhǎng)線光路長(zhǎng)1.29654m，總的光路長(zhǎng)5.25563m。

結(jié)論

使用OCI能精準(zhǔn)測(cè)試出光纖的長(zhǎng)度，在溫度穩(wěn)定和光纖有效折射率已知的情況下，OCI測(cè)量長(zhǎng)度重復(fù)精度高達(dá)99.99％。精準(zhǔn)測(cè)量光路長(zhǎng)度時(shí)還要考慮到光路溫度的變化，當(dāng)溫度升高時(shí)光纖長(zhǎng)度會(huì)呈線性增加，每米光纖溫度增加1℃，長(zhǎng)度會(huì)相應(yīng)增加7.265×10-6m。光路中有不同折射率的光波導(dǎo)時(shí)，可以測(cè)量光路時(shí)延和折射率來(lái)計(jì)算出光路實(shí)際長(zhǎng)度。

審核編輯：湯梓紅