光通信中關(guān)于光纖鏈路的診斷和分析

01

測試原理

光在光纖中傳輸時，絕大部分光為前向傳輸，即通常所說的透射光。但由于光纖存在結(jié)構(gòu)不均勻，材料密度變化，雜質(zhì)或者離子摻雜等固有因素，光粒子與光纖介質(zhì)（主要成分是二氧化硅）相互作用后，因?yàn)檫@些缺陷，必然存在部分與入射光方向完全相反的光粒子，形成了后向傳輸光，即通常所說的反射光，并且此部分光不可完全消除。標(biāo)準(zhǔn)良好的單模光纖中，瑞利散射是這些后向傳輸光最主要的形成原因，（原理上，瑞利散射后的光粒子方向是隨機(jī)的，這里因?yàn)槲覀冎饕?a target="_blank">檢測后向反射光，所以只討論反射光強(qiáng)度）。

在光通信領(lǐng)域，通常引入回?fù)p概念RL（return loss）來表征反射光的大小，即反射光功率與入射光功率的比值：

（某些使用場合，為了方便計(jì)算或溝通，不帶負(fù)號，直接取絕對值）實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)場合均希望光全部單向前傳，即P反射盡量小，相應(yīng)的，回?fù)p就越小越好。所以回?fù)p的大小是判斷光纖或光鏈路質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。 而OLI的主要功能是分布式測量某一段光鏈路長度范圍內(nèi)，后向反射光的強(qiáng)度（回?fù)p），通過實(shí)際測量得到的反射光強(qiáng)（回?fù)p），與光鏈路在正常標(biāo)準(zhǔn)情況下的反射光強(qiáng)對比（回?fù)p），進(jìn)而判斷此長度范圍內(nèi)光鏈路是否異常。

從OLI的測試界面上可以看到，橫坐標(biāo)為距離，單位mm，縱坐標(biāo)為實(shí)際回?fù)p，單位dB。它的優(yōu)勢在于：某一段連續(xù)長度范圍內(nèi)，實(shí)時顯示回?fù)p大小，距離分辨精度可達(dá)百um級別，回?fù)p測量靈敏度可達(dá)-100dB。其不僅能夠通過回?fù)p大小判斷鏈路質(zhì)量好壞，還能精準(zhǔn)找到具體的回?fù)p異常位置。特別適合小體積，短距離，模塊化等精度要求高的場合檢測或分析。

02

測試案例

01

PC連接頭和APC連接頭正常與失效對比

按照如下圖中接線方式，測量正常APC頭和失效APC頭的結(jié)果對比：

正常品?

失效品

按照如下圖中接線方式，測量正常PC頭和失效PC頭的結(jié)果對比：

正常品

失效品

根據(jù)菲涅爾反射公式， 空氣折射率取1，光纖折射率近似取1.5，計(jì)算出來反射率R約等于4%，轉(zhuǎn)換成對數(shù)坐標(biāo)即-14dB左右。此即通常把PC末端（平面）回?fù)p標(biāo)準(zhǔn)定義在-14.8dB的原因。而APC連接頭是為了減少平面接頭的反射，把平端面研磨成斜8度，在光通信領(lǐng)域，其正常標(biāo)準(zhǔn)小于-50dB（也有要求-55dB的）。另外，由圖上測量結(jié)果可以看出，APC連接頭對接完好后，其回?fù)p相對于裸露空氣中時，會大幅減?。≒C頭同理，但效果不如APC），有助于光鏈路傳輸。 ?

02

光纖彎曲造成回?fù)p變大

按照如下圖中接線方式，測量不同彎曲直徑下的回?fù)p結(jié)果對比：

彎曲直徑15cm

彎曲直徑5cm

由以上結(jié)果對比看出，在某一彎曲范圍內(nèi)，隨著彎曲直徑變小，光纖中的回?fù)p是變大的。需要說明的是，當(dāng)彎曲直徑太大時，引起的回?fù)p變化不足以達(dá)到設(shè)備的最低探測靈敏度（-100dB），此時設(shè)備探測不到變化（觀察不到峰，全是基底噪聲）。此種情況間接說明了設(shè)備的靈敏度暫時探測不到光纖中固有的瑞利散射。

03

折射率不同的芯片波導(dǎo)造成回?fù)p變化

按照如下圖中接線方式，測量不同芯片波導(dǎo)的回?fù)p結(jié)果對比：?

材質(zhì)均勻的波導(dǎo)芯片

存在高反射點(diǎn)的波導(dǎo)芯片

波導(dǎo)芯片的情況較為復(fù)雜，測量得到的回?fù)p-距離分布曲線與不同廠家的芯片工藝相關(guān)。芯片等效的光鏈路長度、折射率分布、不同材料摻雜甚至不同形狀等情況，均會影響到光在其中傳輸時，鏈路的回波信號強(qiáng)度分布。需要根據(jù)不同的芯片情況針對性分析。

編輯：黃飛

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