如何使用光频域反射技术测量不同种类光纤连接损耗

OFDR插损测量原理

光频域反射技术（OFDR）可通过背向散射法测量整段光纤的回损曲线，利用回损和插损之间的关系可以得到整条曲线各个点的损耗。

图1.背向散射法测量原理

如图1所示，假定DUT前后测量位置为1、2，其对应的光功率分别为P₁、P₂，对应的散射系数分别为α₁、α₂，则其对应的反射光功率分别为：Pr₁=P₁×α₁、Pr₂=P₂×α₂。

①DUT的插损为：IL=-10lg (P₂/P₁)

②1、2处的回损分别为：RL₁=-10lg(Pr₁/P0)、RL₂=-10lg(Pr₂/P0)。

当1、2处光纤的散射系数相同时，可推导出IL=(RL₁-RL₂)/2背向散射法是反射式测量，光信号往返两次经过DUT，因此需除以2。

光纤连接损耗出现负值现象
光纤连接处只能引起损耗而不能引起“增益”，OFDR是通过对比连接处前后位置的回损强度来对连接处的损耗进行计算，当连接处前面光纤的回损强度大于后面光纤的回损强度时，会引起连接处插损出现负值的现象，从而引起所谓的“伪增益”。
如图2所示，两种不同的光纤熔接后，正向测试为-0.2dB的损耗（0.2dB的增益），反向测为0.4dB的损耗，实际上连接处始终会存在损耗，不可能出现增益情况。

图2.两种不同光纤的熔接损耗图

导致“伪增益”的主要原因是由于连接处前后两种光纤的瑞利散射系数、模场直径和折射率等有差异，此种情况经常出现在不同型号的两种光纤熔接在一起时。这种“伪增益”会导致使用OFDR测得的损耗不准确，为了准确测量连接处的损耗，我们做了以下测试。

测试验证
将单模光纤、保偏光纤、直径125μm和80μm的聚酰亚胺光纤、特种光纤等五种光纤两两熔接在一起，如图3所示，A、B为五种光纤中的任意两种，使用双向平均法测试连接点损耗。

图3.光纤连接示意图

假设x表示瑞利散射强度差，y表示连接损耗。

▪ 当正向测量时，熔接点处的插损为a，则x+y=a（公式1）；

▪当反向测量时，熔接点处的插损为b，公式变为-x+y=b（公式2）。
通过公式1、2的加减，可以测出两种损耗的真实大小。
图4、5为单模光纤与特种光纤连接时正向和反向测量得到的结果示意图。

图4.正向测量

图5.反向测量

5种光纤两两连接进行测量，每组测量5组数据，取其平均值，用上述公式进行计算，得到测量结果如下表1、2所示。

同时，我们使用功率计测量两两光纤熔接时的真实损耗。首先将功率计直接连接设备出光口，测得出光口光功率为1.636mW，然后按图6进行连接，这里例举单模光纤和特种光纤。功率计测得光功率为1.012mW，通过公式10lg（Pout/Pin）计算出损耗为-2.086dB，由于链路中有两个连接点，则一个连接点的损耗为-1.043dB，与表1中单模光纤和特种光纤连接损耗仅差0.106dB。

图6.功率计测试连接点损耗示意图

结论
由此得出，使用OFDR测量不同种类光纤连接损耗有两种方法：
1.使用双向平均法测量不同种类光纤的连接损耗，将两次测量结果取平均后就是熔接处真实损耗；
2.通过提前测量不同种类光纤之间的瑞利散射强度差，然后用背向散射法测得的损耗减去（或加上）瑞利散射强度差，即可得到真实连接损耗。