随着通信技术的不断发展,光学器件与系统内部集成的组件数量显著增加,系统结构日趋复杂。大量功能各异的光学组件不可避免地引入更高的插入损耗,从而在复杂光路中对各段待测光路长度的精确测量提出了巨大挑战。此外,通信波长的应用范围也逐渐扩大,除常规的1310nm波段和1550nm波段外,诸如850nm、980 nm、1064nm 等非常见波段的使用日益广泛。面对这些特殊波段产品以及高插入损耗的光路系统,如何利用常规通信波段的OFDR设备实现对其长度的精确测量,已成为一个亟待解决的关键问题。
OFDR技术测量长度原理
光频域反射技术原理是基于反射式的相干检测技术,其基本测试原理示意图如下所示:

光频域反射技术原理示意图
信号光自OFDR设备的输出端口发出,经待测光链路传输后,会实时产生后向反射光信号。该信号主要源于光纤中固有的瑞利散射效应——一种普遍存在且强度基本保持稳定的物理现象。此类后向散射光被设备接收并解调后,最终形成测试曲线。其基本原理与OTDR类似,均属反射式光强度检测技术;二者的主要区别在于信号调制与距离解调方式:OTDR采用脉冲光,通过时延信息解析距离,探测距离在数十公里级,空间分辨率在米级;而OFDR使用扫频光源,通过快速傅里叶变换将频率域信息映射为距离域结果,探测距离在百米级,空间分辨率在十微米级。
要对待测光链路进行精准长度测量,需要明确几点:
1.待测长度位置在设备测量范围内
2.待测长度位置需要有高于瑞利散射强度的反射光(反射峰)返回进设备
3.待测长度标定点位置前端部分的插入损耗不能太大
测试案例分享
前两点在上文原理部分已有详细解释,以下针对第3点结合测试案例进行详细说明:
测试样品为某客户的850nm波长三环偏振控制器,在不拆开的情况下需要精准测试整体光纤长度。
首先,使用我司1550nm波段的OCI设备,连接控制器输入端连接头,测试结果如下:
上图结果曲线显示:OFDR曲线噪声台阶衰落明显,光链路中存在大插入损耗,末端APC连接头反射信号太弱导致设备无法检测到(反射峰)。使用功率计对偏振控制器进行损耗测量:

功率计显示插入损耗大于50dB。
再使用我司1310nm波段的OCI设备,连接控制器输入端连接头,测试结果如下:
测试结果同1550nm波段设备,未出现末端连接头反射峰。仍然使用功率计进行1310nm波段损耗测量:

由上图测试结果可知:1310nm波段光经过850nm偏振控制器仍有较大损耗,但已不像1550nm波段那么大。
我们在偏振控制器末端再连接一个FC/APC转FC/UPC的跳线(UPC端面反射较高,根据菲涅尔垂直反射公式,UPC端面对空气的反射理论在-14.8db左右),使用1310nm波段的OCI设备,测试结果如下:

由上图测试结果可以明显看到UPC连接头端面的反射峰(黄色游标)。根据两个游标的距离差值计算得到光链路整体长度为3.0927米,单独再测量此跳线长度(1.07米),即可计算出偏振控制器的精确长度(2.0227米)。这种间接测量长度方法经常用于波段不匹配、链路损耗大等情况。
同样的测试方式,使用1550nm波段的OCI设备进行测量,结果如下:

从结果图上可以看到,因为1550nm波段光在850nm的样品中衰减过大,导致即使增加了待测点位置的反射强度,经过待测链路后仍然不足以被设备检测到,进而无法标定长度。
案例总结:
无论是波段不匹配还是光链路插入损耗过大,其核心原因仍然是光损耗。在测量此类样品时,可以增加待测点位置的反射强度(如加PC头、反射镜或镀增反膜等),也可减小样品损耗。总而言之,需要提高从待测点位置回来并进入设备内部的光信号强度,使之高于噪声水平,此时才能通过反射峰标定待测位置,并计算链路精确长度。
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