測試案例分享——OFDR測試大插損器件長度的方法與技巧

  ICC訊 隨著通信技術的不斷發(fā)展，光學器件與系統(tǒng)內部集成的組件數(shù)量顯著增加，系統(tǒng)結構日趨復雜。大量功能各異的光學組件不可避免地引入更高的插入損耗，從而在復雜光路中對各段待測光路長度的精確測量提出了巨大挑戰(zhàn)。此外，通信波長的應用范圍也逐漸擴大，除常規(guī)的1310nm波段和1550nm波段外，諸如850nm、980 nm、1064nm 等非常見波段的使用日益廣泛。面對這些特殊波段產品以及高插入損耗的光路系統(tǒng)，如何利用常規(guī)通信波段的OFDR設備實現(xiàn)對其長度的精確測量，已成為一個亟待解決的關鍵問題。

  OFDR技術測量長度原理

  光頻域反射技術原理是基于反射式的相干檢測技術，其基本測試原理示意圖如下所示：

光頻域反射技術原理示意圖

  信號光自OFDR設備的輸出端口發(fā)出，經(jīng)待測光鏈路傳輸后，會實時產生后向反射光信號。該信號主要源于光纖中固有的瑞利散射效應——一種普遍存在且強度基本保持穩(wěn)定的物理現(xiàn)象。此類后向散射光被設備接收并解調后，最終形成測試曲線。其基本原理與OTDR類似，均屬反射式光強度檢測技術；二者的主要區(qū)別在于信號調制與距離解調方式：OTDR采用脈沖光，通過時延信息解析距離，探測距離在數(shù)十公里級，空間分辨率在米級；而OFDR使用掃頻光源，通過快速傅里葉變換將頻率域信息映射為距離域結果，探測距離在百米級，空間分辨率在十微米級。

要對待測光鏈路進行精準長度測量，需要明確幾點：

  1.待測長度位置在設備測量范圍內

  2.待測長度位置需要有高于瑞利散射強度的反射光（反射峰）返回進設備

  3.待測長度標定點位置前端部分的插入損耗不能太大

  測試案例分享

  前兩點在上文原理部分已有詳細解釋，以下針對第3點結合測試案例進行詳細說明：

  測試樣品為某客戶的850nm波長三環(huán)偏振控制器，在不拆開的情況下需要精準測試整體光纖長度。

  首先，使用我司1550nm波段的OCI設備，連接控制器輸入端連接頭，測試結果如下：

  上圖結果曲線顯示：OFDR曲線噪聲臺階衰落明顯，光鏈路中存在大插入損耗，末端APC連接頭反射信號太弱導致設備無法檢測到（反射峰）。使用功率計對偏振控制器進行損耗測量：

  功率計顯示插入損耗大于50dB。

  再使用我司1310nm波段的OCI設備，連接控制器輸入端連接頭，測試結果如下：

  測試結果同1550nm波段設備，未出現(xiàn)末端連接頭反射峰。仍然使用功率計進行1310nm波段損耗測量：

  由上圖測試結果可知：1310nm波段光經(jīng)過850nm偏振控制器仍有較大損耗，但已不像1550nm波段那么大。

  我們在偏振控制器末端再連接一個FC/APC轉FC/UPC的跳線（UPC端面反射較高，根據(jù)菲涅爾垂直反射公式，UPC端面對空氣的反射理論在-14.8db左右），使用1310nm波段的OCI設備，測試結果如下：

  由上圖測試結果可以明顯看到UPC連接頭端面的反射峰（黃色游標）。根據(jù)兩個游標的距離差值計算得到光鏈路整體長度為3.0927米，單獨再測量此跳線長度（1.07米），即可計算出偏振控制器的精確長度（2.0227米）。這種間接測量長度方法經(jīng)常用于波段不匹配、鏈路損耗大等情況。

  同樣的測試方式，使用1550nm波段的OCI設備進行測量，結果如下：

  從結果圖上可以看到，因為1550nm波段光在850nm的樣品中衰減過大，導致即使增加了待測點位置的反射強度，經(jīng)過待測鏈路后仍然不足以被設備檢測到，進而無法標定長度。

  案例總結：

  無論是波段不匹配還是光鏈路插入損耗過大，其核心原因仍然是光損耗。在測量此類樣品時，可以增加待測點位置的反射強度（如加PC頭、反射鏡或鍍增反膜等），也可減小樣品損耗。總而言之，需要提高從待測點位置回來并進入設備內部的光信號強度，使之高于噪聲水平，此時才能通過反射峰標定待測位置，并計算鏈路精確長度。