隨著光纖電纜在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來(lái)越大，這就使得光纖線路的正常運(yùn)行和日常安全及維護(hù)，越來(lái)越重要。在光纖線路運(yùn)行過程中，光纖故障的發(fā)生是不可避免的，給各企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和造成不良的社會(huì)影響。實(shí)際工作中，如何有效地對(duì)光纖線路故障進(jìn)行預(yù)防和檢測(cè)，快速準(zhǔn)確地對(duì)光纖線路故障進(jìn)行判斷定位，減少維修成本，就成為一個(gè)需要研究和解決的重要課題。

工作中，有多種測(cè)試判斷故障的方法，在此結(jié)合自己在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，通過了解光纖出現(xiàn)各種故障產(chǎn)生不同的光纖損耗的因素和OTDR測(cè)試曲線的基本原理，和大家共同學(xué)習(xí)和熟悉OTDR測(cè)試曲線，掌握相關(guān)信息，快速準(zhǔn)確地測(cè)試出光纖的故障。

1.光纖損耗的主要因素

造成光纖損耗的主要因素有：光纖的吸收損耗、光纖的散射損耗、接續(xù)損耗、光纖彎曲產(chǎn)生的損耗和敷設(shè)損耗。

1.1 光纖的吸收損耗

這是由于光纖材料和雜質(zhì)對(duì)光能的吸收而引起的，它們把光能以勢(shì)能的形式消耗于光纖中，是光纖損耗中重要的因素。

1.1.1 材料固有的吸收損耗

這是由于物質(zhì)固有的吸收引起的損耗。它有兩個(gè)頻帶，一個(gè)在近紅外的8～12um區(qū)域里，這個(gè)波段的本征吸收是由于振動(dòng)；另一個(gè)物質(zhì)固有吸收帶在紫外波段，吸收很強(qiáng)時(shí)，它的尾巴會(huì)拖到0.7～1.1um波段里去。

1.1.2 材料中的雜質(zhì)吸收損耗

光纖材料中含有躍遷金屬如鐵、銅、鉻等，如金屬離子Fe3+，Cu2+，V3+，Cr3+，Mn3+，Ni3+的吸收，躍遷金屬離子吸收引起的光纖損耗取決于它們的濃度。另外，氫氧根OH離子的存在也產(chǎn)生吸收損耗，氫氧根OH離子的基本吸收極蜂在2.7um附近，吸收帶在0.5～1.0um范圍。

1.2 光纖的散射損耗

光纖內(nèi)部的散射，會(huì)減小傳輸?shù)墓β?，產(chǎn)生損耗。光纖的散射損耗包括以下幾種：

1.2.1 材料固有散射

主要有瑞利（Rayleigh）散射、布里淵散射和拉曼散射。散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纖材料內(nèi)部的密度和成份變化而引起的。光纖材料在加熱過程中，由于熱影響，使原子得到的壓縮性不均勻，使物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻。這種不均勻在冷卻過程中被固定下來(lái)，它的尺寸比光波波長(zhǎng)要小。光在傳輸時(shí)遇到這些比光波波長(zhǎng)小、帶有隨機(jī)起伏的不均勻物質(zhì)時(shí)，改變了傳輸方向，產(chǎn)生散射而引起損耗。光時(shí)域反射儀（OTDR）就利用了瑞利散射進(jìn)行光纖損耗測(cè)試。布里淵散射和拉曼散射是典型的非線性散射。

1.2.2 結(jié)構(gòu)缺陷散射

任何光纖的制造不可能十分完善，無(wú)論其材料本身的性質(zhì)，還是其外觀尺寸、形狀等都會(huì)存在不完善的現(xiàn)象，如纖芯包層界面不光滑平整、纖芯直徑變化、氣泡、雜質(zhì)、結(jié)晶、紋路、折射率分布的波動(dòng)和微彎曲。這種類型的損耗一般是與模式功率成線性關(guān)系，所以稱為線性散射損耗。

1.3 光纖的接續(xù)損耗

影響光纖熔接損耗的因素很多，主要有以下幾種：

（1）本征因素：光纖的本征損耗是光纖材料所固有的一種損耗，這種損耗是無(wú)法避免的。主要是由光纖模塊直徑不一致、2根光纖芯徑失配、纖芯截面不圓和纖芯與包層同心度不佳等原因造成的損耗。

（2）非本征因素：非本征因素是光纖接續(xù)技術(shù)造成的光纖接續(xù)損耗，主要有：軸心錯(cuò)位；軸心傾斜；端面分離如果活動(dòng)連接器的連接不好，很容易產(chǎn)生端面分離，造成連接損耗較大；端面質(zhì)量光纖端面的平整度差時(shí)也會(huì)產(chǎn)生損耗，甚至氣泡等。

（3）其他因素：接續(xù)人員操作水平、操作步驟、盤纖工藝水平、熔接機(jī)中電極清潔程度、熔接機(jī)參數(shù)設(shè)置、工作環(huán)境清潔程度等均會(huì)影響熔接損耗值。

1.4 光纖的彎曲損耗和輻射損耗

光纖是柔軟的，可以彎曲，可是彎曲到一定程度后，光纖雖然可以導(dǎo)光，但會(huì)使光的傳輸途徑改變，由傳輸模轉(zhuǎn)換為輻射模，使一部分光能滲透到包層中或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉，從而產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑大于5～10cm時(shí)，曲彎曲造成的損耗可以忽略。光纖軸向產(chǎn)生的彎曲與光傳輸波長(zhǎng)相當(dāng)為微彎曲，光纖軸向產(chǎn)生的彎曲遠(yuǎn)大于光傳輸波長(zhǎng)為宏彎曲。

2.OTDR測(cè)試的基本原理

OTDR的英文全程是Optical Time Domain Reflectometer，中文為“光時(shí)域反射儀”，它是光纜工程施工和光纜線路維護(hù)工作中最重要也是使用率最高的測(cè)試儀表，它能將光纖鏈路的完好情況和故障狀態(tài)，以曲線的形式清晰地顯示出來(lái)，根據(jù)曲線上所反映的事件情況，能確定故障點(diǎn)的位置并判斷障礙的性質(zhì)及類別。OTDR是利用光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，OTDR的工作原理與雷達(dá)的工作原理相似：將一束激光以合適的角度射入被測(cè)光纖，要求該激光能夠正常地往前傳播。由于光纖絕非純凈的石英晶體，激光束向前傳播過程中會(huì)發(fā)生一定得散射；在遇到接頭等事件的時(shí)候由于介質(zhì)折射率的變化，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)功率強(qiáng)大的反射。OTDR都依賴兩種光學(xué)現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行測(cè)量：瑞利散射和菲涅爾反射。它們之間的主要區(qū)別表現(xiàn)在：瑞利散射是由于光纖材質(zhì)本身存在的屬性決定的，而菲涅爾反射則是與每一條光纖的實(shí)際運(yùn)行情況、狀態(tài)有關(guān)，它反映的是光纖上的“點(diǎn)”事件。

2.1 瑞利（Rayleigh）散射

當(dāng)光纖信號(hào)在光纖線路中向前傳播過程中，由于一些光子被光纖材質(zhì)中存在的雜質(zhì)反射的現(xiàn)象就是著名瑞利散射。瑞利散射是光纖所固有的性質(zhì)，由于光纖中雜質(zhì)分布的均勻、并且無(wú)處不在，因此可由瑞利散射信號(hào)獲得光纖上各處的運(yùn)行信息。由于雜技的均勻化，因此OTDR由激光整發(fā)射端接收的瑞利散射信號(hào)就可以表征光纖信息，再者由于光信號(hào)在光纖中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生耗損，因此OTDR設(shè)備產(chǎn)生的瑞利散射信號(hào)是一條緩慢向下衰減的曲線。

2.2 菲涅爾（Fresnel）反射

光信號(hào)傳播時(shí)，當(dāng)光波遇到光纖中的缺陷或斷開面時(shí)，由于光纖折射率發(fā)生突變，這種情況就會(huì)造成菲涅爾反射，就是光波從一種介質(zhì)發(fā)送到另一種介質(zhì)時(shí)被原介質(zhì)反射的現(xiàn)象。菲涅爾反射的強(qiáng)度與該點(diǎn)處的光波信號(hào)的光功率有正比關(guān)系，菲涅爾反射表征的是光纜中“點(diǎn)事件”，與瑞利散射不同，它不是光纖本身固有的特性，當(dāng)光纖在光纜中傳播，出現(xiàn)兩種介質(zhì)折射率不同時(shí)就會(huì)發(fā)生菲涅爾反射。菲涅爾反射是由整條光纖中的個(gè)別點(diǎn)引起的，在這些點(diǎn)可能出現(xiàn)在任意接縫點(diǎn)、沒有確定終止的光纖尾端、有嚴(yán)重幾何扭曲的地方、光纖破裂或斷開處，在這地方由于折射率的改變導(dǎo)致的反向散射系數(shù)的改變會(huì)致使強(qiáng)烈的背向散射光發(fā)生，這些光信號(hào)被OTDR捕獲，OTDR就是利用這些強(qiáng)的反射散射確定故障點(diǎn)、光纖斷點(diǎn)等信息。

2.3 OTDR工作原理

OTDR工作原理與雷達(dá)類似：OTDR將測(cè)試所用的激光脈沖以合適的角度注入到被測(cè)光纖中，然后OTDR在脈沖發(fā)射端捕捉脈沖的背向散射信號(hào)。脈沖在光纖中傳播時(shí)，由于光纖自己固有性質(zhì)，或當(dāng)遇到光纖連接器、熔接點(diǎn)、過度彎曲或者其他事件點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生反射和散射，這些信息都將被OTDR捕獲，成為分析光纜信息的重要數(shù)據(jù)。

3.OTDR測(cè)試曲線分析

3.1 常見OTDR測(cè)試曲線分析

判斷曲線是否正常的方法：曲線主體斜率基本一致，且斜率較小，說(shuō)明線路衰減常數(shù)較??；無(wú)明顯“臺(tái)階”，說(shuō)明線路接頭質(zhì)量較好，一般指標(biāo)要求：接頭損耗（雙向平均值）≤0.1dB/個(gè)；尾部反射峰較高，說(shuō)明遠(yuǎn)端成端質(zhì)量較好。

如測(cè)試曲線有大臺(tái)階，若此處是接頭處，則說(shuō)明此接頭接續(xù)不合格或者該根光纖在融纖盤中彎曲半徑太小或受到擠壓；若此處不是接頭處，則說(shuō)明此處光纜受到擠壓或打急彎。如圖有多個(gè)衰減事件，說(shuō)明有多處衰耗地點(diǎn)，影響光纖傳輸質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行整治。

如測(cè)試曲線有段斜率較大，此段曲線斜率明顯較大，說(shuō)明此段光纖質(zhì)量不好，衰耗較大。

如測(cè)試曲線遠(yuǎn)端沒有反射峰，曲線尾部沒有反射峰，可能有多種情況造成：（1）光纜斷裂，由于斷裂處斷面不平整，沒有很強(qiáng)的菲涅爾反射。（2）光纜中間沒有斷裂，正常，則可能是纜遠(yuǎn)端成端質(zhì)量、纖芯故障，光纜遠(yuǎn)端尾纖故障，光纜遠(yuǎn)端法蘭盤故障。

如測(cè)試曲線有跳接，曲線中間有反射峰，說(shuō)明光纜到此位置經(jīng)過一次法蘭盤對(duì)接，有一次強(qiáng)烈的菲涅爾反射，形成了一個(gè)反射峰。每一次跳纖，在曲線上都會(huì)形成一個(gè)反射峰。但如果光纜此處實(shí)際上沒有進(jìn)行跳接，則可能是這點(diǎn)光纖存在光纖微裂缺陷。

如測(cè)試曲線有幻峰，曲線有幻峰，其實(shí)這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二次反射事件，就是光信號(hào)到達(dá)光纜遠(yuǎn)端后有反射回始端后發(fā)生二次反射遠(yuǎn)端，又反射回OTDR而形成的反射峰。幻峰的識(shí)別：曲線上幻峰處不會(huì)引起明顯損耗，沿曲線鬼影與始端的距離是強(qiáng)反射事件與始端距離的倍數(shù)，成對(duì)稱狀。

如測(cè)試曲線有正增益，在OTDR曲線上可能會(huì)產(chǎn)生正增益現(xiàn)象，正增益是由于在熔接點(diǎn)之后的光纖比熔接點(diǎn)之前的光纖產(chǎn)生更多的后向散光而形成的。事實(shí)上，光纖在這一熔接點(diǎn)上是有熔接損耗的，常出現(xiàn)在不同模場(chǎng)直徑或不同后向散射系數(shù)的光纖的熔接過程中，因此，需要在兩個(gè)方向測(cè)量并對(duì)結(jié)果取平均作為該熔接損耗。一般正向測(cè)試出現(xiàn)正增益，反向測(cè)試時(shí)必然是損耗，所以在這些點(diǎn)必定是損耗點(diǎn)。

3.2 OTDR的常用參數(shù)設(shè)置和如何精確定位

線路故障判斷和纖芯損耗測(cè)試中，正確設(shè)置OTDR的參數(shù)才能快速有效的判斷出故障點(diǎn)的位置和纖芯損耗值。經(jīng)常使用的G.652單模光纖OTDR參數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)歸納如下：

波長(zhǎng)選擇：1310nm和1550nm，我們目前所用光纖的波長(zhǎng)為1310nm，故測(cè)量時(shí)須一般設(shè)為該值。但是1550波長(zhǎng)單位長(zhǎng)度衰減小，1550波長(zhǎng)測(cè)試距離更遠(yuǎn)，1550nm比1310nm光纖對(duì)彎曲更敏感。

我們要注意光纖的彎曲半徑，1550nm波長(zhǎng)窗口對(duì)光纖的微彎半徑要高于1310nm波長(zhǎng)窗口，這些損耗一般都存在于光纜接頭盒內(nèi)的纖芯盤繞。所以，在日常的光纖測(cè)試中，只進(jìn)行1550nm波長(zhǎng)窗口的測(cè)試就可以判斷光纖接頭點(diǎn)是否合格。

模式選擇：該項(xiàng)若設(shè)為自動(dòng)，則脈沖、范圍、分辨率三項(xiàng)不可設(shè)置，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)配置數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。但為了測(cè)量更加準(zhǔn)確，應(yīng)設(shè)有手動(dòng)。

脈沖選擇：脈沖設(shè)得越窄，盲區(qū)越小，但探測(cè)距離短；脈沖設(shè)的越寬，盲區(qū)越大，但探測(cè)距離長(zhǎng)。在相同的脈沖幅度下，脈沖寬度越大，脈沖的能量也越大，從而可以對(duì)較大的光纖量程進(jìn)行測(cè)量，較大的脈沖寬度將加大測(cè)量的盲區(qū)。

范圍選擇：OTDR測(cè)量范圍是指OTDR獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離，此參數(shù)的選擇決定了取樣分辨率的大小，最佳測(cè)量范圍為待測(cè)光纖長(zhǎng)度1.5倍左右。

光纖參數(shù)選擇：光纖參數(shù)的設(shè)置包括折射率n和后向散射系數(shù)n和后向散射系數(shù)η的設(shè)置，折射率參數(shù)與距離測(cè)量有關(guān)，后向散射系數(shù)則影響反射與回波損耗的測(cè)量結(jié)果。這兩個(gè)參數(shù)通常由光纖生產(chǎn)廠家給出，典型值1310nm窗口1.4675，1550nm窗口1.4681。

探測(cè)時(shí)間選擇：由于后向散射光信號(hào)極其微弱，一般采用統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)提高信噪比，平均時(shí)間越長(zhǎng)，信噪比越高。

我們要準(zhǔn)確應(yīng)用OTDR來(lái)測(cè)試光線曲線，需要按照我們上述幾項(xiàng)進(jìn)行正確設(shè)置，并選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試范圍檔，應(yīng)用好儀表的放大功能，可得到分辨率小于1米的比較準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。但我們同時(shí)需要準(zhǔn)確、完整的光纜線路資料，它們是障礙測(cè)量、定位的基本依據(jù)。所以，必須建立起真實(shí)、可信、完整的線路資料，只有這樣我們才可以當(dāng)光纖有多次跳接時(shí)準(zhǔn)切判斷出故障段落，避免幻峰引起的誤判。

這里我們從光纖損耗因素、OTDR測(cè)試原理和測(cè)試曲線分析進(jìn)行了講述，還需要開展自動(dòng)光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用和實(shí)踐。更好的掌握光纖測(cè)試技能，為保障光纜線路暢通，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。