光回波損耗測試原理及誤差分析

1、光回波損耗測試原理及誤差分析引言:隨著光纖通信的發(fā)展，高速光纖傳輸系統(tǒng)的廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用（如SDH、大功率CATV 等），必須具有很高的回波損耗，DFB激光器由于其線寬窄，輸出特性很容易受回波損耗的影 響。從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，即使是普通的激光器，也會(huì)不同程度地受回波損耗的影響，因此， 系統(tǒng)中各種光纖器件的回波損耗的測試變得越來越重要。關(guān)鍵詞：回波損耗菲涅爾反射瑞利散射偏振敏感性匹配負(fù)載1 .回波損耗測試基本原理當(dāng)光傳輸在某一光器件中時(shí)，總有部分光被反射回來，光器件中回波主要由菲涅爾反射（由 于折射率變化引起）、后向瑞利散射（雜質(zhì)微粒引起）以及方向性等因素產(chǎn)生的，則該器件的回 波損耗RL為：R

2、L（dB） = 10lg（反射光功率/入射光功率）.（1）回波損耗的測試方法有基于OTDR（OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer， 中文意思為光時(shí)域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時(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，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中， 可進(jìn)行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。）和光功率計(jì)測試兩 種,OTDR測試方法速度快、顯示直觀可獲得反射點(diǎn)的空間分布，且不需要末端匹配（短光纖仍 需匹配），但成本高，重要的是某些場合不能使用（例如：光探測器的回波損耗測試等），如

3、美 國RIFOCS688及日本NTT-AT的AR-301型回波損耗測試儀。光功率計(jì)法主要將被測器件反 射回來的光分離出來引導(dǎo)至光功率計(jì)，簡單實(shí)用，應(yīng)用范圍廣，使用時(shí)須進(jìn)行末端匹配。本文主要介紹光功率計(jì)法測試的原理。光功率計(jì)法回波損耗測試基本原理框圖如下：圖1光功率計(jì)法基本原理框圖激光經(jīng)光模塊注入到被測器件，反射光再經(jīng)光模塊引導(dǎo)至光功率計(jì),測試方法分為4步：測試端連接校準(zhǔn)件測出反射功率值Pref，若光源輸出功率為PL，光模塊衰減系數(shù)為k,校準(zhǔn)件反射率為Rref，則：Prel = PLkRref +Pp其中，Pp為附加反射功率（指光模塊內(nèi)部及測試端連接器的反射等）測出附加反射功率Pp：將測試端進(jìn)行

4、匹配，使得測試端反射功率為0，即可測出附加反射功率Pp。測試端連接被測器件，測出反射值PmeasPmeas =（ PLXk） R 被測+ Pp.R被測為被測器件反射率。d .計(jì)算出回波損耗RL（dB）根據(jù)（1）、（2）、（3 ）計(jì)算出被測器件的回波損耗值RL,單位dB。RL=-10 x|Og氣教Pp）XR/ %一Pp）（4）2.影響準(zhǔn)確度因素分析：2.1校準(zhǔn)件準(zhǔn)確度的影響：理想的光纖端面是一種較好的校準(zhǔn)件，使用研磨良好的FC/UPC跳線端面作為校準(zhǔn)件非常普遍， 不確定度一般在0.2dB以內(nèi)。另一種理想的校準(zhǔn)件是光纖鍍金端面，（如美國HP公司的HP81000BR）反射率可達(dá)96%（回波損耗為0.

5、18dB）,其不確定度為0.1dB。2.2光模塊偏敏感性影響由于光纖的移動(dòng)及機(jī)械拉伸等均會(huì)改變單模光纖中的偏振狀態(tài)，偏振狀態(tài)的改變又將造成輸出光 的不穩(wěn)定，從而影響測試準(zhǔn)確度，光模塊的偏振敏感度可小于1%，引入誤差為0.04dB。2.3光源穩(wěn)定度影響：光源的穩(wěn)定度將直接影響回波損耗的測試準(zhǔn)確度，特別是當(dāng)使用鍍金連接器及光纖端面等校準(zhǔn)件 時(shí)，較強(qiáng)的反射功率會(huì)對(duì)激光器造成很大的影響，可以加隔器/衰減器來消除這種影響，即使全 反射時(shí)，返回光源的光也將衰減30dB左右，其影響即可忽略。G&H3000A中的高穩(wěn)定度光源， 穩(wěn)定度可達(dá)到土 0.05dB/8h。2.4線性誤差：光功率測量的線性誤差主要來源于

6、量程切換時(shí)引起的換擋誤差，因此需要對(duì)跨陰抗電阻進(jìn)行嚴(yán)格 挑選，光功率計(jì)的線性一般在1%，引入誤差為0.04dB。2.5動(dòng)態(tài)范圍光源和功率計(jì)必須提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍以保證信噪比，采用我公司光源和高靈敏度光功率計(jì)技 術(shù)，去掉光路衰減，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)近80dB，由于光路本身的噪聲（光器件的附加反射）的影響， 真正回波損耗測試可達(dá)70dB左右。2.6干涉影響：當(dāng)激光光源的相干長度大于兩倍的光模塊到被測端的距離時(shí)，將會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，從被測端返射 回來的光與從光源直接過來的光由于具有恒定的相位差而會(huì)在光功率探測端產(chǎn)生干涉，當(dāng)振幅相 同，偏振方向一致時(shí)，干涉現(xiàn)象最明顯。主要解決方法是增加光器件隔離度或增加光模塊

7、到被測端距離以使光程差超過光源的相干 長度，但需注意的是：9m長光纖將產(chǎn)生60dB的附加回波損耗（因后向散射）,系統(tǒng)中我們選用光 源的相干長度校小，此項(xiàng)影響可忽略。我們采用1m長的跳線進(jìn)行測試。2.7附加反射影響由于光模塊中存在不希望存在的反射等，降低了信噪比，必須選用高回波損耗的光器件，軟件計(jì) 算中將附加反射值作為零點(diǎn)值扣除，以盡量減小附加反射的影響。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合以上分析，G&H3000A型光插回?fù)p測試儀，其原理框圖如圖2所示:光模塊高秘盅光源程控簡放就波處即圖2回波損耗測試系統(tǒng)原理框圖光源發(fā)出光信號(hào)經(jīng)光模塊到達(dá)被測器件，反射光引導(dǎo)至程控前置放大電路檢測后送CPU處 理，并將結(jié)果顯示出來

8、。測試端的APC連接器一定要保持清潔，而且要盡量減少插拔次數(shù)，以免損傷端面引起附加 反射的增加。G&H3000A型回?fù)p儀采用較高靈敏度光功率檢測及激光光源穩(wěn)定技術(shù)，最低測量功率可達(dá) 到-80dBm。軟件設(shè)計(jì)主要是完成回波損耗值計(jì)算（根據(jù)（4）式），并提供相應(yīng)的操作、顯示界面。（4）式中Pref和Pp通過按相應(yīng)的按鍵從測量值獲得，并通過軟件的智能判斷（以避免誤操作） 后存放在非易失RAM保存，因此，不用每次開機(jī)都去存貯校準(zhǔn)和附加反射值，大大簡化了操作 步驟，但需要注意的是：在測量高回波損耗器件時(shí)（特別當(dāng)回?fù)p在60dB以上），需經(jīng)常存貯 附加反射值，甚至每次測量前均需存貯，使用非常靈活方便，儀表上

9、同時(shí)顯示被測件的回波損耗 和插入損耗耗值。4 .結(jié)束語以上介紹的G&H3000A回波損耗測試儀的基本方法和原理，分析了誤差來源和減少誤差的 方法。通過測量標(biāo)準(zhǔn)件（已知回波損耗值的器件）反射值和光模塊內(nèi)部的附加反射值，然后通過 軟件計(jì)算的方法得出被測器件的回波損耗值，操作簡單方便，測量精度較高，具有較高的性價(jià)比， 達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：回波損耗測量范圍：070dB；測量不確定度：0.5dB。（轉(zhuǎn)P36頁）（接P40頁）另外，對(duì)回波損耗測試的過程要求較為嚴(yán)格，校準(zhǔn)件、測試跳線本身的回波損耗值以及各端面的 清潔程度均會(huì)對(duì)測試結(jié)果造成重大影響，不潔的端面引起的誤差可達(dá)10dB以上，因此，測試 端面需經(jīng)常清潔，測試跳線也需定期進(jìn)行更新（插拔引起端面磨損）。同時(shí)，該儀表具有普通光功率計(jì)的功能，內(nèi)置雙波長光源（1310/1550nm），即可以作為 普通光功率計(jì)使用，亦可作為高穩(wěn)定度單/雙波長光源使用，并可同時(shí)進(jìn)行插入損耗及回波損耗 的測試，使用靈活方便，性價(jià)比較高。參考文獻(xiàn)1、Christian Hentschel fiber optics handbook of Hewle