OFDR插損測(cè)量原理
光頻域反射技術(shù)(OFDR)可通過(guò)背向散射法測(cè)量整段光纖的回?fù)p曲線,利用回?fù)p和插損之間的關(guān)系可以得到整條曲線各個(gè)點(diǎn)的損耗。
圖1. 背向散射法測(cè)量原理
如圖1所示,假定DUT前后測(cè)量位置為1、2,其對(duì)應(yīng)的光功率分別為P1、P2,對(duì)應(yīng)的散射系數(shù)分別為α1、α2,則其對(duì)應(yīng)的反射光功率分別為:Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。
DUT的插損為:IL=-10lg (P2/P1)
1、2處的回?fù)p分別為:RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。
當(dāng)1、2處光纖的散射系數(shù)相同時(shí),可推導(dǎo)出IL=(RL1-RL2)/2背向散射法是反射式測(cè)量,光信號(hào)往返兩次經(jīng)過(guò)DUT,因此需除以2。
光纖連接損耗出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象
光纖連接處只能引起損耗而不能引起“增益”,OFDR是通過(guò)對(duì)比連接處前后位置的回?fù)p強(qiáng)度來(lái)對(duì)連接處的損耗進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)連接處前面光纖的回?fù)p強(qiáng)度大于后面光纖的回?fù)p強(qiáng)度時(shí),會(huì)引起連接處插損出現(xiàn)負(fù)值的現(xiàn)象,從而引起所謂的“偽增益”。
如圖2所示,兩種不同的光纖熔接后,正向測(cè)試為-0.2dB的損耗(0.2dB的增益),反向測(cè)為0.4dB的損耗,實(shí)際上連接處始終會(huì)存在損耗,不可能出現(xiàn)增益情況。
圖2. 兩種不同光纖的熔接損耗圖
導(dǎo)致“偽增益”的主要原因是由于連接處前后兩種光纖的瑞利散射系數(shù)、模場(chǎng)直徑和折射率等有差異,此種情況經(jīng)常出現(xiàn)在不同型號(hào)的兩種光纖熔接在一起時(shí)。這種“偽增益”會(huì)導(dǎo)致使用OFDR測(cè)得的損耗不準(zhǔn)確,為了準(zhǔn)確測(cè)量連接處的損耗,昊衡科技做了以下測(cè)試。
測(cè)試驗(yàn)證:
將單模光纖、保偏光纖、直徑125μm和80μm的聚酰亞胺光纖、特種光纖等五種光纖兩兩熔接在一起,如圖3所示,A、B為五種光纖中的任意兩種,使用雙向平均法測(cè)試連接點(diǎn)損耗。
圖3. 光纖連接示意圖
假設(shè)x表示瑞利散射強(qiáng)度差,y表示連接損耗。
當(dāng)正向測(cè)量時(shí),熔接點(diǎn)處的插損為a,則x+y=a(公式1);
當(dāng)反向測(cè)量時(shí),熔接點(diǎn)處的插損為b,公式變?yōu)?x+y=b(公式2)。
通過(guò)公式1、2的加減,可以測(cè)出兩種損耗的真實(shí)大小。
圖4、5為單模光纖與特種光纖連接時(shí)正向和反向測(cè)量得到的結(jié)果示意圖。
圖4. 正向測(cè)量
圖5. 反向測(cè)量
5種光纖兩兩連接進(jìn)行測(cè)量,每組測(cè)量5組數(shù)據(jù),取其平均值,用上述公式進(jìn)行計(jì)算,得到測(cè)量結(jié)果如下表1、2所示。
同時(shí),昊衡科技使用功率計(jì)測(cè)量兩兩光纖熔接時(shí)的真實(shí)損耗。首先將功率計(jì)直接連接設(shè)備出光口,測(cè)得出光口光功率為1.636mW,然后按圖6進(jìn)行連接,這里例舉單模光纖和特種光纖。功率計(jì)測(cè)得光功率為1.012mW,通過(guò)公式10lg(Pout/Pin)計(jì)算出損耗為-2.086dB,由于鏈路中有兩個(gè)連接點(diǎn),則一個(gè)連接點(diǎn)的損耗為-1.043dB,與表1中單模光纖和特種光纖連接損耗僅差0.106dB。
圖6. 功率計(jì)測(cè)試連接點(diǎn)損耗示意圖
由此得出,使用OFDR測(cè)量不同種類(lèi)光纖連接損耗有兩種方法:
1. 使用雙向平均法測(cè)量不同種類(lèi)光纖的連接損耗,將兩次測(cè)量結(jié)果取平均后就是熔接處真實(shí)損耗;
2. 通過(guò)提前測(cè)量不同種類(lèi)光纖之間的瑞利散射強(qiáng)度差,然后用背向散射法測(cè)得的損耗減去(或加上)瑞利散射強(qiáng)度差,即可得到真實(shí)連接損耗。
昊衡科技一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售于一體的高科技公司,專(zhuān)業(yè)從事工業(yè)級(jí)自校準(zhǔn)光學(xué)測(cè)量與傳感技術(shù)開(kāi)發(fā),也是國(guó)內(nèi)唯一一家實(shí)現(xiàn)OFDR技術(shù)商用化的公司。目前,昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產(chǎn)品,主要應(yīng)用于光學(xué)鏈路診斷、光學(xué)多參量測(cè)量、高精度分布式光纖溫度和應(yīng)變傳感測(cè)試。已與全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系,并取得諸多成果。