光通信中关于光纤链路的诊断和分析

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测试原理

光在光纤中传输时，绝大部分光为前向传输，即通常所说的透射光。但由于光纤存在结构不均匀，材料密度变化，杂质或者离子掺杂等固有因素，光粒子与光纤介质（主要成分是二氧化硅）相互作用后，因为这些缺陷，必然存在部分与入射光方向完全相反的光粒子，形成了后向传输光，即通常所说的反射光，并且此部分光不可完全消除。标准良好的单模光纤中，瑞利散射是这些后向传输光最主要的形成原因，（原理上，瑞利散射后的光粒子方向是随机的，这里因为我们主要检测后向反射光，所以只讨论反射光强度）。

在光通信领域，通常引入回损概念RL（return loss）来表征反射光的大小，即反射光功率与入射光功率的比值：

（某些使用场合，为了方便计算或沟通，不带负号，直接取绝对值）实际应用中，绝大多数场合均希望光全部单向前传，即P反射尽量小，相应的，回损就越小越好。所以回损的大小是判断光纤或光链路质量的重要指标之一。 而OLI的主要功能是分布式测量某一段光链路长度范围内，后向反射光的强度（回损），通过实际测量得到的反射光强（回损），与光链路在正常标准情况下的反射光强对比（回损），进而判断此长度范围内光链路是否异常。

从OLI的测试界面上可以看到，横坐标为距离，单位mm，纵坐标为实际回损，单位dB。它的优势在于：某一段连续长度范围内，实时显示回损大小，距离分辨精度可达百um级别，回损测量灵敏度可达-100dB。其不仅能够通过回损大小判断链路质量好坏，还能精准找到具体的回损异常位置。特别适合小体积，短距离，模块化等精度要求高的场合检测或分析。

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测试案例

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PC连接头和APC连接头正常与失效对比

按照如下图中接线方式，测量正常APC头和失效APC头的结果对比：

正常品 

失效品

按照如下图中接线方式，测量正常PC头和失效PC头的结果对比：

正常品

失效品

根据菲涅尔反射公式， 空气折射率取1，光纤折射率近似取1.5，计算出来反射率R约等于4%，转换成对数坐标即-14dB左右。此即通常把PC末端（平面）回损标准定义在-14.8dB的原因。而APC连接头是为了减少平面接头的反射，把平端面研磨成斜8度，在光通信领域，其正常标准小于-50dB（也有要求-55dB的）。另外，由图上测量结果可以看出，APC连接头对接完好后，其回损相对于裸露空气中时，会大幅减小（PC头同理，但效果不如APC），有助于光链路传输。  

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光纤弯曲造成回损变大

按照如下图中接线方式，测量不同弯曲直径下的回损结果对比：

弯曲直径15cm

弯曲直径5cm

由以上结果对比看出，在某一弯曲范围内，随着弯曲直径变小，光纤中的回损是变大的。需要说明的是，当弯曲直径太大时，引起的回损变化不足以达到设备的最低探测灵敏度（-100dB），此时设备探测不到变化（观察不到峰，全是基底噪声）。此种情况间接说明了设备的灵敏度暂时探测不到光纤中固有的瑞利散射。

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折射率不同的芯片波导造成回损变化

按照如下图中接线方式，测量不同芯片波导的回损结果对比： 

材质均匀的波导芯片

存在高反射点的波导芯片

波导芯片的情况较为复杂，测量得到的回损-距离分布曲线与不同厂家的芯片工艺相关。芯片等效的光链路长度、折射率分布、不同材料掺杂甚至不同形状等情况，均会影响到光在其中传输时，链路的回波信号强度分布。需要根据不同的芯片情况针对性分析。

编辑：黄飞