插回损测量

1光器件的回损测量引言：随着宽带接入如 LTE, FTTX 的应用越来越多，骨干光纤通信带宽越来越大，光纤本身的和光 纤系统中的无源光器件都变得越来越复杂，光纤系统中无源器件的反射对更高速率的通信系统性 能的影响越发显著，人们对光纤无源器件回波损耗指标测试的关注度在持续上升。

光纤无源器件的回损测试方案自光纤通信系统开始就有了，早期的典型测试仪表如：JDSU 公 司的 RX Meter, Agilent 公司的 816xx 系列。

这些测试仪表的共同特点是：测试方法采用标准的连 续光方法，即 IEC 建议的 OCWR(Optical Continuous Wave Reflectometer)法，测量时通常需要用缠 绕光纤的方法消除额外反射，测量回损的范围在 70dB 以下。

随着光纤通信技术的进步，测试仪 表也在发展，使用 OCWR 方法的测试仪技术非常成熟，随着竞争产品的越来越多，这两种仪表都 早已停止生产。

使用 OCWR 方法测量回损存在许多限制，如：测试步骤多，需要过程复杂的系统校“零”， 不能一次连接进行插损/回损的测试，不能区分瑞利散射和菲涅尔反射回损，只适用于≤55dB 的 回损测量等[1]。

另一方面，由于这些限制，在很多应用场合下不适合或者无法使用 OCWR 法进行测量，如： 无法弯曲也不允许破坏接头的光缆接头盒，特种光缆，MPO 接头等。

图 1：无法弯曲的光纤接头 为了解决这些问题，我们需要采用其他的回损测量方法，如 OTDR 法。

为了比较 OCWR 和OTDR 两种测量方法，让我们首先回顾一下回损测试的原理以及 IEC61300‐3‐6 对回损测试方法的描 述。

1. 原理和测量方法1.1 回损的来源按照 IEC61300‐3‐6 的定义，回损是指在器件输入端、光纤接头或者定义的某一段光路上反射 光功率[mW]与入射光功率[mW]的比值。

23⎛ P ⎞ 即： RL = ­10 ⋅ log ⎜ r⎜ ，回损的值是正的。

⎝ P i ⎠对于不同的回损测量方法来说，定义被测光路的长度都是关键。

我们知道，光路上的反射光包含菲涅尔反射和瑞利散射，1.1.1 菲涅尔反射反射是由于光从一种介质进入另一种折射率不同的介质造成的。

菲涅尔现象描述了这种反射 因此通常称为菲涅尔反射。

对于光接头，造成反射的原因是机械接头的空气气隙、中心对齐误差 和污染造成的微小颗粒。

图 1 是两个个光纤接头通过适配器连接，接头连接的地方产生了由于局 部不连续引起的回损。

1.1.2 瑞利散射图 1 : 光纤接头的局部，连接处产生了菲涅尔反射光束在光纤中前向传播时，遇到光纤中的不连续点会产生散射，产生不连续点的可能是制作 光纤材料的杂质、微小的空气气隙甚至机械拉伸。

散射有许多种，最常见的是瑞利散射，其强度 与光波长的 4 次方成反比。

瑞利散射和菲涅尔反射的主要差别是瑞利散射存在于整个光路上而菲 涅尔反射只在产生反射的那一点上。

瑞利散射发散到各个方向，其中反射到入射端的部分称为后向散射。

举例说明：普通的 2 米 长康宁 SMF ‐28 单模光纤由于后向散射产生的回损是 69 ~ 70dB ，当我们引入测试跳纤测量回损，但却不能区分瑞利散射和 DUT 反射时，这个特征就成了我们测量的限制因素[注1]。

图 2: 光束在纤芯中传播时，遇到不连续点和拉伸会产生回损1.2 回损的测量方法IEC61300‐3‐6 建议了 4 种回损的测量方法：4测量方法 原理适用范围特点缺点OCWR直接测量入射光和 反射光，计算出结 果，不受适用于单、多模光纤 最接近回损的定义操作复杂，测试精度易受操作影响， 不能区分区分菲涅 尔反射和瑞利后向 散射OTDR测量光路上某一点 的反射，有较高的 空间分辨率，动态 范围达到 75dB 以 上适用于单、多模光纤，光路长度 较长的测量，如 现场测量 可区分菲涅尔反射和瑞利后向散 射，测试效率高有测试盲区，不适合光路太短的测量OLCR低相干反射技术单模光器件的反射分布具备超高空间分辨率，可测量超 低回损系统复杂，成本高OFDR时域测量，反向傅 立叶变换。

使用 KHz~1GHz 频率的 调制光，分辨率达 到厘米级别适用单模光器件的回损，动态范 围>70dB基本无盲区，空间分辨率高系统复杂，成本高下面我们主要讨论第一和第二种方法：OCWR 法和 OTDR 法，比较两种方法的测量差异和如 何使用两种方法得到准确的测试结果。

1.2.1 OCWR 法：OCWR 是最常用的光回损测量方法，通过简单比较无被测件接入时的发射光功率和接入被测 件后的反射光功率计算出回损值，一般来说，器件的插损和回损一样都是重要的测试指标，仪表 通常将插损和回损测量功能集成在一台仪表上，通常的插回损测量连接和测量步骤如下：图 3: OCWR 法为了准确到测量被测件的回损需要在连接被测件的前后进行人工缠绕5这种方法分 4 个步骤，如图 4，第一步：将仪表测试发光口直接连接到光功率端口进行插损归零 第二步：单独对测试跳纤进行回损归零，通常用缠绕法消除末端反射 第三步：接入 DUT(被测件,Device Under Test,下同) 测量插损 第四部：测量回损，同样要在 DUT 的末端用缠绕法消除额外反射。

除了采用缠绕法消除额外反射外，IEC 也提出的其他消除额外反射的方法： z 用同类光纤进行末端匹配；z 将测试光纤的尾端折弯，根据光纤类型的不同，要求的折弯角度也不一样，通常折弯的角度要大于 12°；z 光纤尾端加入很大的衰减，缠绕法是一个可行的方法，可将尾端的反射光衰减掉（这种方法不适合多模光纤）。

使用缠绕法测量时，缠绕点的位置决定了回损测量的长度或者光路径，如图 5：图 4: 测量路径长度是 OCWR 测量方法的关键，第一个缠绕点和第二个缠绕点的位置决定了测量区域的长度第一次测试跳纤归零的缠绕点和第二次测量回损时缠绕点之间的长度就是回损测量的光路长 度。

在很多情况下，这个光路长度对我们的测试结果有重大影响。

很明显，OCWR 法不能区分瑞利散射和菲涅尔反射，另外，在多数情况下 OCWR 法使用不超 过 1.5m 的测试跳纤，或者通常说的标准跳纤，由于我们消除测试跳纤中的瑞利散射光的对 DUT 反射光的影响，因此实际的测试结果中必然包含了测试跳纤的散射光，因此这样的测试可以得到的最大回损值是 70dB [注1]。

61.2.2 OTDR 法OTDR 测量回损的方法来源于大家熟悉的测量光纤长度和衰减的 OTDR ，但用于回损测量的 OTDR 校准方法不同于长度测量的 OTDR 。

OTDR 反射测量的参考点是被测段的前一点，这一点的 功率作为 RL 测量的入射功率。

图 6 是基本的测量设置。

图 5: OTDR 法测量图示 OTDR 法测量插回损只需要两个步骤，如图 6. 第一步：将仪表测试发光口直接连接到光功率端口进行插损归零 第二步：连接 DUT 后直接测量插回损由于 OTDR 法不需要消除末端的额外反射，因此相比 OCWR 法节约了两个需要缠绕的步骤， 具有更高的测试效率。

但与 OCWR 法一样，OTDR 法也需要定义回损测量的长度，准确定义测量长度是 OTDR 发取得理想测量结果的前提条件。

图 6: 软件设置 OTDR 法的测量区域另外，OTDR 法的一个显著优点是可以区分瑞利散射和菲涅尔反射，可以让用户自己选择测量 某个位置的回损，可以去除测试跳纤瑞利散射的影响，因此测量范围可以从 70dB 提高到 80dB 。

另外，由于插回损测试只需要一次连接，通过自动切换光开关的引入，OTDR 法的测量仪表可以 集成多路测量功能，更好地适应规模化生产的需要。

结束语：随着光纤通信技术的发展，传统的回损测量仪表和回损测量的方法已经不能适应大 规模、复杂的测量要求，采用 OTDR 法的插回损测试仪由于测试步骤简单，易于集成到自动化测 量系统中，可以更好地适应自动化、大规模测试的需求。

参考文献：[1] FIBRE OPTIC INTERCONNECTING DEVICES AND PASSIVE COMPONENTS BASIC TEST AND MEASUREMENT PROCEDURES，61300‐3‐6 IEC:2003[2] Return Loss Measurement in the Presence of Variable Insertion Loss Using Optical Frequency Domain Reflectometry，Stephen Kreger etc. Luna Technologies78相关产品：JDSU 基于 OTDR 法的插回损测试仪：MAP200，可集成单、多光纤的插回损测试模块、多通道 光开关、条码阅读器、打印机，光纤端面检查仪等必要模块和外设，组成高效的自动测量系统， 适合研发、规模生产的需要。

图 7: JDSU 基于 OTDR 法的插回损仪表仪表操作注意事项：在开始测试前必须强调，由于测试需要进行手动连接，而回损测量是测试非常微小的后向散 射和反射光，连接问题对测试结果的影响不容忽视。

连接前进行适当的连接光纤的端面检查和清 洁是取得准确测试结果的前提，根据经验，连接问题是我们大多数情况下到得到异常测试结果的 原因。

只有在恰当的连接下才能准确测量到回损值，并且测量得到的回损值会由于每次连接时连 接表面的微小变化而受到影响。

为了区分瑞利散射和菲涅尔反射， MAP200 测量回损时可以选择两种模式： zDiscreteMode(离散模式) 离散模式只测量菲涅尔反射，可以找到光路经上的单个反射峰，并根据该反射峰计算回损的值。

由于分辨率的限制，离散模式回损测量窗口的长度设置最小是 0.5m ，如果这个区域内有两个 以上的反射峰，测试结果只记录最大的那个反射点的回损。

在离散模式下，在 DUT 周围的改变测 试窗口的位置不影响测量结果。

z Integral Mode(积分模式)积分模式测量定义的窗口区域光路经上的所有的反射功率，跟 OCWR 法类似。

在连接器的回 损超过 60dB 的情况下，瑞利后向散射会影响测量结果。

由于分辨率的限制，积分模式的测试窗 口设置应该大于 1.5m 。

值得注意的是瑞利后向散射随着路径长度变大，如果在光路上移动一个固定长度的测试窗口， 回损的测试结果会有变化，变化范围会达到±0.5dB.9下面是一般测量的设置建议z 光连接器的测量对于光连接器，推荐选择“Discrete Mode”，用预先设定的默认测试条件。

这种测量消除了瑞 利散射的影响，测量到的是光连接器真正的 RL 值。

图 2: 光连接器测量时 ORL 的设置z 光纤跳纤，光无源器件和分布反射的测量 对于光纤跳纤、光无源器件和具备分布反射特性的被测器件，推荐使用“Integral Mode”模式并采用预先设定的默认测试条件。