光纤线路故障判断与OTDR测试曲线应用

光纤线路故障判断与OTDR测试曲线应用
随着光纤电缆在各个领域的广泛应用，人们对网络带宽的需求越来越大，这就使得光纤线路的正常运行和日常安全及维护，越来越重要。

在光纤线路运行过程中，光纤故障的发生是不可避免的，给各企业带来巨大的经济损失和造成不良的社会影响。

实际工作中，如何有效地对光纤线路故障进行预防和检测，快速准确地对光纤线路故障进行判断定位，减少维修成本，就成为一个需要研究和解决的重要课题。

工作中，有多种测试判断故障的方法，在此结合自己在实际工作中的经验，通过了解光纤出现各种故障产生不同的光纤损耗的因素和OTDR测试曲线的基本原理，和大家共同学习和熟悉OTDR测试曲线，掌握相关信息，快速准确地测试出光纤的故障。

1.光纤损耗的主要因素
造成光纤损耗的主要因素有：光纤的吸收损耗、光纤的散射损耗、接续损耗、光纤弯曲产生的损耗和敷设损耗。

1.1 光纤的吸收损耗
这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，它们把光能以势能的形式消耗于光纤中，是光纤损耗中重要的因素。

1.1.1 材料固有的吸收损耗
这是由于物质固有的吸收引起的损耗。

它有两个频带，一个在近红外的8～12um区域里，这个波段的本征吸收是由于振动；另一个物质固有吸收带在紫外波段，吸收很强时，它的尾巴会拖到0.7～1.1um波段里去。

1.1.2 材料中的杂质吸收损耗
光纤材料中含有跃迁金属如铁、铜、铬等，如金属离子Fe3+，Cu2+，V3+，Cr3+，Mn3+，Ni3+的吸收，跃迁金属离子吸收引起的光纤损耗取决于它们的浓度。

另外，氢氧根OH离子的存在也产生吸收损耗，氢氧根OH离子的基本吸收极蜂在2.7um附近，吸收带在0.5～1.0um范围。

1.2 光纤的散射损耗
光纤内部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。

光纤的散射损耗包括以下几种：
1.2.1 材料固有散射
主要有瑞利（Rayleigh）散射、布里渊散射和拉曼散射。

散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。

光纤材料在加热过程中，由于热影响，使原子得到的压缩性不均匀，使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀。

这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。

光在传输时遇到这些比光波波长小、带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射而引起损耗。

光时域反射仪（OTDR）就利用了瑞利散射进行光纤损耗测试。

布里渊散射和拉曼散射是典型的非线性散射。

1.2.2 结构缺陷散射
任何光纤的制造不可能十分完善，无论其材料本身的性质，还是其外观尺寸、形状等都会存在不完善的现象，如纤芯包层界面不光滑平整、纤芯直径变化、气泡、杂质、结晶、纹路、折射率分布的波动和微弯曲。

这种类型的损耗一般是与模式功率成线性关系，所以称为线性散射损耗。

1.3 光纤的接续损耗
影响光纤熔接损耗的因素很多，主要有以下几种：
（1）本征因素：光纤的本征损耗是光纤材料所固有的一种损耗，这种损耗是无法避免的。

主要是由光纤模块直径不一致、2根光纤芯径失配、纤芯截面不圆和纤芯与包层同心度不佳等原因造成的损耗。

（2）非本征因素：非本征因素是光纤接续技术造成的光纤接续损耗，主要有：轴心错位；轴心倾斜；端面分离如果活动连接器的连接不好，很容易产生端面分离，造成连接损耗较大；端面质量光纤端面的平整度差时也会产生损耗，甚至气泡等。

（3）其他因素：接续人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接机参数设置、工作环境清洁程度等均会影响熔接损耗值。

1.4 光纤的弯曲损耗和辐射损耗
光纤是柔软的，可以弯曲，可是弯曲到一定程度后，光纤虽然可以导光，但会使光的传输途径改变，由传输模转换为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生损耗。

当弯曲半径大于5～10cm 时，曲弯曲造成的损耗可以忽略。

光纤轴向产生的弯曲与光传输波长相当为微弯曲，光纤轴向产生的弯曲远大于光传输波长为宏弯曲。

2.OTDR测试的基本原理
OTDR的英文全程是Optical Time Domain Reflectometer，中文为“光时域反射仪”，它是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要也是使用率最高的测试
仪表，它能将光纤链路的完好情况和故障状态，以曲线的形式清晰地显示出来，根据曲线上所反映的事件情况，能确定故障点的位置并判断障碍的性质及类别。

OTDR是利用光信号在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，OTDR的工作原理与雷达的工作原理相似：将一束激光以合适的角度射入被测光纤，要求该激光能够正常地往前传播。

由于光纤绝非纯净的石英晶体，激光束向前传播过程中会发生一定得散射；在遇到接头等事件的时候由于介质折射率的变化，会产生一个功率强大的反射。

OTDR都依赖两种光学现象来进行测量：瑞利散射和菲涅尔反射。

它们之间的主要区别表现在：瑞利散射是由于光纤材质本身存在的属性决定的，而菲涅尔反射则是与每一条光纤的实际运行情况、状态有关，它反映的是光纤上的“点”事件。

2.1 瑞利（Rayleigh）散射
当光纤信号在光纤线路中向前传播过程中，由于一些光子被光纤材质中存在的杂质反射的现象就是著名瑞利散射。

瑞利散射是光纤所固有的性质，由于光纤中杂质分布的均匀、并且无处不在，因此可由瑞利散射信号获得光纤上各处的运行信息。

由于杂技的均匀化，因此OTDR由激光整发射端接收的瑞利散射信号就可以表征光纤信息，再者由于光信号在光纤中传播时会产生耗损，因此OTDR 设备产生的瑞利散射信号是一条缓慢向下衰减的曲线。