为了确保服务质量 (QoS)，网络构建商、服务提供商和运营商需要精确地定位现有和潜在问题，这使得测试与测量设备至关重要。有许多测试工具可用于在网络的不同阶段，满足不同的测试需求，比如光纤试运行。这些测试用于揭示总损耗、光回损 (ORL) 和光纤长度，可以在单根光纤上或在完整网络上执行。此外，可能需要对组成被测链路的不同元素进行进一步检查。不论是鉴定链路中每个元件的特性，定位光纤的潜在问题，还是查找网络中的故障，都不可避免地要使用光时域反射仪 (OTDR) — 从光网络试运行到故障诊断和维护，OTDR 都是理想之选。本文介绍了 OTDR 的基本原理，对于理解该仪器的规格非常重要。
什么是 OTDR？
基础
OTDR 将激光光源和检测器组合在一起以提供光纤链路的内视图。激光光源发送信号到光纤中，检测器接收从链路的不同元素反射的光。激光光源发送信号到光纤中，检测器在光纤中接收从链路的不同元素反射的光。发送的信号是一个短脉冲，其携带有一定数量的能量。然后，时钟精确计算出脉冲传播的时间，然后将时间转换为距离，便可以得知该光纤的属性。当脉冲沿着光纤传播时，由于连接和光纤自身的反射，一小部分脉冲能量会返回检测器。当脉冲完全返回检测器时，发送第二个脉冲 — 直到取样时间结束。因此，会立刻执行多次取样并平均化以提供链路元件的清晰特性图。取样结束后，执行信号处理，除了计算总链路长度、总链路损耗、光回损 (ORL) 和光纤衰减外，还计算每个事件的距离、损耗和反射。使用 OTDR 的主要优势在于单端测试，只需要一位操作人员和一台仪器来鉴定链路质量或查找网络故障。图 #1 显示了 OTDR 的框图。
图 1. OTDR 框图
反射是关键
如前文所述，OTDR 通过读取从所发送脉冲返回的光级别以显示链路情况。请注意，有两种类型的反射光：光纤产生的连续低级别光称为 Rayleigh 背向散射，连接点处的高反射峰值称为 Fresnel 反射。Rayleigh 背向散射用于作为距离的函数以计算光纤中的衰减级别（单位是 dB/km），在 OTDR 轨迹中显示为直线斜率。该现象来源于光纤内部杂质固有的反射和吸收。当光照射到杂质上时，一些杂质颗粒将光重定向到不同的方向，同时产生了信号衰减和背向散射。波长越长，衰减越少，因此，在标准光纤上传输相同距离所需的功率越小。图 2 说明了 Rayleigh 背向散射。
图 2. Rayleigh 背向散射
OTDR 使用的第二种反射（Fresnel 反射）可检测链路沿线的物理事件。当光到达折射率突变的位置（比如从玻璃到空气）时，很大一部分光被反射回去，产生 Fresnel 反射，它可能比 Rayleigh 背向散射强上千倍。Fresnel 反射可通过 OTDR 轨迹的尖峰来识别。这样的反射例子有连接器、机械接头、光纤、光纤断裂或打开的连接器。图 3 说明了产生 Fresnel 反射的不同连接。
图 3. 由 (1) 机械接头、(2) 光纤适配器和 (3) 打开的连接产生的 Fresnel 反射
什么是盲区？
Fresnel 反射引出一个重要的 OTDR 规格，即盲区。有两类盲区：事件和衰减。两种盲区都由 Fresnel 反射产生，用随反射功率的不同而变化的距离（米）来表示。盲区定义为持续时间，在此期间检测器受高强度反射光影响暂时“失明”，直到它恢复正常能够重新读取光信号为止，设想一下，当您夜间驾驶时与迎面而来的车相遇，您的眼睛会短期失明。在 OTDR 领域里，时间转换为距离，因此，反射越多，检测器恢复正常的时间越长，导致的盲区越长。绝大多数制造商以最短的可用脉冲宽度以及单模光纤 -45 dB、多模光纤 -35 dB 反射来指定盲区。为此，阅读规格表的脚注很重要，因为制造商使用不同的测试条件测量盲区，尤其要注意脉冲宽度和反射值。例如，单模光纤 -55 dB 反射提供的盲区规格比使用 -45 dB 得到的盲区更短，仅仅因为 -55 dB 是更低的反射，检测器恢复更快。此外，使用不同的方法计算距离也会得到一个比实际值更短的盲区。
