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福禄克Fluke OptiFiber PRO (OTDR)操作说明之OTDR测试入门

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本文主要介绍福禄克Fluke OptiFiber PRO (OTDR)光纤测试仪使用指南-OTDR测试方法原理解释。

如果向光纤注入一束持续时间很短的光脉冲(比如100ns)，那么光脉冲能量在向前传输的过程中同时也会有极微弱能量被光纤本身不断地向四面八方散射(瑞利散射)、反射回来，由于所有光纤都存在损耗，因此光纤近端反射的能量较大，而远端反射的能量则较小。这种反射又被称作逆向散射(backscatter)，数量级为1ppm左右。如果我们把“沿途”的这些反射能量都记录下来，就可以画成如图1所示的反射能量曲线(即光时域反射曲线，OTDR曲线)。这个曲线有什么用处呢？图中0m的地方反射强(对应纵坐标约为-0.8dB左右)，是光纤链路的“入口”，而在光纤末端2040m的地方，反射量会较弱(对应纵坐标约为-6.5dB)，我们首先可以用这条曲线推算出这段长约2040m的光纤对反射光的损耗大约为(-0.8-(-6.5))=5.7dB。通常，我们可以用这个损耗值来近似地代替这条光纤本身的前向传输损耗值。

图一?OTDR曲线(光时域反射曲线)

如果光脉冲向前传输时遇到连接器(此处存在一个很窄的空气隙)，由于介质突变，反射能量会很大，最大可达前向总能量的8%(比逆向散射大得多)。图中2040m处的尖峰就是由连接器引起的较强的能量反射。事实上，由于该连接质量不高，尖峰过后出现了一个约2dB的损耗跌落(通常最低要求不超过0.75dB)，这个跌落就是由于连接器质量问题所引起的损耗。所以，我们可以用这个损耗来近似代替连接器的前向传输损耗。

仔细观察约2040m-2095m这段55米的短光纤，你会发现除了前面提到的2dB连接器损耗外，55m光纤段自身还有约1dB的损耗(横坐标 -8dB-(-9dB)=1dB)。这显然太高了。

在约2095m处出现的强“反射峰”，表示这是这条光纤链路的末端。由于末端之后不存在光纤，光子不再“逆向”返回，因此OTDR曲线迅速向坐标“横轴”跌落。末端对应的长度值就是光纤的长度，或是断纤的具体位置。

从上面描述的OTDR曲线中，我们可以轻松地获得几个重要的参数：

a)?这段光纤长度是2095米 –?也可能就是断纤的断点长度；

b)?在2040米出有一个连接器质量不好(连接器损耗达2dB)；

c)?这条光纤在2040~2095米有一段约55米的光纤损耗大，本身质量有问题(1dB损耗)。

d)?整段光纤的链路总损耗太大，约为5.7+2+1=8.7dB，问题在2040~2095米一段。

这就是用OTDR测试曲线来判断问题的一个例子。可以看到光纤长度、连接器损耗、光纤损耗、链路总损耗等很有用的故障信息，帮助定位故障。下面我们再举几个案例。

如图二所示，这是一段约230米的光纤，原先用于运行千兆以太网，在升级为万兆以太网时发现丢包率很高，许多用户反映系统升级后速度不升反降。测试光纤链路的总损耗约为3.5dB，超过标准允许值。维护人员需要迅速定位链路中引起损耗超差的故障点。

图二?OTDR测试曲线

一般地，维护人员会先检查交换机的光模块配置和光功率，或简单地试着重新插拔一下光纤跳线。接下来则可能怀疑交换机主机是否有问题。稍有经验的维护人员会测试一下这条光纤链路的损耗值，并试着清洁一下光纤跳线。但如果这些手段都不奏效，就需要使用OTDR测试仪来观测了了。它可以提供与曲线对应的“事件表”，不精通曲线分析的一线维护人员可以通过“事件表”迅速了解问题所在的物理位置，如图三所示。请读者对应查看曲线和事件表两图。在102米的地方有一个正常的连接器，损耗值0.19dB，反射尖峰幅度较低，说明连接质量优良；在约152米的地方有一个反射尖峰，幅度适中，但连接器损耗(即OTDR曲线跌落)高达1.73dB，说明此连接器质量较差(存在灰尘的可能性较大)；在约202米的地方有一个连接器尖峰，损耗为0.28，紧随其后有一段长约2米的光跳线(即202米~204米的隐藏事件)，由于这段跳线的总损耗为0.28dB，可以认为质量尚可。在214米处有一个损耗，且无反射尖峰，判断其最大的可能是一个光纤熔接点或者光纤过度弯曲事件。由于损耗值高达0.72dB，被认为超标(最大应不超过0.3dB)。

图三?与OTDR对应的事件表

过量的损耗会加剧信号衰减，在多模光纤链路中还会引入附加的色散值，这将缩短光纤的有效传输长度。室内光纤过度弯曲点通常发生在配线架或设备端口处，与整理跳线的方式不当从而造成弯曲过度有较大关系。

以上测试结果基本上可以涵盖中低速光纤链路中的故障诊断定位，掌握了OTDR曲线分析方法可以很快确认问题发生的物理位置。对于不熟悉OTDR曲线解读的维护人员，则可以简单地遵循“事件表”的提示，检查对应的故障位置。

不过，在高速光纤链路中，情形远比中低速光纤链路复杂，比如在10G/40G/100G以太网光纤链路中，链路总损耗和连接点损耗符合要求并不意味着链路的误码率一定能符合要求，这是因为总损耗合格并不意味着每个连接器、熔接点都合格，且连接器的过量反射会引起误码率上升，甚至造成连接失败，所以需要考察每个“事件”的单个损耗值和每个连接器的反射值(ORL)。

连接器的损耗和反射值(ORL，光回波损耗)是器件质量的两个重要参数，但因为安装过程中存在着误用连接器、指纹污染、唾液污染等情形，连接质量并不是很乐观。关键的误解还在于，这些过量反射点在10/100/1000M等中低速以太网链路中可能并不明显影响链路的误码率。

补偿光纤。由于OTDR测试仪端口不能在发射测试脉冲的同时接收反射回来的逆向散射和菲涅耳反射信号(此时间接收器件呈关闭状态)，所以，作为紧邻的第一个连接器(就是仪器测试端口)往往是不能被“看清”的。为此，我们可以认为地在测试仪端口前加上一段光纤，把第一个连接器移到远离测试端口的地方，这样就可以看清第一个被测链路的连接器了。这段人为添加的测试光纤就是“发射补偿光纤”，又称“测试前导光纤”。仪器会在测试结果中会自动减去这段长度。另外，被测链路的终端由于没有连接光纤或光接收器，测试光脉冲将直接射入到空气中。这样，终端端面反射回来的光脉冲就和实际连接有光纤或者光接收器的反射脉冲不同。通常，终端反射比较强，这就是为什么OTDR曲线末端会有一个最高的尖峰。为了“看清”终端端面的质量，此事需要认为地在终端后面加一段光纤来仿真实际反射的状况，以此评估终端端面的质量。这段附加的光纤就叫接收补偿光纤，又叫测试尾纤、后置光纤。为了方便，发射补偿光纤和接收补偿光纤采用同样规格的光纤，长度一般是多模补偿光纤100米，单模补偿光纤130米。

为了看清端面反射，我们选择事件表中的某一事件比如0m处的事件，进入“查看细节”菜单，就可以查看实测的反射值和/或ORL值。如图4所示。

这是事件表中的0米处的详细信息，反射值Reflectance列在最下端，值约-49.79dB，没有任何问题。对于高速链路，如果反射值高于-30dB(比如-29dB)，则很容易引发误码率明显增加。事实上，-30dB以上的反射值通常是因为误用了FC光纤端面研磨的连接器或者端面污染。对于万兆链路，一般建议反射值低于-35dB。在TSB140标准中，由于没有规定相对应的10G/40G/100G的反射值极限，业界一般有如下推荐门限：-35dB/-45dB/-55dB。

图四?事件详细信息(反射值 Reflectance)

图五 增益现象OTDR增益。

如果光纤链路中采用了不同折射率(OM4/OM2)或者不同直径的光纤(50/62.5)，则连接器反射尖峰后面不光不会自然跌落，反而有可能抬升，这种现象就叫做OTDR测试增益。如图五所示。

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