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福祿克Fluke OptiFiber PRO (OTDR)操作說明之OTDR測試入門

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本文主要介紹福祿克Fluke OptiFiber PRO (OTDR)光纖測試儀使用指南-OTDR測試方法原理解釋。

如果向光纖注入一束持續(xù)時間很短的光脈沖(比如100ns)，那么光脈沖能量在向前傳輸的過程中同時也會有極微弱能量被光纖本身不斷地向四面八方散射(瑞利散射)、反射回來，由于所有光纖都存在損耗，因此光纖近端反射的能量較大，而遠端反射的能量則較小。這種反射又被稱作逆向散射(backscatter)，數量級為1ppm左右。如果我們把“沿途”的這些反射能量都記錄下來，就可以畫成如圖1所示的反射能量曲線(即光時域反射曲線，OTDR曲線)。這個曲線有什么用處呢？圖中0m的地方反射強(對應縱坐標約為-0.8dB左右)，是光纖鏈路的“入口”，而在光纖末端2040m的地方，反射量會較弱(對應縱坐標約為-6.5dB)，我們首先可以用這條曲線推算出這段長約2040m的光纖對反射光的損耗大約為(-0.8-(-6.5))=5.7dB。通常，我們可以用這個損耗值來近似地代替這條光纖本身的前向傳輸損耗值。

圖一?OTDR曲線(光時域反射曲線)

如果光脈沖向前傳輸時遇到連接器(此處存在一個很窄的空氣隙)，由于介質突變，反射能量會很大，最大可達前向總能量的8%(比逆向散射大得多)。圖中2040m處的尖峰就是由連接器引起的較強的能量反射。事實上，由于該連接質量不高，尖峰過后出現了一個約2dB的損耗跌落(通常最低要求不超過0.75dB)，這個跌落就是由于連接器質量問題所引起的損耗。所以，我們可以用這個損耗來近似代替連接器的前向傳輸損耗。

仔細觀察約2040m-2095m這段55米的短光纖，你會發(fā)現除了前面提到的2dB連接器損耗外，55m光纖段自身還有約1dB的損耗(橫坐標 -8dB-(-9dB)=1dB)。這顯然太高了。

在約2095m處出現的強“反射峰”，表示這是這條光纖鏈路的末端。由于末端之后不存在光纖，光子不再“逆向”返回，因此OTDR曲線迅速向坐標“橫軸”跌落。末端對應的長度值就是光纖的長度，或是斷纖的具體位置。

從上面描述的OTDR曲線中，我們可以輕松地獲得幾個重要的參數：

a)?這段光纖長度是2095米 –?也可能就是斷纖的斷點長度；

b)?在2040米出有一個連接器質量不好(連接器損耗達2dB)；

c)?這條光纖在2040~2095米有一段約55米的光纖損耗大，本身質量有問題(1dB損耗)。

d)?整段光纖的鏈路總損耗太大，約為5.7+2+1=8.7dB，問題在2040~2095米一段。

這就是用OTDR測試曲線來判斷問題的一個例子。可以看到光纖長度、連接器損耗、光纖損耗、鏈路總損耗等很有用的故障信息，幫助定位故障。下面我們再舉幾個案例。

如圖二所示，這是一段約230米的光纖，原先用于運行千兆以太網，在升級為萬兆以太網時發(fā)現丟包率很高，許多用戶反映系統升級后速度不升反降。測試光纖鏈路的總損耗約為3.5dB，超過標準允許值。維護人員需要迅速定位鏈路中引起損耗超差的故障點。

圖二?OTDR測試曲線

一般地，維護人員會先檢查交換機的光模塊配置和光功率，或簡單地試著重新插拔一下光纖跳線。接下來則可能懷疑交換機主機是否有問題。稍有經驗的維護人員會測試一下這條光纖鏈路的損耗值，并試著清潔一下光纖跳線。但如果這些手段都不奏效，就需要使用OTDR測試儀來觀測了了。它可以提供與曲線對應的“事件表”，不精通曲線分析的一線維護人員可以通過“事件表”迅速了解問題所在的物理位置，如圖三所示。請讀者對應查看曲線和事件表兩圖。在102米的地方有一個正常的連接器，損耗值0.19dB，反射尖峰幅度較低，說明連接質量優(yōu)良；在約152米的地方有一個反射尖峰，幅度適中，但連接器損耗(即OTDR曲線跌落)高達1.73dB，說明此連接器質量較差(存在灰塵的可能性較大)；在約202米的地方有一個連接器尖峰，損耗為0.28，緊隨其后有一段長約2米的光跳線(即202米~204米的隱藏事件)，由于這段跳線的總損耗為0.28dB，可以認為質量尚可。在214米處有一個損耗，且無反射尖峰，判斷其最大的可能是一個光纖熔接點或者光纖過度彎曲事件。由于損耗值高達0.72dB，被認為超標(最大應不超過0.3dB)。

圖三?與OTDR對應的事件表

過量的損耗會加劇信號衰減，在多模光纖鏈路中還會引入附加的色散值，這將縮短光纖的有效傳輸長度。室內光纖過度彎曲點通常發(fā)生在配線架或設備端口處，與整理跳線的方式不當從而造成彎曲過度有較大關系。

以上測試結果基本上可以涵蓋中低速光纖鏈路中的故障診斷定位，掌握了OTDR曲線分析方法可以很快確認問題發(fā)生的物理位置。對于不熟悉OTDR曲線解讀的維護人員，則可以簡單地遵循“事件表”的提示，檢查對應的故障位置。

不過，在高速光纖鏈路中，情形遠比中低速光纖鏈路復雜，比如在10G/40G/100G以太網光纖鏈路中，鏈路總損耗和連接點損耗符合要求并不意味著鏈路的誤碼率一定能符合要求，這是因為總損耗合格并不意味著每個連接器、熔接點都合格，且連接器的過量反射會引起誤碼率上升，甚至造成連接失敗，所以需要考察每個“事件”的單個損耗值和每個連接器的反射值(ORL)。

連接器的損耗和反射值(ORL，光回波損耗)是器件質量的兩個重要參數，但因為安裝過程中存在著誤用連接器、指紋污染、唾液污染等情形，連接質量并不是很樂觀。關鍵的誤解還在于，這些過量反射點在10/100/1000M等中低速以太網鏈路中可能并不明顯影響鏈路的誤碼率。

補償光纖。由于OTDR測試儀端口不能在發(fā)射測試脈沖的同時接收反射回來的逆向散射和菲涅耳反射信號(此時間接收器件呈關閉狀態(tài))，所以，作為緊鄰的第一個連接器(就是儀器測試端口)往往是不能被“看清”的。為此，我們可以認為地在測試儀端口前加上一段光纖，把第一個連接器移到遠離測試端口的地方，這樣就可以看清第一個被測鏈路的連接器了。這段人為添加的測試光纖就是“發(fā)射補償光纖”，又稱“測試前導光纖”。儀器會在測試結果中會自動減去這段長度。另外，被測鏈路的終端由于沒有連接光纖或光接收器，測試光脈沖將直接射入到空氣中。這樣，終端端面反射回來的光脈沖就和實際連接有光纖或者光接收器的反射脈沖不同。通常，終端反射比較強，這就是為什么OTDR曲線末端會有一個最高的尖峰。為了“看清”終端端面的質量，此事需要認為地在終端后面加一段光纖來仿真實際反射的狀況，以此評估終端端面的質量。這段附加的光纖就叫接收補償光纖，又叫測試尾纖、后置光纖。為了方便，發(fā)射補償光纖和接收補償光纖采用同樣規(guī)格的光纖，長度一般是多模補償光纖100米，單模補償光纖130米。

為了看清端面反射，我們選擇事件表中的某一事件比如0m處的事件，進入“查看細節(jié)”菜單，就可以查看實測的反射值和/或ORL值。如圖4所示。

這是事件表中的0米處的詳細信息，反射值Reflectance列在最下端，值約-49.79dB，沒有任何問題。對于高速鏈路，如果反射值高于-30dB(比如-29dB)，則很容易引發(fā)誤碼率明顯增加。事實上，-30dB以上的反射值通常是因為誤用了FC光纖端面研磨的連接器或者端面污染。對于萬兆鏈路，一般建議反射值低于-35dB。在TSB140標準中，由于沒有規(guī)定相對應的10G/40G/100G的反射值極限，業(yè)界一般有如下推薦門限：-35dB/-45dB/-55dB。

圖四?事件詳細信息(反射值 Reflectance)

圖五 增益現象OTDR增益。

如果光纖鏈路中采用了不同折射率(OM4/OM2)或者不同直徑的光纖(50/62.5)，則連接器反射尖峰后面不光不會自然跌落，反而有可能抬升，這種現象就叫做OTDR測試增益。如圖五所示。

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