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本文主要介紹福祿克Fluke OptiFiber PRO (OTDR)光纖測(cè)試儀使用指南-OTDR測(cè)試方法原理解釋。
如果向光纖注入一束持續(xù)時(shí)間很短的光脈沖(比如100ns),那么光脈沖能量在向前傳輸?shù)倪^(guò)程中同時(shí)也會(huì)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(lái),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(yuǎn)端反射的能量則較小。這種反射又被稱作逆向散射(backscatter),數(shù)量級(jí)為1ppm左右。如果我們把“沿途”的這些反射能量都記錄下來(lái),就可以畫(huà)成如圖1所示的反射能量曲線(即光時(shí)域反射曲線,OTDR曲線)。這個(gè)曲線有什么用處呢?圖中0m的地方反射強(qiáng)(對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)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(huì)較弱(對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)約為-6.5dB),我們首先可以用這條曲線推算出這段長(zhǎng)約2040m的光纖對(duì)反射光的損耗大約為(-0.8-(-6.5))=5.7dB。通常,我們可以用這個(gè)損耗值來(lái)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(shí)域反射曲線)
如果光脈沖向前傳輸時(shí)遇到連接器(此處存在一個(gè)很窄的空氣隙),由于介質(zhì)突變,反射能量會(huì)很大,最大可達(dá)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(qiáng)的能量反射。事實(shí)上,由于該連接質(zhì)量不高,尖峰過(guò)后出現(xiàn)了一個(gè)約2dB的損耗跌落(通常最低要求不超過(guò)0.75dB),這個(gè)跌落就是由于連接器質(zhì)量問(wèn)題所引起的損耗。所以,我們可以用這個(gè)損耗來(lái)近似代替連接器的前向傳輸損耗。
仔細(xì)觀察約2040m-2095m這段55米的短光纖,你會(huì)發(fā)現(xiàn)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(biāo) -8dB-(-9dB)=1dB)。這顯然太高了。
在約2095m處出現(xiàn)的強(qiáng)“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(biāo)“橫軸”跌落。末端對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值就是光纖的長(zhǎng)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(gè)重要的參數(shù):
a)?這段光纖長(zhǎng)度是2095米 –?也可能就是斷纖的斷點(diǎn)長(zhǎng)度;
b)?在2040米出有一個(gè)連接器質(zhì)量不好(連接器損耗達(dá)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(zhì)量有問(wèn)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(wèn)題在2040~2095米一段。
這就是用OTDR測(cè)試曲線來(lái)判斷問(wèn)題的一個(gè)例子??梢钥吹焦饫w長(zhǎng)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?cè)倥e幾個(gè)案例。
如圖二所示,這是一段約230米的光纖,原先用于運(yùn)行千兆以太網(wǎng),在升級(jí)為萬(wàn)兆以太網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)丟包率很高,許多用戶反映系統(tǒng)升級(jí)后速度不升反降。測(cè)試光纖鏈路的總損耗約為3.5dB,超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值。維護(hù)人員需要迅速定位鏈路中引起損耗超差的故障點(diǎn)。
圖二?OTDR測(cè)試曲線
一般地,維護(hù)人員會(huì)先檢查交換機(jī)的光模塊配置和光功率,或簡(jiǎn)單地試著重新插拔一下光纖跳線。接下來(lái)則可能懷疑交換機(jī)主機(jī)是否有問(wèn)題。稍有經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員會(huì)測(cè)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(cè)試儀來(lái)觀測(cè)了了。它可以提供與曲線對(duì)應(yīng)的“事件表”,不精通曲線分析的一線維護(hù)人員可以通過(guò)“事件表”迅速了解問(wèn)題所在的物理位置,如圖三所示。請(qǐng)讀者對(duì)應(yīng)查看曲線和事件表兩圖。在102米的地方有一個(gè)正常的連接器,損耗值0.19dB,反射尖峰幅度較低,說(shuō)明連接質(zhì)量?jī)?yōu)良;在約152米的地方有一個(gè)反射尖峰,幅度適中,但連接器損耗(即OTDR曲線跌落)高達(dá)1.73dB,說(shuō)明此連接器質(zhì)量較差(存在灰塵的可能性較大);在約202米的地方有一個(gè)連接器尖峰,損耗為0.28,緊隨其后有一段長(zhǎng)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(rèn)為質(zhì)量尚可。在214米處有一個(gè)損耗,且無(wú)反射尖峰,判斷其最大的可能是一個(gè)光纖熔接點(diǎn)或者光纖過(guò)度彎曲事件。由于損耗值高達(dá)0.72dB,被認(rèn)為超標(biāo)(最大應(yīng)不超過(guò)0.3dB)。
圖三?與OTDR對(duì)應(yīng)的事件表
過(guò)量的損耗會(huì)加劇信號(hào)衰減,在多模光纖鏈路中還會(huì)引入附加的色散值,這將縮短光纖的有效傳輸長(zhǎng)度。室內(nèi)光纖過(guò)度彎曲點(diǎn)通常發(fā)生在配線架或設(shè)備端口處,與整理跳線的方式不當(dāng)從而造成彎曲過(guò)度有較大關(guān)系。
以上測(cè)試結(jié)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(rèn)問(wèn)題發(fā)生的物理位置。對(duì)于不熟悉OTDR曲線解讀的維護(hù)人員,則可以簡(jiǎn)單地遵循“事件表”的提示,檢查對(duì)應(yīng)的故障位置。
不過(guò),在高速光纖鏈路中,情形遠(yuǎn)比中低速光纖鏈路復(fù)雜,比如在10G/40G/100G以太網(wǎng)光纖鏈路中,鏈路總損耗和連接點(diǎn)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?yàn)榭倱p耗合格并不意味著每個(gè)連接器、熔接點(diǎn)都合格,且連接器的過(guò)量反射會(huì)引起誤碼率上升,甚至造成連接失敗,所以需要考察每個(gè)“事件”的單個(gè)損耗值和每個(gè)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(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù),但因?yàn)榘惭b過(guò)程中存在著誤用連接器、指紋污染、唾液污染等情形,連接質(zhì)量并不是很樂(lè)觀。關(guān)鍵的誤解還在于,這些過(guò)量反射點(diǎn)在10/100/1000M等中低速以太網(wǎng)鏈路中可能并不明顯影響鏈路的誤碼率。
補(bǔ)償光纖。由于OTDR測(cè)試儀端口不能在發(fā)射測(cè)試脈沖的同時(shí)接收反射回來(lái)的逆向散射和菲涅耳反射信號(hào)(此時(shí)間接收器件呈關(guān)閉狀態(tài)),所以,作為緊鄰的第一個(gè)連接器(就是儀器測(cè)試端口)往往是不能被“看清”的。為此,我們可以認(rèn)為地在測(cè)試儀端口前加上一段光纖,把第一個(gè)連接器移到遠(yuǎn)離測(cè)試端口的地方,這樣就可以看清第一個(gè)被測(cè)鏈路的連接器了。這段人為添加的測(cè)試光纖就是“發(fā)射補(bǔ)償光纖”,又稱“測(cè)試前導(dǎo)光纖”。儀器會(huì)在測(cè)試結(jié)果中會(huì)自動(dòng)減去這段長(zhǎng)度。另外,被測(cè)鏈路的終端由于沒(méi)有連接光纖或光接收器,測(cè)試光脈沖將直接射入到空氣中。這樣,終端端面反射回來(lái)的光脈沖就和實(shí)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(qiáng),這就是為什么OTDR曲線末端會(huì)有一個(gè)最高的尖峰。為了“看清”終端端面的質(zhì)量,此事需要認(rèn)為地在終端后面加一段光纖來(lái)仿真實(shí)際反射的狀況,以此評(píng)估終端端面的質(zhì)量。這段附加的光纖就叫接收補(bǔ)償光纖,又叫測(cè)試尾纖、后置光纖。為了方便,發(fā)射補(bǔ)償光纖和接收補(bǔ)償光纖采用同樣規(guī)格的光纖,長(zhǎng)度一般是多模補(bǔ)償光纖100米,單模補(bǔ)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(jìn)入“查看細(xì)節(jié)”菜單,就可以查看實(shí)測(cè)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(xì)信息,反射值Reflectance列在最下端,值約-49.79dB,沒(méi)有任何問(wèn)題。對(duì)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(shí)上,-30dB以上的反射值通常是因?yàn)檎`用了FC光纖端面研磨的連接器或者端面污染。對(duì)于萬(wàn)兆鏈路,一般建議反射值低于-35dB。在TSB140標(biāo)準(zhǔn)中,由于沒(méi)有規(guī)定相對(duì)應(yīng)的10G/40G/100G的反射值極限,業(yè)界一般有如下推薦門(mén)限:-35dB/-45dB/-55dB。
圖四?事件詳細(xì)信息(反射值 Reflectance)
圖五 增益現(xiàn)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(huì)自然跌落,反而有可能抬升,這種現(xiàn)象就叫做OTDR測(cè)試增益。如圖五所示。
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值得說(shuō)明的是:CFP-100-Q為單多模OTDR測(cè)試儀CFP-100-M為多模OTDR測(cè)試儀CFP-100-S為單模OTDR測(cè)試儀
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