光时域反射仪（OTDR）盲区分析及规避措施

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1 盲区定义及对测试结果的影响
光纤中菲涅尔反射的光强度比瑞丽散射的光强 度高104倍左右，OTDR检测器接收到菲涅尔反射光就 会进入到饱和状态，检测器需要一定的时间才能从饱 和状态恢复到正常状态，重新响应光信号。在检测器 恢复期间，OTDR不能准确检测光信号，测试结果中出 现盲区。 盲区（Deadzone）分为事件盲区（EventDeadzone） 和衰减盲区（AttenuationDeadzone）。 事件盲区是指菲涅尔反射发生后OTDR可检测到 另一个连续反射事件的最短距离，根据Telcordia系列 标准，事件盲区是反射值从其峰值下降到-1.5dB处的 距离，即为图1中A到B的距离。 衰减盲区是指菲涅尔反射发生后OTDR能精确测 量连续非反射事件损耗的最小距离，根据Telcordia系 列标准，衰减盲区是事件起点至曲线下落沿与背向散 射水平有0.5dB差异的点之间的距离，即为图1中A 到C的距离。 如果2个菲涅尔反射事件点之间的距离小于事件 盲区，事件表中显示为1个合并的反射事件，并返回1 个整体损耗，图像上显示为2个反射峰的合并图，且无 法明显区分2个曲线，如图2中黑色曲线所示。如果2 个菲涅尔反射事件点之间的距离大于事件盲区且小 于衰减盲区，在图像上可以明显区分出2个反射峰，事 件表中显示为2个反射事件，返回1个整体损耗，如图 2中红色曲线所示。如果2个菲涅尔反射事件点之间 的距离大于衰减盲区，从图2可以明显区分出2个反 射峰，事件表可以分别给出2个反射事件的损耗。 在光纤链路测试中，正常结果不可避免地会出现 至少3个反射事件点，第1个位于OTDR出光口与跳纤
连接处，第2个位于跳纤与被测光纤连接处，第3个位 于被测光纤末端。跳纤长度一般在10m以下，第1个 反射事件点产生的事件盲区常常远大于10m，从图3 可以得知1μs的事件盲区为113m左右，第一反射曲 线会覆盖、合并第二反射曲线，从图像上只能看到1个 合并后的反射曲线，无法进行区分，事件表中也不会 返回被测光纤接头或连接器的损耗。 2 盲区形成机理 OTDR盲区的产生，是由于OTDR检测器的核心 部件雪崩光电二极管（APD）受高强度的菲涅尔反射光 影响，进入到饱和状态，无法响应之后一段时间内接 收到的光信号。盲区带来的危害是反射事件点后方 的一段长度光纤损耗无法被探测到。盲区的长度跟 光脉冲宽度和APD的性能有关。 2.1 光脉冲宽度 OTDR光源向被测光纤发射宽度为Tw的光脉冲信 号，返回的菲涅尔反射信号和瑞丽散射信号均带有脉 冲响应。因此，接收机中APD输出的电信号有对应的 脉冲信号，响应的电脉冲宽度为Tw， Tw对应着一段光纤 长度Lw，这个长度是脉冲测量的本征盲区，是不可消除的。Lw与Tw有如下关系式： Lw= c n×Tw 2 （1） 其中 c为真空中的光速， n 为被测光纤的折射率。 2.2 APD光生载流子寿命 雪崩光电二极管的倍增过程：光注入产生光生载 流子，光生载流子在雪崩过程中获得增益，从而获得 多的载流子，此响应过程发生时间很短并和APD的具 体结构有关，一般响应时间在亚纳秒量级。通过光注 入和APD应用电压的延迟实验，发现光生载流子在光 注入后由于载流子寿命的影响，仍会在光吸收区域存 在载流子寿命长度的时间，从几百个纳秒至几微秒不 等，取决于光载流子的数量、吸收区域的掺杂浓度以 及结构。因此光生载流子的寿命Ts有如下关系： Ts=F( ) Pin （2） 其中Pin为进入APD的光强度。不同结构、不同掺 杂浓度的APD载流子寿命函数F（x）是不一样的。 3 OTDR出口盲区规避措施 OTDR的出光口是以光纤接头的形式成端，测量 时光脉冲会在出光口处产生菲涅尔反射，所引起的盲 区会覆盖被测光纤接头和连接器的损耗值。为了测 量出被测光纤的接头损耗和连接器损耗，在OTDR和 被测光纤之间加入盲区消除器（又称发射光纤或假 纤），用来规避OTDR出光口盲区，进而测量出被测光 纤的接头损耗和连接器损耗，所以发射光纤的长度应 该大于衰减盲区。 衰减盲区主要由2部分构成：脉冲宽度Tw所对应 的距离Lw以及APD光生载流子的消散时间Ts所对应 的距离Ls。则假纤长度L应满足如下关系： L>Lw+Ls= c n×Tw+Ts 2 （3） 在干线网络中，一个光放段的光缆距离通常在 50~100km，OTDR测试的脉冲宽度介于500ns~10 μs。在此脉宽区间，以EXFO厂家FTB-1型号OTDR 为例，根据工程实测经验，其Ts近似等于0.8Tw，则衰减 盲区Lp的表达式如下： Lp=Lw+Ls≈ c n×0.9×Tw （4） 光速 c=299792458m/s ，G.652光纤1310nm处 有效群折射率 n=1.466，G.652光纤1550nm处有效 群折射率 n=1.467，G.655光纤1550nm处有效群折 射率 n=1.469，光脉冲宽度Tw与衰减盲区Lp对应表如
表1所示。 假纤长度应大于衰减盲区，比衰减盲区多10%~ 15%即可。脉冲宽度为100ns或更短时，建议最短的 假纤长度为25m，脉冲宽度对应的假纤长度如表2所 示。
4 结束语
光纤连接器的损耗及光纤接头的损耗已经成为 光纤链路总损耗中不可忽视的一部分。光纤损耗测 试时，根据光脉冲宽度选用合适长度的发射光纤，避 免因OTDR出光口盲区掩盖光纤连接器和光纤接头的 损耗，导致光纤链路测试结果不准确。通过大量光纤 测试实例，笔者印证了：选用适当长度的假纤可以得 到被测光纤的接头损耗和连接器损耗，FTB-1型号 OTDR脉冲宽度和假纤长度的对应关系。使用其他型 号或其他厂家的OTDR测试时，也可以参考本文得出 的假纤长度和脉冲宽度对应表。