OTDR的原理和操作YOKOGAWAUNIV.ppt

OTDR原理与现场应用 OTDR OPM April2011 OTDR OPM Page 2 我们的学习内容 什么是通信光纤光如何在光纤里传输的我们在通信中用那种光纤什么是光源和光接收器OTDR如何工作的OTDR曲线中坚峰的意义什么是鬼影什么是瑞利后向散射 OTDR OPM Page 3 用光功率计与OTDR进行光纤评估 现场应用 光纤基础知识 OTDR OPM Page 4 第一个真正的光传输系统是在美国使用的 利用一个充满非常纯净气体的管子 这种参数只能直线上传输几公里在此过程中进行了一些改进 比如在弯曲的地方和拐角的地方放置镜子 这样信号就不仅仅能够在直线上传输了在进行长期的测试后发现 其实玻璃是一种传输光信号很好的媒介 历史 为什么在通信中用光纤 OTDR OPM Page 5 用玻璃做成的管子 被用于第一次光通信测试在接下来的研究中管子变得越来越细 试验发现细的玻璃纤维是一个理想的传输媒介 比如玻璃纤维便于在拐角处移动在旁边的图片里面你可以看到他的传输原理 整个光纤都是由玻璃做成的 只是外部相对于中心来说密度上有些差别 在内外两层玻璃的边界上光发生了全反射这样可以保证光信号到达接收端有小的损耗 原理可以用一个水槽与小电筒进行演示 我们为什么在通信中用光纤 光纤特性薄玻璃 125 m小损耗 0 2dB 1550nm不受外界环境影响 硅玻璃 自然资源丰富 OTDR OPM Page 6 光纤薄玻璃 125 m低损耗 0 2dB 1550nm不受环境影响 硅玻璃 自然资源丰富 我们为什么在通信中用光纤 OTDR OPM Page 7 图 简单传输系统 图 传输系统描述 电信号 光信号 电信号 信号源 放大器 AD转换器 LED 光纤 光电二极管 接收器 放大器 DA转换器 我们为什么在通信中用光纤 OTDR OPM Page 8 光纤的发展1 3 第一个 真正 的光纤叫做阶跃式 SI 光纤 因为它们的IOR 折射率 在纤芯与包层的边界是呈阶跃式的 就像空气与水的界面 这种光纤的直径仍然很大 250 m 于是从各个方向来的光都能耦合进光纤 大的直径允许宽的光束可以耦合进光纤 因为这样在光纤中的光束将有不同的反射角 不同的反射角导致光路的长度就有差别 这样的结果是导致输出的光信号被展宽了 多模阶跃是光纤 光纤直径 IOR侧面图 传输模式 输入信号 输出信号 OTDR OPM Page 9 为了减小对输入光信号的展宽 对GI光纤进行了改善 这种光纤的IOR在直径方向上是连续变化的 这样就产生下面显示的光路 这种特性降低了脉冲的展宽影响 波导色散 但是在长距离传输时这种光纤的影响还是很大的 多模斜率指数 光纤直径 IOR侧面图 传输模式 输入信号 输出信号 光纤的发展2 3 OTDR OPM Page 10 实际上单模光纤 SM 被用于长距离网络 这种光纤仅仅可以接收一个模式的光 这就要求在输入端 大部分光能量用很小的角度耦合到光纤里面 这样波导散射基本被消除了 但是还有其它散射因素来展宽光脉冲 单模阶跃式光纤 光纤直径 IOR侧面图 传输模式 输入信号 输出信号 光纤的发展3 3 OTDR OPM Page 11 光纤接受的输入角 纤芯 总的玻璃直径外部直径 多模光纤 阶跃式 多模光纤 渐变式 单模光纤 阶跃式 NA0 1 12degree OTDR OPM Page 12 光纤连接 玻璃纤维是由热玻璃块来加工的 使光纤内外层的密度不一样的原理与使玻璃上下密度不一样的原理是一样的 光纤是由热玻璃连续拉制成的并且收绕到绕线盘上 这就是光纤不能无穷长的原因 要得到需要的光纤长度 就必须用熔接机或连接器把他们连接起来 OTDR OPM Page 13 为什么用玻璃 玻璃这种材料到处可以找到 比如我们可以从海滩的沙子中找到 玻璃相对于铜这种材料 可以知道什么是真正的昂贵和有限 玻璃是多么便宜与丰富的原材料 但是光纤连接是很困难的 比电缆连接要复杂的多 光纤有无限的带宽与其它线缆无法比拟的每公里平均损耗 我们希望在以后不再使用铜缆用于通信 光缆特性细的玻璃 125 m低的损耗 0 2dB Km 1550nm不受外界环境的干扰 OTDR OPM 我们需要那些器件 LED LASER 图 传输系统描述 信号源 放大器 AD转换器 LED 光缆 光电二极管 接收器 放大器 DA转换器 52dBm 4dBm OTDR OPM Page 15 LED光谱 测试谱宽 147nm比LD宽的谱宽低的多的输出功率 OTDR OPM Page 16 激光二极管 LD 测试谱宽 1 2nm窄谱宽高输出功率 大于 5dBm OTDR OPM 图 传输系统描述 信号源 放大器 AD转换器 LED 光缆 光电二极管 接收器 放大器 DA转换器 我们需要那些器件 OTDR OPM Page 18 光纤网络与测试 熔接损耗测试检查光纤链路的熔接损耗损耗测试检查光纤链路总的损耗接收端的功率测试检查输入功率 OTDR OPM Page 19 OPM功率测试OPM 光源总损耗OTDR总损耗 损耗分布 TX Fiber Fiber 光纤网络与测试 OTDR OPM 损耗测试方法 OPM FUT FUT 参考光纤 参考光纤 参考光纤 Loss P2 P1 dB P1dBm P2dBm 熔接点 截断法 OTDR OPM St 1 St 2 St 5 St 6 St 1 St 2 St 3 St 4 St 5 St 6 P1dBm P2dBm Loss P1 P2 dB FUT 损耗测试办法 OPM 插入损耗 1 参考测试 2 DUT测试 OTDR OPM OTDR测试 曲线举例 OTDR OPM OTDR结构图 LD 方向耦合器 反射镜 激光 脉冲发生器 光电二极管 电放大器 PC DUT OTDR OPM Page 24 OTDR原理 发送一个已知的光脉冲 10ns 50 s 与波长L 850 1310 1550or1625nm 发送到光纤里面 同时测量开始 这时测试设备开始计算光在光纤中走过的时间 在连接点 熔接点等的反射光的反射时间与光纤起始位置是相关的 对反射光能级的测量 可以判断事件点的质量 如果知道光纤的IOR值 用光在光纤中走过的时间可以用来计算光纤起始端到事件点的距离 L t c 2n c 光速 例子 如果100 s时探测到光纤的尾端 那意味着从起始端到光纤尾端的距离是10km L 100E 06s 300E03km s 2 1 48 OTDR OPM 损耗测试的特性曲线 熔接损耗 连接损耗 熔接点 连接点 100 4 max 4 14dB 96 OTDR OPM 瑞利后向散射 fibrecore LD 光源 光 反射光 部分反射光 瑞利后向散射因为玻璃结构上的分布不均 几乎在光纤每个地方都有一部分光被反射 这种反射可以在分子核上产生 也可以在生产时带入的污染物的地方产生反射 这种反射光会返回到OTDR 用来评估光纤的损耗特性 反射越大 损耗越大 OTDR OPM 测试评估 1 4 总损耗测试如果测试中没有使用哑光纤 我们只能按图示的方法设置标记 可以通过Y轴读出损耗值 没有哑光纤就不能读出输入与输出连接器的损耗值 除输入 输出连接器之外的损耗量dB值 OTDR OPM 测试评估 2 4 总损耗测试为优化OTDR的测试 可以在FUT 待测光纤 的起始端和尾端分别接入一段哑光纤 来评估总的损耗 一个标记设置第一个反射前面 一个标记设置最后一个反射后面 这样就能分析出包含输入输出连接器的总的损耗 哑光纤 待测光纤 损耗 dB 哑光纤 熔接损耗 OTDR OPM 测试与评估 3 4 熔接损耗测试4点法分析 M1应该设在距事件点足够远的地方 M2设置在事件点 M3设置在事件点后面附近的地方 M4设置在事件点后面足够远的地方 利用M3与M4能够进行推算测出事件的损耗 尽管OTDR显示事件有几米长 但是一个熔接点事件只有几个 m OTDR OPM 测试与评估 4 4 M1 M2 自动放置M5 M3 M4 连接损耗测试5点法分析 象在4点法分析熔接损耗一样设置M1 M4点 将用M3与M4推算在连接点的连接器 虽然OTDR显示事件点有几米 实际上连接点只有几个 m M5将被用于计算连接器的回波损耗 低的反射将有高的回波损耗 举例 60dB是一个好的值 30dB就不是太好 OTDR OPM 鬼影 1 3 7 25km 14 5km 7 25km OTDR OPM 7 25km 14 5km 鬼影 2 3 OTDR OPM 100kmdistancerange 10kmDistanz Bereich 35km 35km 10kmdistancerange 鬼影 3 3 OTDR OPM 噪声与平均 距离范围20km单模光纤波长1550nm脉宽20ns平均时间左侧图4sec平均时间右侧图60sec OTDR测试信号范围是非常宽的 为了改善对低信号功率测量的S N值 所以在测试时对数据进行平均 OTDR OPM 熔接增益与双向测试 实际损耗 0 1 0 5 2 0 2dB fibre1 fibre2 fibre2 fibre1 0 1dB 0 5dB OTDR OPM Page 36 我们听到了 什么是通信光纤光如何在光纤里传输的我们在通信中用那种光纤什么是光源和光接收器OTDR如何工作的OTDR曲线中坚峰的意义什么是鬼影什么是瑞利后向散射 OTDR OPM Page 37 非常感谢你的关注