光回波損耗測試儀

為保障高速光纖傳輸系統中數據傳輸的可靠性，越來越需要使用線寬窄的激光器（如DFB分佈反饋式激光器）。然而，激光器的線寬越窄，對傳輸系統的後向反射越敏感，如果系統中的後向反射光達到一定大小，激光器將改變其調製特性和輸出光譜，這樣會影響傳輸系統的性能，嚴重情況下會使傳輸信號失真，導致系統徹底失效。即使使用普通的激光器（如F-P（法布里—珀羅）激光器），傳輸系統的性能也會不同程度的受到後向反射的影響。

由於光傳輸系統中包含眾多的光器件（如光纖連接器、光耦合器、光開關、探測器等），這些光器件均會產生或多或少的後向反射，影響系統的性能。為了保證系統可靠運行，系統中的所有光器件的特性參數均須測定，其中尤為重要的參數就是光回波損耗（簡稱回損），即後向反射光相對入射光的比率的分貝數，用以表徵光器件抑制後向反射能力的特性。高回損值的光器件表示其有較小的反射光，回損值高的光器件適用於高速傳輸系統。因此，為了優化光器件和系統的特性，精確測量回損值顯得越來越重要。 ^[1] 

光傳輸系統中，當入射光傳輸至光器件時，入射光總有部分光被光器件反射回來。其中後向反射光功率與入射光功率的比值稱為該器件的反射率R。

光回波損耗R_L(dB)定義為

R_L(dB) = 10lg(1/R)

光回波損的測量對象主要是高速光纖傳輸系統中的各種連接器和光器件以及由它們組成的系統。這些光器件和子系統的後向反射對系統的影響包括：使得傳輸的光信號減弱；與入射光信號產生干涉現象；在數字傳輸系統中增加誤碼率；在模擬傳輸系統中降低信噪比。

由於後向反射光會回到光源，較多的後向反射對光源造成的影響包括：引起光源的中心波長波動；引起光源的輸出功率波動；某些情況下會損害光源。此外，光源中心波長的波動也會引起光路接收端的探測器產生測量誤差。

為了保證光傳輸系統的性能，保證系統中光源的中心波長和功率穩定，通常需要限定系統中反射回到光源的最大反射光功率。因此，測量光器件及其子系統的光回波損耗顯得非常重要。

光回波損耗的測試方法主要有相干域反射法（OCDR），光時域反射法（OTDR）和光連續波反射法（OCWR）三種。

光相干域反射法是一種基於白光干涉儀的測試方法，可以測量光路中各位置點的多重反射光。它的優勢在於有相當的測量靈敏度，但是測量範圍受限於干涉儀的移動距離（10cm左右）。

光時域反射法是一種基於光脈衝反射的測試技術，在光纖測試領域應用廣泛。它通過發射光脈衝，搜尋反射事件發生的位置，並通過接收返回的光脈衝來測量後向反射光功率。

光連續波反射法是一種整體測試方法，僅用於測量光路中的反射光總和。它的優勢在於簡單易行且測量靈敏度高，是測量後向反射光的最佳方法。

三種方法之中，光時域反射法由於受到噪聲、測量距離、光脈衝寬度的影響，其測試光回波損耗的精度不高。另外，由於存在盲區（發生在強反射後）現象，它不能精確測量緊隨盲區之後的弱反射，因此，其測試精度遠低於光連續波反射法。光連續波反射法不受強反射事件的影響，其測試裝置也不受噪聲、測量距離、光脈衝寬度的影響，故而應用比較普遍。

國產典型光回波損耗測試儀是使用光連續波反射法完成回波損耗測試的，它通過把回波損耗值已知的光校準件反射的光功率與被測光器件反射的光功率進行比較，準確測出被測光器件的回波損耗值。

1、測試裝置

使用光連續波反射法進行光回波損耗測試的裝置十分簡單，主要包括激光源、探測器、光耦合器，測試裝置示意圖如圖1-1所示。

圖1-1中參數説明如下：P_s為激光源發射出的光功率；P_I為入射到待測件的光功率；P_RD為待測件後向反射光功率；P_DD為探測器接收到的光功率；k₁,k₂為耦合器的耦合比；S為光耦合器的方向性；R_DUT為待測件的反射率。

測試裝置中，激光源發射出的光經過光耦合器到達待測件，被待測件反射，產生的反射光經光耦合器由探測器接收。為消除待測件之後的反射，應在待測件之後靠近待測件的位置處對光纖實施終止反射。

由圖1-1可得

P_I=P_sk₁

P_RD=P_IR_DUT

P_DD=P_RDk₂+P_sS

待測件的光回波損耗R_L(dB)為

R_L(dB)=10lg(1/R_DUT)=10lg(P_I/P_RD)

2、測量準確度的影響因素

測試裝置中各組成部分（如激光源、光耦合器、探測器、標準反射件等）均會對測量準確度產生影響，同時測試裝置的整體光路特性（如干涉效應、光路寄生反射大小等）也會影響測量的準確度。

1） 激光源的影響。測試過程中應保證激光源發射的光功率穩定；否則其光功率變化會直接造成測量誤差。由於裝置中光路存在反射，會影響激光源的光功率穩定，因此需要對激光源進行光隔離，以保護激光源不受反射光的影響，使激光源發射穩定的光功率。一般在激光源和光耦合器之間接入光隔離器或光衰減器，以獲得合適的隔離度。

2） 光耦合器的影響。光在單模光纖中傳輸，存在兩個垂直的偏振態。光路中光纖的任何機械拉伸和移動均會產生相應的機械應力，導致雙折射現象，使光的偏振態改變。偏振態的變化又使光耦合器的耦合比發生變化，從而影響測量的準確度。測試過程中應避免移動測試裝置光路中的待測件之前的光纖，以保證光路中光的偏振態不變。

測量光回波損耗的裝置中，應優先選用偏振敏感度較低的光耦合器。另外，光纖中偏振態變化會使測量裝置的顯示值波動，因此測試中應以穩定的顯示值為準。

3） 探測器的影響。測試裝置中探測器的性能直接影響測量的不確定度。由於待測件回波損耗值高（可高達70dB），其反射光功率信號相當微弱，因此探測器應有較高的靈敏度，有足夠大的測量範圍，以保證探測到的信號不被噪聲淹沒。探測器及其信號放大電路的線性誤差也直接影響測量精度。如果待測件的反射光功率和標準反射件的反射光功率之間存在幾個量程的差別，那麼量程間的非線性誤差將會構成待測件測量誤差的一部分。因此，測量前應對探測器單元的線性仔細校準，使其在整個測量範圍內有很好的線性，以保證測量的準確性。

4） 標準反射件的影響。標準反射件的反射率接近其理論反射率，故而被採用作為參考反射標準。理論上，垂直的玻璃空氣界面的反射率為0.035，玻璃與金界面的反射率為0.98。實際使用中，垂直切口的光纖端面經過良好的拋光處理後，與空氣界面的反射率接近理論值0.035，其回波損耗約為14.6dB，不確定度一般在

0.2dB之內，常被採用作為標準反射件。另外，鍍金的垂直光纖端面的實際反射率可達到0.96，其回波損耗約為0.18 dB，不確定度一般在

0.1dB之內,也被某些公司採用作為標準反射件。在連接器的回波損耗測量中，研磨良好的光纖端面常被使用作為標準反射件進行測試裝置的參考反射校準。在光回波損耗的測量中，標準反射件的反射率誤差將直接帶來測量誤差。因此，測試前應首先保證標準反射件的實際反射率接近理論值；否則應及時進行修正，以避免將其誤差引入待測件的測量誤差。 ^[1] 

5） 光干涉效應的影響。當激光源的相干長度大於從光耦合器到待測件的距離的兩倍時，將會發生干涉現象，使探測器測量值波動。從待測件反射回來的光與從激光源經光耦合器直接到達探測器的光由於具有恆定的相位差會產生干涉，當兩者振幅相同且偏振方向一致時，干涉現象最為明顯。為減小干涉效應的影響，可增加光耦合器到待測件之間的光路長度，使干涉條件不滿足。普通F-P激光器的相干長度一般小於十幾毫米，遠小於光耦合器到待測件之間的距離，所以干涉效應的影響很小。只有在使用線寬很窄的DFB激光器時，才需要考慮干涉效應的影響。

6） 光路寄生反射大小的影響。由於測試裝置中包括多種光器件及多個連接點，使測試裝置自身就存在寄生反射，較大的寄生反射會降低信噪比，降低測量範圍。由式R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)]+10lg(1/R_ref)

可知，當待測件的後向反射光功率接近寄生反射光功率時，寄生反射光功率的微小變化會導致測量結果的較大變化。因此測試裝置中的光器件應具有較高的回波損耗和較高的隔離度，以減小寄生反射的影響。

下面以國產典型光回波損耗測試儀為例説明其技術指標。

工作波長：1310nm,1550nm 回波損耗準確度：

1.5dB(60dB)以下

功率範圍：-70dBm~+3dBm

2.0dB(60dB~65dB)

功率準確度：

0.25dB(-10dBm)

2.5dB(65dB~70dB)

回波損耗範圍：0~70dB

國產典型光回波損耗測試儀是根據光連續波反射法（OCWR）測試原理和實際使用需要進行自主設計的，它必須與外部270Hz調製光源配合使用，其內部對來自光源的調製光信號和同步調製電信號採用了同相檢測技術，使探測器的光功率測量範圍大大提高，從而保證了70dB動態範圍的回波損耗測量。另外，它還集成了另一路探測器，用於對光器件或光系統的插入損耗進行測試，而且光回波損耗與插入損耗可單獨測量，也可同時測量，使用十分便利。

光回波損耗測試儀可以測量單模光纖連接器（如光纖跳線和法蘭盤）、光器件和光傳輸系統的回波損耗及插入損耗，適用於科研、計量及光纖通信、光纖光纜、其他光無源器件生產等部門和廠家。

以經常性的FC/PC型連接器的回波損耗測試為例，光回波損耗測試儀使用時的光路連接圖如圖1-2所示。

圖1-2中，單模調製激光源發射的270Hz調製光入射到光回波損耗測試儀的光源輸入端口，經其內部光路中的光衰減器、光耦合器到達光回波損耗測試儀的FC/APC測試端口，該端口連接標準跳線FC/APC-FC/UPC的FC/APC端，入射光再經標準跳線的另一端FC/UPC端入射到被測件的FC/PC端，緊隨被測件的FC/PC端之後對光纖實施終止反射，由FC/UPC端和FC/PC端組成的連接器對的連接面上產生反射，反射光經標準跳線、光纖耦合器由探測器接收。

測量回波損耗需要分三步測量三個光功率值。

第一步：光回波損耗測試儀的FC/APC測試端口連接標準跳線的FC/APC端，標準跳線的FC/UPC端不連接任何被測件，此時以該FC/UPC端面作為標準反射件進行參考反射校準，反射率為R_ref，回波損耗約為14.8Db，探測器探測到的光功率即為參考反射引起的光功率P_ref。

第二步：對標準跳線實施光纖終止反射，探測器探測到的光功率即為寄生反射引起的光功率P_p。

第三步：標準跳線的FC/UPC端連接被測件的FC/PC端，兩者組成被測連接器對，在被測件的FC/PC端之後實時光纖終止反射，探測器探測到的光功率即為被測連接器對的連接面反射引起的光功率P_meas。

被測連接器對的回波損耗即為

R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)]+10lg(1/R_ref) (1.1) ^[1] 

由於標準跳線的FC/UPC端面研磨良好，反射率接近理論值，故被測連接器對的回波損耗為

R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)]+14.8

由式（1.1）可知，測量回波損耗時，必須首先保證標準跳線的FC/UPC端面的反射率接近理論反射率；否則，其誤差將直接引入被測件的測量誤差。其次，還需保證寄生反射光功率足夠小，以便在測量高回損光器件時測量結果仍有較好的精度。

回波損耗測試的過程要求較為嚴格，標準跳線、被測件、光路中各連接端面的清潔程度均會對測試結果造成重大影響。因此測試時需經常清潔標準跳線，並且由於端面磨損，需要定期更換標準跳線。