提高光纤背向散射法测量精度的方法研究

夏 娟 重庆信科设计有限公司 401121



提高光纤背向散射法测量精度的方法研究

夏 娟 重庆信科设计有限公司 401121

【文章摘要】

随着科学技术的飞速发展，光线制造行业也得到了极大发展，人们的生活和光纤网络也越来越密切，随之而来的对光纤传输损耗的测量也越来越受人们关注，在光纤网络的维护当中最重要的一道工序就是对光纤传输损耗的测量。本文作者详细阐述了光线传导过程当中的能量损耗原因，综合对比了目前已有的各种对光纤传输损耗的测量的方法，对其中的背向散射法测量法做出了较为深入的探究，并且运用多种精密的测量仪器，直观表示了背向散射法测量法的工作原理，对我国光纤网络的维护有着重要意义。

【关键词】

提高；光纤背向散射法；测量精度；方法；研究

1　光纤损耗

1.1基本概念

光信号沿着光纤传导时损耗的光功率就是光纤损耗，也被叫做光纤的衰减。主要的损耗原因如下。

第一，宏弯损耗和微弯损耗统称为弯曲损耗。前者是因为整个轴线弯曲所引发的光纤不能满足全内反射条件，从而导致部分光束外漏的现象。这种情况只有通过降低光纤其他的参数性能才可以得到改善。后者是因为光纤受力不均匀而产生的较小的、不规则的弯曲，可以通过该传导模的改变进而损耗光功率。

第二，散射损耗。这是因为光纤内芯自身缺陷引起的。

第三，吸收损耗。当光传播的时候，如果遇见了和光子能量相同的能级距离的材料就会发生吸收损耗。

1.2损耗分类

光纤损耗可以分为光纤本征的传输损耗、使用过程中的光纤传输损耗和连接过程中的光纤损耗这三大类。

1.3损耗测量方法

光纤损耗的测量方法主要可以分为技术性的测量方法和传输性的测量方法。前者不但要测定波长的衰减还要确定光纤损耗的光谱特征。后者主要测量的就是稳定状态使得光纤衰减系数。

2　背向散射法测量光纤

2.1时光域反射仪的概念

时光域反射仪简称OTDR，是在1977年被发明的，主要应用于光纤损耗特征的检测。它的实质是：传感器的输出信号内包含了内部测量参数在空间的变化，输出的信号沿着光纤传导，部分的光信号被散射掉，并且和历经的传输的时间有着密切的联系，然后考虑光波的传输速率，就可以得到光源到被测点的长度。

2.2时光域反射仪的工作原理

时光域反射仪是一个综合光电和计算机的高新科学技术系统，涉及到多种科学的检测技术。时光域反射仪的工作原理和雷达测距相似，主要的原理是：把较窄的光纤脉冲注射到光纤的端面来探测光信号，在光脉冲沿着光纤进行传导的时候，各个瑞利散射的背向部分的光脉冲就会源源不断地返回到光纤入射点。如果光信号在反射的过程当中遇到不能折射的物质的时候，就会产生相应的反应，被称作“菲涅耳反射”。

2.3使用时光域反射仪测量的不足之处

时光域反射仪主要存在着两大问题。一是盲区问题，指的是因为光信号的传导过程当中的菲尼尔反射强信号之后出现饱和状态，从而引起的短时间的休复现象。二是识别率问题，这个问题可以通过改进时光域反射仪的自身系统、改变被测量光纤的结构以及预先估计被测点位置这三个方法来改善。

3　提高光纤背向散射法精确度的方法

根据背向散射法的测量过程，可以了解到要想提高背向散射法测量的精确度可以从这几个方面着手。

首先，研究所输入光的性质。背向散射法测量光纤，要求使用的的功率较大的窄型脉冲光线，脉冲要很窄，这样才能提高光纤的识别率，但是在保证光纤识别率的同时光纤的测量范围会受到一定的影响，光纤测量的量程会变窄。这个时候，可以通过引入其他性质的输入信号来改善，这样做不仅可以保证光纤的识别率也能起到扩大光纤测量量程的效果。其次，通常情况下，都会使用同一个固定频率的光纤脉冲进行反复多次的测量，目的是为了提高实验数据的精确度，但是这种方法的效果并不理想。因此，可以考虑是否可以在主频测量的时候使用相应的辅频进行测量，而这样做对提高光纤背向散射法测量的精确度有没有帮助这一问题。

3.1增加辅频

在使用光速来测量某一距离的时候，要求所测量的距离要比较大，测距的精确度要比较高，因为，光速是很快的，所以在测量的时候的时间间隔会非常短，在工程项目当中，经常会使用光纤脉冲的方式来进行短时间间隔的测量，有时候也会使用相位测距的方法来进行较短时间间隔的测量。但是在使用相位测距法进行短时间间隔的测量的时候，如果射入的光频率较高时，测距的精确度很高，但是范围就会很窄；如果如果射入的光频率较第时，测距的范围就会很款，但是精确度很低。也就是无法同时实现高精确度、大范围的目标。

3.2采用格雷互补序列

在使用背向散射法的相关技术的时候，能够实现短时间内较为精确的测量结果，有效解决了测量识别率和测量范围不能同时达到要求的问题。因为光纤只能传导正的光纤脉冲，所以不能和超声测距一样，使用双极性的格雷互补序列，而是要对发生的信号进行相应的强度调整，就是把两组已有的双极性脉冲序列强化成四组单极性的脉冲序列，然后再使用这四组单极性的脉冲序列来进行光纤的探测，把响应和发射的单极性脉冲关联起来，最终使用四组相关曲线来计算响应的特性。

4　结语

众所周知，光纤通讯是一项很被人们看好的学科，随着社会技术的不断发展，人们的生产生活会和光纤建立千丝万缕的联系。光纤的发展将不仅仅提留在娱乐、通讯等方面，而是会在众多领域里发展起来。由此看来，对光纤网络的维护也就会变得更加重要。使用背向散射法来进行光纤衰减的测量是一种科学的、高效的手段，对于提高光纤的传输效率有着十分重要的意义。

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【作者简介】

夏娟（1982.04-），女，籍贯：重庆，高级通信工程师，本科学历，主要从事通信工程勘测设计方面的研究。