昊衡科技：不同种类光纤的连接损耗测量

  OFDR插损测量原理

  光频域反射技术(OFDR)可通过背向散射法测量整段光纤的回损曲线，利用回损和插损之间的关系可以得到整条曲线各个点的损耗。

  图1. 背向散射法测量原理

  如图1所示，假定DUT前后测量位置为1、2，其对应的光功率分别为P1、P2，对应的散射系数分别为α1、α2，则其对应的反射光功率分别为：Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。

      DUT的插损为：IL=-10lg (P₂/P₁)  

      1、2处的回损分别为：RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。

  当1、2处光纤的散射系数相同时，可推导出IL=(RL1-RL2)/2背向散射法是反射式测量，光信号往返两次经过DUT，因此需除以2。

  光纤连接损耗出现负值现象

  光纤连接处只能引起损耗而不能引起“增益”，OFDR是通过对比连接处前后位置的回损强度来对连接处的损耗进行计算，当连接处前面光纤的回损强度大于后面光纤的回损强度时，会引起连接处插损出现负值的现象，从而引起所谓的“伪增益”。

  如图2所示，两种不同的光纤熔接后，正向测试为-0.2dB的损耗(0.2dB的增益)，反向测为0.4dB的损耗，实际上连接处始终会存在损耗，不可能出现增益情况。

  图2. 两种不同光纤的熔接损耗图

  导致“伪增益”的主要原因是由于连接处前后两种光纤的瑞利散射系数、模场直径和折射率等有差异，此种情况经常出现在不同型号的两种光纤熔接在一起时。这种“伪增益”会导致使用OFDR测得的损耗不准确，为了准确测量连接处的损耗，昊衡科技做了以下测试。

  测试验证：

  将单模光纤、保偏光纤、直径125μm和80μm的聚酰亚胺光纤、特种光纤等五种光纤两两熔接在一起，如图3所示，A、B为五种光纤中的任意两种，使用双向平均法测试连接点损耗。

  图3. 光纤连接示意图

  假设x表示瑞利散射强度差，y表示连接损耗。

  当正向测量时，熔接点处的插损为a，则x+y=a(公式1);

  当反向测量时，熔接点处的插损为b，公式变为-x+y=b(公式2)。

  通过公式1、2的加减，可以测出两种损耗的真实大小。

  图4、5为单模光纤与特种光纤连接时正向和反向测量得到的结果示意图。

  图4. 正向测量

  图5. 反向测量

  5种光纤两两连接进行测量，每组测量5组数据，取其平均值，用上述公式进行计算，得到测量结果如下表1、2所示。

  同时，昊衡科技使用功率计测量两两光纤熔接时的真实损耗。首先将功率计直接连接设备出光口，测得出光口光功率为1.636mW，然后按图6进行连接，这里例举单模光纤和特种光纤。功率计测得光功率为1.012mW，通过公式10lg(Pout/Pin)计算出损耗为-2.086dB，由于链路中有两个连接点，则一个连接点的损耗为-1.043dB，与表1中单模光纤和特种光纤连接损耗仅差0.106dB。

  图6. 功率计测试连接点损耗示意图

  由此得出，使用OFDR测量不同种类光纤连接损耗有两种方法：

  1. 使用双向平均法测量不同种类光纤的连接损耗，将两次测量结果取平均后就是熔接处真实损耗;

  2. 通过提前测量不同种类光纤之间的瑞利散射强度差，然后用背向散射法测得的损耗减去(或加上)瑞利散射强度差，即可得到真实连接损耗。

  昊衡科技

  昊衡科技一家集研发、生产、销售于一体的高科技公司，专业从事工业级自校准光学测量与传感技术开发，也是国内唯一一家实现OFDR技术商用化的公司。目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率产品，主要应用于光学链路诊断、光学多参量测量、高精度分布式光纤温度和应变传感测试。已与全球多个国家和地区企业建立良好的合作关系，并取得诸多成果。