光纖鏈路長度測試案例分析

如今，全球已經(jīng)進(jìn)入信息時代，包羅萬象的信息網(wǎng)是由一個個光纖鏈路組合而成，光纖網(wǎng)絡(luò)為實現(xiàn)5G的萬物互聯(lián)奠定基礎(chǔ)。未來信息技術(shù)的前景依賴光網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，無論在數(shù)據(jù)中心、基站還是用戶現(xiàn)場，能夠迅速精準(zhǔn)識別和定位故障變得前所未有重要。

通過OFDR技術(shù)測試光纖鏈路可以輕松得到各個事件點的長度、回?fù)p、插損信息，其定位精度高達(dá)10um，一次掃描即可將光路信息可視化，幫助科研人員設(shè)計、制造和驗證光路的可行性。

OFDR測試光路長度

高分辨光學(xué)鏈路診斷儀（OCI）基于光頻域反射技術(shù)（OFDR）可輕松測量光路長度，OFDR系統(tǒng)中由連續(xù)可調(diào)諧激光器作為光源，參考臂和待測鏈路組成干涉儀，當(dāng)激光器進(jìn)行線性掃描時，干涉儀兩臂會發(fā)生干涉而產(chǎn)生不同頻域干涉信息，對干涉信息進(jìn)行采集后，利用傅里葉變換得到反射事件點的時域信息，從而精準(zhǔn)定位到事件點的位置。

OCI測試光路長度實際是通過計算被測光路的傳輸時延和光路折射率得到，光時域中兩個事件點的最小時延差為頻率掃描范圍Δv的倒數(shù)，即：

（1）由于OFDR為反射式測量信號，測量的時延為光兩次通過光路的時延，所以兩個事件點的最小距離（空間分辨率）為：

（2）其中，c為真空中的光速是固定值，n為光路中的折射率，因此最小的空間分辨率由光路中折射率和光源掃頻范圍決定。

長度測試案例

01長度測量重復(fù)性

使用OCI（1500）分別測量1m、3m和6m左右的光纖長度，將OCI儀器的掃頻范圍調(diào)到最大，光纖的有效折射率為1.4682，光纖靜置在室溫中。表1為光纖長度測量結(jié)果，每種長度的光纖測試10次，每次測量的標(biāo)準(zhǔn)差都在10-5量級，表明OCI測試光纖長度的重復(fù)性很好，高達(dá)99.99%。

表1. 光纖長度測量結(jié)果

02溫度對長度測量影響

使用OCI測量光纖長度，實際是測量光在光纖中走的光程，環(huán)境溫度的變化不僅會使光纖本身熱脹冷縮而導(dǎo)致光程變化，還會對光纖的有效折射率產(chǎn)生影響導(dǎo)致光程變化。

使用OCI儀器測試，高精度控溫光纖校準(zhǔn)儀中光纖長度，其中光纖為丙烯酸酯涂層的G652D單模光纖，光纖長度在32m左右，光纖盤放在精準(zhǔn)控溫臺上，儀器控溫精度為0.01℃。表2為在不同溫度下OCI測試光纖的長度數(shù)據(jù)，溫度從20℃—40℃，每次增加5℃，每個溫度穩(wěn)定測試10次結(jié)果取平均，光纖溫度—長度對應(yīng)表如下：

表2. 光纖溫度—長度對應(yīng)表

圖1. 光纖溫度—長度對應(yīng)圖

從測試結(jié)果可以看出隨著溫度升高，待測光纖長度呈線性增加，溫度和長度的變化斜率為0.0002321m/℃，也就是每米光纖溫度升高1℃，測試光纖長度增加7.265×10-6m。

03折射率對長度測量影響

由于OCI測試光路長度，實際上是計算光通過返回光路時延和光路折射率得到的長度，在測試復(fù)雜的光鏈路時，經(jīng)常會遇到一個鏈路中耦合了幾種折射率不同的光波導(dǎo)，這時使用OCI測試光路長度就會受到不同折射率的影響。

OCI儀器默認(rèn)折射率為單模光纖折射率，遇到一個鏈路中耦合了折射率不一樣的光波導(dǎo)時，可以使用OCI測量不同折射率波導(dǎo)的時延，通過公式（2）將時延換算成該光波導(dǎo)的長度。

圖2. 測試示意圖

測試如圖2所示的光路長度，其中平面波導(dǎo)延長線為硅基波導(dǎo)，折射率為3.48，其他的光路為單模光纖，折射率為1.4682，使用OCI測試整個光路時延，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3. 測試結(jié)果圖 從圖3中可以看出，從設(shè)備DUT口到平面波導(dǎo)延長線耦合點的時延為31.99662ns，平面波導(dǎo)延長線內(nèi)部時延為30.10019ns，從平面波導(dǎo)延長線耦合點到斷點的時延為6.78143ns，將不同折射率帶入公式（2）計算可得，平面波導(dǎo)延長線光路長1.29654m，總的光路長5.25563m。

結(jié)論

使用OCI能精準(zhǔn)測試出光纖的長度，在溫度穩(wěn)定和光纖有效折射率已知的情況下，OCI測量長度重復(fù)精度高達(dá)99.99％。精準(zhǔn)測量光路長度時還要考慮到光路溫度的變化，當(dāng)溫度升高時光纖長度會呈線性增加，每米光纖溫度增加1℃，長度會相應(yīng)增加7.265×10-6m。光路中有不同折射率的光波導(dǎo)時，可以測量光路時延和折射率來計算出光路實際長度。

審核編輯：湯梓紅