光纜作為當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)主干的主要載體，有著傳輸距離遠(yuǎn)、容量大、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。隨著光通訊設(shè)備生產(chǎn)成本的逐年降低，基于光纖的以太網(wǎng)技術(shù)正在向通信網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的“最后一公里”滲透。近年，隨著10G的EPON標(biāo)準(zhǔn)的確定，以及正在席卷中華大地的三網(wǎng)合一進(jìn)程，光纖正在取代傳統(tǒng)的雙絞線，成為家庭乃至企業(yè)接入英特網(wǎng)絡(luò)的通道。如何在生產(chǎn)、施工、使用、維護(hù)中檢測光纖通路，是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中最廣泛、最基本的一項(xiàng)專門技術(shù)。
從目前的光纖鏈路的測試來看，主要分為OLTS和OTDR兩種測試，OLTS即Optical Loss Test Set的縮寫，意即傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)光源與光功率計(jì)（光表）相結(jié)合，測量光鏈路損耗的測試方法，OLTS的測試設(shè)備價(jià)格低廉、使用簡便，能快速評估光鏈路成效，但不能描述光鏈路故障點(diǎn)和故障原因。而OTDR則是光纖測試技術(shù)領(lǐng)域中另外一個(gè)重要的儀表，它可進(jìn)行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量，具有測試時(shí)間短、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
什么是OTD
OTDR是Optical Time Domain Reflectometer的縮寫，中文全名為“光時(shí)域反射儀”。
光在光纖中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅爾反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光這一特點(diǎn)，采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。這種測量方法由M. Barnoskim 和 M. Jensen 在1976發(fā)明的。
瑞利散射是由英國物理學(xué)家瑞利的名字命名的。它是半徑比光的波長小很多的微粒對入射光的散射。瑞利散射光的強(qiáng)度和入射光波長λ的4次方成反比：
其中 是入射光的光強(qiáng)分布函數(shù)，也就是說，波長較短的藍(lán)光比波長較長的紅光更易散射，這就可以解釋天空為什么是藍(lán)色的——白天，當(dāng)日光經(jīng)過大氣層時(shí)，與空氣分子(其半徑遠(yuǎn)小于可見光的波長)發(fā)生瑞利散射，因?yàn)樗{(lán)光比紅光波長短，瑞利散射發(fā)生的比較激烈，被散射的藍(lán)光布滿了整個(gè)天空，從而使天空呈現(xiàn)藍(lán)色，但是太陽本身及其附近呈現(xiàn)白色或黃色，是因?yàn)榇藭r(shí)你看到更多的是直射光而不是散射光，所以日光的顏色（白色）基本未改變——波長較長的紅黃色光與藍(lán)綠色光（少量被散射了）的混合。當(dāng)日落或日出時(shí)，太陽幾乎在我們視線的正前方，此時(shí)太陽光在大氣中要走相對很長的路程，你所看到的直射光中的藍(lán)光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，這就是為什么日落時(shí)太陽附近呈現(xiàn)紅色，而天空的其它地方由于光線很弱，只能說是非?；璋档乃{(lán)黑色。如果是在月球上，因?yàn)闆]有大氣層，光未產(chǎn)生瑞利散射，這時(shí)候天空即使在白天也是黑的。
瑞利散射無時(shí)無刻不在我們身邊發(fā)生，比如夜間我們打開手電，我們所看到的“光柱”就是因?yàn)槿鹄⑸涠纬傻摹Ｍ瑯?，在光纖中注入的光也會(huì)在光纖中形成這么一道“光柱”從而被放置在光脈沖入射端的OTDR所“看到”。
菲涅耳(1788～1827)是法國土木工程兼物理學(xué)家。他是光波動(dòng)說的的創(chuàng)始人之一，被人們稱為“物理光學(xué)的締造者”。在只有39歲的短暫一生中，菲涅耳對經(jīng)典光學(xué)的波動(dòng)理論作出了卓越的貢獻(xiàn)，其中之一就是著名的“菲涅耳公式”，即電磁波通過不同介質(zhì)的分界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射，菲涅耳以光是橫波的設(shè)想為基礎(chǔ),把入射光分為振動(dòng)平面平行于入射面的線偏振光和垂直于入射面的線偏振光,并導(dǎo)出了光的折射比、反射比之間關(guān)系的菲涅耳公式。由菲涅耳公式可以求出一定入射角下反射和透射的振幅、強(qiáng)度等?？梢院芎玫亟忉尮獾姆瓷渑c折射的起偏問題及半波損失問題等。菲涅耳公式是光學(xué)和電磁理論的一個(gè)重要基本公式。
同樣菲涅耳反射也時(shí)刻發(fā)生在我們身邊。正如我們能清楚地看到玻璃的裂縫一樣，OTDR也能“看到”光纖通路里的各種縫隙。與瑞利散射遍布整段光纖，是一個(gè)連續(xù)的反射不同，菲涅爾反射是離散的反射，它由光纖的個(gè)別點(diǎn)產(chǎn)生，能夠產(chǎn)生反射的點(diǎn)大體包括光纖連接器（玻璃與空氣的間隙）、阻斷光纖的平滑鏡截面、光纖的終點(diǎn)等。
OTDR的工作原理就類似于一個(gè)雷達(dá)。它先對光纖發(fā)出一個(gè)信號，然后觀察從某一點(diǎn)上返回來的是什么信息。這個(gè)過程會(huì)重復(fù)地進(jìn)行，然后將這些結(jié)果進(jìn)行平均并以軌跡的形式來顯示，這個(gè)軌跡就描繪了在整段光纖內(nèi)信號的強(qiáng)弱（或光纖的狀態(tài)）。OTDR是通過發(fā)送及接收到的反射信號的之間的時(shí)間長短來確定事件距離的，即測量反射光在不同時(shí)間的特性，把它看成是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)f(t)來測量，這種測量就稱為時(shí)域測量，這也就是OTDR名稱的由來。
下面是OTDR設(shè)備的一個(gè)結(jié)構(gòu)簡圖
支持OTDR技術(shù)的兩個(gè)基本公式
OTDR在半導(dǎo)體光源(LED或LD)在驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制下輸出光脈沖，經(jīng)過定向光耦合器和活動(dòng)連接器注入被測光纜線路成為入射光脈沖。入射光脈沖在線路中傳輸時(shí)在沿途產(chǎn)生瑞利散射光和菲涅爾反射光，大部分瑞利散射光將折射入包層后衰減，其中與光脈沖傳播方向相反的背向瑞利散射光將會(huì)沿著光纖傳輸?shù)骄€路的進(jìn)光端口，經(jīng)定向耦合分路射向光電探測器，轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過低噪聲放大和數(shù)字平均化處理，最后將處理過的電信號與從光源背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號同步掃描在示波器上成為反射光脈沖。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為被測光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線片斷。根據(jù)發(fā)射信號到返回信號所用的時(shí)間，再確定光在石英物質(zhì)中的速度，就可以計(jì)算出距離（光纖長度）L（單位：m），如下式所示。
式中，n為平均折射率，△t為傳輸時(shí)延。利用入射光脈沖和反射光脈沖對應(yīng)的功率電平以及被測光纖的長度就可以計(jì)算出衰減α（單位：dB／km），如下式所示：
OTDR儀中的幾個(gè)參數(shù)
測試距離、脈沖寬度、折射率、測試光波長、平均化時(shí)間、動(dòng)態(tài)范圍、死區(qū)、“鬼影”
一、 測試距離選擇
由于光纖制造以后其折射率基本不變，這樣光在光纖中的傳播速度就不變，這樣測試距離和時(shí)間就是一致的，實(shí)際上測試距離就是光在光纖中的傳播速度乘上傳播時(shí)間，對測試距離的選取就是對測試采樣起始和終止時(shí)間的選取。測量時(shí)選取適當(dāng)?shù)臏y試距離可以生成比較全面的軌跡圖，對有效的分析光纖的特性有很好的幫助，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取整條光路長度的1.5－2倍之間最為合適。選擇過大時(shí)，光時(shí)域反射儀的顯示屏上橫坐標(biāo)壓縮看不清楚。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，測試量程選擇能使背向散射曲線大約占到OTDR顯示屏的70％時(shí)，不管是長度測試還是損耗測試都能得到比較好的直視效果和準(zhǔn)確的測試結(jié)果。在光纖通信系統(tǒng)測試中，鏈路長度在幾百到幾千千米，中繼段長度40～60 km，單盤光纜長度2～4km，合選擇OTDR的量程可以得到良好的測試效果。
二、 測試脈沖寬度選擇
可以用時(shí)間表示，也可以用長度表示，很明顯，在光功率大小恒定的情況下，脈沖寬度的大小直接影響著光的能量的大小，光脈沖越長光的能量就越大。同時(shí)脈沖寬度的大小也直接影響著測試死區(qū)的大小，也就決定了兩個(gè)可辨別事件之間的最短距離，即分辨率。顯然，脈沖寬度越小，分辨率越高，脈沖寬度越大分辨率越低。如圖所示：
