光回损测试原理

光通信器件光回损测试原理引言:随着光纤通信的发展，高速光纤传输系统的广泛生产和应用（如SDH、大功率CATV等），必须具有很高的回波损耗，DFB激光器由于其线宽窄，输出特性很容易受回波损耗的影响。从而严重影响系统的性能，即使是普通的激光器，也会不同程度地受回波损耗的影响，因此，系统中各种光纤器件的回波损耗的测试变得越来越重要。关键词:回波损耗菲涅尔反射瑞利散射偏振敏感性匹配负载1．回波损耗测试基本原理当光传输在某一光器件中时，总有部分光被反射回来，光器件中回波主要由菲涅尔反射（由于折射率变化引起）、后向瑞利散射（杂质微粒引起）以及方向性等因素产生的，则该器件的回波损耗RL为：RL(dB)=－10lg(反射光功率/入射光功率)…(1)回波损耗的测试方法有基于OTDR和光功率计测试两种,OTDR测试方法速度快、显示直观可获得反射点的空间分布，且不需要末端匹配（短光纤仍需匹配），但成本高，重要的是某些场合不能使用（例如：光探测器的回波损耗测试等），如美国RIFOCS688及日本NTT-AT的AR-301型回波损耗测试仪。光功率计法主要将被测器件反射回来的光分离出来引导至光功率计，简单实用，应用范围广，使用时须进行末端匹配。本文主要介绍光功率计法测试的原理。光功率计法回波损耗测试基本原理框图如下：图1光功率计法基本原理框图激光经光模块注入到被测器件,反射光再经光模块引导至光功率计,测试方法分为4步：a．测试端连接校准件测出反射功率值Pref，若光源输出功率为PL，光模块衰减系数为k,校准件反射率为Rref，则：Prel=PL·k·Rref+Pp………(2)其中，Pp为附加反射功率（指光模块内部及测试端连接器的反射等）b．测出附加反射功率Pp：将测试端进行匹配，使得测试端反射功率为0，即可测出附加反射功率Pp。c．测试端连接被测器件,测出反射值PmeasPmeas=(PL×k)R被测+Pp………（3）R被测为被测器件反射率。d.计算出回波损耗RL(dB)根据（１）、（２）、（３）计算出被测器件的回波损耗值ＲＬ，单位dB。RL=－10×log[（Pmeas－Pp）×Rref÷（Pref－Pp）]………（4）2.影响准确度因素分析：2.1校准件准确度的影响：理想的光纤端面是一种较好的校准件，使用研磨良好的FC/UPC跳线端面作为校准件非常普遍，不确定度一般在0.2dB以内。另一种理想的校准件是光纤镀金端面，(如美国HP公司的HP81000BR)反射率可达96%(回波损耗为0.18dB),其不确定度为0.1dB。2.2光模块偏敏感性影响由于光纤的移动及机械拉伸等均会改变单模光纤中的偏振状态，偏振状态的改变又将造成输出光的不稳定，从而影响测试准确度，光模块的偏振敏感度可小于1%，引入误差为0.04dB。2.3光源稳定度影响：光源的稳定度将直接影响回波损耗的测试准确度，特别是当使用镀金连接器及光纤端面等校准件时，较强的反射功率会对激光器造成很大的影响，可以加隔器/衰减器来消除这种影响，即使全反射时，返回光源的光也将衰减30dB左右，其影响即可忽略。G&H3000A中的高稳定度光源，稳定度可达到±0.05dB/8h。2.4线性误差：光功率测量的线性误差主要来源于量程切换时引起的换挡误差，因此需要对跨阴抗电阻进行严格挑选，光功率计的线性一般在1%，引入误差为0.04dB。2.5动态范围光源和功率计必须提供足够的动态范围以保证信噪比，采用我公司光源和高灵敏度光功率计技术，去掉光路衰减，动态范围可达近80dB，由于光路本身的噪声（光器件的附加反射）的影响，真正回波损耗测试可达70dB左右。2.6干涉影响：当激光光源的相干长度大于两倍的光模块到被测端的距离时，将会发生干涉现象，从被测端返射回来的光与从光源直接过来的光由于具有恒定的相位差而会在光功率探测端产生干涉，当振幅相同,偏振方向一致时,干涉现象最明显。主要解决方法是增加光器件隔离度或增加光模块到被测端距离以使光程差超过光源的相干长度,但需注意的是：9m长光纤将产生60dB的附加回波损耗(因后向散射),系统中我们选用光源的相干长度校小,此项影响可忽略。我们采用1m长的跳线进行测试。2.7附加反射影响由于光模块中存在不希望存在的反射等，降低了信噪比，必须选用高回波损耗的光器件，软件计算中将附加反射值作为零点值扣除，以尽量减小附加反射的影响。3.系统设计综合以上分析，G&H3000A型光插回损测试仪，其原理框图如图2所示：图2回波损耗测试系统原理框图光源发出光信号经光模块到达被测器件，反射光引导至程控前置放大电路检测后送CPU处理，并将结果显示出来。测试端的APC连接器一定要保持清洁，而且要尽量减少插拔次数，以免损伤端面引起附加反射的增加。G&H3000A型回损仪采用较高灵敏度光功率检测及激光光源稳定技术，最低测量功率可达到-80dBm。软件设计主要是完成回波损耗值计算（根据（4）式），并提供相应的操作、显示界面。（4）式中Pref和Pp通过按相应的按键从测量值获得，并通过软件的智能判断（以避免误操作）后存放在非易失RAM保存，因此，不用每次开机都去存贮校准和附加反射值，大大简化了操作步骤，但需要注意的是：在测量高回波损耗器件时（特别当回损在60dB以上），需经常存贮附加反射值，甚至每次测量前均需存贮，使用非常灵活方便，仪表上同时显示被测件的回波损耗和插入损耗耗值。4．结束语以上介绍的G&H3000A回波损耗测试仪的基本方法和原理，分析了误差来源和减少误差的方法。通过测量标准件（已知回波损耗值的器件）反射值和光模块内部的附加反射值，然后通过软件计算的方法得出被测器件的回波损耗值，操作简单方便，测量精度较高，具有较高的性价比，达到的技术指标如下：回波损耗测量范围：0~70dB；测量不确定度：±0.5dB。另外，对回波损耗测试的过程要求较为严格，校准件、测试跳线本身的回波损耗值以及各端面的清洁程度均会对测试结果造成重大影响，不洁的端面引起的误差可达10dB以上，因此，测试端面需经常清洁，测试跳线也需定期进行更新（插拔引起端面磨损）。同时，该仪表具有普通光功率计的功能，内置双波长光源（1310/1550nm），，即可以作为普通光功率计使用，亦可作为高稳定度单/双波长光源使用，并可同时进行插入损耗及回波损耗的测试，使用灵活方便，性价比较高。