光纖光纜測試是光纜施工、維護、搶修重要技術手段，采用OTDR(光時域反射儀）進行光纖連接的現場監視和連接損耗測量評價，是目前比較有效的方式。這種方法直觀、可信并能打印出光纖后向散射信號曲線。另外，在監測的同時可以比較精確地測出由局內至各接頭點的實際傳輸距離，對維護中，精確查找故障、有效處理故障是十分必要的。同時要求維護人員掌握儀表性能，操作技能熟練，精確判斷信號曲線特征。
OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。
OTDR測試是通過發射光脈沖到光纖內，然后在OTDR端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內傳輸時，會由于光纖本身的性質、連接器、接合點、彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。
從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質中的速度，就可以計算出距離。以下的公式就說明了OTDR是如何測量距離的。d=(c×t)/2(IOR)
在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發射后到接收到信號（雙程）的總時間（兩值相乘除以2后就是單程的距離）。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率（IOR）。IOR是由光纖生產商來標明。
OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號沿著光纖產生無規律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減（損耗/距離）程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經過一段距離的傳輸后發射和背向散射的信號都有所損耗。
給定了光纖參數后，瑞利散射的功率就可以標明出來，如果波長已知，它就與信號的脈沖寬度成比例：脈沖寬度越長，背向散射功率就越強。瑞利散射的功率還與發射信號的波長有關，波長較短則功率較強。也就是說用1310nm信號產生的軌跡會比1550nm信號所產生的軌跡的瑞利背向散射要高。
在高波長區（超過1500nm），瑞利散射會持續減小，但另外一個叫紅外線衰減（或吸收）的現象會出現，增加并導致了全部衰減值的增大。因此，1550nm是最低的衰減波長；這也說明了為什么它是作為長距離通信的波長。很自然，這些現象也會影響到OTDR。作為1550nm波長的OTDR，它也具有低的衰減性能，因此可以進行長距離的測試。而作為高衰減的1310nm或1625nm波長，OTDR的測試距離就必然受到限制，因為測試設備需要在OTDR軌跡中測出一個尖鋒，而且這個尖鋒的尾端會快速地落入到噪音中。
另一方面，菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個別點而引起的，這些點是由造成反向系數改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點上，會有很強的背向散射光被反射回來。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點，光纖終端或斷點。
OTDR原理
1.1 瑞利后向散射
由于光纖本身的缺陷和摻雜組分的非均勻性，使得光纖中傳播的光脈沖發生瑞利散射。一部分光（大約有0.0001%〔1〕）沿脈沖相反的方向被散射回來，因而被稱為瑞利后向散射，后向散射光提供了與長度有關的衰減細節。
1.2 OTDR結構方框圖
OTDR主要性能指標
2.1 動態范圍(Dynamic range)
動態范圍是OTDR主要性能指標之一，它決定光纖的最大可測量長度。動態范圍越大，曲線線型越好，可測距離也越長。動態范圍目前還沒有一個統一的標準計算方法〔1〕，常用的動態范圍定義主要有以下四種：
①IEC定義(Bellcore)：常用的動態范圍定義之一。取始端后向散射電平與噪聲峰值電平間的dB差，測量條件為取OTDR最大脈沖寬度、180秒的測量時間。
②RMS定義：最常用的動態范圍定義。取始端后向散射電平與RMS噪聲電平間的dB差。若噪聲電平呈高斯分布，則RMS的定義值比IEC定義值高約1.56dB。
③N＝0.1dB定義：最實用的定義方法。取可以測量損耗為0.1dB事件時的最大允許衰減值。N＝0.1dB定義值比信噪比SNR＝1的RMS定義值小大約6.6dB，這意味著若OTDR有30dB的RMS動態范圍，則N＝0.1dB定義的動態范圍只有23.4dB，即只能在23.4dB衰減范圍內測量損耗為0.1dB的事件。
④端探測(Enddetection)：光纖始端的4%菲涅耳反射峰與RMS噪聲電平的dB差，此值比IEC定義值高約12dB。
2.2 盲區(Deadzone)
“盲區”又稱“死區”，是指受菲涅耳反射的影響，在一定的距離范圍內OTDR曲線無法反映光纖線路狀態的部分。此現象的出現主要是由于光纖鏈路上菲涅耳反射強信號使得光電探測器飽和，從而需要一定的恢復時間。盲區可發生在OTDR面板前的活結頭或光纖鏈路中其它有菲涅耳反射的地方。
Bellcore定義了兩種盲區〔2〕：衰減盲區(ADZ)和事件盲區(EDZ)。衰減盲區是指各自的損耗可以分別被測量時的兩反射事件間的最小距離，通常衰減盲區是5～6倍的脈沖寬度(用距離表示)；事件盲區是指兩個反射事件仍可分辨的最小距離，此時到每個事件的距離可測，但每個事件各自的損耗不可測。
兩種盲區的定義可用下圖 4表示。
2.3 分辨率(Resolution)
距離精度＝±1m±5×10-5×距離±取樣分辨率
除以上幾種性能指標外，還包括波長、測量時間等指標。另外，大多數 OTDR還提供曲線存儲、輸出端口等功能。下表為目前OTDR典型性能指標值。
OTDR的使用
OTDR可執行下面的測量：
*對每個事件：距離，損耗，反射
*對每個光纖段：段長，段損耗dB或dB/Km，段回波損耗(ORL)
*對整個終端系統：鏈長度，鏈損耗dB，鏈ORL
用OTDR進行光纖測量可分為三步：參數設置、數據獲取和曲線分析。
3.1 參數設置
大多數OTDR對待測光纖通過發射測試脈沖自動地選擇最佳的獲取參數，使用者只需選擇波長、獲取時間及必要的光纖參數(如折射率、散射系數等)。自動獲取參數需要一定的時間，因而，在已知測量條件下，操作者可人工選擇測量參數。
3.1.1波長選擇
光系統的行為與傳輸波長直接相關，不同的波長有各自不同的光纖衰減特性及光纖連接中不同的行為：同種光纖，1550nm比1310nm光纖對彎曲更敏感、1550nm比1310nm單位長度衰減更小、1310nm比1550nm測得熔接或連接器損耗更高。為此，光纖測試應與系統傳輸的波長相同，這意味著1550nm光系統需選擇1550nm的波長。
3.1.2脈寬
脈寬控制OTDR注入光纖的光功率，脈寬越長，動態測量范圍越大，可用于測量更長距離的光纖，但長脈沖也將在OTDR曲線波形中產生更大的盲區；短脈沖注入光平低，但可減小盲區。脈寬周期通常以ns來表示，也可根據公式(4)用長度單位(m)來表示。例如100ns脈沖可以解釋為“10m”脈沖。
3.1.3測量范圍
OTDR測量范圍是指OTDR獲取數據取樣的最大距離，此參數的選擇決定了取樣分辨率的大小。測量范圍通常設置為待測光纖長度1～2倍距離之間。
3.1.4平均時間
由于后向散射光信號極其微弱，一般采用統計平均的方法來提高信噪比，平均時間越長，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動態。但超過10min的獲得取時間對信噪比的改善并不大。一般平均時間不超過3min。
3.1.5光纖參數
光纖參數的設置包括折射率n和后向散射系數η的設置。折射率參數與距離測量有關，后向散射系數則影響反射與回波損耗的測量果。這兩個參數通常由光纖生產廠家給出，對于大多數種類的光纖來說，表2給出的折射率和后向散射系數可以得到較為準確的距離和回損測量結果。
經驗與技巧
測試誤差的主要因素
1)OTDR測試儀表存在的固有偏差
OTDR常見曲線分析
1、長度測量
方法：將光標A置于第一個菲涅爾反射峰前沿，將光標B置于第二個菲涅爾反射峰前沿，光標A與光標B之間的相對距離差就為被測光纖長度。
2、光纖衰減的測試
方法：將光標A置于第一個菲涅爾反射峰后沿，曲線平滑的起點，將光標B置于第二個菲涅爾反射峰前沿，光標A與光標B間顯示衰減系數就是光纖A、B間衰減系數，但非整根光纖的衰減系數。
3、典型的后向散射信號曲線
a、輸入端的Fresnel反射區（即盲區）
b、恒定斜率區
c、局部缺陷、接續或耦合引起的不連續性
d、光纖缺陷、二次反射余波等引起的反射
e、輸出端的Fresnel反射
4、盲區
盲區分為衰減盲區和事件盲區
衰減盲區：從反射點開始至接收機恢復到后向散射電平約0.5dB范圍內的這段距離,這段距離就是OTDR能再次測試衰減和損耗的點.
式中：D的長度就為衰減盲區的長度
事件盲區:從OTDR接收到反射點到開始到OTDR恢復到最高反射點1.5DB以下這段距離,在這以后才能發現是否還有第二個反射點,但還不能測試衰減.
式中：D1的長度就為事件盲區的長度。
影響盲區的因素:
a、入射光的脈沖寬度、
b、反射光的脈沖寬度、
c、入射光的脈沖后端形狀、
d、所用脈沖越小，盲區越大。
消除盲區的方法：
加尾纖（過渡纖），最好2KM以上
5、接頭損耗的測量
方法：將光標定于曲線的轉折處如圖位置，然后選擇測接頭損耗功能鍵，便可測得接頭損耗。
6、外部因素引起的可能曲線變化
這里的外部因素指施加于光纜并傳遞至光纖的張力及側向受力，還有溫度的變化。這些都會造成曲線弓形彎曲。外部因素引起的弓形彎曲在外力作用下使曲線斜率改變。如圖所示，外力作用前曲線斜率恒定，在外力作用下可出現如下情況之一：
波紋曲線圖
指曲線有與脈沖頻率相似的紋狀態曲線。其產生原因有可能是受測光纖工作頻率與帶寬頻率剛好相同,此情況下,改變測試脈寬，同時應從受測光纖的兩端進行測量
實際在測試中最常見的異常曲線、原理和對策
現象：光纖未端無菲涅爾反射峰，曲線斜率、衰減正常，無法確認光纖長度
原因：光纖未端面上比較臟或光纖端面質量差；
對策：清洗光纖未端面或重新做端面；
現象：曲線成明顯弓形，衰減嚴重偏大或偏小，無菲涅爾反射峰；
原因：量程設置錯誤（不足被測光纖長度2倍以上）；
對策：增大量程
現象：在曲線斜率恒定的曲線中間有一個“小山峰”（背向散射劇烈增強所致）
原因：
（1）光纖本身質量原因（小裂紋）；
（2）二次反射余波在前端面產生反射；
對策：在這種情況下改變光纖測試量程、脈寬、重新做端面，再測試如“小山峰”消失則為原因（2），如不消失則為原因（1）
現象：在光纖纖連接器、耦合器、熔接點處產生一個明顯的增益；
原因：模場直徑不匹配造成的；
對策：測試衰減和接頭損耗必須雙向測試，取平均值
現象：曲線斜率正常，光纖均勻性合格，但兩端光纖衰減系數相差很大
原因：模場不均勻造成，一般為光纖拉絲引頭和結尾部分；
對策：測試衰減必須雙向測試，取平均值
現象：在整根光纖衰減合格，曲線大部分斜率均勻，但在菲涅爾反射峰前沿有一小凹陷
原因：未端幾米或幾十米光纖受側壓；
對策：復繞觀察有無變化
現象：1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本不變，衰減指標略微偏高，但1550nm光纖衰減斜率增加，衰減指標偏高；
原因：束管內余長過短，光纖受拉伸；
對策：確認束管內的余長，增加束管內的余長
現象：1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本正常，衰減指標正常，但1550nm光纖衰減斜率嚴重不良，衰減指標嚴重偏高；
原因：束管內余長過長，光纖彎曲半徑過小；
對策：確認束管內的余長，減少束管內的余長
現象：尾纖與過渡纖有部分曲線出現有規則的曲線不良，但被測光纖后半部分曲線正常，整根被測光纖衰減指標基本正常；
原因：一般是由設備本身和測試方法綜合造成的；
對策：關機，重新起動，對各個光纖接觸部分進行清潔
正常曲線
A 為盲區， B 為測試末端反射峰。測試曲線為傾斜的，隨著距離的增長，總損耗會越來越大。用總損耗（ dB ）除以總距離（ km）就是該段纖芯的平均損耗（ dB/Km ）。
異常情況
原因：
（1）儀表的尾纖沒有插好，光脈沖根本打不出去；
（2）斷點位置比較進， OTDR 不足以測試出距離來；
方法：
（1） 要檢查尾纖連接情況
（2） 把 OTDR 的設置改一下，把距離、脈沖調到最小，如果還是這種情 況的話，可以判斷 1 尾纖有問題；如果是尾纖問題，更換尾纖。
非反射事件 (臺階)
這種情況比較多見，曲線中間出現一個明顯的臺階，多數為該纖芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素造成。
曲線遠端沒有反射峰
這種情況一定要引起注意！曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，在沒有到達纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者是光纖遠端端面質量不好。
測試距離過長
這種情況是出現在測試長距離的纖芯時， OTDR 所不能達到的距離所產生的情況，或者是距離、脈沖設置過小所產生的情況。如果出現這種情況，OTDR的距離、脈沖又比較小的話，就要把距離、脈沖調大，以達到全段測試的目的，稍微加長測試時間也是一種辦法。
幻峰（鬼影）的識別與處理
幻峰（鬼影）的識別曲線上鬼影處未引起明顯損耗圖（a）；沿曲線鬼影與始端的距離是強反射事件與始端距離的倍數，成對稱狀圖（b）
消除幻峰（鬼影）選擇短脈沖寬度、在強反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位于光纖終結，可"打小彎"以衰減反射回始端的光。
正增益現象處理
正增益是由于在熔接點之后的光纖比熔接點之前的光纖產生更多的后向散光而形成的。事實上，光纖在這一熔接點上是熔接損耗的。常出現在不同模場直徑或不同后向散射系數的光纖的熔接過程中，因此，需要在兩個方向測量并對結果取平均值作為該熔接損耗。
