光回損（ORL）和背向反射測試指導
簡介
光回波損耗（ORL）或背反射可能會影響具有以下一項或多項特性的光纖系統：
?激光發(fā)射器。
?模擬傳輸。
?鏈接中的許多連接器。
什么是背向反射或回波損耗？
它是在光路中特定點上相對于前向功率反射回來的功率的百分比。
光學回波損耗儀和后向反射儀進行相同的測量。
光學回波損耗和背向反射之間有區(qū)別嗎？
從科學上講，光學回波損耗（ORL）是反射率的倒數，并且具有相反的符號，例如， -50dB的反射率就是50dB的回波損耗。但是，這些術語和相關術語的通用用法存在廣泛沖突，因此不幸的是，沒有安全的假設來確定哪個是什么，因此最好查找上下文。
我們對回波損耗的定義是在一點（通常在ORL測試儀器上）相對于總正向功率的反射功率累計百分比。
由于沿光路在兩個方向上的衰減，通常這通常不完全是所有單個反射的總和。
例如，如果沿著光纖鏈路的某個點的反射為-20 dB，并且該點的光纖衰減為10 dB，則由于該點而測得的回波損耗貢獻將為-40 dB。（例如，背反射+ 2 x衰減）
如果損耗點與ORL測量儀之間的損耗可忽略不計，并且該損耗點是反射光的主要來源，則特定點的背反射和測得的回波損耗可能相似。
ORL與系統性能之間的關系
與反射相關的系統問題可能令人莫名其妙，因為損耗和功率水平檢查正常，但是數據傳輸顯示出過多的錯誤或降級。
反射的靈敏度通常在傳輸單元之間變化很大，這令人沮喪。因此，在ORL性能不佳或平均水平的情況下，只需更換設備即可解決問題。這實際上是一個真正的實用解決方案，但是可能需要記錄和標記。
這也提供了一個線索：ORL和系統性能之間的關系可能很模糊。最好進行光學裕度和BER測試。
測量單位
按照慣例，測試儀器通常顯示負的ORL號。 0 dB回波損耗意味著一個完美的反射系統。較大的負數表示反射功率很小。
理論
入射角為法線的簡化反射的菲涅爾公式為（dB單位）R = 10 x log（（（（n1-n2）/（n1 + n2））2）
例如
在標準溫度和壓力下，空氣的折射率= n1 =大約1.00029。
在大多數光纖中，玻璃芯的折射率= n2 =約1.476
原因
?玻璃中的固有材料散射（稱為瑞利散射）會產生少量的背反射。由于反向散射，鏈接將產生依賴于長度的固有反射（忽略末端反射），如下表所示。
?光線穿過的材料的折射率突然變化。這是最常見的玻璃/空氣接口，在狀況良好的情況下，例如未配對的PC連接器端會產生約-14.3 dB的背反射。
?一些波長選擇設備反射被拒絕的波長。這可能會導致重大問題。
最常見的玻璃/空氣接口是連接器端或光電設備內部。對于具有較小氣隙的配對平面拋光連接器，有兩個玻璃/空氣界面，導致反射大約是兩倍，例如大約11 dB。我們已經看到了具有高連接器密度的系統，其回波損耗約為6 dB，這足以破壞LED產生的簡單1 MHz模擬信號的傳輸。
接合纖維的效果取決于接合方法。熔接往往會產生可忽略的反射。但是，機械拼接會導致高反射率，具體取決于所使用的精確拼接和方法。這是為什么熔接機是首選的連接方法的眾多原因之一。
本征纖維背反射
瑞利散射引起的本征光纖背向反射大約為：
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Link length |
Return loss due to Rayleigh Backscatter |
|
1 meter |
70 dB |
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10 meters |
60 dB |
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100 meters |
50 dB |
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1Km |
40 dB |
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Infinite |
32 dB |
這限制了典型的回波損耗測試裝置的靈敏度，具體取決于所連接光纖的長度。
例如，使用靈敏度為-70 dB的回波損耗計將要求光纖總長度小于1米，如果儀器具有“零偏移”功能，則光纖總長度應為10米。
非常敏感的測量的另一個問題是，低水平的雜散環(huán)境光可能會泄漏并產生錯誤的讀數。
纖維類型的影響
傳統上，單模光纖應用與ORL靈敏度問題相關聯，因為它們一直使用激光器，通常具有較高的數據速率，并且可能具有更長的鏈路而幾乎沒有性能裕度。
相比之下，舊的多模應用使用LED光源（對ORL問題不敏感），較低的數據速率和通常較短的鏈接。但是，近年來，多模系統已經過渡到VCSEL激光器，高數據速率，并且可能在接近其長度極限的范圍內工作，因此ORL成為一個問題。通常，為了降低這些激光對反射的敏感性，輸出激光與光纖的耦合比保持非常低的效率，但是，ORL導致性能問題的情況仍然越來越多。
從技術上講，兩種類型光纖中反射的總體原因相似，但是連接器ORL性能卻不同。
光學連接器ORL性能
單模物理接觸式PC拋光（藍色）連接器具有非?？勺兊墓鈱W回波性能。很大程度上由于這個原因，在許多情況下，成角度的物理接觸APC拋光（綠色）連接器已成為首選。
PC連接器的性能在配對和未配對狀態(tài)之間有很大差異，并且還嚴重依賴于少量的污垢，盡管光學損耗仍然很小，但它們可以阻止光纖的兩端相互接觸。良好配合時，各種質量的PC拋光連接器通常可達到-50 dB至-30 dB，未配合時可達到-14.3 dB，而配合不良則可達到-11.3 dB。
APC連接器的整體性能要好得多，未配合或配對的回波損耗優(yōu)于-60 dB。如果配合正確，回波損耗的確會改善。
多模式連接器（米色）通常是PC拋光劑，與單模式連接器相比，ORL性能不佳。在多模式系統上很少使用APC連接器。這些連接器的問題在于物理接觸區(qū)域可能無法覆蓋整個連接器核心，因此良好的配對ORL性能可能約為-20 dB。未配合或配合不良的性能類似于SMF，例如-14.3或-11.3 dB。
請注意，連接器有多種樣式。上面的數字適用于帶有陶瓷密封墊圈的常見類型。根據精確的拋光程序，ORL性能可能也會降低
系統性能影響
?由于反射在傳輸線周圍反彈然后進入接收器，導致接收器噪聲增加。
?由于反射導致激光器中產生不必要的共振，導致發(fā)射器功率和波長噪聲增加。
?在典型的數字系統中，它將導致眼圖關閉一點，或者可以表示為dB傳輸損傷。
?效果可能對偏振非常敏感。因此，為了執(zhí)行適當的表征，可能需要某種偏振控制器。對于激光器不穩(wěn)定的問題尤其如此。
?DFB激光器特別容易受到反射的影響，并且可能需要低至-50 dB的ORL才能達到規(guī)格要求。由于本征鏈路反向散射通常高于此值，因此將隔離器放置在激光器附近或內置在激光器封裝中，以減少激光器看到的反射級別。
?在許多情況下，反射是一個問題，所安裝系統和發(fā)射器的限制可能會有所不同。電纜系統規(guī)格可能在-30 dB的范圍內，以防止由于鏈路周圍的信號反彈而引起的過多接收器噪聲。發(fā)射器規(guī)格可能在-50 dB的范圍內，以防止激光器的雜散操作。
?由材料散射引起的反射可能與由點事件引起的反射具有不同的影響。點反射將引起反射光的突然脈沖，而反向散射光是非常低的水平分布反射。因此，在某些關鍵應用中，可能會在具有-32 dB固有反向散射的鏈路中指定-60 dB的連接器反射，以減少突然脈沖反射的影響。
如何測試ORL
使用光學回波損耗儀（或ORL計或背反射儀或光學連續(xù)波反射儀或OCWR）測量回波損耗很方便。
有時可以使用OTDR測量各個組件的背反射，但是，其精度通常有限，并且在某些情況下，背反射可能會導致儀器輸入放大器飽和，從而無法進行測量。因此回波損耗計通常用于驗收工作。
某些ORL儀表可以使用自動化功能來成對工作，并在執(zhí)行系統雙向衰減測量的同時測量系統兩端的回波損耗，從而無需花費額外精力即可實現總體分析。
更好的ORL儀表具有幾個標準功能，它們都非常有用：
?將殘余ORL電平“歸零”的能力將線性測量范圍提高了約14 dB。例如，如果測量設置的殘余電平為50 dB，則如果將該50 dB殘余電平“置零”，則儀表可以準確地讀取到大約-60 dB。 46-50 dB附近的線性度也得到改善。
?對測量應用偏移的能力。例如，由于連接等原因，測量設置的損耗為0.5 dB。這將導致讀數偏移1 dB，因此用戶可以應用1 dB的偏移量來進行校正。
連接器回波損耗的測量挑戰(zhàn)通常取決于連接器端部拋光劑。性能約為-40 dB的PC拋光連接器比APC連接器更容易測量，而APC連接器通常很小。
緊密的心軸（直徑約5毫米的棒）可能是非常有用的ORL測試附件，用于創(chuàng)建臨時的額外損耗/隔離，以確定反射來自何處。
背反射解決方案
為減少背反射：
?使用低反射連接器（最好是APC拋光）和低反射（融合）接頭將其光源拆下。
?不要忘記接收器，它可能需要低反射檢測器。
?通過安裝隔離器來控制反射。
?現在有便宜的帶有內置隔離器的變送器，因此使系統的其余部分不再那么重要，并且易于安裝和維護。
實際回波損耗測試和問題
任何使用ORL測量儀的人都可能需要能夠發(fā)現ORL問題。
?回波損耗測量往往具有較低的置信度，因此測量過程必須盡可能簡單可靠，以便至少可以使用顯示的數字。
?您應該知道是否要評估-20至-30 dB范圍內回波損耗的一般水平的鏈路，或隔離器和激光器之間的短鏈路，一般評估為-50 dB的水平。每個項目對系統的影響是完全不同的。
?您將需要了解由連接器，接頭等引起的反射效果，以及由于瑞利散射引起的固有反射水平。
?您將需要知道如何隔離鏈接的各個部分（例如，使用心軸或其他工具彎曲損失），并創(chuàng)建低反射終端（折射率匹配凝膠，成角度的劈裂，壓扁的末端，潮濕的手指）。這有助于進行測量，并確定哪個部分有問題。
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