光纤链路长度测试案例分析

如今，全球已经进入信息时代，包罗万象的信息网是由一个个光纤链路组合而成，光纤网络为实现5G的万物互联奠定基础。未来信息技术的前景依赖光网络的稳定，无论在数据中心、基站还是用户现场，能够迅速精准识别和定位故障变得前所未有重要。

通过OFDR技术测试光纤链路可以轻松得到各个事件点的长度、回损、插损信息，其定位精度高达10um，一次扫描即可将光路信息可视化，帮助科研人员设计、制造和验证光路的可行性。

OFDR测试光路长度

高分辨光学链路诊断仪（OCI）基于光频域反射技术（OFDR）可轻松测量光路长度，OFDR系统中由连续可调谐激光器作为光源，参考臂和待测链路组成干涉仪，当激光器进行线性扫描时，干涉仪两臂会发生干涉而产生不同频域干涉信息，对干涉信息进行采集后，利用傅里叶变换得到反射事件点的时域信息，从而精准定位到事件点的位置。

OCI测试光路长度实际是通过计算被测光路的传输时延和光路折射率得到，光时域中两个事件点的最小时延差为频率扫描范围Δv的倒数，即：

（1）由于OFDR为反射式测量信号，测量的时延为光两次通过光路的时延，所以两个事件点的最小距离（空间分辨率）为：

（2）其中，c为真空中的光速是固定值，n为光路中的折射率，因此最小的空间分辨率由光路中折射率和光源扫频范围决定。

长度测试案例

01长度测量重复性

使用OCI（1500）分别测量1m、3m和6m左右的光纤长度，将OCI仪器的扫频范围调到最大，光纤的有效折射率为1.4682，光纤静置在室温中。表1为光纤长度测量结果，每种长度的光纤测试10次，每次测量的标准差都在10-5量级，表明OCI测试光纤长度的重复性很好，高达99.99%。

表1. 光纤长度测量结果

02温度对长度测量影响

使用OCI测量光纤长度，实际是测量光在光纤中走的光程，环境温度的变化不仅会使光纤本身热胀冷缩而导致光程变化，还会对光纤的有效折射率产生影响导致光程变化。

使用OCI仪器测试，高精度控温光纤校准仪中光纤长度，其中光纤为丙烯酸酯涂层的G652D单模光纤，光纤长度在32m左右，光纤盘放在精准控温台上，仪器控温精度为0.01℃。表2为在不同温度下OCI测试光纤的长度数据，温度从20℃—40℃，每次增加5℃，每个温度稳定测试10次结果取平均，光纤温度—长度对应表如下：

表2. 光纤温度—长度对应表

图1. 光纤温度—长度对应图

从测试结果可以看出随着温度升高，待测光纤长度呈线性增加，温度和长度的变化斜率为0.0002321m/℃，也就是每米光纤温度升高1℃，测试光纤长度增加7.265×10-6m。

03折射率对长度测量影响

由于OCI测试光路长度，实际上是计算光通过返回光路时延和光路折射率得到的长度，在测试复杂的光链路时，经常会遇到一个链路中耦合了几种折射率不同的光波导，这时使用OCI测试光路长度就会受到不同折射率的影响。

OCI仪器默认折射率为单模光纤折射率，遇到一个链路中耦合了折射率不一样的光波导时，可以使用OCI测量不同折射率波导的时延，通过公式（2）将时延换算成该光波导的长度。

图2. 测试示意图

测试如图2所示的光路长度，其中平面波导延长线为硅基波导，折射率为3.48，其他的光路为单模光纤，折射率为1.4682，使用OCI测试整个光路时延，测试结果如图3所示。

图3. 测试结果图 从图3中可以看出，从设备DUT口到平面波导延长线耦合点的时延为31.99662ns，平面波导延长线内部时延为30.10019ns，从平面波导延长线耦合点到断点的时延为6.78143ns，将不同折射率带入公式（2）计算可得，平面波导延长线光路长1.29654m，总的光路长5.25563m。

结论

使用OCI能精准测试出光纤的长度，在温度稳定和光纤有效折射率已知的情况下，OCI测量长度重复精度高达99.99％。精准测量光路长度时还要考虑到光路温度的变化，当温度升高时光纤长度会呈线性增加，每米光纤温度增加1℃，长度会相应增加7.265×10-6m。光路中有不同折射率的光波导时，可以测量光路时延和折射率来计算出光路实际长度。

审核编辑：汤梓红