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光回损(ORL):这个数是什么,为什么人人测得不一样
ORL 表示射入链路的光一共有多少返回到光源。整条测量曲线只有这一个数,算法却各不相同:两台仪表对同一个文件会给出不同的值,而按各自的规则,两个都没错。
链路的光回损不等于单个事件的反射率:反射率属于某一个连接器或熔接点,记在事件表的一行里;ORL 则把返回的光全部加在一起,连光纤自身的散射也算在内。
作者:Ilya(工程师,从事光纤 6 年) ·
本页内容
返回的光从哪里来
ORL 既包括反射光,也包括散射光;积累多少,还取决于链路有多长。
端面反射
光穿过两种介质的界面时都会产生菲涅尔反射:带空气间隙的连接器、机械接续点、开放的光纤端面、裂纹。这是最大的一部分,也是能够改善的一部分;对回损敏感的链路要用斜面研磨的连接器,原因就在这里。
光纤中的散射
瑞利散射是光纤本身的属性,不是缺陷。一部分散射光朝光源方向返回,沿整条链路累积,计入 ORL。
链路长度
光纤越长,返回的散射光越多,各个数值就这样拉开了差距。ORL 是整条链路的属性,不是某个元件规格书上的数值,也不能从一个光缆段套用到另一个光缆段。
为什么数值取决于用什么测
光回损可以用两种不同的仪表测。OTDR 按时间分辨返回的光,分得清它从哪里来。ORL 表(OCWR,常集成在光损耗测试仪里)发送连续信号,只测总量。总量它能直接测出,但分不清反射和散射,而且要求链路远端做好端接。这是对同一个量的两种不同测量,两者不必一致。
在 OTDR 上,这个数是从曲线推算出来的,不是测出来的。推算要用到三样东西:取自仪表设置的光纤背向散射系数、计算所用的区段,以及参考点。这三样文件都不记,只记结果。所以不同厂家对同一个光缆段会得出不同的值:算法一样,不同的是“链路从哪算到哪”的约定。
背向散射系数本身是仪表的设置,而不是光纤的常数:厂家明确写道,它由操作员设定,并按每个波长分别保存。文件里也看得出来:在 1310 nm 上仪表写入一个值,在 1550 nm 上写入的值低两个分贝左右。但调这个参数,并不能复现别人的数。在我们的整个语料里,这个系数都在 −80 dB 上下,不同厂家之间只差几个分贝,而同一光缆段的 ORL 数值却相差几十分贝。
ORL 数值只宜和用同样方法得到的数值比较:OTDR 测的和 OTDR 测的比,测试仪测的和测试仪测的比。同一条链路上两种方法得数不同,并不说明哪一方出了错。也只宜比较长度相近的链路:短链路上,最大的贡献来自远端反射;链路一长,这部分光在返回途中逐渐衰减,超过约四十公里,ORL 就只由散射决定,链路端接与否几乎已无影响。
区段由人来选
在仪表自己的说明书里,ORL 和任何距离一样是手动测量:操作员把一个标记放在光纤起点,另一个放在光缆段末端,仪表打印出两者之间的光回损。所以区段由测量的人决定。写进文件的只有结果,没有它所依据的边界。
同一本说明书里,紧挨着的是单个事件的反射率测量,做法不一样:左标记放在尖峰的上升沿,右标记放在峰顶。反射率是某一个接头的局部数值,ORL 是整个所选区段的总和,两者没有可比之处。反射率写成负数,读法和第一眼的印象相反:数离零越远,反射越弱。光回损在报告里写成正数,规则相同:离零越远越好。
同一台仪表会同时用两种方法算光回损,所以还没开始算,数值就已经不同。第一种是手动的,在 A、B 两个标记之间。第二种取整个光缆段,这时边界会变:要么从光缆段起点算到终点,要么覆盖整根光纤,取决于光缆段两端是否计入光缆段本身。只改这一项设置,同一根光纤就会得出另一个数。同一本说明书还写道,两端计入时,它们的损耗和反射率也要参加阈值判定,所以这项设置改变的不只是数值,还有判定结果。
在我们这边,没有操作员来选区段。按仪表事件表算出的数,在仪表写入了光缆段标记时以标记为界;按曲线算出的数,从记录起点一直算到光纤末端。起点只有一种办法可以移动:放下光标 A,光回损就从那里算起。仪表是按操作员指定的区段算的,单这一点就足以让两个数不同,哪怕其他一切都一致。我们只在仪表没有写入数值时才显示自己的计算值、且绝不和仪表的数放在同一个标签下,这又是一个原因。
我们显示什么
仪表把 ORL 写进了文件,汇总栏里显示的就是它的数,并标明出自仪表。没有写,实验模式会显示我们自己算出的数,标为计算值:这是我们的量,不是仪表数值的替代品,两者从不放在同一个标签下。我们用两种方法之一来算,用哪一种由文件决定。仪表写入的事件表至少含两段光纤时,就按这张表算:每段光纤的背向散射和每个事件的反射,再按往返路程上的损耗衰减。表里只有链路的起点和终点时,说明仪表没把自己的链路图写进文件,就按曲线算。两种方法都需要文件里的背向散射系数;文件里没有,就没有计算值:我们不会替石英光纤填一个看似合理的值。
应用里没有任何阈值,ORL 没有,别的也没有。一项工程对光回损有什么要求,由设计和系统类型决定,来自工程文件,而不是来自我们。
SENKO 一份关于回损测量的白皮书给出了数量级:2.5 Gbit/s 的 OC-48 网络,ORL 最低 24 dB;40 Gbit/s 的 OC-768 为 30 dB;承载视频、对误码容忍度低的 FTTx 网络为 32 dB。您的链路适用哪一个,由设计来定。
延伸阅读
关于正负号:公式里 ORL 通常写成负数,而仪表和报告里印成正数,比如“光回损 45 dB”。这是同一个量:数越大,返回的光越少,链路越好。
参考资料
- Bernard Lee. Optical Return Loss Measurement. White Paper, SENKO, 2016.
- EXFO. OTDR. Оптический импульсный рефлектометр. Руководство пользователя. Версия 18.0.0.1, 2023.
- VeEX. OTDR Series e-Manual. D07-00-076, Rev. C00.