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簡介

光回波損耗（ORL）或背反射可能會(huì)影響具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特性的光纖系統(tǒng)：

?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(diǎn)上相對(duì)于前向功率反射回來的功率的百分比。

光學(xué)回波損耗儀和后向反射儀進(jìn)行相同的測量。

光學(xué)回波損耗和背向反射之間有區(qū)別嗎？

從科學(xué)上講，光學(xué)回波損耗（ORL）是反射率的倒數(shù)，并且具有相反的符號(hào)，例如， -50dB的反射率就是50dB的回波損耗。但是，這些術(shù)語和相關(guān)術(shù)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(shè)來確定哪個(gè)是什么，因此最好查找上下文。

我們對(duì)回波損耗的定義是在一點(diǎn)（通常在ORL測試儀器上）相對(duì)于總正向功率的反射功率累計(jì)百分比。

由于沿光路在兩個(gè)方向上的衰減，通常這通常不完全是所有單個(gè)反射的總和。

例如，如果沿著光纖鏈路的某個(gè)點(diǎn)的反射為-20 dB，并且該點(diǎn)的光纖衰減為10 dB，則由于該點(diǎn)而測得的回波損耗貢獻(xiàn)將為-40 dB。（例如，背反射+ 2 x衰減）

如果損耗點(diǎn)與ORL測量儀之間的損耗可忽略不計(jì)，并且該損耗點(diǎn)是反射光的主要來源，則特定點(diǎn)的背反射和測得的回波損耗可能相似。

ORL與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系

與反射相關(guān)的系統(tǒng)問題可能令人莫名其妙，因?yàn)閾p耗和功率水平檢查正常，但是數(shù)據(jù)傳輸顯示出過多的錯(cuò)誤或降級(jí)。

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(shè)備即可解決問題。這實(shí)際上是一個(gè)真正的實(shí)用解決方案，但是可能需要記錄和標(biāo)記。

這也提供了一個(gè)線索：ORL和系統(tǒng)性能之間的關(guān)系可能很模糊。最好進(jìn)行光學(xué)裕度和BER測試。

測量單位

按照慣例，測試儀器通常顯示負(fù)的ORL號(hào)。 0 dB回波損耗意味著一個(gè)完美的反射系統(tǒng)。較大的負(fù)數(shù)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(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下，空氣的折射率= n1 =大約1.00029。

在大多數(shù)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(huì)產(chǎn)生少量的背反射。由于反向散射，鏈接將產(chǎn)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(duì)的PC連接器端會(huì)產(chǎn)生約-14.3 dB的背反射。

?一些波長選擇設(shè)備反射被拒絕的波長。這可能會(huì)導(dǎo)致重大問題。

最常見的玻璃/空氣接口是連接器端或光電設(shè)備內(nèi)部。對(duì)于具有較小氣隙的配對(duì)平面拋光連接器，有兩個(gè)玻璃/空氣界面，導(dǎo)致反射大約是兩倍，例如大約11 dB。我們已經(jīng)看到了具有高連接器密度的系統(tǒng)，其回波損耗約為6 dB，這足以破壞LED產(chǎn)生的簡單1 MHz模擬信號(hào)的傳輸。

接合纖維的效果取決于接合方法。熔接往往會(huì)產(chǎn)生可忽略的反射。但是，機(jī)械拼接會(huì)導(dǎo)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(jī)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：

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(jì)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(yīng)為10米。

非常敏感的測量的另一個(gè)問題是，低水平的雜散環(huán)境光可能會(huì)泄漏并產(chǎn)生錯(cuò)誤的讀數(shù)。

纖維類型的影響

傳統(tǒng)上，單模光纖應(yīng)用與ORL靈敏度問題相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗鼈円恢笔褂眉す馄?，通常具有較高的數(shù)據(jù)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(yīng)用使用LED光源（對(duì)ORL問題不敏感），較低的數(shù)據(jù)速率和通常較短的鏈接。但是，近年來，多模系統(tǒng)已經(jīng)過渡到VCSEL激光器，高數(shù)據(jù)速率，并且可能在接近其長度極限的范圍內(nèi)工作，因此ORL成為一個(gè)問題。通常，為了降低這些激光對(duì)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(dǎo)致性能問題的情況仍然越來越多。

從技術(shù)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(xué)連接器ORL性能

單模物理接觸式PC拋光（藍(lán)色）連接器具有非常可變的光學(xué)回波性能。很大程度上由于這個(gè)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(duì)和未配對(duì)狀態(tài)之間有很大差異，并且還嚴(yán)重依賴于少量的污垢，盡管光學(xué)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(shí)，各種質(zhì)量的PC拋光連接器通?？蛇_(dá)到-50 dB至-30 dB，未配合時(shí)可達(dá)到-14.3 dB，而配合不良則可達(dá)到-11.3 dB。

APC連接器的整體性能要好得多，未配合或配對(duì)的回波損耗優(yōu)于-60 dB。如果配合正確，回波損耗的確會(huì)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(tǒng)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(gè)連接器核心，因此良好的配對(duì)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(qǐng)注意，連接器有多種樣式。上面的數(shù)字適用于帶有陶瓷密封墊圈的常見類型。根據(jù)精確的拋光程序，ORL性能可能也會(huì)降低 

系統(tǒng)性能影響

?由于反射在傳輸線周圍反彈然后進(jìn)入接收器，導(dǎo)致接收器噪聲增加。

?由于反射導(dǎo)致激光器中產(chǎn)生不必要的共振，導(dǎo)致發(fā)射器功率和波長噪聲增加。

?在典型的數(shù)字系統(tǒng)中，它將導(dǎo)致眼圖關(guān)閉一點(diǎn)，或者可以表示為dB傳輸損傷。

?效果可能對(duì)偏振非常敏感。因此，為了執(zhí)行適當(dāng)?shù)谋碚?，可能需要某種偏振控制器。對(duì)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(dá)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(nèi)置在激光器封裝中，以減少激光器看到的反射級(jí)別。

?在許多情況下，反射是一個(gè)問題，所安裝系統(tǒng)和發(fā)射器的限制可能會(huì)有所不同。電纜系統(tǒng)規(guī)格可能在-30 dB的范圍內(nèi)，以防止由于鏈路周圍的信號(hào)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(nèi)，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(diǎn)事件引起的反射具有不同的影響。點(diǎn)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(guān)鍵應(yīng)用中，可能會(huì)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(xué)回波損耗儀（或ORL計(jì)或背反射儀或光學(xué)連續(xù)波反射儀或OCWR）測量回波損耗很方便。

有時(shí)可以使用OTDR測量各個(gè)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(huì)導(dǎo)致儀器輸入放大器飽和，從而無法進(jìn)行測量。因此回波損耗計(jì)通常用于驗(yàn)收工作。

某些ORL儀表可以使用自動(dòng)化功能來成對(duì)工作，并在執(zhí)行系統(tǒng)雙向衰減測量的同時(shí)測量系統(tǒng)兩端的回波損耗，從而無需花費(fèi)額外精力即可實(shí)現(xiàn)總體分析。

更好的ORL儀表具有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(zhǔn)確地讀取到大約-60 dB。 46-50 dB附近的線性度也得到改善。

?對(duì)測量應(yīng)用偏移的能力。例如，由于連接等原因，測量設(shè)置的損耗為0.5 dB。這將導(dǎo)致讀數(shù)偏移1 dB，因此用戶可以應(yīng)用1 dB的偏移量來進(jìn)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(shí)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(xiàn)在有便宜的帶有內(nèi)置隔離器的變送器，因此使系統(tǒng)的其余部分不再那么重要，并且易于安裝和維護(hù)。

實(shí)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(xiàn)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(shù)字。

?您應(yīng)該知道是否要評(píng)估-20至-30 dB范圍內(nèi)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(píng)估為-50 dB的水平。每個(gè)項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)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(gè)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(jìn)行測量，并確定哪個(gè)部分有問題。

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