光器件的回損測量
引言：隨著寬帶接入如 LTE, FTTX 的應用越來越多，骨干光纖通信帶寬越來越大，光纖本身的和光
纖系統(tǒng)中的無源光器件都變得越來越復雜，光纖系統(tǒng)中無源器件的反射對更高速率的通信系統(tǒng)性
能的影響越發(fā)顯著，人們對光纖無源器件回波損耗指標測試的關注度在持續(xù)上升。
光纖無源器件的回損測試方案自光纖通信系統(tǒng)開始就有了，早期的典型測試儀表如：JDSU 公
司的 RX Meter, Agilent 公司的 816xx 系列。這些測試儀表的共同特點是：測試方法采用標準的連
續(xù)光方法，即 IEC 建議的 OCWR(Optical Continuous Wave Reflectometer)法，測量時通常需要用纏
繞光纖的方法消除額外反射，測量回損的范圍在 70dB 以下。隨著光纖通信技術的進步，測試儀
表也在發(fā)展，使用 OCWR 方法的測試儀技術非常成熟，隨著競爭產品的越來越多，這兩種儀表都
早已停止生產。
使用 OCWR 方法測量回損存在許多限制，如：測試步驟多，需要過程復雜的系統(tǒng)校“零”，
不能一次連接進行插損/回損的測試，不能區(qū)分瑞利散射和菲涅爾反射回損，只適用于≤55dB 的
回損測量等 [1] 。
另一方面，由于這些限制，在很多應用場合下不適合或者無法使用 OCWR 法進行測量，如：
無法彎曲也不允許破壞接頭的光纜接頭盒，特種光纜，MPO 接頭等。
圖 1：無法彎曲的光纖接頭
為了解決這些問題，我們需要采用其他的回損測量方法，如 OTDR 法。為了比較 OCWR 和
OTDR 兩種測量方法，讓我們首先回顧一下回損測試的原理以及 IEC61300‐3‐6 對回損測試方法的描
述。
1. 原理和測量方法
1.1 回損的來源
按照 IEC61300‐3‐6 的定義，回損是指在器件輸入端、光纖接頭或者定義的某一段光路上反射
光功率[mW]與入射光功率[mW]的比值。
1
即：
?
?
?
?
?
?
?
?
? ? =
i
r
log 10
P
P
RL ，回損的值是正的。
對于不同的回損測量方法來說，定義被測光路的長度都是關鍵。
我們知道，光路上的反射光包含菲涅爾反射和瑞利散射，
1.1.1 菲涅爾反射
反射是由于光從一種介質進入另一種折射率不同的介質造成的。菲涅爾現象描述了這種反射
因此通常稱為菲涅爾反射。對于光接頭，造成反射的原因是機械接頭的空氣氣隙、中心對齊誤差
和污染造成的微小顆粒。圖 1 是兩個個光纖接頭通過適配器連接，接頭連接的地方產生了由于局
部不連續(xù)引起的回損。
圖 1 : 光纖接頭的局部，連接處產生了菲涅爾反射
1.1.2 瑞利散射
光束在光纖中前向傳播時，遇到光纖中的不連續(xù)點會產生散射，產生不連續(xù)點的可能是制作
光纖材料的雜質、微小的空氣氣隙甚至機械拉伸。散射有許多種，見的是瑞利散射，其強度
與光波長的 4 次方成反比。瑞利散射和菲涅爾反射的主要差別是瑞利散射存在于整個光路上而菲
涅爾反射只在產生反射的那一點上。
瑞利散射發(fā)散到各個方向，其中反射到入射端的部分稱為后向散射。舉例說明：普通的 2 米
長康寧 SMF‐28 單模光纖由于后向散射產生的回損是 69 ~ 70dB，當我們引入測試跳纖測量回損，
但卻不能區(qū)分瑞利散射和 DUT 反射時，這個特征就成了我們測量的限制因素 [
注 1] 。
圖 2: 光束在纖芯中傳播時，遇到不連續(xù)點和拉伸會產生回損
1.2 回損的測量方法
IEC61300‐3‐6 建議了 4 種回損的測量方法：
2
測量方法 原理 適用范圍 特點 缺點
OCWR 直接測量入射光和
反射光，計算出結
果，不受
適用于單、多模
光纖
回損的定
義
操作復雜，測試精
度易受操作影響，
不能區(qū)分區(qū)分菲涅
爾反射和瑞利后向
散射
OTDR 測量光路上某一點
的反射，有較高的
空間分辨率，動態(tài)
范圍達到 75dB 以
上
適用于單、多模
光纖，光路長度
較長的測量，如
現場測量
可區(qū)分菲涅爾反
射和瑞利后向散
射，測試效率高
有測試盲區(qū)，不適
合光路太短的測量
OLCR 低相干反射技術 單模光器件的反
射分布
具備超高空間分
辨率，可測量超
低回損
系統(tǒng)復雜，成本高
OFDR 時域測量，反向傅
立葉變換。使用
KHz~1GHz 頻率的
調制光，分辨率達
到厘米級別
適用單模光器件
的回損，動態(tài)范
圍>70dB
基本無盲區(qū)，空
間分辨率高
系統(tǒng)復雜，成本高
下面我們主要討論和第二種方法：OCWR 法和 OTDR 法，比較兩種方法的測量差異和如
何使用兩種方法得到準確的測試結果。
1.2.1 OCWR 法：
OCWR 是的光回損測量方法，通過簡單比較無被測件接入時的發(fā)射光功率和接入被測
件后的反射光功率計算出回損值，一般來說，器件的插損和回損一樣都是重要的測試指標，儀表
通常將插損和回損測量功能集成在一臺儀表上，通常的插回損測量連接和測量步驟如下：
圖 圖 3: OCWR 法為了準確到測量被測件的回損需要在連接被測件的前后進行人工纏繞
3
這種方法分 4 個步驟，如圖 4，
步：將儀表測試發(fā)光口直接連接到光功率端口進行插損歸零
第二步：單獨對測試跳纖進行回損歸零，通常用纏繞法消除末端反射
第三步：接入 DUT(被測件,Device Under Test,下同) 測量插損
第四部：測量回損，同樣要在 DUT 的末端用纏繞法消除額外反射。
除了采用纏繞法消除額外反射外，IEC 也提出的其他消除額外反射的方法：
? 用同類光纖進行末端匹配；
? 將測試光纖的尾端折彎，根據光纖類型的不同，要求的折彎角度也不一樣，通常折彎
的角度要大于 12°；
? 光纖尾端加入很大的衰減，纏繞法是一個可行的方法，可將尾端的反射光衰減掉（這
種方法不適合多模光纖）。
使用纏繞法測量時，纏繞點的位置決定了回損測量的長度或者光路徑，如圖 5：
圖 4: 測量路徑長度是 OCWR 測量方法的關鍵，個纏繞點和第二個纏繞點的位置決
定了測量區(qū)域的長度
測量方法的關鍵，個纏繞點和第二個纏繞點的位置決
定了測量區(qū)域的長度
次測試跳纖歸零的纏繞點和第二次測量回損時纏繞點之間的長度就是回損測量的光路長
度。在很多情況下，這個光路長度對我們的測試結果有重大影響。
很明顯，OCWR 法不能區(qū)分瑞利散射和菲涅爾反射，另外，在多數情況下 OCWR 法使用不超
過 1.5m 的測試跳纖，或者通常說的標準跳纖，由于我們消除測試跳纖中的瑞利散射光的對 DUT
反射光的影響，因此實際的測試結果中必然包含了測試跳纖的散射光，因此這樣的測試可以得到
的回損值是 70dB [
注 1] 。
4
1.2.2 OTDR 法
OTDR 測量回損的方法來源于大家熟悉的測量光纖長度和衰減的 OTDR，但用于回損測量的
OTDR 校準方法不同于長度測量的 OTDR。OTDR 反射測量的參考點是被測段的前一點，這一點的
功率作為 RL 測量的入射功率。 圖 6 是基本的測量設置。
圖 5: OTDR 法測量圖示
OTDR 法測量插回損只需要兩個步驟，如圖 6.
步：將儀表測試發(fā)光口直接連接到光功率端口進行插損歸零
第二步：連接 DUT 后直接測量插回損
由于 OTDR 法不需要消除末端的額外反射，因此相比 OCWR 法節(jié)約了兩個需要纏繞的步驟，
具有更高的測試效率。
但與 OCWR 法一樣，OTDR 法也需要定義回損測量的長度，準確定義測量長度是 OTDR 發(fā)取得
理想測量結果的前提條件。
圖 6: 軟件設置 OTDR 法的測量區(qū)域
另外，OTDR 法的一個顯著優(yōu)點是可以區(qū)分瑞利散射和菲涅爾反射，可以讓用戶自己選擇測量
某個位置的回損，可以去除測試跳纖瑞利散射的影響，因此測量范圍可以從 70dB 提高到 80dB。
另外，由于插回損測試只需要一次連接，通過自動切換光開關的引入，OTDR 法的測量儀表可以
集成多路測量功能，更好地適應規(guī)模化生產的需要。
5
結束語：隨著光纖通信技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的回損測量儀表和回損測量的方法已經不能適應大
規(guī)模、復雜的測量要求，采用 OTDR 法的插回損測試儀由于測試步驟簡單，易于集成到自動化測
量系統(tǒng)中，可以更好地適應自動化、大規(guī)模測試的需求。
參考文獻：
[1] FIBRE OPTIC INTERCONNECTING DEVICES AND PASSIVE COMPONENTS BASIC TEST AND
MEASUREMENT PROCEDURES，61300‐3‐6 IEC:2003
[2] Return Loss Measurement in the Presence of Variable Insertion Loss Using Optical Frequency
Domain Reflectometry，Stephen Kreger etc. Luna Technologies
6
相關產品：
JDSU 基于 OTDR 法的插回損測試儀：MAP200，可集成單、多光纖的插回損測試模塊、多通道
光開關、條碼閱讀器、打印機，光纖端面檢查儀等必要模塊和外設，組成高效的自動測量系統(tǒng)，
適合研發(fā)、規(guī)模生產的需要。
圖 7: JDSU 基于 OTDR 法的插回損儀表
儀表操作注意事項：
在開始測試前必須強調，由于測試需要進行手動連接，而回損測量是測試非常微小的后向散
射和反射光，連接問題對測試結果的影響不容忽視。連接前進行適當的連接光纖的端面檢查和清
潔是取得準確測試結果的前提，根據經驗，連接問題是我們大多數情況下到得到異常測試結果的
原因。只有在恰當的連接下才能準確測量到回損值，并且測量得到的回損值會由于每次連接時連
接表面的微小變化而受到影響。
為了區(qū)分瑞利散射和菲涅爾反射， MAP200 測量回損時可以選擇兩種模式：
? Discrete Mode(離散模式)
離散模式只測量菲涅爾反射，可以找到光路經上的單個反射峰，并根據該反射峰計算回損的
值。由于分辨率的限制，離散模式回損測量窗口的長度設置最小是 0.5m，如果這個區(qū)域內有兩個
以上的反射峰，測試結果只記錄的那個反射點的回損。在離散模式下，在 DUT 周圍的改變測
試窗口的位置不影響測量結果。
? Integral Mode(積分模式)
積分模式測量定義的窗口區(qū)域光路經上的所有的反射功率，跟 OCWR 法類似。在連接器的回
損超過 60dB 的情況下，瑞利后向散射會影響測量結果。由于分辨率的限制，積分模式的測試窗
口設置應該大于 1.5m。
值得注意的是瑞利后向散射隨著路徑長度變大，如果在光路上移動一個固定長度的測試窗口，
回損的測試結果會有變化，變化范圍會達到±0.5dB.
7
8
下面是一般測量的設置建議
? 光連接器的測量
對于光連接器，推薦選擇“Discrete Mode”，用預先設定的默認測試條件。這種測量消除了瑞
利散射的影響，測量到的是光連接器真正的 RL 值。
圖 圖 2: 光連接器測量時 ORL 的設置
? 光纖跳纖，光無源器件和分布反射的測量
對于光纖跳纖、光無源器件和具備分布反射特性的被測器件，推薦使用“Integral Mode”模式并
采用預先設定的默認測試條件。預先設置的默認測試窗口可以消除用于測試連接的光連接器和光
纖的影響。如果測試跳纖太長，也可以手動移動測試窗口，使測試窗口更靠近被測件。
圖 圖 3: “Integral ”模式測量時 ORL 的設置
