EP30 一文搞懂OTDR原理

OTDR，中文名稱是：光時域反射儀，是常用的光纖測試工具。這裡的O代表 Optical，光學的意思，而TD代表Time Domain，即時域的意思，最後R代表Reflectometer， 即反射計的意思。

我們知道，光纖多數是由高純度石英玻璃構成，而玻璃分子都是晶格結構，晶格結構實際上是不均勻的，當攜帶信號能量的光子遇到它們時會有少量發生方向的改變（散射）。

另外，光纖中還存在著一些雜質、氣泡與彎曲結構，光子遇到它們時也會改變方向朝四面八方散射。其實，OTDR儀表正是利用這些特點，往光纖中發射非常短的光脈衝，然後使用光檢測器元件觀測非常微弱的反射情況，透過分析後，可以識別損耗、反射及其他事件。

雷萊散射示意圖

OTDR就像光纖界的雷達，如果我們用一台光信號產生儀向光纖鏈路中注入一束持續時間很短的光脈衝，那麼此脈衝的光能量在向前傳輸的過程中遇到不均勻的晶格結構和雜質微粒時，就會有極微弱能量散射到四面八方，此散射又稱為雷萊散射。

其中有一部分會沿發射的方向完全反射回去，這部分稱為逆向散射。同時如果光脈衝向前傳輸時遇到連接器，光子在此處遇到了介質改變，改變介面就有不少光子會被反射回去，也稱為菲涅爾反射，反射能量最大可達前向傳輸光能量的8%。所以我們可以在光纖的信號注入埠內同時設計一套接收返回來的光信號的裝置，將逆向散射和反射光信號採樣並記錄下來，再進行分析。

夜晚看到的電筒光束

接下來，我們進一步瞭解一下雷萊散射。日常生活中，晚上我們打開手電筒，會看到光束，但是為什麼會看到光束？是因為空氣中的灰塵和霧氣導致光發生的散射，部分光進入我們的眼睛，所以我們看到了它，所有微粒的散射，形成了一條光束。而且霧氣濃時，光束會顯得濃密，反之就稀疏。如果是在真空中，就看不到這樣的光束了。