光時域反射器與光功率計的運用

光時域反射器與光功率計的運用
第83期 2000.12月號
兩者可說是光纜工程中使用最頻繁的兩種測試工具，測試型態雖然不同，但卻各善所長，其測試結果都必須列入考慮，因此，唯有善用光功率計與OTDR才可以提高工作效率。
如意淼
光時域反射器(Optical Time Domain Reflectometry；OTDR)與光功率計(Power Meter)是光纜工程中用得最頻繁的兩種測試工具。OTDR一台價格約三十萬元之譜，而光功率計一部僅數萬元。兩者都可測試光鏈路內的光損失，但所測的結果卻未必相同，然而光纜工程驗收時，兩者測試的結果都必須列入考慮。那麼到底誰對誰錯呢？如果對這兩種測試儀器的運作過程與特性能有所了解，就會發現兩者各擅所長，兩者都沒錯。
OTDR-多才多藝的測試儀器
OTDR能測出光纖長度，光鏈路損失、連接器反射損失、熔接損失、光纖斷線點、彎曲點、每公里光損失，還能將測試圖形儲存、列印、比較等，可說是個多才多藝的測試儀器，而且測試時只要一個人在一端執行測試即可，節省人力，機動性大，技術人員對它的依賴很深；而光功率計體積小、輕巧，只能測試光纖鏈路的光損失，大部份測試時兩端都需要人員，程序稍嫌麻煩，但有時又只需一個人即可操作。所量出來的只是數字，對光纖鏈路內部的情形無從判斷。它最大的好處是體積輕巧，損失測試較為準確，但不是絕對正確，因為測試時光纖連接器的連接，每拆裝一次測試值會改變。所以，測試時量測三次，取其平均值。
當光功率計與穩定光源在測量光纖鏈路的光損失時，光信號是從光纖的一端送進，另一端接收，運作的情形與光纖鏈路實際使用的情況很類似，測試出來的結果自然較為準確。而且，光功率計沒有盲區的問題，既使長度很短也不需用虛擬光纖。只要測試之前，先量測出兩端的連接器損失，測試後再將之扣除，即為光纖鏈路的實際損失。現在的用戶光纜，動輒數百芯，將來會有數千芯。光纜芯數一多，錯接的機會就相對增大。用光功率計測試除了驗證鏈路的損失是否在理想的範圍內，還可以確定心線是否錯接。光功率計的用途不只這些，它可以測光纖元件的插入損失、均勻度、反射衰減量、方向性、極化穩定性等，功能也算相當強。這些功能在採購光纖元件或將來在建設被態光纖網路(Passive Optics Network；PON)時，都會被用上。
輕巧取勝的光功率計
光功率計在作光纖活線維修時，最能發揮輕巧方便的特性。光纖鏈路的終端有時會在電信室，有時會在民宅二樓的外牆，當裝設地點越高時，光功率計的輕巧越能發揮功用，因攜帶容易，爬上爬下不會對技術人員造成困難。活線光纖會產生障礙不外被挖斷、半斷線(施工時連接器未裝妥，日久鬆弛，或其他原因)、或彎曲等。一般活線發生障礙時光纖都還接著光源，這時工作人員可攜帶著光功率到接收端，利用既有光源量測線路未端光功率，從光功率的數值之有無和大小即可以判斷光纖是否有障礙。例如量不到讀數，表示斷線，光功率過小表示鏈路當中可能有劣化點或是彎曲，但無法得知何處發生障礙，光功率正常表示末端的金屬電纜或終端機有問題。
前述的情況OTDR未必管用，一方面OTDR笨重，不易帶上帶下；另一方面，OTDR接上有光源的光纖時，儀器上的接收器會產生飽和的現象，使OTDR無法測出光信號在光纖內跑的情形。當使用與活線上不同波長的光源時，例如線上使用一千三百一十nm，而OTDR使用一千五百五十nm或一千六百二十五nm光波測試時，需另加分波器將OTDR所發出之信號與線上使用之光源分開，在作業上過於麻煩。而且，分波器的裝設目前並不普遍。
測試不同卻有互補功能
OTDR的測試型態與光功率計不同，是造成兩者測試結果不同之最大原因。當光信號從光纖的一端進入後，OTDR是等著光信號從光纖反射回來，依光的來回時間和反射量來作測試。這種情況與實際的光鏈路運作不同，所以它測試鏈路的損失值會不同於光功率計也未必正確。事實上，OTDR測試出來的光纖鏈路損失值很少被正式採用，但可以當作參考。因為用OTDR測試鏈路損失時，第一個和最後一個連接器的損失經常會被忽略，或是未能正確的被計算在內，有時又會因盲區而影響測試結果。
比較困難的是OTDR的圖形不是人人能解讀，需要經過特殊的訓練與經驗。不過，OTDR有光功率計所不及的地方，它最能發揮功效的場合不是在光鏈路終端測試，而是在光纜的施工及查修過程。施工前用OTDR測試可以確定光纖在光纜內是否保持完好，也可以測出光纜的正確長度，一方面可以釐清責任，一方面確保施工品質。光纜佈放過程中的拉力、綁縛、捲繞、切割、接續、收容等動作對光纖來講是一種考驗，佈放後的光纖能否完美無缺，或鏈路資料是否正確，也得靠OTDR來驗証。將來網路的維護，光纖障礙更需用OTDR來查修。
現在的光纖製造技術進步，光纖的幾何精準度相當高，又加上熔接機的對準技術也跟著進步，光纖的熔接損失已達0.01dB以下，其在OTDR圖形上所顯現的情況與以往的高熔接損失情況不同，0.01dB的熔接損失與正常的光纖反射波振幅不相上下，就算放大也難以辨識。為了避免此現象在光纖維護上造成困擾，光纜在接續之前，應先用OTDR量測一遍，由OTDR圖形上的光纖末端反射點先確認光纖長度後，再予以熔接。每接一條光纜之前，必先將此動作做一遍，如此才能確定整個鏈路的接頭距離，以方便維護單位將來在資料上標示接頭。
OTDR不但顯現光纖的障礙點，也可以顯現障礙的種類。茲舉一例說明，下面三圖形未端都有一根反射波，這根反射波的有、無、胖、瘦、高、低，是光纖斷線情況的資訊。圖一的末端為斷線，但光纖的端面不平整，沒有反射波。端面越是平整，反射波越高。中間凸起根狀者為連接器。圖二的未端為斷線，但是切割有瑕疵，光纖端面不夠平整，反射波不高也不銳尖。圖三為半斷線，光信號有一部份反射，一部份經過殘斷的光纖通過半斷線點，但漸漸的衰減掉，所以反射波後面拖一小段尾巴。
在查修方面，OTDR與光功率計可互補不足，有時光纖鏈路測得的整體光功率損失合格，但鏈路中的某一熔接點可能超出規定值，此時就得靠OTDR查測。從光功率計的測試結果即可判斷是否需要用到OTDR，即可當下決定下一個必須採行的步驟。
善用兩者提高工作效率
依現場實務運作來看，光纜工程所建立的光纜資料，除了光纜段長、種類、接頭位置、路由標示為將來維護不可或缺的資料之外，其他的如光纖鏈路損失、OTDR圖形這些資料在工程完工過後，除非行政作業上需要，在技術上即失去保存的意義。因為，光纖在管道內只要管道環境不變動，它的傳輸特性即不會變動，維護人員不需也不必無緣無故去動它。倘若因其他纜線施工增加應力、光纖用戶引接，光纜改接等緣故而動到光纜，維護人員根本不可能將數百芯光纖用OTDR每日從頭到尾掃描一遍，再把這些圖形與完工資料對比（除非用光纜自動監測系統，但在台灣這種系統很少，即使在國外也不多），只有等光纖真的發生障礙時，才由維護人員現場查修。查修人員從現場用光功率及OTDR所量得的資料就可以立即判斷障礙點即可進行維修，用不著在從厚厚的一疊資料中找出光纖圖形對比。所以，善用光功率計與OTDR可以提高工作效率！

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