在光通信測量中，插損、回?fù)p是評估光器件及光學(xué)鏈路最重要的兩個指標(biāo)。近年來，隨著OFDR技術(shù)的普及，憑借著其高分辨、無盲區(qū)、分布式的優(yōu)勢，該技術(shù)不僅能測量回?fù)p、插損，還可實(shí)現(xiàn)光器件內(nèi)局部位置精細(xì)分析，使得插回?fù)p測量上升了一個新維度。
1.插損、回?fù)p測量方法
1.1. 使用插回?fù)p儀
最常見的測量方法是使用插回?fù)p儀?；?fù)p測量是對比無被測件（DUT）接入時，入射光功率和連接DUT后反射光功率計算獲得。插損測量是對比DUT接入前后光功率，獲得插損值。插回?fù)p儀實(shí)現(xiàn)測量需多次插拔，回?fù)p測量通常要纏繞光纖，消除光纖尾端反射，排除外界雜散光干擾,光纖接頭清潔和連接問題對測量結(jié)果影響較大。
1.2. 背向散射法
背向散射法是通過測試光纖中反向瑞利散射光信號來獲得指定點(diǎn)損耗。OTDR（光時域反射）和OFDR（光頻域反射）技術(shù)都可獲得時域分布曲線，實(shí)現(xiàn)回?fù)p插損測量。背向散射法是指定被測件DUT前一點(diǎn)的光功率作為測量RL的入射光功率，進(jìn)而獲得RL值。時域曲線包含光纖沿線損耗分布，插損值可通過DUT前后回?fù)p值計算得到，公式為：IL=(RL1-RL2)/2。以測量一根光纖跳線為例，在中間位置彎曲，測量結(jié)果如下：
圖1. 光纖跳線中間彎曲插回?fù)p測量結(jié)果
RL測量需選擇積分區(qū)域，獲得區(qū)域內(nèi)光路上所有點(diǎn)的反射光功率，這一點(diǎn)和回?fù)p測量定義光纖長度類似。但背向散射法無需纏繞光纖，單次連接、一次測量即可實(shí)現(xiàn)全鏈路分布結(jié)果，可以分析鏈路中任意光纖段和光器件插回?fù)p。
如圖2所示，光學(xué)鏈路測量，結(jié)果顯示硅光芯片插損為4.38dB，其他器件分析方法類似。
圖2. 光學(xué)鏈路中硅光芯片插損測量結(jié)果
2.插損和回?fù)p關(guān)系
2.1. 如何理解背向散射法借助回?fù)p測量插損？
假定DUT前后測量位置為1、2，其對應(yīng)入射光功率分別為P1、P2，通過散射系數(shù)轉(zhuǎn)換，對應(yīng)反射光功率分別為：Pr1=P1*a1、Pr2=P2*a2。結(jié)合插損、回?fù)p定義，IL=-10lg (P2/P1)，RL=-10lg(Pri/Pi)。
同一種光纖不同位置散射系數(shù)相同，借此可以推導(dǎo)出插損、回?fù)p的關(guān)系，即IL=(RL1-RL2)/2。在此說明一點(diǎn)，背向散射法是反射式測量，光信號往返兩次經(jīng)過DUT，因此需除以2。
圖3. 背向散射法測量原理
上述算式成立前提，是待測件前后兩端光纖類型相同。如若不同，插損測量結(jié)果甚至可能出現(xiàn)負(fù)數(shù)，如圖4所示，聚酰亞胺耐彎曲光纖比普通光纖背向瑞利散射信號強(qiáng)。
圖4. 聚酰亞胺耐彎曲光纖與普通光纖背向瑞利散射對比
2.2. 回?fù)p大，插損一定大嗎？
按照上面理解，背向散射法借助回?fù)p測量插損，可能會誤解回?fù)p大插損必然也大，實(shí)際情況并非絕對。這是因?yàn)楣饫w中有兩種反射：菲涅爾反射和瑞利散射。當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種折射率不同的介質(zhì)，在界面發(fā)生反射，這是菲涅爾反射。瑞利散射是光在光纖中向前傳播時，遇到光纖中不連續(xù)點(diǎn)而產(chǎn)生的散射。兩者主要差別是瑞利散射存在于整個光路中而菲涅爾反射只發(fā)生在反射位置處。
比如光纖連接位置是菲涅爾反射，產(chǎn)生原因是光纖與空氣存在間隙或端面出現(xiàn)污點(diǎn)。以FC/PC光纖連接為例，其回?fù)p-55.63dB，回?fù)p大而插損小。
圖5. FC/PC接頭回?fù)p和插損測量
光開關(guān)回?fù)p為-84.07dB，插損為1.39dB，回?fù)p小而插損大。
圖6. 光開關(guān)回?fù)p和插損測量
背向散射法相對傳統(tǒng)回?fù)p測量的顯著優(yōu)點(diǎn)是可以區(qū)分菲涅爾反射和瑞利散射。分析菲涅爾反射事件，回?fù)p和插損沒有必然聯(lián)系。
