01概述

光頻域反射（Optical Frequency Domain Reflectometry，簡稱OFDR）技術通過測量被調制的探測光產生的瑞利散射信號頻率來對散射信號進行定位的，具有極高的空間分辨率和傳感精度，具有很高的市場應用價值和發展前景。自OFDR技術由Eickhoff于1981年首次提出以來，國內外學者對OFDR系統的研究和應用表現出極大興趣，持續對系統進行研究和改進，追求更高的空間分辨率和傳感精度。

02OFDR設備原理

光頻域反射儀是基于光連續調頻波的相干探測技術，其基本結構如圖1所示。由激光器發出線性掃頻光，被耦合器分為兩路，其中一路光進入測量光纖，在經過測量光纖后會不斷產生瑞利散射光沿原路返回；另一路光進入參考光纖，在經過尾端反射鏡后沿路返回，兩路背向散射光經耦合器耦合后進入光電探測器中，兩路光滿足相干條件發生相干混頻，由光電探測器將光信號轉換為電信號。

圖1 OFDR系統原理

激光器的頻率可表示為，其中為起始光頻，為掃頻斜率。則激光器輸出光信號相位為：

其中為光源初始相位。

光源發出的光信號可以表示為：

其中為光源光信號強度。

測試光纖上距離耦合器處的瑞利散射光信號拍頻信號頻率可以表示為：

其中為測量信號從處返回到耦合器時延，n為測試光纖折射率。

圖2 拍頻信號頻率

設測試光纖的瑞利散射系數為，則在光電探測器中進行混頻后得到的電流可表示為：

其中相位差，拍頻頻率為。由拍頻頻率公式可知，頻率與測試光纖上散射位置時延呈正比，使用頻譜儀分析拍頻信號頻譜，可以直接獲得光信號在光纖中位置及強度信息，從而得到OFDR距離域和反射率曲線。

圖3 OFDR曲線（距離-反射率）

03OFDR技術應用

OFDR技術可以獲得整根光纖的瑞利散射分布信息，基于OFDR技術的高分辨光學鏈路診斷儀，空間分辨率高達10μm，單次測量可實現從器件到鏈路的全范圍診斷。用戶可借助OFDR設備查找并判別光纖鏈路中的宏彎、連接點和斷點，并精確測量回損、插損和光譜等參數。

OFDR技術主要應用于光纖通信領域，如用于光學鏈路診斷，光器件、光模塊測量，光纖長度精確測量，硅光芯片測量，Y波導損耗測量等。OFDR技術還可以用于光纖傳感領域，以單模光纖作為傳感器，進行高分辨、分布式的應變溫度測量，如結構健康監測，復合材料疲勞檢測，新能源汽車電池溫度監測等。

來源：大話光纖傳感

審核編輯：湯梓紅