胡文妤1 杨操2
1.国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心湖北武汉430070；
2.中国舰船研究设计中心湖北武汉430064
摘要：光时域反射仪OTDR 是光纤故障测试领域内的重要设备。本文从专利的申请年代分布、申请区域及重点申请人等角度进行了分析和研究，并以主要技术指标为线索简述了OTDR 的发展。
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关键词 ：光时域反射仪；OTDR；专利；综述
0 引言
根据相关调查研究，预计到2020 年，全球光纤测试设备的销售营业额会增加到8.8 亿美元。报告显示，2013 年全球光纤设备市场已达到6.038 亿美元。集成或基于平台的测试仪器势头越来越猛，而光纤检测设备表现也不错，其销售额在2012 年达到4500 万美元。因此，对光时域反射仪OTDR 的研究，是光纤故障测试领域内十分重要的技术问题，具有广泛的市场及不菲的商业价值。
1 光时域反射仪的历史与发展现状
从光时域反射仪技术发展历史来看，可以分为三个阶段。第一阶段，从上世纪80 年代起，当时光纤开始逐渐大规模应用，人为故障和破坏是大部分光缆故障和隐患主因。因此，光纤网络检测系统在当时提出了理论，方式还比较简单原始，通常采用便携式OTDR 仪器检测，或者采用OTDR 巡检的技术来进行光纤网络的监控。第二阶段，从上世纪80 年代末到90 年代末，这段时间光缆用量平均以30%的速度递增，而原来较早应用的一部分光纤由于劣化、人为故障的原因，故障开始频发。第三阶段，是从20 世纪末到21 世纪初期，随着全光络技术和设备的发展，尤其是当今世界范围内的光纤通信和光电子技术进入了一个新的时期，基于先进的光电子器件和光信号处理技术的全光通信网络技术与设备快速发展与应用，已经彻底改变了整个有线通信网络的格局。这时，釆用波分复用WDM和密集波分复用DWDM 等技术与OTDR 技术相结合对光纤进行监控。
2 专利技术发展
2.1 基于无源光网络的OTDR 技术。在无源光网络PON 中采用OTDR 技术一般是对插入段处即分光器后的光纤链路处的测量，因而需要更大的动态范围。由于来自分光器之外的所有分支的所有反向散射和反射是叠加的，因此不可能检查分光器之外的光纤链路属性；而其他的信号部分地屏蔽了每个分支的OTDR 信号，因此应用于中心局端的传统的光时域反射仪不能实现PON 系统中的全监视功能性。在发生故障的情况下，所接收的反向散射信号不能明确确定是某个单独的光纤链路分支。
阿尔卡特公司在基于专利EP04291995.1 的在先申请之上，于我国申请了《光配线网络监视方法和系统》（ 申请号CN200510089916）。该申请中，利用由连接到光纤链路的最终用户光网络终端来监视插入段的任何光纤链路，因此能在PON 之类的点到多点配线系统中提供光纤链路监视能力。因此，不会出现反射信号的叠加，使得PON 之类的光配线网络的嵌入光纤链路监视成为可能。该发明可以从用户端监视光配线系统中的光链路性能，其中不需要增加动态范围以克服PON 分光器的损失，增加了服务可用性，并且能为提供商节省大量成本。
之后，武汉光迅科技股份有限公司申请了《基于无源光网络系统的光缆监测系统》（申请号CN200810154327），该研发结合了传统的传输网络，并且做了修改。发明对传统的点到多点传输网络进行了改进，在PON 系统的ODN 处引入一个1xN 多路光开关，将测试信号绕过ODN，通过多路光开光后，再用WDM 合路器与ODN 后的每一个分支连接。由于1xN 多路光开关每一次只有一路连通，因此每次测试光只会到达一条支路，使得每次测试信号只能到达一个ONU/ONT，从而实现了将点到多点转变为点到点，使ODTR 光路测试技术可以在点到多点的PON 系统中测试每一条支路的状态。
2.2 OTDR 高空间分辨率。为了在OTDR 中得到高空间分辨率，需要将监视光的脉冲宽度变窄。此外，如果将监视光的脉冲宽度变窄，则为了弥补因为监视光的能量降低所导致的测定的信噪比的降低，而需要提高监视光的功率。但是这样可能因为在光线路中出现感应布里渊散射等非线性光学现象而产生测定性能的降低或对于通信信号的干涉。因此，在OTDR 中，空间分辨率被限制在几米左右。
住友电气工业株式会社基于其优先权JP2008-144903 和JP2009-021442，申请了《光线路监视装置及光线路监视系统》（申请号CN200980120440），可以以高空间分辨率在短时间内测定光线路中的反射率分布。控制部基于使OCDR 测定部进行OCDR 测定而取得的OCDR 测定结果和使OTDR 测定部进行OTDR 测定而取得的OTDR 测定结果进行规定的运算。该装置能以高空间分辨率在短时间测定反射率分布，可在光通信系统中检测光纤线路断裂及传送损耗增加等故障。
而中科院半导体研究所的申请《波长编码的光时域反射测试装置及其测量方法》（申请号CN200810240937）需要提供一种测量方式方法，结构简单的光时域反射测试装置、动态范围大、分辨率高，主要用于解决传统OTDR(光时域反射仪)分辨率与动态范围无法同时提高的问题。该方法是将两个不同波长的光脉冲组成的编码光脉冲信号分为探测光信号和参考光信号，探测光信号进入待测光纤链路后遇到光纤断点或损伤点时会产生反射光信号，反射光信号与参考光信号一起进入光电探测器进行拍频，拍频信号进入拍频信号检测装置进行观测和记录；经过调整，让两个光脉冲的时间相隔T1，并观测记录对应拍频信号的频谱。
2.3 盲区和微弱光信号检测。普通OTDR 在动态范围和空间分辨率方面受限，尤其存在无法克服的大动态光电信号接收盲区的瓶颈问题；相干OTDR 采用光脉冲的相干接收，能在不提高脉冲功率的情况下提高接收机的灵敏度，从而提高OTDR 的动态范围和信噪比，但是
相干探测对光源频率的稳定性要求很高，而且距离分辨率较低。中国电子科技集团公司第四十一研究所的《一种光时域反射测量装置及方法》（申请号CN201310187847）。光时域反射测量装置含信号读出模块、单光子探测器等，嵌入式计算机根据程序控制时序控制模块发出同步脉冲，触发脉冲信号发生器产生激励脉冲信号，脉冲光源输出的信号光经过衰减器得到合适的光功率，衰减器的输出光经过光定向耦合器注入被测光纤，被测光纤中返回的菲涅尔反射和后向散射光经过光定向耦合器进入高速光采样器。该发明解决OTDR 存在大动态光电信号接收盲区，相干探测对光源频率的稳定性要求高，OFDR 系统需要的光源为线性扫频窄线宽激光器，同时光源必须满足光外差探测条件的问题，本装置可将空间分辨率精确到厘米量级而不受探测带宽的限制，提高信噪比。