Funktionsprinzip und Eigenschaften von OTDR

OTDR (vollständiger Name: Optical Time Domain Reflectometer) ist ein präzises optoelektronisches integriertes  Glasfaser-Testgerät  , das die Rückstreuung während der Rayleigh-Streuung und der Fresnel-Reflexion bei der optischen Übertragung nutzt. OTDR-Tester werden häufig in der Wartung und im Bau von Glasfaserkabeln eingesetzt und können zur Bewertung der Glasfaserkabellänge, zur Messung der optischen Übertragungs- und Verbindungsdämpfung sowie zur Fehlerortung von Glasfaserverbindungen usw. verwendet werden.

Bei der OTDR-Prüfung speist das Gerät einen Laser- oder  Glasfaserlichtimpuls höherer Leistung  von einem Ende des Glasfaserkabels am OTDR-Anschluss in eine Glasfaser ein, um die Rückinformation zu empfangen. Bei der Übertragung des optischen Impulses durch die Glasfaser kommt es aufgrund der Beschaffenheit der Faser selbst, des Steckers, der Verbindungspunkte, Biegungen oder ähnlicher Einflüsse zu einer Streureflexion. Ein Teil dieser Streuung und Reflexion kehrt zum OTDR zurück. Die zurückgesendeten Informationen werden vom OTDR-Detektor gemessen und stellen die Zeit- oder Kurvensegmente der Fasern an verschiedenen Positionen dar. Durch die Aufzeichnung der Signallaufzeit von der Übertragung bis zur Rückkehr lassen sich die Übertragungsgeschwindigkeit des Lichts in den Glasfasern und die Distanz berechnen.
OTDR-Tests sind bei der Messung der Dämpfung im Außenbereich eingeschränkt. Der OTDR-Tester ist für diese Zwecke nicht immer ausreichend. Bei kurzen Kabeln in Gebäuden oder LAN-Umgebungen ist das OTDR nicht optimal geeignet. Für diese Aufgaben sollten ein Quellen- und Leistungsmessgerät verwendet werden, da das OTDR nicht in der Lage ist, die tatsächliche Dämpfung im Kabelnetz anzuzeigen.

OTDR nutzt Rayleigh-Streuung und Fresnel-Reflexion zur Charakterisierung der Glasfasereigenschaften. Rayleigh-Streuung bezeichnet die unregelmäßige Streuung, die bei der Übertragung optischer Signale in der Glasfaser entsteht. OTDR misst lediglich das am OTDR-Port zurückgestreute Licht. Das Rückstreusignal zeigt den Dämpfungsgrad (Verlust/Entfernung) der Glasfaser an und wird als abfallende Kurve dargestellt. Dies verdeutlicht die abnehmende Rückstreuleistung, da sowohl das Übertragungssignal als auch der Rückstreuverlust gedämpft werden.

Anhand der optischen Parameter lässt sich die Rayleigh-Streuleistung bestimmen. Bei bekannter Wellenlänge ist sie proportional zur Pulsbreite des Signals: Je länger die Pulsbreite, desto stärker die Rückstreuleistung. Die Rayleigh-Streuleistung hängt auch von der Wellenlänge des übertragenen Signals ab: Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker die Leistung. Das bedeutet, dass die von der 1310-nm-Flugbahn erzeugte Rückstreuleistung höher ist als die von 1550-nm-Signalen.

Im höheren Wellenlängenbereich (über 1500 nm) nimmt die Rayleigh-Streuung weiter ab und ein anderes Phänomen namens Infrarotdämpfung (oder Absorption) nimmt scheinbar zu und verursacht einen Anstieg der Gesamtdämpfungswerte. Daher weist die Wellenlänge von 1550 nm die geringste Dämpfung auf, was auch erklärt, warum sie eine Wellenlänge für die Fernkommunikation ist. Natürlich wirken sich diese Phänomene wiederum auf das OTDR aus. OTDR mit einer Wellenlänge von 1550 nm weisen ebenfalls eine geringe Dämpfung auf und können daher für Tests über große Entfernungen verwendet werden. Dagegen ist bei Wellenlängen mit hoher Dämpfung von 1310 nm oder 1625 nm die OTDR-Testdistanz zwangsläufig begrenzt, da das Testgerät eine scharfe Front in der OTDR-Kurve testen muss und das Ende der Spitzen schnell in den Rauschbereich fällt.

Die Fresnel-Reflexion ist eine diskrete Reflexion, die an einzelnen Punkten der gesamten Faser entsteht. Diese Punkte entstehen durch eine Änderung der Rückkoeffizientenelemente wie Glas und Luftspalt. An diesen Punkten wird starkes Rückstreulicht reflektiert. Daher nutzt OTDR die Informationen der Fresnel-Reflexion, um Verbindungspunkte, Glasfaseranschlüsse oder Haltepunkte zu lokalisieren.

Ein  OTDR-Tester  ist im Wesentlichen ein optisches Radar: Er sendet einen hellen Lichtblitz aus und misst die Intensität von Echos oder Reflexionen. Dieses schwache Signal wird gemittelt, um das Erkennungsrauschen zu reduzieren. Mithilfe von Berechnungen wird eine Kurve angezeigt und eine Reihe mathematischer Schlussfolgerungen gezogen.