光(guang)(guang)頻(pin)(pin)域(yu)反射(she)計(OFDR)，因(yin)能(neng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)各(ge)種(zhong)范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高精(jing)度測(ce)量(liang)和(he)具(ju)(ju)有(you)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動態(tai)(tai)范圍(wei)而(er)吸(xi)(xi)引(yin)(yin)了研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)興趣。OFDR系(xi)統需要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)源應(ying)(ying)該為線性掃頻(pin)(pin)窄線寬(kuan)(kuan)單(dan)縱模激(ji)光(guang)(guang)器，所以對(dui)光(guang)(guang)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求很高，這(zhe)也(ye)導致了國(guo)內對(dui)OFDR研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺乏。由于(yu)(yu)OFDR能(neng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)各(ge)種(zhong)范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高精(jing)度測(ce)量(liang)和(he)具(ju)(ju)有(you)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動態(tai)(tai)范圍(wei)，還是(shi)(shi)吸(xi)(xi)引(yin)(yin)了眾多(duo)研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)興趣。隨著國(guo)內光(guang)(guang)源調頻(pin)(pin)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)日益成熟，其發展和(he)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)前景(jing)相當廣闊。目前使(shi)用(yong)(yong)(yong)較多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)光(guang)(guang)時(shi)域(yu)反射(she)計(OTDR)。OTDR是(shi)(shi)通(tong)過分析(xi)后(hou)向散射(she)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間差和(he)光(guang)(guang)程(cheng)差進(jin)行檢測(ce)。探(tan)測(ce)分辨(bian)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高依賴(lai)于(yu)(yu)探(tan)測(ce)脈(mo)沖(chong)寬(kuan)(kuan)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小，但是(shi)(shi)，在激(ji)光(guang)(guang)功率一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件下。會造成探(tan)測(ce)脈(mo)沖(chong)能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)降低(di)和(he)噪聲電平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加，從(cong)而(er)引(yin)(yin)起動態(tai)(tai)范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小。為了解(jie)決(jue)這(zhe)個問題，其他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)域(yu)反射(she)方法(fa)也(ye)在不斷地(di)研(yan)究(jiu)中。
光頻域反(fan)射計(ji)結構(gou)包括線性掃(sao)頻光源、邁克爾(er)遜(xun)干涉儀(yi)、光電探測(ce)器和頻譜(pu)儀(yi)(或信號處理單元)等，基于光外差(cha)探測(ce)，其(qi)原理可(ke)用下圖進行分(fen)析。
以頻(pin)(pin)率(lv)為(wei)中(zhong)心(xin)進(jin)行線性掃頻(pin)(pin)的(de)連續光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，經(jing)耦合器(qi)進(jin)入邁克(ke)爾遜(xun)干涉儀結構分(fen)成兩束。一束經(jing)反射(she)(she)鏡返(fan)(fan)回，其(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)程是固定(ding)的(de)，稱(cheng)為(wei)參考光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，另一束則進(jin)入待測(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)。由(you)于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)存在(zai)折射(she)(she)率(lv)的(de)微觀不均勻性，會產(chan)生(sheng)瑞利散(san)(san)(san)射(she)(she)。其(qi)中(zhong)部(bu)分(fen)后向散(san)(san)(san)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)滿足光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)數值(zhi)孔徑而朝(chao)注入端返(fan)(fan)回，稱(cheng)為(wei)信(xin)號光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。如果(guo)傳播(bo)長度(du)滿足光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)相(xiang)干條件(jian)，則信(xin)號光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和(he)參考光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)就會在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)敏(min)面上發生(sheng)混頻(pin)(pin)。待測(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)上任一點X處的(de)瑞利后向散(san)(san)(san)射(she)(she)信(xin)號所(suo)對(dui)應(ying)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)流的(de)頻(pin)(pin)率(lv)設置為(wei)0時(shi)，頻(pin)(pin)率(lv)大(da)小(xiao)(xiao)則正(zheng)比(bi)于(yu)散(san)(san)(san)射(she)(she)點位置x。只要該頻(pin)(pin)率(lv)小(xiao)(xiao)于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)的(de)截(jie)止響應(ying)頻(pin)(pin)率(lv)。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)就會輸出相(xiang)應(ying)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)流，其(qi)幅度(du)正(zheng)比(bi)于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)x處的(de)后向散(san)(san)(san)射(she)(she)系(xi)數和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)功率(lv)的(de)大(da)小(xiao)(xiao)，從而得到(dao)沿待測(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)各(ge)處的(de)散(san)(san)(san)射(she)(she)衰(shuai)減特性，同時(shi)可以通過(guo)測(ce)試頻(pin)(pin)率(lv)的(de)最大(da)值(zhi)來推導出待測(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)長度(du)。
在光(guang)通信網絡(luo)檢測(ce)中包括了(le)集成光(guang)路的(de)診斷(duan)和(he)(he)光(guang)通信網絡(luo)故障的(de)檢測(ce)等。前(qian)者(zhe)一般只有厘米量級甚至毫(hao)米量級，后者(zhe)的(de)診斷(duan)一般使用波長為(wei)1.3或(huo)1.55的(de)光(guang)源(yuan)，量程則(ze)達到了(le)公里級，大的(de)量程就需要大的(de)動(dong)態范(fan)圍和(he)(he)高的(de)光(guang)源(yuan)光(guang)功(gong)率(lv)。顯(xian)然，OTDR分(fen)辨率(lv)與動(dong)態范(fan)圍之(zhi)間的(de)矛盾(dun)不能很好(hao)地解決這個問題，而(er)OFDR卻可以(yi)滿足，它具有高靈敏度和(he)(he)高的(de)空間分(fen)辨率(lv)優點(dian)。
假(jia)設光(guang)電探(tan)(tan)測(ce)器的(de)(de)負載電阻為RI。，則光(guang)外差探(tan)(tan)測(ce)得(de)到的(de)(de)差頻信(xin)號對應的(de)(de)電功(gong)率(lv)。而OTDR是(shi)直接探(tan)(tan)測(ce)光(guang)纖(xian)的(de)(de)背向瑞利(li)散射(she)(she)光(guang)信(xin)號，其(qi)輸出的(de)(de)光(guang)功(gong)率(lv)。由于參考光(guang)的(de)(de)光(guang)功(gong)率(lv)比較(jiao)大(da)(da)，一般能達到幾(ji)十毫瓦。而光(guang)纖(xian)的(de)(de)背向瑞利(li)散射(she)(she)光(guang)信(xin)號的(de)(de)功(gong)率(lv)很小(xiao)。大(da)(da)約只是(shi)入射(she)(she)光(guang)的(de)(de)--45dB，從而可(ke)以得(de)出結論。OFDR探(tan)(tan)測(ce)方(fang)(fang)式(shi)的(de)(de)靈敏度要(yao)遠高于OTDR的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)方(fang)(fang)式(shi)。也(ye)就(jiu)是(shi)說，在相同(tong)動(dong)態范圍的(de)(de)條(tiao)件下，OFDR需要(yao)的(de)(de)光(guang)源光(guang)功(gong)率(lv)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)。
空間分辨率是指測量系統能辨別待測光纖上兩個相鄰測量點的能力。空間分辨率高意味著能辨別的測量點間距短，即光纖上能測量的信息點就多，更能反映整條待測(ce)光(guang)(guang)纖(xian)的(de)(de)特(te)性。在(zai)OTDR系統中(zhong)(zhong)分辨(bian)(bian)率受探(tan)測(ce)光(guang)(guang)脈沖(chong)寬度的(de)(de)限制，探(tan)測(ce)光(guang)(guang)脈沖(chong)寬度窄，則(ze)分辨(bian)(bian)率高(gao)，同(tong)時(shi)(shi)光(guang)(guang)脈沖(chong)能(neng)(neng)量變小(xiao)(xiao)，信(xin)噪(zao)比(bi)減小(xiao)(xiao)。OFDR系統中(zhong)(zhong)的(de)(de)空間分辨(bian)(bian)率根據(ju)可以對(dui)應為辨(bian)(bian)別(bie)待測(ce)光(guang)(guang)纖(xian)兩(liang)個相(xiang)(xiang)鄰測(ce)量點(dian)所對(dui)應的(de)(de)中(zhong)(zhong)頻信(xin)號(hao)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)，而辨(bian)(bian)別(bie)中(zhong)(zhong)頻信(xin)號(hao)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)與(yu)系統中(zhong)(zhong)所使用的(de)(de)頻譜儀的(de)(de)接(jie)收機帶寬密切相(xiang)(xiang)關。很明顯，接(jie)收機帶寬越(yue)小(xiao)(xiao)，則(ze)辨(bian)(bian)別(bie)兩(liang)個不同(tong)頻率信(xin)號(hao)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)越(yue)強(qiang)，同(tong)時(shi)(shi)引(yin)入的(de)(de)噪(zao)聲(sheng)電平也小(xiao)(xiao)，信(xin)噪(zao)比(bi)提高(gao)，故OFDR系統在(zai)得到(dao)高(gao)空間分辨(bian)(bian)率的(de)(de)同(tong)時(shi)(shi)也能(neng)(neng)得到(dao)很大的(de)(de)動(dong)態范圍。
光源相位噪聲和相干性的限制(zhi)
以(yi)上分析都是假定光(guang)源(yuan)是單色的，而實際的信號(hao)源(yuan)都會產生較大(da)(da)的相(xiang)位(wei)噪聲并通過有限(xian)的頻譜寬度(du)(du)表(biao)現出(chu)來。該相(xiang)位(wei)噪聲會減小空間分辨率(lv)并縮短光(guang)纖能夠可靠(kao)測(ce)量(liang)的長度(du)(du)，即光(guang)纖在一定長度(du)(du)之后(hou)測(ce)量(liang)到的數據就不能準確反映出(chu)散射信號(hao)的大(da)(da)小，從(cong)而不能正確分析光(guang)纖的傳輸特性。
光源掃頻(pin)非線(xian)性(xing)的限制
實(shi)際(ji)使用的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光器(qi)由于受到溫度變(bian)化(hua)(hua)、器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)、電網電壓的(de)(de)(de)(de)(de)波動(dong)等條件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，會(hui)引起光源諧振(zhen)腔位置的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)從而影(ying)響(xiang)(xiang)輸出光波譜線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，引起掃頻的(de)(de)(de)(de)(de)非線(xian)性，會(hui)展寬OFDR測量系統中差頻信號的(de)(de)(de)(de)(de)范圍，這(zhe)限(xian)制了OFDR方式的(de)(de)(de)(de)(de)空間分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)大小。
光波的極化限制
由于OFDR方(fang)(fang)式采用的(de)(de)是相(xiang)干檢測方(fang)(fang)案，很明顯，假(jia)如(ru)信號(hao)光(guang)(guang)和參考光(guang)(guang)在光(guang)(guang)電探測器的(de)(de)光(guang)(guang)敏面上的(de)(de)極化(hua)方(fang)(fang)向是正(zheng)交(jiao)的(de)(de)，則該(gai)信號(hao)光(guang)(guang)所對應的(de)(de)光(guang)(guang)纖(xian)測量(liang)點的(de)(de)信息就會丟失。因此，必須保證光(guang)(guang)波極化(hua)的(de)(de)穩(wen)定性。
為(wei)(wei)尋求OFDR系統的(de)(de)商業化，國外對(dui)采用(yong)(yong)(yong)半導(dao)體激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)作(zuo)為(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)OFDR系統進行了(le)(le)(le)研究和(he)探討。1990年Sorin等人(ren)用(yong)(yong)(yong)波長為(wei)(wei)1.32的(de)(de)ND：YAG激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)作(zuo)為(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)源，得(de)到(dao)(dao)了(le)(le)(le)較長的(de)(de)相干時間，測量(liang)范(fan)圍達到(dao)(dao)了(le)(le)(le)50km。分(fen)辨(bian)率(lv)達到(dao)(dao)了(le)(le)(le)380m。1995年Tsuii等人(ren)用(yong)(yong)(yong)波長為(wei)(wei)1.55的(de)(de)Er-Yb激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)作(zuo)為(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)源，使(shi)用(yong)(yong)(yong)摻Er光(guang)(guang)(guang)纖(xian)放大(da)(da)器(qi)，使(shi)測量(liang)量(liang)程達到(dao)(dao)30km，分(fen)辨(bian)率(lv)達到(dao)(dao)了(le)(le)(le)50m。2000年Oberson等人(ren)利用(yong)(yong)(yong)壓電陶瓷調節得(de)到(dao)(dao)的(de)(de)線寬為(wei)(wei)lOkHz的(de)(de)可調光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)。在150m長度上得(de)到(dao)(dao)16cm的(de)(de)分(fen)辨(bian)率(lv)，并有80dB的(de)(de)動態范(fan)圍。2007年Y.Koshikiya等人(ren)運用(yong)(yong)(yong)SSB調制(zhi)技術在量(liang)程大(da)(da)于5km時得(de)到(dao)(dao)厘米級的(de)(de)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)，這樣的(de)(de)分(fen)辨(bian)率(lv)已(yi)(yi)經能夠滿足光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信網絡(luo)的(de)(de)檢(jian)測要求，國外已(yi)(yi)有相關的(de)(de)產品面世包括應用(yong)(yong)(yong)于分(fen)布式光(guang)(guang)(guang)纖(xian)測溫領域的(de)(de)LIOS，然而(er)國內(nei)的(de)(de)研究比較少。
