Наиболее универсальным и информативным методом измерений параметров ОВ, ОК и ВОЛТ является метод обратного рассеяния (МОР). Приборы, основанные на МОР, называются оптическими рефлектометрами (ОР). Впервые идею использования обратного рэлеевского рассеяния в кварцевых ОВ при их зондировании короткими оптическими импульсами для исследования ОВ предложили американские ученые Барноски и Персоник. Для импульсных ОР в зарубежной литературе принята аббревиатура OTDR (OpticalTimeDomainReflectometer - оптический рефлектометр во временной области).
Рис. 12.9. Упрощенная структурная схема оптического рефлектометра
ИИ - источник излучения; НО - направленный ответвитель; ВОЛТ - исследуемый волоконный тракт; ГИ - генератор импульсов; ФПУ - фотоприемное устройство; УОС - устройство обработки сигнала; Д - дисплей
Упрощенная схема ОР представлена на рис. 12.9. Короткий оптический импульс мощного лазера через одно плечо направленного ответвителя (НО) поступает в исследуемое ОВ. Обратно на вход ОР приходят оптические импульсы, отраженные от локальных неоднородностей исследуемого ОВ. Их называют френелевскими отражениями. Через НО они поступают на вход ФПУ. В НО происходят потери при вводе излучения от ИИ в ВОЛТ и при выводе излучения из ВОЛТ на ФПУ. Коэффициент оптических потерь K оп обычно меньше 0.25. Если в ОВ вводится мощность P 0, коэффициент отражения от неоднородности равен R, то мощность отраженного импульса Pr приходящего на вход ОР с учетом коэффициента затухания ОВ a и расстояния до неоднородности l составляет 
(12.10)
Причем длительность отраженных импульсов без учета дисперсии будет равна длительности зондирующего импульса tu. Временной интервал t между зондирующим и отраженным импульсами определяется эквивалентным показателем преломления n 1 сердцевины ОВ и расстоянием l до неоднородности
(12.11)
Проходящий по ОВ зондирующий импульс рассеивается в любом сечении ОВ, а рассеянное излучение распространяется равномерно во все стороны. Это рассеяние называют рэлеевским и его невозможно устранить технологическими приемами при изготовлении ОВ. Это рассеяние является линейным, и доля рассеянного излучения (коэффициент рассеяния a S) не зависит от мощности зондирующего импульса при обычно используемых мощностях излучения. Проходящий по ОВ оптический импульс длительностью t и одновременно вызывает рассеяние с участка ОВ протяженностью
(12.12)
где с - скорость света в вакууме.
Часть рассеянного излучения возвращается обратно ко входу ОР. Она определяется фактором обратного рассеяния G, который зависит от апертурных свойств ОВ. Например, для многомодовых ОВ (МОВ) и одномодовых ОВ (ООВ) со ступенчатым профилем показателя преломления фактор обратного рассеяния составляет
МОВ: 
; ООВ: 
(12.13)
Для мощности излучения, рассеянного с участка D l, расположенного на расстоянии l от ОР, и пришедшего ко входу ОР можно записать
(12.14)
Совокупность рассеянного и отраженного излучения из исследуемого ВОЛТ, приходящего на вход ОР, называют сигналом обратного рассеяния (СОР). СОР через второе плечо НО поступает на высокочувствительное фотоприемное устройство (ФПУ). После усиления в ФПУ, выделения СОР из шумов ФПУ и логарифмирования в устройстве обработки сигнала (УОС) преобразованный СОР как функция времени задержки (или расстояния) отображается в графической форме в виде рефлектограммы на экране дисплея (Д).
Принимая некоторое значение оптической мощности P н за уровень 0 дБ, запишем выражения для уровней обратно рассеянного YS и отраженного Yr сигналов в зависимости от расстояния l и временного интервала t между зондирующим сигналом и СОР
(12.15)
где tи 0 - длительность зондирующего импульса, при которой нормируется относительный уровень СОР в ближней зоне ВОЛТ
(12.16)
Из выражения (12.15) следует, что СОР возрастает с увеличением мощности P 0 и длительности tи зондирующего импульса, т.е. с увеличением его энергии. Кроме того, СОР возрастает с уменьшением оптических потерь
aоп = -5× lg K оп
В табл. 12.4 приведены типичные значения относительного уровня СОР в ближней зоне ВОЛТ при длительности зондирующего импульса tu0 = 1 нс.
Табл. 12.4. Относительный уровень СОР в ближней зоне ВОЛТ
| Тип ОВ | Длина волны, мкм | YS 0, дБ |
| МОВ | 0.85 | -35 |
| 1.3 | -37.5 | |
| ООВ | 1.31 | -39.5 |
| 1.55 | -40.5 |
Типичная рефлектограмма СОР для ВОЛТ приведена на рис. 12.10. На ней можно выделить однородные участки 2 ВОЛТ (без неоднородностей) с постоянным коэффициентом затухания a, на которых СОР после логарифмирования выглядит, как прямая линия, наклон которой определяет коэффициент затухания. Наряду с линейным изменением уровня СОР на рефлектограмме имеются особенности, обусловленные различными неоднородностями. Начальный выброс сигнала 1 вызван френелевским отражением от входного торца исследуемого ОВ. Как правило, он вводит ФПУ в насыщение, а время выхода из него определяет важный параметр ОР - мертвую зону, т.е. расстояние D lм, на котором невозможно обнаружить неоднородности и измерить коэффициент затухания. Выброс сигнала с перепадом затухания 4 возникает при наличии в тракте разъемного соединителя, а также при наличии в волокне маленьких включений инородных примесей или пузырьков воздуха. Такие отражения характеризуются возвратными потерями, которые могут быть рассчитаны по выражению:
(12.17)
где R - коэффициент отражения.
Неразъемные соединения (сварные, клеевые и механические сростки волокон), в которых обычно отсутствуют отражения, отображаются на рефлектограмме ступенькой 3. Конец ВОЛТ или его обрыв определяется по отраженному от заднего торца импульсу[1] 5 и следующему за ним участку 6 с резкими случайными перепадами уровня регистрируемого сигнала, обусловленных шумами ФПУ.
Рис.12.10. Сигнал обратного рассеяния
Метод обратного рассеяния обладает весьма ценными для практики возможностями:
· определение по одной рефлектограмме одновременно целого ряда основных параметров ВОЛТ;
· проведение измерений при одностороннем доступе к ВОЛТ;
· измерение не только общего затухания, но и распределения потерь вдоль ВОЛТ;
· выявление дефектных, например, замокших участков, характеризующихся скачкообразным изменением сигнала обратного рассеяния;
· диагностирование текущего состояния ВОЛТ и прогнозирования аварийных ситуаций путем сравнения только что зарегистрированной и паспортной рефлектограмм ВОЛТ.
