Quais são os princípios e as características de trabalho dos OTDRs?

Os físicos do século passado ainda eram consumidos por questões fundamentais como “Por que o céu é azul?” A resposta para essa pergunta, conforme descoberto por Lorde Rayleigh em 1904, é hoje conhecida como espalhamento de Rayleigh. Quando fótons de luz dispersam moléculas no ar, as ondas de luz resultantes visíveis na Terra são predominantemente na extremidade azul do espectro de cores porque a luz azul é espalhada mais eficientemente do que a vermelha.

Quando a luz é injetada em uma fibra, alguns dos fótons de luz são espalhados em direções aleatórias devido às partículas microscópicas na fibra – este efeito é chamado de espalhamento de Rayleigh. Além disso, parte da luz é espalhada de volta, na direção oposta da luz transmitida; isto é chamado de retroespalhamento.

A natureza previsível do espalhamento de Rayleigh foi aproveitada como um princípio de trabalho fundamental na tecnologia OTDR. O volume de energia da fonte de luz retroespalhada até o detector fornece uma indicação confiável de atenuação e perda de sinal (ou perda óptica) no enlace de fibra óptica.

As propriedades de reflexão da luz, caracterizadas pelo físico óptico Augustin-Jean Fresnel, antecederam as descobertas de Rayleigh, mas foram igualmente importantes para o desenvolvimento dos princípios de funcionamento do OTDR.

Fresnel descobriu o coeficiente de reflexão, que é uma relação da amplitude da onda de luz refletida em relação à onda original da fonte. Ele descobriu que o coeficiente de reflexão poderia ser previsto para a interface entre dois materiais com base nos respectivos índices de refração desses componentes.

A reflexão de Fresnel ocorre quando a luz reflete no limite entre dois materiais opticamente transmissíveis, cada um com um índice de refração diferente. Esse limite pode ocorrer em uma junção (conector ou emenda mecânica), em uma extremidade de fibra não terminada ou em uma quebra.

Como há muitos eventos de interesse em um enlace de fibra óptica, como emendas, quebras, conexões e terminações, todos representam interseções de materiais específicos, como vidro e ar, as equações de reflexão de Fresnel podem ser usadas para determinar o tipo, localização e intensidade desses eventos.

Outra propriedade física que é parte integrante do desempenho da fibra óptica é a absorção da fibra. Como o nome indica, uma pequena porcentagem da intensidade da luz original é absorvida pelas impurezas internas ao longo do comprimento do núcleo da fibra. Quanto maior a pureza da fibra, menos absorção ocorrerá, o que significa que um material de maior qualidade resultará em menor perda de sinal (ou perda óptica).

Como os elementos que induzem a absorção são inerentemente não refletores, eles não seriam detectados através de medições de reflexão de Fresnel. Em vez disso, os efeitos da absorção são capturados pelo efeito de retroespalhamento, conforme a luz que retorna à fonte é absorvida proporcionalmente à luz incidente.

Definir a largura de pulso ajustável determina a duração do pulso que está sendo emitido no enlace de fibra. Uma largura de pulso mais curta é geralmente selecionada para comprimentos de cabo mais curtos, pois isso maximizará a resolução e minimizará a saída de energia. Larguras de pulso curtas são especialmente úteis para avaliar segmentos de cabo que estão mais próximos ao OTDR. Como essas larguras de pulso mais curtas também produzem zonas mortas mais curtas, você terá maior capacidade de detectar eventos próximos a uma conexão ou emenda. Ajustes de largura de pulso mais longos podem ser necessários ao testar um trecho de cabo mais longo, pois mais energia óptica é necessária para produzir um retroespalhamento suficiente a grandes distâncias do OTDR.

Quando o detector OTDR fica saturado por uma interface altamente refletora no enlace de fibra, o período de recuperação do OTDR se traduz em uma distância a partir do evento, conhecida como zona morta, que é essencialmente uma parte do cabo para o qual nenhum dado será acessível. Frestas de ar, emendas ruins, conectores ópticos (conectores ou a extremidade da fibra) e outros incidentes que produzem alta reflexão de Fresnel são as causas mais comuns de zonas mortas.

A configuração do range de distância em um OTDR controla o range de display da quantidade de cabo a ser apresentada na tela. Ela também define a taxa de emissão de pulsos, pois cada pulso deve retornar ao detector antes que o próximo pulso seja enviado.

Definir esse parâmetro adequadamente requer uma documentação precisa do enlace de fibra óptica. Se o OTDR tiver configurações do range de distância predefinidas, você deve escolher a configuração mais curta, que ainda seja maior que o comprimento máximo da fibra. Por exemplo, se o instrumento tiver configurações de 10, 100, 200 e 500 km, e o seu enlace de fibra real tiver 150 km, selecione a configuração de 200 km.

Em geral, medições mais precisas são produzidas normalmente tirando a média de múltiplas repetições do mesmo teste. Esse mesmo princípio aplica-se às medições com OTDR. Tempos médios mais longos, produzindo mais repetições do mesmo teste, produzirão uma medição com melhor relação sinal-ruído, entretanto demoram mais para serem capturados. Para condições nas quais a precisão e o ruído são menos críticos, uma “medição em tempo real”, sem usar a função de média, pode ser suficiente. Entretanto, para circunstâncias nas quais a distância e a perda de dados devem ser tão precisas quanto possível, tempos médios mais longos podem ser justificados.