Topic: Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)

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The FOA Guide To Fiber Optics

Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)

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The Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) is useful for testing the integrity of fiber optic cables. It can verify splice loss, measure length and find faults.

OTDR은 Fiber Optic 케이블의 정상유무를 점검하는데 유용하다. 스플라이스 손실, 길이 측정과 단선을 확인할 수 있다.

The OTDR is also commonly used to create a "picture" of fiber optic cable when it is newly installed.

또한 일반적으로 OTDR은 Fiber Optic 케이블이 새롭게 설치되었을 때 그림(상황)을 생성하는데 사용된다.

※ 최초 광케이블을 설치 후 제대로 설치되었는지 확인하는데 사용됩니다.

광케이블 공사를 수행할 때 장거리를 연결 시킬 경우 단위 케이블 단위로 끊어서 연결합니다. 
단위 케이블 당 보통 2km 정도인데 점점 늘어나는 추세입니다.  왜냐하면, 광케이블은 보통  0.35dB/km 정도의 손실률을 가지게 됩니다. 이 보다 길어지면 데이터 손실이 발생되기 때문입니다. 따라서, 이를 구간당 허용손실 범위에 만족하도록 설계합니다. 여기서 단위 케이블 연결을 위해 스플라이싱이나, 커넥터 등을 사용하는데 연결의 정상 유무를 판단하거나, 혹시 다른 공사로 인해 단선이 된 것을 확인하는데 쓰입니다.

 Later, comparisons can be made between the original trace and a second trace taken if problems arise.

이후, 비교는 원본 trace와 문제가 발생된 두 번째 트레스간에 수행 될 수 있다.

※차후, 최초에 측정된 측정파를 기준파로 설정하고 이 후 주기적으로 측정한 측정파와 비교를 하고 문제가 발생하면 차이가 발생하게 됩니다. 이를 통해 문제점을 파악할 수가 있습니다.

Analyzing the OTDR trace is always made easier by having documentation from the original trace that was created when the cable was installed. 

OTDR Trace를 분석하는 것은 항상 케이블이 설치 될 때 생성된 원본 트레이스로 구성된 기록에 의해서 쉽게 할 수 있다.

OTDRs are most effective when testing long cables (more than aproximatley 250 meters or 800 feet) or cable plants with splices.

OTDR들은 긴 케이블들 (약 0.25km 보다 긴) 또는 스플라이스로 연결된 cable plants를 테스트할 때 가장 효과적이다.

※보통 10Km~40Km를 측정하는데, 길게는 120km에서 200km까지 가능한 OTDR도 있습니다. 또한 최초 광원이 입사 될때 삽입 이벤트 데드존으로 인해 약 0.25km 이상이 되어야 한다고 말합니다. 보통은 패치코드라는 걸 인입단에 연결하여 실측되어야 하는 구간은 정상적으로 측정하도록 할 수 있습니다.

The data that the OTDR produces are typically used to create a picture called a "trace" or "signature" that has valuable information for the trained user and can be stored for later reference or to check against a blueprint when network trouble arises.

OTDR에서 생성된 data는 일반적으로 훈련된 사용자에게 유용한 정보를 가진 트레스 또는 시그니처라고 불리는 그림(상황)를 생성하는데 네트워크 문제가 발생되었을 때 Blueprint(청사진) 반하여 체크하거나 후에 참조하기 위해 저장되어 질 수 있다.

OTDRs should not be used for measuring insertion loss in the fiber optic cable - that task is better left to a fiber optic test source and power meter.

OTDR은 fiber optic cable내의 삽입손실을 측정하는데는 사용되지 않는다 이는 Fiber Optic test source 와 파워미터를 사용하는 것이 더 낮다.

OTDRs simply show you where the cables are terminated and confirm the quality of the fibers, connections and splices.

OTDR은 간단하게 케이블이 끊어지거나 스플라이스 또는 접속부, 섬유의 quality 확인을 알려준다.

 Of course, OTDR traces are also used for troubleshooting, since they can show where breaks are in fiber when traces are compared to installation documentation. 

물런, OTDR Trace는 troubleshooting을 위해 사용되며, trace는 설치 기록물과 비교할 때 fiber가 어디서 단선된 것인 확인할 수 있다.

How Does an OTDR Work?

Unlike sources and power meters which measure the loss of the fiber optic cable plant directly, the OTDR works indirectly.

직접적으로 fiber optic cable plant의 손실을 측정하는 sources and Power meters와는 달리 OTDR은 간접적으로 동작한다.

 The source and meter duplicate the transmitter and receiver of the fiber optic transmission link, so the measurement correlates well with actual system loss.

The source and meter 는 the fiber optic transmission link의 the transmitter and receiver 복제 하는데 그래서 측정은 상당히 정확한 시스템 손실과 연관성을 보여준다.

The OTDR, however, uses a unique optical phenomena of fiber to indirectly measure loss.
 

그럼에도 불구하고 OTDR은 간접적인 측정 손실을 위해서 fiber의 유니크한 Optical 현상을 사용한다.

※ OTDR에서 사용하는 이론적인 특성은 크게 두 가지 입니다. 첫 번째는 레일리 산란과 두 번째는 프리넬 반사 입니다.

우선, 첫 번째 레일리 산란은 광케이블 생산 공정간에 불순물이 포함 되게 됩니다. 수분분포 최대치 1/10^9, 금속은 최대치 1/10^10이며, 각 밀도차가 존재하는 불순물은 빵속의 건포도 처럼 골고로 퍼져 생산되게 됩니다. 이때 광원에서 출사된 빛이 진행하면서 불순물과 충돌하면서 산란이 발생되는 산란광들 중에서 입사된 OTDR쪽으로 돌아온 파장의 파워와 시간에 의해 측정됩니다. 즉 빛의 파장이 진행되면서 섬유내에 포함된 불순물의 입자와 충돌하면서 모든 방향으로 퍼져나가는데 그 중 광원으로 돌아오는 파장의 파워를 시간축으로 나열함으로써 트레이스가 그려진다고 이해하고 있습니다.

두 번째 프리넬 반사는 기본적으로 IOR(굴절율)의 변화에 의해서 발생됩니다. 광선이 IOR이 변화하는 지점에 부딪히거나 법선과 밀접한 경계면에 접근할 때 대부분의 경우 쉽게 통과한다. 그러나 극소수의 광선들의 견계면으로 부터 반대방향으로 튕겨나오게 된다 이와 같이 광섬유의 단면으로 부터 발산되는 빛의 손실을 의미합니다.

가장 쉬운 예시로 공기와 물의 굴절율 차이로 확인 할수 있는데 공기중에서 직사된 광원이 물로 입사되면서 굴절율 차이로 인해 일정한 각도로 꺽어지는 현상을 확인 할수 있다. 여기서 입사되는 각도에 따라 일부 광원은 통과하고 일부 광원은 반사된다. 이때 반사되는 빛의 손실을  커넥터에서 발생하는 이벤트가 된다고 이해 할 수 있습니다. 

여기서 이해할 때 도움이 될수 있는것은 빛은 입자이면서 파동 이라는 점을 생각하면서 이해를 하려하면 도움이 될꺼 같습니다.

The biggest factor in optical fiber loss is scattering. 

Optical fiber 손실내의 가장 큰 특징은 산란이다.

In fiber, light is scattered in all directions, including some scattered back toward the source as shown here.

Fiber 내에서 광은 모든 방향으로 산란되는데 여기서 보여지는 것과 같이 광원으로 일부 산란되어 돌아가는 것을 포함하고 있다.

The OTDR uses this "backscattered light" to make measurements along with reflected light from connectors or cleaved fiber ends. 

OTDR은 커넉터 또는 들어난 Fiber끝으로부터 반사된 광과 더불어 이 후방산란광을 측정하기 위해서 사용한다.