Б) Сигнал обратного рассеяния от участка волокна с большим коэффициентом рассеяния: длительность сигнала обратного рассеяния равна времени двойного прохода света по этому участку.
Рисунок 1. Формирование отраженного и рассеянного излучения при распространении короткого светового импульса (зондирующего сигнала) в оптическом волокне.
Поскольку отражение происходит от конкретной области волокна с некоторой координатой 
то формируется отраженный световой сигнал, форма которого совпадает с формой зондирующего сигнала (рис.1а.).
В окнах прозрачности современных одномодовых ОВ, т.е. в спектральных областях вблизи длин волн 1300 нм и 1550 нм, основной причиной затухания света является рассеяние света на неоднородностях малого размера (неоднородности считаются малыми, если их диаметр 
, λn - длина волны света в волокне), возникшими в силу термодинамических флуктуаций плотности в расплавленном кварце и зафиксированными в нем в процессе затвердевания при вытягивании волокна. Такие неоднородности волокна называются «вмороженными» неоднородностями. Закономерности рассеяния на «вмороженных» неоднородностях очень хорошо совпадают с закономерностями рэлеевского рассеяния, полученными теоретически для рассеяния на сферических неоднородностях малого диаметра. Поэтому такой вид рассеяния света в волокне (когда ) называется рэлеевским рассеянием света.
Величина рэлеевского рассеяния ~ 
Рэлеевское рассеяние характеризуется сферической симметрией рассеянного излучения (см. рис. 2а), поэтому в однородной среде интенсивность излучения быстро уменьшается из-за расходимости излучения. В оптическом волокне часть рассеянного излучения канализируется сердцевиной и распространяется вдоль волокна с малым затуханием не испытывая дифракционной расходимости (см. рис. 2б) в направлении входного торца ОВ. Именно эта часть рассеянного излучения попадает на фотоприемник, регистрируется и служит источником информации об оптическом волокне.
А) Рэлеевское рассеяние в однородной среде. Мощность излучения быстро падает с расстоянием из-за расходимости.
Б) Рэлеевское рассеяние в ОВ. Часть излучения, попадающая в числовую апертуру, распространяется назад вдоль волокна без расходимости.
Рисунок 2. Рэлеевское рассеяние света в однородной среде (а) и в ОВ (б).
Поскольку рассеивающие центры распределены в среднем равномерно вдоль волокна, то рассеянное разными центрами излучение возвращается к входному торцу волокна в разное время (с разной задержкой) и, поэтому, даже короткий зондирующий импульс формирует непрерывный убывающий по мощности сигнал обратного рассеяния. Зависимость мощности сигнала обратного рассеяния, поступающей на фотоприемник, измеряемая в дБ, от времени приведена на рис. 3.а и соответствующая зависимость затухания в дБ от расстояния на рис. 3.б.
3а
Рисунок 3. Временная зависимость регистрируемой фотоприемником мощности обратного рассеяния (а) и соответствующая этой временной зависимости рефлектограмма, полученная переходом к новой горизонтальной и вертикальной шкалам по формулам (4,5).
Мощность сигнала обратного рассеяния в однородном ОВ уменьшается во времени по двум причинам:
Для коротких зондирующих импульсов мощность обратного рассеяния Ps(L,L) от некоторого малого участка с координатой L вблизи этого участка определяется энергией импульса на этом участке W(L) и коэффициентом обратного рассеяния Ks волокна (единица измерения с -1):
Ps(L,L) = W(L)Ks = WоA(L)Ks, (1)
где Wо - энергия зондирующего импульса на входе в волокно, A(L) - интегральное затухание света на участке от торца волокна до тестируемого участка с координатой L.
Мощность, регистрируемая фотоприемником рефлектометра, меньше приведенной мощности в число раз, равное затуханию света на пути от тестируемого участка до входного торца волокна. Затухание на некотором участке линии связи, построенной из одномодовых волокон, не зависит от направления, следовательно, регистрируемая фотоприемником мощность равна:
Ps(L) = A(L)Ps(L,L) = WoA2(L)Ks = Ps(0)A2(L) (2),
где Ps(0) = WoKs.
В логарифмических единицах выражение (2) преобразуется к следующему виду:
PSDBm(L) = PSDBm(0) – 2ADB(L) (3),
где PSDBm(0) = 10log10Ps(0) - уровень мощности сигнала обратного рассеяния вблизи входного торца волокна, ADB(L) - интегральное затухание в логарифмических единицах (децибелах) на пути от входного торца волокна до участка с координатой L.
Зависимость мощности в дБм от времени приведена на рис. 3а. Мощность, регистрируемая в моменты времени tA и tB, определяется удвоенным затуханием света на пути до этих участков. Поскольку задачей измерений является измерение затухания, а не его удвоенного значения, то для удобства работы с рефлектометром прибор пересчитывает измеренную зависимость так, что на вертикальной шкале откладывается значение затухания в дБ, которое вдвое меньше значения разности между уровнем потерь в измеряемой точке и начальным уровнем потерь (рис 3.б):
ADB(L) = 0,5[PSDBm(0) - PSDBm(L)] (4),
или
ADB(L) = 5log10[Ps(0)/Ps(L)] (4a).
По горизонтальной шкале отложено расстояние путем пересчета по формуле: L = 0,5tVGR (5)
Где VGR - групповая скорость распространения импульса по световоду.
Структура импульсного оптического рефлектометра и функции его элементов
Блок - схема импульсного оптического рефлектометра приведенная на рис.4. Световые импульсы относительно большой мощности от встроенного в импульсный оптический рефлектометр источника (импульсного лазера) вводятся в тестируемое волокно через ответвитель, а высокочувствительный приемник измеряет временную зависимость мощности светового сигнала, возвращающегося из тестируемого волокна обратно в рефлектометр.
Рисунок 4. Блок - схема импульсного оптического рефлектометра
Источниками зондирующих импульсов в подавляющем большинстве рефлектометров являются полупроводниковые лазеры с прямой модуляцией током накачки. Такие лазеры при фиксированном токе накачки генерируют световые импульсы фиксированной мощности и переменной длительности, задаваемой длительностью импульса тока накачки, вырабатываемого блоком управления. Применяются полупроводниковые лазеры, генерирующие импульсы длительностью от 1 нс до 10 мкс.
Блок управления вырабатывает импульсы тока накачки с частотой, задаваемой устанавливаемой вручную или определяемой автоматически максимальной длиной тестируемого участка ВОЛС. Одновременно на блок обработки данных подаются синхронизующие электрические импульсы.
Зондирующий световой импульс попадает в тестируемую ВОЛС через разветвитель с двумя рабочими входными и одним выходным портами (рис.5). Обычно в качестве разветвителей используется устройство, выполняемое на основе четырехполюсника с двумя входными (1, 2) и двумя выходными (3, 4) портами, из которых задействованы только три (1, 2, 3). С двумя входными портами соединены импульсный лазер и приемный преобразователь, а с рабочим выходным портом соединяется тестируемый участок ВОЛС.
Рисунок 5. Схема оптического разветвителя
Четвертый порт разветвителя не используется и закрыт специальным устройством, поглощающим падающее на него излучение без отражения.
С помощью этого же разветвителя сигнал обратного рассеяния от ВОЛС через порт (3) и порт (2) попадает на фотоприемник измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь преобразует оптические сигналы в электрические так, что величина электрического тока преобразователя прямо пропорциональна мощности светового сигнала. В состав измерительного преобразователя наряду с фотоприемником входит смонтированный вместе с ним на одной плате и в одном корпусе предусилитель. Основные требования к приемному преобразователю – высокая чувствительность, малый уровень шумов и широкая полоса частот (последнее требование эквивалентно малой постоянной времени). Наряду с указанными требованиями приемный преобразователь должен иметь максимально возможную линейность преобразования в большом динамическом диапазоне мощностей светового сигнала.
Блок обработки данных – это мозг рефлектометра. В нем происходит обработка электрического сигнала от измерительного преобразователя и строится рефлектограмма, поступающая на дисплей. В этом же блоке осуществляются все виды автоматической обработки рефлектограмм и автоматических измерений.
Одним из основных компонентов блока обработки данных является схема измерения временных задержек. Поскольку расстояние до тестируемого участка ВОЛС определяется путем пересчета измеренной временной задержки соответствующего этому участку рассеянного или отраженного сигнала, то для получения высокой пространственной точности измерений необходимо обеспечить высокую точность измерения временных задержек. Для получения правильного значения расстояния при измерениях рефлектометром важно установить точное значение показателя преломления, т.к. расстояние равно произведению скорости света на групповую скорость, обратно пропорциональную величине показателя преломления волокна.
Показатель преломления волокна зависит от длины волны по двум причинам. Во-первых, из-за того, что показатели преломления сердцевины и кварцевой оболочки зависят от длины волны (материальная дисперсия). Во-вторых, потому что волна распространяется частично в сердцевине, а частично и в оболочке, поэтому показатель преломления волокна принимает некое среднее значение между величиной показателя преломления сердцевины и кварцевой оболочки. При изменении длины волны изменяется глубина проникновения волны в кварцевую оболочку, и, соответственно, величина эффективного показателя преломления (волноводная дисперсия). Скорость перемещения импульса Vr (групповая скорость) принято характеризовать групповым показателем преломления: 
. Групповой показатель преломления nr связан с фазовым показателем преломления n соотношением 
. Величина группового показателя преломления обычно приводится в спецификациях на оптический кабель. Если этого не сделано, то в этом случае в рефлектометре можно установить среднее значение группового показателя преломления для одномодового волокна nr = 1,467.
