损耗是光纤最基本的参数之一，亦是影响光纤传输系统性能的关键参数之一，因此光纤损耗的机理、计算及测试是学生须掌握的重要知识点，光纤损耗测量实验亦成为光纤实验课程中重要实验项目之一。现阶段，多数高校主要采用插入法进行光纤损耗的测量，通过测量入纤端的光功率P1及出纤端的光功率P2，求出P2与P1的差值即可获得整段光纤链路的损耗，该测量方式操作简单，但只能获取整段光纤链路的平均损耗，而无法获得光纤链路中每一点的损耗值，难以满足实际应用中光纤损耗测量的需求。另一方面，传统的插入法实验方案涵盖的知识点有限，只需学会激光器、光功率计的使用即可完成实验，达不到锻炼学生综合实践能力的目的。
本实验依托现代光学实验课程，以光纤损耗测量为主题，结合前沿光时域分布式测量技术，建设科教融合的实验项目。该方案利用光纤中的背向瑞利散射效应，通过检测背向瑞利散射信号的强度来获知损耗信息，并通过光脉冲的飞行时间确定散射位置，进而实现光纤链路上每一点的损耗信息、位置信息表征，即实现光纤损耗实时定点检测。如图1为实验方案示意图，图2为分布式光纤损耗测量系统典型时域曲线。
图1 实验方案示意图
图2 分布式光纤损耗测量系统典型时域曲线
本实验项目融入OBE教育理念，探索学生自主设计实验方案、教师审定的实践育人模式，学生全流程管理实验项目，加强实验参与感，提升学生对实验实践的主动性、积极性。为实现10公里以上长度的光纤链路损耗分布式测量的总体目标，学生在实验过程中将完成典型光学器件（激光器、光环形器、光放大器等）的性能测试、示波器和波形发生器等常用设备仪器的操作使用、光信号的调制（如连续光调制成脉冲光）、点对点光通信系统信号传输测试、光纤的耦合熔接、光电探测、信号处理等多个任务点，联动激光原理、物理光学、信号与系统、光纤光学、光电探测等多门核心课程多个知识点，强化多课程交叉性，加深理论知识的理解，提升学生知识的综合运用能力。通过渐进式任务点的设置，促进学生建立“器件---系统”的知识图谱，助力学生理解专业课程体系。
图3 实验项目架构图
分布式光纤损耗测量技术是分布式光纤传感技术的基础，可拓展应用至分布式温度、应力、声波检测等多领域。本实验项目通过“探究关键参数设置对系统性能的影响”等高阶任务点的设置，不仅可以训练学生多维度思考分析问题，同时可激发学生自主探究兴趣，譬如学生通过探究激光器线宽对分布式光纤损耗系统的影响，可发现所探测的背向散射信号对声波敏感，从而优化系统设计拓展成分布式声波检测传感器。此外，分布式光纤损耗测量技术与当下热门的激光雷达（TOF雷达）技术原理类似，此实验的开设，为学生后续的高阶课程学习提供了有力的支撑，将显著提升学生科技探究与创新能力。
