DOFSs 技术的前身可以追溯到光学时域反射仪(OTDR)的发展，这一技术在1976年和1977年得到了证实。最初，OTDR 被用于检测光纤传输线中的衰减或反射故障与缺陷，但后来它的应用范围逐渐扩大，如用于确定光纤特性的分布，比如数值孔径、纤维直径或模场直径等。
OTDR 是一种仪器，它通过发射一系列脉冲(探测脉冲)进入光纤，并检测返回到发射端的光信号。光信号由光电探测器采集并转换为电流，经过放大后数字化处理。数据在多个探测脉冲中平均显示，通常呈现在光功率(对数尺度)与光纤起始距离的图上，如图1下部所示。OTDR 实际上是在时间尺度上测量探测脉冲的发射，并通过乘以光纤中光速的一半(约100m/µs)，将时间尺度映射为距离尺度。在反射点，例如纤维断裂、不良拼接或连接器处，探测脉冲的一部分功率被折射率的突变反射回来。这些信息对于定位缺陷、评估光纤长度或检查连接器性能非常有用。
图1 被测OTDR和电缆(上部)和典型OTDR输出(下部)的示意图。
OTDR 中最重要的信号其实是一个非常微弱的分量，它来自于探测脉冲在光纤中产生的后向散射;这被称为后向散射信号(有时也称为后向散射迹象)。在图1中，卷曲的箭头表示返回到发射端的光信号;其中，较细的箭头代表了由散射作用带来的微弱信号，而较粗的箭头代表了反射信号。
在OTDR 中，后向散射信号的主要来源是瑞利后向散射，其过程如下：
a. 探测脉冲在光纤中传播时，会因吸收、微弯曲和散射等机制逐渐衰减。在 1064nm 波长时，每穿越一段纤维的探测能量损失约为2.3×10-4m-1，而在1550nm时，质量良好的光纤损失约为4.6×10-5m-1。
b. 散射是能量损失的一个重要来源，它将部分探测能量重定向至各个方向，尽管分布并不完全均匀。在多数实际情况下，瑞利散射是光纤衰减的主要原因，因此，探测脉冲在传播过程中大部分光能通过散射而损失。
c. OTDR 利用的是返回方向上光纤内捕获的部分散射光。被捕获的散射光比例与光纤特性有关，通常在 0.1% 到 1% 之间。
d. 重新捕获的光返回到发射端，在传播过程中还会经历进一步的衰减。
由此可见，OTDR 信号受双向损耗、散射过程和光纤对散射光捕获能力的影响。在对数图中，如图1所示，反射造成的强峰值和重新捕获的瑞利后向散射信号形成的倾斜直线清晰可见。直线的斜率代表了每段光纤的损耗，而任何水平上的突变则表明存在点损耗。因此，OTDR 图谱包含了有关这些特性的信息，尽管它们可能无法被完全分离。然而，随着技术的发展，已经能够从中提取出关于光纤传输线的大量信息。
使用OTDR来检测光纤衰减是最直接的应用。然而，使用衰减作为传感机制的一个关键问题在于：如果测量点的衰减系数较高，某些测量值的损耗会变得非常大，导致下游高损耗点的探测能力降低。因此，采用衰减作为测量值转换为光信号的方法时，传感器能同时检测的测量点数量非常有限。
然而，在某些应用中，如果只有一个或少数几个位置与正常、低损耗位置存在显著差异，使用与测量相关的衰减作为传感机制仍然是可行的。例如，热点检测与定位：只需判断传感光纤的某个点是否超过特定阈值即可。即使如此，也需要强烈的非线性响应，以便区分超过阈值的小热点和温度温暖但低于阈值的区域。
为了能够测量大量传感点，理想的方案是采用一种不会显著改变光纤衰减的机制，但能够对特定测量点做出响应。朝这个方向的第一步是将极化引入OTDR中，形成了极化光时域反射仪(POTDR)，这一概念由 Alan Rogers 提出，并在1980年由本作者和其他人进行了验证。POTDR 的原理基于瑞利散射过程中，散射点上的极化状态(SOP)在很大程度上保持不变。因此，它可以指示光沿光纤传播时 SOP 的变化。而 SOP 会受到一些外界影响的干扰，如磁场、弯曲或单轴压力等。
尽管在20世纪80年代初期曾开展了大量关于POTDR的研究，但其应用相对较少，主要有两个原因。首先，它不能完整描述光纤中光传播的 SOP 状态，POTDR 信号会受到磁场和侧向压力等影响，但无法反映扭曲对 SOP 的影响。其次，在传统光纤中，SOP 同时受到多种因素影响，使得利用该技术可靠地检测单一测量值变得困难。
部分术语解释
BOCDA(Brillouin Optical Coherence Domain Analysis)
- 一种基于布里渊散射的光纤传感技术，用于测量应变和温度。
BOCDR(Brillouin Optical Coherence Domain Reflectometry)
- 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，主要用于长距离应变和温度测量。
BOFDA(Brillouin Optical Frequency-Domain Analysis)
- 使用布里渊散射的光学频域分析技术，应用于分布式光纤传感。
BOTDA (Brillouin Optical Time-Domain Analysis)
- 一种基于布里渊散射的光学时域分析技术，用于光纤传感中的应变和温度测量。
BOTDR(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry)
- 一种光纤布里渊散射测量技术，能够进行长距离分布式应变和温度监测。
C-OFDR(Coherent Optical Frequency-Domain Reflectometry)
- 基于相干光学频域反射计的技术，用于高分辨率分布式光纤传感。
C-OTDR(Coherent Optical Time-Domain Reflectometry)
- 基于相干光学时域反射计的技术，用于光纤传感和网络诊断。
DAS (Distributed Acoustic Sensors)
- 分布式声学传感器，利用光纤感知和记录沿光纤长度的声波信号。
DOFS (Distributed Optical Fibre Sensors)
- 分布式光纤传感器，用于沿光纤长度测量物理参数如温度和应变。
DSTS (Distributed Strain and Temperature Sensors)
- 分布式应变与温度传感器，用于监测光纤沿线的应变和温度变化。
DTS (Distributed Temperature Sensors)
- 分布式温度传感器，用于沿光纤长度测量温度。
DVS (Distributed Vibration Sensors)
- 分布式振动传感器，用于监测沿光纤长度的振动信号。
OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry)
- 光学频域反射计技术，用于高分辨率光纤传感和测试。
OTDR (Optical Time-Domain Reflectometry)
- 光时域反射计技术，用于测量光纤中损耗和故障的位置。
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