Чому довший волоконно-оптичний кабель призводить до зниження ослаблення?

Я щойно провів експеримент у своєму коледжі, щоб вивчити ослаблення волоконно-оптичного кабелю щодо довжини та типу кабелю.

Цей експеримент проводився із світлодіодним джерелом світла та лічильником енергії, підключеним на іншому кінці.

Довжина хвилі встановлюється на 1300 нм, і результати отримують наступним чином:

Single Mode (1meter) = -36.14 dBm
Single Mode (10meter) = -36.12dBm

Multimode (1meter) = -35.94dBm
Multimode (10meter) = -18.48dBm

Хто-небудь міг би пояснити мені, чому, оскільки кабель стає довше, отримана потужність стає вище, а також чому багатомодовий волоконно-оптичний кабель має більшу потужність, ніж одномодовий?

Саме тут вченому-вимірювачеві належить перейти у повний скептичний та слідчий режим.

Перша річ. Волокно, як пасивний матеріал, є втратним. Він поглинає силу. Тому потужність, що надходить на кінець довжини волокна, буде меншою, ніж була запущена. Період. Аргументів немає. Ми не робимо тут надмірного єднання.

То що ж викликає ваші спостереження?

Одномісний режим, 1м -36,14 дБм, 10м -36,12 дБм

Наскільки повторювані ваші вимірювання? Розірвіть і відновіть з'єднання, і кілька разів виміряйте (хв. 3, але краще буде 5 або 10). Лише тоді ви зможете побачити, чи є 0,02dBm значним фізичним ефектом чи це щасливий збіг.

Виміряйте 20м і 30м. Чи 0dB +/- 0,1 дБ є розумним рівнем поглинання для 10м волокна? Я не знаю, це те, що ти вимірюєш. Ви можете бути впевнені, що втрата волокна в дБ буде додатковою для більшої тривалості (для одиночного режиму, якщо є кілька режимів, що поширюються, це може бути невірно для загальної потужності, але все одно це стосується кожного режиму ), так що (раз Ви працюєте в одномодовому режимі) Ви повинні мати змогу намалювати лінійний графік довжини волокна проти втрат дБ. Пам'ятайте, 2 бали складають дуже статистично поганий графік.

І нарешті, я використав фрази "прибуття в кінці" та "сила, яка була запущена". Потужність у волокні не обов'язково така ж, як у тестовій передачі. Інтерфейси створять невизначеність, вони втрачають силу. Втрати потужності залежать від осьового вирівнювання, зазору, обробці поверхні волокна (так, наскільки добре вона була підготовлена). Мене б абсолютно не вразило вимірювання, що показує, що коротка довжина волокна мала менші втрати, ніж просто джерело безпосередньо в приймач, оскільки мова йде про ефективність оптичної зв'язку.

На додаток до вимірювань повторюваності я попросив вас зробити вище, це не просто декілька повторних збірок одних і тих же компонентів (що вимірює вашу мінливість), але і робити це знову для різних зразків номінально одних і тих же компонентів (мінливість системи та чи повторно працюватимуть інструменти та методи, які вам забезпечені). Тому зробіть 3 і більше зразків волокна 1 м і порівняйте їх.

Одномодний режим 1м 36,14 дБм, багатомодовий 1м 35,94 дБм

Знову ж таки, охарактеризуйте свою повторюваність, перш ніж перейти до будь-яких висновків про те, чи є значуваною різницею 0,2dB.

Одно- та мультимодальні волокна можуть мати різні оптичні діафрагми, тому мають різні втрати на з’єднання, цілком незалежні від їх втрат при передачі. Підготуйте кілька волокон "нульової довжини" або наблизимо до нуля, як це дозволяє апарат, і виміряйте їх. І зробіть ділянки по 10 м, 20 м, 30 м для обох. Тоді ви можете почати говорити, що між ними є значна різниця.

Багатомодовий 1м -35,94, 10м -18,48дБм

Ні. Враховуючи ваші інші вимірювання вище, щось не так. Ви пролили каву на апарат, або хтось щось підправив, поки спина була повернута, для сміху. Поміряйте ще раз.

Отже, ви думали, що робити вимірювання та робити висновки легко? Ні. Перевірте будь-яку різницю, яку ви бачите, щодо експериментальної повторюваності. Залежно від одного фактору. Розглянемо всі можливі фактори та контролюємо їх усі. Пам’ятайте, якщо різниця реальна, вона зберігатиметься під час повторних вимірювань. Якщо ви просто бачите щось один раз, це ефект, це ви, це те, про що ви не думали?

Інші відповіді підказують, що ваш експеримент може піти не так. Дозвольте розповісти, як правильно зробити вимірювання ослаблення волокна.

Стандартна методика називається вимірюванням скорочення .

Це означає, що ви налаштували свій джерело, подаючи довгий шматочок волокна (скажімо, 10 м). Потім ви направляєте вихід цього волокна в детектор великої площі (достатньо великий, щоб він захоплював по суті все світло, що виходить з волокна), або в інтегруючу сферу (що справді є найкращим способом захоплення всього вихідного світла). Виміряйте світловіддачу.

Тепер, не порушуючи , як світло з'єднаний в с волокном, вирізати волокна назад до більш короткій довжині (1 м в вашому випадку). Знімайте вихідне світло так само, як ви робили раніше, і вимірюйте вихідну потужність.

Причиною використання цієї методики є те, що ефективність запуску зазвичай сильно відрізняється, особливо при вимірюваннях на верстатах. Ви можете легко додати або відняти 3 або 6 дБ (або багато іншого для одномодового волокна), просто перемістивши волокно до джерела світла на частку градуса або кілька мікрон положення. Це, ймовірно, одне джерело помилок у вашому експерименті, хоча ви не описували, як або коли ви відключили та знову підключили джерело.

Ще одна проблема, на яку слід стежити - це режими облицювання . Це світло, яке з'єднується з облицюванням і може поширюватися протягом декількох метрів, але буде відчувати вищий загасання, ніж світло в потрібних режимах. Щоб уникнути вимірювання ефектів обшивки, для вимірювання краще використовувати довші волокна. Наприклад, почніть зі 100 м волокна і скоротіть його до 90 м, щоб зробити ослаблення.

Редагувати: Ще одне питання. Якщо ви вимірюєте такі короткі довжини, вам потрібно бути впевненим, що джерело світла неймовірно стабільний. Можливо, спочатку вимірюйте джерело світла кожну секунду протягом декількох годин, щоб переконатися, що його вихідна потужність не змінюється більш ніж на малу частину загасання, яке ви очікуєте від свого волокна.

Відповідь Neil_UK майже не відповідає , тобто ваші вимірювання порушені. :-(

Перша і найбільш очевидна проблема полягає у вибраній довжині 1 м і 30 м. Вони обидва знаходяться в межах крайових ефектів, тобто якість кінцевих з'єднань волокна буде домінувати над будь-якими фактичними втратами ослаблення.

Зокрема, одномодове волокно хорошої якості при 1300 нм може бути дуже близьким до теоретичних мінімальних втрат, що становить невелику частку дБ на км, саме так трансатлантичні кабелі можуть працювати з декількома підсилювачами на цьому шляху.

Якщо припустити дешевше волокно в діапазоні від 0,1 до 1 дБ / км, довжина 30 м все ще дає незначні втрати. Спробуйте 1-10 км!

Ваш одномодовий вимірювання, взятий самостійно, дозволяє припустити, що втрати при вставці / з’єднанні домінують і що різниця знаходиться в межах межі помилки (четверта значуща цифра на вимірюванні в дБ не дуже значна). Якби хтось помилково позначив одномісний волокно 1мм як багатомодовий, ваші результати були б узгоджені в межах певного розумного запасу.

З'єднання з багатомодовим волокном зазвичай набагато ефективніше - це просто більша ціль, що має більше місця, щоб зробити все трохи нерівним і все одно отримати більшу частину світла.

Те, що ваш експеримент в основному навчив вас, це те, що робота з одномодовим волокном не є тривіальною.

Який тип волокна ви використовуєте? Одномодовий або багатомодовий? Якщо багатомодовий, це 62,5 мкм або 50 мкм?

Вставлення сигналу в кабель неправильного розміру зазнає негайної втрати. Крім того, які роз'єми ви використовуєте для припинення роботи волокна? Чи передавач і приймач розроблені для одно- або багаторежимного режиму?

Зазвичай 850 нм і 1300 нм використовуються для багатомодових довжин хвиль, тоді як оптичні вікна 1310 нм і 1500 нм частіше використовуються для одномодового режиму.

Більшість оптичних приймачів високого класу, з якими я працював, мають чутливість до прийому приблизно до -28, -30 дБм. Виміряні ваші рівні прийому здаються шумовими. Що показує ваш приймач, якщо до нього нічого не пов’язано?

Також, як правило, оптичні накладні шнури забарвлюються наступним чином: Жовтий - Одномісний режим в 9 футів. помаранчевий, мультирежим у 50um. Сірий, багатомодовий на 62,5 мкм.

З іншого боку, втрати волокна в багатомодовому режимі зазвичай становлять близько 1,5 дБ на кілометр, а в одномодному - приблизно 0,15 дБ на кілометр. Вимірювання кількох метрів волокна не скаже вам багато.