Dlaczego dłuższy kabel światłowodowy powoduje mniejsze tłumienie?

Właśnie przeprowadziłem eksperyment na mojej uczelni, aby zbadać tłumienie kabla światłowodowego w zależności od długości i rodzaju kabla.

Eksperyment przeprowadzono z użyciem źródła światła LED i miernika mocy podłączonego na drugim końcu.

Długość fali ustawiono na 1300 nm, a wyniki uzyskano w następujący sposób:

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

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

Każdy może mi wyjaśnić, dlaczego w miarę wydłużania się kabla, odbierana moc rośnie, a także dlaczego wielomodowy kabel światłowodowy ma wyższą odbieraną moc niż kabel jednomodowy?

Tutaj naukowiec zajmujący się pomiarami musi przejść w pełny sceptyczny i śledczy tryb.

Pierwsza rzecz. Włókno, jako materiał pasywny, jest stratne. Pochłania energię. Dlatego moc dochodząca do końca odcinka światłowodu będzie mniejsza niż została uruchomiona. Kropka. Bez argumentów. Nie popełniamy tutaj nadmiernej jedności.

Co powoduje twoje obserwacje?

Tryb pojedynczy, 1m-36,14dBm, 10m-36,12dBm

Jak powtarzalne są twoje pomiary? Zniszcz i odbuduj połączenia i powtórz pomiar kilka razy (min 3, ale 5 lub 10 byłoby lepszych). Tylko wtedy możesz sprawdzić, czy 0,02 dBm jest znaczącym efektem fizycznym, czy też szczęśliwy zbieg okoliczności.

Zmierz 20m i 30m. Czy 0dB +/- 0,1dB to rozsądny poziom absorpcji dla 10m światłowodu? Nie wiem, to właśnie mierzysz. Możesz być pewien, że utrata światłowodu w dB będzie addytywna w przypadku dłuższych długości (w przypadku pojedynczego trybu, jeśli propaguje się wiele trybów, może nie być to prawdą dla całkowitej mocy, ale nadal jest prawdziwe dla każdego trybu ), więc (po pracują w trybie pojedynczym), powinieneś być w stanie narysować liniowy wykres długości włókna względem utraty dB. Pamiętaj, 2 punkty to bardzo statystycznie słaby wykres.

I na koniec użyłem zwrotów „przybywających do końca” i „mocy, która została uruchomiona”. Moc światłowodu niekoniecznie jest taka sama, jak na sprzęcie testowym. Interfejsy stworzą niepewność, stracą moc. Straty mocy zależą od osiowego wyrównania, szczeliny, wykończenia powierzchni czołowej włókna (więc jak dobrze zostało przygotowane). Byłbym całkowicie zaskoczony pomiarem pokazującym, że krótki odcinek światłowodu miał mniejszą stratę niż tylko źródło bezpośrednio do odbiornika, ponieważ chodzi o wydajność sprzężenia optycznego.

Oprócz pomiarów powtarzalności, o które prosiłem, abyś wykonał powyżej, to nie jest tylko kilka powtarzalnych zestawów tych samych komponentów (co mierzy twoją zmienność), ale także robi to ponownie dla różnych próbek nominalnie tych samych komponentów (zmienność systemu i czy narzędzia i metody, które otrzymujesz, działają powtarzalnie). Zrób więc 3 lub więcej próbek światłowodu 1m i porównaj je.

Tryb pojedynczy 1m 36,14dBm, wielomodowy 1m 35,94dBm

Ponownie scharakteryzuj swoją powtarzalność, zanim przejdziesz do jakichkolwiek wniosków na temat tego, czy zmierzona różnica 0,2 dB jest znacząca.

Włókna jedno- i wielomodowe mogą mieć różne otwory optyczne, więc mają różne straty sprzężenia, zupełnie niezależne od strat transmisji. Przygotuj włókna „o zerowej długości” lub bliskie zeru, na jakie pozwala aparat, i zmierz je. I wykonaj 10, 20, 30 m działek dla obu. Następnie możesz zacząć mówić, że istnieje między nimi znacząca różnica.

Wielomodowy 1m -35,94, 10m -18,48dBm

Nie. Biorąc pod uwagę inne pomiary powyżej, coś jest nie tak. Rozlałeś kawę na aparat lub ktoś poprawił coś, gdy twoje plecy były odwrócone, dla śmiechu. Zmierz ponownie.

Więc myślałeś, że dokonywanie pomiarów i wyciąganie wniosków jest łatwe? Nie. Sprawdź każdą różnicę w porównaniu z eksperymentalną powtarzalnością. Zmieniaj jeden czynnik na raz. Rozważ wszystkie możliwe czynniki i kontroluj je wszystkie. Pamiętaj, że jeśli różnica jest prawdziwa, będzie się utrzymywać podczas powtarzania pomiarów. Jeśli raz coś zobaczysz, czy to efekt, czy to ty, czy to coś, o czym nie pomyślałeś?

Inne odpowiedzi sugerują, że eksperyment mógł się nie udać. Pozwól, że powiem ci, jak poprawnie wykonać pomiar tłumienia włókien.

Standardowa technika nazywana jest pomiarem redukcji .

Oznacza to, że ustawiłeś źródło zasilające długi kawałek błonnika (powiedzmy 10 m). Następnie kierujesz wyjście tego włókna do detektora o dużym obszarze (wystarczająco dużego, aby wychwycił on zasadniczo całe światło wychodzące z włókna) lub do kuli integrującej (co jest naprawdę najlepszym sposobem na przechwycenie całego światła wyjściowego). Zmierz moc świetlną.

Teraz, bez zakłócania jak światło jest połączony w celu włókna cięte z tyłu włókien do krótszej długości (1 m w danym przypadku). Uchwyć światło wyjściowe tak samo jak poprzednio i zmierz moc wyjściową.

Powodem zastosowania tej techniki jest to, że skuteczność uruchamiania jest zwykle bardzo zmienna, szczególnie w pomiarach stacjonarnych. Możesz łatwo dodać lub odjąć 3 lub 6 dB (lub znacznie więcej, dla światłowodu jednomodowego) po prostu przez niewspółosiowość światłowodu do źródła światła o ułamek stopnia lub kilka mikronów pozycji. Jest to prawdopodobnie jedno ze źródeł błędów w eksperymencie, chociaż nie opisałeś, jak lub kiedy odłączyłeś i ponownie podłączyłeś źródło.

Kolejną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, są tryby okładzin . Jest to światło, które jest sprzężone z okładziną i może rozprzestrzeniać się na kilka metrów, ale będzie doświadczać wyższego tłumienia niż światło w pożądanych trybach. Aby uniknąć pomiaru efektów trybu platerowania, do pomiaru lepiej byłoby użyć dłuższych włókien. Na przykład zacznij od 100 m włókna i zmniejsz go do 90 m, aby wykonać pomiar tłumienia.

Edycja: jeszcze jeden problem. Jeśli mierzysz tak krótkie długości, musisz upewnić się, że Twoje źródło światła jest niezwykle stabilne. Prawdopodobnie najpierw mierz źródło światła co sekundę przez kilka godzin, aby upewnić się, że jego moc wyjściowa nie zmienia się o więcej niż niewielki ułamek tłumienia, którego oczekujesz od swojego włókna.

Odpowiedź Neil_UK jest dość trafna , tzn. Twoje pomiary są zepsute. :-(

Pierwszym i najbardziej oczywistym problemem są wybrane długości, 1 mi 30 m: Oba są dobrze w zakresie efektów krawędziowych, tj. Jakość połączeń końcowych włókien będzie dominować nad wszelkimi rzeczywistymi stratami tłumienia.

W szczególności dobrej jakości światłowód jednomodowy przy 1300 nm może zbliżyć się do teoretycznej minimalnej straty, która stanowi niewielki ułamek dB na km. W ten sposób kable transatlantyckie mogą współpracować z kilkoma wzmacniaczami po drodze.

Jeśli założymy, że światłowód jest tańszy w zakresie 0,1 do 1 dB / km, długość 30 m nadal daje znikome straty. Spróbuj 1-10 km!

Sam pomiar w trybie jednomodowym sugeruje, że dominują straty przy wstawianiu / sprzęganiu i że różnica mieści się w granicach błędu (4. cyfra znacząca w pomiarze dB nie jest bardzo znacząca). Gdyby ktoś błędnie oznaczył światłowód jednomodowy 1m jako wielomodowy, wszystkie wyniki byłyby spójne z pewnym rozsądnym marginesem.

Sprzężenie z włóknem wielomodowym jest zwykle znacznie bardziej wydajne - jest to po prostu większy cel z większą przestrzenią, aby wszystko było lekko przesunięte i nadal uzyskać większość światła.

Eksperyment nauczył cię głównie, że praca z włóknem jednomodowym nie jest trywialna.

Jakiego rodzaju włókna używasz? Tryb pojedynczy czy wielomodowy? Jeśli jest to tryb wielomodowy, czy jest to 62,5 um czy 50um?

Wstawienie sygnału do kabla o niewłaściwym rozmiarze spowoduje natychmiastową utratę. Ponadto jakich złączy używasz do zakończenia światłowodu? Czy nadajnik i odbiornik są przeznaczone do pracy w trybie pojedynczym lub wielu trybach?

Zazwyczaj 850 nm i 1300 nm są używane w przypadku fal wielomodowych, natomiast okna optyczne 1310 nm i 1500 nm są częściej używane w trybie pojedynczym.

Większość wysokiej klasy odbiorników optycznych, z którymi pracowałem, ma zwykle czułość odbioru około -28, -30 dBm. Mierzone poziomy odbioru wydają się być hałasem. Co pokazuje twój odbiornik, gdy nie jest z nim podłączony?

Również zazwyczaj optyczne kable krosowe mają następujące kolory: Żółty - tryb pojedynczy przy 9um. pomarańczowy, tryb Multi w 50um. Szary, wielomodowy przy 62,5 um.

Z drugiej strony, straty światłowodu w trybie wielomodowym zwykle wynoszą około 1,5 dB na kilometr, a w trybie pojedynczym około 0,15 dB na kilometr. Mierzenie kilku metrów światłowodu niewiele ci powie.