Почему более длинный оптоволоконный кабель снижает затухание?

Я только что провел эксперимент в своем колледже, чтобы изучить ослабление волоконно-оптического кабеля в зависимости от длины и типа кабеля.

Этот эксперимент был проведен со светодиодным источником света и измерителем мощности, подключенным на другом конце.

Длина волны установлена ​​на 1300 нм, и результаты получены следующим образом:

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

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

Кто-нибудь может объяснить мне, почему по мере удлинения кабеля принимаемая мощность увеличивается, а также почему многомодовый оптоволоконный кабель имеет более высокую принимаемую мощность, чем одномодовый кабель?

Вот где ученый-аналитик должен перейти в полный скептический и исследовательский режим.

Первым делом. Волокно, как пассивный материал, с потерями. Он поглощает энергию. Следовательно, мощность, приходящаяся на конец длины волокна, будет меньше, чем была запущена. Период. Нет аргументов. Мы не делаем здесь чрезмерное единство.

Так что вызывает ваши наблюдения?

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

Насколько повторяемы ваши измерения? Разрушьте и восстановите соединения, и повторите измерения несколько раз (мин 3, но лучше 5 или 10). Только тогда вы сможете увидеть, является ли 0,02 дБм значительным физическим эффектом или это счастливое совпадение.

Мера 20м и 30м. Является ли 0 дБ +/- 0,1 дБ приемлемым уровнем поглощения для 10 м волокна? Я не знаю, это то, что вы измеряете. Вы можете быть уверены, что потери волокна в дБ будут аддитивными для более длинных длин (для одиночного режима, если существует несколько распространяющихся режимов, это может быть не так для общей мощности, но это все еще верно для каждого режима ), так что (как только вы Вы работаете в одном режиме) вы должны быть в состоянии нарисовать линейный график длины волокна в зависимости от потерь в дБ. Помните, 2 балла составляют очень статистически плохой график.

И наконец, я использовал фразы «прибытие в конец» и «сила, которая была запущена». Мощность в волокне не обязательно такая же, как в тестовом оборудовании. Интерфейсы будут создавать неопределенность, они теряют мощность. Потери мощности зависят от осевого выравнивания, зазора, отделки поверхности лицевого волокна (насколько хорошо он был подготовлен). Я был бы совершенно равнодушен к измерениям, показывающим, что короткая длина волокна имеет меньшие потери, чем просто источник, непосредственно в приемник, потому что речь идет об эффективности оптической связи.

В дополнение к измерениям повторяемости, которые я просил вас сделать выше, это не просто несколько повторных сборок одних и тех же компонентов (что измеряет вашу изменчивость), но также повторение для разных образцов номинально одинаковых компонентов (изменчивость системы и работают ли инструменты и методы, которые вам предоставлены, многократно). Поэтому сделайте 3 или более образцов из 1 м волокна и сравните их.

Одномодовый 1м 36.14дБм, многомодовый 1м 35.94дБм

Опять же, охарактеризуйте свою повторяемость, прежде чем делать какие-либо выводы о том, является ли измеренная разница в 0,2 дБ значимой.

Одномодовые и многомодовые волокна могут иметь разные оптические апертуры, поэтому имеют разные потери связи, совершенно не зависящие от их потерь при передаче. Подготовьте несколько волокон «нулевой длины», или как можно ближе к нулю, насколько позволяет аппарат, и измерьте их. И сделать 10м, 20м, 30м участки для обоих. Тогда вы можете начать говорить, что между ними есть существенная разница.

Многомодовый 1м -35,94, 10м -18,48дБм

Нет. Учитывая ваши другие измерения выше, что-то не так. Вы пролили кофе на аппарат, или кто-то что-то поправил, пока ваша спина была повернута, для смеха. Мера снова.

Таким образом, вы думали, что делать измерения и делать выводы было легко? Проверьте любую разницу, которую вы видите, с вашей экспериментальной повторяемостью. Измените один фактор за один раз. Учитывайте все возможные факторы и контролируйте их все. Помните, что если разница реальна, она будет сохраняться при повторных измерениях. Если вы просто видите что-то один раз, это эффект, это вы, это то, о чем вы не думали?

Другие ответы предложили некоторые причины, по которым ваш эксперимент мог пойти не так. Позвольте мне рассказать вам, как правильно выполнить измерение затухания в волокне.

Стандартная методика называется сокращенным измерением .

Это означает, что вы настроили свой источник подачи длинного куска волокна (скажем, 10 м). Затем вы направите выход этого волокна в детектор большой площади (достаточно большой, чтобы он захватывал практически весь свет, выходящий из волокна) или в интегрирующую сферу (которая действительно является наилучшим способом захвата всего выходного света). Измерьте световой поток.

Теперь, не нарушая , как свет соединен в с волокном, вырезать волокна обратно к более короткой длине (1 м в вашем случае). Захватите выходной свет так же, как вы делали это раньше, и измерьте выходную мощность.

Причиной использования этого метода является то, что эффективность запуска, как правило, сильно варьируется, особенно в настольных измерениях. Вы можете легко добавить или вычесть 3 или 6 дБ (или намного больше для одномодового волокна), просто сместив волокно к источнику света на долю градуса или несколько микрон положения. Вероятно, это один из источников ошибок в вашем эксперименте, хотя вы не описали, как или когда вы отключили и снова подключили источник.

Другая проблема, на которую стоит обратить внимание, это режимы оболочки . Это свет, который связан с оболочкой и может распространяться на несколько метров, но будет испытывать большее затухание, чем свет в желаемых режимах. Чтобы избежать измерения эффектов режима оболочки, было бы лучше использовать более длинные длины волокон для вашего измерения. Например, начните со 100 м волокна и отрежьте его до 90 м, чтобы выполнить измерение затухания.

Изменить: еще одна проблема. Если вы измеряете такие короткие длины, вы должны быть уверены, что ваш источник света невероятно стабилен. Возможно, сначала измеряйте источник света каждую секунду в течение нескольких часов, чтобы убедиться, что его выходная мощность не изменяется более чем на небольшую долю затухания, которое вы ожидаете от своего волокна.

Ответ Neil_UK в значительной степени точен , то есть ваши измерения не верны. :-(

Первая и наиболее очевидная проблема заключается в выбранных длинах, 1 м и 30 м: они оба находятся в пределах диапазонов краевого эффекта, то есть качество оптоволоконных соединений будет преобладать над любыми фактическими потерями на затухание.

В частности, одномодовое волокно хорошего качества на длине волны 1300 нм может очень близко приблизиться к теоретическому минимальному значению потерь, которое составляет небольшую долю дБ на км, именно так трансатлантические кабели могут работать с несколькими усилителями на своем пути.

Если мы предположим, что более дешевое волокно находится в диапазоне от 0,1 до 1 дБ / км, длина 30 м все еще дает незначительные потери. Пожалуйста, попробуйте 1-10 км!

Ваше одномодовое измерение, выполненное само по себе, предполагает, что потери при вставке / соединении преобладают и что разница находится в пределах погрешности (4-я значащая цифра в измерении дБ не очень значительная). Если бы кто-то неправильно маркировал одномодовое волокно длиной 1 м как многомодовое, все ваши результаты были бы согласованы в некотором разумном диапазоне.

Соединение с многомодовым волокном обычно намного эффективнее - это просто большая цель с большим пространством, чтобы все было слегка смещено и при этом оставалось много света.

Ваш эксперимент в основном научил вас тому, что работа с одномодовым волокном не тривиальна.

Какой тип волокна вы используете? Одномодовый или многомодовый? Если многомодовый, это 62,5 мкм или 50 мкм?

Вставка сигнала в кабель неправильного размера приведет к немедленной потере. Кроме того, какие разъемы вы используете для подключения оптоволокна? Передатчик и приемник предназначены для одного или нескольких режимов?

Обычно 850 и 1300 нм используются для многомодовых длин волн, в то время как оптические окна 1310 и 1500 нм чаще используются в одномодовом режиме.

Большинство оптических приемников высокого класса, с которыми я работал, обычно имеют чувствительность приема около -28, -30 дБм. Ваши измеренные уровни приема кажутся шумом. Что показывает ваш приемник, с чем ничего не связано?

Также, как правило, оптические патч-корды окрашены следующим образом: Желтый - одиночный режим при 9um. оранжевый, многорежимный на 50um. Серый, многомодовый на 62,5 мкм.

С другой стороны, потери волокна в многомодовом режиме, как правило, составляют около 1,5 дБ на километр, а в одномодовом режиме - около 0,15 дБ на километр. Измерение нескольких метров волокна не скажет вам много.