Daha uzun fiber optik kablo neden daha az zayıflamaya neden oluyor?

Üniversitemde fiber optik kablonun uzunluğuna ve kablo tipine göre zayıflamasını incelemek için bir deney yaptım.

Bu deney, bir LED ışık kaynağı ve diğer ucuna bağlı bir güç ölçer ile gerçekleştirildi.

Dalga boyu 1300nm olarak ayarlanır ve sonuçlar aşağıdaki gibi elde edilir:

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

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

Herkes bana neden kablo uzadıkça, alınan güç arttıkça ve çok modlu fiber optik kablonun neden tek modlu kablodan daha fazla güç aldığını açıklayabilir?

Ölçüm bilimcisinin tam şüpheci ve araştırmacı moda girmesi gereken yer burasıdır.

İlk şey. Pasif bir malzeme olarak lif kayıplıdır. Gücü emer. Bu nedenle, bir elyaf uzunluğunun sonunda gelen güç, başlatıldığından daha az olacaktır. Dönemi. Tartışma yok. Burada aşırı birlik yapmıyoruz.

Peki gözlemlerinize ne sebep oluyor?

Tek mod, 1m -36.14dBm, 10m -36.12dBm

Ölçümleriniz ne kadar tekrarlanabilir? Bağlantıları kesin ve yeniden oluşturun ve birkaç kez tekrar ölçün (en az 3, ancak 5 veya 10 daha iyi olurdu). Ancak o zaman 0.02dBm'nin önemli bir fiziksel etki olup olmadığını veya şanslı bir tesadüf olup olmadığını görebilirsiniz.

Ölçü 20m ve 30m. 0dB +/- 0.1dB, 10m fiber için makul bir emme seviyesi midir? Bilmiyorum, ölçtüğün bu. DB'deki fiber kaybının daha uzun uzunluklar için ilave olacağından emin olabilirsiniz (tek mod için, eğer çoğalan birden fazla mod varsa, toplam güç için doğru olmayabilir, ancak her mod için hala doğrudur ), 'tek mod işletimindeyseniz) dB kaybına karşı doğrusal bir lif uzunluğu grafiği çizebilmelisiniz. Unutmayın, 2 puan istatistiksel olarak zayıf bir grafik oluşturur.

Ve son olarak, 'sonuna ulaşan' ifadelerini ve 'başlatılan gücü' kullandım. Elyaftaki güç mutlaka test dişlisiyle aynı değildir. Arayüzler belirsizlik yaratacak, güç kaybedecekler. Güç kayıpları eksenel hizalamaya, aralığa, fiber yüzey yüzeyi kaplamasına (yani ne kadar iyi hazırlandığına) bağlıdır. Kısa bir lif uzunluğunun doğrudan alıcıya gelen kaynaktan daha düşük bir kayıp olduğunu gösteren bir ölçümden tamamen etkilenmezdim, çünkü optik bağlantı verimliliği ile ilgilidir.

Yukarıda yapmanızı istediğim tekrarlanabilirlik ölçümlerine ek olarak, aynı bileşenlerin sadece birkaç tekrar montajı değil (değişkenliğinizi ölçüyor), aynı zamanda nominal olarak aynı bileşenlerin farklı örnekleri (sistemin değişkenliği ve size sağlanan araç ve yöntemlerin tekrar tekrar çalışıp çalışmadığı). Bu yüzden 1m fiberden 3 veya daha fazla numune yapın ve karşılaştırın.

Tek mod 1m 36.14dBm, çok modlu 1m 35.94dBm

Yine, 0.2dB'lik ölçülen bir farkın önemli olup olmadığı konusunda herhangi bir sonuca geçmeden önce tekrarlanabilirliğinizi karakterize edin.

Tek ve çok modlu fiberler farklı optik açıklıklara sahip olabilir, bu nedenle iletim kayıplarından oldukça bağımsız farklı bağlantı kayıplarına sahiptir. Bazı 'sıfır uzunluklu' lifler hazırlayın veya aparatın izin verdiği ölçüde sıfıra yakın ve bunları ölçün. Ve her ikisi için de 10m, 20m, 30m arazileri yapın. Sonra aralarında önemli bir fark olduğunu söylemeye başlayabilirsiniz.

Çok modlu 1m -35.94, 10m -18.48dBm

Hayır. Yukarıdaki diğer ölçümleriniz göz önüne alındığında, bir sorun var. Cihazın üzerine kahve döktünüz ya da sırtınız dönerken birinin bir şeyleri güldürmek için ayarladınız. Tekrar ölçün.

Yani ölçüm yapmanın ve sonuç çıkarmanın kolay olduğunu düşündünüz mü? Hayır. Gördüğünüz farkı deneysel tekrarlanabilirliğinize karşı test edin. Her seferinde bir faktör değişir. Olası tüm faktörleri göz önünde bulundurun ve hepsini kontrol edin. Unutmayın, bir fark gerçekse, tekrarlı ölçümler yaptığınızda bu devam edecektir. Eğer sadece bir kez bir şey görürseniz, bunun etkisi, siz misiniz, aklınıza gelmemiş bir şey mi?

Diğer cevaplar, denemenizin yanlış gitmiş olabileceği bazı yollar önerdi. Size bir fiber zayıflama ölçümünün nasıl doğru yapılacağını söyleyeyim.

Standart tekniğe kısma ölçümü denir .

Bu, kaynağınızı uzun bir lif parçası (örneğin, 10 m) besleyerek kurduğunuz anlamına gelir. Daha sonra bu fiberin çıkışını geniş alanlı bir detektöre (fiberden çıkan tüm ışığı yakalayacak kadar büyük) veya bir bütünleştirici küreye (tüm çıkış ışığını yakalamanın en iyi yolu) yönlendirirsiniz. Işık çıkışını ölçün.

Şimdi, ışık birleştiğinde nasıl bozmadan içinde fiber, daha kısa uzunlukta (sizin durumunuzda 1 m) fiber arka kesti. Çıkış ışığını daha önce yaptığınız şekilde yakalayın ve çıkış gücünü ölçün.

Bu tekniği kullanmanın nedeni , özellikle tezgah üstü ölçümlerde fırlatma verimliliğinin genellikle çok değişken olmasıdır. 3 veya 6 dB'yi (veya tek modlu fiber için çok daha fazlasını) sadece bir dereceden veya birkaç mikronluk bir konumun fraksiyonuyla ışık kaynağına yanlış hizalayarak kolayca çıkarabilir veya çıkarabilirsiniz. Bu, denemenizdeki bir hata kaynağıdır, ancak kaynağın bağlantısını nasıl ve ne zaman yeniden bağladığınızı açıklamamış olsanız da.

Dikkat edilmesi gereken bir diğer konu da kaplama modları . Bu, kaplamaya bağlanan ve birkaç metre boyunca yayılabilen ışıktır, ancak istenen modlarda ışıktan daha yüksek zayıflama yaşayacaktır. Kaplama modu efektlerini ölçmekten kaçınmak için, ölçümünüz için daha uzun elyaf uzunlukları kullanmak daha iyi olur. Örneğin, 100 m fiber ile başlayın ve zayıflama ölçümü yapmak için 90 m'ye kadar kesin.

Düzenleme: Bir sorun daha. Bu kadar kısa uzunlukları ölçüyorsanız, ışık kaynağınızın inanılmaz derecede kararlı olduğundan emin olmanız gerekir. Muhtemelen, çıkış gücünün lifinizden beklediğiniz zayıflamanın küçük bir kısmından daha fazla değişmediğinden emin olmak için ilk önce ışık kaynağını birkaç saat boyunca ölçün.

Neil_UK'ın cevabı hemen hemen açık, yani ölçümleriniz bozuldu. :-(

İlk ve en belirgin sorun seçilen uzunluklarda, 1m ve 30m'dir: Bunların her ikisi de kenar etki aralıklarındadır, yani fiber uç bağlantılarının kalitesi herhangi bir gerçek zayıflama kaybına baskın olacaktır.

Özellikle, 1300 nm'de kaliteli tek modlu fiber, km başına dB'nin küçük bir kısmı olan teorik minimum kayıplara çok yakın olabilir, transatlantik kablolar yol boyunca sadece birkaç amplifikatörle bu şekilde çalışabilir.

0.1 ila 1 dB / km aralığında daha ucuz fiber varsayarsak, 30m uzunluk hala önemsiz kayıp verir. Lütfen 1-10 km deneyin!

Tek modlu ölçümünüz, kendi başına, ekleme / bağlama kayıplarının baskın olduğunu ve farkın hata payı içinde olduğunu gösterir (dB ölçümündeki 4. anlamlı basamak çok önemli değildir). Birisi 1m tek modlu fiber çoklu mod olarak yanlış etiketlenmiş olsaydı, sonuçlarınız makul bir sınır içinde tutarlı olurdu.

Çok modlu fibere bağlanmak genellikle çok daha verimlidir - her şeyin biraz yanlış hizalanması ve yine de ışığın çoğunu alması için daha fazla alana sahip daha büyük bir hedeftir.

Denemenizin esas olarak size öğrettiği şey, tekli mod fiber ile çalışmanın önemsiz olmadığıdır.

Ne tür bir lif kullanıyorsunuz? Tekli mod mu, çoklu mod mu? Çok modlu ise, 62.5 um veya 50um mu?

Yanlış boyutta bir kabloya sinyal yerleştirilmesi derhal kaybolur. Ayrıca, fiberi sonlandırmak için hangi konektörleri kullanıyorsunuz? Verici ve alıcı tek veya çok modlu olarak mı tasarlandı?

Tipik olarak 850nm ve 1300nm çok modlu dalga boyları için kullanılırken, 1310nm ve 1500nm optik pencereler tek mod için daha sık kullanılır.

Çalıştığım çoğu üst düzey optik alıcı, -28, -30 dBm'ye kadar bir duyarlılığa sahip olma eğilimindedir. Ölçülen alım seviyeleriniz gürültü gibi görünüyor. Alıcınız ona bağlı hiçbir şey olmadan ne gösteriyor?

Ayrıca, tipik olarak, optik bağlantı kabloları aşağıdaki gibi renklendirilir: Sarı - 9um'da tek mod. turuncu, 50um'da Çok modlu. Gri, 62.5 um'de çok modlu.

Başka bir kayda göre, çok modlu fiber kayıpları kilometre başına 1.5dB ve kilometre başına 0.15dB'de tekli modda olma eğilimindedir. Birkaç metre lif ölçmek size fazla bir şey söylemeyecektir.