Perché un cavo a fibre ottiche più lungo comporta una riduzione dell'attenuazione?

Ho appena condotto un esperimento nel mio college per studiare l'attenuazione del cavo in fibra ottica rispetto alla lunghezza e al tipo di cavo.

Questo esperimento è stato condotto con una sorgente luminosa a LED e un misuratore di potenza collegato all'altra estremità.

La lunghezza d'onda è impostata su 1300nm e i risultati ottenuti sono i seguenti:

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

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

Qualcuno potrebbe spiegarmi perché quando il cavo si allunga, la potenza ricevuta aumenta e anche perché il cavo a fibre ottiche multimodale ha una potenza di ricezione maggiore rispetto al cavo monomodale?

Questo è dove lo scienziato di misura deve entrare in pieno modo scettico e investigativo.

Prima cosa. La fibra, come materiale passivo, è in perdita. Assorbe il potere. Pertanto la potenza che arriva alla fine di una lunghezza di fibra sarà inferiore a quella lanciata. Periodo. Nessun argomento. Non facciamo eccessiva unità qui.

Quindi cosa causa le tue osservazioni?

Modalità singola, 1m -36,14 dBm, 10m -36,12 dBm

Quanto sono ripetibili le tue misurazioni? Abbattere e ricostruire le connessioni e misurare di nuovo più volte (minimo 3, ma 5 o 10 sarebbe meglio). Solo allora puoi vedere se 0,02 dBm è un effetto fisico significativo o se è una coincidenza fortunata.

Misura 20m e 30m. 0 dB +/- 0,1 dB è un livello di assorbimento ragionevole per 10 m di fibra? Non lo so, è quello che stai misurando. Puoi essere certo che la perdita di fibre in dB sarà additiva per lunghezze più lunghe (per la modalità singola, se ci sono più modalità di propagazione questo potrebbe non essere vero per la potenza totale, ma è comunque vero per ciascuna modalità ), quindi (una volta che in modalità single mode) dovresti essere in grado di tracciare un grafico lineare della lunghezza della fibra contro la perdita di dB. Ricorda, 2 punti rendono un grafico statisticamente scarso.

E infine, ho usato le frasi "arrivo alla fine" e "il potere che è stato lanciato". La potenza della fibra non è necessariamente la stessa dell'attrezzatura di prova. Le interfacce creeranno incertezza, perderanno potere. Le perdite di potenza dipendono dall'allineamento assiale, dallo spazio, dalla finitura superficiale della superficie della fibra (quindi quanto bene è stato preparato). Non sarei del tutto impassibile da una misurazione che mostrava che una breve lunghezza della fibra aveva una perdita inferiore rispetto alla sola sorgente direttamente nel ricevitore, perché si tratta dell'efficienza dell'accoppiamento ottico.

Oltre alle misure di ripetibilità che ti ho chiesto di fare sopra, non si tratta solo di diversi assemblaggi ripetuti degli stessi componenti (che sta misurando la tua variabilità), ma anche di farlo di nuovo per campioni diversi di nominalmente gli stessi componenti (la variabilità del sistema e se gli strumenti e i metodi che ti vengono forniti funzionano ripetutamente). Quindi crea 3 o più campioni di fibra da 1m e confrontali.

Modalità singola 1m 36.14dBm, multimodale 1m 35.94dBm

Ancora una volta, caratterizza la tua ripetibilità, prima di saltare a qualsiasi conclusione sul fatto che una differenza misurata di 0,2 dB sia significativa.

Le fibre a modalità singola e multipla potrebbero avere aperture ottiche diverse, quindi hanno perdite di accoppiamento diverse, abbastanza indipendenti dalle perdite di trasmissione. Preparare alcune fibre di "lunghezza zero", o quasi pari a zero consentito dall'apparato, e misurarle. E fai trame da 10m, 20m, 30m per entrambi. Quindi puoi iniziare a dire che c'è una differenza significativa tra loro.

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

No. Date le tue altre misurazioni sopra, qualcosa non va. Hai rovesciato il caffè sull'apparato o qualcuno ha sistemato qualcosa mentre le spalle erano rivolte, per ridere. Misura di nuovo.

Quindi hai pensato che fosse facile misurare e trarre conclusioni? No. Metti alla prova le differenze che vedi rispetto alla tua ripetibilità sperimentale. Varia un fattore alla volta. Considera tutti i possibili fattori e controlla tutti. Ricorda, se una differenza è reale, persisterà mentre esegui misurazioni ripetute. Se vedi qualcosa una volta, è l'effetto, sei tu, è qualcosa a cui non avevi pensato?

Le altre risposte hanno suggerito alcuni modi in cui l'esperimento potrebbe essere andato storto. Lascia che ti dica come eseguire correttamente una misurazione dell'attenuazione della fibra.

La tecnica standard è chiamata misura di riduzione .

Questo significa che hai impostato la tua fonte alimentando un lungo pezzo di fibra (diciamo, 10 m). Quindi dirigi l'output di quella fibra in un rivelatore ad ampia area (abbastanza grande da catturare essenzialmente tutta la luce che esce dalla fibra) o in una sfera di integrazione (che è davvero il modo migliore per catturare tutta la luce in uscita). Misura l'emissione di luce.

Ora, senza disturbare come la luce viene accoppiata in alla fibra, tagliare la parte posteriore della fibra ad una lunghezza più corta (1 m nel caso). Cattura la luce di uscita come facevi prima e misura la potenza di uscita.

Il motivo per utilizzare questa tecnica è che l' efficienza di lancio è generalmente molto variabile, in particolare nelle misurazioni da banco. È possibile aggiungere o sottrarre facilmente 3 o 6 dB (o molto di più, per la fibra monomodale) semplicemente disallineando la fibra alla sorgente luminosa di una frazione di grado o alcuni micron di posizione. Questa è probabilmente una fonte di errore nell'esperimento, anche se non hai descritto come o quando hai disconnesso e ricollegato la fonte.

Un altro problema a cui prestare attenzione sono le modalità di rivestimento . Questa è la luce che è accoppiata al rivestimento e può propagarsi per alcuni metri, ma sperimenterà un'attenuazione maggiore della luce nelle modalità desiderate. Per evitare la misurazione degli effetti della modalità di rivestimento, sarebbe meglio usare lunghezze di fibra più lunghe per la misurazione. Ad esempio, iniziare con 100 m di fibra e ridurla a 90 m per eseguire la misurazione dell'attenuazione.

Modifica: un altro problema. Se stai misurando lunghezze così brevi, dovrai assicurarti che la tua sorgente luminosa sia incredibilmente stabile. Probabilmente prima misura la fonte di luce ogni secondo per alcune ore per assicurarti che la sua potenza di uscita non vari di più di una piccola frazione dell'attenuazione che ti aspetti dalla tua fibra.

La risposta di Neil_UK è praticamente esatta , cioè le tue misurazioni sono rotte. :-(

Il primo e più ovvio problema è nelle lunghezze scelte, 1m e 30m: entrambi rientrano bene nelle gamme degli effetti dei bordi, ovvero la qualità delle connessioni delle estremità delle fibre dominerà qualsiasi perdita di attenuazione effettiva.

In particolare, una fibra monomodale di buona qualità a 1300 nm può avvicinarsi molto alla perdita minima teorica che è una piccola frazione di dB per km, ecco come i cavi transatlantici possono funzionare con pochi amplificatori lungo il percorso.

Se assumiamo fibre più economiche nell'intervallo da 0,1 a 1 dB / km, la lunghezza di 30m produce comunque una perdita trascurabile. Prova 1-10 km!

La tua misurazione in modalità singola, presa da sola, suggerirebbe che prevalgono le perdite di inserzione / accoppiamento e che la differenza sia all'interno del margine di errore (la quarta cifra significativa su una misurazione dB non è molto significativa). Se qualcuno avesse etichettato erroneamente una fibra monomodale da 1m come multimodale, i risultati sarebbero tutti coerenti entro un margine ragionevole.

L'accoppiamento in fibra multimodale di solito è molto più efficiente: è semplicemente un obiettivo più grande con più spazio per ottenere tutto leggermente disallineato e ottenere ancora la maggior parte della luce.

Ciò che il tuo esperimento ti ha principalmente insegnato è che lavorare con la fibra monomodale non è banale.

Che tipo di fibra stai usando? Modalità singola o multimodale? Se multimodale, è 62,5 um o 50um?

L'inserimento di un segnale in un cavo di dimensioni errate subirà una perdita immediata. Inoltre, quali connettori stai usando per terminare la fibra? Il trasmettitore e il ricevitore sono progettati per la modalità singola o multi-mode?

In genere 850nm e 1300nm sono utilizzati per lunghezze d'onda multimodali mentre le finestre ottiche 1310nm e 1500nm sono più spesso utilizzate per la modalità singola.

La maggior parte dei ricevitori ottici di fascia alta con cui ho lavorato tende ad avere una sensibilità di ricezione di circa -28, -30 dBm. I livelli di ricezione misurati sembrano essere rumorosi. Cosa mostra il tuo ricevitore senza nulla ad esso collegato?

Inoltre, in genere, i cavi patch ottici sono colorati come segue: Giallo - Modalità singola a 9um. arancione, modalità multipla a 50um. Grigio, multimodale a 62,5 um.

In un'altra nota, le perdite di fibra in modalità multimodale tendono ad essere intorno a 1,5 dB per chilometro e la modalità singola a circa 0,15 dB per chilometro. Misurare alcuni metri di fibra non ti dirà molto.