Tại sao một sợi cáp quang dài hơn dẫn đến suy giảm thấp hơn?

Tôi vừa thực hiện một thí nghiệm ở trường đại học để nghiên cứu sự suy giảm của cáp quang so với chiều dài và loại cáp.

Thí nghiệm này được thực hiện với nguồn sáng LED và đồng hồ đo điện được kết nối ở đầu kia.

Bước sóng được đặt thành 1300nm và kết quả thu được như sau:

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

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

Bất cứ ai cũng có thể giải thích cho tôi tại sao khi cáp dài hơn, công suất nhận được cao hơn và tại sao cáp quang đa mode có công suất nhận cao hơn cáp chế độ đơn?

Đây là nơi mà các nhà khoa học đo lường phải đi vào chế độ điều tra và hoài nghi đầy đủ.

Điều đầu tiên. Chất xơ, như một vật liệu thụ động, là mất mát. Nó hấp thụ sức mạnh. Do đó, năng lượng đến cuối chiều dài của sợi sẽ ít hơn so với được đưa ra. Giai đoạn = Stage. Không có đối số. Chúng tôi không làm quá đoàn kết ở đây.

Vì vậy, những gì gây ra quan sát của bạn?

Chế độ đơn, 1m -36,14dBm, 10m -36,12dBm

Làm thế nào lặp lại được số đo của bạn? Phá vỡ và xây dựng lại các kết nối, và đo lại, nhiều lần (tối thiểu 3, nhưng 5 hoặc 10 sẽ tốt hơn). Chỉ sau đó bạn mới có thể thấy liệu 0,02dBm là một hiệu ứng vật lý đáng kể hay đó là sự trùng hợp may mắn.

Đo 20m, và 30m. 0dB +/- 0.1dB có phải là mức hấp thụ hợp lý cho 10m sợi không? Tôi không biết, đó là những gì bạn đang đo. Bạn có thể yên tâm rằng tổn thất sợi tính theo dB sẽ là phụ gia cho độ dài dài hơn (đối với chế độ đơn, nếu có nhiều chế độ lan truyền thì điều này có thể không đúng với tổng công suất, nhưng nó vẫn đúng với từng chế độ ), vì vậy (một khi bạn 'Đang hoạt động ở chế độ đơn), bạn sẽ có thể vẽ biểu đồ tuyến tính có độ dài sợi chống mất dB. Hãy nhớ rằng, 2 điểm làm cho một biểu đồ rất nghèo thống kê.

Và cuối cùng, tôi đã sử dụng các cụm từ "đến cuối cùng" và "sức mạnh đã được đưa ra". Công suất trong sợi không nhất thiết phải giống như trong thiết bị thử nghiệm. Các giao diện sẽ tạo ra sự không chắc chắn, chúng mất điện. Các tổn thất điện năng phụ thuộc vào sự liên kết dọc trục, khe hở, bề mặt sợi quang (vì vậy nó đã được chuẩn bị tốt như thế nào). Tôi sẽ hoàn toàn không ngạc nhiên với một phép đo cho thấy rằng một sợi dài có độ hao hụt thấp hơn so với chỉ nguồn trực tiếp vào máy thu, bởi vì đó là về hiệu quả ghép quang.

Ngoài các phép đo độ lặp lại mà tôi đã yêu cầu bạn thực hiện ở trên, đó không chỉ là một số cụm lắp ráp lặp lại của cùng một thành phần (đang đo lường mức độ biến thiên của bạn), mà còn thực hiện lại cho các mẫu khác nhau của các thành phần giống nhau (tính biến thiên của hệ thống và liệu các công cụ và phương pháp bạn được cung cấp có hoạt động lặp lại không). Vì vậy, làm cho 3 hoặc nhiều mẫu sợi 1m, và so sánh chúng.

Chế độ đơn 1m 36,14dBm, đa chế độ 1m 35,94dBm

Một lần nữa, đặc trưng cho độ lặp lại của bạn, trước khi bạn đưa ra bất kỳ kết luận nào về việc liệu chênh lệch đo được 0,2dB có đáng kể hay không.

Sợi đơn và đa chế độ có thể có khẩu độ quang học khác nhau, do đó có tổn thất ghép khác nhau, khá độc lập với tổn thất truyền dẫn của chúng. Chuẩn bị một số sợi 'có độ dài bằng không' hoặc gần bằng 0 khi thiết bị cho phép và đo các sợi đó. Và làm các lô 10m, 20m, 30m cho cả hai. Sau đó, bạn có thể bắt đầu nói rằng có một sự khác biệt đáng kể giữa chúng.

Đa chế độ 1m -35,94, 10m -18,48dBm

Không. Cho các phép đo khác của bạn ở trên, có gì đó không đúng. Bạn đã làm đổ cà phê vào thiết bị, hoặc ai đó đã điều chỉnh thứ gì đó trong khi bạn quay lưng lại, để cười. Đo lại.

Vì vậy, bạn nghĩ làm cho phép đo và rút ra kết luận là dễ dàng? Không. Kiểm tra bất kỳ sự khác biệt nào bạn thấy so với độ lặp lại thử nghiệm của bạn. Thay đổi một yếu tố tại một thời điểm. Xem xét tất cả các yếu tố có thể và kiểm soát tất cả chúng. Hãy nhớ rằng, nếu một sự khác biệt là có thật, nó sẽ tồn tại khi bạn thực hiện các phép đo lặp đi lặp lại. Nếu bạn chỉ nhìn thấy một cái gì đó một lần, nó có phải là hiệu ứng không, có phải là bạn, đó có phải là thứ bạn chưa từng nghĩ đến không?

Các câu trả lời khác đã gợi ý một số cách mà thí nghiệm của bạn có thể đã sai. Hãy để tôi nói cho bạn cách thực hiện phép đo suy giảm sợi chính xác.

Kỹ thuật tiêu chuẩn được gọi là phép đo cắt ngược .

Điều này có nghĩa là bạn thiết lập nguồn của mình cho ăn một đoạn sợi dài (giả sử, 10 m). Sau đó, bạn hướng đầu ra của sợi đó vào một máy dò diện tích lớn (đủ lớn để nó bắt được tất cả ánh sáng thoát ra khỏi sợi quang) hoặc vào một quả cầu tích hợp (đây thực sự là cách tốt nhất để thu được tất cả ánh sáng đầu ra). Đo sản lượng ánh sáng.

Bây giờ, không làm phiền làm thế nào ánh sáng được ghép vào sợi, hãy cắt sợi trở lại với chiều dài ngắn hơn (trong trường hợp của bạn là 1 m). Chụp ánh sáng đầu ra giống như cách bạn đã làm trước đây và đo công suất đầu ra.

Lý do để sử dụng kỹ thuật này là hiệu quả khởi động thường rất khác nhau, đặc biệt là trong các phép đo để bàn. Bạn có thể dễ dàng thêm hoặc bớt 3 hoặc 6 dB (hoặc nhiều hơn nữa, đối với sợi quang đơn mode) chỉ bằng cách điều chỉnh sợi quang với nguồn sáng theo một phần của một độ hoặc một vài micron vị trí. Đây có thể là một nguồn lỗi trong thử nghiệm của bạn, mặc dù bạn không mô tả cách thức hoặc thời điểm bạn ngắt kết nối và kết nối lại nguồn.

Một vấn đề khác cần chú ý là chế độ ốp . Đây là ánh sáng được ghép vào tấm ốp và có thể lan truyền trong một vài mét, nhưng sẽ có độ suy giảm cao hơn ánh sáng trong các chế độ mong muốn. Để tránh đo hiệu ứng chế độ phủ, tốt hơn là sử dụng độ dài sợi dài hơn cho phép đo của bạn. Ví dụ, bắt đầu với 100 m sợi và cắt nó xuống 90 m để thực hiện phép đo suy giảm.

Chỉnh sửa: Một vấn đề nữa. Nếu bạn đang đo độ dài ngắn như vậy, bạn sẽ cần chắc chắn nguồn sáng của mình ổn định đến không ngờ. Có thể trước tiên đo nguồn sáng mỗi giây trong vài giờ để đảm bảo công suất đầu ra của nó không thay đổi nhiều hơn một phần nhỏ độ suy giảm mà bạn mong đợi từ sợi quang.

Câu trả lời của Neil_UK là khá nhiều điểm, tức là số đo của bạn bị hỏng. :-(

Vấn đề đầu tiên và rõ ràng nhất là ở độ dài được chọn, 1m và 30m: Cả hai đều nằm trong phạm vi hiệu ứng cạnh, tức là chất lượng của các kết nối đầu sợi sẽ chi phối bất kỳ tổn thất suy giảm thực tế nào.

Đặc biệt, sợi quang chế độ đơn chất lượng tốt ở bước sóng 1300nm có thể rất gần với tổn thất tối thiểu theo lý thuyết, một phần nhỏ của dB trên mỗi km, đây là cách cáp xuyên Đại Tây Dương có thể hoạt động chỉ với một vài bộ khuếch đại trên đường đi.

Nếu chúng tôi giả định sợi rẻ hơn trong phạm vi 0,1 đến 1 dB / km, chiều dài 30m vẫn cho tổn thất không đáng kể. Hãy thử 1-10 km!

Phép đo một chế độ của bạn, được thực hiện một mình, sẽ gợi ý rằng tổn thất chèn / ghép chiếm ưu thế và sự khác biệt nằm trong giới hạn lỗi (chữ số có nghĩa thứ 4 trên phép đo dB không đáng kể). Nếu ai đó đã viết sai một sợi singlemode là multimode, kết quả của bạn sẽ hoàn toàn phù hợp trong một số lề hợp lý.

Việc ghép nối thành sợi đa chế độ thường hiệu quả hơn nhiều - đơn giản là mục tiêu lớn hơn có nhiều chỗ hơn để khiến mọi thứ hơi bị sai lệch và vẫn nhận được hầu hết ánh sáng.

Điều mà thí nghiệm của bạn chủ yếu dạy bạn là công việc với sợi singlemode không phải là chuyện nhỏ.

Bạn đang sử dụng loại sợi nào? Chế độ đơn hay đa chế độ? Nếu đa chế độ, nó là 62,5 um hay 50um?

Chèn tín hiệu vào cáp có kích thước không chính xác sẽ bị mất ngay lập tức. Ngoài ra, những kết nối nào bạn đang sử dụng để chấm dứt sợi quang? Là máy phát và máy thu được thiết kế cho chế độ đơn hay đa chế độ?

Thông thường 850nm và 1300nm được sử dụng cho các bước sóng đa mode trong khi các cửa sổ quang 1310nm và 1500nm thường được sử dụng cho chế độ đơn.

Hầu hết các máy thu quang cao cấp mà tôi đã làm việc có xu hướng có độ nhạy thu khoảng -28, -30 dBm. Mức độ nhận được của bạn đo được dường như là tiếng ồn. Những gì người nhận của bạn hiển thị mà không có gì kết nối với nó?

Ngoài ra, thông thường, dây vá quang được tô màu như sau: Vàng - Chế độ đơn lúc 9um. màu cam, Đa chế độ ở mức 50um. Màu xám, đa chế độ ở mức 62,5 um.

Một lưu ý khác, tổn thất sợi quang ở chế độ đa chế độ có xu hướng khoảng 1,5dB mỗi km và chế độ đơn ở khoảng 0,15dB mỗi km. Đo một vài mét sợi sẽ không cho bạn biết nhiều.