ทำไมสายใยแก้วนำแสงที่ยาวกว่าจึงส่งผลให้ค่าการลดทอนลดลง?

ฉันเพิ่งทำการทดลองในวิทยาลัยของฉันเพื่อศึกษาการลดทอนของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเทียบกับความยาวและประเภทของสายเคเบิล

การทดลองนี้ดำเนินการโดยมีแหล่งกำเนิดแสง LED และเชื่อมต่อมิเตอร์ไฟฟ้าที่ปลายอีกด้าน

ความยาวคลื่นตั้งไว้ที่ 1300nm และผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นดังนี้:

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

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

ทุกคนสามารถอธิบายให้ฉันฟังได้ว่าทำไมเมื่อสายยาวขึ้นพลังที่ได้รับจึงสูงขึ้นและทำไมสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดจึงมีกำลังรับสูงกว่าสายเคเบิลโหมดเดียว

นี่คือที่นักวิทยาศาสตร์การวัดจะต้องเข้าสู่โหมดสงสัยและสืบสวนเต็มรูปแบบ

สิ่งแรก. ไฟเบอร์เป็นวัสดุที่ไม่ได้ผล มันดูดซับพลังงาน ดังนั้นพลังงานที่มาถึงในตอนท้ายของความยาวของเส้นใยจะน้อยกว่าที่เปิดตัว ระยะเวลา ไม่มีข้อโต้แย้ง เราไม่ทำเกินความสามัคคีที่นี่

ดังนั้นสิ่งที่ทำให้ข้อสังเกตของคุณ?

โหมดเดี่ยว 1m -36.14dBm, 10m -36.12dBm

การวัดซ้ำของคุณเป็นอย่างไร แยกย่อยและสร้างการเชื่อมต่อใหม่และวัดอีกครั้งหลาย ๆ ครั้ง (ขั้นต่ำ 3 แต่ 5 หรือ 10 จะดีกว่า) จากนั้นคุณจะเห็นได้ว่า 0.02dBm เป็นผลกระทบทางกายภาพอย่างมีนัยสำคัญหรือว่าเป็นเรื่องบังเอิญที่โชคดี

วัด 20 ม. และ 30 ม. 0dB +/- 0.1dB เป็นระดับการดูดซับที่เหมาะสมสำหรับไฟเบอร์ 10m หรือไม่? ฉันไม่รู้นั่นคือสิ่งที่คุณวัด คุณสามารถมั่นใจได้ว่าการสูญเสียไฟเบอร์ในเดซิเบลจะเพิ่มขึ้นสำหรับความยาวที่ยาวนานขึ้น (สำหรับโหมดเดียวหากมีหลายโหมดที่เผยแพร่สิ่งนี้อาจไม่เป็นจริงสำหรับพลังงานทั้งหมด แต่ก็ยังคงเป็นจริงสำหรับแต่ละโหมด ) ดังนั้นเมื่อคุณ กำลังทำงานในโหมดเดียว) คุณควรจะสามารถวาดกราฟเชิงเส้นของความยาวเส้นใยกับการสูญเสีย dB จำไว้ว่า 2 คะแนนทำให้กราฟมีความยากจนมาก

และในที่สุดฉันก็ใช้วลี 'ถึงจุดจบ' และ 'พลังที่เปิดตัว' พลังงานในเส้นใยนั้นไม่จำเป็นต้องเหมือนกับในอุปกรณ์ทดสอบ อินเทอร์เฟซจะสร้างความไม่แน่นอนพวกเขาสูญเสียพลังงาน การสูญเสียพลังงานขึ้นอยู่กับการจัดเรียงตามแนวแกนช่องว่างพื้นผิวหน้าของไฟเบอร์เสร็จสิ้น (ดังนั้นจึงมีการเตรียมการที่ดี) ฉันจะไม่สะทกสะท้านกับการวัดที่แสดงให้เห็นว่าความยาวสั้น ๆ ของเส้นใยมีการสูญเสียต่ำกว่าแหล่งที่มาลงในตัวรับโดยตรงเพราะมันเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเชื่อมต่อด้วยแสง

นอกเหนือจากการวัดความสามารถในการทำซ้ำที่ฉันขอให้คุณทำข้างต้นนั่นไม่ใช่แค่การประกอบซ้ำหลายครั้งของส่วนประกอบเดียวกัน (ซึ่งเป็นการวัดความแปรปรวนของคุณ) แต่ยังทำอีกครั้งสำหรับตัวอย่างที่แตกต่างกันขององค์ประกอบเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องมือและวิธีการที่คุณได้รับจากการทำงานซ้ำ ๆ ) ดังนั้นทำตัวอย่าง 3 ม. ขึ้นไปของไฟเบอร์ 1m แล้วเปรียบเทียบกัน

โหมดเดี่ยว 1m 36.14dBm, มัลติโหมด 1m 35.94dBm

อีกครั้งให้บอกลักษณะความซ้ำซากของคุณก่อนที่คุณจะข้ามไปยังข้อสรุปใด ๆ ว่าความแตกต่างที่วัดได้ของ 0.2dB นั้นสำคัญหรือไม่

เส้นใยโหมดเดี่ยวและหลายโหมดอาจมีรูรับแสงแบบออพติคอลที่แตกต่างกันดังนั้นจึงมีการสูญเสียคัปปลิ้งต่างกันค่อนข้างเป็นอิสระจากการสูญเสียการส่งสัญญาณ เตรียมเส้นใย 'ความยาวเป็นศูนย์' บางส่วนหรือใกล้เคียงกับศูนย์ตามที่เครื่องมืออนุญาตและวัดค่าเหล่านั้น และแปลงทั้งสองยาว 10m, 20m, 30m จากนั้นคุณสามารถเริ่มพูดว่ามีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างพวกเขา

มัลติโหมด 1m -35.94, 10m -18.48dBm

ไม่เนื่องจากการวัดอื่น ๆ ของคุณด้านบนมีอะไรผิดปกติ คุณทำกาแฟหกใส่อุปกรณ์หรือใครบางคนปรับบางอย่างในขณะที่หลังของคุณหันไปหัวเราะ วัดอีกครั้ง

ดังนั้นคุณคิดว่าการวัดและการสรุปเป็นเรื่องง่าย? ไม่ทดสอบความแตกต่างที่คุณเห็นจากการทดสอบซ้ำ แตกต่างกันหนึ่งปัจจัยในเวลา พิจารณาปัจจัยที่เป็นไปได้ทั้งหมดและควบคุมพวกเขาทั้งหมด โปรดจำไว้ว่าหากความแตกต่างเป็นจริงมันจะคงอยู่เมื่อคุณทำการวัดซ้ำ หากคุณเพิ่งเห็นบางสิ่งบางอย่างในครั้งเดียวมันเป็นเอฟเฟกต์ใช่มั้ยมันเป็นสิ่งที่คุณไม่เคยคิดมาก่อนหรือไม่?

คำตอบอื่น ๆ ได้แนะนำวิธีที่การทดสอบของคุณอาจผิดไป ฉันจะบอกวิธีการวัดการลดทอนของเส้นใยอย่างถูกต้อง

เทคนิคมาตรฐานที่เรียกว่าวัดตัดกลับ

ซึ่งหมายความว่าคุณตั้งค่าแหล่งที่มาของการป้อนใยยาว (พูด 10 เมตร) จากนั้นคุณกำหนดทิศทางการส่งออกของเส้นใยนั้นไปยังเครื่องตรวจจับพื้นที่ขนาดใหญ่ (ใหญ่พอที่จะจับแสงทั้งหมดที่ออกจากเส้นใย) หรือเข้าไปในทรงกลมที่รวม (ซึ่งเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการจับแสงเอาต์พุตทั้งหมด) วัดแสงที่ออกมา

ตอนนี้โดยไม่ต้องรบกวนแสงเป็นคู่ในเส้นใยที่ตัดเส้นใยกลับไปเป็นระยะเวลาที่สั้นกว่า (1 เมตรในกรณีของคุณ) จับแสงเอาต์พุตเช่นเดียวกับที่คุณทำก่อนหน้านี้และวัดกำลังขับ

เหตุผลที่ใช้เทคนิคนี้คือประสิทธิภาพการเปิดตัวมักจะแปรปรวนอย่างมากโดยเฉพาะในการวัดแบบตั้งโต๊ะ คุณสามารถเพิ่มหรือลบ 3 หรือ 6 เดซิเบล (หรือมากกว่านั้นสำหรับเส้นใยโหมดเดี่ยว) ได้อย่างง่ายดายเพียงแค่วางแนวไฟเบอร์เข้ากับแหล่งกำเนิดแสงโดยให้มีเสี้ยวตำแหน่งหรือเสี้ยวตำแหน่งไม่กี่ไมครอน นี่น่าจะเป็นแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดในการทดสอบของคุณแม้ว่าคุณจะไม่ได้อธิบายว่าคุณตัดการเชื่อมต่อและทำการเชื่อมต่อกับแหล่งข้อมูลนั้นอีกครั้ง

ปัญหาที่ต้องระวังก็คือหุ้มโหมด นี่คือแสงที่เชื่อมต่อกับส่วนหุ้มและอาจแพร่กระจายในระยะไม่กี่เมตร แต่จะได้รับการลดทอนสูงกว่าแสงในโหมดที่ต้องการ เพื่อหลีกเลี่ยงการวัดเอฟเฟกต์โหมด cladding จะเป็นการดีกว่าถ้าคุณใช้ความยาวเส้นใยที่มากขึ้นสำหรับการวัดของคุณ ตัวอย่างเช่นเริ่มต้นด้วยไฟเบอร์ 100 ม. แล้วตัดกลับไปที่ 90 ม. เพื่อทำการวัดการลดทอน

แก้ไข:อีกหนึ่งปัญหา หากคุณกำลังวัดความยาวสั้น ๆ เช่นนี้คุณจะต้องแน่ใจว่าแหล่งกำเนิดแสงของคุณนั้นเสถียรอย่างไม่น่าเชื่อ อาจวัดแหล่งกำเนิดแสงเป็นครั้งแรกทุก ๆ สองสามชั่วโมงเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังขับของมันไม่ได้แปรผันตามการลดทอนเล็กน้อยที่คุณคาดหวังจากไฟเบอร์ของคุณ

คำตอบของ Neil_UKนั้นเป็นจุดที่ค่อนข้างมากนั่นคือการวัดของคุณเสีย :-(

ปัญหาแรกและที่เห็นได้ชัดที่สุดคือความยาวที่เลือกคือ 1m และ 30m: สิ่งเหล่านี้อยู่ในช่วงเอฟเฟกต์ขอบเช่นคุณภาพของการเชื่อมต่อปลายไฟเบอร์จะมีผลต่อการสูญเสียการลดทอนที่แท้จริง

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเส้นใยโหมดเดี่ยวคุณภาพดีที่ความยาวคลื่น 1,300 นาโนเมตรสามารถเข้าใกล้การสูญเสียขั้นต่ำทางทฤษฎีซึ่งเป็นเศษส่วนเล็ก ๆ ของเดซิเบลต่อกม. นี่คือวิธีที่สายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสามารถทำงานกับแอมป์เพียงไม่กี่ตัว

หากเราสมมติว่าเส้นใยมีราคาถูกกว่าในช่วง 0.1 ถึง 1 เดซิเบล / กม. ​​ความยาว 30 มยังคงให้การสูญเสียเล็กน้อย โปรดลอง 1-10 กม.!

การวัดในโหมดเดียวของคุณซึ่งดำเนินการด้วยตัวเองขอแนะนำว่าการสูญเสียการแทรก / การเชื่อมต่อมีอิทธิพลเหนือและความแตกต่างอยู่ในระยะขอบของข้อผิดพลาด (ตัวเลขนัยสำคัญที่ 4 ในการวัด dB นั้นไม่มีความสำคัญมาก) หากมีคนติดป้ายกำกับโหมดเดียวเป็นรหัส 1m เป็นมัลติโหมดผลลัพธ์ของคุณจะสอดคล้องกันภายในระยะขอบที่เหมาะสม

การเชื่อมต่อเข้ากับมัลติไฟเบอร์มักจะมีประสิทธิภาพมากกว่า - มันเป็นเป้าหมายที่ใหญ่กว่าและมีพื้นที่มากขึ้นเพื่อให้ได้ทุกสิ่งที่ไม่ตรงแนวและยังคงได้รับแสงสว่างมากที่สุด

สิ่งที่การทดสอบของคุณได้สอนเป็นหลักคือการทำงานกับเส้นใยโหมดเดียวนั้นไม่สำคัญ

คุณใช้ใยชนิดใด โหมดเดียวหรือมัลติโหมด ถ้ามัลติเป็น 62.5 um หรือ 50um หรือไม่

การแทรกสัญญาณลงในสายเคเบิลที่มีขนาดไม่ถูกต้อง นอกจากนี้คุณใช้ขั้วต่อตัวใดเพื่อยุติไฟเบอร์? เครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณถูกออกแบบมาสำหรับโหมดเดี่ยวหรือหลายโหมดหรือไม่?

โดยทั่วไปแล้วจะใช้ 850nm และ 1300nm สำหรับความยาวคลื่นมัลติโหมดในขณะที่หน้าต่างแสง 1310nm และ 1500nm มักจะใช้สำหรับโหมดเดียว

เครื่องรับออพติคอลระดับสูงส่วนใหญ่ที่ฉันเคยทำงานด้วยมักจะมีความไวในการรับประมาณ -28, -30 dBm ระดับการรับของคุณดูเหมือนจะเป็นเสียงรบกวน ผู้รับของคุณแสดงอะไรโดยไม่เชื่อมต่อกับมัน

นอกจากนี้โดยทั่วไปแล้วสายแพทช์ออพติคอลจะมีสีดังนี้: สีเหลือง - โหมดเดี่ยวที่ 9um ส้มมัลติโหมด 50um สีเทามัลติโหมดที่ 62.5 หนอ

ในอีกหมายเหตุการสูญเสียเส้นใยที่มัลติมีแนวโน้มที่จะประมาณ 1.5dB ต่อกิโลเมตรและโหมดเดียวที่ประมาณ 0.15dB ต่อกิโลเมตร การวัดไฟเบอร์ไม่กี่เมตรจะไม่บอกอะไรคุณมากนัก