Mengapa kabel serat optik yang lebih panjang menghasilkan redaman yang lebih rendah?

Saya baru saja melakukan percobaan di kampus saya untuk mempelajari atenuasi kabel serat optik versus panjang dan jenis kabel.

Eksperimen ini dilakukan dengan sumber cahaya LED dan meteran listrik yang terhubung di ujung lainnya.

Panjang gelombang diatur ke 1300nm dan hasil yang diperoleh sebagai berikut:

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

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

Adakah yang bisa menjelaskan kepada saya mengapa karena kabel semakin panjang, daya yang diterima semakin tinggi dan juga mengapa kabel serat optik multimode memiliki daya terima yang lebih tinggi daripada kabel mode tunggal?

Di sinilah ilmuwan pengukuran harus masuk ke mode skeptis dan investigasi penuh.

Hal pertama. Serat, sebagai bahan pasif, bersifat lossy. Ini menyerap daya. Oleh karena itu kekuatan yang tiba di ujung serat akan kurang dari yang diluncurkan. Titik. Tidak ada argumen. Kami tidak melakukan terlalu-persatuan di sini.

Jadi apa yang menyebabkan pengamatan Anda?

Mode tunggal, 1m -36.14dBm, 10m -36.12dBm

Seberapa berulang pengukuran Anda? Hancurkan dan bangun kembali koneksi, dan ukur lagi, beberapa kali (min 3, tetapi 5 atau 10 akan lebih baik). Hanya dengan begitu Anda dapat melihat apakah 0,02dBm adalah efek fisik yang signifikan atau apakah itu kebetulan yang beruntung.

Ukur 20m, dan 30m. Apakah 0dB +/- 0,1dB tingkat penyerapan yang masuk akal untuk 10m serat? Saya tidak tahu, itu yang Anda ukur. Anda dapat yakin bahwa kehilangan serat dalam dB akan menjadi aditif untuk panjang yang lebih panjang (untuk mode tunggal, jika ada beberapa mode yang merambat ini mungkin tidak berlaku untuk total daya, tetapi masih berlaku untuk setiap mode ), jadi (setelah Anda sedang dalam mode operasi tunggal) Anda harus dapat menggambar grafik linear panjang serat terhadap kehilangan dB. Ingat, 2 poin membuat grafik yang sangat buruk secara statistik.

Dan akhirnya, saya menggunakan frasa 'tiba di akhir' dan 'kekuatan yang diluncurkan'. Kekuatan dalam serat tidak harus sama dengan di alat uji. Antarmuka akan menciptakan ketidakpastian, mereka kehilangan daya. Kehilangan daya tergantung pada perataan aksial, celah, permukaan akhir serat (jadi seberapa baik dipersiapkan). Saya akan benar-benar tidak terpengaruh oleh pengukuran yang menunjukkan bahwa serat pendek memiliki kerugian lebih rendah daripada hanya sumber langsung ke penerima, karena ini tentang efisiensi kopling optik.

Lebih jauh ke pengukuran pengulangan yang saya minta Anda buat di atas, itu bukan hanya beberapa perakitan berulang dari komponen yang sama (yang mengukur variabilitas Anda), tetapi juga melakukannya lagi untuk sampel yang berbeda dari nominal komponen yang sama (variabilitas sistem dan apakah alat dan metode yang disediakan untuk Anda bekerja berulang kali). Jadi buat 3 atau lebih sampel serat 1m, dan bandingkan.

Mode tunggal 1m 36,14dBm, multimode 1m 35,94dBm

Sekali lagi, gambarkan pengulangan Anda, sebelum Anda melompat ke kesimpulan apakah perbedaan terukur 0,2dB signifikan.

Serat mode tunggal dan multi mungkin memiliki lubang optik yang berbeda, sehingga memiliki kerugian kopling yang berbeda, cukup independen dari kehilangan transmisi mereka. Siapkan beberapa serat 'panjang nol', atau sedekat nol jika peralatan memungkinkan, dan ukurlah. Dan lakukan plot 10m, 20m, 30m untuk keduanya. Kemudian Anda dapat mulai mengatakan bahwa ada perbedaan yang signifikan di antara mereka.

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

Tidak. Dengan pengukuran Anda yang lain di atas, ada yang salah. Anda menumpahkan kopi di alat, atau seseorang menyesuaikan sesuatu saat punggung Anda diputar, untuk tertawa. Ukur lagi.

Jadi Anda pikir membuat pengukuran dan menarik kesimpulan itu mudah? Tidak. Uji perbedaan yang Anda lihat terhadap pengulangan eksperimental Anda. Variasikan satu faktor pada satu waktu. Pertimbangkan semua faktor yang mungkin dan kendalikan untuk mereka semua. Ingat, jika perbedaan itu nyata, itu akan tetap ada saat Anda melakukan pengukuran berulang. Jika Anda hanya melihat sesuatu sekali saja, apakah ini efeknya, apakah Anda, apakah ini sesuatu yang tidak Anda pikirkan?

Jawaban lain menyarankan beberapa cara percobaan Anda mungkin salah. Biarkan saya memberitahu Anda bagaimana melakukan pengukuran redaman serat dengan benar.

Teknik standar disebut pengukuran cut-back .

Ini berarti Anda mengatur sumber Anda memberi makan serat panjang (katakanlah, 10 m). Anda kemudian mengarahkan output serat tersebut ke dalam detektor area-besar (cukup besar sehingga menangkap semua cahaya yang keluar dari serat), atau ke dalam bola integrasi (yang benar-benar cara terbaik untuk menangkap semua lampu output). Ukur output cahaya.

Sekarang, tanpa mengganggu bagaimana cahaya digabungkan dalam serat, memotong serat kembali ke panjang pendek (1 m dalam kasus Anda). Abadikan lampu keluaran dengan cara yang sama seperti yang Anda lakukan sebelumnya, dan ukur daya keluaran.

Alasan untuk menggunakan teknik ini adalah bahwa efisiensi peluncuran biasanya sangat bervariasi, terutama dalam pengukuran benchtop. Anda dapat dengan mudah menambah atau mengurangi 3 atau 6 dB (atau lebih banyak lagi, untuk serat mode-tunggal) hanya dengan menyelaraskan serat ke sumber cahaya dengan sepersekian derajat atau beberapa mikron posisi. Ini kemungkinan salah satu sumber kesalahan dalam percobaan Anda, meskipun Anda tidak menjelaskan bagaimana atau kapan Anda memutus dan menghubungkan kembali sumber tersebut.

Masalah lain yang harus diperhatikan adalah mode cladding . Ini adalah cahaya yang digabungkan ke cladding dan dapat merambat selama beberapa meter, tetapi akan mengalami redaman yang lebih tinggi daripada cahaya dalam mode yang diinginkan. Untuk menghindari mengukur efek mode cladding, akan lebih baik menggunakan panjang serat yang lebih panjang untuk pengukuran Anda. Misalnya, mulailah dengan 100 m serat, dan potong kembali menjadi 90 m untuk melakukan pengukuran redaman.

Sunting: Satu masalah lagi. Jika Anda mengukur panjang pendek seperti itu, Anda harus memastikan sumber cahaya Anda sangat stabil. Mungkin pertama-tama ukurlah sumber cahaya setiap detik selama beberapa jam untuk memastikan daya outputnya tidak berbeda lebih dari sepersekian kecil pelemahan yang Anda harapkan dari serat Anda.

Jawaban Neil_UK cukup tepat, yaitu pengukuran Anda rusak. :-(

Masalah pertama dan paling jelas adalah pada panjang yang dipilih, 1m dan 30m: Keduanya sama-sama berada dalam kisaran efek tepi, yaitu kualitas koneksi ujung serat akan mendominasi kehilangan atenuasi yang sebenarnya.

Secara khusus, serat mode tunggal berkualitas baik pada 1300 nm dapat mendekati kerugian minimum teoretis yang merupakan fraksi kecil dari dB per km, ini adalah cara kabel transatlantik dapat bekerja dengan hanya beberapa amplifier di sepanjang jalan.

Jika kita mengasumsikan serat yang lebih murah dalam kisaran 0,1 hingga 1 dB / km, panjang 30m masih memberikan kerugian yang dapat diabaikan. Silakan coba 1-10 km!

Pengukuran single-mode Anda, diambil sendiri, akan menyarankan bahwa kerugian penyisipan / kopling mendominasi dan bahwa perbedaannya berada dalam margin kesalahan (digit signifikan ke-4 pada pengukuran dB tidak terlalu signifikan). Jika seseorang salah memasukkan serat singlemode 1m sebagai multimode, hasil Anda semua akan konsisten dalam margin yang masuk akal.

Menggabungkan ke serat multimode biasanya jauh lebih efisien - itu hanya target yang lebih besar dengan lebih banyak ruang untuk mendapatkan semuanya sedikit selaras dan masih mendapatkan sebagian besar cahaya.

Apa yang percobaan Anda terutama ajarkan kepada Anda adalah bahwa bekerja dengan serat singlemode bukanlah hal sepele.

Jenis serat apa yang Anda gunakan? Mode tunggal atau multimode? Jika multimode, apakah 62,5 um atau 50um?

Memasukkan sinyal ke kabel yang ukurannya tidak tepat akan segera hilang. Selain itu, konektor apa yang Anda gunakan untuk menghentikan serat? Apakah pemancar dan penerima dirancang untuk mode tunggal atau multi-mode?

Biasanya 850nm dan 1300nm digunakan untuk panjang gelombang multimode sedangkan jendela optik 1310nm dan 1500nm lebih sering digunakan untuk mode tunggal.

Sebagian besar penerima optik kelas atas yang pernah saya gunakan cenderung memiliki sensitivitas penerimaan hingga sekitar -28, -30 dBm. Tingkat penerimaan Anda yang diukur tampaknya berisik. Apa yang ditunjukkan oleh penerima Anda tanpa ada yang terhubung dengannya?

Juga, biasanya, kabel patch optik diwarnai sebagai berikut: Kuning - Mode tunggal pada 9um. oranye, Multi-mode pada 50um. Gray, multimode pada 62,5 um.

Pada catatan lain, kehilangan serat pada multimode cenderung sekitar 1,5dB per kilometer dan mode tunggal sekitar 0,15dB per kilometer. Mengukur beberapa meter serat tidak akan banyak memberi tahu Anda.