Warum führt ein längeres Glasfaserkabel zu einer geringeren Dämpfung?

Ich habe gerade an meinem College ein Experiment durchgeführt, um die Dämpfung von Glasfaserkabeln in Abhängigkeit von Länge und Kabeltyp zu untersuchen.

Dieses Experiment wurde mit einer LED-Lichtquelle und einem am anderen Ende angeschlossenen Leistungsmesser durchgeführt.

Die Wellenlänge wird auf 1300 nm eingestellt und die Ergebnisse werden wie folgt erhalten:

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

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

Kann mir jemand erklären, warum mit zunehmender Länge des Kabels die Empfangsleistung steigt und warum Multimode-Glasfaserkabel eine höhere Empfangsleistung haben als Singlemode-Kabel?

Hier muss sich der Messwissenschaftler in einen völlig skeptischen und recherchierenden Modus begeben.

Erste Sache. Faser als passives Material ist verlustbehaftet. Es absorbiert Kraft. Daher ist die Leistung, die am Ende einer Faserlänge ankommt, geringer als sie gestartet wurde. Zeitraum. Keine Argumente. Wir machen hier keine Über-Einheit.

Was verursacht Ihre Beobachtungen?

Einzelmodus, 1 m - 36,14 dBm, 10 m - 36,12 dBm

Wie wiederholbar sind Ihre Messungen? Brechen Sie die Verbindungen zusammen, stellen Sie sie wieder her und messen Sie sie mehrmals (mindestens 3, aber 5 oder 10 wären besser). Nur dann können Sie erkennen, ob 0,02 dBm ein bedeutender physikalischer Effekt ist oder ob es sich um einen glücklichen Zufall handelt.

Messen Sie 20 m und 30 m. Ist 0 dB +/- 0,1 dB ein angemessenes Absorptionsniveau für 10 m Faser? Ich weiß nicht, das messen Sie. Sie können sicher sein, dass der Faserverlust in dB für längere Strecken additiv ist (für den Einzelmodus gilt dies möglicherweise nicht für die Gesamtleistung, wenn sich mehrere Modi ausbreiten, dies gilt jedoch weiterhin für jeden Modus ) Wenn Sie sich im Single-Mode-Betrieb befinden, sollten Sie in der Lage sein, einen linearen Graphen der Faserlänge gegen den dB-Verlust zu zeichnen. Denken Sie daran, 2 Punkte ergeben ein sehr statistisch schlechtes Diagramm.

Und schließlich habe ich die Ausdrücke "am Ende ankommen" und "die Kraft, die ins Leben gerufen wurde" verwendet. Die Leistung in der Faser muss nicht unbedingt mit der im Testgerät übereinstimmen. Die Schnittstellen erzeugen Unsicherheit, sie verlieren an Leistung. Die Leistungsverluste hängen von der axialen Ausrichtung, dem Spalt und der Oberflächenbeschaffenheit der Faser ab (also davon, wie gut sie vorbereitet wurde). Ich wäre völlig unbeeindruckt von einer Messung, die zeigt, dass eine kurze Faserlänge einen geringeren Verlust aufweist als nur die Quelle direkt in den Empfänger, da es um die optische Kopplungseffizienz geht.

Zusätzlich zu den Wiederholbarkeitsmessungen, die ich Sie oben gebeten habe, sind dies nicht nur mehrere Wiederholungsmontagen derselben Komponenten (was Ihre Variabilität misst), sondern auch eine Wiederholung für verschiedene Stichproben nominell derselben Komponenten (die Variabilität des Systems und ob die Werkzeuge und Methoden, die Ihnen zur Verfügung gestellt werden, wiederholbar funktionieren. Machen Sie also 3 oder mehr Proben von 1 m Faser und vergleichen Sie sie.

Singlemode 1m 36.14dBm, Multimode 1m 35.94dBm

Charakterisieren Sie erneut Ihre Wiederholbarkeit, bevor Sie zu Schlussfolgerungen darüber gelangen, ob eine gemessene Differenz von 0,2 dB signifikant ist.

Singlemode- und Multimode-Fasern können unterschiedliche optische Aperturen aufweisen, so dass sie unabhängig von ihren Übertragungsverlusten unterschiedliche Kopplungsverluste aufweisen. Bereiten Sie einige Fasern mit der Länge Null oder so nahe wie möglich am Nullpunkt vor und messen Sie diese. Und mache 10m, 20m, 30m Plots für beide. Dann können Sie sagen, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen ihnen gibt.

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

Nein. In Anbetracht Ihrer anderen obigen Maße stimmt etwas nicht. Sie haben Kaffee in den Apparat geschüttet oder jemand hat etwas korrigiert, während Sie sich umgedreht haben, um zu lachen. Erneut messen.

Sie dachten also, es sei einfach, Messungen vorzunehmen und Schlussfolgerungen zu ziehen? Testen Sie jeden Unterschied, den Sie sehen, gegen Ihre experimentelle Wiederholbarkeit. Variieren Sie einen Faktor nach dem anderen. Berücksichtigen Sie alle möglichen Faktoren und kontrollieren Sie sie alle. Denken Sie daran, dass ein realer Unterschied bei wiederholten Messungen bestehen bleibt. Wenn Sie etwas nur einmal sehen, ist es der Effekt, sind es Sie, ist es etwas, an das Sie nicht gedacht haben?

Die anderen Antworten deuten darauf hin, dass Ihr Experiment möglicherweise fehlgeschlagen ist. Lassen Sie mich Ihnen sagen, wie Sie eine Faserdämpfungsmessung korrekt durchführen.

Die Standardtechnik wird als Cut-Back-Messung bezeichnet .

Das heißt, Sie richten Ihre Quelle so ein, dass sie ein langes Stück Faser (z. B. 10 m) speist. Sie leiten dann den Ausgang dieser Faser in einen großflächigen Detektor (der groß genug ist, um im Wesentlichen das gesamte aus der Faser austretende Licht einzufangen) oder in eine integrierende Kugel (was wirklich der beste Weg ist, das gesamte Ausgangslicht einzufangen). Messen Sie die Lichtleistung.

Schneiden Sie nun die Faser auf eine kürzere Länge zurück (1 m in Ihrem Fall) , ohne die Einkopplung des Lichts in die Faser zu stören . Erfassen Sie das Ausgangslicht auf dieselbe Weise wie zuvor und messen Sie die Ausgangsleistung.

Der Grund für diese Technik ist, dass der Abschusswirkungsgrad in der Regel sehr unterschiedlich ist, insbesondere bei Tischmessungen. Sie können 3 oder 6 dB (oder viel mehr für Singlemode-Fasern) einfach addieren oder subtrahieren, indem Sie die Faser um einen Bruchteil eines Grades oder einige Mikrometer der Position zur Lichtquelle verschieben. Dies ist wahrscheinlich eine Fehlerquelle in Ihrem Experiment, obwohl Sie nicht beschrieben haben, wie oder wann Sie die Quelle getrennt und wieder angeschlossen haben.

Ein weiteres Problem, auf das Sie achten sollten, sind die Verkleidungsmodi . Dies ist Licht, das in die Ummantelung eingekoppelt wird und sich einige Meter ausbreiten kann, jedoch eine höhere Dämpfung erfährt als Licht in den gewünschten Moden. Um zu vermeiden, dass Manteleffekte gemessen werden, ist es besser, längere Faserlängen für Ihre Messung zu verwenden. Beginnen Sie beispielsweise mit 100 m Faser und schneiden Sie diese auf 90 m zurück, um die Dämpfungsmessung durchzuführen.

Bearbeiten: Ein weiteres Problem. Wenn Sie so kurze Längen messen, müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Lichtquelle unglaublich stabil ist. Vermutlich messen Sie zuerst einige Stunden lang jede Sekunde die Lichtquelle, um sicherzustellen, dass sich ihre Ausgangsleistung nicht um mehr als einen Bruchteil der von Ihrer Faser erwarteten Dämpfung ändert.

Neil_UKs Antwort ist genau richtig , dh Ihre Messungen sind fehlerhaft . :-(

Das erste und offensichtlichste Problem liegt in den gewählten Längen von 1 m und 30 m: Beide liegen innerhalb der Randeffektbereiche, dh die Qualität der Faserendverbindungen dominiert den tatsächlichen Dämpfungsverlust.

Insbesondere kann eine qualitativ hochwertige Einmodenfaser bei 1300 nm sehr nahe an den theoretischen Mindestverlust heranreichen, der nur ein Bruchteil von dB pro km beträgt. Auf diese Weise können transatlantische Kabel mit nur wenigen Verstärkern auf dem Weg arbeiten.

Wenn wir von günstigeren Glasfasern im Bereich von 0,1 bis 1 dB / km ausgehen, ergibt die Länge von 30 m immer noch einen vernachlässigbaren Verlust. Bitte versuchen Sie es mit 1-10 km!

Ihre Einmodenmessung für sich genommen würde darauf hindeuten, dass Einfüge- / Kopplungsverluste dominieren und dass die Differenz innerhalb der Fehlergrenze liegt (4. signifikante Stelle bei einer dB-Messung ist nicht sehr signifikant). Wenn jemand eine 1 m Singlemode-Faser als Multimode-Faser falsch etikettiert hätte, wären Ihre Ergebnisse alle innerhalb eines angemessenen Bereichs konsistent.

Das Einkoppeln in Multimode-Glasfasern ist in der Regel viel effizienter - es ist einfach ein größeres Ziel mit mehr Raum, um alles leicht falsch auszurichten und dennoch den größten Teil des Lichts hereinzulassen.

Ihr Experiment hat Sie vor allem gelehrt, dass die Arbeit mit Singlemode-Fasern nicht trivial ist.

Welche Art von Faser verwenden Sie? Singlemode oder Multimode? Wenn Multimode, ist es 62,5 um oder 50 um?

Wenn Sie ein Signal in ein falsch dimensioniertes Kabel einstecken, geht dies sofort verloren. Welche Anschlüsse verwenden Sie zusätzlich, um die Glasfaser zu terminieren? Sind Sender und Empfänger für Single- oder Multi-Mode ausgelegt?

Typischerweise werden 850 nm und 1300 nm für Multimode-Wellenlängen verwendet, während 1310 nm und 1500 nm optische Fenster häufiger für Singlemode verwendet werden.

Die meisten optischen High-End-Empfänger, mit denen ich gearbeitet habe, haben eine Empfangsempfindlichkeit von -28, -30 dBm. Die gemessenen Empfangspegel scheinen Rauschen zu sein. Was zeigt Ihr Receiver, wenn nichts damit verbunden ist?

Typischerweise sind optische Patchkabel auch wie folgt gefärbt: Gelb - Einzelmodus bei 9 & mgr; m. Orange, Multi-Mode bei 50um. Grau, Multimode bei 62,5 um.

Auf der anderen Seite liegen die Faserverluste im Multimode-Modus tendenziell bei etwa 1,5 dB pro Kilometer und im Single-Mode-Modus bei etwa 0,15 dB pro Kilometer. Das Messen einiger Meter Faser sagt nicht viel aus.