¿Por qué un cable de fibra óptica más largo produce una atenuación más baja?

Aquí es donde el científico de medición tiene que pasar al modo totalmente escéptico e investigativo.

Lo primero La fibra, como material pasivo, tiene pérdidas. Absorbe el poder. Por lo tanto, la potencia que llega al final de una longitud de fibra será menor que la que se lanzó. Período. Sin argumentos. Aquí no hacemos unidad excesiva.

Entonces, ¿qué causa tus observaciones?

Modo único, 1m -36.14dBm, 10m -36.12dBm

¿Qué tan repetibles son tus medidas? Divida y reconstruya las conexiones, y mida nuevamente, varias veces (min 3, pero 5 o 10 serían mejores). Solo entonces puedes ver si 0.02dBm es un efecto físico significativo o si es una coincidencia afortunada.

Medida 20m, y 30m. ¿Es 0dB +/- 0.1dB un nivel de absorción razonable para 10 m de fibra? No lo sé, eso es lo que estás midiendo. Puede estar seguro de que la pérdida de fibra en dB será aditiva para longitudes más largas (para el modo simple, si hay múltiples modos de propagación, esto puede no ser cierto para la potencia total, pero aún así es cierto para cada modo ), así que (una vez que estés en modo monomodo) deberías poder dibujar un gráfico lineal de longitud de fibra contra pérdida de dB. Recuerda, 2 puntos hacen un gráfico muy pobre estadísticamente.

Y finalmente, utilicé las frases 'llegar al final' y 'el poder que se lanzó'. La potencia en la fibra no es necesariamente la misma que en el engranaje de prueba. Las interfaces crearán incertidumbre, pierden poder. Las pérdidas de potencia dependen de la alineación axial, la separación, el acabado de la superficie de la cara de la fibra (qué tan bien se preparó). Me sentiría completamente imperturbable con una medición que demuestre que una fibra corta tenía una pérdida menor que la fuente directamente en el receptor, porque se trata de la eficiencia del acoplamiento óptico.

Además de las mediciones de repetibilidad que le pedí que hiciera anteriormente, no son solo varios montajes repetidos de los mismos componentes (que miden su variabilidad), sino que también lo hacen de nuevo para diferentes muestras de los mismos componentes nominalmente (la variabilidad de el sistema y si las herramientas y los métodos que se le proporcionan funcionan repetidamente). Así que haga 3 o más muestras de fibra de 1 m, y compárelas.

Modo único 1m 36.14dBm, multimodo 1m 35.94dBm

Nuevamente, caracterice su repetibilidad, antes de saltar a cualquier conclusión sobre si una diferencia medida de 0.2dB es significativa.

Las fibras monomodo y multimodo pueden tener diferentes aberturas ópticas, por lo que tienen diferentes pérdidas de acoplamiento, bastante independientes de sus pérdidas de transmisión. Prepare algunas fibras de 'longitud cero', o tan cerca de cero como el aparato lo permita, y mídalos. Y hacer parcelas de 10m, 20m, 30m para ambos. Luego puedes comenzar diciendo que hay una diferencia significativa entre ellos.

Multimodo 1m -35.94, 10m -18.48dBm

No. Dadas tus otras medidas anteriores, algo está mal. Ha derramado café en el aparato, o alguien ha ajustado algo mientras estaba de espaldas, para reírse. Mida de nuevo.

¿Entonces pensaste que hacer mediciones y sacar conclusiones era fácil? No. Pruebe cualquier diferencia que vea contra su repetibilidad experimental. Varíe un factor a la vez. Considerar todos los factores posibles y controlarlos a todos. Recuerde, si una diferencia es real, persistirá mientras realiza mediciones repetidas. Si solo ves algo una vez, ¿es el efecto, eres tú, es algo que no habías pensado?

Las otras respuestas han sugerido algunas formas en que su experimento podría haber salido mal. Déjame decirte cómo hacer una medición de atenuación de fibra correctamente.

La técnica estándar se denomina medida de reducción .

Esto significa que configuras tu fuente alimentando un pedazo largo de fibra (por ejemplo, 10 m). Luego, dirige la salida de esa fibra hacia un detector de área grande (lo suficientemente grande como para que capte esencialmente toda la luz que sale de la fibra), o hacia una esfera integradora (que es realmente la mejor manera de capturar toda la luz de salida). Medir la salida de luz.

Ahora, sin molestar cómo la luz se acopla en a la fibra, corte la fibra a una longitud más corta (1 m en su caso). Capture la luz de salida de la misma manera que lo hizo antes, y mida la potencia de salida.

El motivo para utilizar esta técnica es que la eficiencia de lanzamiento suele ser muy variable, especialmente en las mediciones de sobremesa. Podrías sumar o restar fácilmente 3 o 6 dB (o mucho más, para fibra monomodo) simplemente al alinear la fibra con la fuente de luz en una fracción de un grado o unos pocos micrones de posición. Es probable que esta sea una fuente de error en su experimento, aunque no describió cómo o cuando desconectó y volvió a conectar la fuente.

Otro problema a tener en cuenta es modos de revestimiento . Esta es una luz que se acopla al revestimiento y puede propagarse unos pocos metros, pero experimentará una mayor atenuación que la luz en los modos deseados. Para evitar medir los efectos del modo de revestimiento, sería mejor usar longitudes de fibra más largas para su medición. Por ejemplo, comience con 100 m de fibra y recórtela a 90 m para realizar la medición de atenuación.

Editar: Un problema más. Si está midiendo longitudes tan cortas, deberá asegurarse de que su fuente de luz sea increíblemente estable. Probablemente primero mida la fuente de luz cada segundo durante unas pocas horas para asegurarse de que su potencia de salida no varíe en más de una pequeña fracción de la atenuación que espera de su fibra.

La respuesta de Neil_UK es bastante acertada, es decir, sus medidas están rotas. :-(

El primer y más obvio problema está en las longitudes elegidas, 1m y 30m: ambos están dentro de los rangos de efectos de borde, es decir, la calidad de las conexiones de extremo de la fibra dominará cualquier pérdida de atenuación real.

En particular, la fibra monomodo de buena calidad a 1300 nm puede acercarse mucho a la pérdida mínima teórica, que es una pequeña fracción de dB por km, así es como los cables transatlánticos pueden funcionar con solo algunos amplificadores en el camino.

Si asumimos que la fibra es más barata en el rango de 0.1 a 1 dB / km, la longitud de 30 m aún produce una pérdida insignificante. Por favor intente 1-10 km!

Su medición de modo único, tomada por sí sola, sugeriría que las pérdidas de inserción / acoplamiento dominan y que la diferencia está dentro del margen de error (el cuarto dígito significativo en una medición de dB no es muy significativo). Si alguien hubiera etiquetado incorrectamente una fibra monomodo de 1 m como multimodo, todos sus resultados serían consistentes dentro de un margen razonable.

El acoplamiento en fibra multimodo suele ser mucho más eficiente: es simplemente un objetivo más grande con más espacio para hacer que todo quede un poco desalineado y aún así pueda obtener la mayor cantidad de luz.

Lo que su experimento le ha enseñado principalmente es que el trabajo con fibra monomodo no es trivial.

¿Qué tipo de fibra estás usando? ¿Modo simple o multimodo? Si es multimodo, ¿es 62.5 um o 50um?

La inserción de una señal en un cable de tamaño incorrecto sufrirá una pérdida inmediata. Además, ¿qué conectores está utilizando para terminar la fibra? ¿El transmisor y el receptor están diseñados para modo simple o multimodo?

Normalmente, se utilizan 850nm y 1300nm para longitudes de onda multimodo, mientras que las ventanas ópticas de 1310nm y 1500nm se usan con mayor frecuencia para el modo único.

La mayoría de los receptores ópticos de gama alta con los que he trabajado tienden a tener una sensibilidad de recepción de alrededor de -28, -30 dBm. Sus niveles de recepción medidos parecen ser ruido. ¿Qué muestra tu receptor sin nada conectado?

Además, por lo general, los cables de conexión ópticos se colorean de la siguiente manera: Amarillo: modo simple en 9um. Naranja, multimodo a 50um. Gris, multimodo a 62.5 um.

En otra nota, las pérdidas de fibra en multimodo tienden a estar alrededor de 1.5dB por kilómetro y el modo único a alrededor de 0.15dB por kilómetro. Medir unos pocos metros de fibra no te va a decir mucho.