광섬유 케이블이 길어질수록 감쇠가 낮아지는 이유는 무엇입니까?

나는 단지 내 대학에서 광섬유 케이블의 길이와 케이블 유형의 감쇠를 연구하는 실험을 수행했습니다.

이 실험은 LED 광원과 다른 쪽 끝에 연결된 파워 미터로 수행되었습니다.

파장은 1300nm로 설정되고 결과는 다음과 같이 얻어진다 :

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

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

왜 케이블이 길어지고 수신 전력이 높아지고 멀티 모드 광섬유 케이블이 단일 모드 케이블보다 수신 전력이 더 높은지 설명해 줄 수 있습니까?

여기에서 측정 과학자는 완전한 회의적이고 조사 모드로 들어가야합니다.

먼저 수동 재료 인 섬유는 손실이 있습니다. 힘을 흡수합니다. 따라서 광섬유 길이 끝에 도달하는 전력은 시작된 것보다 적습니다. 기간. 논쟁이 없다. 우리는 여기서 통일을하지 않습니다.

그렇다면 관찰 결과는 무엇입니까?

단일 모드, 1m -36.14dBm, 10m -36.12dBm

측정이 얼마나 반복적입니까? 연결을 끊고 다시 구축 한 후 다시 여러 번 측정하십시오 (최소 3, 5 또는 10이 더 좋습니다). 그런 다음에야 0.02dBm이 중요한 물리적 효과인지 또는 운이 좋은 우연의 일치인지 알 수 있습니다.

20m, 30m를 측정하십시오. 0dB +/- 0.1dB이 10m의 섬유에 적합한 흡수 수준입니까? 모르겠어요, 그것이 당신이 측정하는 것입니다. 단일 모드의 경우 여러 모드가 전파되는 경우 총 전력에는 해당되지 않지만 각 모드에 대해서는 여전히 사실이므로 단일 모드의 경우 dB 단위의 광섬유 손실이 가산 될 수 있습니다. '단일 모드 작동시) dB 손실에 대한 파이버 길이의 선형 그래프를 그릴 수 있어야합니다. 2 포인트는 통계적으로 매우 나쁜 그래프를 만듭니다.

마지막으로 '끝에 도착하다'와 '출시 된 힘'이라는 문구를 사용했습니다. 광섬유의 출력이 테스트 기어와 반드시 같을 필요는 없습니다. 인터페이스는 불확실성을 유발하고 전력을 잃습니다. 전력 손실은 축 정렬, 간격, 섬유 표면 마감재 (준비 정도)에 따라 달라집니다. 짧은 길이의 광섬유가 광학 커플 링 효율에 관한 것이기 때문에 수신기로 직접 공급되는 것보다 손실이 적다는 것을 보여주는 측정에 완전히 실망하지 않을 것입니다.

반복성 측정 이외에도 동일한 구성 요소 (변수를 측정하는)의 여러 반복 조립뿐만 아니라 명목상 동일한 구성 요소의 여러 샘플 (시스템의 가변성 및 제공된 도구와 방법이 반복적으로 작동하는지 여부). 따라서 1m 섬유의 샘플을 3 개 이상 만들어 비교하십시오.

단일 모드 1m 36.14dBm, 다중 모드 1m 35.94dBm

0.2dB의 측정 된 차이가 중요한지 여부에 대한 결론으로 ​​넘어 가기 전에 반복성을 특성화하십시오.

단일 및 다중 모드 광섬유는 서로 다른 광학 조리개를 가질 수 있으므로 전송 손실과는 무관하게 서로 다른 커플 링 손실이 있습니다. '제로 길이'파이버를 준비하거나 장치가 허용하는 한 제로에 가까운 파이버를 준비하고 측정하십시오. 그리고 10m, 20m, 30m 플롯을 모두 수행하십시오. 그런 다음 그들 사이에 큰 차이가 있다고 말할 수 있습니다.

멀티 모드 1m -35.94, 10m -18.48dBm

아니요. 위의 다른 측정 값을 고려하면 문제가 있습니다. 기기에 커피를 쏟았거나 등을 돌리는 동안 누군가가 무언가를 조정하여 웃었습니다. 다시 측정하십시오.

측정 및 그리기 결론을 쉽게 내릴 수 있다고 생각하십니까? 아닙니다. 실험 반복성에 대한 차이점을 테스트하십시오. 한 번에 한 가지 요소 만 다릅니다. 가능한 모든 요소를 ​​고려하고 모든 것을 통제하십시오. 차이가 실제 인 경우 반복 측정을 수행해도 차이가 지속됩니다. 당신이 한 번만 무언가를 본다면, 그것이 효과입니까, 당신입니까, 당신이 생각하지 못한 것입니까?

다른 답변은 실험이 잘못되었을 수있는 몇 가지 방법을 제안했습니다. 섬유 감쇠 측정을 올바르게 수행하는 방법을 알려 드리겠습니다.

표준 기술을 컷백 측정 이라고합니다 .

즉, 긴 섬유 조각 (예 : 10m)을 공급하도록 소스를 설정해야합니다. 그런 다음 해당 섬유의 출력을 대 면적 검출기 (섬유를 빠져 나가는 모든 빛을 본질적으로 포착 할 수있을 정도로 큰) 또는 통합 구 (모든 출력 광을 포착하는 가장 좋은 방법)로 보냅니다. 광 출력을 측정하십시오.

이제 빛이 광섬유 에 어떻게 결합되는지 방해하지 않으면 서 더 짧은 길이 (귀하의 경우 1m)로 광섬유를 다시 자릅니다. 이전과 동일한 방식으로 출력 라이트를 캡처하고 출력 전력을 측정합니다.

이 기술을 사용하는 이유 는 특히 벤치 탑 측정에서 시작 효율 이 매우 다양하기 때문입니다. 광섬유를 광원의 일부 또는 수 미크론의 위치로 잘못 정렬하여 3 또는 6dB (단일 모드 광섬유의 경우 훨씬 더)을 쉽게 더하거나 뺄 수 있습니다. 소스를 연결 해제했다가 다시 연결하는 방법이나시기에 대해서는 설명하지 않았지만 이는 실험에서 오류의 원인 중 하나 일 수 있습니다.

주의해야 할 또 다른 문제는 클래딩 모드 입니다. 이것은 클래딩에 결합 된 빛이며 몇 미터 동안 전파 될 수 있지만 원하는 모드에서 빛보다 더 높은 감쇠를 경험합니다. 클래딩 모드 효과 측정을 피하려면 측정에 더 긴 섬유 길이를 사용하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 100m의 섬유로 시작하여 감쇠 측정을 수행하기 위해 90m으로 다시 자릅니다.

편집 : 하나 더 문제. 이러한 짧은 길이를 측정하는 경우 광원이 매우 안정적이어야합니다. 아마도 몇 시간 동안 매초마다 광원을 측정하여 출력 전력이 광섬유에서 기대하는 감쇠의 작은 부분 이상으로 변하지 않도록하십시오.

Neil_UK의 대답 은 거의 주목할 만합니다 . 즉 측정이 깨졌습니다. :-(

첫 번째로 가장 명백한 문제는 1m와 30m 사이의 길이입니다. 이들은 모두 에지 효과 범위 내에 있습니다. 즉, 파이버 엔드 연결의 품질이 실제 감쇠 손실을 지배합니다.

특히, 1300 nm에서 양질의 단일 모드 광섬유는 이론적 인 최소 손실에 매우 근접 할 수 있는데, 이는 km 당 dB의 작은 부분 인 대서양 횡단 케이블이 몇 개의 증폭기로 작동하는 방식입니다.

0.1 ~ 1 dB / km 범위에서 더 저렴한 광섬유를 사용하더라도 30m 길이는 여전히 무시할만한 손실을줍니다. 1-10km를 시도하십시오!

단일 모드 측정은 자체적으로 수행되므로 삽입 / 커플 링 손실이 우세하고 그 차이가 오류 마진 내에 있음을 나타냅니다 (dB 측정에서 4 번째 유효 숫자는 그리 중요하지 않음). 누군가가 1m 단일 모드 광섬유를 다중 모드로 잘못 표시 한 경우 결과는 어느 정도 합리적인 한계 내에서 일관됩니다.

멀티 모드 파이버에 커플 링하는 것이 일반적으로 훨씬 더 효율적입니다. 모든 것이 약간 잘못 정렬되어 여전히 대부분의 빛을 얻을 수있는 더 많은 공간을 가진 더 큰 대상입니다.

실험에서 주로 배운 것은 단일 모드 광섬유로 작업하는 것이 쉽지 않다는 것입니다.

어떤 종류의 섬유를 사용하고 있습니까? 단일 모드 또는 다중 모드? 다중 모드 인 경우 62.5um 또는 50um입니까?

잘못된 크기의 케이블에 신호를 삽입하면 즉각적인 손실이 발생합니다. 또한, 파이버를 종료하기 위해 어떤 커넥터를 사용하고 있습니까? 송신기와 수신기는 단일 또는 다중 모드 용으로 설계 되었습니까?

일반적으로 850nm 및 1300nm는 다중 모드 파장에 사용되는 반면 1310nm 및 1500nm 광학 창은 단일 모드에 더 자주 사용됩니다.

내가 작업 한 대부분의 고급 광 수신기는 약 -28, -30 dBm의 수신 감도를 갖는 경향이 있습니다. 측정 된 수신 레벨이 노이즈 인 것 같습니다. 수신기에 아무것도 연결되어 있지 않은 것은 무엇입니까?

또한 일반적으로 광학 패치 코드는 다음과 같이 색상이 지정됩니다. 노란색-9um의 단일 모드. 주황색, 50um에서 다중 모드. 그레이, 62.5um의 멀티 모드.

다시 말하면, 다중 모드에서의 광섬유 손실은 킬로미터 당 약 1.5dB이고 킬로미터 당 약 0.15dB에서 단일 모드입니다. 몇 미터의 섬유를 측정한다고해서 별다른 정보를 얻을 수는 없습니다.