¿Por qué un cable de fibra óptica más largo da como resultado una atenuación más baja?

Aquí es donde el científico de la medición tiene que entrar en un modo completamente escéptico e investigativo.

Lo primero. La fibra, como material pasivo, tiene pérdidas. Absorbe energía. Por lo tanto, la potencia que llega al final de un tramo de fibra será menor que la lanzada. Período. Sin argumentos. No hacemos exceso de unidad aquí.

Entonces, ¿qué causa sus observaciones?

Modo único, 1 m -36,14 dBm, 10 m -36,12 dBm

¿Qué tan repetibles son sus medidas? Rompa y reconstruya las conexiones, y mida nuevamente, varias veces (mínimo 3, pero 5 o 10 sería mejor). 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 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 un solo modo, si hay varios modos de propagación, esto puede no ser cierto para la potencia total, pero sigue siendo cierto para cada modo ), por lo que (una vez que está en funcionamiento de modo único), debería poder dibujar un gráfico lineal de la longitud de la fibra frente a la pérdida de dB. Recuerde, 2 puntos hacen un gráfico muy pobre estadísticamente.

Y finalmente, usé las frases 'llegando al final' y 'el poder que fue lanzado'. La potencia en la fibra no es necesariamente la misma que en el equipo de prueba. Las interfaces crearán incertidumbre, pierden potencia. Las pérdidas de potencia dependen de la alineación axial, el espacio, el acabado de la superficie de la cara de la fibra (y qué tan bien se preparó). No me inquietaría por completo una medición que muestre que una longitud corta de fibra tiene una pérdida menor que solo 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 se trata solo de varios ensamblajes repetidos de los mismos componentes (lo que mide su variabilidad), sino también de hacerlo nuevamente para diferentes muestras de nominalmente los mismos componentes (la variabilidad del sistema y si las herramientas y los métodos que se le proporcionan funcionan de forma repetible). Así que haga 3 o más muestras de fibra de 1 m y compárelas.

Monomodo 1m 36.14dBm, multimodo 1m 35.94dBm

Nuevamente, caracterice su repetibilidad, antes de sacar conclusiones precipitadas sobre si una diferencia medida de 0.2dB es significativa.

Las fibras monomodo y multimodo pueden tener diferentes aperturas ópticas, por lo que tienen diferentes pérdidas de acoplamiento, independientemente de sus pérdidas de transmisión. Prepare algunas fibras de 'longitud cero', o tan cerca de cero como lo permita el aparato, y mídalas. Y haz parcelas de 10m, 20m, 30m para ambos. Entonces puedes empezar diciendo que hay una diferencia significativa entre ellos.

Multimodo 1m -35.94, 10m -18.48dBm

No. Dadas las otras medidas anteriores, algo anda mal. Derramó café en el aparato, o alguien ajustó algo mientras estaba de espaldas, para reírse. Medir de nuevo.

Entonces, ¿pensaste que tomar medidas y sacar conclusiones era fácil? No. Pruebe cualquier diferencia que vea con su repetibilidad experimental. Varíe un factor a la vez. Considere todos los factores posibles y controle todos ellos. Recuerde, si la diferencia es real, persistirá a medida que realice mediciones repetidas. Si solo ves algo una vez, ¿es el efecto, eres tú, es algo en lo 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 medición de reducción .

Esto significa que configura su fuente alimentando una pieza larga de fibra (digamos, 10 m). Luego dirige la salida de esa fibra a un detector de área grande (lo suficientemente grande como para capturar esencialmente toda la luz que sale de la fibra) o a una esfera integradora (que es realmente la mejor manera de capturar toda la luz de salida). Mida la salida de luz.

Ahora, sin alterar cómo se acopla la luz 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.

La razón para usar esta técnica es que la eficiencia de lanzamiento suele ser muy variable, particularmente en mediciones de banco. Puede sumar o restar fácilmente 3 o 6 dB (o mucho más, para fibra monomodo) simplemente desalineando la fibra con la fuente de luz por una fracción de grado o unas pocas micras de posición. Esta es probablemente una fuente de error en su experimento, aunque no describió cómo o cuándo desconectó y volvió a conectar la fuente.

Otro tema a tener en cuenta son los modos de revestimiento . Esta es 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 algunas 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, 1 my 30 m: ambas se encuentran dentro de los rangos del efecto de borde, es decir, la calidad de las conexiones de los extremos 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 unos pocos amplificadores en el camino.

Si asumimos una fibra más barata en el rango de 0,1 a 1 dB/km, la longitud de 30 m sigue teniendo una pérdida insignificante. Por favor, intente 1-10 km!

Su medición monomodo, tomada por sí sola, sugeriría que dominan las pérdidas de inserción/acoplamiento 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 erróneamente una fibra monomodo de 1 m como multimodo, todos sus resultados serían consistentes dentro de un margen razonable.

El acoplamiento a la fibra multimodo suele ser mucho más eficiente: es simplemente un objetivo más grande con más espacio para desalinear todo ligeramente y aún así obtener la mayor parte de la luz.

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

¿Qué tipo de fibra estás usando? ¿Modo único o multimodo? Si es multimodo, ¿es de 62,5 um o de 50 um?

Insertar 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 único o multimodo?

Por lo general, 850nm y 1300nm se usan para longitudes de onda multimodo, mientras que las ventanas ópticas de 1310nm y 1500nm se usan con más frecuencia para un solo modo.

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 su receptor sin nada conectado a él?

Además, normalmente, los latiguillos ópticos se colorean de la siguiente manera: Amarillo: modo único a 9 um. naranja, multimodo a 50um. Gris, multimodo a 62,5 um.

En otra nota, las pérdidas de fibra en multimodo tienden a ser de alrededor de 1,5 dB por kilómetro y en modo único de alrededor de 0,15 dB por kilómetro. Medir unos pocos metros de fibra no te dirá mucho.