Pourquoi un câble à fibre optique plus long entraîne-t-il une atténuation plus faible?

Je viens de réaliser une expérience dans mon collège pour étudier l'atténuation du câble à fibre optique en fonction de la longueur et du type de câble.

Cette expérience a été réalisée avec une source de lumière LED et un wattmètre connectés à l'autre extrémité.

La longueur d'onde est fixée à 1300 nm et les résultats obtenus comme suit:

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

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

N'importe qui pourrait m'expliquer pourquoi, à mesure que le câble s'allonge, la puissance reçue augmente et aussi pourquoi le câble à fibre optique multimode a une puissance reçue plus élevée que le câble monomode?

C'est là que le scientifique de la mesure doit passer en mode sceptique et d'investigation complet.

Première chose. La fibre, en tant que matériau passif, est avec perte. Il absorbe le pouvoir. Par conséquent, la puissance arrivant au bout d'une longueur de fibre sera inférieure à celle lancée. Période. Aucun argument. Nous ne faisons pas de sur-unité ici.

Alors, qu'est-ce qui cause vos observations?

Mode unique, 1 m -36,14 dBm, 10 m -36,12 dBm

Vos mesures sont-elles reproductibles? Brisez et reconstruisez les connexions, et mesurez à nouveau plusieurs fois (min 3, mais 5 ou 10 serait mieux). Ce n'est qu'alors que vous pouvez voir si 0,02 dBm est un effet physique significatif ou s'il s'agit d'une heureuse coïncidence.

Mesurez 20m et 30m. 0 dB +/- 0,1 dB est-il un niveau d'absorption raisonnable pour 10 m de fibre? Je ne sais pas, c'est ce que vous mesurez. Vous pouvez être assuré que la perte de fibre en dB sera additive pour des longueurs plus longues (pour le mode unique, s'il y a plusieurs modes se propageant, cela peut ne pas être vrai pour la puissance totale, mais c'est toujours vrai pour chaque mode ), donc (une fois que vous vous êtes en mode monomode), vous devriez pouvoir tracer un graphique linéaire de la longueur des fibres contre la perte en dB. Rappelez-vous, 2 points font un graphique très statistiquement pauvre.

Et enfin, j'ai utilisé les expressions «arriver à la fin» et «le pouvoir qui a été lancé». La puissance dans la fibre n'est pas nécessairement la même que dans l'équipement de test. Les interfaces créeront de l'incertitude, elles perdront de la puissance. Les pertes de puissance dépendent de l'alignement axial, de l'écart, de la finition de la surface de la face de la fibre (donc de la qualité de sa préparation). Je ne serais pas dérouté par une mesure montrant qu'une courte longueur de fibre avait une perte inférieure à celle de la source directement dans le récepteur, car il s'agit de l'efficacité du couplage optique.

Suite aux mesures de répétabilité que je vous ai demandé de faire ci-dessus, il ne s'agit pas seulement de plusieurs assemblages répétés des mêmes composants (qui mesure votre variabilité), mais aussi de le faire à nouveau pour différents échantillons de nominalement les mêmes composants (la variabilité du système et si les outils et méthodes qui vous sont fournis fonctionnent de manière répétée). Faites donc 3 échantillons ou plus de fibre de 1 m et comparez-les.

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

Encore une fois, caractérisez votre répétabilité, avant de tirer des conclusions quant à savoir si une différence mesurée de 0,2 dB est significative.

Les fibres monomodes et multimodes peuvent avoir des ouvertures optiques différentes, donc des pertes de couplage différentes, tout à fait indépendantes de leurs pertes de transmission. Préparez des fibres de «longueur nulle», ou aussi près de zéro que l'appareil le permet, et mesurez-les. Et faites des parcelles de 10m, 20m, 30m pour les deux. Ensuite, vous pouvez commencer à dire qu'il existe une différence significative entre eux.

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

Compte tenu de vos autres mesures ci-dessus, quelque chose ne va pas. Vous avez renversé du café sur l'appareil, ou quelqu'un a ajusté quelque chose alors que votre dos était tourné, pour rire. Mesurez à nouveau.

Vous pensiez donc qu'il était facile de prendre des mesures et de tirer des conclusions? Non. Testez toute différence que vous voyez par rapport à votre répétabilité expérimentale. Variez un facteur à la fois. Tenez compte de tous les facteurs possibles et contrôlez-les tous. N'oubliez pas que si une différence est réelle, elle persistera pendant que vous effectuez des mesures répétées. Si vous voyez quelque chose une seule fois, est-ce l'effet, c'est vous, est-ce quelque chose auquel vous n'aviez pas pensé?

Les autres réponses suggèrent que votre expérience a peut-être mal tourné. Permettez-moi de vous dire comment faire correctement une mesure d'atténuation de fibre.

La technique standard est appelée une mesure de réduction .

Cela signifie que vous configurez votre source en alimentant un long morceau de fibre (disons, 10 m). Vous dirigez ensuite la sortie de cette fibre dans un détecteur de grande surface (suffisamment grand pour qu'il capture essentiellement toute la lumière sortant de la fibre), ou dans une sphère d'intégration (qui est vraiment le meilleur moyen de capturer toute la lumière de sortie). Mesurez le flux lumineux.

Or, sans perturber la façon dont la lumière est couplée dans la fibre, couper l'arrière de la fibre à une longueur plus courte (dans le cas de 1 m). Capturez la lumière de sortie de la même manière que précédemment et mesurez la puissance de sortie.

La raison d'utiliser cette technique est que l' efficacité de lancement est généralement très variable, en particulier dans les mesures de paillasse. Vous pouvez facilement ajouter ou soustraire 3 ou 6 dB (ou bien plus, pour la fibre monomode) simplement en désalignant la fibre sur la source lumineuse d'une fraction de degré ou de quelques microns de position. Il s'agit probablement d'une source d'erreur dans votre test, bien que vous n'ayez pas décrit comment ou quand vous avez déconnecté et reconnecté la source.

Un autre problème à surveiller concerne les modes de revêtement . Il s'agit de la lumière qui est couplée au revêtement et peut se propager sur quelques mètres, mais subira une atténuation plus élevée que la lumière dans les modes souhaités. Pour éviter de mesurer les effets du mode de gaine, il serait préférable d'utiliser des longueurs de fibre plus longues pour votre mesure. Par exemple, commencez avec 100 m de fibre et coupez-la à 90 m pour effectuer la mesure d'atténuation.

Edit: Un autre problème. Si vous mesurez des longueurs aussi courtes, vous devrez vous assurer que votre source de lumière est incroyablement stable. Mesurez probablement la source de lumière toutes les secondes pendant quelques heures pour vous assurer que sa puissance de sortie ne varie pas de plus d'une petite fraction de l'atténuation que vous attendez de votre fibre.

La réponse de Neil_UK est à peu près exacte , c'est-à-dire que vos mesures sont cassées. :-(

Le premier problème, et le plus évident, concerne les longueurs choisies, 1 m et 30 m: elles se situent toutes deux bien dans les plages d'effet de bord, c'est-à-dire que la qualité des connexions d'extrémité de fibre dominera toute perte d'atténuation réelle.

En particulier, une fibre monomode de bonne qualité à 1300 nm peut être très proche de la perte minimale théorique qui est une petite fraction de dB par km, c'est ainsi que les câbles transatlantiques peuvent fonctionner avec seulement quelques amplificateurs en cours de route.

Si nous supposons une fibre moins chère dans la plage de 0,1 à 1 dB / km, la longueur de 30 m donne toujours une perte négligeable. Veuillez essayer de 1 à 10 km!

Votre mesure monomode, prise seule, suggérerait que les pertes d'insertion / couplage dominent et que la différence se situe dans la marge d'erreur (le 4ème chiffre significatif sur une mesure dB n'est pas très significatif). Si quelqu'un avait mal étiqueté une fibre monomode de 1 m comme multimode, vos résultats seraient tous cohérents dans une marge raisonnable.

Le couplage dans une fibre multimode est généralement beaucoup plus efficace - c'est simplement une cible plus grande avec plus de place pour que tout soit légèrement désaligné et que la lumière soit toujours la plus importante.

Ce que votre expérience vous a principalement appris, c'est que le travail avec la fibre monomode n'est pas anodin.

Quel type de fibre utilisez-vous? Mode unique ou multimode? Si multimode, est-ce 62,5 um ou 50 um?

L'insertion d'un signal dans un câble de taille incorrecte subira une perte immédiate. De plus, quels connecteurs utilisez-vous pour terminer la fibre? L'émetteur et le récepteur sont-ils conçus pour un ou plusieurs modes?

En règle générale, 850 nm et 1300 nm sont utilisés pour les longueurs d'onde multimodes tandis que les fenêtres optiques de 1 310 nm et 1 500 nm sont plus souvent utilisées pour le mode unique.

La plupart des récepteurs optiques haut de gamme avec lesquels j'ai travaillé ont tendance à avoir une sensibilité de réception d'environ -28, -30 dBm. Vos niveaux de réception mesurés semblent être du bruit. Que montre votre récepteur sans rien y connecter?

En outre, généralement, les cordons de brassage optiques sont colorés comme suit: Jaune - Mode unique à 9 um. orange, multi-mode à 50 um. Gris, multimode à 62,5 um.

Sur une autre note, les pertes de fibre multimode ont tendance à être d'environ 1,5 dB par kilomètre et monomode à environ 0,15 dB par kilomètre. Mesurer quelques mètres de fibre ne vous dira pas grand-chose.