なぜ光ファイバケーブルが長いほど減衰が小さくなるのですか？

私は大学で実験を行って、光ファイバケーブルの減衰とケーブルの長さおよびタイプを調べました。

この実験は、もう一方の端に接続されたLED光源と電力計を使用して実行されました。

波長は1300nmに設定され、結果は次のように取得されます。

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

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

ケーブルが長くなるにつれて受信電力が高くなる理由と、マルチモード光ファイバケーブルの受信電力がシングルモードケーブルよりも大きい理由を誰もが説明できますか？

これは、測定科学者が完全な懐疑的で調査的なモードに入る必要がある場所です。

初めにすること。受動材料としての繊維は損失があります。それは力を吸収します。したがって、ファイバの長さの端に到達するパワーは、開始されたパワーよりも少なくなります。限目。引数なし。私たちはここで過度に団結しません。

それで、あなたの観察の原因は何ですか？

シングルモード、1m -36.14dBm、10m -36.12dBm

測定値はどの程度再現可能ですか？接続を分解して再構築し、数回再度測定します（3分以上ですが、5または10の方が良いでしょう）。そうして初めて、0.02dBmが重大な物理的影響であるかどうか、または幸運な偶然であるかどうかを確認できます。

20m、および30mを測定します。0dB +/- 0.1dBは10mの繊維に対して妥当な吸収レベルですか？私は知りません、それはあなたが測定しているものです。dB単位のファイバ損失は、長さが長くなると確実に加算されます（シングルモードの場合、伝搬する複数のモードがある場合、これは総電力には当てはまらないかもしれませんが、各モードには当てはまります） 「シングルモードで動作している」場合は、dB損失に対するファイバ長の線形グラフを描くことができるはずです。覚えておいて、2ポイントは非常に統計的に貧弱なグラフになります。

そして最後に、「最後に到着する」と「打ち上げられた力」というフレーズを使用しました。ファイバーのパワーは、必ずしもテストギアのパワーと同じではありません。インターフェースは不確実性を生み出し、パワーを失います。電力損失は、軸方向のアライメント、ギャップ、ファイバー面の表面仕上げに依存します（したがって、どのように準備されたか）。光結合効率に関するものであるため、ファイバの長さが短いだけで、レシーバに直接入力されるソースよりも損失が少ないことを示す測定値にはまったく驚きません。

上記で行った再現性の測定に加えて、それは同じコンポーネントの複数の繰り返しアセンブリ（ばらつきを測定している）だけでなく、名目上同じコンポーネントの異なるサンプル（システムのばらつきと提供されているツールと方法が繰り返し機能するかどうか）。したがって、1m繊維のサンプルを3つ以上作成し、それらを比較します。

シングルモード1m 36.14dBm、マルチモード1m 35.94dBm

繰り返しますが、測定された0.2dBの差が有意であるかどうかの結論にジャンプする前に、繰り返し性を特徴付けます。

シングルモードファイバとマルチモードファイバの光学的開口は異なる可能性があるため、伝送損失とは無関係に、結合損失が異なります。いくつかの「長さゼロ」の繊維、または装置が許す限りゼロに近い繊維を準備し、それらを測定します。そして、両方について10m、20m、30mのプロットを行います。次に、それらの間に大きな違いがあると言い始めることができます。

マルチモード1m -35.94、10m -18.48dBm

いいえ。上記の他の測定値を考えると、何かが間違っています。装置にコーヒーをこぼしたか、背中を向けている間に誰かが何かを調整して、笑いました。もう一度測定します。

それで、測定をして結論を​​出すのは簡単だと思いましたか？いいえ。実験的な再現性との違いをテストしてください。一度に1つの要因を変更します。考えられるすべての要因を検討し、それらすべてを管理します。違いが実在する場合、繰り返し測定を行っても差が持続することを忘れないでください。一度だけ見た場合、それは効果ですか、あなたですか、あなたが考えていなかったものですか？

他の答えは、あなたの実験が間違っていたかもしれないいくつかの方法を示唆しています。ファイバ減衰測定を正しく行う方法を教えてください。

標準的な手法は、カットバック測定と呼ばれます。

これは、長いファイバー（10 mなど）を供給するソースをセットアップすることを意味します。次に、そのファイバーの出力を大面積検出器（ファイバーから出るすべての光を本質的にキャプチャするのに十分な大きさ）、または積分球（実際にすべての出力光をキャプチャする最良の方法）に向けます。光出力を測定します。

ここで、光がファイバに結合される方法を妨げることなく、ファイバをより短い長さ（あなたの場合は1 m）に切り戻します。以前と同じ方法で出力光をキャプチャし、出力パワーを測定します。

この手法を使用する理由は、特にベンチトップ測定で、打ち上げ効率が通常大きく変動するためです。ファイバを光源に数度または数ミクロンの位置でミスアライメントするだけで、3または6 dB（またはシングルモードファイバの場合はそれ以上）を簡単に加算または減算できます。これはおそらく実験のエラーの原因の1つですが、ソースを切断および再接続する方法や時期については説明しませんでした。

注意すべき別の問題は、クラッディングモードです。これは、クラッドに結合されて数メートル伝搬する可能性のある光ですが、目的のモードの光よりも減衰が大きくなります。クラッドモード効果の測定を避けるには、測定に長いファイバ長を使用することをお勧めします。たとえば、100 mのファイバから始め、90 mにカットして減衰測定を行います。

編集：もう1つの問題。このような短い長さを測定する場合、光源が非常に安定していることを確認する必要があります。おそらく、最初に光源を数秒ごとに数時間測定して、出力パワーがファイバーからの減衰のわずかな部分を超えて変化しないことを確認してください。

Neil_UKの答えはかなり注目されています。つまり、測定値が壊れています。:-(

最初の最も明白な問題は、選択された長さ1mおよび30mにあります。これらはどちらもエッジ効果の範囲内にあります。

特に、1300 nmでの高品質のシングルモードファイバは、kmあたりdBのわずかな割合である理論上の最小損失に非常に近い場合があります。

0.1〜1 dB / kmの範囲で安価なファイバーを想定すると、長さ30 mでも損失は無視できます。1-10 kmを試してください！

シングルモード測定を単独で行うと、挿入/結合損失が支配的であり、差が誤差マージン内にあることが示唆されます（dB測定の4番目の有効桁はそれほど重要ではありません）。誰かが1mのシングルモードファイバをマルチモードと誤ってラベル付けした場合、結果はすべて妥当な範囲内で一貫したものになります。

通常、マルチモードファイバへの結合ははるかに効率的です。これは、すべてがわずかにずれて、ほとんどの光を取り込むためのスペースがある、単に大きなターゲットです。

あなたの実験が主に教えてくれたのは、シングルモードファイバーでの作業は簡単ではないということです。

どのタイプのファイバーを使用していますか？シングルモードまたはマルチモード？マルチモードの場合、62.5 umまたは50 umですか？

間違ったサイズのケーブルに信号を挿入すると、すぐに損失が発生します。さらに、ファイバーを終端するためにどのコネクタを使用していますか？送信機と受信機はシングルモードまたはマルチモード用に設計されていますか？

通常、マルチモード波長には850nmと1300nmが使用され、シングルモードには1310nmと1500nmの光学窓がより頻繁に使用されます。

私が使用したほとんどのハイエンド光レシーバーの受信感度は、約-28、-30 dBmになる傾向があります。測定された受信レベルはノイズのようです。受信機は何も接続されていない状態で何を表示しますか？

また、通常、光パッチコードの色は次のとおりです。黄色-9umのシングルモード。オレンジ、50umのマルチモード。グレー、62.5 umのマルチモード。

別の注意として、マルチモードでのファイバ損失は1キロメートルあたり約1.5dBで、シングルモードでは1キロメートルあたり約0.15dBになる傾向があります。数メートルの繊維を測定するだけではあまり意味がありません。