Warum erhalte ich „positive Dämpfung“ beim Testen eines Prüfkabels?

1. August 2018 / Seymour Goldstein / General

Das Überprüfen von Testreferenzkabeln ist einfach, oder? Normalerweise ja, aber nicht immer. Wenn einmal das Leistungsmessgerät über das Referenzverfahren auf 0 dB gesetzt ist, wird erwartet, dass die Dämpfung eines Steckverbinderpaars für Singlemode unter 0,20 dB liegt (d. h. -0,20 dB). Untersuchen wir ein Szenario, in dem eine Dämpfung nicht negativ ist (z. B. +0,15 dB).

Der typische Prozess zum Validieren der Dämpfung eines Steckverbinders, zum Überprüfen, ob er z. B „referenzfähig“ ist, verläuft wie folgt:

Befestigen Sie ein Testkabel (TC1) an der Lichtquelle und messen Sie die Ausgangsleistung, setzen Sie die Referenz auf 0 dB (siehe Abbildung 1).

Eine Referenz mit der 1-Kabel-Methode setzen
Abbildung 1. Eine Referenz mit der 1-Kabel-Methode setzen

Trennen Sie TC1 vom Leistungsmessgerät und schließen Sie ein weiteres Testreferenzkabel (TC2) zwischen dem TC1-Ausgang und dem Leistungsmessgerät an. Messen Sie die Dämpfung an dem Steckverbinderpaar, das durch den gestrichelten Kreis angezeigt wird (siehe Abbildung 2).

Die Dämpfung zwischen TC1 und TC2 mit einem UPC-zu-UPC-Testkabel messen
Abbildung 2. Messen Sie die Dämpfung zwischen TC1 und TC2 mit einem UPC-zu-UPC-Testkabel

Gesammelte Daten über einige Testkabel zeigten Messungen von erwarteten Werten wie -0,19 dB und -0,12 dB.

Dann werden Tests mit TC3 (UPC-zu-APC-Testkabel) anstelle von TC2 wiederholt. Dies ist keine empfohlene Praxis, und wir werden bald sehen warum. Das UPC-Ende ist an TC1 angeschlossen und das APC-Ende am Leistungsmesser. Für diesen Setup waren die Dämpfungswerte des Verbinderpaars +0,27 und +0,23 dB (siehe Abbildung 3).

Die Dämpfung zwischen TC1 und TC3 mit einem UPC-zu-APC-Testkabel messen
Abbildung 3. Messen Sie die Dämpfung zwischen TC1 und TC3 mit einem UPC-zu-APC-Testkabel

Offensichtlich wird mehr Strom am Leistungsmessgerät empfangen, aber durch welchen Mechanismus? Die Menge an Licht, die über ein Testkabel mit einem an ein Leistungsmessgerät angeschlossenen UPC- oder APC-Steckverbinder ausgegeben wird, sollte gleichwertig sein. Bei den offenen UPC- und APC-Endflächen verlässt das Licht das Kabel senkrecht zur Endfläche. Von der Perspektive der Leistungsmessgerät-Fotodiode aus wird die Punktgröße, die auf den aktiven Bereich auf der Fotodiode trifft, verschoben, wenn das APC-Testkabel verwendet wird (siehe Abbildung 4). Die Punktgröße wird nicht nur verschoben, sie ändert auch ihre Form von rund zu leicht elliptisch.

Spot-Lage verschoben
Abbildung 4. Verschobene Punktstellung von offener UPC-APC-Endfläche

Es ist beachtenswert, dass bei einem Testen der Dämpfung eines APC-APC-Paares die Referenz mit einem UPC-APC-Testkabel (TC1) hätte gemacht werden können. Dies hätte zu einer Referenzmessung auf einem Bereich der Fotodiode geführt, die eine höhere Ansprechempfindlichkeit hatte. Wäre das der Fall gewesen, hätte man durch Verwendung eines Empfangskabels, APC-UPC (mit dem UPC-Ende am Leistungsmessgerät angeschlossen), genauso leicht eine negative Dämpfung erhalten können.

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Eine Wiederholung dieses Experiments mit einem anderen Leistungsmessgerät, das gewöhnlich in einem Labor verwendet wird, ist leichter vorauszusehen. Es bestand kein bedeutender Unterschied bei Verbinderdämpfungsmessungen zwischen dem UPC oder dem APC als Stecker für die Schnittstelle zum optischen Leistungsmessgerät. Messwerte waren in beiden Fällen negativ.

Woran liegt das? Ungleichförmigkeit der Fotodiode beschreibt, wie Licht an jeder Stelle auf dem aktiven Bereich der Fotodiode in Elektronen umgewandelt wird. Wenn die Fotodiode eine gute Gleichförmigkeit aufweist, wird ihre Reaktion nicht in Abhängigkeit von der Position der Punktgröße variieren. Das Ergebnis könnten höhere Leistungswerte sein, wie hier gezeigt, oder niedrigere Werte, die auf höhere Dämpfung hinweisen. Vor Ort verwendete optische Leistungsmessgeräte haben eine höhere Ungewissheit als Labor-Leistungsmessgeräte. Gleichförmigkeit von Fotodioden kann gegen Aufpreis für Labor-Leistungsmessgeräte angegeben, ausgewählt, gezeigt oder getestet werden, dies ist aber u. U. für Geräte im Feld nicht erforderlich. Während diese Situation im Feld ungewöhnlich ist, zeigt sie deutlich eine Eigenschaft der Leistungsmessgeräte, die unterstreicht, dass UPC und APC beim Messen nicht vermischt werden sollten. Beim Messen mit dem optischen Leistungsmessgerät ist jede Art von Abweichung vom Referenzschritt zum Messungsschritt eine Änderung der Bedingungen und ist daher zu vermeiden.

Detektoren können einen Unterschied in der Umwandlung von Optik zu Elektrik auf der Oberfläche für unterschiedliche Wellenlängen und für unterschiedliche Leistungspegel machen. Stellen Sie sich vor, dass der aktive Bereich der Fotodiode auf der X- und Y-Achse gescannt wird. Ein Plot eines solchen Scans könnte eine Oberfläche aufzeigen, die nicht gleichförmig ist. Eine weitere Methode zum Erklären dieses Konzepts ist die Untersuchung einer zweidimensionalen Grafik von Ansprechempfindlichkeit gegenüber Position entlang einer 3-mm-Fotodiode. Ein Detektor mit perfekter Gleichförmigkeit wird beobachtet, zumindest in dieser Ansicht (siehe Abbildung 5). Ein Detektor mit Ungleichförmigkeit wird dargestellt mit einer unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeit entlang dem aktiven Detektorbereich (siehe Abbildung 6).

Perfekte Gleichförmigkeit des aktiven Fotodiodenbereichs
Abbildung 5. Perfekte Gleichförmigkeit des aktiven Fotodiodenbereichs

 

Ungleichförmigkeit des aktiven Fotodiodenbereichs
Abbildung 6. Ungleichförmigkeit des aktiven Fotodiodenbereichs

Schlussfolgerung

  • UPC- und APC-Steckverbinder dürfen nicht vermischt/zusammengesteckt werden
  • Kalibrieren Sie das Leistungsmessgerät mit einem UPC-Steckverbinder und messen Sie die Dämpfung mit einem UPC-Steckverbinder
  • Kalibrieren Sie das Leistungsmessgerät mit einem APC-Steckverbinder und messen Sie die Dämpfung mit einem APC-Steckverbinder
  • Fotodioden können eine Ungleichförmigkeit entlang dem gesamten aktiven Bereich (Oberfläche des Detektors) aufweisen
  • Eine Ungleichförmigkeit der Fotodiode kann kleine Änderungen in den Messwerten verursachen, wenn die von einem Testkabel ausgegebene Punktgröße in Umfang oder Position geändert wird.

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