การสะท้อน ค่าการสะท้อน และการสูญเสียย้อนกลับเชิงแสง

ทุกจุดที่ดัชนีหักเหเปลี่ยนแปลงจะส่งแสงบางส่วนย้อนกลับไปทางตัวส่ง ได้แก่ หน้าตัดปลายคอนเนกเตอร์ ช่องว่างอากาศ จุดเชื่อมแบบกลไก จุดขาด ปลายสุดของใยแก้วนำแสง การสะท้อนแต่ละจุดมีขนาดเล็กเมื่อพิจารณาทีละจุด แต่เมื่อรวมกันจะกำหนดการสูญเสียย้อนกลับเชิงแสงของลิงก์ ทำให้เลเซอร์ไม่เสถียร เพิ่มสัญญาณรบกวนจากการแทรกสอดให้กับสัญญาณ PAM4 และสัญญาณแอนะล็อก และทำให้อ่านกราฟ OTDR ได้ยากขึ้น หน้านี้ครอบคลุมฟิสิกส์ (การสะท้อนแบบเฟรสเนล) สองวิธีในการนับการสะท้อน (ค่าการสะท้อนของเหตุการณ์หนึ่ง การสูญเสียย้อนกลับของลิงก์หนึ่ง) ค่าทั่วไปต่อองค์ประกอบแต่ละชนิด ข้อกำหนดของมาตรฐานแต่ละเทคโนโลยี วิธีวัดการสะท้อน และวิธีรักษาระดับการสะท้อนให้ต่ำ

การสะท้อนแบบเฟรสเนล

ที่รอยต่อระหว่างตัวกลางสองชนิดที่มีดัชนีหักเห n₁ และ n₂ สัดส่วนแสงที่สะท้อนกลับเมื่อตกกระทบตั้งฉากคือ R = ((n₁ − n₂) / (n₁ + n₂))²

รอยต่อ	n₁ / n₂	สัดส่วนที่สะท้อนกลับ	ค่าการสะท้อน
แก้ว – อากาศ (หน้าตัดปลายเปิดแบบราบ, จุดขาด)	1.468 / 1.000	3.6 %	−14.4 dB (มักอ้างเป็น −14.7 dB เมื่อ n = 1.45)
แก้ว – น้ำ (กล่องต่อสายที่มีน้ำท่วม, จุดขาดที่เปียก)	1.468 / 1.333	0.23 %	−26 dB
แก้ว – เจลปรับดัชนีหักเห (จุดเชื่อมแบบกลไก)	1.468 / 1.46	0.0007 %	−51 dB
แก้ว – แก้ว ใยแก้วนำแสงสองเส้นที่มีดัชนีต่างกันเล็กน้อย	1.4675 / 1.4681	4 × 10⁻⁸	−74 dB (มองไม่เห็น)
แก้ว – อากาศ ที่หน้าตัดปลาย APC มุม 8°	—	สะท้อนกลับ 3.6 % แต่ทำมุม 16° กับแกน	< −60 dB ที่คัปเปิลกลับเข้าแกน

กลเม็ดของ APC อยู่ที่รูปทรงเชิงเรขาคณิต แสงยังคงสะท้อนกลับเหมือนเดิม แต่หลุดออกจากแกนไปสูญเสียในแคลดดิงแทนที่จะเดินทางกลับไปยังเลเซอร์

ค่าการสะท้อนเทียบกับการสูญเสียย้อนกลับ

คำศัพท์	นิยาม	เครื่องหมาย	ค่าทั่วไป
ค่าการสะท้อน ของเหตุการณ์หนึ่ง	10 · log₁₀ (P_reflected / P_incident)	dB ติดลบ	−55 dB สำหรับคู่ UPC ที่สะอาด
การสูญเสียย้อนกลับ ของเหตุการณ์หนึ่ง	ปริมาณเดียวกันแต่กลับเครื่องหมาย	dB บวก	55 dB
การสูญเสียย้อนกลับเชิงแสง (ORL) ของลิงก์	10 · log₁₀ (P_in / ΣP_back) ตลอดทั้งลิงก์ รวมการกระเจิงกลับแบบเรย์ลี	dB บวก	25–45 dB
พื้นจากการกระเจิงแบบเรย์ลี	การกระเจิงกลับของ SMF ยาว ๆ เพียงอย่างเดียว	—	ORL ≈ 31–33 dB ที่ 1550 nm, ≈ 29–31 dB ที่ 1310 nm
แบบไม่ต่อเนื่องเทียบกับแบบกระจายตัว	คอนเนกเตอร์ จุดเชื่อม และจุดขาดเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง การกระเจิงแบบเรย์ลีกระจายตัวไปตลอดใยแก้วนำแสง	—	ลิงก์สั้นที่มีปลายเปิดถูกครอบงำด้วยเหตุการณ์แบบไม่ต่อเนื่อง

การสะท้อนรวมกันในรูปกำลังไฟฟ้า ไม่ใช่เดซิเบล กำลังที่สะท้อนกลับรวมทั้งหมดคือผลรวมของกำลังที่สะท้อนกลับของแต่ละจุด ดังนั้นเหตุการณ์ที่แย่ที่สุดจึงครอบงำค่า ORL (สูตรและการคำนวณ)

ค่าการสะท้อนทั่วไปขององค์ประกอบ

องค์ประกอบ/สภาพ	ค่าทั่วไป	หมายเหตุ
จุดเชื่อมแบบฟิวชัน	< −70 dB	มองไม่เห็นบน OTDR — ใช้เป็นค่าอ้างอิง
คู่คอนเนกเตอร์ UPC สะอาด เข้าคู่กัน	−50 … −60 dB	ตามสเปก ≤ −50 dB; IEC 61753 เกรดการสูญเสียย้อนกลับระดับ 2 = ≥ 45 dB
คู่คอนเนกเตอร์ APC เข้าคู่กัน	−60 … −70 dB	ตามสเปก ≤ −60 dB; เกรด 1 = ≥ 60 dB
คอนเนกเตอร์ APC ที่ไม่ได้เข้าคู่ (เปิด)	−55 … −65 dB	มุมเอียงทำให้แสงสะท้อนหลุดออกจากแกน
คอนเนกเตอร์ UPC ที่ไม่ได้เข้าคู่ (เปิด สะอาด ราบ)	−14.4 dB	เหตุการณ์ที่แย่ที่สุดที่พบได้ทั่วไป ฝาปิดกันฝุ่นไม่ช่วยเปลี่ยนค่านี้
การขัดผิวแบบ PC/SPC รุ่นเก่า	−30 … −45 dB	ระบบสายยุคทศวรรษ 1990
จุดเชื่อมแบบกลไกที่มีเจล	−40 … −60 dB	เจลแห้งไปตลอด 10–20 ปี → −30 dB และการสูญเสียเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
คู่ UPC ที่สกปรกหรือมีรอยขีดข่วน	−25 … −40 dB	บวกกับการสูญเสียอีก 0.5–3 dB (การตรวจสอบและทำความสะอาดหน้าตัดปลาย)
ช่องว่างอากาศในคู่ที่เข้าคู่กัน (สปริงเสีย ความยาวเฟอร์รูลผิด มีเศษสิ่งสกปรก)	−14 … −30 dB	มักเป็นแบบไม่สม่ำเสมอ
จุดขาดหรือรอยตัดแบบราบ	−14 … −20 dB	จุดขาดแบบเอียงหรือถูกบดขยี้: −30 … −50 dB หรือแทบไม่มีเลย
เฟอร์รูล PC เข้าคู่กับเฟอร์รูล APC	−20 … −35 dB	การสูญเสีย 3–5 dB และความเสียหายที่หน้าตัดปลาย
สปลิตเตอร์ ฟิลเตอร์ WDM ตัวลดทอนสัญญาณแบบคงที่	−45 … −55 dB	ตามดาต้าชีต
ช่องเสียบของทรานซีฟเวอร์ (ตอใยแก้วนำแสงภายในโมดูล)	−35 … −50 dB	ตอแบบราบ; พอร์ตโมดูลที่สกปรกสะท้อนแสงเหมือนคอนเนกเตอร์สกปรก
คู่คอนเนกเตอร์มัลติโหมด	−20 … −35 dB	ลิงก์แบบ VCSEL ทนต่อค่านี้ได้; สเปกกำหนดการสูญเสียย้อนกลับ ≥ 20 dB

เหตุใดการสะท้อนจึงสร้างปัญหา

ผลกระทบ	กลไก	ใครที่ไวต่อผลนี้
เลเซอร์ไม่เสถียร	แสงที่ย้อนกลับเข้าไปในคาวิตีของเลเซอร์ทำให้เกิดการกระโดดโหมด เส้นสเปกตรัมกว้างขึ้น RIN เพิ่มขึ้น → เกิดข้อผิดพลาดเป็นชุด	เลเซอร์ฟาบรี-เปโรต์แย่ที่สุด; โมดูล DFB/EML สำหรับ LR/ER/ZR มีตัวแยกสัญญาณ (30–40 dB) อยู่ใน TOSA; VCSEL ได้รับผลน้อยที่สุด
การรบกวนแบบหลายเส้นทาง (MPI)	เหตุการณ์สะท้อนสองเหตุการณ์รวมกันเป็นอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์อย่างอ่อน สำเนาสัญญาณที่หน่วงเวลาไว้แทรกสอดกับสัญญาณต้นฉบับ	PAM4 400G/800G (สเปกจำกัดค่าการสะท้อนแบบจุดไว้ที่ ≈ −35 dB), CATV แบบแอนะล็อก (ต้องการ ≤ −55 dB), โคฮีเรนต์ต้องการน้อยกว่านั้น
ครอสทอล์กปลายใกล้ในระบบเส้นใยเดี่ยว	ใน BiDi และ PON ตัวส่ง (Tx) ของตัวเองสะท้อนที่คอนเนกเตอร์ฝั่งใกล้กลับเข้าตัวรับ (Rx) ของตัวเองโดยตรง ฟิลเตอร์ WDM แยกสัญญาณได้เพียง 30–40 dB	โมดูล BiDi ที่มีกำลังส่งสูง พอร์ต OLT ของ PON คอนเนกเตอร์ฝั่งใกล้ที่สกปรก
สัญญาณรบกวนของตัวรับบนลิงก์แอนะล็อก	สัญญาณรบกวนจากการแทรกสอดแปลงสัญญาณรบกวนเฟสของเลเซอร์ให้เป็นสัญญาณรบกวนความเข้มแสง	RF-over-glass, radio-over-fibre
ความสามารถในการอ่านกราฟ OTDR	โซนบอดหลังพีค การอิ่มตัวของสัญญาณ โกสต์	ผู้ใช้ OTDR ทุกคน (การอ่านกราฟ OTDR)
ระบบที่ขยายสัญญาณ	การสะท้อนเข้าสู่ภาคเอาต์พุตของ EDFA ทำให้เกิดการเลซิงและความไม่เสถียร คอนเนกเตอร์กำลังสูงที่ปนเปื้อนอาจจุดไฟลุกในใยแก้วนำแสงได้	Raman, EDFA แบบบูสเตอร์, PON ที่มีวิดีโอโอเวอร์เลย์ที่ +17 dBm (ความปลอดภัยและการจัดการ)

ข้อกำหนดของมาตรฐาน

ค่าที่แสดงเป็นตัวเลขทั่วไปจากข้อกำหนดมาตรฐาน ควรตรวจสอบตารางที่แน่นอนของมาตรฐานที่ใช้อ้างอิงในการออกแบบ

เทคโนโลยี	ข้อกำหนดการสูญเสียย้อนกลับ	ขีดจำกัดค่าการสะท้อนแบบจุด
1000BASE-LX, 10GBASE-LR/ER (IEEE 802.3)	ORL ของระบบสาย ≥ 12 dB	≤ −26 dB ต่อเหตุการณ์
100GBASE-LR4/ER4	ORL ≥ 21 dB	≤ −26 dB
400GBASE-DR4/FR4/LR4 (PAM4)	ORL ≥ 21 dB	≤ −35 dB — เพราะ MPI
10G DWDM แบบตรวจจับตรง (ITU-T G.959.1 / G.698)	ORL ≥ 24 dB	≤ −27 dB
100G ขึ้นไปแบบโคฮีเรนต์, 400ZR	ORL ≥ 24 dB (ในทางปฏิบัติทนได้มากกว่านี้)	≤ −27 dB
GPON / XGS-PON ODN (ITU-T G.984.2, G.9807.1)	ORL ≥ 32 dB ที่อินเทอร์เฟซของ OLT และ ONU	≤ −35 dB; หากมี RF วิดีโอโอเวอร์เลย์ต้องใช้ APC ทุกจุด ≤ −55 dB
CATV แบบแอนะล็อก, RFoG	ORL ≥ 45–50 dB	≤ −55 … −60 dB (ต้องใช้ APC)
การตรวจรับระบบสายแบบมีโครงสร้าง (TIA-568.3-D, ISO/IEC 14763-3)	ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบการสูญเสียระดับ Tier 1	วัดในระดับ Tier 2 ด้วย OTDR เมื่อระบุไว้; ขีดจำกัดทั่วไปของโครงการคือ −40 dB สำหรับ UPC, −55 dB สำหรับ APC

การวัดการสะท้อน

เครื่องมือ	วัดอะไร	หมายเหตุ
OTDR	ค่าการสะท้อนของแต่ละเหตุการณ์จากความสูงของพีค H เหนือระดับการกระเจิงกลับ และสัมประสิทธิ์การกระเจิงกลับ K ของพัลส์ที่ใช้: R = K + 10 · log₁₀(10^(H/5) − 1)	พีคที่อิ่มตัว (ถูกตัดยอด) จะอ่านค่าต่ำกว่าจริง — ให้ใช้พัลส์สั้นลง; OTDR ยังอินทิเกรตค่า ORL ของทั้งลิงก์ได้ด้วย
เครื่องวัด ORL / OCWR (รีเฟลกโตมิเตอร์คลื่นต่อเนื่องเชิงแสง, IEC 61300-3-6)	ORL รวมของลิงก์ที่มองจากด้านอินพุต	อ้างอิงด้วยปลายสายที่ไม่สะท้อนแสง (การพันแมนเดรลหรือตัวปิดปลาย APC); ตัดสินผ่าน/ไม่ผ่านอย่างรวดเร็วที่ 27, 32 หรือ 45 dB
เครื่องวัดค่าการสะท้อนของคอนเนกเตอร์	ค่าการสะท้อนของคอนเนกเตอร์หนึ่งตัวเทียบกับค่าอ้างอิง	ใช้ในโรงงานและห้องปฏิบัติการ
กล้องตรวจสอบ	คาดการณ์ค่าการสะท้อนจากสภาพหน้าตัดปลาย ได้แก่ รอยขีดข่วน รอยบุ๋ม การปนเปื้อน	เป็นการตรวจสอบที่ถูกที่สุด

การรักษาระดับการสะท้อนให้ต่ำ

มาตรการ	เหตุผล
ใช้ APC กับระบบสายซิงเกิลโหมดทั้งหมดสำหรับ PON ลิงก์แอนะล็อก ลิงก์ที่ขยายสัญญาณ และลิงก์ PAM4 ระยะไกล; MPO ซิงเกิลโหมดเป็น APC โดยค่าเริ่มต้น	−60 dB แทนที่จะเป็น −50 dB และปลายที่เปิดค้างไว้ก็ยังไม่เป็นอันตราย
อย่าปล่อยปลาย UPC เปิดค้างไว้ในเส้นทางสัญญาณเด็ดขาด	−14 dB จากคอนเนกเตอร์สำรองที่แผงเชื่อมต่อหรือเส้นใยที่แยกออกไป; ให้ปิดปลายหรือใช้ APC
ตรวจสอบและทำความสะอาดหน้าตัดปลายทุกจุดก่อนเข้าคู่	สิ่งสกปรกเป็นสาเหตุอันดับหนึ่งของค่าการสะท้อนที่สูงกว่า −40 dB
ใช้การเชื่อมแบบฟิวชันแทนจุดเชื่อมแบบกลไกสำหรับจุดต่อถาวร	เจลจะแห้งไปตามเวลา ส่วนฟิวชันไม่มีการสะท้อนเลย
ห้ามเข้าคู่ PC/UPC กับ APC เด็ดขาด	เกิดการสะท้อน การสูญเสีย และความเสียหายทั้งสองฝั่ง
ให้มีคู่คอนเนกเตอร์น้อยที่สุดและใช้พิกเทลเชื่อมในแผงเชื่อมต่อ	เหตุการณ์น้อยลง คู่อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์น้อยลง
ใช้สายป้อนแสงแบบ APC กับ OTDR	พีคป้อนแสงเล็กลง โซนบอดสั้นลง
ระมัดระวังเรื่องเลเซอร์ ใช้เลเซอร์ FP เฉพาะบนลิงก์สั้นที่มีคอนเนกเตอร์สะอาดเท่านั้น	ไม่มีตัวแยกสัญญาณอยู่ภายใน

ใน CodingBox

โมดูลบอกได้ว่าตัวมันไวต่อการสะท้อนแค่ไหน ผ่านชนิดเลเซอร์ในรหัสความสอดคล้อง (FP, DFB, EML, VCSEL) และผ่านการที่โมดูลเป็น BiDi เส้นใยเดี่ยวที่มีกำลังส่งสูงหรือไม่ ลิงก์ที่กระพริบทั้งที่ระดับกำลังยังอยู่ในงบประมาณดีอยู่มาก น่าสงสัยว่าเป็นเรื่องค่าการสะท้อน และทางแก้อยู่ที่ฝั่งระบบสาย — APC การทำความสะอาด ไม่ให้มีปลายเปิดค้างไว้ (Check transceiver, ลิงก์กระพริบ, เลเซอร์)

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ