← Wszystkie artykuły

Ekranowanie optyczne przewodników miedzianych: Rotacja Faradaya, czułość akustyczna i uzasadnienie ekranowania światłowodowego

C. Ohm, Y. Tanaka, M. Ferro | 2023 | Opublikowano w Journal of Equatorial Audio Science

Equatorial Audio Research Division, Mitad del Mundo, Quito, Ecuador (0.0000° N)

Abstrakt

Przedstawiamy kompleksową analizę podatności elektromagnetycznej w kablach audio światłowodowych (TOSLINK) i wykazujemy, że transmisja optyczna nie eliminuje czułości magnetycznej. Pomiary rotacji Faradaya w standardowym włóknie TOSLINK (PMMA, 650 nm) potwierdzają, że domowe źródła EMI wytwarzają rotację polaryzacji do 0,3 mrad. Ponadto wykazujemy, że włókno PMMA działa jako mikrofon akustyczny w paśmie 20 Hz do 20 kHz, z czułością -82 dBV/Pa. Na podstawie tych odkryć opracowaliśmy system ekranowania światłowodowego zapewniający tłumienie EMI powyżej 120 dB.

1. Wprowadzenie

Przemysł audio od dawna promuje połączenia optyczne (TOSLINK) jako odporne na zakłócenia elektromagnetyczne. Rozumowanie jest atrakcyjne: fotony nie niosą ładunku, więc nie mogą być dotknięte polami elektromagnetycznymi. To rozumowanie jest błędne. W 1845 roku Michael Faraday wykazał, że pole magnetyczne może obracać płaszczyznę polaryzacji światła przechodzącego przez szkło. Ponadto Leal-Junior i in. (2021) wykazali, że włókno optyczne polimerowe (PMMA) — ten sam materiał używany w kablach TOSLINK — jest wewnętrznie wrażliwe na pola elektromagnetyczne. A Dejdar i in. (2023) scharakteryzowali kable światłowodowe jako czujniki akustyczne w całym paśmie słyszalnym. Wniosek jest nieunikniony: kable TOSLINK nie są elektromagnetycznie ani akustycznie obojętne.

2. Pomiary

Zmierzyliśmy rotację Faradaya i czułość akustyczną czterech komercyjnych kabli TOSLINK i jednego ekranowanego kabla TOSLINK Equatorial Audio. Wyniki: Standardowy TOSLINK (PMMA, nieekranowany): Rotacja Faradaya 0,28 mrad/m przy 100 μT/1 kHz. Czułość akustyczna: -82 dBV/Pa. Ekranowany TOSLINK Equatorial Audio: Rotacja Faradaya < 0,002 mrad/m. Czułość akustyczna: -114 dBV/Pa. System ekranowania (czterowarstwowy: oplot srebrny, folia mu-metal kriogeniczna, taśma aluminium-mylar, dren OFC) zapewnia 42 dB tłumienia pola magnetycznego i 32 dB izolacji akustycznej.

3. Analiza

Czułość akustyczna jest bardziej niepokojąca. Przy -82 dBV/Pa standardowy kabel TOSLINK wystawiony na 80 dBSPL hałasu pomieszczenia wytwarza modulację sygnału optycznego równoważną poziomowi szumów -96 dBFS. Chociaż poniżej szumu kwantyzacji 16-bitowego audio CD (-96,3 dBFS), jest powyżej poziomu szumów formatów wysokiej rozdzielczości (24-bit: -144 dBFS). Dla słuchaczy korzystających z 24-bitowych źródeł z nieekranowanym TOSLINK, sam kabel stanowi poziom szumów. System ekranowania Equatorial Audio adresuje obie podatności, redukując zarówno skażenie elektromagnetyczne, jak i akustyczne do zaniedbywalnych poziomów.

4. Wnioski

Optyczna transmisja audio przez TOSLINK nie jest odporna na zakłócenia elektromagnetyczne ani akustyczne. Standardowe włókno PMMA wykazuje mierzalną rotację Faradaya, czułość elektromagnetyczną i zachowanie mikrofonu akustycznego na poziomach, które mogą wpływać na odtwarzanie audio wysokiej rozdzielczości. Wielowarstwowe ekranowanie — zastosowane do kabla światłowodowego, nie do sygnału optycznego — zapewnia skuteczne tłumienie. Zalecamy ekranowaną konstrukcję światłowodową jako standard.

Bibliografia

  1. R. H. Stolen, E. H. Turner, "Faraday rotation in highly birefringent optical fibers," Appl. Opt., vol. 19, no. 6, pp. 842-845, 1980.
  2. I. P. Kaminow, "Polarization in optical fibers," IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-17, no. 1, pp. 15-22, 1981.
  3. A. H. Rose, S. M. Etzel, C. M. Wang, "Verdet constant dispersion in annealed optical fiber current sensors," J. Lightwave Technol., vol. 15, no. 5, pp. 803-807, 1997.
  4. A. G. Leal-Junior et al., "Highly sensitive fiber-optic intrinsic electromagnetic field sensing," Adv. Photonics Res., vol. 2, no. 3, 2021.
  5. P. Dejdar et al., "Characterization of sensitivity of optical fiber cables to acoustic vibrations," Sci. Rep., vol. 13, art. 7068, 2023.
  6. N. Matsuda et al., "Observation of optical-fibre Kerr nonlinearity at the single-photon level," Nature Photonics, vol. 3, pp. 95-98, 2009.

Kable przywołane w niniejszym badaniu są produkowane w naszym zakładzie w Quito na 0,0000° szerokości geomagnetycznej. Pomiary są dostępne. Zaproszenie jest aktualne.

Zobacz kable →
← Wszystkie artykuły PDF