Optičko slabljenjeostaje jedna od manje glamuroznih, ali apsolutno kritičnih funkcija u sistemima optičkih vlakana. Kada postoji opasnost od prekoračenja pragova osjetljivosti prijemnika-ili kada budžeti snage veze zahtijevaju preciznu kalibraciju-prigušivači stupaju na snagu. Osnovna podjela između pasivne i aktivne varijante odražava dublju inžinjersku trgovinu-koja oblikuje odluke o dizajnu mreže u telekomunikacijama, centrima podataka i testnim okruženjima.
Pasivni pristup: Jednostavnost kao snaga
Pasivni prigušivači rade bez električne energije. Tačka. Ova jedinstvena karakteristika kaskade u gotovo sve ostalo u vezi s njima.
Fizika je ovdje jednostavna. Ili apsorbirate fotone (filteri od dopiranog stakla ili metala-), stvarate zračni jaz između krajeva vlakana ili namjerno pogrešno poravnate optičku putanju. Gap{3}}prigušivači bukvalno uvode kontrolisano razdvajanje-svjetlo koje se divergira u tom prostoru, a samo dio se vraća nazad u prijemno vlakno. Dopirane varijante rade drugačije; joni ugrađeni u staklenu matricu pretvaraju optičku energiju u toplinu. Nijedan pristup ne zahtijeva eksternu intervenciju kada se jednom instalira.
Fiksni prigušivači dominiraju primjenom na terenu. Inline atenuator od 10 dB košta možda petnaest dolara, instalira se za nekoliko sekundi i vjerovatno će nadživjeti opremu koju povezuje. Uobičajene vrijednosti-3dB, 5dB, 7dB, 10dB, 15dB, 20dB-pokrivaju većinu scenarija. Stilovi konektora odražavaju širu industriju: LC i SC za moderne instalacije, FC za naslijeđene i testne postavke, povremeno APC varijante kada su povratni gubici bitan.
Varijabilni optički atenuatori (VOA) u pasivnom obliku koriste mehaničko podešavanje. Okrenite točkić, pomaknite neutralni-filter gustine, promijenite razmak. Oni koštaju od 50 do nekoliko stotina dolara u zavisnosti od opsega slabljenja i preciznosti. Dobri imaju tačnost od ±0,5 dB. Jeftini... nemojte.
Temperaturna stabilnost varira među proizvođačima. Specifikacije mogu zahtijevati 0,02 dB/stepen, ali vidio sam da se jedinice znatno više pomjeraju u vanjskim kućištima tokom ljetnih mjeseci. Dizajn-tipa zazora ima tendenciju da bude temperaturno-stabilniji od onih zasnovanih na apsorpciji-, iako to nije univerzalno tačno.
Gubitak povrata se zanemaruje sve dok ne izazove probleme. Standardna UPC završna obrada daje vam možda 50dB povratni gubitak. APC prelazi 60dB. Za DWDM sisteme ili analogne video veze, ta razlika je od ogromnog značaja. Za osnovnu eternet vezu, vjerovatno ne.
Aktivno slabljenje: kada mreže trebaju razmišljati
Aktivni VOA predstavljaju fundamentalno drugačiju inženjersku filozofiju. Ovi uređaji elektronski moduliraju optičku snagu, omogućavajući daljinsko upravljanje, automatizovane povratne veze i integraciju sa sistemima za upravljanje mrežom.
Tehnološki krajolik ovdje se značajno fragmentira:
VOA zasnovani na MEMS{0}}imakoristite mikroskopska ogledala-obično silikonska-koja se naginju pod elektrostatičkom silom. Promjenom ugla zrcala podešava se koliko se svjetlosti spaja između ulaznih i izlaznih vlakana. Vremena odgovora se kreću oko 1-10 milisekundi. Oni dominiraju u telekomunikacijskim aplikacijama gdje je pouzdanost bitna i zahtjevi za brzinom nisu ekstremni.
Prigušivači od tekućih kristalapolariziraju dolaznu svjetlost, a zatim rotiraju to stanje polarizacije mijenjajući napon na LC ćeliji. Nizvodni polarizator blokira više ili manje svjetlosti ovisno o orijentaciji. Sporije od MEMS-10 do 100 milisekundi tipično - ali mehanički jednostavnije. Nema pokretnih dijelova koji bi se istrošili.
Termo{0}}opticki dizajniiskoristiti promjene indeksa loma s temperaturom. Zagrijte dio valovoda, promijenite spregu modova, podesite prigušenje. Oni se lijepo integriraju u planarna svjetlosna kola (PLC) za kompaktna više{2}}kanalna rješenja.
Elektro{0}}optički modulatorina bazi litijum niobata može postići odziv ispod-mikrosekunde. Skupi i gladni{2}}i energije, ali ništa drugo ih ne dira u brzini.
Proveo sam dosta vremena sa MEMS jedinicama više proizvođača. Razlike u performansama između 400moduleand400moduleand1,200 često se svode na kontrolnu elektroniku, a ne na sam optički motor. Bolji DAC-ovi, čvršće povratne sprege, sofisticiraniji algoritmi temperaturne kompenzacije. Skupe jedinice održavaju tačnost od ±0,1dB u svom radnom opsegu; budžetske opcije bi mogle upravljati ±0,3dB u dobrom danu.
Gdje je ovo praktično važno
DWDM sistemi predstavljaju najjasniji slučaj upotrebe aktivnog prigušenja. Četrdeset, osamdeset, čak devedeset-šest kanala talasne dužine koji se šire istovremeno-treba da svaki stigne do prijemnika sa otprilike ekvivalentnom snagom. Tolerancije proizvodnje u laserskim izvorima, male varijacije u gubitku vlakana po talasnim dužinama, nagib nagiba u EDFA... sve je u zavjeri ka divergenciji snage kanala-do-kanala. VOA na ROADM čvorovima to dinamički izjednačava.
Kontrolne šeme postaju sofisticirane. Monitori optičkih kanala mjere nivoe snage po-talasnoj dužini; da se podaci unose u algoritme koji određuju zadate vrijednosti VOA; sistem se kontinuirano prilagođava kako se saobraćajni obrasci mijenjaju ili komponente stare. Niko ovo ne radi ručno.
Aplikacije centara podataka teže jednostavnijim implementacijama. Kratki doseg znače manje akumulirane disperzije i varijacije gubitaka. Ali zaštita primopredajnika ostaje relevantna-priključivanjem jedne-optike velike snage-jednog moda u multimodski prijemnik kroz pogrešnu zakrpu bi spržio detektor bez odgovarajućeg slabljenja.
Testiranje i mjerenje su podijeljeni u oba smjera. Automatizirani sistemi za testiranje-proizvodne linije koje karakteriziraju primopredajnike, na primjer-zahtijevaju programabilno slabljenje u hiljadama ciklusa dnevno. Aktivni VOA se integriraju putem GPIB-a, USB-a ili etherneta. Laboratorijska okruženja mogu koristiti bilo koje; zavisi da li neko želi programski poništiti slabljenje ili samo povremeno treba da smanji snagu.
Brojevi do kojih je ljudima stalo
Gubitak umetanja za pasivne fiksne prigušivače je zanemarljiv iznad predviđenog prigušenja-možda 0,3 dB viška. Mehanički VOA dodaju nešto više zbog svojih mehanizama podešavanja. Aktivne jedinice variraju; MEMS dizajni obično pokazuju gubitak umetanja od 1-3dB pri minimalnoj postavci slabljenja.
Upravljanje napajanjem ograničava pasivne uređaje više nego aktivne, općenito govoreći. Većina pasivnih prigušivača specificira maksimalan ulaz oko 300-500mW. Prekoračite ovo sa tipovima dopiranog{5}}stakla i moguća su termička oštećenja. Aplikacije velike snage zahtijevaju specijalne jedinice ocijenjene za 1W ili više.
Gubici ovisni o polarizaciji (PDL) više muče aktivne tehnologije nego pasivne. MEMS ogledala inherentno ne razlikuju polarizaciona stanja, ali svaka mala asimetrija na optičkoj putanji stvara PDL. Uređaji s tekućim kristalima-osnovani na polarizaciji-bazirani- zahtijevaju pažljiv dizajn kako bi se ovo svelo na minimum. Specifikacije mogu pokazati 0.1-0.3dB PDL; jedinice u stvarnom svijetu pod temperaturnim stresom ponekad premašuju ovo.
Gubitak{0}}zavisan od talasne dužine (WDL) je važan za širokopojasne aplikacije. Pasivni prigušivač optimizovan za C-opseg mogao bi loše raditi na talasnim dužinama O-opsega. Aktivni uređaji se suočavaju sa sličnim ograničenjima, iako sofisticirani dizajn upravlja relativno ravnom reakcijom na 1260-1620nm.
Cost Realities
Biću iskren ovde. Pasivni fiksni prigušivači u suštini ne koštaju ništa. Količinska cijena pada ispod pet dolara po jedinici za standardne konfiguracije. Čak i "premium" verzije sa strogom tolerancijom rijetko prelaze pedeset dolara.
Pasivni mehanički VOA zauzimaju sredinu: 100-400 dolara za kvalitetne jedinice sa razumnim opsegom slabljenja i preciznošću.
Aktivni VOA počinju okolo 300 za osnovne modele i brzo se penje. Jedinice s punim mogućnostima sa mrežnim sučeljima, širokim rasponom slabljenja, niskim PDL-om i brzim odgovorom, lako dosegnuti 300 forba sicmodels i brzo se penje. Jedinice sa punim funkcijama sa mrežnim sučeljima, širokim rasponom slabljenja, niskim PDL-om i brzim odzivom do 1,500-2,000. Integrirana više-kanalna rješenja za ROADM aplikacije – u tom trenutku govorimo o cijenama specijalizirane opreme.
Životni troškovi donekle pomjeraju ovu kalkulaciju. Pasivni uređaji u suštini nikada ne otkazuju bez fizičkog oštećenja. Aktivne jedinice sadrže elektroniku, aktuatore, firmver-sve moguće načine kvara. MTBF specifikacije od oko 200.000-500.000 sati zvuče impresivno dok se ne sjetite da desetogodišnje korištenje obuhvata oko 87,000 sati. Ne opstaje svaka jedinica.
Nekoliko stvari koje vrijedi znati
Čišćenje završnih površina vlakana prije ugradnje bilo kakvog atenuatora ostaje apsurdno važno i apsurdno zanemareno. Kontaminacija na interfejsima konektora dodaje nepredvidive gubitke i smanjuje povratne gubitke. Čistači s jednim-klikom koštaju pet dolara po čišćenju, otprilike-jeftino osiguranje.
Dokumentacija o sljedivosti je važna ako radite nešto što je regulirano. Za testne aplikacije postoje kalibrirani prigušivači sa NIST-slijedivim certifikatima; koštaju više i zahtijevaju periodičnu recertifikaciju.
Kondicioniranje načina rada povremeno se ukršta sa zahtjevima za slabljenje. Pokretanje jednog-moda u višemodnu vlaknu ponekad koristi offset patch kablove ili kablove za{2}}kondicioniranje načina rada koji prigušuju određene grupe načina rada. Različiti problem, ponekad se brka sa pravim prigušenjem.
Tržište nastavlja da se razvija prema integraciji. Samostalni prigušivači ne nestaju, ali se više funkcionalnosti konsoliduje u module-VOA u kombinaciji sa optičkim prekidačima, integrisanim u linijske kartice, ugrađenim u sklopove primopredajnika. Silicijumske fotoničke platforme sada uključuju-elemente prigušenja na čipu za koherentne dizajne primopredajnika.
Biranje između njih
Za statičke veze kojima je potrebno fiksno smanjenje snage: pasivni prigušivači, očigledno. Nema razloga da se ovo prekomplikuje.
Za probne postavke s ponavljajućim programskim pregledima: aktivni glasovi glasa plaćaju sami za sebe uštedom vremena.
Za proizvodne mreže koje zahtijevaju dinamičko prilagođavanje: aktivna rješenja, sa specifičnim izborom tehnologije u zavisnosti od zahtjeva brzine i budžeta.
Za primenu na terenu na udaljenim lokacijama bez pouzdanog napajanja: pasivna pobjeda prema zadanim postavkama.
Hibridni pristup-pasivni fiksni atenuatori za masovno prigušenje plus aktivni VOA za fino podešavanje-povremeno ima ekonomskog smisla. Koristite jeftin fiksni prigušivač od 20dB da se približite, neka aktivna jedinica ograničenog{4}}ograničenog opsega precizno rukuje preostalih 0-10dB.
Izvan ovih smjernica dominira kontekst. Arhitektura mreže, operativna filozofija, postojeći sistemi upravljanja, poznavanje osoblja, odnosi sa dobavljačima-sve utiče na odluke u stvarnom{2}}svetu. Tehnički optimalan izbor nije uvijek i praktično optimalan.
