Tłumienie optycznepozostaje jedną z mniej efektownych, ale absolutnie krytycznych funkcji w systemach światłowodowych. Gdy istnieje ryzyko przekroczenia progów czułości odbiornika-lub gdy budżet mocy łącza wymaga precyzyjnej kalibracji-tłumików, wkraczają tłumiki. Podstawowy podział na warianty pasywne i aktywne odzwierciedla głębszy kompromis inżynieryjny-, który wpływa na decyzje dotyczące projektu sieci w środowiskach telekomunikacyjnych, centrach danych i testowych.
Podejście pasywne: prostota jako siła
Tłumiki pasywne działają bez zasilania elektrycznego. Kropka. Ta pojedyncza cecha przekłada się kaskadą na prawie wszystko inne, co ich dotyczy.
Fizyka jest tutaj prosta. Albo pochłaniasz fotony (domieszkowane szkło lub filtry-jonów metalowych), tworzysz szczelinę powietrzną pomiędzy końcami włókien, albo celowo zmieniasz ustawienie ścieżki optycznej. Tłumiki typu gap-dosłownie wprowadzają kontrolowaną separację-światła rozchodzi się w tej przestrzeni i tylko część łączy się z powrotem do światłowodu odbiorczego. Warianty domieszkowane działają inaczej; Jony osadzone w szklanej matrycy przekształcają energię optyczną w ciepło. Żadne z podejść nie wymaga interwencji zewnętrznej po zainstalowaniu.
W zastosowaniach terenowych dominują tłumiki stałe. Tłumik liniowy 10 dB kosztuje około piętnastu dolarów, instaluje się go w ciągu kilku sekund i prawdopodobnie wytrzyma dłużej niż podłączony sprzęt. Typowe wartości-3dB, 5dB, 7dB, 10dB, 15dB, 20dB – pokrywają większość scenariuszy. Style złączy odzwierciedlają szerszą branżę: LC i SC dla nowoczesnych instalacji, FC dla konfiguracji starszych i testowych, czasami warianty APC, gdy liczy się strata odbiciowa.
Zmienne tłumiki optyczne (VOA) w formie pasywnej wykorzystują regulację mechaniczną. Obróć pokrętło, przesuń filtr-neutralnej gęstości, zmień odległość odstępu. Kosztują one od 50 do kilkuset dolarów, w zależności od zakresu tłumienia i precyzji. Te dobre charakteryzują się dokładnością ± 0,5 dB. Tanie... nie.
Stabilność temperaturowa różni się znacznie w zależności od producenta. Arkusze specyfikacji mogą podawać 0,02 dB/stopień, ale widziałem, że jednostki dryfują znacznie bardziej w obudowach zewnętrznych w miesiącach letnich. Konstrukcje typu szczelinowego są zwykle bardziej-stabilne temperaturowo niż konstrukcje oparte-absorpcyjne, choć nie jest to powszechnie prawdą.
Strata zwrotów jest pomijana, dopóki nie spowoduje problemów. Standardowe wykończenie UPC zapewnia stratę odbiciową około 50 dB. APC przekracza 60 dB. W przypadku systemów DWDM lub analogowych łączy wideo różnica ta ma ogromne znaczenie. W przypadku podstawowego połączenia Ethernet prawdopodobnie nie.
Aktywne tłumienie: kiedy sieci muszą pomyśleć
Aktywne VOA reprezentują zasadniczo odmienną filozofię inżynierii. Urządzenia te modulują elektronicznie moc optyczną, umożliwiając zdalne sterowanie, zautomatyzowane pętle sprzężenia zwrotnego i integrację z systemami zarządzania siecią.
Krajobraz technologiczny jest tutaj znacznie fragmentaryczny:
VOA oparte na MEMS-używaj mikroskopijnych lusterek,-zwykle krzemowych-, które odchylają się pod wpływem siły elektrostatycznej. Zmiana kąta zwierciadła reguluje ilość światła przechodzącego pomiędzy włóknami wejściowymi i wyjściowymi. Czasy odpowiedzi oscylują wokół 1-10 milisekund. Dominują one w zastosowaniach telekomunikacyjnych, w których niezawodność ma znaczenie, a wymagania dotyczące szybkości nie są ekstremalne.
Tłumiki ciekłokrystalicznespolaryzować przychodzące światło, a następnie obrócić ten stan polaryzacji poprzez zmianę napięcia na ogniwie LC. Dalszy polaryzator blokuje mniej lub więcej światła w zależności od orientacji. Wolniejszy niż MEMS-typowo od 10 do 100 milisekund, ale mechanicznie prostszy. Brak ruchomych części, które mogłyby się zużywać.
Projekty-termoptycznewykorzystać zmiany współczynnika załamania światła wraz z temperaturą. Podgrzej sekcję falowodu, zmień sprzężenie trybu, wyreguluj tłumienie. Można je doskonale zintegrować z planarnymi obwodami fal świetlnych (PLC) w celu uzyskania kompaktowych rozwiązań wielo-kanałowych.
Modulatory-elektrooptyczneoparte na niobianie litu mogą uzyskać odpowiedź poniżej{0}}mikrosekundy. Drogie i energochłonne,-ale nic innego nie pobije ich pod względem szybkości.
Spędziłem dużo czasu z jednostkami MEMS od wielu dostawców. Różnice w wydajności między modułami 400, 400 i 1200 często sprowadzają się do sterowania elektroniką, a nie do samego mechanizmu optycznego. Lepsze przetworniki DAC, ściślejsze pętle sprzężenia zwrotnego, bardziej wyrafinowane algorytmy kompensacji temperatury. Drogie jednostki zachowują dokładność ± 0,1 dB w całym zakresie roboczym; opcje budżetowe mogą w dobry dzień wytrzymać ± 0,3 dB.
Gdzie ma to znaczenie praktyczne
Systemy DWDM stanowią najwyraźniejszy przypadek użycia aktywnego tłumienia. Czterdzieści, osiemdziesiąt, a nawet dziewięćdziesiąt-sześć kanałów propagujących się jednocześnie-każdy musi dotrzeć do odbiornika z mniej więcej taką samą mocą. Tolerancje produkcyjne źródeł laserowych, niewielkie różnice w stratach włókien w zależności od długości fali, nachylenie wzmocnienia w EDFA... wszystko sprzysięga się w kierunku rozbieżności mocy pomiędzy kanałami--kanałami. VOA w węzłach ROADM dynamicznie to wyrównują.
Schematy kontroli stają się wyrafinowane. Monitory kanałów optycznych mierzą poziomy mocy na-długość fali; te dane są wprowadzane do algorytmów określających wartości zadane VOA; system stale dostosowuje się do zmian wzorców ruchu lub starzenia się podzespołów. Nikt nie robi tego ręcznie.
Aplikacje dla centrów danych mają tendencję do prostszych implementacji. Krótki zasięg oznacza mniejszą skumulowaną dyspersję i zmienność strat. Jednak ochrona nadajnika-odbiornika pozostaje istotna.-Podłączenie optyki-jednomodowej o dużej mocy-do odbiornika wielomodowego poprzez nieprawidłową wtyczkę spowodowałoby usmażenie detektora bez odpowiedniego tłumienia.
Test i pomiar działają w obie strony. Na przykład zautomatyzowane systemy testowe-linie produkcyjne charakteryzujące transceivery-wymagają programowalnego tłumienia w tysiącach cykli dziennie. Aktywne VOA integrują się poprzez GPIB, USB lub Ethernet. Środowiska laboratoryjne mogą wykorzystywać albo; zależy to od tego, czy ktoś chce programowo zmienić tłumienie, czy po prostu musi od czasu do czasu obniżyć moc.
Liczby, na których ludziom naprawdę zależy
Tłumienie wtrąceniowe w przypadku pasywnych, stałych tłumików jest znikome i przekracza zamierzone tłumienie-może przekraczać 0,3 dB. Mechaniczne VOA dodają nieco więcej ze względu na swoje mechanizmy regulacyjne. Aktywne jednostki są różne; Projekty MEMS zazwyczaj wykazują tłumienność wtrąceniową 1-3dB przy minimalnym ustawieniu tłumienia.
Ogólnie rzecz biorąc, obsługa mocy ogranicza urządzenia pasywne w większym stopniu niż te aktywne. Większość tłumików pasywnych określa maksymalny sygnał wejściowy na poziomie około 300-500 mW. Jeśli przekraczasz tę wartość w przypadku-domieszkowanych typów szkła, możliwe stają się uszkodzenia termiczne. Zastosowania o dużej mocy wymagają specjalnych jednostek o mocy 1 W lub większej.
Straty zależne{{0} od polaryzacji (PDL) są bardziej plagą technologii aktywnych niż pasywnych. Zwierciadła MEMS z natury nie rozróżniają stanów polaryzacji, ale jakakolwiek niewielka asymetria na ścieżce optycznej tworzy PDL. Urządzenia ciekłokrystaliczne-zasadniczo-oparte na polaryzacji-wymagają starannego projektowania, aby zminimalizować to zjawisko. Arkusze specyfikacji mogą pokazywać 0,1-0,3 dB PDL; jednostki w świecie rzeczywistym poddane obciążeniom temperaturowym czasami przekraczają tę wartość.
Strata zależna-od długości fali (WDL) ma znaczenie w zastosowaniach szerokopasmowych. Tłumik pasywny zoptymalizowany pod kątem pasma C-może słabo działać w zakresie długości fali w paśmie O-. Urządzenia aktywne borykają się z podobnymi ograniczeniami, chociaż wyrafinowane konstrukcje zapewniają stosunkowo płaską reakcję w zakresie 1260–1620 nm.
Realia kosztowe
Będę tutaj dosadny. Pasywne, stałe tłumiki zasadniczo nie kosztują przy dużej skali. Ceny hurtowe spadają poniżej pięciu dolarów za jednostkę w przypadku konfiguracji standardowych. Nawet wersje „premium” z wąską tolerancją rzadko przekraczają pięćdziesiąt dolarów.
Pasywne mechaniczne VOA zajmują złoty środek: 100–400 USD za wysokiej jakości jednostki z rozsądnym zakresem tłumienia i dokładnością.
Aktywne VOA zaczynają się od ok 300 dla modeli podstawowych i szybkie wspinanie się. W pełni funkcjonalne jednostki z interfejsami sieciowymi, szerokim zakresem tłumienia, niskim PDL i szybkim czasem reakcji, z łatwością osiągają 300 forba Sicmodeleiszybko się wspinają.W pełni funkcjonalne jednostki z interfejsami sieciowymi,szerszym zakresem tłumienia,niskim PDL iszybkim czasem reakcji,z łatwością osiągającym 1500-2000. Zintegrowane rozwiązania wielo-kanałowe dla aplikacji ROADM – w tym momencie mówimy o cenach sprzętu specjalistycznego.
Koszty w całym cyklu życia nieco zmieniają ten rachunek. Urządzenia pasywne zasadniczo nigdy nie zawodzą, jeśli nie zostaną uszkodzone fizycznie. Jednostki aktywne zawierają elektronikę, siłowniki, oprogramowanie sprzętowe,-wszystkie potencjalne tryby awarii. Specyfikacje MTBF wynoszące około 200 000-500 000 godzin wydają się imponujące, dopóki nie przypomnimy sobie, że dziesięcioletnie wdrożenie obejmuje około 87 000 godzin. Nie każda jednostka przetrwa.
Kilka rzeczy, które warto wiedzieć
Czyszczenie końcówek włókien przed instalacją jakiegokolwiek tłumika pozostaje absurdalnie ważne i absurdalnie zaniedbywane. Zanieczyszczenie interfejsów złączy zwiększa nieprzewidywalne straty i pogarsza straty na odbiciu. Środki czyszczące jednym{{2}kliknięciem kosztują pięć dolarów za sprzątanie, co stanowi mniej więcej-tanie ubezpieczenie.
Dokumentacja dotycząca identyfikowalności ma znaczenie, jeśli robisz coś regulowanego. Do zastosowań testowych istnieją skalibrowane tłumiki z identyfikowalnymi certyfikatami NIST-; kosztują więcej i wymagają okresowej ponownej certyfikacji.
Kondycjonowanie trybu czasami krzyżuje się z wymaganiami dotyczącymi tłumienia. Wprowadzanie-modu jednomodowego do światłowodu wielomodowego czasami wykorzystuje offsetowe kable krosowe lub kable-kondycjonujące tryb, które tłumią określone grupy modów. Inny problem, czasami mylony z tłumieniem prostym.
Rynek nadal ewoluuje w kierunku integracji. Samodzielne tłumiki nie znikają, ale większa funkcjonalność jest konsolidowana w modułach-VOA połączonych z przełącznikami optycznymi, zintegrowanymi z kartami liniowymi i osadzonymi w zespołach nadawczo-odbiorczych. Platformy fotoniki krzemowej zawierają teraz-chipowe elementy tłumiące dla spójnych projektów urządzeń nadawczo-odbiorczych.
Wybór pomiędzy nimi
W przypadku łączy statycznych wymagających stałej redukcji mocy: oczywiście tłumiki pasywne. Nie ma powodu, aby to nadmiernie komplikować.
W przypadku konfiguracji testowych z powtarzalnymi przeglądami programowymi: aktywne agencje VOA zwracają się w postaci oszczędności czasu.
Dla sieci produkcyjnych wymagających dynamicznej regulacji: rozwiązania aktywne, z określonym wyborem technologii w zależności od wymagań dotyczących prędkości i budżetu.
W przypadku zastosowań terenowych w odległych lokalizacjach bez niezawodnego zasilania: domyślnie wygrywa pasywność.
Podejście hybrydowe-pasywne, stałe tłumiki do tłumienia zbiorczego plus aktywna VOA do precyzyjnej regulacji-czasami ma sens ekonomiczny. Aby zbliżyć się do efektu, użyj taniego, stałego tłumika 20 dB, a pozostałe 0–10 dB pozwól, aby aktywna jednostka o ograniczonym-zakresie poradziła sobie precyzyjnie z pozostałymi 0–10 dB.
Poza tymi wytycznymi dominuje kontekst. Architektura sieci, filozofia operacyjna, istniejące systemy zarządzania, znajomość personelu, relacje z dostawcami-wszystko to wpływa na decyzje-w świecie rzeczywistym. Wybór optymalny technicznie nie zawsze jest wyborem optymalnym praktycznie.
