Оптичне загасаннязалишається однією з менш привабливих, але абсолютно важливих функцій у волоконно-оптичних системах. Коли існує ризик перевищення порогів чутливості приймача-або коли бюджети потужності каналу вимагають точного калібрування-включаються аттенюатори. Фундаментальний розподіл між пасивними й активними варіантами відображає глибший інженерний компроміс-, який формує рішення щодо проектування мережі в телекомунікаційних, центрах обробки даних і тестових середовищах.
Пасивний підхід: простота як сила
Пасивні атенюатори працюють без електрики. Крапка. Ця єдина характеристика переливається майже в усе інше в них.
Фізика тут проста. Ви або поглинаєте фотони (фільтри з легованим склом або метал-іонами), створюєте повітряний зазор між торцями волокна, або навмисно змінюєте оптичний шлях. Атенюатори-типу проміжків буквально створюють контрольоване розділення-світло розходиться через цей простір, і лише частина повертається назад у приймальне волокно. Леговані варіанти працюють інакше; іони, вбудовані в скляну матрицю, перетворюють оптичну енергію в тепло. Жоден підхід не потребує зовнішнього втручання після встановлення.
Стаціонарні атенюатори домінують у польових розгортаннях. Вбудований атенюатор на 10 дБ коштує приблизно п’ятнадцять доларів, встановлюється за лічені секунди та, швидше за все, переживе обладнання, до якого він підключається. Загальні значення-3 дБ, 5 дБ, 7 дБ, 10 дБ, 15 дБ, 20 дБ — охоплюють більшість сценаріїв. Стилі роз’ємів відображають ширшу галузь: LC і SC для сучасних інсталяцій, FC для застарілих і тестових установок, іноді варіанти APC, коли зворотні втрати мають значення.
Змінні оптичні атенюатори (VOA) у пасивній формі використовують механічне регулювання. Поверніть циферблат, пересуньте нейтральний-фільтр щільності, змініть відстань проміжку. Вони коштують від 50 до кількох сотень доларів залежно від діапазону ослаблення та точності. Хороші зберігають точність ±0,5 дБ. Дешеві... ні.
Температурна стабільність сильно відрізняється від виробника. Специфікації можуть стверджувати 0,02 дБ/градус, але я бачив, що пристрої дрейфують значно більше у зовнішніх корпусах протягом літніх місяців. Конструкції-типу зазору, як правило, більш{4}}температурно стабільні, ніж конструкції,-на основі поглинання, хоча це не завжди так.
Зворотні втрати ігноруються, поки вони не спричинять проблеми. Стандартна обробка UPC дає вам, можливо, 50 дБ зворотних втрат. APC перевищує 60 дБ. Для систем DWDM або аналогових відеоканалів ця різниця має величезне значення. Для базового підключення до Ethernet, напевно, ні.
Активне загасання: коли мережі повинні думати
Активні VOA представляють принципово іншу інженерну філософію. Ці пристрої модулюють оптичну потужність електронним способом, забезпечуючи дистанційне керування, автоматизовані контури зворотного зв’язку та інтеграцію з системами керування мережею.
Технологічний ландшафт тут значно фрагментований:
VOA-на основі MEMSвикористовуйте мікроскопічні дзеркала-зазвичай кремнієві-, які нахиляються під дією електростатичної сили. Зміна кута дзеркала регулює кількість світла між вхідними та вихідними волокнами. Час відповіді коливається в межах 1-10 мілісекунд. Вони домінують у телекомунікаційних програмах, де надійність має значення, а вимоги до швидкості не є екстремальними.
Рідкокристалічні атенюаториполяризувати вхідне світло, а потім обертати цей стан поляризації, змінюючи напругу на комірці LC. Розташований нижче поляризатор блокує більше або менше світла залежно від орієнтації. Повільніше, ніж MEMS-від 10 до 100 мілісекунд, як правило, але механічно простіше. Немає рухомих частин, які можуть зношуватися.
Термо{0}}оптичні конструкціївикористовувати зміни показника заломлення з температурою. Нагрівають ділянку хвилеводу, змінюють зв'язок мод, регулюють загасання. Вони чудово інтегруються в планарні світлові схеми (PLC) для компактних багато-канальних рішень.
Електро{0}}оптичні модуляторина основі ніобату літію можна досягти суб{0}}мікросекундного відгуку. Дорогі та енергоємні-, але ніщо інше не впливає на швидкість.
Я провів багато часу з блоками MEMS від багатьох постачальників. Відмінності в продуктивності між модулями 400 і 400 модулями і 1200 часто зводяться до керування електронікою, а не до самого оптичного механізму. Кращі ЦАП, жорсткіші контури зворотного зв’язку, складніші алгоритми температурної компенсації. Дорогі пристрої зберігають точність ±0,1 дБ у всьому робочому діапазоні; бюджетні варіанти можуть досягати ±0,3 дБ у хороший день.
Де це має практичне значення
Системи DWDM представляють найбільш чіткий варіант використання активного загасання. Сорок, вісімдесят, навіть дев’яносто{1}}шість каналів довжини хвилі, що поширюються одночасно-кожен має досягати приймача з приблизно еквівалентною потужністю. Виробничі допуски в лазерних джерелах, невеликі варіації втрат волокна на різних довжинах хвиль, нахил підсилення в EDFA... усе схиляється до розбіжності потужності між-каналами-. VOA на вузлах ROADM динамічно вирівнює це.
Схеми управління стають складнішими. Монітори оптичних каналів вимірюють рівні потужності на-довжину хвилі; що дані надходять в алгоритми, що визначають задані значення VOA; система безперервно коригується в міру зміни схем руху або старіння компонентів. Ніхто не робить цього вручну.
Програми центрів обробки даних мають тенденцію до більш простих реалізацій. Короткі досягнення означають меншу накопичену дисперсію та варіацію втрат. Але захист трансивера залишається актуальним-підключення-потужної одномодової-оптики до багатомодового приймача через неправильне патч призвело б до знищення детектора без належного ослаблення.
Випробування та вимірювання поділяються на обидві сторони. Автоматизовані випробувальні системи-виробничі лінії, що характеризують трансивери, наприклад-вимагають програмованого ослаблення в тисячах циклів щодня. Активні VOA інтегруються через GPIB, USB або Ethernet. Лабораторне середовище може використовувати будь-яке; це залежить від того, чи хоче хтось програмно змінити затухання, чи просто час від часу потрібно зменшити потужність.
Цифри, які насправді хвилюють людей
Внесені втрати для пасивних фіксованих атенюаторів є незначними за межами запланованого загасання -може перевищувати 0,3 дБ. Механічні VOA додають трохи більше завдяки своїм механізмам регулювання. Активні одиниці відрізняються; Конструкції MEMS зазвичай демонструють внесені втрати 1-3 дБ при мінімальному налаштуванні ослаблення.
Загалом використання потужності обмежує пасивні пристрої більше, ніж активні. Більшість пасивних атенюаторів вказують максимальну вхідну потужність близько 300-500 мВт. Перевищте цей показник із легованим-типом скла, і термічні пошкодження стануть можливими. Додатки високої потужності вимагають спеціальних пристроїв на 1 Вт або більше.
Втрати,-залежні від поляризації (PDL) турбують активні технології більше, ніж пасивні. MEMS-дзеркала за своєю суттю не розрізняють стани поляризації, але будь-яка незначна асиметрія на оптичному шляху створює PDL. Рідкокристалічні пристрої-на основі-основи поляризації-вимагають ретельного проектування, щоб мінімізувати це. Специфікації можуть показувати 0,1-0,3 дБ PDL; реальні одиниці за температурного стресу іноді перевищують це значення.
Втрати,-залежні від довжини хвилі (WDL) мають значення для широкосмугових програм. Пасивний аттенюатор, оптимізований для діапазону C-, може погано працювати на довжинах хвиль діапазону O-. Активні пристрої стикаються з подібними обмеженнями, хоча складні конструкції забезпечують відносно рівну реакцію на 1260-1620 нм.
Реалії вартості
Я буду відвертим. Пасивні фіксовані атенюатори практично нічого не коштують у масштабі. Обсягова ціна падає нижче п’яти доларів за одиницю для стандартних конфігурацій. Навіть «преміальні» версії з жорстким допуском рідко перевищують п'ятдесят доларів.
Пасивні механічні VOA займають золоту середину: $100-400 за якісні пристрої з розумним діапазоном затухання та точністю.
Активні VOA починаються приблизно 300 для базових моделей і швидкий підйом. Повнофункціональні модулі з мережевими інтерфейсами, широким діапазоном затухання, низьким PDL і швидким відгуком Повнофункціональні одиниці з мережевими інтерфейсами, широким діапазоном затухання, низьким PDL і швидким відгуком легко досягають 1500-2000. Інтегровані багатоканальні-рішення для додатків ROADM – на цьому етапі ми говоримо про ціни на спеціалізоване обладнання.
Витрати протягом життя дещо змінюють це обчислення. Пасивні пристрої по суті ніколи не виходять з ладу без фізичного пошкодження. Активні блоки містять електроніку, приводи, мікропрограму-всі потенційні режими збою. Специфікації MTBF близько 200 000-500 000 годин звучать вражаюче, доки ви не згадаєте, що десятирічне розгортання охоплює приблизно 87 000 годин. Не кожна одиниця виживає.
Кілька речей, які варто знати
Очищення торців оптоволокна перед установкою будь-якого атенюатора залишається надзвичайно важливою справою, якою нехтують. Забруднення інтерфейсів роз’ємів додає непередбачувані втрати та погіршує зворотні втрати. Прибиральник-один клік коштує п’ять доларів за прибирання, приблизно-дешева страховка.
Документація щодо відстеження має значення, якщо ви робите щось регламентоване. Існують калібровані атенюатори з сертифікатами NIST-для тестування; вони коштують дорожче і потребують періодичної переатестації.
Кондиціонування режиму іноді перетинається з вимогами до загасання. Запуск одномодового-моду в багатомодове волокно іноді використовує зміщені патч-корди або мод-кабелі кондиціонування, які послаблюють певні групи мод. Інша проблема, яку іноді плутають із прямим затуханням.
Ринок продовжує розвиватися в напрямку інтеграції. Окремі атенюатори не зникають, але більше функціональних можливостей об’єднується в модулі-VOA в поєднанні з оптичними перемикачами, інтегрованими в лінійні карти, вбудованими в блоки трансиверів. Платформи кремнієвої фотоніки тепер включають-елементи ослаблення на чіпі для когерентних конструкцій трансиверів.
Вибір між ними
Для статичних каналів, які потребують фіксованого зменшення потужності: пасивні атенюатори, очевидно. Немає причин надто ускладнювати це.
Для тестових налаштувань із повторюваними програмними скануваннями: активні VOA окупаються економією часу.
Для виробничих мереж, які потребують динамічного налаштування: активні рішення з вибором певних технологій залежно від вимог до швидкості та бюджету.
Для польового розгортання у віддалених місцях без надійного живлення: за замовчуванням виграє пасив.
Гібридний підхід-пасивні фіксовані атенюатори для об’ємного ослаблення плюс активний VOA для точного налаштування-іноді має економічний сенс. Використовуйте дешевий фіксований атенюатор на 20 дБ, щоб наблизитися, нехай активний-блок з обмеженим діапазоном точно впорається з рештою 0-10 дБ.
Поза цими вказівками домінує контекст. Архітектура мережі, операційна філософія, існуючі системи управління, обізнаність персоналу, стосунки з постачальниками-все це впливає на реальні-рішення. Технічно оптимальний вибір не завжди є практично оптимальним.
