Оптично затихванеостава една от по-малко бляскавите, но абсолютно критични функции в оптичните системи. Когато праговете на чувствителност на приемника рискуват да бъдат превишени-или когато бюджетите за захранване на връзката изискват прецизно калибриране-се намесват атенюатори. Фундаменталното разделение между пасивни и активни варианти отразява по-задълбочен инженерен обмен-, който оформя решенията за мрежов дизайн в телекомуникационните среди, центровете за данни и тестовите среди.
Пасивният подход: простотата като сила
Пасивните атенюатори работят без електрическо захранване. Точка. Тази единствена характеристика се влива в почти всичко останало за тях.
Физиката тук е ясна. Вие или поглъщате фотони (стъклени или метал-йонни филтри), създавате въздушна междина между краищата на влакната, или умишлено неправилно подравнявате оптичния път. Атенюаторите от-тип празнина буквално въвеждат контролирано разделяне-светлината се отклонява през това пространство и само част се свързва обратно в приемащото влакно. Допираните варианти работят по различен начин; йони, вградени в стъклената матрица, превръщат оптичната енергия в топлина. Нито един подход не изисква външна намеса, след като бъде инсталиран.
Фиксираните атенюатори доминират при внедряването на място. Вграденият атенюатор от 10 dB струва около петнадесет долара, инсталира се за секунди и вероятно ще надживее оборудването, което свързва. Общи стойности-3dB, 5dB, 7dB, 10dB, 15dB, 20dB-покриват повечето сценарии. Стиловете на конекторите отразяват по-широката индустрия: LC и SC за модерни инсталации, FC за наследени и тестови настройки, понякога APC вариантите, когато обратната загуба е от значение.
Променливите оптични атенюатори (VOA) в пасивна форма използват механична настройка. Завъртете диск, преместете филтър с неутрална-плътност, променете разстоянието на празнината. Те варират от $50 до няколкостотин долара в зависимост от диапазона на затихване и прецизността. Добрите държат ±0,5dB точност. Евтините... недей.
Температурната стабилност варира значително между производителите. Спецификациите може да претендират за 0,02 dB/градус, но съм виждал устройства да се отклоняват значително повече във външни заграждения през летните месеци. Конструкциите от-тип празнина обикновено са по-температурно-стабилни от тези,-базирани на абсорбция, въпреки че това не е универсално вярно.
Възвратните загуби се пренебрегват, докато не причинят проблеми. Стандартното UPC покритие ви дава може би 50dB обратна загуба. APC надхвърля 60 dB. За DWDM системи или аналогови видео връзки тази разлика има огромно значение. За основна ethernet връзка вероятно не.
Активно затихване: Когато мрежите трябва да мислят
Активните VOA представляват фундаментално различна инженерна философия. Тези устройства модулират оптичната мощност по електронен път, позволявайки дистанционно управление, автоматизирани вериги за обратна връзка и интеграция със системи за управление на мрежата.
Технологичният пейзаж тук се фрагментира значително:
MEMS-базирани VOAизползвайте микроскопични огледала-обикновено силикон-които се накланят под въздействието на електростатична сила. Промяната на ъгъла на огледалото регулира колко светлина преминава между входните и изходните влакна. Времената за реакция се движат около 1-10 милисекунди. Те доминират телекомуникационните приложения, където надеждността има значение и изискванията за скорост не са екстремни.
Атенюатори с течни кристалиполяризирайте входящата светлина, след което завъртете това състояние на поляризация чрез промяна на напрежението в LC клетка. Поляризатор надолу по веригата блокира повече или по-малко светлина в зависимост от ориентацията. По-бавно от MEMS-10 до 100 милисекунди обикновено, но механично по-просто. Няма подвижни части, които да се износват.
Термо{0}}оптични дизайниизползват промените в индекса на пречупване с температурата. Загрейте вълноводна секция, променете свързването на режима, регулирайте затихването. Те се интегрират прекрасно в равнинни схеми на светлинни вълни (PLC) за компактни много-канални решения.
Електро{0}}оптични модулаторина базата на литиев ниобат може да постигне суб{0}}микросекундна реакция. Скъпи и-жадни за енергия, но нищо друго не ги докосва за скорост.
Прекарах доста време с MEMS устройства от множество доставчици. Разликите в производителността между 400moduleand400moduleanda1200 един често се свеждат до контролната електроника, а не до самия оптичен двигател. По-добри ЦАП, по-строги вериги за обратна връзка, по-сложни алгоритми за температурна компенсация. Скъпите устройства поддържат ±0.1dB точност в целия си работен диапазон; бюджетните опции може да управляват ±0,3dB в добър ден.
Когато това има значение на практика
DWDM системите представляват най-ясния случай за използване на активно затихване. Четиридесет, осемдесет, дори деветдесет-шест канала с дължина на вълната, разпространяващи се едновременно-всеки трябва да достигне до приемника с приблизително еквивалентна мощност. Производствени толеранси в лазерните източници, леки вариации в загубата на влакна по дължини на вълните, наклон на усилване в EDFA... всичко е свързано с разминаване в мощността на канал-към-канал. VOA в ROADM възлите динамично изравняват това.
Контролните схеми стават сложни. Мониторите за оптични канали измерват нивата на мощност на-дължина на вълната; че данните се подават в алгоритми, определящи зададените точки на VOA; системата непрекъснато се настройва, когато моделите на трафик се променят или компонентите стареят. Никой не прави това ръчно.
Приложенията за центрове за данни са склонни към по-прости реализации. Късите достигания означават по-малко натрупана дисперсия и вариация на загубите. Но защитата на трансивъра остава уместна-включването на високо-мощна еднорежимна-оптика в многомодов приемник чрез неправилна лепенка би изпържило детектора без подходящо затихване.
Тестът и измерването се разделят в двете посоки. Автоматизираните тестови системи-производствени линии, характеризиращи приемопредаватели, например-изискват програмируемо затихване през хиляди цикли дневно. Активните VOA се интегрират чрез GPIB, USB или Ethernet. Лабораторните среди могат да използват едно от двете; зависи дали някой иска програмно да помете затихването или просто трябва да намали мощността от време на време.
Числата, които всъщност интересуват хората
Вмъкнатите загуби за пасивни фиксирани атенюатори са незначителни отвъд предвиденото затихване-може би 0,3 dB излишък. Механичните VOA добавят малко повече поради техните механизми за регулиране. Активните единици варират; Проектите на MEMS обикновено показват 1-3dB вмъкната загуба при минимална настройка на затихване.
Работата с мощност ограничава пасивните устройства повече от активните, най-общо казано. Повечето пасивни атенюатори определят максимална входна мощност около 300-500mW. Надвишете това с легирани-типове стъкла и термичните щети стават възможни. Приложенията с висока мощност изискват специални устройства с мощност от 1 W или повече.
Зависимите от поляризацията-загуби (PDL) засягат повече активните технологии, отколкото пасивните. MEMS огледалата по своята същност не разграничават поляризационните състояния, но всяка лека асиметрия в оптичния път създава PDL. Устройствата с течни кристали-основно{4}}основани на поляризация-изискват внимателно проектиране, за да се сведе до минимум това. Спецификациите може да показват 0,1-0,3dB PDL; единиците в реалния свят при температурен стрес понякога надвишават това.
Зависимите от дължината на вълната загуби (WDL) са от значение за широколентовите приложения. Пасивен атенюатор, оптимизиран за C-лента, може да работи лошо при дължини на вълните на O-лента. Активните устройства са изправени пред подобни ограничения, въпреки че сложните дизайни управляват относително плосък отговор в рамките на 1260-1620nm.
Реалности на разходите
Тук ще бъда откровен. Пасивните фиксирани атенюатори не струват по същество нищо в мащаб. Обемната цена пада под пет долара за единица за стандартни конфигурации. Дори "премиум" версиите със строг толеранс рядко надхвърлят петдесет долара.
Пасивните механични VOA заемат средно място: $100-400 за качествени единици с разумен диапазон на затихване и точност.
Активните VOA започват около 300 за основни модели и бързо изкачване. Пълнофункционални модули с мрежови интерфейси, обширен диапазон на затихване, нисък PDL и бърза реакция лесно достигат до 300 за sicмодели и бързо изкачване. Пълнофункционални модули с мрежови интерфейси, обширен диапазон на затихване, нисък PDL и бърза реакция лесно достигат до 1500-2000. Интегрирани много{8}}канални решения за ROADM приложения – в този момент говорим за цени на специализирано оборудване.
Разходите през целия живот променят донякъде това изчисление. Пасивните устройства по същество никога не се провалят без физическа повреда. Активните модули съдържат електроника, задвижващи механизми, фърмуер-всички потенциални режими на повреда. Спецификациите за MTBF около 200 000-500 000 часа звучат впечатляващо, докато не си спомните, че едно десетгодишно внедряване обхваща около 87 000 часа. Не всяка единица оцелява.
Няколко неща, които си струва да знаете
Почистването на краищата на влакната преди инсталирането на атенюатор остава абсурдно важно и абсурдно пренебрегвано. Замърсяването на интерфейсите на конекторите добавя непредвидими загуби и влошава обратната загуба. Почистващите-с едно щракване струват пет долара на почистване, приблизително-евтина застраховка.
Документацията за проследимост има значение, ако правите нещо регулирано. Съществуват калибрирани атенюатори с NIST-проследими сертификати за тестови приложения; струват повече и изискват периодична ресертификация.
Кондиционирането на режима понякога се пресича с изискванията за затихване. Пускането на един-режим в многомодово влакно понякога използва офсетни свързващи кабели или мод{2}}кабели за кондициониране, които намаляват специфични групи режими. Различен проблем, понякога объркан с директно затихване.
Пазарът продължава да се развива към интеграция. Самостоятелните атенюатори не изчезват, но повече функционалност се консолидира в модули-VOA, комбинирани с оптични превключватели, интегрирани в линейни карти, вградени в модули на трансивър. Платформите за силиконова фотоника вече включват елементи за затихване на-чип за кохерентни дизайни на трансивъри.
Избор между тях
За статични връзки, нуждаещи се от фиксирано намаляване на мощността: пасивни атенюатори, очевидно. Няма причина да усложнявате твърде много.
За тестови настройки с повтарящи се програмни прегледи: активните VOA се изплащат чрез спестяване на време.
За производствени мрежи, изискващи динамична настройка: активни решения, със специфичен избор на технология в зависимост от изискванията за скорост и бюджет.
За внедряване на място в отдалечени места без надеждно захранване: пасивът печели по подразбиране.
Хибридният подход-пасивни фиксирани атенюатори за масово затихване плюс активен VOA за фина настройка-понякога има смисъл от икономическа гледна точка. Използвайте евтин 20dB фиксиран атенюатор, за да се приближите, оставете активното устройство с ограничен-обхват да се справи прецизно с останалите 0-10dB.
Отвъд тези насоки доминира контекстът. Архитектурата на мрежата, оперативната философия, съществуващите системи за управление, познаването на персонала, взаимоотношенията с доставчиците-всички влияят върху решенията-в реалния свят. Технически оптималният избор не винаги е практически оптимален.
