Suy giảm quang họcvẫn là một trong những chức năng kém hấp dẫn nhưng cực kỳ quan trọng trong hệ thống cáp quang. Khi ngưỡng độ nhạy của máy thu có nguy cơ bị vượt quá-hoặc khi ngân sách năng lượng liên kết yêu cầu phải có bộ suy giảm-hiệu chuẩn chính xác. Sự phân chia cơ bản giữa các biến thể thụ động và chủ động phản ánh sự đánh đổi kỹ thuật sâu hơn-điều này định hình các quyết định thiết kế mạng trên các môi trường viễn thông, trung tâm dữ liệu và thử nghiệm.
Cách tiếp cận thụ động: Đơn giản là sức mạnh
Bộ suy giảm thụ động hoạt động mà không cần nguồn điện. Dừng hoàn toàn. Đặc điểm duy nhất này ảnh hưởng đến hầu hết mọi thứ khác về họ.
Vật lý ở đây rất đơn giản. Bạn đang hấp thụ các photon (bộ lọc ion{1}}kim loại hoặc thủy tinh pha tạp), tạo ra khe hở không khí giữa các mặt cuối của sợi hoặc cố tình điều chỉnh sai đường quang. Bộ suy giảm loại khoảng cách-theo nghĩa đen đưa ra sự phân tách-ánh sáng có kiểm soát trong không gian đó và chỉ một phần kết hợp trở lại sợi thu. Các biến thể pha tạp hoạt động khác nhau; các ion nhúng trong ma trận thủy tinh chuyển đổi năng lượng quang học thành nhiệt. Không có cách tiếp cận nào yêu cầu sự can thiệp từ bên ngoài sau khi cài đặt.
Bộ suy giảm cố định chiếm ưu thế trong việc triển khai tại hiện trường. Bộ suy giảm nội tuyến 10dB có giá khoảng 15 đô la, lắp đặt trong vài giây và có thể sẽ tồn tại lâu hơn thiết bị mà nó kết nối. Các giá trị phổ biến-3dB, 5dB, 7dB, 10dB, 15dB, 20dB-bao gồm hầu hết các trường hợp. Các kiểu trình kết nối phản ánh ngành công nghiệp rộng lớn hơn: LC và SC dành cho các cài đặt hiện đại, FC dành cho các thiết lập thử nghiệm và cũ, đôi khi là các biến thể APC khi vấn đề tổn thất trả lại.
Bộ suy giảm quang học biến đổi (VOA) ở dạng thụ động sử dụng điều chỉnh cơ học. Xoay nút xoay, dịch chuyển bộ lọc mật độ-trung tính, thay đổi khoảng cách. Chúng có giá dao động từ $50 đến vài trăm đô la tùy thuộc vào phạm vi suy giảm và độ chính xác. Những cái tốt giữ độ chính xác ± 0,5dB. Những cái rẻ thì không.
Độ ổn định nhiệt độ rất khác nhau giữa các nhà sản xuất. Bảng thông số kỹ thuật có thể yêu cầu 0,02dB/độ, nhưng tôi đã thấy các thiết bị trôi dạt nhiều hơn đáng kể trong các thùng ngoài trời trong những tháng mùa hè. Các thiết kế loại khoảng cách-có xu hướng ổn định nhiệt độ-ổn định hơn so với các thiết kế dựa trên sự hấp thụ-, mặc dù điều này không hoàn toàn đúng.
Việc mất lợi nhuận bị bỏ qua cho đến khi nó gây ra vấn đề. Lớp hoàn thiện UPC tiêu chuẩn mang lại cho bạn mức suy giảm phản hồi có thể là 50dB. APC vượt quá 60dB. Đối với các hệ thống DWDM hoặc liên kết video analog, sự khác biệt đó rất quan trọng. Đối với kết nối ethernet cơ bản, có lẽ là không.
Suy giảm tích cực: Khi mạng cần suy nghĩ
VOA hoạt động đại diện cho một triết lý kỹ thuật khác về cơ bản. Các thiết bị này điều chỉnh nguồn quang điện tử, cho phép điều khiển từ xa, vòng phản hồi tự động và tích hợp với hệ thống quản lý mạng.
Bối cảnh công nghệ ở đây bị chia cắt đáng kể:
VOA dựa trên MEMS-sử dụng gương siêu nhỏ-thường là silicon-nghiêng dưới lực tĩnh điện. Việc thay đổi góc gương sẽ điều chỉnh lượng ánh sáng kết hợp giữa các sợi đầu vào và đầu ra. Thời gian phản hồi dao động trong khoảng 1-10 mili giây. Những ứng dụng này thống trị các ứng dụng viễn thông nơi độ tin cậy được quan tâm và yêu cầu về tốc độ không quá cao.
Bộ suy giảm tinh thể lỏngphân cực ánh sáng tới, sau đó xoay trạng thái phân cực đó bằng cách thay đổi điện áp trên một tế bào LC. Bộ phân cực xuôi dòng chặn nhiều hay ít ánh sáng tùy theo hướng. Chậm hơn MEMS-thông thường từ 10 đến 100 mili giây-nhưng đơn giản hơn về mặt cơ học. Không có bộ phận chuyển động nào bị mòn.
thiết kế quang học nhiệt-khai thác sự thay đổi chiết suất theo nhiệt độ. Làm nóng phần ống dẫn sóng, thay đổi khớp nối chế độ, điều chỉnh độ suy giảm. Chúng tích hợp hoàn hảo vào các mạch sóng ánh sáng phẳng (PLC) để tạo ra các giải pháp đa kênh nhỏ gọn.
Bộ điều biến quang điện-dựa trên lithium niobate có thể đạt được phản hồi dưới-micro giây. Đắt tiền và-ngốn nhiều điện năng nhưng không có gì khác có thể đáp ứng được tốc độ của chúng.
Tôi đã dành nhiều thời gian với các thiết bị MEMS từ nhiều nhà cung cấp. Sự khác biệt về hiệu suất giữa mô-đun 400 mô-đun và mô-đun 400 mô-đun và 1.200 mô-đun thường xuất phát từ việc điều khiển thiết bị điện tử hơn là bản thân động cơ quang học. DAC tốt hơn, vòng phản hồi chặt chẽ hơn, thuật toán bù nhiệt độ phức tạp hơn. Các thiết bị đắt tiền duy trì độ chính xác ±0,1dB trong phạm vi hoạt động của chúng; các tùy chọn ngân sách có thể quản lý ± 0,3dB vào một ngày tốt lành.
Vấn đề này thực tế ở đâu
Các hệ thống DWDM trình bày trường hợp sử dụng rõ ràng nhất cho sự suy giảm chủ động. Bốn mươi, tám mươi, thậm chí chín mươi{1}}sáu kênh bước sóng truyền đồng thời-mỗi kênh cần đến máy thu với công suất gần tương đương. Dung sai sản xuất trong các nguồn laser, sự thay đổi nhỏ về suy hao sợi quang giữa các bước sóng, tăng độ nghiêng trong EDFA... mọi thứ đều dẫn đến sự phân kỳ công suất kênh-đến{6}}kênh. VOA tại các nút ROADM tự động cân bằng điều này.
Các kế hoạch kiểm soát trở nên phức tạp. Màn hình kênh quang đo lường theo-mức công suất bước sóng; dữ liệu đó được đưa vào các thuật toán xác định điểm đặt VOA; hệ thống liên tục điều chỉnh khi mô hình giao thông thay đổi hoặc các bộ phận cũ đi. Không ai làm điều này một cách thủ công.
Các ứng dụng trung tâm dữ liệu có xu hướng triển khai đơn giản hơn. Khoảng cách ngắn có nghĩa là độ phân tán tích lũy và biến đổi tổn thất ít hơn. Tuy nhiên, việc bảo vệ bộ thu phát vẫn có liên quan-việc cắm một quang chế độ đơn-công suất cao-vào bộ thu đa chế độ thông qua một miếng vá không chính xác sẽ làm hỏng máy dò mà không có độ suy giảm thích hợp.
Kiểm tra và đo lường chia theo cả hai cách. Ví dụ: hệ thống kiểm tra tự động-dây chuyền sản xuất đặc trưng cho bộ thu phát-yêu cầu độ suy giảm có thể lập trình qua hàng nghìn chu kỳ mỗi ngày. VOA hoạt động tích hợp qua GPIB, USB hoặc ethernet. Môi trường phòng thí nghiệm có thể sử dụng; nó phụ thuộc vào việc ai đó muốn quét sự suy giảm theo chương trình hay chỉ cần thỉnh thoảng tắt nguồn.
Những con số mọi người thực sự quan tâm
Suy hao chèn đối với bộ suy giảm cố định thụ động chạy không đáng kể vượt quá mức suy giảm dự kiến-có thể vượt quá 0,3dB. VOA cơ học bổ sung thêm một chút do cơ chế điều chỉnh của chúng. Các đơn vị hoạt động khác nhau; Các thiết kế MEMS thường hiển thị tổn thất chèn 1-3dB ở cài đặt suy giảm tối thiểu.
Nói chung, việc xử lý nguồn điện hạn chế các thiết bị thụ động hơn các thiết bị chủ động. Hầu hết các bộ suy giảm thụ động đều chỉ định đầu vào tối đa khoảng 300-500mW. Vượt quá mức này với các loại kính{5}}có pha tạp chất và có thể gây hư hỏng do nhiệt. Các ứng dụng công suất cao yêu cầu các thiết bị đặc biệt có công suất từ 1W trở lên.
Sự mất mát phụ thuộc-phân cực (PDL) gây khó khăn cho các công nghệ chủ động hơn là thụ động. Gương MEMS vốn không phân biệt được các trạng thái phân cực, nhưng bất kỳ sự bất đối xứng nhỏ nào trong đường quang đều tạo ra PDL. Các thiết bị tinh thể lỏng-cơ bản dựa trên sự phân cực--yêu cầu thiết kế cẩn thận để giảm thiểu điều này. Bảng thông số kỹ thuật có thể hiển thị 0,1-0,3dB PDL; các đơn vị trong thế giới thực chịu áp lực về nhiệt độ đôi khi vượt quá mức này.
Suy hao phụ thuộc bước sóng (WDL) là vấn đề quan trọng đối với các ứng dụng băng thông rộng. Bộ suy giảm thụ động được tối ưu hóa cho băng tần C-có thể hoạt động kém ở bước sóng băng tần O-. Các thiết bị đang hoạt động phải đối mặt với những hạn chế tương tự, mặc dù các thiết kế phức tạp quản lý phản hồi tương đối phẳng trên 1260-1620nm.
Thực tế chi phí
Tôi sẽ thẳng thắn ở đây. Bộ suy hao cố định thụ động về cơ bản không tốn kém gì trên quy mô lớn. Giá khối lượng giảm xuống dưới 5 đô la một đơn vị cho cấu hình tiêu chuẩn. Ngay cả những phiên bản "cao cấp" có mức dung sai chặt chẽ cũng hiếm khi vượt quá năm mươi đô la.
VOA cơ học thụ động chiếm mức trung bình: 100-400 USD cho các thiết bị chất lượng có phạm vi suy giảm hợp lý và độ chính xác.
VOA hoạt động bắt đầu xung quanh 300cho các mô hình cơ bản và leo lên nhanh chóng.Các đơn vị đầy đủ tính năng với giao diện ethernet, phạm vi suy giảm mở rộng, PDL thấp và phản hồi nhanh dễ dàng tiếp cận300đối với các mô hình cơ bản và leo lên nhanh chóng. Các đơn vị đầy đủ tính năng với giao diện ethernet, phạm vi suy giảm mở rộng, PDL thấp và phản hồi nhanh dễ dàng tiếp cận1.500-2.000. Giải pháp đa kênh-tích hợp cho các ứng dụng ROADM-tại thời điểm đó chúng ta đang nói đến việc định giá thiết bị chuyên dụng.
Chi phí trọn đời làm thay đổi tính toán này một chút. Các thiết bị thụ động về cơ bản không bao giờ bị hỏng nếu không có sát thương vật lý. Các thiết bị hoạt động chứa thiết bị điện tử, bộ truyền động, phần sụn-tất cả các chế độ lỗi có thể xảy ra. Thông số MTBF khoảng 200.000-500.000 giờ nghe có vẻ ấn tượng cho đến khi bạn nhớ rằng quá trình triển khai trong 10 năm kéo dài khoảng 87.000 giờ. Không phải mọi đơn vị đều sống sót.
Một vài điều đáng biết
Việc làm sạch các mặt cuối của sợi trước khi lắp đặt bất kỳ bộ suy giảm nào vẫn cực kỳ quan trọng và bị bỏ qua một cách vô lý. Sự ô nhiễm trên các giao diện đầu nối làm tăng thêm tổn thất không thể đoán trước và làm giảm tổn thất phản hồi. Công cụ dọn dẹp chỉ bằng một cú nhấp chuột có giá 5 đô la cho mỗi lần dọn dẹp, mức bảo hiểm khá rẻ.
Tài liệu truy xuất nguồn gốc rất quan trọng nếu bạn đang làm bất cứ điều gì được quản lý. Bộ suy giảm đã hiệu chỉnh có chứng chỉ có thể theo dõi-NIST dành cho các ứng dụng thử nghiệm; chúng có giá cao hơn và yêu cầu chứng nhận lại định kỳ.
Điều hòa chế độ đôi khi giao nhau với các yêu cầu suy giảm. Việc triển khai chế độ đơn-vào cáp quang đa chế độ đôi khi sử dụng dây vá bù đắp hoặc cáp điều chỉnh chế độ- để làm suy giảm các nhóm chế độ cụ thể. Vấn đề khác, đôi khi bị nhầm lẫn với suy giảm thẳng.
Thị trường tiếp tục phát triển theo hướng hội nhập. Bộ suy giảm độc lập không biến mất mà có nhiều chức năng hơn được hợp nhất thành các mô-đun-VOA kết hợp với bộ chuyển mạch quang, được tích hợp vào thẻ đường truyền, được nhúng trong cụm bộ thu phát. Nền tảng quang tử silicon hiện bao gồm-các phần tử suy giảm chip để thiết kế bộ thu phát mạch lạc.
Lựa chọn giữa họ
Đối với các liên kết tĩnh cần giảm công suất cố định: rõ ràng là bộ suy giảm thụ động. Không có lý do gì để quá phức tạp điều này.
Đối với các thiết lập thử nghiệm với các lần quét theo chương trình lặp đi lặp lại: các VOA đang hoạt động sẽ tự chi trả để tiết kiệm thời gian.
Đối với mạng sản xuất yêu cầu điều chỉnh động: giải pháp chủ động, với các lựa chọn công nghệ cụ thể tùy theo yêu cầu về tốc độ và ngân sách.
Để triển khai tại hiện trường ở những địa điểm xa không có nguồn điện đáng tin cậy: chiến thắng thụ động theo mặc định.
Phương pháp kết hợp-bộ suy giảm cố định thụ động để suy giảm hàng loạt cộng với VOA hoạt động để điều chỉnh tinh tế-đôi khi có ý nghĩa về mặt kinh tế. Sử dụng bộ suy giảm cố định 20dB giá rẻ để đến gần, để thiết bị hoạt động có phạm vi-có giới hạn xử lý chính xác 0-10dB còn lại.
Ngoài những hướng dẫn này, bối cảnh chiếm ưu thế. Kiến trúc mạng, triết lý hoạt động, hệ thống quản lý hiện có, sự quen thuộc của nhân viên, mối quan hệ với nhà cung cấp-tất cả đều ảnh hưởng đến-các quyết định trong thế giới thực. Sự lựa chọn tối ưu về mặt kỹ thuật không phải lúc nào cũng là sự lựa chọn tối ưu về mặt thực tế.
