Bộ suy giảm sợi quang là gì?

 

 

A bộ suy giảm sợi quanglà một thiết bị thụ động được thiết kế để cố tình giảm mức năng lượng của tín hiệu quang truyền qua liên kết sợi quang. Không giống như bộ khuếch đại giúp tăng cường tín hiệu, bộ suy giảm hoạt động bằng cách đưa tổn hao có kiểm soát-đo bằng decibel (dB)-vào đường truyền. Vật lý cơ bản liên quan đến các cơ chế hấp thụ, tán xạ hoặc dịch chuyển làm tiêu tán năng lượng quang tử theo cách có thể dự đoán và hiệu chỉnh. Các thành phần này có tiện ích chính trong cơ sở hạ tầng sợi quang đơn chế độ, trong đó các nguồn laser công suất cao thường xuyên tạo ra mức đầu ra có khả năng làm bão hòa hoặc làm hỏng mạch tách sóng quang nhạy cảm.

Vấn đề không ai nói tới: Quá nhiều ánh sáng

Đây là một cái gì đó khiến mọi người mất cảnh giác. Bạn bỏ ra hàng ngàn đô la để thiết kế mạng cáp quang để giảm thiểu tổn thất, ám ảnh về chất lượng mối nối và độ sạch của đầu nối-và sau đó tín hiệu hiển thị quá mạnh.

Quá tải máy thu là một hiện tượng có thật. Khi công suất quang vượt quá ngưỡng hoạt động của photodiode, máy dò sẽ bão hòa. Các clip khuếch đại. Tỷ lệ lỗi bit tăng đột biến. Trong các hệ thống tương tự như phân phối CATV, hiện tượng méo hình xuất hiện làm giảm đáng kể chất lượng hình ảnh. Điều trớ trêu không hề xảy ra đối với các kỹ thuật viên hiện trường, những người đã dành cả sự nghiệp để đấu tranh với tình trạng suy giảm chỉ để phát hiện ra rằng giờ đây họ cần phải bổ sung lại một số lượng tín hiệu.

Phạm vi hoạt động của máy thu nằm giữa hai ranh giới: độ nhạy ở mức thấp (nơi nhiễu lấn át tín hiệu) và tình trạng quá tải ở mức cao (nơi bão hòa làm hỏng dữ liệu). Hầu hết các bảng dữ liệu đều xác định rõ ràng-các giới hạn này tương ứng như từ -30 dBm đến -15 dBm cho độ nhạy và tình trạng quá tải. Bỏ lỡ cả xe tăng ranh giới và xe tăng hiệu suất.

Chúng thực sự hoạt động như thế nào

Các cơ chế khác nhau nhiều hơn bạn mong đợi.

• bộ giảm hao hụt khoảng cách-khai thác một khoảng trống có chủ ý giữa các mặt cuối của sợi. Ánh sáng thoát ra khỏi sợi quang đầu vào lan truyền khi nó đi qua khe hở; chỉ một phần kết hợp vào lõi tiếp nhận. Vật lý đơn giản. Khoảng cách càng rộng thì độ suy giảm càng cao-mặc dù cách tiếp cận này gây ra những lo ngại về độ phản xạ cực kỳ quan trọng trong một số ứng dụng nhất định.
• Chất xơ pha tạplà giải pháp ưu tiên trong hầu hết các bộ suy giảm cố định thương mại. Các nhà sản xuất đưa các ion kim loại vào một đoạn sợi ngắn, tạo ra sự hấp thụ chuyển năng lượng quang học thành nhiệt. Giá trị suy giảm vẫn ổn định đáng kể khi thay đổi nhiệt độ và không tạo ra phản xạ ngược có vấn đề. Bạn sẽ tìm thấy những thứ này bên trong các bộ suy giảm kiểu phích cắm nam{4}}đến{5}}cái{6}} nhỏ gọn nằm ở các bảng vá lỗi ở khắp mọi nơi.
• Bộ lọc mật độ trung tínhxuất hiện trong các bộ suy hao thay đổi và thiết bị kiểm tra. Một phần tử mờ một phần nằm trong đường truyền tia chuẩn trực giữa hai thấu kính hội tụ. Di chuyển phần tử sâu hơn vào chùm tia và độ suy giảm sẽ tăng lên. Quá trình thiết lập yêu cầu căn chỉnh chính xác nhưng mang lại hiệu suất-độc lập với bước sóng trên các dải phổ rộng-quan trọng đối với thử nghiệm DWDM trong đó nhiều kênh trải rộng trên băng tần C{5}}.

 

Ngoài ra còn có thủ thuật quấn trục gá. Quấn dây vá chế độ đơn{1}}quanh bút chì vài lần là bạn đã gây ra tình trạng mất uốn cong. Các kỹ thuật viên đã sử dụng điều này trong nhiều thập kỷ. Nó hoạt động. Nó miễn phí. Các nhà cung cấp sợi quang ghét điều này vì bán kính uốn cong nhỏ tạo áp lực lên kính và có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy lâu dài. Nhưng khi bạn khắc phục sự cố vào lúc 2 giờ sáng và không có bộ suy giảm cố định phù hợp, bạn sẽ làm những gì bạn phải làm.

Cố định và Thay đổi: Khi Mỗi cái đều có ý nghĩa

Bộ suy giảm cố định cung cấp giá trị suy giảm được thiết lập-1 dB, 5 dB, 10 dB, 20 dB, bất kể ứng dụng yêu cầu. Chúng rẻ, đáng tin cậy và không cần điều chỉnh. Các nhà thiết kế hệ thống tính toán mức tiêu thụ điện năng trong quá trình lập kế hoạch, xác định mức suy giảm cần thiết đối với công suất máy thu trung tâm trong phạm vi hoạt động và lắp đặt bộ suy giảm cố định thích hợp. Xong.

Toán học không phức tạp. Đầu ra máy phát trừ đi tổn thất của nhà máy cáp trừ đi giá trị bộ suy giảm cố định sẽ bằng mức nào đó phù hợp trong cửa sổ vận hành của máy thu. Để lại lề cho sự lão hóa của đầu nối và sự thay đổi nhiệt độ-có thể là 3 dB ở hai bên giá trị danh nghĩa.

Bộ suy giảm biến đổi mở ra những khả năng khác nhau. Rõ ràng là chúng quan trọng để thử nghiệm. Một kỹ sư quang học mô tả độ nhạy của máy thu cần phải quét sự suy giảm trên một phạm vi rộng trong khi theo dõi BER. Bộ suy giảm biến đổi thủ công có vít điều chỉnh xử lý công việc trên băng ghế dự bị; phiên bản cơ giới tích hợp vào hệ thống kiểm tra tự động, nơi năng suất phù hợp với chi phí cao hơn.

Nhưng các biến cũng xuất hiện trong các hệ thống được triển khai. Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium-trong mạng đường dài-yêu cầu cân bằng công suất kênh. Các bước sóng khác nhau trong hệ thống DWDM có mức tăng khác nhau thông qua bộ khuếch đại-hiện tượng này được gọi là độ nghiêng khuếch đại. Bộ suy giảm quang học có thể thay đổi (VOA) trên cơ sở mỗi{6} kênh cho phép các nhà khai thác mạng làm phẳng phổ đầu ra. Một số VOA này phản hồi bằng điện tử, sử dụng gương vi mô MEMS hoặc các phần tử tinh thể lỏng điều chỉnh độ suy giảm dựa trên tín hiệu điều khiển từ hệ thống quản lý mạng.

Các loại đầu nối và hệ số dạng

Giao diện đầu nối xác định nơi bộ suy giảm có thể được cài đặt về mặt vật lý. Bộ suy giảm LC, SC, FC, ST{1}}có tất cả các cấu hình tiêu chuẩn. Nối đầu nối bộ suy giảm với thiết bị đã lắp đặt của bạn. Rõ ràng, nhưng đáng nói.

Đối với các ứng dụng APC (tiếp xúc vật lý góc cạnh), loại chất đánh bóng đầu nối rất quan trọng. Bộ suy giảm APC kết hợp với đầu nối APC; trộn lẫn APC và UPC sẽ gây ra thảm họa. Việc cắt góc 8-độ trên các mặt cuối của APC sẽ ngăn việc kết nối với các đầu nối UPC{4}}được đánh bóng phẳng-nhưng mọi người vẫn thử và hậu quả là hư hỏng có thể làm nhiễm bẩn toàn bộ các phân đoạn liên kết với các mảnh vụn.

Sự phân chia-Chế độ đơn và Đa chế độ

Các hệ thống-chế độ đơn chiếm ưu thế trong việc sử dụng bộ suy giảm vì nguồn laser-chế độ đơn tạo ra đủ năng lượng để gây ra sự cố. Sự kết hợp giữa đường kính lõi hẹp và đầu ra laser kết hợp tạo ra mật độ năng lượng cao mà bộ tách sóng quang không phải lúc nào cũng có thể chịu được-đặc biệt là trên các khoảng liên kết ngắn, nơi có mức suy hao cáp tối thiểu.

Các ứng dụng đa chế độ hiếm khi cần bộ suy giảm. Các nguồn LED và VCSEL cấp nguồn cho các liên kết đa chế độ đơn giản là không tạo ra đủ công suất quang để làm quá tải bộ thu, thậm chí ở những khoảng cách tối thiểu. Đường kính lõi lớn hơn giúp phân tán công suất trên nhiều chế độ truyền sóng và các giới hạn đầu ra của nguồn giúp giảm hơn nữa nguy cơ quá tải.

Điều đó nói lên rằng, có tồn tại các bộ suy giảm đa chế độ. Một số kịch bản thử nghiệm nhất định yêu cầu chúng. Và một số tia laser khoang dọc-đa chế độ công suất cao trong các kết nối liên kết của trung tâm dữ liệu hiện đại đã vượt qua các ranh giới mà các thế hệ trước không tiếp cận được.

Một vấn đề phức tạp: chế độ-mất phụ thuộc. Bộ suy giảm sử dụng tính năng lọc không gian (chẳng hạn như thiết kế biến đổi kiểu cánh-) ảnh hưởng đến các chế độ khác nhau một cách khác nhau. Các chế độ-thứ tự cao hơn di chuyển gần ranh giới lớp bọc-lõi sẽ bị suy giảm nhiều hơn so với các chế độ cơ bản tập trung ở trung tâm lõi. Sự phụ thuộc chế độ này làm cho việc đo độ suy giảm chính xác trở nên khó khăn trong các hệ thống đa chế độ.

Cài đặt: Bên nhận, Luôn luôn

 

Đặt bộ suy giảm ở đầu thu của liên kết. Đây không phải là tùy ý.

Việc đặt bộ suy hao vào máy phát sẽ giúp giảm công suất nhưng lại khiến việc kiểm tra trở nên đau đầu. Bạn không thể đo công suất nhận được một cách thuận tiện mà không ngắt kết nối thứ gì đó. Bạn không thể xác minh rằng bộ suy giảm cung cấp tổn thất chính xác nếu không đi đến đầu xa.

Tại máy thu, đồng hồ đo điện của bạn kết nối ngay tại đó. Đo với bộ suy giảm tại chỗ. Đo mà không có nó. Xác minh delta phù hợp với mong đợi. Điều chỉnh nếu cần thiết (đối với các loại biến). Quy trình làm việc đơn giản.

Vị trí của máy thu cũng giải quyết vấn đề phản xạ. Mọi phản xạ ngược-từ bộ suy hao đều phải truyền toàn bộ chiều dài liên kết trước khi đến bộ phát-và bị suy giảm do suy hao nhà máy cáp trên đường đi. Đặt bộ suy giảm ở máy phát và phản xạ sẽ quay trở lại trực tiếp vào khoang laser mà không bị cản trở. Một số máy phát xử lý vấn đề này tốt; những người khác mất ổn định đáng kể.

Ví dụ tính toán thế giới thực-

Hãy xem xét một kịch bản điển hình. Máy phát của bạn xuất ra tối thiểu 0 dBm. Máy thu chỉ định phạm vi hoạt động từ -15 đến -30 dBm-có nghĩa là nó quá tải trên -15 dBm và giảm xuống dưới độ nhạy dưới -30 dBm.

Tổn thất trong nhà máy cáp của bạn đo được tổng cộng là 7 dB. Đầu nối, mối nối, bộ suy giảm sợi quang-tất cả đều có.

Nếu không có sự can thiệp, công suất nhận được bằng đầu ra máy phát trừ đi tổn thất: 0 dBm trừ 7 dB bằng -7 dBm. Đó là trên ngưỡng quá tải -15 dBm. Máy thu sẽ bão hòa.

Bạn cần giảm công suất nhận được xuống khoảng -20 dBm đến -25 dBm-một cách thoải mái trong phạm vi hoạt động với biên độ dự phòng. Mục tiêu: -22 dBm.

Tổng tổn thất yêu cầu: 0 dBm trừ (-22 dBm) bằng 22 dB. Bạn đã có 7 dB từ nhà máy cáp. Cần thêm mức suy giảm: 22 trừ 7 bằng 15 dB.

Lắp đặt bộ suy giảm cố định 15 dB tại máy thu. Kiểm tra bằng đồng hồ đo điện. Đi tiếp.

Ứng dụng thử nghiệm

Ngoài việc lắp đặt cố định, bộ suy giảm còn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá và khắc phục sự cố hệ thống.

• Kiểm tra biên độ quyền lựcxác định mức độ mất mát bổ sung mà một liên kết có thể chịu đựng được trước khi thất bại. Chèn một bộ suy giảm biến. Tăng độ suy giảm trong khi theo dõi BER hoặc mất gói. Lưu ý điểm xuất hiện lỗi. Sự khác biệt giữa ngưỡng đó và công suất hoạt động bình thường thể hiện mức-đệm an toàn bảo vệ chống lại sự xuống cấp của đầu nối, hư hỏng cáp hoặc lão hóa nguồn.
• Xác minh độ nhạy của máy thuxác nhận rằng thiết bị đáp ứng các thông số kỹ thuật. Độ suy giảm hiệu chuẩn cho phép kiểm soát chính xác công suất quang tại máy dò trong khi đo BER thu được. Hệ thống kiểm tra tự động quét qua các mức công suất và tạo ra các đường cong "bồn tắm" đặc trưng xác định hiệu suất của máy thu.
• Kiểm tra cân bằng kênhtrong các hệ thống WDM yêu cầu suy giảm có chọn lọc các bước sóng riêng lẻ. Các khối suy giảm đa kênh chuyên dụng, đôi khi được tích hợp với các công tắc chọn lọc-bước sóng, cho phép các kỹ sư mô phỏng các kịch bản nghiêng khuếch đại khác nhau và xác minh rằng hệ thống giám sát và bù đáp ứng một cách thích hợp.

Những sai lầm thường gặp và cách tránh chúng

Mọi người quên tính đến tổn thất chèn bộ suy giảm. Ngay cả cài đặt "0 dB" trên bộ suy giảm có thể thay đổi cũng gây ra một số tổn hao cơ bản-có thể từ 0,5 đến 1,5 dB tùy theo thiết kế. Đưa yếu tố này vào tính toán.

Sự ô nhiễm giết chết bộ suy giảm nhanh hơn lạm dụng. Mặt cuối nằm lộ ra ở giao diện đầu nối, bám bụi và dầu vân tay giống như bất kỳ đầu nối nào khác. Kiểm tra và làm sạch trước khi lắp đặt. Sử dụng mũ thích hợp khi không sử dụng.

Suy hao phụ thuộc vào sự phân cực-(PDL) khiến mọi người ngạc nhiên trong các hệ thống nhất quán. Một số thiết kế bộ suy hao có tổn thất khác nhau tùy thuộc vào trạng thái phân cực đầu vào. Đối với các hệ thống được điều chế cường độ- chạy các giao thức chuẩn, không ai để ý. Để phát hiện mạch lạc bằng ghép kênh phân cực, PDL tạo ra các vấn đề thực sự.

Sự trôi dạt bước sóng trong các nguồn thử nghiệm kết hợp với hành vi suy giảm phụ thuộc vào bước sóng-. Nguồn 1550 nm của bạn thực sự có thể tạo ra 1553 nm tùy thuộc vào nhiệt độ. Nếu thông số kỹ thuật của bộ suy giảm giả định là 1550 nm thì sẽ tích lũy các lỗi nhỏ.

Kinh tế học

Bộ suy giảm cố định hầu như không tốn gì-vài đô la cho các loại đầu nối tiêu chuẩn và giá trị suy giảm. Giữ một lựa chọn trong tay. Các loại LC và SC nam-đến{4}}nữ ở mức 5 dB, 10 dB và 15 dB bao gồm hầu hết các tình huống.

Bộ suy giảm có thể thay đổi phạm vi đáng kể. Các loại thủ công để sử dụng trên băng ghế dự bị có thể có giá từ $50 đến $200 tùy thuộc vào phạm vi và kiểu đầu nối. Các thiết bị lập trình chính xác dành cho hệ thống kiểm tra tự động có giá hàng ngàn đô la. VOA dựa trên MEMS-để triển khai mạng nằm ở khoảng giữa, với mức giá phản ánh khối lượng và yêu cầu tích hợp.

Giải pháp thay thế cho việc mua bộ suy hao phù hợp thường bao gồm các giải pháp sáng tạo-cáp bổ sung để làm mất đầu nối, quấn trục hoặc đơn giản là chấp nhận hiệu suất bị suy giảm. Tính toán chi phí của một chiếc xe lăn để khắc phục các lỗi bí ẩn so với chi phí để giữ các bộ suy giảm thích hợp trong bộ dụng cụ.

Những cân nhắc mới nổi

Uốn cong-sợi không nhạy cảm đã thay đổi phương trình quấn trục gá. Sợi ITU-T G.657 hiện đại có thể chịu được bán kính uốn cong nhỏ mà không làm tăng suy hao đáng kể-theo thiết kế, giúp định tuyến cáp chặt chẽ hơn trong môi trường cơ sở. Các đặc tính tương tự làm cho các sợi này dễ bị lạm dụng khi lắp đặt khiến chúng có khả năng chống lại sự mất mát do uốn cong có chủ ý. Thủ thuật quấn-bút chì cũ đó không hiệu quả trên sợi không nhạy cảm-uốn cong.

Bộ thu phát kết hợp công suất cao hơn-đưa ra các yêu cầu về xử lý nguồn điện. Các kết nối trung tâm dữ liệu và hệ thống metro DWDM ngày càng triển khai nhiều thiết bị truyền dẫn có công suất đầu ra thách thức các thiết kế bộ suy giảm thông thường. Cấu hình-chùm tia và không gian trống-mở rộng xử lý tải tốt hơn các phần tử suy giảm dựa trên sợi quang-truyền thống.

Hội nhập tiếp tục tiến bộ. Các chức năng của bộ suy giảm được nhúng vào bộ thu phát, bộ khuếch đại và các công tắc chọn lọc-bước sóng. Bộ suy giảm rời rạc vẫn cần thiết cho việc kiểm tra và khắc phục sự cố, nhưng việc lắp đặt cố định ngày càng diễn ra bên trong các hệ thống con quang tử tích hợp.

Dòng dưới cùng

Bộ suy giảm sợi quang giải quyết một vấn đề thiết yếu: giảm công suất quang đến mức mà máy thu có thể xử lý mà không bị biến dạng hoặc hư hỏng. Công nghệ đã hoàn thiện, vật lý đơn giản, chi phí linh kiện ở mức tối thiểu. Điều khiến mọi người bối rối là họ quên mất rằng họ cần một thiết bị-cho rằng nhiều năng lượng hơn luôn tốt hơn, bỏ qua giới hạn trên của thông số kỹ thuật của bộ thu hoặc không kiểm tra mức năng lượng thực tế trong quá trình vận hành thử.

Giữ một vài bộ suy giảm cố định trong bộ dụng cụ của bạn. Hiểu cách tính toán độ suy giảm cần thiết từ số lượng quỹ liên kết. Cài đặt chúng ở máy thu, không phải máy phát. Làm sạch chúng giống như bạn làm sạch mọi giao diện quang học khác.

Đó không phải là công việc hào nhoáng. Nhưng đó là sự khác biệt giữa một liên kết chạy sạch và một liên kết gây ra lỗi mà không ai có thể giải thích được.