Что такое оптоволоконный аттенюатор?

A оптоволоконный аттенюатор— это пассивное устройство, разработанное для преднамеренного снижения уровня мощности оптического сигнала, распространяющегося по оптоволокну. В отличие от усилителей, усиливающих сигналы, аттенюаторы работают путем введения контролируемых потерь, -измеренных в децибелах (дБ)- в тракт передачи. В основе физики лежат механизмы поглощения, рассеяния или смещения, которые рассеивают фотонную энергию предсказуемым и калиброванным образом. Эти компоненты находят свое основное применение в одномодовой оптоволоконной инфраструктуре, где мощные-лазерные источники обычно генерируют уровни выходного сигнала, способные насытить или повредить чувствительные схемы фотодетекторов.

Вот что застает людей врасплох. Вы тратите тысячи долларов на проектирование оптоволоконной сети с минимальными потерями, зацикливаясь на качестве сварки и чистоте разъемов-, а затем сигнал оказывается слишком сильным.

Перегрузка приемника – настоящее явление. Когда оптическая мощность превышает рабочий порог фотодиода, детектор переходит в насыщение. Усилитель зажимает. Частота битовых ошибок резко возрастает. В аналоговых системах, таких как кабельное телевидение, возникают продукты искажений, которые заметно ухудшают качество изображения. Ирония не ускользает от полевых техников, которые всю карьеру боролись с ослаблением шума, а затем обнаружили, что теперь им нужно что-то добавить обратно.

Рабочий диапазон приемника находится между двумя границами: чувствительностью на нижнем уровне (где шум превышает сигнал) и перегрузкой на верхнем уровне (где насыщение искажает данные). В большинстве технических описаний эти пределы четко указаны-приблизительно от -30 дБм до -15 дБм для чувствительности и перегрузки соответственно. Не хватает ни пограничных, ни производительных танков.

Механизмы различаются больше, чем можно было бы ожидать.

Гэп-аттенюаторы потерьиспользовать специальное воздушное пространство между торцами оптоволокна. Свет, выходящий из входного волокна, распространяется при пересечении зазора; только часть соединяется с принимающим ядром. Простая физика. Чем шире зазор, тем выше затухание,-хотя этот подход приводит к проблемам с отражением, которые имеют огромное значение в некоторых приложениях.
Легированное волокноявляется предпочтительным решением для большинства коммерческих фиксированных аттенюаторов. Производители вводят ионы металлов в короткий сегмент волокна, создавая поглощение, преобразующее оптическую энергию в тепло. Значение затухания остается удивительно стабильным при колебаниях температуры и не вызывает проблемных обратных-отражений. Вы найдете их внутри компактных аттенюаторов с разъемом «папа» на-гнездо-, которые повсюду установлены на патч-панелях.
Фильтры нейтральной плотностиобнаруживаются в регулируемых аттенюаторах и испытательном оборудовании. Частично непрозрачный элемент находится на пути коллимированного луча между двумя фокусирующими линзами. Переместите элемент глубже в луч, и затухание увеличится. Настройка требует точной настройки, но обеспечивает -независимую от длины волны производительность в широких спектральных диапазонах,-критическую для тестирования DWDM, когда несколько каналов охватывают диапазон C-.

Еще есть трюк с оберткой. Оберните одномодовый патч-корд- вокруг карандаша несколько раз, и вы получите потерю изгиба. Технические специалисты использовали это в крайнем случае на протяжении десятилетий. Оно работает. Это бесплатно. Производители оптоволокна его ненавидят, потому что изгибы небольшого-радиуса нагружают стекло и могут вызвать проблемы с надежностью-в долгосрочной перспективе. Но когда вы устраняете неполадки в 2 часа ночи и у вас нет подходящего фиксированного аттенюатора, вы делаете то, что должны.

Фиксированные аттенюаторы обеспечивают установленное значение затухания: 1 дБ, 5 дБ, 10 дБ, 20 дБ в зависимости от требований применения. Они дешевы, надежны и не требуют регулировки. Разработчики системы рассчитывают бюджет мощности во время планирования, определяют необходимое затухание, чтобы центрировать мощность приемника в пределах рабочего диапазона, и устанавливают соответствующий фиксированный аттенюатор. Сделанный.

Математика не сложная. Выходная мощность передатчика минус потери в кабельной системе минус фиксированное значение аттенюатора должно равняться чему-то, удобному для рабочего окна приемника. Оставьте запас на случай старения разъема и изменений температуры-может составлять 3 дБ в обе стороны от номинала.

Переменные аттенюаторы открывают разные возможности. Очевидно, они имеют значение для тестирования. Инженер-оптик, определяющий чувствительность приемника, должен контролировать затухание в широком диапазоне при мониторинге BER. Ручные регулируемые аттенюаторы с регулировочными винтами позволяют выполнять стендовые работы; моторизованные версии интегрируются в автоматизированные испытательные системы, где производительность оправдывает дополнительные затраты.

Но переменные также появляются в развернутых системах. Волоконные усилители,-легированные эрбием, в сетях дальней-магистрали требуют выравнивания мощности канала. Различные длины волн в системе DWDM имеют разное усиление через усилитель-это явление, называемое наклоном усиления. Переменные оптические аттенюаторы (VOA) для каждого канала позволяют сетевым операторам выравнивать выходной спектр. Некоторые из этих голосовых сетей реагируют электронным способом, используя микрозеркала MEMS или жидкокристаллические элементы, которые регулируют затухание на основе управляющих сигналов от систем управления сетью.

Интерфейс разъема определяет, где физически можно установить аттенюатор. Аттенюаторы LC, SC, FC, ST-поставляются во всех стандартных конфигурациях. Подберите разъем аттенюатора к установленной установке. Очевидно, но стоит отметить.

Штекерный-к-гнездовой (штекерный тип)

аттенюаторы вставляются непосредственно в приемник, между портом патч-панели и входом оборудования. Это наиболее распространенная конфигурация развертывания. Аттенюатор представляет собой штекерный разъем, который вставляется в розетку приемника, а гнездовой адаптер принимает входящий патч-корд.

Гнездо-к-гнездо (переборочное исполнение)

Аттенюаторы заменяют стандартный переходник. Оба порта поддерживают штекерные разъемы. Они хорошо работают в патч-панелях, где вы хотите, чтобы затухание было встроено в межсоединение, а не свисало с оборудования.

Линейные аттенюаторы-

интегрироваться в сами патчкорды. Они выглядят как обычные оптоволоконные кабели с небольшим корпусом где-то по длине. Чистые установки. Нет отдельного компонента для отслеживания или удаления.

Для приложений APC (угловой физический контакт) тип полировки разъема имеет значение. Аттенюаторы APC соединяются с разъемами APC; смешение APC и UPC приведет к катастрофе. Срез под углом 8- градусов на торцевых поверхностях APC предотвращает соединение с плоскими-полированными разъемами UPC, но люди все равно пытаются, и в результате повреждения могут загрязнить целые сегменты линии мусором.

fiber optic attenuator

Не все аттенюаторы работают одинаково. Несколько параметров отличают адекватные компоненты от прецизионных инструментов.

Точность затухания

описывает, насколько точно фактические потери соответствуют номинальной стоимости. Аттенюатор на 10 дБ на практике может измерять уровень 9,7 дБ или 10,4 дБ. Допуски обычно составляют ±0,5 дБ для низких значений и ±5% для более высоких значений затухания. Прецизионные испытательные аттенюаторы значительно сокращают это значение-до ±0,05 дБ для приборов калибровочного-класса.

Возвратные потери

количественно оценивает обратные-отражения. Низкие обратные потери означают высокую отражательную способность-плохую новость для лазерных передатчиков, чувствительных к оптической обратной связи. Здесь часто возникают проблемы с аттенюаторами потерь-. Легированные-волоконные конструкции превосходны, обычно обеспечивая возвратные потери 50+ дБ. Для аналоговых видеосистем или оборудования когерентной передачи характеристики отражения могут решить или помешать развертыванию.

Зависимость от длины волны

влияет на широкополосные приложения. Аттенюатор, оптимизированный для длины волны 1550 нм, может иметь другие потери на длине волны 1310 нм. Проверьте спецификацию. Большинство коммерческих аттенюаторов разумно работают в обоих окнах, но предположения создают людям проблемы.

Мощность

становится критически важным вблизи усилителей-высокой выходной мощности. Аттенюаторы с разъемами поглощают энергию на торце волокна, а чрезмерная плотность мощности может повредить интерфейс. Конструкции с расширенным-лучем обеспечивают более высокую мощность, распределяя луч по большей площади до того, как произойдет затухание.

Одномодовые системы преобладают в использовании аттенюаторов, поскольку одномодовые лазерные источники-генерируют достаточную мощность, чтобы вызвать проблемы. Сочетание узкого диаметра сердечника и когерентного выходного сигнала лазера создает высокую плотность мощности, которую фотодетекторы не всегда могут выдержать,-особенно на коротких участках линии связи, где потери в кабеле минимальны.

Многомодовые приложения редко нуждаются в аттенюаторах. Светодиодные источники и VCSEL, питающие многомодовые линии связи, просто не выдают достаточно оптической мощности, чтобы перегрузить приемники даже на минимальных расстояниях. Больший диаметр сердечника распределяет мощность по нескольким модам распространения, а ограничения на выходную мощность источника еще больше снижают риск перегрузки.

Тем не менее, существуют многомодовые аттенюаторы. Некоторые сценарии тестирования требуют их. А некоторые мощные-многомодовые лазеры с вертикальным-резонатором в современных межсоединениях центров обработки данных раздвигают границы, недоступные предыдущим поколениям.

Одна сложность: потери,-зависимые от режима. Аттенюаторы, использующие пространственную фильтрацию (например, конструкции с переменными лопастными-типами), по-разному влияют на разные режимы. Моды более высокого-порядка, распространяющиеся вблизи границы ядра-оболочки, испытывают большее затухание, чем фундаментальные моды, сосредоточенные в центре ядра. Эта модовая зависимость затрудняет точное измерение затухания в многомодовых системах.

Разместите аттенюаторы на приемном конце линии. Это не произвольно.

Установка аттенюатора на передатчике позволяет снизить мощность, но создает головную боль при тестировании. Невозможно удобно измерить полученную мощность, не отключая что-либо. Вы не можете убедиться, что аттенюатор обеспечивает правильные потери, не дойдя до дальнего конца.

Ваш измеритель мощности подключается прямо к приемнику. Измеряйте с установленным аттенюатором. Измерьте без него. Убедитесь, что дельта соответствует ожиданиям. При необходимости откорректируйте (для типов переменных). Простой рабочий процесс.

Размещение приемника также учитывает отражательную способность. Любое обратное-отражение от аттенюатора должно пройти всю длину линии связи, прежде чем достичь передатчика-, и на этом пути оно ослабляется за счет потерь в кабельной системе. Расположите аттенюатор на передатчике, и отражения беспрепятственно вернутся прямо в резонатор лазера. Некоторые передатчики справляются с этим нормально; другие заметно дестабилизируют.

Рассмотрим типичный сценарий. Ваш передатчик выдает минимум 0 дБм. Для приемника указан рабочий диапазон от -15 до -30 дБм, что означает, что он перегружается выше -15 дБм и чувствительность падает ниже -30 дБм.

Общие потери в вашей кабельной сети составляют 7 дБ. Разъемы, соединения, затухание волокна-все в комплекте.

Без вмешательства полученная мощность равна выходной мощности передатчика минус потери: 0 дБм минус 7 дБ равно -7 дБм. Это выше порога перегрузки -15 дБм. Ресивер выйдет в насыщение.

Вам необходимо снизить принимаемую мощность приблизительно до уровня от -20 дБм до -25 дБм — комфортно в пределах рабочего диапазона с запасом. Цель: -22 дБм.

Требуемые общие потери: 0 дБм минус (-22 дБм) равно 22 дБ. У вас уже есть 7 дБ от кабельного завода. Необходимо дополнительное ослабление: 22 минус 7 равно 15 дБ.

Установите на приемник фиксированный аттенюатор на 15 дБ. Проверьте с помощью измерителя мощности. Двигаться дальше.

Помимо постоянной установки, аттенюаторы играют важную роль в квалификации системы и устранении неполадок.

Тестирование запаса мощностиопределяет, сколько дополнительных потерь может выдержать ссылка перед сбоем. Вставьте переменный аттенюатор. Увеличьте затухание при мониторинге BER или потери пакетов. Обратите внимание на места, где появляются ошибки. Разница между этим порогом и нормальной рабочей мощностью представляет собой запас-буфера безопасности, защищающего от ухудшения качества разъема, повреждения кабеля или старения источника.
Проверка чувствительности приемникаподтверждает, что оборудование соответствует техническим характеристикам. Калиброванное затухание позволяет точно контролировать оптическую мощность детектора при измерении результирующего BER. Автоматизированные испытательные системы проверяют уровни мощности и генерируют характерные кривые «ванны», которые определяют характеристики приемника.
Тестирование выравнивания каналовв системах WDM требуется избирательное ослабление отдельных длин волн. Специализированные многоканальные блоки аттенюаторов, иногда интегрированные с селективными переключателями по длине волны-, позволяют инженерам моделировать различные сценарии наклона усиления и проверять правильность реакции систем мониторинга и компенсации.

fiber optic attenuator

Люди забывают учитывать вносимые потери аттенюатора. Даже настройка «0 дБ» на регулируемом аттенюаторе приводит к некоторым базовым потерям-, возможно, от 0,5 до 1,5 дБ в зависимости от конструкции. Учитывайте это при расчетах.

Загрязнение убивает аттенюаторов быстрее, чем злоупотребление. Торцевая поверхность открыта для интерфейса разъема, собирая пыль и отпечатки пальцев, как и любой другой разъем. Осмотрите и очистите перед установкой. Используйте подходящие колпачки, когда они не используются.

Поляризационные-зависимые потери (PDL) удивляют людей в когерентных системах. Некоторые конструкции аттенюаторов демонстрируют разные потери в зависимости от состояния входной поляризации. Для систем с модуляцией интенсивности-, использующих стандартные протоколы, этого никто не замечает. Для когерентного обнаружения с поляризационным мультиплексированием PDL создает реальные проблемы.

Дрейф длины волны в тестовых источниках влияет на поведение аттенюатора,-зависимое от длины волны. Ваш источник 1550 нм может на самом деле выдавать 1553 нм в зависимости от температуры. Если в характеристиках аттенюатора указано значение 1550 нм, накапливаются небольшие ошибки.

Фиксированные аттенюаторы почти ничего не стоят-всего несколько долларов за стандартные типы разъемов и значения затухания. Держите выбор под рукой. Разновидности LC и SC от мужского-к-женскому (5 дБ, 10 дБ и 15 дБ) подходят для большинства ситуаций.

Переменные аттенюаторы значительно варьируются. Ручные типы для настольного использования стоят от 50 до 200 долларов в зависимости от диапазона и типа разъема. Прецизионные программируемые инструменты для автоматизированных испытательных систем стоят тысячи долларов. VOA на основе MEMS-для развертывания сети находятся где-то посередине, а цены отражают объем и требования к интеграции.

Альтернативой покупке подходящего аттенюатора часто являются творческие обходные пути-дополнительные патч-кабели для увеличения потерь в разъеме, намотки оправки или просто допущение снижения производительности. Рассчитайте стоимость выезда грузовика для устранения загадочных ошибок по сравнению со стоимостью содержания подходящих аттенюаторов в наборе инструментов.

Нечувствительное к изгибу-волокно изменило уравнение намотки оправки. Современные волокна ITU-T G.657 выдерживают малые радиусы изгиба без существенного увеличения потерь-за счет конструкции, что обеспечивает более плотную прокладку кабеля в помещениях. Те же свойства, которые делают эти волокна не допускающими неправильной установки, делают их устойчивыми к преднамеренной потере изгиба. Этот старый трюк с-обертыванием карандашом не очень хорошо работает с волокном,-нечувствительным к изгибу.

Когерентные трансиверы с более высокой-мощностью повышают требования к мощности. В межсоединениях центров обработки данных и городских системах DWDM все чаще используется передающее оборудование с выходной мощностью, которая бросает вызов традиционным конструкциям аттенюаторов. Конфигурации с расширенным-лучом и свободным-пространством справляются с нагрузкой лучше, чем традиционные поглощающие элементы на основе оптоволокна-.

Интеграция продолжает развиваться. Функции аттенюатора встроены в трансиверы, усилители и селективные переключатели-длины волны. Дискретные аттенюаторы по-прежнему необходимы для тестирования и устранения неполадок, но постоянная установка все чаще происходит внутри интегрированных фотонных подсистем.

Волоконно-оптические аттенюаторы решают важную проблему: снижают оптическую мощность до уровней, с которыми приемники могут справиться без искажений и повреждений. Технология отработана, физика проста, стоимость компонентов минимальна. Людей сбивает с толку то, что они забывают, что он им нужен,-полагают, что больше мощности всегда лучше, игнорируют верхнюю границу технических характеристик приемника или не могут проверить фактические уровни мощности во время ввода в эксплуатацию.

Держите в своем комплекте несколько фиксированных аттенюаторов. Поймите, как рассчитать необходимое затухание на основе значений бюджета канала. Установите их на приемнике, а не на передатчике. Очистите их так же, как и любой другой оптический интерфейс.

Это не гламурная работа. Но в этом разница между ссылкой, которая работает чисто, и той, которая выдает ошибки, которые никто не может объяснить.