تضعیف کننده های فیبر نوری غیرفعال در مقابل فعال: تفاوت های کلیدی

 

تضعیف نوریهمچنان یکی از عملکردهای کمتر پر زرق و برق و در عین حال کاملاً حیاتی در سیستم های فیبر نوری است. هنگامی که آستانه حساسیت گیرنده در معرض خطر فراتر رفتن قرار می گیرد-یا زمانی که بودجه برق پیوند نیازمند کالیبراسیون دقیق است-تضعیف کننده ها وارد عمل می شوند. تقسیم اساسی بین انواع غیرفعال و فعال نشان دهنده یک تجارت مهندسی عمیق- است که تصمیمات طراحی شبکه را در سراسر مخابرات، مرکز داده و محیط های آزمایشی شکل می دهد.

رویکرد منفعل: سادگی به عنوان قدرت

تضعیف کننده های غیرفعال بدون برق کار می کنند. توقف کامل این مشخصه منفرد تقریباً به همه چیزهای دیگر در مورد آنها تبدیل می شود.

فیزیک در اینجا ساده است. شما یا فوتون‌ها را جذب می‌کنید (فیلترهای یونی شیشه‌ای یا فلزی{1})، یک شکاف هوا بین سطوح انتهایی فیبر ایجاد می‌کنید، یا عمداً مسیر نوری را نادرست می‌کنید. تضعیف‌کننده‌های نوع شکاف به معنای واقعی کلمه یک جداسازی کنترل‌شده را معرفی می‌کنند-نور در آن فضا واگرا می‌شود، و تنها بخشی به فیبر دریافت‌کننده جفت می‌شود. انواع دوپ شده متفاوت عمل می کنند. یون های تعبیه شده در ماتریس شیشه ای انرژی نوری را به گرما تبدیل می کنند. هیچ یک از این رویکردها پس از نصب نیاز به مداخله خارجی ندارد.

تضعیف کننده های ثابت بر استقرار میدانی تسلط دارند. یک تضعیف کننده خطی 10 دسی بل شاید پانزده دلار قیمت داشته باشد، در چند ثانیه نصب می شود و احتمالاً از تجهیزاتی که متصل می کند دوام خواهد آورد. مقادیر رایج-3dB، 5dB، 7dB، 10dB، 15dB، 20dB اکثر سناریوها را پوشش می‌دهند. سبک‌های اتصال دهنده صنعت گسترده‌تر را منعکس می‌کنند: LC و SC برای نصب‌های مدرن، FC برای نصب‌های قدیمی و آزمایشی، گاهی اوقات انواع APC زمانی که ضرر برگشتی اهمیت دارد.

تضعیف کننده های نوری متغیر (VOA) به شکل غیرفعال از تنظیم مکانیکی استفاده می کنند. یک صفحه را بچرخانید، یک فیلتر تراکم خنثی- را تغییر دهید، فاصله فاصله را تغییر دهید. اینها بسته به محدوده تضعیف و دقت از 50 دلار تا چند صد دلار قیمت دارند. موارد خوب دقت 0.5dB را دارند. ارزان ها... نکن.

 

چیزی که هیچ کس در مورد تضعیف کننده های غیرفعال به شما نمی گوید:

پایداری دما بین تولید کنندگان بسیار متفاوت است. برگه‌های مشخصات ممکن است ادعای 0.02dB/درجه داشته باشند، اما من دیده‌ام که واحدها در ماه‌های تابستان به میزان قابل توجهی در محفظه‌های فضای باز جابجا می‌شوند. طرح‌های{3}}نوع شکاف نسبت به طرح‌های مبتنی بر جذب-در دما{4}}پایدارتر هستند، اگرچه این در کل صادق نیست.

ضرر برگشتی نادیده گرفته می شود تا زمانی که مشکل ایجاد کند. پرداخت استاندارد UPC ممکن است 50 دسی بل از دست دادن بازگشت را به شما بدهد. APC از 60 دسی بل عبور می کند. برای سیستم های DWDM یا پیوندهای ویدئویی آنالوگ، این تفاوت بسیار مهم است. برای اتصال اولیه اترنت، احتمالاً نه.

تضعیف فعال: زمانی که شبکه ها باید فکر کنند

VOA های فعال نشان دهنده یک فلسفه مهندسی اساسا متفاوت است. این دستگاه‌ها توان نوری را به صورت الکترونیکی تعدیل می‌کنند، کنترل از راه دور، حلقه‌های بازخورد خودکار و ادغام با سیستم‌های مدیریت شبکه را ممکن می‌سازند.

چشم انداز فناوری در اینجا به طور قابل توجهی تکه تکه می شود:

من زمان قابل توجهی را با واحدهای MEMS از چندین فروشنده سپری کرده‌ام. تفاوت عملکرد بین یک 400moduleanda400moduleanda1200 اغلب به کنترل الکترونیک و نه خود موتور نوری مربوط می شود. DAC های بهتر، حلقه های بازخورد محکم تر، الگوریتم های پیچیده تر جبران دما. واحدهای گران قیمت دقت ± 0.1dB را در محدوده عملیاتی خود حفظ می کنند. گزینه های بودجه ممکن است ± 0.3dB را در یک روز خوب مدیریت کنند.

جایی که این عملا اهمیت دارد

سیستم‌های DWDM واضح‌ترین مورد استفاده را برای تضعیف فعال ارائه می‌دهند. چهل، هشتاد و حتی نود-شش کانال طول موجی که به طور همزمان منتشر می‌شوند-هر کدام باید با قدرت تقریباً معادل به گیرنده برسند. تحمل‌های تولید در منابع لیزر، تغییرات جزئی در از دست دادن فیبر در طول موج‌ها، افزایش شیب در EDFA... همه چیز به سمت کانال-به-واگرایی توان کانال توطئه می‌کند. VOA در گره های ROADM به صورت پویا این را برابر می کند.

طرح های کنترل پیچیده می شوند. مانیتورهای کانال نوری سطوح توان را در هر{1}}طول موج اندازه گیری می کنند. که داده‌ها به الگوریتم‌هایی وارد می‌شوند که نقاط تنظیم صدای آمریکا را تعیین می‌کنند. سیستم به طور مداوم با تغییر الگوهای ترافیک یا پیر شدن اجزا تنظیم می شود. هیچ کس این کار را به صورت دستی انجام نمی دهد.

برنامه های دیتاسنتر به سمت پیاده سازی های ساده تر تمایل دارند. دستیابی کوتاه به معنای پراکندگی انباشته کمتر و تنوع تلفات است. اما حفاظت از فرستنده گیرنده همچنان مرتبط باقی می ماند-وصل کردن یک اپتیک{3}}تک حالته{4}}پرقدرت به یک گیرنده چند حالته از طریق یک وصله نادرست، آشکارساز را بدون تضعیف مناسب سرخ می کند.

تست و اندازه گیری به دو صورت تقسیم می شود. سیستم‌های آزمایشی خودکار-خطوط تولید مشخص کننده فرستنده‌های گیرنده، برای مثال{2}}تضعیف قابل برنامه‌ریزی را در هزاران چرخه روزانه می‌طلبد. VOA های فعال از طریق GPIB، USB، یا اترنت یکپارچه می شوند. محیط‌های آزمایشگاهی ممکن است از هر دو استفاده کنند. این بستگی به این دارد که آیا کسی بخواهد تضعیف را به صورت برنامه‌ریزی جارو کند یا فقط باید گهگاهی برق را قطع کند.

اعدادی که مردم واقعاً به آنها اهمیت می دهند

تلفات درج برای تضعیف کننده های ثابت غیرفعال فراتر از تضعیف مورد نظر-شاید 0.3 دسی بل بیش از حد ناچیز است. VOA های مکانیکی به دلیل مکانیسم های تنظیمی که دارند مقداری بیشتر اضافه می کنند. واحدهای فعال متفاوت است. طرح‌های MEMS معمولاً از دست دادن 1-3 دسی‌بل را در حداقل تنظیم تضعیف نشان می‌دهند.

به طور کلی، کنترل قدرت، دستگاه‌های غیرفعال را بیشتر از دستگاه‌های فعال محدود می‌کند. اکثر تضعیف کننده های غیرفعال حداکثر ورودی را در حدود 300{3}}500 میلی وات تعیین می کنند. با انواع شیشه‌های دوپ‌شده{5}}از این مقدار فراتر بروید و آسیب حرارتی ممکن می‌شود. برنامه های کاربردی پرقدرت به واحدهای تخصصی با 1W یا بیشتر نیاز دارند.

پلاریزاسیون{0}}از دست دادن وابسته (PDL) بیشتر از منفعل، فناوری‌های فعال را آزار می‌دهد. آینه های MEMS به طور ذاتی حالت های پلاریزاسیون را تشخیص نمی دهند، اما هر گونه عدم تقارن جزئی در مسیر نوری باعث ایجاد PDL می شود. دستگاه‌های کریستال مایع-بر اساس پلاریزاسیون اساسی-بر اساس-به طراحی دقیق نیاز دارند تا این امر به حداقل برسد. برگه مشخصات ممکن است 0.1-0.3dB PDL را نشان دهد. واحدهای دنیای واقعی تحت تنش دما گاهی اوقات از این فراتر می روند.

از دست دادن وابسته به طول موج-(WDL) برای برنامه‌های باند پهن اهمیت دارد. یک تضعیف کننده غیرفعال که برای باند C-بهینه شده است ممکن است در طول موج‌های باند O عملکرد ضعیفی داشته باشد. دستگاه‌های فعال با محدودیت‌های مشابهی روبرو هستند، اگرچه طراحی‌های پیچیده پاسخ نسبتاً مسطح را در طول 1260-1620 نانومتر مدیریت می‌کنند.

واقعیت های هزینه

من اینجا رک می گویم. تضعیف کننده های ثابت غیرفعال اساساً هیچ هزینه ای در مقیاس ندارند. قیمت حجم برای پیکربندی های استاندارد به زیر پنج دلار در هر واحد کاهش می یابد. حتی نسخه‌های «پریمیوم» با تحمل محدود به ندرت بیش از پنجاه دلار است.

VOAهای مکانیکی غیرفعال حد وسطی را اشغال می کنند: 100-400 دلار برای واحدهای با کیفیت با محدوده میرایی و دقت مناسب.

VOA های فعال شروع می شوند 300 برای مدل های پایه و به سرعت بالا می روند. sicmodelsand به سرعت بالا می‌روند. واحدهای با ویژگی‌های کامل با رابط‌های بین‌المللی، دامنه کاهش گسترده، PDL پایین، و سرعت پاسخگویی آسان به 1500-2000 می‌رسد. راه‌حل‌های چند کاناله یکپارچه برای برنامه‌های ROADM - در آن زمان در مورد قیمت‌گذاری تجهیزات تخصصی صحبت می‌کنیم.

هزینه های مادام العمر این محاسبه را تا حدودی تغییر می دهد. دستگاه‌های غیرفعال اساساً در صورت وجود آسیب فیزیکی هرگز از بین نمی‌روند. واحدهای فعال شامل الکترونیک، محرک، سفت‌افزار{2}}همه حالت‌های خرابی احتمالی هستند. مشخصات MTBF حدود 200,000-500,000 ساعت بسیار چشمگیر به نظر می رسد تا زمانی که به یاد بیاورید که استقرار ده ساله حدود 87,000 ساعت طول می کشد. هر واحدی زنده نمی ماند.

چند نکته که ارزش دانستن دارد

تمیز کردن سطوح انتهایی فیبر قبل از نصب هرگونه تضعیف کننده به طرز عجیبی مهم است و به طرز عجیبی نادیده گرفته می شود. آلودگی در رابط های اتصال دهنده باعث تلفات غیرقابل پیش بینی و کاهش تلفات برگشتی می شود. هزینه تمیز کردن یک-پاک کننده پنج دلار، تقریباً{3}}بیمه ارزان است.

اگر در حال انجام هر کاری هستید، اسناد ردیابی اهمیت دارد. تضعیف‌کننده‌های کالیبره‌شده با گواهی‌های NIST{1}}قابل ردیابی برای برنامه‌های آزمایشی وجود دارد. آنها هزینه بیشتری دارند و نیاز به تأیید مجدد دوره ای دارند.

تهویه حالت گاهی اوقات با الزامات تضعیف تلاقی می کند. راه‌اندازی حالت تک-در فیبر چند حالته، گاهی اوقات از کابل‌های وصله آفست یا کابل‌های حالت{2}}استفاده می‌کند که گروه‌های حالت خاصی را تضعیف می‌کنند. مشکل متفاوت، گاهی اوقات با تضعیف مستقیم اشتباه گرفته می شود.

بازار به سمت یکپارچگی در حال تکامل است. تضعیف‌کننده‌های مستقل ناپدید نمی‌شوند، اما قابلیت‌های بیشتری در ماژول‌ها تلفیق می‌شوند-VOA همراه با سوئیچ‌های نوری، یکپارچه‌شده در کارت‌های خط، تعبیه‌شده در مجموعه‌های فرستنده گیرنده. پلتفرم‌های فوتونیک سیلیکونی اکنون شامل عناصر تضعیف کننده تراشه برای طرح‌های فرستنده گیرنده منسجم هستند.

انتخاب بین آنها

برای پیوندهای استاتیکی که نیاز به کاهش توان ثابت دارند: بدیهی است که تضعیف کننده های غیرفعال. دلیلی برای پیچیده کردن این موضوع وجود ندارد.

برای راه‌اندازی‌های آزمایشی با جاروهای برنامه‌ای تکراری: VOAهای فعال هزینه خود را در زمان صرفه‌جویی می‌کنند.

برای شبکه‌های تولیدی که نیاز به تنظیم پویا دارند: راه‌حل‌های فعال، با انتخاب‌های فناوری خاص بسته به سرعت مورد نیاز و بودجه.

برای استقرار میدانی در مکان‌های راه دور بدون برق قابل اعتماد: به طور پیش‌فرض برنده غیرفعال است.

رویکرد ترکیبی-تضعیف‌کننده‌های ثابت غیرفعال برای تضعیف حجمی به‌علاوه یک صدای آمریکا فعال برای تنظیم دقیق-گاهی از نظر اقتصادی منطقی است. از یک تضعیف کننده ثابت 20 دسی بل ارزان برای نزدیک شدن استفاده کنید، اجازه دهید یک واحد فعال با برد محدود 0-10 دسی بل باقیمانده را دقیقاً کنترل کند.

فراتر از این دستورالعمل ها، زمینه غالب است. معماری شبکه، فلسفه عملیاتی، سیستم‌های مدیریت موجود، آشنایی کارکنان، روابط فروشنده-همه بر تصمیمات{2}}جهان واقعی تأثیر می‌گذارند. انتخاب بهینه فنی همیشه از نظر عملی بهینه نیست.