מהו מנחת סיבים אופטיים?

 

 

A מנחת סיבים אופטייםהוא התקן פסיבי שנועד להפחית בכוונה את רמת ההספק של אות אופטי המתפשט דרך קישור סיבים. שלא כמו מגברים שמגבירים את האותות, מנחתים פועלים על ידי הכנסת אובדן מבוקר-נמדד בדציבלים (dB)-לנתיב השידור. הפיזיקה הבסיסית כוללת מנגנוני ספיגה, פיזור או תזוזה המפיצים אנרגיה פוטונית באופן צפוי ומכויל. רכיבים אלה מוצאים את התועלת העיקרית שלהם בתשתית סיבים- יחידה, שבה מקורות לייזר בעלי עוצמה גבוהה- מייצרים באופן שגרתי רמות פלט המסוגלות להרוות או להזיק למעגלי גלאי פוטו רגישים.

הבעיה שאף אחד לא מדבר עליה: יותר מדי אור

הנה משהו שתופס אנשים לא מוכנים. אתה משקיע אלפי הנדסה של רשת סיבים עבור אובדן מינימלי, אובססיבי לגבי איכות חיבור וניקיון מחברים-ואז האות מופיע חזק מדי.

עומס יתר של מקלט הוא תופעה אמיתית. כאשר ההספק האופטי חורג מסף הפעולה של פוטודיודה, הגלאי רווי. המגבר נצמד. שיעורי שגיאות סיביות עלו. במערכות אנלוגיות כמו הפצת CATV, מופיעים מוצרי עיוות הפוגעים באיכות התמונה באופן ניכר. האירוניה לא פוסחת על טכנאי שטח שהעבירו קריירות במאבק בהפחתת הירידה רק כדי לגלות שהם צריכים עכשיו להוסיף קצת בחזרה.

טווח הפעולה של המקלט יושב בין שני גבולות: רגישות בקצה הנמוך (שם הרעש עוקף את האות) ועומס יתר בקצה הגבוה (כאשר הרוויה משחית את הנתונים). רוב גליונות הנתונים מציינים את המגבלות האלה-בבירור משהו כמו -30 dBm עד -15 dBm עבור רגישות ועומס יתר, בהתאמה. תפספס או מיכלי גבול וביצועים.

איך הם עובדים בפועל

המנגנונים משתנים יותר ממה שהיית מצפה.

• מחלשי אובדן-פעריםלנצל חלל אוויר מכוון בין משטחי סיבים. אור היוצא מסיב הקלט מתפשט כשהוא חוצה את הפער; רק חלק מתחבר לגרעין המקבל. פיזיקה פשוטה. ככל שהפער גדול יותר, ההפחתה גבוהה יותר-אם כי גישה זו מביאה לחששות שיקוף שחשובים מאוד ביישומים מסוימים.
• סיבים מסוממיםהוא הפתרון המועדף ברוב המנחתים הקבועים המסחריים. היצרנים מכניסים יוני מתכת למקטע סיבים קצר, ויוצרים ספיגה הממירה אנרגיה אופטית לחום. ערך ההנחתה נשאר יציב להפליא לאורך תנודות הטמפרטורה ואינו מייצר השתקפויות- גב בעייתיות. אתה תמצא את אלה בתוך אותם מחלשים בסגנון-ל-נקבה-קומפקטיים המאכלסים לוחות תיקון בכל מקום.
• מסנני צפיפות ניטרלייםמופיעים במנחתים משתנים ובציוד בדיקה. אלמנט אטום חלקית יושב בנתיב קרן קולימציה בין שתי עדשות מיקוד. הזיזו את האלמנט עמוק יותר לתוך הקורה וההנחתה גדלה. ההגדרה דורשת יישור מדויק אך מספקת ביצועים בלתי תלויים באורך גל- על פני טווחים ספקטרליים רחבים-קריטיים לבדיקת DWDM כאשר ערוצים מרובים משתרעים על פס ה-C-.

 

יש גם את טריק עטיפת המדרל. כרוך כבל טלאי-במצב יחיד סביב עיפרון כמה פעמים ויצרת אובדן עיקול. טכנאים השתמשו בזה בצביטה במשך עשרות שנים. זה עובד. זה בחינם. ספקי הסיבים שונאים את זה מכיוון שכיפופי רדיוס-קטנים מלחיצים את הזכוכית ועלולים לגרום לבעיות אמינות-לטווח ארוך. אבל כאשר אתה פותר בעיות בשעה 2 בצהריים ואין לך את המנחת הקבוע הנכון, אתה עושה מה שאתה צריך לעשות.

קבוע לעומת משתנה: כאשר כל אחד הגיוני

מנחתים קבועים מספקים ערך הנחתה מוגדר - 1 dB, 5 dB, 10 dB, 20 dB, מה שהיישום דורש. הם זולים, אמינים ודורשים אפס התאמה. מתכנני המערכת מחשבים את תקציב ההספק במהלך התכנון, מציינים את ההנחתה הנדרשת למרכז כוח המקלט בטווח הפעולה, ומתקינים את המנחת הקבוע המתאים. נַעֲשָׂה.

המתמטיקה לא מסובכת. פלט משדר מינוס אובדן מפעל כבל מינוס ערך מנחת קבוע צריך להיות שווה משהו בנוחות בתוך חלון ההפעלה של המקלט. השאר שוליים להזדקנות המחברים ולשינויי טמפרטורה-אולי 3 dB משני הצדדים של הנומינלי.

מנחתים משתנים פותחים אפשרויות שונות. הם חשובים לבדיקה, ברור. מהנדס אופטי המאפיין את רגישות המקלט צריך לטאטא הנחתה על פני טווח רחב תוך ניטור BER. מנחתים משתנים ידניים עם ברגי התאמה מטפלים בעבודת ספסל; גרסאות ממונעות משתלבות במערכות בדיקה אוטומטיות שבהן הפרודוקטיביות מצדיקה את פרמיית העלות.

אבל משתנים מופיעים גם במערכות פרוסות. מגברי סיבים מסוממים-ארביום ברשתות-ארוכות דורשים השוואת הספק של ערוץ. אורכי גל שונים במערכת DWDM חווים רווחים שונים באמצעות המגבר-תופעה הנקראת הטיית רווח. מנחתים אופטיים משתנים (VOAs) על בסיס-ערוץ מאפשרים למפעילי רשת לשטח את ספקטרום הפלט. חלק מה-VOAs הללו מגיבים אלקטרונית, באמצעות MEMS micromirrors או אלמנטים של גביש נוזלי שמכוונים הנחתה על סמך אותות בקרה ממערכות ניהול רשת.

סוגי מחברים וגורמי צורה

ממשק המחבר קובע היכן מחלץ יכול להתקין פיזית. מחלשי LC, SC, FC, ST-מגיעים בכל התצורות הסטנדרטיות. התאם את מחבר המחליש למפעל המותקן שלך. ברור, אבל שווה לציין.

עבור יישומי APC (מגע פיזי בזווית), סוג פוליש מחברים חשוב. מחלשי APC משתלבים עם מחברי APC; ערבוב APC ו-UPC מזמין אסון. זווית החיתוך של 8- מעלות על משטחי ה-APC מונעת הזדווגות עם מחברי UPC שטוחים--אבל אנשים מנסים בכל זאת, והנזק שנוצר עלול לזהם מקטעי קישור שלמים בפסולת.

ההפרדה-מצב יחיד לעומת ריבוי מצבים

מערכות מצב-יחיד שולטות בשימוש במחליש מכיוון שמקורות לייזר-יחידים מייצרים כוח מספיק כדי לגרום לבעיות. השילוב של קוטר ליבה צר ותפוקת לייזר קוהרנטית יוצר צפיפות הספק גבוהות שגלאי צילום לא תמיד יכולים לסבול-במיוחד על פני טווחי קישור קצרים שבהם קיים אובדן כבלים מינימלי.

יישומי Multimode זקוקים רק לעתים רחוקות למנחתים. מקורות LED ו-VCSELs המפעילים קישורים מולטי-מודים פשוט אינם מוציאים מספיק כוח אופטי כדי להעמיס יתר על המקלטים, אפילו על פני מרחקים מינימליים. קוטר הליבה הגדול יותר מפזר כוח על פני מספר מצבי התפשטות, ומגבלות תפוקת מקור מפחיתות עוד יותר את הסיכון לעומס יתר.

עם זאת, קיימים מנחתים רב-מצבים. תרחישי בדיקה מסוימים דורשים אותם. וכמה לייזרים אנכיים-רב-מודדים בעלי עוצמה גבוהה-במרכזי נתונים מודרניים דוחפים גבולות שדורות קודמים לא התקרבו אליהם.

סיבוך אחד: אובדן-תלוי במצב. מחלישים המשתמשים בסינון מרחבי (כמו עיצובים משתנים מסוג-להב) משפיעים על מצבים שונים בצורה שונה. מצבי -סדר גבוה יותר הנוסעים ליד גבול הליבה- חווים הנחתה רבה יותר מאשר מצבים בסיסיים המרוכזים במרכז הליבה. התלות במצב זה הופכת מדידת הנחתה מדויקת לקשה במערכות ריבוי מצבים.

התקנה: צד מקלט, תמיד

 

הצב מחלשים בקצה המקלט של הקישור. זה לא שרירותי.

הצבת המנחת במשדר משיגה את הפחתת ההספק אך יוצרת כאבי ראש בדיקה. אתה לא יכול למדוד כוח שהתקבל בנוחות מבלי לנתק משהו. אתה לא יכול לוודא שהמחליש מספק אובדן נכון מבלי ללכת עד הקצה הרחוק.

במקלט, מד הכוח שלך מתחבר בדיוק לשם. מדוד עם המנחת במקומו. למדוד בלעדיו. ודא שהדלתא תואמת את הציפיות. התאם במידת הצורך (עבור סוגי משתנים). זרימת עבודה פשוטה.

מיקום המקלט מתייחס גם להחזרה. כל השתקפות-אחורית מהמחליש חייבת לעבור את כל אורך הקישור לפני שמגיעה למשדר-ומתחלשת על ידי אובדן מפעל הכבלים לאורך הדרך. מקם את המחליש במשדר, והשתקפויות חוזרות ללא הפרעה ישירות לתוך חלל הלייזר. חלק מהמשדרים מטפלים בקנס הזה; אחרים מערערים באופן ניכר.

דוגמה אמיתית-לחישוב עולמי

שקול תרחיש טיפוסי. המשדר שלך מוציא 0 dBm מינימום. המקלט מציין טווח פעולה של -15 עד -30 dBm - כלומר הוא מעמיס מעל -15 dBm ויורד מתחת לרגישות מתחת ל-30 dBm.

אובדן מפעל הכבלים שלך מודד 7 dB בסך הכל. מחברים, חיבורים, הנחתה של סיבים- הכל בפנים.

ללא התערבות, הספק המתקבל שווה תפוקת המשדר מינוס אובדן: 0 dBm פחות 7 dB שווה ל-7 dBm. זה מעל סף עומס יתר של -15 dBm. המקלט יהיה רווי.

עליך להוריד את הספק המתקבל לכ--20 dBm עד -25 dBm - בנוחות בטווח הפעולה עם מרווחים פנויים. יעד: -22 dBm.

הפסד כולל נדרש: 0 dBm מינוס (-22 dBm) שווה ל-22 dBm. יש לך כבר 7 dB ממפעל הכבלים. נדרשת הנחתה נוספת: 22 מינוס 7 שווה ל-15 dB.

התקן מנחת 15dB קבוע במקלט. בדוק עם מד כוח. תמשיך הלאה.

בדיקת יישומים

מעבר להתקנה קבועה, מנחתים ממלאים תפקידים קריטיים בהסמכת המערכת ובפתרון תקלות.

• בדיקת שולי כוחקובע כמה אובדן נוסף יכול לסבול קישור לפני כשל. הכנס מנחת משתנה. הגבר את הנחתה תוך ניטור BER או אובדן מנות. שימו לב לנקודה שבה מופיעות שגיאות. ההבדל בין סף זה לבין הספק הפעלה רגיל מייצג שוליים-מאגר הבטיחות המגן מפני פגיעה במחברים, נזק לכבלים או הזדקנות המקור.
• אימות רגישות המקלטמאשרת שהציוד עומד במפרטים. הנחתה מכוילת מאפשרת שליטה מדויקת בכוח האופטי בגלאי תוך מדידת BER שנוצר. מערכות בדיקה אוטומטיות סוחפות את רמות ההספק ומייצרות את עקומות ה"אמבטיה" האופייניות שמגדירות את ביצועי המקלט.
• בדיקת איזון ערוץבמערכות WDM דורש הנחתה סלקטיבית של אורכי גל בודדים. בלוקי מנחתים רב-ערוציים מיוחדים, המשולבים לעתים במתגים סלקטיביים-באורך גל, מאפשרים למהנדסים לדמות תרחישים שונים של הטיית רווח ולוודא שמערכות ניטור ופיצוי מגיבות כראוי.

טעויות נפוצות וכיצד להימנע מהן

אנשים שוכחים לקחת בחשבון את אובדן החדרת המחליש. אפילו הגדרה של "0 dB" על מנחת משתנה מציגה אובדן בסיס מסוים-אולי 0.5 עד 1.5 dB בהתאם לתכנון. קחו זאת בחשבון לחישובים.

זיהום הורג מחלשים מהר יותר מהתעללות. הקצה יושב חשוף בממשק המחבר, אוסף אבק ושמני טביעות אצבע בדיוק כמו כל מחבר אחר. בדוק ונקה לפני ההתקנה. השתמש במכסים מתאימים כאשר לא בשימוש.

קיטוב-תלוי אובדן (PDL) מפתיע אנשים במערכות קוהרנטיות. עיצובי מחלשים מסוימים מציגים אובדן שונה בהתאם למצב קיטוב הקלט. עבור מערכות מאופנות בעוצמה- המריצות פרוטוקולים סטנדרטיים, אף אחד לא שם לב. לזיהוי קוהרנטי עם ריבוי קיטוב, PDL יוצר בעיות אמיתיות.

סחיפה של אורך גל בתרכובות של מקורות בדיקה עם התנהגות מנחת תלויה-באורך גל. מקור ה-1550 ננומטר שלך עשוי להפיק 1553 ננומטר, בהתאם לטמפרטורה. אם מפרט המחליש מניח 1550 ננומטר, שגיאות קטנות מצטברות.

הכלכלה

מנחתים קבועים עולים כמעט כלום-כמה דולרים עבור סוגי מחברים וערכי הנחתה סטנדרטיים. שמור מבחר בהישג יד. זני הזכר-עד-נקבה LC ו-SC ב-5 dB, 10 dB ו-15 dB מכסים את רוב המצבים.

מנחתים משתנים נעים בצורה דרמטית. סוגים ידניים לשימוש בספסל הם אולי $50 עד $200 תלוי בטווח ובסגנון המחברים. מכשירים ניתנים לתכנות מדויקים עבור מערכות בדיקה אוטומטיות עולים אלפים. VOAs מבוססי MEMS- לפריסת רשת נמצאים איפשהו באמצע, עם תמחור המשקף נפח ודרישות אינטגרציה.

האלטרנטיבה לקניית המנחת המתאים כוללת לעתים קרובות דרכים לעקיפת הבעיה-כבלי תיקון נוספים כדי להוסיף אובדן מחברים, עטיפות מדרלים או פשוט לקבל ביצועים פגומים. חשב את העלות של גלגול משאית כדי לפתור שגיאות מסתוריות מול העלות של שמירת מנחתים מתאימים בערכת הכלים.

שיקולים מתעוררים

סיב לא רגיש לכיפוף- שינה את משוואת גלישת המדרל. סיבי ITU-T G.657 מודרניים סובלים רדיוסי עיקול קטנים ללא עלייה משמעותית בהפסד-על ידי התכנון, כדי לאפשר ניתוב כבלים הדוק יותר בסביבות של מקום. אותן תכונות שהופכות את הסיבים הללו לסלחניים להתעללות בהתקנה הופכות אותם לעמידים בפני אובדן כיפוף מכוון. הטריק הישן הזה של-עיפרון לא עובד טוב על סיבים לא רגישים-לכיפוף.

מקלטי משדר קוהרנטיים-גבוהים יותר דוחפים דרישות לטיפול בהספק. חיבורי מרכז נתונים ומערכות מטרו DWDM פורסות יותר ויותר ציוד שידור עם הספקי פלט המאתגרים את עיצובי המנחתים הקונבנציונליים. תצורות -קורה ושטח פנוי- מורחבות מטפלות בעומס טוב יותר מאשר אלמנטים מחלשים מבוססי סיבים- מסורתיים.

האינטגרציה ממשיכה להתקדם. פונקציות מחליש מוטמעות במקלטי משדר, מגברים ומתגים סלקטיביים-באורך גל. מנחתים דיסקרטיים נותרים חיוניים לבדיקה ופתרון בעיות, אך התקנה קבועה מתרחשת יותר ויותר בתוך תת-מערכות פוטוניות משולבות.

שורה תחתונה

מנחתי סיבים אופטיים פותרים בעיה מהותית: הפחתת הספק אופטי לרמות שהמקלטים יכולים להתמודד איתם ללא עיוות או נזק. הטכנולוגיה בוגרת, הפיזיקה פשוטה, עלויות הרכיב מינימליות. מה שמטריד אנשים הוא שוכחים שהם צריכים אחד-בהנחה שיותר הספק תמיד טוב יותר, התעלמות מהגבול העליון של מפרטי המקלט, או אי בדיקת רמות הספק בפועל במהלך ההפעלה.

שמור כמה מנחתים קבועים בערכה שלך. הבן כיצד לחשב הנחתה נדרשת ממספרי תקציב קישורים. התקן אותם במקלט, לא במשדר. נקה אותם כמו שאתה מנקה כל ממשק אופטי אחר.

זו לא עבודה זוהרת. אבל זה ההבדל בין קישור שפועל נקי לבין קישור שזורק שגיאות שאף אחד לא יכול להסביר.