المخففات البصريةتحتل موقعًا مميزًا في أجهزة البنية الأساسية للألياف -والمصممة خصيصًا لتقليل أداء الإشارة. تبدو الفرضية الأساسية غير بديهية في صناعة مهووسة بتقليل الخسارة إلى الحد الأدنى: إدخال خسارة الإدخال بشكل متعمد في مسارات النقل حيث أمضى المهندسون عقودًا من الزمن في التخلص من كل ديسيبل كسور من التوهين. ومع ذلك، يظل تشبع جهاز الاستقبال حقيقة تشغيلية مستمرة، لا سيما في عمليات النشر ذات الوضع الفردي-حيث تتجاوز مصادر الليزر ذات الطاقة العالية- بشكل روتيني حدود إدخال الكاشف الضوئي بهوامش من شأنها أن تدمر عناصر APD الحساسة تمامًا.
مشكلة التشبع لا أحد يتحدث عنها
تسرد أوراق المواصفات الخاصة بأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية الحد الأقصى لطاقة الاستقبال إلى جانب الحد الأدنى من الحساسية. يحظى الحد الأدنى بكل الاهتمام أثناء حسابات ميزانية الارتباط. الحد الأقصى لطاقة الاستقبال يجلس هناك بهدوء، عادةً حوالي -3 ديسيبل مللي متر إلى -1 ديسيبل مللي متر لوحدات 10G SFP+ النموذجية، في انتظار التسبب في مشاكل عندما يقوم شخص ما بتثبيت بصري 40 كم على مسافة 2 كم.
لقد رأيت هذا السيناريو بالضبط ثلاث مرات في الأشهر الثمانية عشر الماضية. يطلب مشغل مركز البيانات أجهزة إرسال واستقبال بعيدة المدى-لأن عملية الشراء حصلت على خصم في الحجم. ويقوم الفنيون بتثبيتها على وصلات -بين المباني لا تكاد تمتد إلى 500 متر. تصل قوة الإطلاق إلى جهاز الاستقبال عند +2 ديسيبل ميلي واط. الارتباط يرفض إنشاء. الجميع يفترض أن جهاز الإرسال والاستقبال معيب.
انها ليست معيبة. يتم تعمية الثنائي الضوئي.
نادرا ما تساعد رموز الخطأ. تشير معظم البرامج الثابتة للمحولات إلى "عدم وجود إشارة" أو "الارتباط لأسفل" بشكل مماثل سواء كان جهاز الاستقبال يرى ضوءًا قليلًا جدًا أو كثيرًا. يتعلم الفنيون ذوو الخبرة كيفية التحقق من كلا الشرطين. يستبدل كل شخص آخر أجهزة الإرسال والاستقبال حتى يحصل شخص ما عن طريق الخطأ على وحدة وصول مناسبة.
المخففات تحل هذا. يعمل المخفف الثابت بمقدار 10 ديسيبل على جانب الاستقبال على خفض +2 ديسيبل ميلي واط إلى - 8 ديسيبل ميلي واط بأمان ضمن نطاق التشغيل. الرابط يؤسس. تختفي المشكلة. ربما يكلف الحل خمسة عشر دولارًا.
الوضع المتعدد لا يهتم
تجدر الإشارة إلى أن البنية التحتية متعددة الأوضاع لا تتطلب أبدًا مخففات.
يمكن إطلاق مصادر VCSEL في أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة الأوضاع من -3dBm إلى 0dBm. تتعامل أجهزة الاستقبال متعددة الأوضاع مع الحد الأقصى للإدخال -1 ديسيبل مللي واط بشكل مريح. لا تنتج الرياضيات سيناريوهات التشبع الزائد في ظل الظروف العادية. حتى اتصالات التصحيح المباشرة بين المنافذ المجاورة - تكوينات الحد الأدنى المطلق للخسارة - تظل ضمن الحدود المقبولة.
الوضع الفردي- هو المكان الذي تكمن فيه المشكلة. تعمل أشعة الليزر DFB على دفع قوة الإطلاق +3 dBm إلى ألياف مصممة لمسافات نقل تصل إلى 80 كيلومترًا. انشر هذه العناصر البصرية عبر اتصال متقاطع يبلغ طوله 50-مترًا ولن تكون هناك فرصة أمام جهاز الاستقبال.
فخ خسارة العودة
تعتبر مخففات خسارة الفجوة- رخيصة الثمن. كما أنها تمثل مشكلة بطرق لا تعكسها أسعارها.
مبدأ التشغيل أنيق: إنشاء فجوة هوائية بين واجهات الألياف، والسماح للشعاع بالتباعد، وجمع جزء فقط من ذلك الضوء المتباعد في الألياف المستقبلة. تم تحقيق التوهين. فيزياء بسيطة.
وتنتج الفيزياء أيضًا انعكاسات فريسنل عند تلك الواجهات الزجاجية الهوائية-. يرتد الضوء مرة أخرى نحو المصدر. في فيديو تناظري يعمل على رأس CATV، تظهر تلك الانعكاسات على شكل ظلال. في تجويف ليزر DFB، تتسبب في التنقل بين الأوضاع وتدهور عرض الخط. في EDFA، يمكن أن تؤدي إلى إطلاق ليزر طفيلي إذا كانت الطاقة المنعكسة كافية.
لقد أمضيت فترة ما بعد الظهيرة في استكشاف أخطاء ارتفاعات BER المتقطعة وإصلاحها على نطاق DWDM حيث قام شخص ما بتثبيت فجوة-مخفف الخسارة دون التحقق من مواصفات خسارة الإرجاع. قام المخفف نفسه بقياس -خسارة الإدراج الصحيحة، وقيمة التوهين الصحيحة، والصوت الميكانيكي. لكن خسارة العودة كانت 14 ديسيبل. كان ليزر جهاز الإرسال غير سعيد بحوالي 4٪ من طاقته التي ترتد إلى التجويف في كل نبضة.
تم استبداله بمخفف ألياف-مخدر. اختفت المشكلة.
بالنسبة إلى -تطبيقات الوضع الفردي-خاصة أي شيء يستخدم تعديلًا متماسكًا أو معدلات رموز عالية- فإن مواصفات خسارة الإرجاع مهمة أكثر من قيمة التوهين المطبوعة على الغلاف. الحد الأدنى لخسارة الإرجاع يبلغ 45 ديسيبل لعمليات النشر الخطيرة. 55ديسيبل أو أفضل إذا كنت تقوم بتشغيل أي شيء أعلى من 100 جيجا.
الثابت مقابل المتغير: اقتصاد زائف
تتكلف المخففات الثابتة من خمسة إلى عشرين دولارًا اعتمادًا على نوع الموصل وجودته. تبدأ المخففات المتغيرة بحوالي خمسين دولارًا لأنواع الضبط اليدوي وتصعد بسرعة من هناك.
الغريزة هي شراء قيم ثابتة تتوافق مع المتطلبات المحسوبة. يكلف المخفف الثابت 7 ديسيبل أقل من الوحدة المتغيرة. لماذا تدفع مبلغًا إضافيًا مقابل إمكانية التعديل التي لا تحتاج إليها؟
لأنك حسبت خطأ
أو لأن مواصفات جهاز الإرسال والاستقبال كانت متفائلة. أو لأن لوحة التصحيح تضيف خسارة غير متوقعة. أو لأن أحد الأشخاص قام بتبديل مسارات الألياف أثناء فترة الصيانة ولم يقوم أحد بتحديث الوثائق. أو لأن ميزانية الارتباط الأصلية افترضت موصلات لم يتم تثبيتها بالفعل.
لقد شاهدت فنيين يجمعون مخففات ثابتة-5 ديسيبل و3 ديسيبل متزاوجين معًا-في محاولة لتقريب التوهين الذي يتطلبه الارتباط فعليًا. تؤدي الانعكاسات المتتالية من أجهزة فجوة الهواء المتعددة - إلى تفاقم مشكلة فقدان الإرجاع الموضحة أعلاه. أداء مخففين رخيصين أسوأ من أداء وحدة متغيرة مناسبة.
المخففات المتغيرة منطقية للاختبار والتشغيل. يمكنك تحديد التوهين المطلوب بالضبط، والتحقق من أداء الارتباط، ثم استبداله اختياريًا بوحدة ثابتة تطابق تلك القيمة المقاسة. بالنسبة للتركيبات الدائمة التي تكون فيها ميزانية الطاقة الضوئية محددة جيدًا ومستقرة-، فإن المخففات الثابتة مناسبة. بالنسبة لكل شيء آخر، تحصل الوحدات المتغيرة على علاوة التكلفة من خلال المرونة التشغيلية.
حيث غيرت MEMS كل شيء
تستخدم المخففات التقليدية المتغيرة آليات ميكانيكية-تدوير مرشحات الكثافة المحايدة، وفجوات الهواء القابلة للتعديل، وعناصر الحجب المنقولة إلى مسار الشعاع. عملت هذه. كما أنها انجرفت، واستهلكت، واحتاجت إلى إعادة المعايرة، واستجابت ببطء للأوامر الصحيحة.
استبدلت المخففات الضوئية المتغيرة القائمة على MEMS- كل هذا التعقيد بمرآة صغيرة. يتم تشغيله كهروستاتيكي، وأوقات استجابة أقل من -ملي ثانية، ولا توجد أسطح تآكل ميكانيكية، ولا يوجد اعتماد يذكر على الاستقطاب. نضجت التكنولوجيا سريعًا خلال عصر بناء DWDM عندما احتاج بائعو المعدات إلى معادلة الطاقة لكل-قناة في سلاسل مكبرات الصوت الضوئية.
لا يوجد MEMS VOA داخل EDFA لمنع تشبع جهاز الاستقبال. إنه موجود لتسوية إمالة الكسب-لضمان عدم ظهور القنوات عند 1530 نانومتر من مكبر الصوت أقوى بمقدار 3 ديسيبل من القنوات عند 1560 نانومتر وذلك ببساطة لأن طيف كسب الإربيوم ليس مسطحًا. أربعون أو ثمانين من هذه الأجهزة، واحد لكل طول موجي، يتم ضبطها بشكل مستمر مع تغير تحميل القناة.
وكان البديل هو الحصول على-تسوية المرشحات. ملفات تعريف التوهين السلبية والطول الموجي -الانتقائية والثابتة التي تطابق معكوس شكل الكسب المتوقع. تعمل هذه بشكل جميل عندما يكون تحميل القناة ثابتًا. عندما يقوم العملاء بإضافة أطوال موجية وإسقاطها ديناميكيًا، يتغير شكل الكسب، ولا يمكن للمرشحات الثابتة التعويض.
جعلت MEMS VOAs الشبكات الضوئية القابلة لإعادة التشكيل قابلة للتطبيق تجاريًا. هذه ليست مبالغة. بدون التحكم الديناميكي في طاقة كل -قناة، قد تنتج بنيات ROADM إشارة ضوئية لا يمكن التحكم فيها -إلى-تفاوتات في نسبة الضوضاء عبر أطوال المسار المعتمدة على الطول الموجي-.
الكريستال السائل: الطريق الذي لم يُسلك
ظهرت المخففات المتغيرة من الكريستال السائل كتقنية منافسة للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة. لا يوجد أي أجزاء متحركة على الإطلاق-يتم التحكم في التوهين عن طريق تغيرات الانكسار المزدوج الناتجة عن الجهد الكهربي- في مادة LC. استجابة أسرع من الأساليب الميكانيكية، وعدم وجود آليات تآكل، وموثوقية الحالة-الصلبة.
لقد وجدوا منافذ. الأجهزة المخبرية. بعض التطبيقات المتخصصة. لم يحلوا محل MEMS أبدًا في عمليات نشر الاتصالات السائدة.
قتلتهم حساسية درجة الحرارة للتطبيقات الميدانية. تتغير خصائص المواد LC مع درجة الحرارة، مما يتطلب دوائر تعويض وإعادة معايرة متكررة في البيئات التي لا يوجد بها تحكم في المناخ. يمكن التحكم في ظروف مركز البيانات؛ إن المناطق الخارجية للنباتات التي تشهد شتاء -40 درجة وصيفًا +50 درجة ليست كذلك.
وكانت خسارة الإدراج أعلى أيضًا من بدائل الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). نصف ديسيبل هنا، وثلاثة-أرباع ديسيبل هناك-تتراكم في الأنظمة التي يكون فيها كل عُشر ديسيبل مهمًا لـ OSNR.
التنسيب مهم أكثر من المواصفات
تنتمي المخففات إلى نهاية جهاز الاستقبال للوصلة. ليس نهاية الارسال. ليس في مكان ما في الوسط.
هذا ليس تعسفيا. يخدم وضع التوهين في جهاز الاستقبال غرضين يتجاوزان منع التشبع الواضح: يتم تخفيف أي انعكاسات من واجهات المخفف عند مسار العودة إلى المصدر، وتظل قياسات الطاقة في جهاز الاستقبال واضحة-تقوم بالقياس قبل الانتهاء من المخفف، بعد الانتهاء من المخفف.
ضع المخفف في نهاية جهاز الإرسال ولن تنجز شيئًا لإدارة خسارة الإرجاع. يساهم كل موصل ووصلة في اتجاه مجرى النهر بانعكاسات تصل إلى المصدر بكامل طاقته. يحجب المخفف الطاقة الأمامية لكنه لا يفعل شيئًا لنشر الضوء للخلف-الذي لم يتم تخفيفه مطلقًا.
لقد واجهت عمليات تركيب حيث قام شخص ما بوضع مخففات مباشرة بعد جهاز الإرسال "لحماية الألياف" من الطاقة المفرطة. لا تحتاج الألياف إلى حماية من بضعة ملي واط. يحتاج المتلقي إلى الحماية. لم يكن التنسيب منطقيًا من الناحية البصرية ولكنه استمر خلال دورات صيانة متعددة لأنه تم توثيقه ولم يشكك أحد في الممارسة الموثقة.
حقائق المعايرة
تقول حزمة المخفف 10 ديسيبل. قد يكون التوهين الفعلي 9.7 ديسيبل. أو 10.4 ديسيبل. أو 11.2 ديسيبل اعتمادًا على الطول الموجي ودرجة الحرارة ومدى اهتمام الشركة المصنعة بالامتثال للمواصفات.
بالنسبة لمعظم التطبيقات، فإن نطاق التسامح هذا غير ذي صلة. تحتاج إلى ما يقرب من 10 ديسيبل من التوهين لجلب طاقة جهاز الاستقبال إلى النطاق. سواء حققت 9.5 ديسيبل أو 10.5 ديسيبل لا يؤثر على صلاحية الارتباط.
بالنسبة لتطبيقات الدقة-اختبار القبول، فإن قياسات OSNR وتوصيف مكبر الصوت-دقة الموهن لها أهمية كبيرة. تتضمن المخففات المتغيرة المتطورة- من موردي معدات الاختبار الآلاف من نقاط المعايرة التي تحدد التوهين الفعلي لإعدادات الاتصال عبر أطوال موجية ومستويات طاقة متعددة. تكلفة الأدوات وفقا لذلك.
لقد استخدمت مخففًا قابلاً للبرمجة بقيمة 15000 دولار لتوصيف حساسية جهاز الاستقبال. كانت دقة التوهين ±0.05 ديسيبل عبر النطاق C- بدقة تبلغ 0.01 ديسيبل. تعد هذه الدقة ضرورية عند قياس ما إذا كانت حساسية جهاز الاستقبال هي -28.0 ديسيبل ميلي واط أو -28.3 ديسيبل ميلي واط. إنها مبالغة سخيفة لمنع التشبع في رابط الإنتاج.
مطابقة الأداة مع التطبيق. لا تنشر مخففات التصنيف-المختبرية في لوحات التصحيح. لا تقم باستكشاف أخطاء أنظمة DWDM وإصلاحها باستخدام المخففات من سلة الصفقات.
التفاف قلم الرصاص
تذكر ويكيبيديا أن لف الألياف حول قلم الرصاص هو وسيلة تخفيف مؤقتة. يظهر هذا أحيانًا في استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الميدان عند عدم توفر المخففات المناسبة.
إنه يعمل نوعًا ما. التوهين الناجم عن الانحناء- هو فيزياء حقيقية. تعمل الانحناءات الضيقة على دفع الضوء إلى داخل الكسوة، مما يقلل من الطاقة المنقولة.
لا تفعل هذا.
لا يمكن التنبؤ بالتوهين-يعتمد على نصف قطر الانحناء وعدد اللفائف ونوع الألياف وطول الموجة. إنه غير مستقر-تسترخي الألياف ويتغير التوهين. إنه أمر مدمر-الضغط المتكرر يؤدي إلى كسر الزجاج. فهو يقدم اقتران الوضع في الألياف متعددة الأوضاع، مما يعبث بظروف الإطلاق بطرق تؤثر على دقة القياس.
إذا قام شخص ما بلف الألياف حول قلم رصاص لتشغيل الرابط، فهذه إشارة للتوقف والحصول على المعدات المناسبة. إنه ليس حلاً. إنه اليأس الموثق كأسلوب.
ما الذي يتغير مع 400G وما بعدها؟
تؤدي معدلات الرموز الأعلى إلى زيادة الحساسية لخسارة الإرجاع. إن ضوضاء الطور الصادرة عن القدرة المنعكسة -تعد أكثر أهمية عند 64-QAM منها عند OOK. مواصفات فقدان إرجاع المخفف التي كانت مقبولة لـ 10G تصبح مشكلة عند 400G.
تتمتع أجهزة استقبال DSP المتماسكة بنطاق ديناميكي أوسع من أجهزة استقبال الاكتشاف المباشر-، مما يقلل من بعض المخاوف بشأن التشبع. كما توفر معالجة الإشارات الضوئية التي تتيح الكشف المتماسك مزيدًا من التسامح مع اختلاف الطاقة. وهذا لا يلغي الحاجة إلى المخففات-فإنه يغير ملف تعريف التطبيق.
يعمل تكامل الضوئيات السيليكون على وضع وظيفة VOA على-الشريحة في تصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال. إذا كان جهاز الإرسال يشتمل على مخفف متغير متكامل، يصبح التوهين الخارجي غير ضروري لبعض سيناريوهات النشر. يقوم جهاز الإرسال والاستقبال نفسه بضبط قوة الإطلاق لتتناسب مع متطلبات الارتباط.
لن يؤدي هذا التكامل إلى القضاء على سوق المخففات الخارجية. تفتقر المعدات القديمة إلى التحكم المتكامل في الطاقة. تتطلب تطبيقات الاختبار توهينًا خارجيًا مُعايرًا. تحتاج التركيبات التحديثية إلى حلول لا تتطلب استبدال جهاز الإرسال والاستقبال.
لكن التوازن يتغير. تظل وحدات المخففات المبنية لغرض - ضرورية؛ يتغير اختراق السوق مع زيادة ذكاء جهاز الإرسال والاستقبال.
تقييم صادق
المخففات ليست أجهزة معقدة. أنها تقلل من الطاقة الضوئية. الفيزياء واضحة ومباشرة. خيارات التنفيذ-مفهومة جيدًا.
تنشأ التعقيدات من سياق النشر: اختيار قيم التوهين المناسبة دون قياسات كافية للطاقة، واختيار تقنيات المخففات غير المتطابقة مع متطلبات التطبيق، ووضع الأجهزة في مواضع لا تعالج المشكلات الفعلية، وقبول مواصفات فقدان الإرجاع التي تخلق مشكلات جديدة أثناء حل المشكلات القديمة.
يعد كل تثبيت للمخفف بمثابة اعتراف بأن هناك شيئًا آخر في تصميم الارتباط لا يتطابق مع الواقع التشغيلي. جهاز الاستقبال حساس للغاية بالنسبة لطاقة جهاز الإرسال. النطاق قصير جدًا بالنسبة للمواصفات البصرية. يختلف تحميل القناة عن افتراضات التصميم الأصلية.
تقوم المخففات بتصحيح حالات عدم التطابق هذه. إنهم يفعلون ذلك بفعالية، وبتكلفة زهيدة، وبشكل موثوق عندما يتم اختيارهم بشكل صحيح. إنهم ليسوا أنيقين. إنهم عمليون.
في شبكات الإنتاج الضوئية، تتفوق الحلول العملية التي تنجح على الحلول الأنيقة التي لا تنجح. تعمل المخففات.
