التوهين البصريتظل واحدة من الوظائف الأقل بريقًا ولكنها بالغة الأهمية في أنظمة الألياف الضوئية. عندما يكون هناك خطر تجاوز حدود حساسية جهاز الاستقبال-أو عندما تتطلب ميزانيات طاقة الارتباط معايرة دقيقة-تتدخل المخففات. ويعكس الانقسام الأساسي بين المتغيرات السلبية والنشطة تبادلًا هندسيًا أعمق-يشكل قرارات تصميم الشبكة عبر بيئات الاتصالات ومراكز البيانات والاختبار.
النهج السلبي: البساطة كقوة
تعمل المخففات السلبية بدون طاقة كهربائية. توقف كامل. هذه الخاصية المميزة تتدفق إلى كل شيء آخر يتعلق بهم تقريبًا.
الفيزياء هنا واضحة ومباشرة. فأنت إما تمتص الفوتونات (مرشحات أيونية من الزجاج أو المعدن-المطعمة)، أو تخلق فجوة هوائية بين أسطح الألياف، أو تتعمد محاذاة المسار البصري بشكل غير صحيح. تقدم مخففات نوع الفجوة- فصلًا متحكمًا فيه-يتباعد الضوء عبر تلك المساحة، ولا يقترن سوى جزء فقط بالألياف المستقبلة. تعمل المتغيرات المنشطات بشكل مختلف. تعمل الأيونات المدمجة في المصفوفة الزجاجية على تحويل الطاقة الضوئية إلى حرارة. ولا يتطلب أي من النهجين تدخلاً خارجيًا بمجرد تثبيته.
تهيمن المخففات الثابتة على عمليات النشر الميدانية. ربما يكلف المخفف المضمن بقدرة 10 ديسيبل خمسة عشر دولارًا، ويتم تركيبه في ثوانٍ، ومن المرجح أن يدوم أكثر من المعدات التي يتصل بها. القيم المشتركة -3 ديسيبل، 5 ديسيبل، 7 ديسيبل، 10 ديسيبل، 15 ديسيبل، 20 ديسيبل - تغطي معظم السيناريوهات. تعكس أنماط الموصلات الصناعة الأوسع: LC وSC للتركيبات الحديثة، وFC للإعدادات القديمة والاختبارية، وأحيانًا متغيرات APC عندما تكون خسارة الإرجاع مهمة.
تستخدم المخففات الضوئية المتغيرة (VOAs) في الشكل السلبي الضبط الميكانيكي. أدر قرصًا، وحرك مرشح الكثافة-المحايد، وقم بتغيير مسافة الفجوة. تتراوح أسعارها من 50 دولارًا إلى عدة مئات من الدولارات اعتمادًا على نطاق التوهين والدقة. الجيدة منها تحمل دقة ± 0.5 ديسيبل. تلك الرخيصة...لا تفعل ذلك.
يختلف استقرار درجة الحرارة بشكل كبير بين الشركات المصنعة. قد تدعي أوراق المواصفات 0.02 ديسيبل / درجة، لكنني رأيت وحدات تنجرف بشكل أكبر في العبوات الخارجية خلال أشهر الصيف. تميل تصميمات النوع-الفجوة إلى أن تكون أكثر ثباتًا في درجة الحرارة-من التصميمات القائمة على الامتصاص-، على الرغم من أن هذا ليس صحيحًا بشكل عام.
يتم التغاضي عن خسارة العودة حتى تسبب مشاكل. يمنحك تشطيب UPC القياسي خسارة إرجاع تصل إلى 50 ديسيبل. APC يتجاوز 60 ديسيبل. بالنسبة لأنظمة DWDM أو وصلات الفيديو التناظرية، فإن هذا الاختلاف مهم للغاية. بالنسبة لاتصال إيثرنت أساسي، ربما لا.
التوهين النشط: عندما تحتاج الشبكات إلى التفكير
تمثل VOAs النشطة فلسفة هندسية مختلفة بشكل أساسي. تقوم هذه الأجهزة بتعديل الطاقة الضوئية إلكترونيًا، مما يتيح التحكم عن بعد، وحلقات التغذية الراجعة الآلية، والتكامل مع أنظمة إدارة الشبكة.
ينقسم المشهد التكنولوجي هنا إلى حد كبير:
MEMS-تعتمد على VOAsاستخدم المرايا المجهرية-السيليكون عادةً-التي تميل تحت تأثير القوة الكهروستاتيكية. يؤدي تغيير زاوية المرآة إلى ضبط مقدار أزواج الضوء بين ألياف الإدخال والإخراج. أوقات الاستجابة تحوم حول 1-10 مللي ثانية. تهيمن هذه التطبيقات على تطبيقات الاتصالات حيث تكون الموثوقية مهمة ومتطلبات السرعة ليست شديدة.
مخففات الكريستال السائلقم باستقطاب الضوء الوارد، ثم قم بتدوير حالة الاستقطاب تلك عن طريق تغيير الجهد عبر خلية LC. يحجب المستقطب المتجه نحو المصب ضوءًا أكثر أو أقل اعتمادًا على الاتجاه. أبطأ من أنظمة MEMS- النموذجية من 10 إلى 100 مللي ثانية - ولكنها أبسط ميكانيكيًا. لا توجد أجزاء متحركة لتبلى.
تصميمات بصرية حرارية-.استغلال التغيرات في معامل الانكسار مع درجة الحرارة. تسخين قسم الدليل الموجي، وتغيير اقتران الوضع، وضبط التوهين. تتكامل هذه بشكل جميل مع دوائر الموجات الضوئية المستوية (PLCs) للحصول على حلول قنوات متعددة - مدمجة.
المعدِّلات الكهربائية-البصريةاستنادًا إلى نيوبات الليثيوم، يمكنه تحقيق استجابة أقل من -ميكروثانية. باهظ الثمن ومتعطش للقوة-، ولكن لا شيء آخر يؤثر عليهم من حيث السرعة.
لقد أمضيت وقتًا طويلاً مع وحدات MEMS من بائعين متعددين. غالبًا ما تعود اختلافات الأداء بين 400 وحدة و400 وحدة و1200 إلى التحكم في الإلكترونيات بدلاً من المحرك البصري نفسه. DACs أفضل، وحلقات تغذية مرتدة أكثر إحكامًا، وخوارزميات أكثر تطورًا لتعويض درجة الحرارة. تحافظ الوحدات باهظة الثمن على دقة تبلغ ±0.1 ديسيبل عبر نطاق التشغيل الخاص بها؛ قد تتمكن خيارات الميزانية من إدارة ±0.3 ديسيبل في يوم جيد.
حيث يكون هذا مهمًا عمليًا
تقدم أنظمة DWDM أوضح حالة استخدام للتوهين النشط. أربعون، وثمانون، وحتى تسعون-ستة قنوات ذات أطوال موجية تنتشر في وقت واحد-يحتاج كل منها إلى الوصول إلى جهاز الاستقبال بقدرة مكافئة تقريبًا. تفاوتات التصنيع في مصادر الليزر، والاختلافات الطفيفة في فقدان الألياف عبر الأطوال الموجية، وزيادة الميل في EDFAs... كل شيء يتآمر نحو قناة -إلى- اختلاف طاقة القناة. تعمل VOAs في عقد ROADM على معادلة ذلك ديناميكيًا.
أصبحت مخططات التحكم متطورة. تقوم أجهزة مراقبة القنوات الضوئية بقياس مستويات الطاقة لكل-طول موجي؛ يتم تغذية البيانات في الخوارزميات التي تحدد نقاط ضبط VOA؛ يتم ضبط النظام باستمرار مع تغير أنماط حركة المرور أو تقدم المكونات. لا أحد يفعل هذا يدويًا.
تميل تطبيقات مراكز البيانات نحو تطبيقات أبسط. الوصول القصير يعني تشتتًا متراكمًا وتباينًا أقل في الخسارة. لكن تظل حماية جهاز الإرسال والاستقبال ذات صلة-فتوصيل -وضع بصري واحد-عالي الطاقة إلى جهاز استقبال متعدد الأوضاع من خلال تصحيح غير صحيح قد يؤدي إلى تشويش الكاشف دون التوهين المناسب.
ينقسم الاختبار والقياس في كلا الاتجاهين. تتطلب أنظمة الاختبار الآلي-خطوط الإنتاج التي تميز أجهزة الإرسال والاستقبال، على سبيل المثال-توهينًا قابلاً للبرمجة عبر آلاف الدورات يوميًا. تتكامل VOAs النشطة عبر GPIB أو USB أو إيثرنت. قد تستخدم البيئات المختبرية أيًا منهما؛ يعتمد الأمر على ما إذا كان شخص ما يريد مسح التوهين برمجيًا أو يحتاج فقط إلى قطع الطاقة من حين لآخر.
الأرقام التي يهتم بها الناس فعليًا
إن فقدان الإدخال للمخففات الثابتة السلبية لا يكاد يذكر بما يتجاوز التوهين المقصود-وربما يزيد بمقدار 0.3 ديسيبل. تضيف VOAs الميكانيكية المزيد إلى حد ما بسبب آليات التعديل الخاصة بها. تختلف الوحدات النشطة. تُظهر تصميمات MEMS عادةً خسارة إدخال تبلغ 1-3 ديسيبل عند الحد الأدنى من إعدادات التوهين.
إن التعامل مع الطاقة يحد من الأجهزة السلبية أكثر من الأجهزة النشطة، بشكل عام. تحدد معظم المخففات السلبية الحد الأقصى للإدخال بحوالي 300-500 ميجاوات. يمكنك تجاوز ذلك باستخدام أنواع الزجاج-المطعمة ويصبح الضرر الحراري ممكنًا. تتطلب التطبيقات عالية الطاقة وحدات متخصصة مصنفة بقدرة 1 وات أو أكثر.
الاستقطاب-الخسارة المعتمدة (PDL) يصيب التقنيات النشطة أكثر من التقنيات السلبية. لا تميز مرايا MEMS حالات الاستقطاب بطبيعتها، ولكن أي عدم تناسق طفيف في المسار البصري يؤدي إلى إنشاء PDL. تتطلب أجهزة الكريستال السائل-المعتمدة على الاستقطاب الأساسي--تصميمًا دقيقًا لتقليل ذلك. قد تظهر أوراق المواصفات 0.1-0.3 ديسيبل PDL؛ وحدات العالم الحقيقي تحت ضغط درجة الحرارة تتجاوز هذا في بعض الأحيان.
تعتبر الخسارة المعتمدة على الطول الموجي (WDL) أمرًا مهمًا لتطبيقات النطاق العريض. قد يكون أداء المخفف السلبي المُحسّن للنطاق C- ضعيفًا عند الأطوال الموجية للنطاق O-. تواجه الأجهزة النشطة قيودًا مماثلة، على الرغم من أن التصميمات المتطورة تدير استجابة مسطحة نسبيًا عبر 1260-1620 نانومتر.
حقائق التكلفة
سأكون صريحا هنا. المخففات الثابتة السلبية لا تكلف شيئًا على نطاق واسع. ينخفض سعر الحجم إلى أقل من خمسة دولارات لكل وحدة للتكوينات القياسية. حتى الإصدارات "المميزة" ذات التسامح الصارم نادرًا ما تتجاوز خمسين دولارًا.
تحتل VOAs الميكانيكية السلبية أرضية وسط: 100-400 دولار لوحدات الجودة ذات نطاق توهين ودقة معقولين.
تبدأ VOAs النشطة 300 للنماذج الأساسية والتسلق بسرعة. وحدات كاملة الميزات مع واجهات إيثرنت، نطاق توهين واسع النطاق، PDL منخفض، واستجابة سريعة تصل بسهولة إلى 300 فوربا نماذج sic والتسلق بسرعة. وحدات كاملة الميزات مع واجهات إيثرنت، ونطاق توهين واسع النطاق، وPDL منخفض، واستجابة سريعة تصل بسهولة إلى 1,500-2,000. حلول متكاملة متعددة القنوات- لتطبيقات ROADM - نحن نتحدث عن تسعير المعدات المتخصصة في تلك المرحلة.
تكاليف الحياة تغير هذه الحسابات إلى حد ما. الأجهزة السلبية لا تفشل أبدًا في غياب الأضرار المادية. تحتوي الوحدات النشطة على إلكترونيات ومشغلات وبرامج ثابتة-جميع أوضاع الفشل المحتملة. تبدو مواصفات MTBF حوالي 200000-500000 ساعة مثيرة للإعجاب حتى تتذكر أن النشر لمدة عشر سنوات يمتد حوالي 87000 ساعة. ليست كل وحدة على قيد الحياة.
بعض الأشياء التي تستحق المعرفة
يظل تنظيف واجهات الألياف قبل تثبيت أي مخفف أمرًا مهمًا بشكل سخيف ومهمل بشكل سخيف. يضيف التلوث على واجهات الموصل خسارة غير متوقعة ويقلل من خسارة الإرجاع. تبلغ تكلفة-عمليات التنظيف بالنقرة الواحدة خمسة دولارات لكل عملية تنظيف، وهو ما يمثل تأمينًا رخيصًا-تقريبًا.
وثائق التتبع مهمة إذا كنت تفعل أي شيء منظم. توجد مخففات تمت معايرتها بشهادات NIST-قابلة للتتبع لتطبيقات الاختبار؛ فهي تكلف أكثر وتتطلب إعادة الاعتماد بشكل دوري.
يتقاطع تكييف الوضع أحيانًا مع متطلبات التوهين. يستخدم تشغيل الوضع الفردي-في الألياف متعددة الأوضاع أحيانًا أسلاك تصحيح الإزاحة أو كابلات التكييف-الوضعية التي تعمل على تخفيف مجموعات أوضاع معينة. مشكلة مختلفة، يتم الخلط بينها أحيانًا وبين التوهين المستقيم.
يستمر السوق في التطور نحو التكامل. لا تختفي المخففات المستقلة، ولكن يتم دمج المزيد من الوظائف في وحدات-VOA مدمجة مع المحولات الضوئية، مدمجة في بطاقات الخط، ومضمنة في مجموعات جهاز الإرسال والاستقبال. تشتمل الأنظمة الأساسية للضوئيات السيليكونية الآن على-عناصر تخفيف الرقاقة لتصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال المتماسكة.
الاختيار بينهما
بالنسبة للروابط الثابتة التي تحتاج إلى تقليل ثابت للطاقة: من الواضح أن المخففات السلبية. لا يوجد سبب للمبالغة في تعقيد هذا.
بالنسبة لإعدادات الاختبار التي تحتوي على عمليات مسح برمجية متكررة: تدفع VOAs النشطة تكاليفها من خلال توفير الوقت.
بالنسبة لشبكات الإنتاج التي تتطلب تعديلًا ديناميكيًا: حلول نشطة، مع خيارات تقنية محددة وفقًا لمتطلبات السرعة والميزانية.
للنشر الميداني في المواقع النائية بدون طاقة موثوقة: يفوز السلبي بشكل افتراضي.
إن النهج المختلط-المخففات الثابتة السلبية للتوهين المجمع بالإضافة إلى VOA النشط للتعديل الدقيق-أحيانًا يكون منطقيًا من الناحية الاقتصادية. استخدم مخففًا ثابتًا رخيصًا بقدرة 20 ديسيبل للاقتراب، واسمح لوحدة نشطة ذات نطاق محدود- بالتعامل مع ما تبقى من 0-10 ديسيبل بدقة.
وبخلاف هذه المبادئ التوجيهية، يهيمن السياق. تؤثر بنية الشبكة، والفلسفة التشغيلية، وأنظمة الإدارة الحالية، ومعرفة الموظفين، والعلاقات مع البائعين-كلها-على القرارات العالمية الحقيقية. الخيار الأمثل من الناحية الفنية ليس دائمًا هو الخيار الأمثل من الناحية العملية.
