ما هو مخفف الألياف الضوئية؟

 

 

A مخفف الألياف الضوئيةهو جهاز سلبي تم تصميمه لتقليل مستوى طاقة الإشارة الضوئية المنتشرة عبر وصلة ليفية بشكل متعمد. على عكس مكبرات الصوت التي تعزز الإشارات، تعمل المخففات عن طريق إدخال الخسارة الخاضعة للتحكم -المقاسة بالديسيبل (ديسيبل)-في مسار الإرسال. تتضمن الفيزياء الأساسية آليات الامتصاص أو التشتت أو الإزاحة التي تبدد الطاقة الضوئية بطريقة يمكن التنبؤ بها ومعايرة. تجد هذه المكونات فائدتها الأساسية في البنية الأساسية للألياف أحادية الوضع-، حيث تولد مصادر الليزر ذات الطاقة العالية-مستويات إخراج قادرة على تشبع دوائر الكاشف الضوئي الحساسة أو إتلافها بشكل روتيني.

المشكلة التي لا يتحدث عنها أحد: الكثير من الضوء

وهنا شيء يلفت انتباه الناس. لقد أنفقت آلاف الدولارات في هندسة شبكة ألياف لتقليل الخسارة إلى الحد الأدنى، واهتممت بجودة الوصلات ونظافة الموصل-ثم تظهر الإشارة قوية جدًا.

الزائد المتلقي هو ظاهرة حقيقية. عندما تتجاوز الطاقة الضوئية عتبة تشغيل الثنائي الضوئي، يتشبع الكاشف. مقاطع مكبر الصوت. ارتفاع معدلات خطأ البت. في الأنظمة التناظرية مثل توزيع الكيبل التلفزيوني، تظهر منتجات تشويه تؤدي إلى انخفاض جودة الصورة بشكل ملحوظ. المفارقة لا تضيع على الفنيين الميدانيين الذين أمضوا حياتهم المهنية في محاربة التوهين فقط ليكتشفوا أنهم الآن بحاجة إلى إضافة بعض مرة أخرى.

يقع نطاق تشغيل جهاز الاستقبال بين حدين: الحساسية عند الطرف المنخفض (حيث تتفوق الضوضاء على الإشارة) والتحميل الزائد عند الطرف العلوي (حيث يفسد التشبع البيانات). تحدد معظم أوراق البيانات هذه الحدود بوضوح-بنسبة مثل -30 ديسيبل ميلي واط إلى -15 ديسيبل ميلي واط للحساسية والحمل الزائد، على التوالي. افتقد الدبابات الحدودية ودبابات الأداء.

كيف يعملون في الواقع

تختلف الآليات أكثر مما تتوقع.

• مخففات الفجوة-الخسارةاستغلال مساحة هوائية متعمدة بين واجهات الألياف. ينتشر الضوء الخارج من الألياف المدخلة أثناء عبوره الفجوة؛ فقط جزء من الأزواج في قلب الاستقبال. فيزياء بسيطة. كلما اتسعت الفجوة، زاد التوهين-على الرغم من أن هذا الأسلوب يثير مخاوف الانعكاس التي لها أهمية كبيرة في بعض التطبيقات.
• ألياف مخدرةهو الحل المفضل في معظم المخففات الثابتة التجارية. يقوم المصنعون بإدخال أيونات معدنية في قطعة ألياف قصيرة، مما يؤدي إلى امتصاص يحول الطاقة الضوئية إلى حرارة. تظل قيمة التوهين ثابتة بشكل ملحوظ عبر تقلبات درجات الحرارة ولا تنتج انعكاسات خلفية - تسبب مشاكل. ستجد هذه العناصر داخل مخففات النمط -من الذكور إلى-المقابس الأنثوية- المدمجة التي تملأ لوحات التصحيح في كل مكان.
• مرشحات الكثافة المحايدةتظهر في المخففات المتغيرة ومعدات الاختبار. يوجد عنصر معتم جزئيًا في مسار شعاع مواز بين عدستين للتركيز. قم بتحريك العنصر بشكل أعمق داخل الشعاع وسيزداد التوهين. يتطلب الإعداد محاذاة دقيقة ولكنه يوفر أداءً مستقلاً للطول الموجي-عبر النطاقات الطيفية الواسعة-وهو أمر بالغ الأهمية لاختبار DWDM حيث تمتد قنوات متعددة على النطاق C-.

 

هناك أيضًا خدعة لف الشياق. قم بلف سلك التصحيح ذو الوضع الواحد- حول قلم الرصاص عدة مرات وقد تسببت في فقدان الانحناء. لقد استخدم الفنيون هذا في القرصات لعقود من الزمن. إنها تعمل. إنه مجاني. يكرهها موردو الألياف لأن انحناءات نصف القطر الصغيرة-تضغط على الزجاج ويمكن أن تتسبب في مشكلات موثوقية على المدى الطويل-. ولكن عندما تقوم باستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الساعة 2 صباحًا وليس لديك المخفف الثابت الصحيح، فإنك تفعل ما يجب عليك فعله.

الثابت مقابل المتغير: عندما يكون لكل منهما معنى

توفر المخففات الثابتة قيمة توهين محددة - 1 ديسيبل، 5 ديسيبل، 10 ديسيبل، 20 ديسيبل، مهما كانت متطلبات التطبيق. إنها رخيصة الثمن وموثوقة ولا تتطلب أي تعديل. يقوم مصممو النظام بحساب ميزانية الطاقة أثناء التخطيط، وتحديد التوهين المطلوب لقدرة جهاز الاستقبال المركزي ضمن نطاق التشغيل، وتثبيت المخفف الثابت المناسب. منتهي.

الرياضيات ليست معقدة. يجب أن يساوي خرج المرسل ناقص خسارة مصنع الكابلات ناقص قيمة المخفف الثابت شيئًا مريحًا داخل نافذة تشغيل جهاز الاستقبال. اترك هامشًا لعمر الموصل وتغيرات درجة الحرارة -ربما 3 ديسيبل على جانبي الاسمي.

المخففات المتغيرة تفتح إمكانيات مختلفة. من الواضح أنها مهمة للاختبار. ويحتاج المهندس البصري الذي يحدد حساسية جهاز الاستقبال إلى مسح التوهين عبر نطاق واسع أثناء مراقبة معدل الخطأ في البتات (BER). تعمل المخففات اليدوية المتغيرة مع براغي الضبط على التعامل مع العمل على مقاعد البدلاء؛ يتم دمج الإصدارات الآلية في أنظمة الاختبار الآلية حيث تبرر الإنتاجية علاوة التكلفة.

لكن المتغيرات تظهر أيضًا في الأنظمة المنتشرة. تتطلب مضخمات الألياف المشبعة بالإربيوم-في شبكات النقل الطويلة-معادلة قدرة القناة. تواجه الأطوال الموجية المختلفة في نظام DWDM مكاسب مختلفة من خلال مكبر الصوت - وهي ظاهرة تسمى إمالة الكسب. تسمح المخففات الضوئية المتغيرة (VOAs) على أساس كل -قناة لمشغلي الشبكات بتسوية طيف الإخراج. تستجيب بعض VOA هذه إلكترونيًا، باستخدام مرايا MEMS الدقيقة أو عناصر الكريستال السائل التي تضبط التوهين بناءً على إشارات التحكم من أنظمة إدارة الشبكة.

أنواع الموصلات وعوامل الشكل

تحدد واجهة الموصل المكان الذي يمكن فيه تثبيت المخفف فعليًا. تتوفر مخففات LC وSC وFC وST- بجميع التكوينات القياسية. قم بمطابقة موصل المخفف مع المصنع المثبت لديك. واضح، ولكن يستحق الذكر.

بالنسبة لتطبيقات APC (الاتصال الجسدي المائل)، فإن نوع طلاء الموصل مهم. تتزاوج مخففات APC مع موصلات APC؛ خلط APC وUPC يدعو إلى كارثة. تمنع الزاوية المقطوعة البالغة 8- درجة على واجهات APC التزاوج مع موصلات UPC المسطحة- المصقولة - ولكن الناس يحاولون على أية حال، ويمكن أن يؤدي الضرر الناتج إلى تلويث أجزاء الارتباط بأكملها بالحطام.

تقسيم الوضع-المفرد مقابل الوضع المتعدد

تهيمن أنظمة الوضع الفردي- على استخدام المخفف لأن مصادر الليزر ذات الوضع الواحد-تنتج طاقة كافية لإحداث مشكلات. يؤدي الجمع بين القطر الأساسي الضيق ومخرجات الليزر المتماسكة إلى إنشاء كثافات طاقة عالية لا يمكن لأجهزة الكشف الضوئي تحملها دائمًا-خاصة عبر امتدادات الوصلات القصيرة حيث يوجد الحد الأدنى من فقد الكابلات.

نادراً ما تحتاج التطبيقات متعددة الأوضاع إلى مخففات. إن مصادر LED وVCSELs التي تعمل على تشغيل الوصلات متعددة الأوضاع لا تنتج طاقة ضوئية كافية لزيادة التحميل على أجهزة الاستقبال، حتى عبر مسافات قليلة. يعمل القطر الأساسي الأكبر على توزيع الطاقة عبر أوضاع نشر متعددة، كما تعمل قيود إخراج المصدر على تقليل مخاطر التحميل الزائد.

ومع ذلك، توجد مخففات متعددة الأوضاع. تتطلب بعض سيناريوهات الاختبار هذه. كما أن بعض أجهزة الليزر ذات التجويف العمودي-المتعددة الأوضاع عالية الطاقة-في مراكز البيانات الحديثة تتخطى الحدود التي لم تقترب منها الأجيال السابقة.

أحد المضاعفات: الوضع-الخسارة التابعة. تؤثر المخففات التي تستخدم التصفية المكانية (مثل تصميمات النصل- المتغيرة) على الأوضاع المختلفة بشكل مختلف. تشهد أوضاع الترتيب الأعلى- التي تنتقل بالقرب من حدود الكسوة الأساسية- توهينًا أكبر من الأوضاع الأساسية المركزة في المركز الأساسي. هذا الاعتماد على الوضع يجعل قياس التوهين الدقيق أمرًا صعبًا في الأنظمة متعددة الأوضاع.

التثبيت: جانب الاستقبال، دائمًا

 

ضع المخففات في نهاية جهاز الاستقبال للوصلة. هذا ليس تعسفيا.

يؤدي وضع المخفف على جهاز الإرسال إلى تقليل الطاقة ولكنه يسبب صداعًا في الاختبار. لا يمكنك قياس الطاقة المستقبلة بسهولة دون فصل شيء ما. لا يمكنك التحقق من أن المخفف يوفر الخسارة الصحيحة دون الوصول إلى النهاية البعيدة.

عند جهاز الاستقبال، يتصل عداد الطاقة الخاص بك هناك. قياس مع المخفف في المكان. القياس بدونها. تحقق من أن الدلتا تطابق التوقعات. اضبط إذا لزم الأمر (للأنواع المتغيرة). سير عمل بسيط.

يعالج موضع جهاز الاستقبال أيضًا الانعكاس. أي انعكاس خلفي-من المخفف يجب أن ينتقل عبر طول الوصلة بالكامل قبل الوصول إلى جهاز الإرسال-ويتضاءل بسبب فقدان مصنع الكابلات على طول الطريق. ضع المخفف على جهاز الإرسال، وستعود الانعكاسات مباشرة إلى تجويف الليزر دون عوائق. تتعامل بعض أجهزة الإرسال مع هذه الغرامة؛ البعض الآخر يزعزع الاستقرار بشكل ملحوظ.

-مثال حقيقي للحسابات العالمية

النظر في سيناريو نموذجي. يُخرج جهاز الإرسال الخاص بك 0 ديسيبل مللي واط كحد أدنى. يحدد جهاز الاستقبال نطاق تشغيل يتراوح بين -15 إلى -30 ديسيبل ميلي واط - مما يعني أنه يزيد التحميل عن -15 ديسيبل ميلي واط وينخفض ​​إلى ما دون الحساسية التي تقل عن -30 ديسيبل ميلي واط.

يبلغ إجمالي فقدان مصنع الكابلات الخاص بك 7 ديسيبل. الموصلات، والوصلات، وتوهين الألياف-كل ذلك.

وبدون تدخل، تساوي الطاقة المستقبلة خرج المرسل ناقص الخسارة: 0 ديسيبل ميلي واط ناقص 7 ديسيبل يساوي -7 ديسيبل ميلي واط. وهذا أعلى من عتبة التحميل الزائد -15 ديسيبل ميلي واط. سوف يشبع المتلقي.

تحتاج إلى خفض الطاقة المستقبلة إلى ما يقرب من -20 ديسيبل ميلي واط إلى -25 ديسيبل ميلي واط - بشكل مريح ضمن نطاق التشغيل مع هامش احتياطي. الهدف: -22 ديسيبل.

الخسارة الإجمالية المطلوبة: 0 ديسيبل ميلي واط ناقص (-22 ديسيبل ميلي واط) يساوي 22 ديسيبل. لديك بالفعل 7 ديسيبل من مصنع الكابلات. التوهين الإضافي المطلوب: 22 ناقص 7 يساوي 15 ديسيبل.

قم بتركيب مخفف ثابت بقدرة 15 ديسيبل على جهاز الاستقبال. التحقق باستخدام عداد الطاقة. استمر.

تطبيقات الاختبار

بالإضافة إلى التثبيت الدائم، تؤدي المخففات أدوارًا مهمة في تأهيل النظام واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

• اختبار هامش الطاقةيحدد مقدار الخسارة الإضافية التي يمكن أن يتحملها الارتباط قبل الفشل. أدخل مخففًا متغيرًا. زيادة التوهين أثناء مراقبة معدل الخطأ في البتات (BER) أو فقدان الحزمة. لاحظ النقطة التي تظهر فيها الأخطاء. يمثل الفرق بين هذا الحد وقوة التشغيل العادية الهامش-المخزن المؤقت الآمن الذي يحمي من تدهور الموصل أو تلف الكابل أو تقادم المصدر.
• التحقق من حساسية المتلقييؤكد أن المعدات مطابقة للمواصفات. يتيح التوهين المُعايَر التحكم الدقيق في الطاقة الضوئية للكاشف أثناء قياس معدل الخطأ في البتات (BER) الناتج. تقوم أنظمة الاختبار الآلي بمسح مستويات الطاقة وتوليد منحنيات "حوض الاستحمام" المميزة التي تحدد أداء جهاز الاستقبال.
• اختبار معادلة القناةفي أنظمة WDM يتطلب التوهين الانتقائي للأطوال الموجية الفردية. تتيح كتل المخففات المتخصصة متعددة القنوات، التي يتم دمجها أحيانًا مع محولات انتقائية للطول الموجي-، للمهندسين محاكاة سيناريوهات إمالة الكسب المختلفة والتحقق من استجابة أنظمة المراقبة والتعويض بشكل مناسب.

الأخطاء الشائعة وكيفية تجنبها

ينسى الناس حساب خسارة إدخال المخفف. حتى الإعداد "0 ديسيبل" على المخفف المتغير يقدم بعض الخسارة الأساسية - ربما من 0.5 إلى 1.5 ديسيبل اعتمادًا على التصميم. عامل هذا في الحسابات.

يقتل التلوث المخففات بشكل أسرع من سوء الاستخدام. يتم وضع الواجهة النهائية مكشوفة عند واجهة الموصل، حيث تجمع الغبار وزيوت بصمات الأصابع تمامًا مثل أي موصل آخر. فحص وتنظيف قبل التثبيت. استخدم القبعات المناسبة عندما لا تكون قيد الاستخدام.

الاستقطاب-الخسارة المعتمدة على الاستقطاب (PDL) يفاجئ الأشخاص في الأنظمة المتماسكة. تظهر بعض تصميمات المخفف خسارة مختلفة اعتمادًا على حالة استقطاب الإدخال. بالنسبة للأنظمة المعدلة الكثافة - التي تعمل بالبروتوكولات القياسية، لا أحد يلاحظ ذلك. من أجل الكشف المتماسك مع تعدد إرسال الاستقطاب، يخلق PDL مشاكل حقيقية.

انحراف الطول الموجي في مركبات مصادر الاختبار ذات سلوك المخفف المعتمد على الطول الموجي. قد ينتج مصدر 1550 نانومتر الخاص بك في الواقع 1553 نانومتر اعتمادًا على درجة الحرارة. إذا كانت مواصفات المخفف تفترض 1550 نانومتر، تتراكم الأخطاء الصغيرة.

الاقتصاد

لا تكلف المخففات الثابتة شيئًا تقريبًا-بضعة دولارات لأنواع الموصلات القياسية وقيم التوهين. احتفظ بالاختيار في متناول اليد. تغطي أصناف LC وSC من الذكور-إلى-الأنثى 5 ديسيبل، و10 ديسيبل، و15 ديسيبل معظم المواقف.

تتراوح المخففات المتغيرة بشكل كبير. تتراوح الأنواع اليدوية للاستخدام على مقاعد البدلاء من 50 إلى 200 دولارًا اعتمادًا على النطاق ونمط الموصل. تكلف الأدوات الدقيقة القابلة للبرمجة لأنظمة الاختبار الآلية الآلاف. تقع VOAs المستندة إلى MEMS- لنشر الشبكة في مكان ما بينهما، حيث يعكس التسعير متطلبات الحجم والتكامل.

غالبًا ما يتضمن البديل لشراء المخفف المناسب حلولاً إبداعية-كبلات توصيل إضافية لإضافة فقد الموصل، أو التفاف الشياق، أو ببساطة قبول الأداء المنخفض. احسب تكلفة لفافة الشاحنة لاستكشاف الأخطاء الغامضة وإصلاحها مقابل تكلفة الاحتفاظ بالمخففات المناسبة في مجموعة الأدوات.

الاعتبارات الناشئة

لقد أدت الألياف غير الحساسة للثني- إلى تغيير معادلة التفاف الشياق. تتحمل ألياف ITU-T G.657 الحديثة أنصاف أقطار الانحناء الصغيرة دون زيادة كبيرة في الخسارة-حسب التصميم، لتمكين توجيه الكابلات بشكل أكثر إحكامًا في بيئات المباني. نفس الخصائص التي تجعل هذه الألياف متسامحة مع إساءة استخدام التركيب تجعلها مقاومة لفقدان الانحناء المتعمد. إن خدعة التغليف القديمة بالقلم الرصاص-لا تعمل بشكل جيد على الألياف غير الحساسة للانحناء-.

تعمل أجهزة الإرسال والاستقبال ذات الطاقة الأعلى- على دفع متطلبات التعامل مع الطاقة. تعمل وصلات مراكز البيانات وأنظمة DWDM للمترو على نشر معدات نقل ذات قوى إخراج تتحدى تصميمات المخففات التقليدية بشكل متزايد. تتعامل تكوينات-الشعاع الموسعة والمساحة الحرة- مع الحمل بشكل أفضل من عناصر التخفيف التقليدية القائمة على الألياف-.

ويستمر التكامل في التقدم. يتم تضمين وظائف المخفف في أجهزة الإرسال والاستقبال ومكبرات الصوت والمفاتيح الانتقائية ذات الطول الموجي-. تظل المخففات المنفصلة ضرورية للاختبار واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، ولكن التثبيت الدائم يحدث بشكل متزايد داخل الأنظمة الفرعية الضوئية المتكاملة.

الخط السفلي

تحل مخففات الألياف الضوئية مشكلة أساسية: تقليل الطاقة الضوئية إلى مستويات يمكن لأجهزة الاستقبال التعامل معها دون تشويه أو تلف. التكنولوجيا ناضجة، والفيزياء واضحة، وتكلفة المكونات ضئيلة. ما يزعج الأشخاص هو نسيان أنهم بحاجة إلى جهاز-بافتراض أن المزيد من الطاقة هو الأفضل دائمًا، أو تجاهل الحد الأعلى لمواصفات جهاز الاستقبال، أو الفشل في التحقق من مستويات الطاقة الفعلية أثناء التشغيل.

احتفظ ببعض المخففات الثابتة في مجموعتك. فهم كيفية حساب التوهين المطلوب من أرقام ميزانية الارتباط. قم بتركيبها على جهاز الاستقبال وليس على جهاز الإرسال. قم بتنظيفها كما تقوم بتنظيف كل واجهة بصرية أخرى.

إنه ليس عملاً ساحرًا. ولكن هذا هو الفرق بين الرابط الذي يعمل بشكل نظيف والرابط الذي يلقي أخطاء لا يمكن لأحد تفسيرها.