광섬유 감쇠기란 무엇입니까?

 

 

A 광섬유 감쇠기광섬유 링크를 통해 전파되는 광 신호의 전력 수준을 의도적으로 줄이도록 설계된 수동 장치입니다. 신호를 증폭시키는 증폭기와 달리 감쇠기는 전송 경로에 데시벨(dB) 단위로 측정된 제어된 손실-(dB)-을 도입하여 작동합니다. 기본 물리학에는 예측 가능하고 보정된 방식으로 광자 에너지를 분산시키는 흡수, 산란 또는 변위 메커니즘이 포함됩니다. 이러한 구성요소는 단일{5}}모드 광섬유 인프라에서 주요 유틸리티를 찾습니다. 여기서 고전력 레이저 소스는 민감한 광검출기 회로를 포화시키거나 손상시킬 수 있는 출력 레벨을 정기적으로 생성합니다.

아무도 이야기하지 않는 문제: 너무 많은 빛

여기에 사람들의 시선을 사로잡는 것이 있습니다. 손실을 최소화하기 위해 광섬유 네트워크를 엔지니어링하는 데 수천 시간을 소비하고 접속 품질과 커넥터 청결도에 집착하면{1}}신호가 너무 강하게 나타납니다.

수신기 과부하는 실제 현상입니다. 광 출력이 포토다이오드의 작동 임계값을 초과하면 검출기가 포화됩니다. 앰프 클립입니다. 비트 오류율이 급증합니다. CATV 배급과 같은 아날로그 시스템에서는 화질이 눈에 띄게 저하되는 왜곡 제품이 나타납니다. 감쇠와 싸우느라 경력을 쌓은 현장 기술자들은 이제 감쇠를 다시 추가해야 한다는 사실을 깨닫고 아이러니를 잃지 않습니다.

수신기 작동 범위는 낮은 쪽 감도(잡음이 신호를 압도하는 곳)와 높은 쪽의 과부하(포화로 인해 데이터가 손상되는 곳)라는 두 경계 사이에 있습니다. 대부분의 데이터시트에서는 민감도와 과부하에 대해 각각 -30dBm ~ -15dBm과 같이 이러한 제한을 명확하게 지정합니다.- 바운더리 탱크와 퍼포먼스 탱크 중 하나를 놓치세요.

실제로 작동하는 방식

메커니즘은 예상보다 다양합니다.

• 갭-손실 감쇠기광섬유 종단면 사이의 의도적인 공기 공간을 활용합니다. 입력 광섬유에서 나오는 빛은 간격을 통과하면서 퍼집니다. 일부만 수신 코어에 연결됩니다. 간단한 물리학. 간격이 넓을수록 감쇠가 높아집니다.{3}}그러나 이 접근 방식은 특정 응용 분야에서 매우 중요한 반사율 문제를 야기합니다.
• 도핑된 섬유대부분의 상업용 고정 감쇠기에서 선호되는 솔루션입니다. 제조업체는 짧은 섬유 세그먼트에 금속 이온을 도입하여 광학 에너지를 열로 변환하는 흡수를 생성합니다. 감쇠 값은 온도 변화에 따라 매우 안정적으로 유지되며 문제가 되는 역-반사를 생성하지 않습니다. 모든 곳의 패치 패널을 채우는 소형 수-~-암 플러그-스타일 감쇠기 내부에서 이러한 기능을 찾을 수 있습니다.
• 중립 밀도 필터가변 감쇠기와 테스트 장비에 나타납니다. 부분적으로 불투명한 요소는 두 초점 렌즈 사이의 시준된 빔 경로에 위치합니다. 요소를 빔 안쪽으로 더 깊게 이동하면 감쇠가 증가합니다. 설정에는 정밀한 정렬이 필요하지만, 여러 채널이 C-대역에 걸쳐 있는 DWDM 테스트에 중요한 파장-광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐 독립적인 성능을 제공합니다.{4}}

 

맨드릴 랩 트릭도 있습니다. 단일-모드 패치코드를 연필에 여러 번 감으면 굽힘 손실이 발생합니다. 기술자들은 이것을 수십 년 동안 조금씩 사용해 왔습니다. 작동합니다. 그것은 무료입니다. 섬유 공급업체는 반경이 작은-굴곡으로 인해 유리에 압력이 가해지고 장기적인 안정성 문제가 발생할 수 있기 때문에 이를 싫어합니다.- 하지만 오전 2시에 문제를 해결하고 있는데 올바른 고정 감쇠기가 없다면 해야 할 일을 하면 됩니다.

고정 vs. 가변: 각각의 의미가 있을 때

고정 감쇠기는 애플리케이션 요구 사항에 관계없이 1dB, 5dB, 10dB, 20dB의 설정된 감쇠 값을 제공합니다. 저렴하고 안정적이며 조정이 전혀 필요하지 않습니다. 시스템 설계자는 계획 중에 전력 예산을 계산하고, 작동 범위 내에서 수신기 전력의 중심을 잡기 위해 필요한 감쇠를 지정하고, 적절한 고정 감쇠기를 설치합니다. 완료.

수학은 복잡하지 않습니다. 송신기 출력에서 ​​케이블 플랜트 손실을 뺀 값에서 고정 감쇠기 값을 뺀 값은 수신기의 작동 창 내에서 편안하게 같아야 합니다. 커넥터 노후화 및 온도 변화에 대한 여유를 두십시오.-공칭 양쪽에 3dB 정도 두십시오.

가변 감쇠기는 다양한 가능성을 열어줍니다. 분명히 테스트에 중요합니다. 수신기 감도를 특성화하는 광학 엔지니어는 BER을 모니터링하면서 넓은 범위에 걸쳐 감쇠를 스윕해야 합니다. 조정 나사가 있는 수동 가변 감쇠기는 벤치 작업을 처리합니다. 전동 버전은 생산성이 비용 프리미엄을 정당화하는 자동화된 테스트 시스템에 통합됩니다.

그러나 배포된 시스템에도 변수가 나타납니다. 장거리- 네트워크의 에르븀{1}}도핑 광섬유 증폭기에는 채널 전력 균등화가 필요합니다. DWDM 시스템의 다양한 파장은 증폭기를 통해 다양한 이득을 경험합니다-이를 이득 기울기라고 하는 현상입니다. 채널별로 가변 광 감쇠기(VOA)를 사용하면-네트워크 운영자가 출력 스펙트럼을 평탄화할 수 있습니다. 이러한 VOA 중 일부는 네트워크 관리 시스템의 제어 신호를 기반으로 감쇠를 조정하는 MEMS 마이크로미러 또는 액정 요소를 사용하여 전자적으로 응답합니다.

커넥터 유형 및 폼 팩터

커넥터 인터페이스는 감쇠기를 물리적으로 설치할 수 있는 위치를 결정합니다. LC, SC, FC, ST-감쇠기는 모든 표준 구성으로 제공됩니다. 감쇠기 커넥터를 설치된 플랜트에 연결하십시오. 분명하지만 언급할 가치가 있습니다.

APC(각진 물리적 접촉) 애플리케이션의 경우 커넥터 광택 유형이 중요합니다. APC 감쇠기는 APC 커넥터와 결합됩니다. APC와 UPC를 혼합하면 재앙이 발생합니다. APC 종단면의 8-각도 절단은 평평한-광택 UPC 커넥터와의 결합을 방지합니다. 그러나 사람들은 어쨌든 시도하고 결과적인 손상으로 인해 전체 링크 세그먼트가 잔해로 오염될 수 있습니다.

단일-모드와 다중 모드 구분

단일{0}}모드 시스템은 감쇠기 사용을 지배합니다. 단일-모드 레이저 소스는 문제를 일으킬 만큼 충분한 전력을 생성하기 때문입니다. 좁은 코어 직경과 일관된 레이저 출력의 결합으로 인해 광검출기가 항상 견딜 수 없는 높은 출력 밀도가 생성됩니다.-특히 케이블 손실이 최소화되는 짧은 링크 범위에서는 더욱 그렇습니다.

다중 모드 애플리케이션에는 감쇠기가 거의 필요하지 않습니다. 다중 모드 링크에 전력을 공급하는 LED 소스와 VCSEL은 최소한의 거리에서도 수신기에 과부하가 걸릴 만큼 충분한 광 전력을 출력하지 않습니다. 더 큰 코어 직경은 여러 전파 모드에 걸쳐 전력을 분산시키고 소스 출력 제한은 과부하 위험을 더욱 줄여줍니다.

즉, 다중 모드 감쇠기가 존재합니다. 특정 테스트 시나리오에는 이러한 항목이 필요합니다. 그리고 최신 데이터 센터 상호 연결의 일부 고성능-멀티모드 수직-공동 레이저는 이전 세대가 접근하지 못했던 한계를 뛰어넘습니다.

한 가지 문제는 모드-에 따른 손실입니다. 공간 필터링을 사용하는 감쇠기(예: 블레이드- 유형 변수 설계)는 다양한 모드에 다르게 영향을 미칩니다. 코어-클래딩 경계 근처에서 이동하는 고차-모드는 코어 중앙에 집중된 기본 모드보다 더 많은 감쇠를 경험합니다. 이러한 모드 의존성은 다중 모드 시스템에서 정밀한 감쇠 측정을 까다롭게 만듭니다.

설치: 수신기 측, 항상

 

링크의 수신기 끝에 감쇠기를 배치합니다. 이것은 임의적이지 않습니다.

감쇠기를 송신기에 배치하면 전력이 감소하지만 테스트 시 문제가 발생합니다. 무언가를 분리하지 않고서는 수신된 전력을 편리하게 측정할 수 없습니다. 맨 끝으로 이동하지 않고는 감쇠기가 올바른 손실을 제공하는지 확인할 수 없습니다.

수신기에서 파워미터가 바로 연결됩니다. 감쇠기를 제자리에 두고 측정합니다. 그것 없이 측정합니다. 델타가 예상과 일치하는지 확인합니다. 필요한 경우 조정합니다(변수 유형의 경우). 간단한 작업 흐름.

수신기 배치는 반사율도 해결합니다. 감쇠기의 모든 역반사는-송신기에 도달하기 전에 전체 링크 길이를 이동해야 하며-그 과정에서 케이블 플랜트 손실로 인해 감쇠됩니다. 송신기에 감쇠기를 배치하면 반사가 방해받지 않고 레이저 캐비티로 직접 되돌아옵니다. 일부 송신기는 이를 잘 처리합니다. 다른 사람들은 눈에 띄게 불안정해집니다.

실제-세계 계산 예

일반적인 시나리오를 고려하십시오. 송신기는 최소 0dBm을 출력합니다. 수신기는 작동 범위를 -15~-30dBm으로 지정합니다. 즉, -15dBm 이상에서는 과부하가 발생하고 -30dBm 미만의 감도 아래로 떨어집니다.

케이블 플랜트 손실은 총 7dB로 측정됩니다. 커넥터, 스플라이스, 광섬유 감쇠-가 모두 포함되어 있습니다.

개입이 없으면 수신 전력은 송신기 출력에서 ​​손실을 뺀 값과 같습니다. 0dBm에서 7dB를 뺀 값은 -7dBm과 같습니다. 이는 -15dBm 과부하 임계값보다 높습니다. 수신기가 포화됩니다.

여유 여유가 있는 작동 범위 내에서 편안하게 수신 전력을 약 -20dBm ~ -25dBm으로 줄여야 합니다. 목표: -22dBm.

필수 총 손실: 0dBm 빼기(-22dBm)는 22dB와 같습니다. 케이블 플랜트에서 이미 7dB가 확보되었습니다. 추가 감쇠 필요: 22 - 7은 15dB와 같습니다.

수신기에 15dB 고정 감쇠기를 설치합니다. 파워미터로 확인해보세요. 계속하세요.

애플리케이션 테스트

영구 설치 외에도 감쇠기는 시스템 검증 및 문제 해결에서 중요한 역할을 합니다.

• 전력 마진 테스트링크가 실패하기 전에 허용할 수 있는 추가 손실의 정도를 결정합니다. 가변 감쇠기를 삽입합니다. BER 또는 패킷 손실을 모니터링하는 동안 감쇠를 높입니다. 오류가 나타나는 지점을 참고하세요. 임계값과 정상 작동 전력 간의 차이는 커넥터 성능 저하, 케이블 손상 또는 소스 노화로부터 보호하는 안전 버퍼 마진을 나타냅니다.
• 수신기 감도 검증장비가 사양을 충족하는지 확인합니다. 보정된 감쇠를 통해 결과적인 BER을 측정하는 동안 검출기의 광 출력을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 자동화된 테스트 시스템은 전력 레벨을 훑어보고 수신기 성능을 정의하는 특징적인 "욕조" 곡선을 생성합니다.
• 채널 균등화 테스트WDM 시스템에서는 개별 파장의 선택적 감쇠가 필요합니다. 때로는 파장 선택 스위치와 통합되는 특수 다중 채널 감쇠기 블록을 통해 엔지니어는 다양한 게인 틸트 시나리오를 시뮬레이션하고 모니터링 및 보상 시스템이 적절하게 반응하는지 확인할 수 있습니다.

일반적인 실수와 이를 피하는 방법

사람들은 감쇠기 삽입 손실을 고려하는 것을 잊어버립니다. 가변 감쇠기의 "0dB" 설정에서도 일부 기준 손실이 발생합니다.-설계에 따라 0.5~1.5dB 정도일 수 있습니다. 이것을 계산에 반영하세요.

오염은 남용보다 더 빨리 감쇠기를 죽입니다. 종단면은 커넥터 인터페이스에 노출되어 다른 커넥터와 마찬가지로 먼지와 지문 기름을 수집합니다. 설치하기 전에 검사하고 청소하십시오. 사용하지 않을 때는 적절한 캡을 사용하십시오.

편광-종속 손실(PDL)은 일관성 시스템에서 사람들을 놀라게 합니다. 일부 감쇠기 설계는 입력 극성 상태에 따라 다른 손실을 나타냅니다. 표준 프로토콜을 실행하는 강도-변조 시스템의 경우 아무도 이를 알아차리지 못합니다. 편광 다중화를 통한 일관된 검출을 위해 PDL은 실제 문제를 야기합니다.

테스트 소스의 파장 드리프트는 파장-에 따른 감쇠기 동작을 포함합니다. 1550nm 소스는 온도에 따라 실제로 1553nm를 출력할 수 있습니다. 감쇠기 사양이 1550nm를 가정하면 작은 오류가 누적됩니다.

경제학

고정 감쇠기의 비용은 거의 없습니다.-표준 커넥터 유형 및 감쇠 값에 대해 몇 달러 정도입니다. 선택 항목을 가까이에 두십시오. 5dB, 10dB, 15dB의 남성-~여성{4}} LC 및 SC 변형은 대부분의 상황을 포괄합니다.

가변 감쇠기의 범위는 매우 다양합니다. 벤치용 수동 유형은 범위와 커넥터 스타일에 따라 $50 ~ $200 정도입니다. 자동화된 테스트 시스템을 위한 정밀 프로그래밍 가능 계측기는 수천 달러에 달합니다. 네트워크 배포를 위한 MEMS{5}} 기반 VOA는 볼륨 및 통합 요구 사항을 반영하여 가격이 책정되며 그 사이 어딘가에 있습니다.

올바른 감쇠기를 구입하는 것의 대안에는 커넥터 손실을 추가하거나 맨드릴 랩을 추가하거나 단순히 성능 저하를 수용하는 창의적인 해결 방법-추가 패치 케이블이 포함되는 경우가 많습니다. 도구 키트에 적절한 감쇠기를 유지하는 비용에 비해 알 수 없는 오류를 해결하기 위해 트럭 롤 비용을 계산합니다.

새로운 고려 사항

굴곡-에 둔감한 섬유로 인해 맨드릴 랩 방정식이 변경되었습니다. 최신 ITU-T G.657 광섬유는 설계상 큰 손실 증가 없이 작은 굽힘 반경을 견딜 수 있도록{4}}프레미스 환경에서 케이블 라우팅을 더욱 엄격하게 할 수 있습니다. 이러한 섬유는 설치 남용을 허용하는 동일한 특성으로 인해 의도적인 굽힘 손실에 대한 저항력이 있습니다. 오래된 연필-포장 기술은 구부러짐에 민감한-섬유에는 잘 작동하지 않습니다.

더 높은-전력 일관성 트랜시버는 전력 처리 요구 사항을 충족합니다. 데이터 센터 상호 연결 및 메트로 DWDM 시스템은 기존 감쇠기 설계에 도전하는 출력 전력을 갖춘 전송 장비를 점점 더 많이 배치하고 있습니다. 확장된-빔과 자유-공간 구성은 기존의 광섬유 기반 감쇠 요소보다 부하를 더 잘 처리합니다.-

통합은 계속해서 발전하고 있습니다. 감쇠기 기능은 트랜시버, 증폭기 및 파장{1}}선택 스위치에 내장되어 있습니다. 개별 감쇠기는 테스트 및 문제 해결에 여전히 필수적이지만 통합 광자 하위 시스템 내부에 영구 설치가 점점 더 많이 발생하고 있습니다.

결론

광섬유 감쇠기는 근본적인 문제를 해결합니다. 즉, 수신기가 왜곡이나 손상 없이 처리할 수 있는 수준으로 광 출력을 줄이는 것입니다. 기술은 성숙하고 물리학은 간단하며 구성 요소 비용은 최소화됩니다. 더 많은 전력이 항상 더 좋다는 가정하에 전력이 필요하다는 사실을 망각하거나, 수신기 사양의 상한선을 무시하거나, 시운전 중에 실제 전력 수준을 확인하지 못한 것이 사람들을 당황하게 만드는 것입니다.

키트에 몇 개의 고정 감쇠기를 보관하십시오. 링크 예산 수치에서 필요한 감쇠를 계산하는 방법을 이해합니다. 송신기가 아닌 수신기에 설치하십시오. 다른 모든 광학 인터페이스를 청소하는 것처럼 청소하십시오.

화려한 작품은 아닙니다. 하지만 깨끗하게 실행되는 링크와 오류를 발생시키는 링크의 차이는 누구도 설명할 수 없습니다.