Theoptický atenuátorexistuje jako druh profesního rozporu v telekomunikační infrastruktuře. Inženýři tráví kariéru eliminací ztrát z rozpětí vláken-zdokonalováním fúzních spojů, specifikováním ultra{2}}nízkoztrátových{3}}konektorů, výběrem prémiového kabelu-a pak záměrně vkládají zařízení, jehož hlavním účelem je ničit signál. Logika dává smysl, jakmile odpálíte přijímač, ale většina lidí potřebuje první selhání, aby si skutečně uvědomili, proč na těchto součástech záleží.
Když je váš signál problémem
Citlivost přijímače získává veškerou pozornost během diskusí o rozpočtu odkazu. Každý technický list viditelně zobrazuje minimální prahovou hodnotu -28dBm nebo -24dBm. Maximální příkon sedí tiše ve spodní části stránky, možná -3dBm pro typické SFP+, a čeká, až někdo udělá chybu.
Chyba obvykle spočívá v nákupu optiky s-dlouhým dosahem, protože množstevní sleva vypadala lákavě. Nebo někdo popadne 40km transceiver na 300-metrový-běh v budově, protože to bylo v šuplíku. Spouštěcí výkon dorazí na fotodetektor někde kolem 0dBm nebo vyšší. Odkaz se odmítá objevit. Protokoly zobrazují „Rx LOS“ nebo možná jen „odkaz dolů“ – stejný chybový kód, jaký byste viděli u tmavého vlákna.
Nemůžu spočítat, kolik hodin jsem promarnil sledováním techniků, jak na těchto zakázkách vyměňují transceivery. Náhradní modul vykazuje stejné chování, protože ve skutečnosti není nic rozbité. APD nebo PIN dioda je zaplavena fotony. Je to nasycené. Obvody automatického řízení zisku nemohou kompenzovat. Nikoho nenapadne kontrolovat, zda je příliš mnoho světla, protože jsme všichni byli nuceni se obávat nedostatku energie.
Vyřeší to pevný tlumič za 12 dolarů. Nainstalujte 10 dB na přijímací straně. Výkon klesne z +1dBm na -9dBm. Odkaz se zakládá. Jděte dál.
Multimode: Zde opravdu není relevantní
Celá tato diskuse se týká téměř výhradně implementací v jediném{0}}režimu.
Výstup zdrojů VCSEL v multimódových transceiverech může být -4dBm až 0dBm. Prahové hodnoty přetížení vícerežimového přijímače se pohybují kolem 0 dBm až +2dBm. Matematika jen zřídka vytváří saturační scénáře, a to i při minimálních-ztrátových konfiguracích. Přímá záplatová spojení mezi sousedními porty-doslova na nejkratší možné rozpětí – obvykle zůstávají v mezích.
Problémy se vyskytují v režimu Single-. Lasery DFB tlačí +5dBm do vlákna určené pro přenos 100 km. Nasaďte tuto optiku přes páteř kampusu na vzdálenost 400 metrů a přijímač nebude mít šanci.
Stojí za zmínku, protože jsem viděl lidi instalovat atenuátory do vícerežimových spojení "jen pro jistotu" a pak trávit dny odstraňováním nedostatečného výkonu, který vytvořili. Ne.
The Gap-Problém se ztrátou, na který mě nikdo nevaroval
Tlumiče-vzduchové mezery jsou levné. Pracují. Způsobují také problémy, které jejich cenovka 8 dolarů neinzeruje.
Fyzika je přímočará: oddělte dva konce vlákna řízenou vzdáleností, nechte paprsek divergovat, zachyťte pouze část do přijímacího vlákna. Jednoduchého útlumu dosaženého geometrickým rozložením
Tato rozhraní vzduchových-skel také vytvářejí Fresnelovy odrazy. Možná 4 % se odrazí zpět ke zdroji na každém povrchu. V atenuátoru ztráty-máte dvě taková rozhraní. To je potenciálně 8% návratnost, pokud nemáte štěstí na to, jak se vše zarovná.
U koncové stanice CATV s analogovým videem se zpětné-odrazy projevují jako viditelní duchové. U laseru DFB destabilizují dutinu a vytvářejí přeskakování režimu. U EDFA může dostatek odraženého výkonu spustit parazitní laserové záření, které činí zesilovač nepoužitelným.
Většinu soboty jsem strávil odstraňováním náhodných výkyvů BER na prstenci metra DWDM. Někdo nainstaloval-zeslabovač ztráty na propojovacím panelu, aniž by zkontroloval specifikaci návratové ztráty. Atenuátor naměřil zpětnou ztrátu 15 dB, což zní dobře, dokud si neuvědomíte, že se 3 % signálu odrazí zpět do laseru, který skutečně preferuje stabilitu. Vyměnil jsem ho za dopovaný-vláknový útlum s 55dB zpětným útlumem. Problém zmizel.
Pro cokoli s koherentní modulací nebo vysokými přenosovými rychlostmi-100G a vyšší, zvláště potřebujete 45dB návratovou ztrátu. Nejlépe 55 dB nebo lepší. Na tom záleží více než správné určení přesné hodnoty útlumu.
Pevná versus proměnná: Ekonomika nefunguje tak, jak si myslíte
Pevné tlumiče stojí 5-20 USD. Variabilní atenuátory začínají kolem 40 USD u ručních typů a odtud eskalují. Instinkt je zřejmý: vypočítat požadovaný útlum, koupit pevnou jednotku odpovídající této hodnotě, ušetřit peníze.
Až na to, že jsi špatně počítal. Nebo byly specifikace transceiveru optimistické. Nebo někdo přesměroval vlákno během období údržby a dokumentace se nikdy neaktualizovala. Nebo patch panel přispívá k jiné ztrátě, než se předpokládalo.
Pak sleduji, jak technici kaskádují pevné útlumové články-skládající dohromady 5dB a 3dB a snaží se přiblížit, co spojení skutečně potřebuje. Vícenásobná vzduchová-mezera zařízení zhoršující výše popsaný problém se ztrátou zpětného toku. Dvě levné komponenty fungují hůře, než by měla jedna správná variabilní jednotka.
Při uvádění do provozu a testování jsou náklady na variabilní útlumové systémy. Vytočte přesně to, co link vyžaduje, ověřte výkon v celém provozním rozsahu a poté případně nahraďte pevnou jednotkou odpovídající naměřené hodnotě, chcete-li. U produkčních instalací, kde je energetický rozpočet dobře-charakterizovaný a stabilní, fungují pevné atenuátory dobře. Za všechno ostatní utraťte dalších třicet dolarů.
Co MEMS skutečně změnil
Tradiční variabilní atenuátory se spoléhaly na mechanický pohyb-rotující neutrální filtry, nastavitelné vzduchové mezery, blokovací prvky posouvající se po dráze paprsku. Pracovali. Časem také driftovaly, opotřebovávaly se, vyžadovaly periodickou rekalibraci a pomalu reagovaly na řídicí vstupy.
Proměnné optické atenuátory MEMS nahradily většinu této složitosti elektrostaticky ovládaným mikrozrcadlem. Doba odezvy pod-milisekundy. Bez povrchů mechanického opotřebení. Zanedbatelná polarizační závislost. Tato technologie rychle dozrála během-vývoje DWDM na konci 90. let, kdy dodavatelé zařízení potřebovali řízení napájení jednotlivých kanálů v řetězcích zesilovačů.
Aplikace uvnitř EDFA není ochranou přijímače. Je to kompenzace náklonu zisku. Spektrum zisku erbia není ploché napříč kanály C-pásma-při 1530nm přirozeně vystupuje silnější než kanály při 1560nm. Bez korekce kanály akumulují disparity SNR, když procházejí více zesilovacími stupni. Čtyřicet nebo osmdesát MEMS VOA, jeden na vlnovou délku, plynule upravující podle změn zatížení kanálu.
Alternativou byla pasivní zařízení s pevným ziskem-filtry pro zploštění{1}} s profily útlumu odpovídajícími převrácené hodnotě očekávaného tvaru zisku. Funguje krásně, když je načítání kanálu statické. Když zákazníci dynamicky přidávají a upouštějí vlnové délky, mění tvar zisku a pevné filtry to nemohou kompenzovat.
MEMS VOA učinily rekonfigurovatelné optické sítě komerčně životaschopné. To není hyperbola. Bez dynamického-řízení výkonu podle kanálu by architektury ROADM produkovaly neovladatelné odchylky OSNR napříč vlnovými-délkami cest závislými. Technologie byla zásadní, nikoli přírůstková.
Tekuté krystaly: Téměř, ale ne úplně
Jako konkurenční technologie se objevily variabilní atenuátory z tekutých krystalů. Žádné pohyblivé části-útlum řízené zcela prostřednictvím napětí-indukovaných změn dvojlomu v materiálu LC. Rychlejší odezva než mechanické přístupy. Žádné opotřebitelné mechanismy. Solid{6}}spolehlivost.
Nikdy nevytlačili MEMS v běžném telekomunikačním proudu.
Teplotní citlivost zničila životaschopnost nasazení v poli. Vlastnosti materiálu LC se mění s teplotou, což vyžaduje kompenzační obvody a častou rekalibraci v prostředích bez regulace klimatu. Datové centrum držící 22 stupňů je zvládnutelné. Venkovní kabinet, kde je zima -30 stupňů a léto +45 stupňů, není.
Vložný útlum byl také vyšší. Půl dB sem, 0,7 dB tam. Akumuluje se v systémech, kde každá desetina dB ovlivňuje meze OSNR.
LC atenuátory našly laboratorní výklenky. Specializované přístrojové aplikace, kde je teplota řízena a vyšší ztráty jsou přijatelné. Ale mainstreamový trh přešel na MEMS a zůstal tam.
Na umístění skutečně záleží
Atenuátory patří na konec přijímače. Ne u vysílače. Ne náhodou někde uprostřed.
To není libovolná preference. Umístění na straně přijímače-slouží dvěma účelům, než je zřejmá prevence saturace: odrazy od vlastních rozhraní atenuátoru jsou tlumeny na jejich zpětné cestě ke zdroji a měření výkonu na přijímači zůstává jednoduché-měřit před atenuátorem, měřit po, hotovo.
Nainstalujte atenuátor na konec vysílače a neudělali jste nic pro řízení ztráty zpětného toku. Každý konektor a spoj po proudu přispívá k odrazům, které se šíří zpět ke zdroji v plné amplitudě. Atenuátor blokuje dopředné napájení, ale nedělá nic se zpětným-cestujícím světlem, které nebylo nikdy zeslabeno.
Setkal jsem se s instalacemi, kdy někdo umístil atenuátory hned za vysílač "aby chránil vlákno" před nadměrným výkonem. Skleněné vlákno nepotřebuje ochranu od několika miliwattů. Přijímače potřebují ochranu. Umístění nedávalo žádný optický smysl, ale přetrvalo během několika cyklů údržby, protože to někdo zdokumentoval a nikdo nezpochybňoval dokumentaci.
Tolerance a kalibrace
Balení uvádí 10dB. Skutečný útlum může být 9,6 dB nebo 10,5 dB nebo 11,1 dB v závislosti na vlnové délce, teplotě a kontrole kvality výroby.
Pro většinu instalací je toto toleranční pásmo irelevantní. Potřebujete přibližně 10 dB útlumu, aby se výkon přijímače dostal do přijatelného rozsahu. To, zda dosáhnete 9,5 dB nebo 10,5 dB, neovlivní provoz linky.
U přesných aplikací je velmi důležitá-charakterizace citlivosti přijímače, měření OSNR,-přesnost kvalifikace zesilovače. Laboratorní-programovatelné atenuátory od dodavatelů testovacích zařízení zahrnují tisíce kalibračních bodů mapujících skutečný útlum na nastavení voliče napříč různými vlnovými délkami a úrovněmi výkonu. Nástroje stojí podle toho. Použil jsem jednotku za 12 000 $, která specifikovala přesnost ±0,05 dB v celém C-pásmu s rozlišením 0,01 dB. Nezbytné, když měříte, zda je citlivost přijímače -27,8dBm oproti -28,1dBm. Absurdní zbytečnost pro správu napájení produkčního propojení.
Přizpůsobte nástroj aplikaci.
The Mandrel Wrap Hack
Omotání vlákna kolem pera nebo trnu za účelem vyvolání útlumu ohybu se v průvodcích řešením problémů objevuje jako dočasná technika pole, když nejsou k dispozici správné atenuátory.
Funguje to tak nějak. Ztráta způsobená ohybem-je skutečná fyzika. Malý poloměr tlačí světlo do opláštění a snižuje přenášený výkon.
Tohle fakt nedělej.
Útlum je nepředvídatelný-závisí na poloměru ohybu, počtu závitů, typu vlákna, vlnové délce a pravděpodobně i vlhkosti v daný den. Je nestabilní-vlákno se uvolňuje, útlum se posouvá. Je to potenciálně destruktivní-únava z opakovaného stresu, která může sklo rozbít. Zavádí efekty vazby režimů ve vícevidových vláknech, které se zaměňují s podmínkami spuštění způsobem ovlivňujícím přesnost měření.
Pokud někdo omotá vlákno kolem tužky, aby odkaz fungoval, je to signál k zastavení a získání správného vybavení. Je to zoufalství zaměněné za techniku.
Kam to jde při 400G a dále
Vyšší symbolové rychlosti zvyšují citlivost na návratovou ztrátu. Fázový šum ze zpět-odraženého výkonu je důležitější při 64-QAM než při jednoduchém klíčování zapnuto-vypnuto. Specifikace ztráty zpětného toku zeslabovače přijatelné pro 10G se stávají problematické při 400G.
Koherentní přijímače DSP mají širší dynamický rozsah než přijímače s přímou{0}}detekcí, což snižuje určité obavy ze saturace. Optické zpracování signálu umožňující koherentní detekci poskytuje větší toleranci pro kolísání výkonu. Tím nejsou odstraněny požadavky na atenuátor,-posouvá se profil aplikace.
Ještě zajímavější je, že integrace křemíkové fotoniky zavádí funkci VOA do-čipu v návrzích transceiverů. Moderní moduly 400G ZR+ obsahují integrované variabilní atenuátory a laditelný vysílací výkon. Některé transceivery se nyní dodávají se zabudovanými mini EDFA pro zvýšení výstupního výkonu na +3dBm nebo vyšší. Pokud transceiver sám upraví spouštěcí výkon tak, aby odpovídal požadavkům na spojení, stává se externí útlum pro určité scénáře nasazení zbytečným.
Tato integrace nezabije trh s externími atenuátory. Legacy výbava postrádá integrované řízení výkonu. Testovací aplikace vyžadují kalibrovaný externí útlum. Dodatečné instalace vyžadují řešení, která nevyžadují výměnu transceiveru. Ale rovnováha na trhu se posouvá s rostoucí inteligencí transceiveru.
Čestné hodnocení
Atenuátory nejsou složitá zařízení. Snižují optickou sílu. Fyzika je přímočará. Možnosti implementace jsou vyzrálé a dobře{3}}pochopené.
Komplikace vyplývají z kontextu nasazení: výběr hodnot útlumu bez adekvátního měření výkonu, výběr technologií neodpovídajících aplikačním požadavkům, umístění zařízení na pozice, které neřeší skutečné problémy, přijetí specifikací ztráty zpětného toku, které vytvářejí nové problémy, zatímco řeší staré.
Každá instalace atenuátoru je v podstatě přiznáním, že něco jiného v návrhu spoje neodpovídalo provozní realitě. Přijímač je příliš citlivý na výkon vysílače. Rozpětí je pro optickou specifikaci příliš krátké. Načítání kanálu se liší od původních předpokladů. Nákup koupil, co bylo nejlevnější.
Atenuátory opravují tyto neshody. Při správném výběru a umístění to dělají spolehlivě, levně a efektivně. Nejsou to elegantní řešení. Jsou pragmatičtí.
V produkčních sítích pragmatická řešení, která fungují, překonávají elegantní řešení, která nefungují.
