パッシブ光ファイバー減衰器とアクティブ光ファイバー減衰器: 主な違い

 

光減衰光ファイバー システムにおいては、あまり魅力的ではありませんが、絶対的に重要な機能の 1 つです。受信機の感度しきい値を超える危険性がある場合、-またはリンクの電力バジェットが正確なキャリブレーションを必要とする場合-、減衰器が介入します。パッシブ バリアントとアクティブ バリアント間の基本的な分割は、通信、データセンター、テスト環境にわたるネットワーク設計の決定を形作る、より深いエンジニアリング トレードオフを反映しています。-

受動的なアプローチ: シンプルさは強さである

パッシブ減衰器は電力なしで動作します。フルストップ。この 1 つの特徴は、それらに関する他のほぼすべてのことに連鎖します。

ここでの物理学は単純です。光子を吸収するか（ドープされたガラスまたは金属イオン フィルタ）、ファイバ端面間にエアギャップを作成するか、光路を意図的にずらしています。ギャップ-タイプの減衰器は、文字通り制御された分離を導入します。-光はその空間全体に広がり、一部だけが受信ファイバーに結合されます。ドープされたバリアントは動作が異なります。ガラスマトリックスに埋め込まれたイオンが光エネルギーを熱に変換します。どちらのアプローチも、一度インストールすると外部の介入は必要ありません。

固定減衰器は現場での導入の大半を占めています。 10dB インライン減衰器の価格はおそらく 15 ドルで、数秒で取り付けられ、接続する機器よりも長持ちする可能性があります。一般的な値-3dB、5dB、7dB、10dB、15dB、20dB - ほとんどのシナリオをカバーします。コネクタのスタイルは、より広範な業界を反映しています。最新の設置には LC と SC、レガシーおよびテスト セットアップには FC、反射損失が重要な場合には APC のバリエーションが使用されることもあります。

パッシブ形式の可変光減衰器 (VOA) は機械的な調整を使用します。ダイヤルを回して、ニュートラル濃度フィルタを変更し、ギャップ距離を変更します。-これらは、減衰範囲と精度に応じて、50 ドルから数百ドルまでかかります。良好なものは±0.5dBの精度を保持します。安いものは...そうではありません。

 

パッシブアッテネータについて誰も教えてくれないこと:

温度安定性はメーカーによって大きく異なります。スペックシートには 0.02dB/度 と記載されているかもしれませんが、夏の間、屋外の筐体ではユニットがかなり大きくドリフトするのを見たことがあります。ギャップ-タイプの設計は、吸収ベースの設計よりも温度安定性が高い傾向があります-。ただし、これはすべてに当てはまるわけではありません。

リターンロスは問題を引き起こすまで無視されます。標準的な UPC 仕上げでは、おそらく 50dB のリターンロスが得られます。 APC は 60dB を超えます。 DWDM システムやアナログ ビデオ リンクの場合、その違いは非常に重要です。基本的なイーサネット接続の場合は、おそらくそうではありません。

アクティブ減衰: ネットワークが考慮する必要がある場合

アクティブ VOA は、根本的に異なるエンジニアリング哲学を表しています。これらのデバイスは光パワーを電子的に変調し、リモート制御、自動フィードバック ループ、ネットワーク管理システムとの統合を可能にします。

ここでのテクノロジーの状況はかなり細分化されています。

私は複数のベンダーの MEMS ユニットにかなりの時間を費やしてきました。 400 モジュールと 400 モジュールと 1,200 モジュールのパフォーマンスの違いは、多くの場合、光学エンジン自体ではなく、電子機器の制御に起因します。より優れたDAC、より緊密なフィードバックループ、より洗練された温度補償アルゴリズム。高価なユニットは、動作範囲全体で ±0.1dB の精度を維持します。予算オプションでは、天気の良い日には ±0.3dB を管理できる可能性があります。

これが実際的に重要な場合

DWDM システムは、アクティブ減衰の最も明確な使用例を示します。同時に伝播する 40、80、さらには 96 の波長チャネル-は、それぞれほぼ同等のパワーで受信機に到達する必要があります。-レーザー光源の製造公差、波長間でのファイバー損失のわずかな変動、EDFA の利得傾斜...すべてがチャネル間のパワー発散に影響します。- ROADM ノードの VOA はこれを動的に等化します。

制御スキームは洗練されます。光チャネル モニターは、波長ごとのパワー レベルを測定します。-そのデータは、VOA 設定値を決定するアルゴリズムに入力されます。システムは、トラフィック パターンの変化やコンポーネントの老朽化に応じて継続的に調整します。誰もこれを手動でやっていません。

データセンター アプリケーションは、実装がより単純になる傾向があります。到達距離が短​​いということは、蓄積される分散と損失の変動が少ないことを意味します。しかし、トランシーバーの保護は引き続き重要です。-高出力のシングルモード光を-マルチモードの受信機に接続すると、適切な減衰が行われずに検出器が故障する可能性があります。-

テストと測定は双方向に分かれます。自動テスト システム-トランシーバーの特性を評価する生産ライン-では、毎日数千サイクルにわたってプログラム可能な減衰が求められます。アクティブ VOA は GPIB、USB、またはイーサネット経由で統合されます。実験室環境ではどちらかを使用する場合があります。それは、誰かがプログラムで減衰をスイープしたいのか、それとも単に時々電力を下げる必要があるのか​​によって異なります。

人々が実際に気にしている数字

パッシブ固定減衰器の挿入損失は、意図した減衰を超えると無視できる程度になります。-おそらく 0.3 dB を超えます。機械式 VOA は、調整メカニズムにより多少追加されます。アクティブなユニットはさまざまです。 MEMS 設計は通常、最小減衰設定で 1 ～ 3dB の挿入損失を示します。

一般に、電力処理により、能動デバイスよりも受動デバイスが制限されます。ほとんどのパッシブ減衰器は最大入力が約 300-500mW に指定されています。ドープされたガラスタイプではこれを超えると、熱による損傷が発生する可能性があります。-高出力アプリケーションには、定格 1W 以上の特殊ユニットが必要です。

分極{0}}依存損失（PDL）は、パッシブ技術よりもアクティブ技術を悩ませます。 MEMS ミラーは本質的に偏光状態を区別しませんが、光路内のわずかな非対称によって PDL が発生します。液晶デバイスは-基本的に偏光-ベース-で、これを最小限に抑えるには慎重な設計が必要です。スペックシートには0.1-0.3dB PDLと表示される場合があります。温度ストレス下にある現実世界のユニットは、これを超える場合があります。

波長依存損失（WDL）はブロードバンド アプリケーションにとって重要です。{0} C- 帯域に最適化されたパッシブ減衰器は、O- 帯域の波長ではパフォーマンスが低下する可能性があります。アクティブデバイスも同様の制約に直面していますが、洗練された設計により 1260 ～ 1620nm にわたって比較的平坦な応答が管理されます。

コストの現実

ここでは率直に言います。パッシブ固定減衰器は、大規模化しても基本的にコストがかかりません。ボリューム価格は、標準構成の場合、1 ユニットあたり 5 ドルを下回ります。許容範囲が狭い「プレミアム」バージョンであっても、50 ドルを超えることはほとんどありません。

パッシブ機械式 VOA は中間点を占めます。妥当な減衰範囲と精度を備えた高品質ユニットの場合は 100 ～ 400 ドルです。

アクティブな VOA が開始される300 フォーベーシック モデルと急速登攀。イーサネット インターフェイス、広範な減衰範囲、低 PDL、および高速応答を備えたフル機能のユニットで、簡単に 300 フォーバに到達しますシックなモデルと迅速な登攀。イーサネット インターフェイスを備えたフル機能のユニット、広範な減衰範囲、低 PDL、高速応答により、1,500-2,000 に簡単に到達します。 ROADM アプリケーション向けの統合されたマルチチャネル ソリューション - この時点で、特殊な機器の価格について話します。

生涯コストによって、この計算は多少変わります。受動デバイスは物理的な損傷がない限り、基本的に故障することはありません。アクティブなユニットには、電子機器、アクチュエーター、ファームウェア-すべての潜在的な故障モードが含まれています。約 200,000-500,000 時間という MTBF 仕様は印象的ですが、10 年間の導入には約 87,000 時間かかることを思い出してください。すべてのユニットが生き残るわけではありません。

知っておくべきいくつかのこと

減衰器を取り付ける前にファイバーの端面を清掃することは、依然として非常に重要ですが、無視されています。コネクタ インターフェイスの汚れは、予測不可能な損失を追加し、反射減衰量を低下させます。ワンクリック クリーナーの料金は 1 回あたり 5 ドルで、ほぼ安価な保険です。-

規制されたことを行う場合、トレーサビリティに関する文書が重要になります。 NIST のトレーサブルな証明書を備えた校正済み減衰器がテスト アプリケーション用に存在します。-費用が高く、定期的な再認定が必要です。

モード調整は、減衰要件と交差する場合があります。シングルモードをマルチモード ファイバに導入するには、特定のモード グループを減衰させるオフセット パッチ コードまたはモード コンディショニング ケーブルを使用することがあります。-別の問題ですが、直線減衰と混同されることがあります。

市場は統合に向けて進化を続けています。スタンドアロンの減衰器は消滅していませんが、より多くの機能がモジュールに統合されています-光スイッチと組み合わされたVOA、ラインカードに統合され、トランシーバ アセンブリ内に埋め込まれています。シリコン フォトニクス プラットフォームには、コヒーレント トランシーバー設計のためのオンチップ減衰要素が含まれるようになりました。-

どちらかを選択する

固定電力削減が必要な静的リンクの場合: 明らかにパッシブ減衰器です。これを過度に複雑にする理由はありません。

反復的なプログラムによるスイープを伴うテスト セットアップの場合: アクティブな VOA は、時間の節約で元が取れます。

動的な調整が必要な実稼働ネットワークの場合: 速度要件と予算に応じて特定のテクノロジーを選択できるアクティブなソリューション。

信頼性の高い電源のない遠隔地での現場展開の場合、デフォルトではパッシブが優先されます。

ハイブリッド アプローチ-一括減衰用のパッシブ固定減衰器と微調整用のアクティブ VOA-が経済的に合理的な場合があります。これに近づけるには安価な 20dB 固定減衰器を使用し、範囲が限られたアクティブ ユニットで残りの 0 ～ 10dB を正確に処理させます。-

これらのガイドラインを超えると、コンテキストが優先されます。ネットワーク アーキテクチャ、運用哲学、既存の管理システム、スタッフの親密度、ベンダーとの関係はすべて、現実世界の意思決定に影響します。-技術的に最適な選択が、必ずしも実際的に最適であるとは限りません。