光ファイバーアッテネータとは何ですか?

 

 

A 光ファイバー減衰器は、ファイバ リンクを介して伝播する光信号のパワー レベルを意図的に下げるように設計された受動デバイスです。信号を増幅するアンプとは異なり、減衰器は、デシベル (dB) 単位で測定される制御された損失を伝送路に導入することで機能します。--基礎となる物理学には、予測可能で調整された方法で光子エネルギーを散逸させる吸収、散乱、または変位メカニズムが含まれます。これらのコンポーネントは、シングルモード ファイバー インフラストラクチャで主に使用されます。シングルモード ファイバー インフラストラクチャでは、高出力レーザー ソースが高感度の光検出器回路を飽和させたり、損傷を与えたりする可能性のある出力レベルを日常的に生成します。{6}}

誰も語らない問題: 光が多すぎる

ここで人々を不意を突くものがあります。損失を最小限に抑えるためにファイバー ネットワークの設計に数千ドルを費やし、接続の品質とコネクタの清潔さにこだわりました。-その後、信号が強すぎます。

受信機の過負荷は現実の現象です。光パワーがフォトダイオードの動作閾値を超えると、検出器は飽和します。アンプがクリップしてしまいます。ビットエラー率が急上昇します。 CATV 配信などのアナログ システムでは、画質を著しく劣化させる歪み成分が発生します。減衰との戦いにキャリアを費やしてきた現場技術者にとって、皮肉なことに、減衰を元に戻す必要があることがわかったということはありません。

受信機の動作範囲は、ローエンドの感度 (ノイズが信号を追い越す) とハイエンドの過負荷 (飽和によってデータが破損する) という 2 つの境界の間にあります。ほとんどのデータシートでは、これらの制限を明確に指定しています。-感度と過負荷については、それぞれ -30 dBm ～ -15 dBm などです。境界タンクとパフォーマンスタンクのどちらかを逃します。

実際の仕組み

メカニズムは予想以上に多様です。

• ギャップ-損失減衰器ファイバー端面間の意図的な空間を利用します。入力ファイバーから出た光はギャップを横切るときに広がります。一部だけが受信コアに結合します。単純な物理学。ギャップが広いほど、減衰は高くなります。-ただし、このアプローチでは、特定の用途では非常に重要な反射率の問題が生じます。
• ドープファイバーこれは、ほとんどの市販の固定減衰器で推奨されるソリューションです。メーカーは金属イオンを短繊維セグメントに導入し、光エネルギーを熱に変換する吸収を生み出します。減衰値は温度が変動しても驚くほど安定しており、問題となる後方反射は発生しません。-これらは、パッチ パネルのあらゆる場所に設置されているコンパクトなオス-対-メスのプラグ-スタイルのアッテネータ内にあります。
• 減光フィルター可変減衰器や試験装置に現れます。部分的に不透明な要素が、2 つの集束レンズ間のコリメートされたビーム経路内にあります。要素をビームの奥深くに移動すると、減衰が増加します。セットアップには正確な位置合わせが必要ですが、複数のチャネルが C 帯域にまたがる DWDM テストに不可欠な、-広いスペクトル範囲にわたって波長に依存しないパフォーマンス-を実現します。-

 

マンドレルラップという技もあります。シングルモードのパッチコードを鉛筆に数回巻き付けると、曲げ損失が生じます。-技術者は何十年もの間、これを緊急時に使用してきました。それは動作します。無料です。小さな半径で曲げるとガラスにストレスがかかり、長期的な信頼性の問題を引き起こす可能性があるため、ファイバー ベンダーはこれを嫌います。-しかし、午前 2 時にトラブルシューティングを行っていて、適切な固定減衰器がない場合は、やるべきことを行う必要があります。

固定と変動: それぞれが意味をなす場合

固定減衰器は、アプリケーションの要求に応じて、1 dB、5 dB、10 dB、20 dB の設定された減衰値を提供します。安価で信頼性が高く、ゼロ調整が必要ありません。システム設計者は、計画中に電力バジェットを計算し、受信機電力を動作範囲内に集中させるために必要な減衰を指定し、適切な固定減衰器を設置します。終わり。

計算は複雑ではありません。送信機の出力からケーブル プラントの損失を差し引いた固定減衰器の値は、受信機の動作ウィンドウ内で問題なく一致するはずです。コネクタの経年劣化と温度変動に対して、公称値の両側で 3 dB 程度のマージンを残してください。-

可変減衰器はさまざまな可能性を広げます。明らかに、それらはテストにとって重要です。受信機の感度を特徴付ける光学エンジニアは、BER を監視しながら、広範囲にわたって減衰をスイープする必要があります。調整ネジ付きの手動可変減衰器はベンチ作業に対応します。電動バージョンは自動テスト システムに統合されており、生産性が高いコストに見合ったものになります。

ただし、変数は展開されたシステムにも表示されます。長距離ネットワーク内のエルビウム-ドープ ファイバ増幅器には、チャネル電力の等化が必要です。{2} DWDM システム内の波長が異なると、増幅器を通じて異なるゲインが生じます。-これはゲイン チルトと呼ばれる現象です。チャネルごとの可変光減衰器（VOA）により、ネットワーク オペレータは出力スペクトルを平坦化できます。{6}これらの VOA の一部は、ネットワーク管理システムからの制御信号に基づいて減衰を調整する MEMS マイクロミラーまたは液晶素子を使用して、電子的に応答します。

コネクタのタイプとフォームファクタ

コネクタ インターフェイスによって、減衰器を物理的に設置できる場所が決まります。 LC、SC、FC、ST-減衰器はすべて標準構成で提供されます。減衰器コネクタを設置されているプラ​​ントに合わせます。明白ですが、述べておく価値があります。

APC (角度付き物理接触) アプリケーションの場合、コネクタの研磨タイプが重要です。 APC アッテネータは APC コネクタと嵌合します。 APC と UPC を混在させると、大惨事が発生します。 APC 端面の 8- 度の角度カットにより、平らに研磨された UPC コネクタとの嵌合が妨げられます。-それでも試してみると、結果として生じる損傷により、リンク セグメント全体が破片で汚染される可能性があります。

シングルモードとマルチモードの違い

シングルモード レーザー ソースは問題を引き起こすのに十分な電力を生成するため、シングルモード システムは減衰器の使用の大半を占めます。-狭いコア直径とコヒーレントなレーザー出力の組み合わせにより、特にケーブル損失が最小限に抑えられる短いリンク スパンにおいて、光検出器が常に許容できるとは限らない高い出力密度が生成されます。{3}}

マルチモードアプリケーションでは減衰器がほとんど必要ありません。マルチモード リンクに電力を供給する LED 光源と VCSEL は、たとえ最小距離であっても、受信機に過負荷をかけるのに十分な光パワーを出力しません。より大きなコア直径により電力が複数の伝播モードに分散され、ソース出力の制限により過負荷のリスクがさらに軽減されます。

とはいえ、マルチモード減衰器は存在します。特定のテスト シナリオではこれらが必要です。また、最新のデータセンター相互接続における一部の高出力マルチモード垂直共振器レーザー-は、以前の世代では到達できなかった限界を押し広げています。

問題の 1 つは、モード-に依存する損失です。空間フィルタリングを使用する減衰器（ブレード-タイプの変数設計など）は、異なるモードに異なる影響を与えます。コア-クラッド境界付近を移動する高次モードは、コア中心に集中する基本モードよりも多くの減衰を受けます。-このモード依存性により、マルチモード システムでは正確な減衰測定が困難になります。

設置：受信機側、常時

 

リンクの受信側に減衰器を配置します。これは恣意的なものではありません。

送信機に減衰器を置くと電力は削減されますが、テストの悩みが生じます。何かを切断しないと受信電力を簡単に測定することはできません。遠端まで歩いてみないと、減衰器が正しい損失を提供しているかどうかを確認することはできません。

レシーバーでは、パワーメーターがそこに接続されます。アッテネーターを取り付けた状態で測定します。それなしで測定します。デルタが期待どおりであることを確認します。必要に応じて調整します (変数タイプの場合)。シンプルなワークフロー。

レシーバーの配置も反射率に対応します。減衰器からの後方反射は、-送信機に到達する前にリンク全長を伝わる必要があり、途中でケーブル プラントの損失によって減衰されます。-アッテネータをトランスミッタに配置すると、反射は妨げられることなく直接レーザーキャビティに戻ります。一部の送信機はこれをうまく処理します。他のものは著しく不安定になります。

現実世界の計算例-

典型的なシナリオを考えてみましょう。送信機の出力は最小 0 dBm です。受信機は動作範囲を -15 ～ -30 dBm と指定しています。つまり、-15 dBm を超えると過負荷となり、-30 dBm を下回ると感度が低下します。

ケーブル プラントの損失は合計 7 dB です。コネクタ、スプライス、ファイバーの減衰-すべてが揃っています。

介入がなければ、受信電力は送信機の出力から損失を引いたものに等しくなります。0 dBm から 7 dB を引いた値は -7 dBm に等しくなります。これは、-15 dBm の過負荷しきい値を超えています。受信機が飽和してしまいます。

受信電力は余裕を持った動作範囲内で約 -20 dBm ～ -25 dBm まで下げる必要があります。ターゲット: -22 dBm。

必要な合計損失: 0 dBm マイナス (-22 dBm) は 22 dB に相当します。ケーブルプラントからはすでに 7 dB が聞こえています。追加の減衰が必要: 22 マイナス 7 は 15 dB に相当します。

受信機に 15 dB の固定減衰器を取り付けます。パワーメーターで確認してください。進む。

アプリケーションのテスト

減衰器は恒久的な設置以外にも、システムの評価やトラブルシューティングにおいて重要な役割を果たします。

• 電力マージンテスト障害が発生する前にリンクがどの程度の追加損失を許容できるかを決定します。可変アッテネーターを挿入します。 BER またはパケット損失を監視しながら減衰を増やします。エラーが表示される箇所に注意してください。このしきい値と通常の動作電力の差は、コネクタの劣化、ケーブルの損傷、または電源の経年劣化から保護する安全バッファであるマージンを表します。{4}
• 受信感度検証機器が仕様を満たしていることを確認します。調整された減衰により、結果として生じる BER を測定しながら、検出器での光パワーを正確に制御できます。自動テストシステムは電力レベルをスイープし、受信機の性能を定義する特徴的な「バスタブ」曲線を生成します。
• チャネル等化テストWDM システムでは、個々の波長を選択的に減衰する必要があります。特殊なマルチチャネル減衰器ブロックは、波長選択スイッチと統合される場合もあります。-エンジニアは、さまざまなゲイン チルト シナリオをシミュレートし、監視および補償システムが適切に応答することを検証できます。

よくある間違いとその回避方法

人々は減衰器の挿入損失を考慮することを忘れています。可変減衰器の「0 dB」設定でも、ある程度のベースライン損失が発生します。-設計に応じて、おそらく 0.5 ～ 1.5 dB です。これを計算に組み込んでください。

汚染は、乱用よりも早く減衰器を破壊します。端面はコネクタのインターフェースで露出しており、他のコネクタと同様に、ほこりや指紋の油が付着します。設置前に点検と清掃を行ってください。使用しないときは、適切なキャップを使用してください。

分極{0}依存損失 (PDL) は、コヒーレント システムの人々を驚かせます。一部の減衰器設計は、入力偏波状態に応じて異なる損失を示します。標準プロトコルを実行する強度変調システムの場合、誰も気づきません。{3}偏波多重化によるコヒーレント検出の場合、PDL は実際の問題を引き起こします。

テストソース内の波長ドリフトは、波長に依存する減衰器の動作と複合します。-温度によっては、1550 nm 光源が実際には 1553 nm を出力する場合があります。減衰器の仕様が 1550 nm を想定している場合、小さな誤差が蓄積します。

経済学

固定減衰器の費用はほとんどかかりません。{0}標準のコネクタ タイプと減衰値の場合は数ドルです。選択したものを手元に置いておきます。 5 dB、10 dB、15 dB のオス-から-メスの LC および SC バリエーションは、ほとんどの状況をカバーします。

可変アッテネータの範囲は大幅に異なります。ベンチ使用の手動タイプは、範囲とコネクタのスタイルに応じて、おそらく 50 ドルから 200 ドルかかります。自動テスト システム用の高精度プログラム可能な機器の価格は数千ドルです。ネットワーク展開用の MEMS- ベースの VOA はその中間に位置し、価格はボリュームと統合の要件を反映しています。

適切なアッテネータを購入する代わりに、多くの場合、創造的な回避策を講じる必要があります。{0}}追加のパッチ ケーブルを追加してコネクタの損失を追加したり、マンドレルを巻き付けたり、あるいは単純に性能の低下を受け入れたりすることになります。不可解なエラーをトラブルシューティングするためのトラックロールのコストと、適切な減衰器をツールキットに含めておくコストを計算します。

新たな考慮事項

曲げに鈍感なファイバー-により、マンドレルのラップ方程式が変わりました。最新の ITU-T G.657 ファイバーは、設計により損失を大幅に増加させることなく小さな曲げ半径を許容し、-構内環境でのより緊密なケーブル配線を可能にします。これらのファイバーは、設置の乱用に耐えるのと同じ特性により、意図的な曲げ損失に対する耐性を備えています。昔ながらの鉛筆-巻きのテクニックは、曲げに弱い繊維ではうまく機能しません。-

高出力コヒーレント トランシーバーにより、電力処理要件が高まります。-データセンター相互接続およびメトロ DWDM システムでは、従来の減衰器設計に課題をもたらす出力電力を備えた伝送装置が導入されることが増えています。拡張された-ビームとフリースペース-構成は、従来のファイバー-ベースの減衰要素よりも優れた負荷処理を行います。

統合は引き続き進んでいます。減衰器機能は、トランシーバー、増幅器、波長選択スイッチに組み込まれています。-ディスクリート減衰器は依然としてテストやトラブルシューティングに不可欠ですが、統合されたフォトニック サブシステム内に恒久的に設置されるケースが増えています。

結論

光ファイバー減衰器は、受信機が歪みや損傷なしに処理できるレベルまで光パワーを低減するという本質的な問題を解決します。テクノロジーは成熟しており、物理学は単純で、コンポーネントのコストは最小限です。人々がつまずくのは、受信機の必要性を忘れていることです。-電力が多いほど良いと思い込み、受信機の仕様の上限を無視したり、試運転中に実際の電力レベルを確認しなかったりします。

キットに固定アッテネータをいくつか入れておきます。リンクバジェット数値から必要な減衰を計算する方法を理解します。送信機ではなく受信機に取り付けてください。他のすべての光インターフェースを掃除するのと同じように、それらも掃除してください。

華やかな仕事ではありません。しかし、それは、クリーンに実行されるリンクと、誰も説明できないエラーをスローするリンクとの違いです。