Elatenuador òpticexisteix com una mena de contradicció professional en la infraestructura de telecomunicacions. Els enginyers es dediquen a eliminar les pèrdues dels trams de fibra-perfeccionant els empalmes de fusió, especificant connectors de pèrdua ultra-baixa-, seleccionant cable premium-i, a continuació, inseriu deliberadament un dispositiu el propòsit del qual és destruir el senyal. La lògica té sentit un cop has volat un receptor, però cal aquest primer fracàs perquè la majoria de la gent interioritzi realment per què importen aquests components.
Quan el vostre senyal és el problema
La sensibilitat del receptor crida tota l'atenció durant les discussions sobre el pressupost d'enllaços. Cada full d'especificacions mostra de manera destacada aquest llindar mínim de -28 dBm o -24 dBm. La potència d'entrada màxima es troba tranquil·lament a la part inferior de la pàgina, potser -3dBm per a un SFP+ típic, esperant que algú cometi un error.
L'error sol implicar la compra d'òptiques de llarg-abast perquè el descompte per volum semblava atractiu. O algú agafa un transceptor de 40 quilòmetres per fer un recorregut de 300-metres entre edificis- perquè això és el que hi havia al calaix. La potència de llançament arriba al fotodetector a uns 0 dBm o més. L'enllaç es nega a sortir. Els registres mostren "Rx LOS" o potser només "enllaç cap avall", el mateix codi d'error que veuríeu per a una fibra fosca.
No puc comptar quantes hores he perdut veient com els tècnics intercanvien transceptors en aquestes feines. El mòdul de substitució presenta un comportament idèntic perquè no hi ha res trencat. El díode APD o PIN s'està inundant de fotons. Està saturat. Els circuits de control automàtic de guany no poden compensar. Ningú pensa en comprovar si hi ha massa llum perquè tots hem estat condicionats per preocupar-nos per una potència insuficient.
Un atenuador fix de 12 dòlars ho soluciona. Instal·leu 10 dB a l'extrem de recepció. La potència baixa de +1dBm a -9dBm. S'estableix l'enllaç. Seguiu endavant.
Multimode: no és realment rellevant aquí
Tota aquesta discussió s'aplica gairebé exclusivament als desplegaments d'-mode únic.
Les fonts VCSEL dels transceptors multimode poden sortir de -4dBm a 0dBm. Els llindars de sobrecàrrega del receptor multimode se situen entre 0 dBm i +2dBm. Les matemàtiques rarament produeixen escenaris de saturació fins i tot en configuracions de pèrdua mínima-. Les connexions directes de pedaços entre ports adjacents-literalment el període més curt possible, normalment es mantenen dins dels límits.
El mode-únic és on viuen els problemes. Làsers DFB que empenyen +5dBm a la fibra dissenyats per a una transmissió de 100 km. Desplegueu aquesta òptica a través d'una columna vertebral del campus que recorre 400 metres i el receptor no té cap possibilitat.
Val la pena esmentar perquè he vist gent instal·lar atenuadors en enllaços multimode "només per estar segur" i després passar dies solucionant problemes amb la potència insuficient que van crear. No ho facis.
El problema de la bretxa-la pèrdua del qual ningú em va advertir
Els atenuadors-d'aire són barats. Ells treballen. També causen problemes perquè el seu preu de 8 dòlars no s'anunciï.
La física és senzilla: separeu dues cares extremes de la fibra per una distància controlada, deixeu que el feix divergi, captureu només una part a la fibra receptora. Atenuació senzilla aconseguida per dispersió geomètrica
Aquestes interfícies d'aire-vidre també produeixen reflexos de Fresnel. Potser un 4% rebotant cap a la font a cada superfície. En un atenuador de pèrdua de buit-tens dues interfícies d'aquest tipus. Això és potencialment un retorn del 8% si no tens sort amb com s'alinea tot.
En el cas d'una capçalera de CATV amb vídeo analògic, els-reflexos posteriors es manifesten com a imatge fantasma visible. Per a un làser DFB, desestabilitzen la cavitat i produeixen un salt de mode. Per a un EDFA, una potència reflectida suficient pot desencadenar un làser paràsit que fa que l'amplificador sigui inútil.
Vaig passar la major part d'un dissabte solucionant els pics de BER aleatoris en un anell DWDM del metro. Algú havia instal·lat un atenuador de pèrdua de buit-en un panell de connexió sense comprovar l'especificació de pèrdua de retorn. L'atenuador va mesurar una pèrdua de retorn de 15 dB, que sona bé fins que t'adones que és un 3% del senyal que rebota en un làser que realment preferia l'estabilitat. Ho va canviar per un atenuador de fibra-dopada amb una pèrdua de retorn de 55 dB. El problema va desaparèixer.
Per a qualsevol cosa que tingui una modulació coherent o altes taxes de símbol-100 G o superiors, especialment, necessiteu una pèrdua de retorn mínima de 45 dB. Preferiblement 55 dB o millor. Això importa més que obtenir el valor d'atenuació exacte.
Fixa versus variable: l'economia no funciona com penses
Els atenuadors fixos costen entre 5 i 20 dòlars. Els atenuadors variables comencen al voltant dels 40 dòlars per als tipus manuals i augmenten a partir d'aquí. L'instint és obvi: calculeu l'atenuació requerida, compreu una unitat fixa que coincideixi amb aquest valor, estalvieu diners.
Excepte que has calculat malament. O les especificacions del transceptor eren optimistes. O algú va redirigir la fibra durant una finestra de manteniment i la documentació no es va actualitzar mai. O el tauler de connexió aporta una pèrdua diferent de la que s'assumeix.
A continuació, veig com els tècnics fan en cascada atenuadors fixos-apilant 5 dB i 3 dB junts intentant aproximar el que realment necessita l'enllaç. Múltiples dispositius d'entrefer-aire que agreugen el problema de pèrdua de retorn descrit anteriorment. Dos components barats amb un rendiment pitjor que el que tindria una unitat variable adequada.
Per a la posada en marxa i les proves, els atenuadors variables guanyen el seu cost. Marqueu exactament el que requereix l'enllaç, verifiqueu el rendiment en tot el rang de funcionament i, si voleu, substituïu-lo opcionalment per una unitat fixa que coincideixi amb aquest valor mesurat. Per a instal·lacions de producció on el pressupost d'energia està ben-caracteritzat i estable, els atenuadors fixos funcionen bé. Per a la resta, gasta els trenta dòlars addicionals.
Què va canviar realment els MEMS
Els atenuadors variables tradicionals es basaven en el moviment mecànic-filtres giratoris de densitat neutra, espais d'aire ajustables i elements de bloqueig que es desplaçaven a través del recorregut del feix. Van treballar. També van derivar amb el temps, es van desgastar, van requerir recalibratge periòdic i van respondre lentament a les entrades de control.
Els atenuadors òptics variables MEMS van substituir la major part d'aquesta complexitat per un micromirall accionat electrostàticament. Temps de resposta inferior a -milisegons. Sense superfícies de desgast mecànic. Dependència insignificant de la polarització. La tecnologia va madurar ràpidament durant la creació de DWDM de finals dels-90 quan els venedors d'equips necessitaven una gestió d'energia per canal a les cadenes d'amplificadors.
L'aplicació dins d'un EDFA no és protecció del receptor. És una compensació d'inclinació de guany. L'espectre de guany d'erbi no és pla als canals de la banda C--a 1530 nm, naturalment, emergeixen més forts que els canals a 1560 nm. Sense correcció, els canals acumulen disparitats SNR mentre travessen diverses etapes d'amplificador. Quaranta o vuitanta MEMS VOA, un per longitud d'ona, ajustant-se contínuament a mesura que canvia la càrrega del canal.
L'alternativa eren dispositius passius de -filtres d'aplanament de guanys-fixos amb perfils d'atenuació que coincideixen amb la forma inversa de la forma de guany esperada. Funciona molt bé quan la càrrega del canal és estàtica. Quan els clients afegeixen i deixen caure dinàmicament longituds d'ona, guanyen canvis de forma i els filtres fixos no poden compensar.
Els MEMS VOA van fer que les xarxes òptiques reconfigurables siguin comercialment viables. Això no és hipèrbole. Sense un control dinàmic de potència per-canal, les arquitectures ROADM produirien variacions incontrolables d'OSNR a través de les longituds de camí depenent de la longitud d'ona-. La tecnologia era essencial, no incremental.
Cristall líquid: gairebé però no del tot
Els atenuadors variables de cristall líquid van sorgir com a tecnologia competidora. No hi ha cap atenuació de les parts mòbils-controlada completament mitjançant canvis de birrefringència-induïts per voltatge en el material LC. Resposta més ràpida que les aproximacions mecàniques. Sense mecanismes de desgast. Fiabilitat-d'estat sòlid.
Mai van desplaçar MEMS a les telecomunicacions principals.
La sensibilitat a la temperatura va reduir la viabilitat del desplegament del camp. Les propietats del material LC canvien amb la temperatura, requerint circuits de compensació i recalibratge freqüent en entorns sense control climàtic. Un centre de dades amb 22 graus és manejable. Un gabinet de plantes exterior que experimenta hiverns de -30 graus i estius de +45 graus no ho és.
La pèrdua d'inserció també va ser més elevada. Mig dB aquí, 0,7 dB allà. S'acumula en sistemes on cada dècima de dB afecta els marges OSNR.
Els atenuadors LC van trobar nínxols de laboratori. Aplicacions d'instrumentació especialitzada on la temperatura es controla i la pèrdua més alta és acceptable. Però el mercat principal es va convertir en MEMS i es va quedar allà.
La col·locació realment importa
Els atenuadors pertanyen a l'extrem del receptor. No a l'emissor. No a l'atzar en algun lloc del mig.
Aquesta no és una preferència arbitrària. La col·locació del costat-del receptor té dos propòsits més enllà de la prevenció de saturació òbvia: els reflexos de les interfícies pròpies de l'atenuador s'atenuen en el seu camí de retorn a la font, i la mesura de potència al receptor segueix sent senzilla-mesura abans de l'atenuador, mesura després, fet.
Instal·leu l'atenuador a l'extrem del transmissor i no heu aconseguit res per a la gestió de pèrdues de retorn. Cada connector i empalmament aigües avall aporta reflexos que es propaguen cap a la font a tota amplitud. L'atenuador bloqueja la potència cap endavant, però no fa res amb la llum que viatja cap enrere-que mai s'ha atenuat.
M'he trobat amb instal·lacions en què algú col·locava atenuadors immediatament després del transmissor "per protegir la fibra" d'una potència excessiva. La fibra de vidre no necessita protecció d'uns pocs miliwatts. Els receptors necessiten protecció. La col·locació no tenia cap sentit òptic, però va persistir durant diversos cicles de manteniment perquè algú ho va documentar i ningú va qüestionar la documentació.
Toleràncies i calibratge
El paquet diu 10 dB. L'atenuació real pot ser de 9,6 dB o 10,5 dB o 11,1 dB depenent de la longitud d'ona, la temperatura i el control de qualitat de fabricació.
Per a la majoria d'instal·lacions, aquesta banda de tolerància és irrellevant. Necessites aproximadament 10 dB d'atenuació per portar la potència del receptor a un rang acceptable. Tant si aconsegueixes 9,5 dB o 10,5 dB no afecta el funcionament de l'enllaç.
Per a aplicacions de precisió, la-caracterització de la sensibilitat del receptor, les mesures OSNR, la qualificació de l'amplificador-la precisió és important. Els atenuadors programables de grau-de laboratori dels proveïdors d'equips de prova inclouen milers de punts de calibració que mapegen l'atenuació real a la configuració del dial en múltiples longituds d'ona i nivells de potència. Els instruments costen en conseqüència. He utilitzat una unitat de 12.000 dòlars que especificava una precisió de ±0,05 dB a la banda C- amb una resolució de 0,01 dB. Necessari quan esteu mesurant si la sensibilitat del receptor és de -27,8 dBm enfront de -28,1 dBm. Excés absurd per a la gestió de l'energia de l'enllaç de producció.
Relaciona l'instrument amb l'aplicació.
The Mandril Wrap Hack
Envoltar fibra al voltant d'un bolígraf o mandril per induir l'atenuació de la flexió apareix a les guies de resolució de problemes com una tècnica de camp temporal quan no hi ha atenuadors adequats.
Funciona, una mica. La pèrdua-induïda per flexió és física real. Un radi estret força la llum al revestiment, reduint la potència transmesa.
En realitat, no facis això.
L'atenuació és impredictible-depèn del radi de curvatura, el nombre de voltes, el tipus de fibra, la longitud d'ona i probablement la humitat d'aquest dia. La fibra-inestable es relaxa, l'atenuació canvia. És potencialment destructiu-la fatiga per estrès repetida pot trencar el vidre. Introdueix efectes d'acoblament de modes en fibra multimode que interfereixen amb les condicions de llançament de manera que afecten la precisió de la mesura.
Si algú embolica fibra al voltant d'un llapis per fer que un enllaç funcioni, aquest és un senyal per aturar-se i obtenir l'equip adequat. És la desesperació confosa amb la tècnica.
On va això a 400G i més enllà
Les taxes de símbol més altes augmenten la sensibilitat a la pèrdua de retorn. El soroll de fase de la potència-reflectada posterior és més important a 64-QAM que a la simple tecla d'encesa i apagat. Les especificacions de pèrdua de retorn de l'atenuador acceptables per a 10G es tornen problemàtiques a 400G.
Els receptors DSP coherents tenen un rang dinàmic més ampli que els receptors{0}}de detecció directa, la qual cosa redueix alguns problemes de saturació. El processament del senyal òptic que permet una detecció coherent proporciona més tolerància a la variació de potència. Això no elimina els requisits dels atenuadors-canvia el perfil de l'aplicació.
Més interessant és que la integració de la fotònica de silici està incorporant la funcionalitat VOA al-xip dels dissenys de transceptors. Els mòduls moderns 400G ZR+ inclouen atenuadors variables integrats i potència de transmissió ajustable. Alguns transceptors s'envien ara amb mini EDFA integrats per augmentar la potència de sortida a +3dBm o més. Si el mateix transceptor ajusta la potència de llançament per adaptar-se als requisits de l'enllaç, l'atenuació externa esdevé innecessària per a determinats escenaris de desplegament.
Aquesta integració no matarà el mercat d'atenuadors externs. Els equips heretats no tenen control de potència integrat. Les aplicacions de prova requereixen una atenuació externa calibrada. Les instal·lacions de retrofit necessiten solucions que no requereixin la substitució del transceptor. Però l'equilibri del mercat canvia a mesura que augmenta la intel·ligència del transceptor.
Valoració honesta
Els atenuadors no són dispositius complicats. Redueixen la potència òptica. La física és senzilla. Les opcions d'implementació són madures i-ben enteses.
Les complicacions sorgeixen del context de desplegament: seleccionar valors d'atenuació sense mesures de potència adequades, triar tecnologies que no s'ajusten als requisits de l'aplicació, col·locar dispositius en posicions que no aborden els problemes reals, acceptar especificacions de pèrdua de retorn que creen nous problemes alhora que resolen els antics.
Cada instal·lació d'atenuador és fonamentalment una admissió que una altra cosa en el disseny de l'enllaç no coincideix amb la realitat operativa. El receptor és massa sensible per a la potència del transmissor. L'abast és massa curt per a l'especificació òptica. La càrrega del canal difereix de les suposicions originals. La compra comprava el que era més barat.
Els atenuadors apliquen aquests desajustos. Ho fan de manera fiable, econòmica i eficaç quan se seleccionen i col·loquen correctament. No són solucions elegants. Són pragmàtics.
A les xarxes de producció, les solucions pragmàtiques que funcionen superen les solucions elegants que no.
