ההשפעה של אותות הרהורים על ביצועים מקבל אופטי וטכניקות מייגציה

מבוא

מערכות תקשורת אופטיות יוצרות את עמוד השדרה של רשתות נתונים מהירות מודרניות, המאפשרות העברת ג'יגהביט וטרביט ברחבי יבשות ותחת האוקיינוסים. ביצועי המערכות האלה תלויים באופן ביקורתי על המקלט האופטי – המרכיב שממיר את הדופקים האור הנכנסים בחזרה אל אותות חשמליים.בין הגורמים שמניחים ביצועים, אותות הם גם insidious וגם השתקפות קטנה, אם שמאל unchecked, יכול להציג את התזמון האפקטיבי של טכניקות אופטימיזציה של חומר זה, מסביר את הפחתת אותות.

הבנת מחשבות על מערכות אופטיות

השתקפות אותות מתרחשת כאשר חלק של אות אופטי נסיעה דרך סיבים מופנים לאחור לעבר המשדר או לחלקים אחרים של המערכת.ההשתקפות האלה מתעוררת בכל נקודה שבה מדד השבירה משתנה בפתאומיות - במחברים, splices, או אפילו בממשק בין הסיבים הליבה ואוויר אם הסיבים אינם מתבטלים כראוי.

שני סוגים עיקריים של השתקפות משפיעים על מערכות אופטיות:

• (FLT:0) השתקפות של השתקפות:FLT:1 נוצר באירועים מקומיים כגון ממשקי המחבר, כינים מכניים, או חלקי סיבים פגומים.אלה נגרמים בדרך כלל על ידי השתקפות Fresnel, שבו שינוי צעד באינדקס השביר שולח חלק מהאור בחזרה.
• (FLT:0) השתקפות מעודנת: ⁇ 1 מקורו מגיבוי מתמשך לאורך אורך הסיבים, בעיקר ריילי חוזר מכווץ הנגרמת על ידי תנודות מיקרוסקופיות בזכוכית.זה מביא השתקפות ברמה נמוכה, זמן-התקדמותית כי הוא טבועה במדיום הסיבים.

הכוח הכולל משתקף מאופיין על ידי אובדן החזרה האופטי (ORL), נמדד ב decibels. ערך ORL גבוה יותר מצביע פחות השתקפות - למשל, מחבר עם 60 dB אובדן החזרה משקף רק 0.0001% מהאור.

רפידות מרובות וזווית קריטית

השתקפות Fresnel מתרחשת כאשר אור נסיעה במדיום של אינדקס השביר n1 עונה על מדיום של אינדקס N2. השתקפות coefficient R עבור שכיחות נורמלית ניתנת על ידי R = (n1 - n2) /(n1 + n2) 2. במערכות סיבים אופטיים, את ההשתקפות הנפוצה ביותר הוא בממשק זכוכית-אוויר על גבי נקודות מגע פשוטות (70) עדיין מחוברות (DPC) - עדיין נמוך יותר) - ירידה פיזית (R) - CB) כדי להפחית את הפחתת קשר פיזי (DPC) - 30B) - עדיין נמוך יותר מ-DB) - 30B) - CB) לעומת זאת, בעוד שעדיין נמוך יותר מ-DPCDPCDPCDPCDPCD30 - עדיין מ-D2 - עדיין נמוך יותר מ-DB , עדיין נמוך יותר מ-DB , עדיין נמוך יותר מ-DB , עדיין מ-DPCL) , עדיין מ-DB השתקפות DB , עדיין נמוך יותר מכווץ השתקפות של ממשק זכוכית-DPCL לאחור , עדיין נמוך יותר מ-DB השתקפות של אינטראקציה - C.

מקור נוסף של השתקפות Fresnel הוא ממשק בין סיבים ורכיבים אופטיים אחרים, כגון גלאי אופטיים, דיודות לייזר ופיצול פסיבי.השתקפויות אלה הן בעייתיות במיוחד משום שהן יכולות להאכיל בחזרה לתוך לייזר משדר, גורם רעש עודף אינטנסיבי ואפילו חוסר יציבות אופטית.

ריילי חוזר

ריילי חוזר מחלחל לאור מפוזר על ידי צפיפות אקראית וריאציות של הרכב בכוס.זה המנגנון הבסיסי המשמש במשקף זמן אופטי (OTDRs), אבל במערכת שידור זה יוצר רצפת רעש של אור משתקף כי נוסע חזרה לעבר המדר.הכוח המגובה האחורי הוא פרופורציה לכוח ההשקה והסיבים, ופרופיל הספקטרום שלו הוא זהה לאפקטים הפעילים רק עם אותות אלה, אך לא ניתן לחלקם באופן משמעותי את ההשפעה של חומר זהה, אלא גם כאשר הוא לא יכול להיות מופץ מחדש, אלא רק עם אפקט זההה, אך ורק עם אפקט זההה, אך ורק עם אפקט זהה, אך ורק עם אפקט זהה, אך הוא מופץ מחדש, אך ורק על ידי אפקט זההההההה, אך ורק עם אפקט זהה, אך ורק עם אפקט זהההההההההההההה, אך הוא אינו יכול להיות מופץ מחדש, אך ורק עם אפקט זהההה, אך ורק עם אפקט זההה פעיל, כאשר הוא אינו יכול להיות מופץ מחדש, כאשר הוא מופץ מחדש, כאשר הוא אינו יכול להיות מופץ באופן משמעותי, כאשר הוא מופץ מחדש, כאשר הוא אינו יכול להיות מופץ מחדש, כאשר הוא מופץ מחדש, כאשר

המונחים: Signal Reflections

ניתן להציג הרהורים בנקודות רבות לאורך קישור אופטי.הבנת כל סיבה היא הצעד הראשון לשליטה בהם.

חיבור Misalignment and Endface Quality

מחברים אופטיים הם המקור הנפוץ ביותר של השתקפות דיסקרטית.אפילו פער אוויר קטן בין שני מפרגלים מחבר יוצר ממשק זכוכית-אוויר-אוויר-אוויר-משקפיים.אם הפרצופים אינם מלוטשים לחלוטין או מזוהמים עם שמן, אבק או שאריות, ההשתקפות עולה באופן דרמטי יותר, חוסר הבנה של ליבות (היציאה) יכול לאפשר אור כדי לפזר את המשטח, מעודת, השתקפות נוספת.

סוג חיבור חשוב מאוד.קשר פיזי סטנדרטי (PC) מחברים לעקוע את פני הסיבים כך שהסיבים מגעים כאשר הם מצופים, צמצום פער האוויר.מגע אולטרה-פיזי (UPC) מציעים רדיוס חזק יותר וליטרק חלק יותר, השגת הפסדים חוזרים של -50 dB או טוב יותר.

תמונות ב-Sefi Splicing

(בשיתוף) בין אם היתוך או מכני - יוצר קשר קבוע או חצי-סביר בין שני סיבים מסתיים.בהיתוך splicing, הסיבים מומסים יחד. a היטב-exeated fusion splice מציג מעט מאוד חדלות אינדקס השבירה (בדרך כלל FLT:060 dB).

אינדקס סירוב מתאמת בממשקים

כאשר אות אופטי עובר מרכיב אחד למשנהו - לדוגמה, מ סיבים לתצלום - שינוי אינדקס השבירה יכול לגרום השתקפות. רכיבים רבים כוללים ציפויים אנטי-רזה (AR) שנועדו למזער את זה, אבל אפילו פגמים קטנים יכולים ליצור השתקפות על סדר של −30 dB באופן דומה, הממשק בין סיבי הליבה וקליפות מתפתל הוא היטב על ידי הפסקות ממותק, אבל ניתן לשחזר את הדלפות לתוך קלף.

שבור או נזק ל-Seams Segments

הפסקה פיזית בסיבים - או שבר שלם או סדק מיקרוסקופי - תמיד מייצרת השתקפות חזקה Fresnel כי הפער מציג ממשק אוויר.אפילו סיבים קינטים שפיתחה מיקרו-קר יכול לשקף אור. סיבים פגומים לא רק להגדיל את ER, אלא גם ליצור סיכונים בטיחות עבור אנשי תחזוקה עובדים עם לייזרים בעוצמה גבוהה.

בנדים ומיקרובונדים

למרות שהליכה אינה גורמת ישירות להשתקפות דיסקרטית, היא יכולה להמיר אור מודרך למצבים קלושים כי מאוחר יותר לברוח או להרהר במעיל הסיבים או בגבולות אחרים.בבבנדים הדוקים, כמה אור יכול להיות מוקרן החוצה, אבל בדבורים פחות חמורים, האור עשוי להיות מתמזג בחזרה אל הליבה לאחר שהוא משקף את הממשק המחוספס, ויוצר לעתים קרובות מעוות של האות.

השפעות של אותות הרהורים על ביצועים

ההשפעה של השתקפות על המקלט האופטי הוא רב פנים.קצה המקלט מורכב photodetector (בדרך כלל a PIN או avalanche photodiode), ואחריו מגבר טרנססרמנטציה (TIA) ו מעגלי החלטות. Reflections degrade ביצועים בכמה דרכים נפרדות.

Inter-Symbol Interference (ISI)

כאשר הדופק משתקף מגיע למקלט עם זמן עיכוב יחסית לאות הראשי, הוא סופרמני מניח על ביטים הבאים.אם ההשתקפות חזקה מספיק, מעט "1" בהדהד יכול לחפוף עם מעט "0" בסימן הראשי, גרימת זיהוי כוזב.זה בעייתי במיוחד בשיעורי ביט גבוהים שבהם תקופת ה bitude קצרה.

חומרת ISI תלויה ביחס של כוח משתקף לכוח האות, עיכוב זמן השונה, ויכולות ההשוואת המקלט.

העלאת רעש ו-Degradation

אור הרהר שמגיע למקלט יחד עם האות הראשי מוסיף כוח בלתי פוסק שמגביר את רעש הירי ואת רעש האינטנסיבי היחסי (RIN) במערכות זיהוי קוהרנטיות, השתקפות יכולה לנצח עם אוסטרטור המקומי, יצירת רעש עודף בתחום החשמלי.אפילו במערכות זיהוי ישירות, האור המשתקף משלב עם האות על photodetector, ומייצר DC מהפך ושינויים אקראיים נוספים.

שגיאות טיים וג'ייטר

מקלטים אופטיים משתמשים במעגלי שחזור שעון כדי לחלץ את התזמון מזרימת הנתונים הנכנסים.ההשתקפות החזקה יכולה לעוות את הקצוות העולים והנפילה של הדופק, מה שגורם למעגל התזמון לזהות את מעבר אפס.התוצאות הללו בתזמון ג'טר, אשר מפחית את פתח העין האופקי ומגביר את ההסתברות של שגיאות דגימה.

מערכת הקטנת ההרחבה

השילוב של ISI, רעש ותזמון Jitter מוריד את המרחק המקסימלי שהאות יכול לנסוע ללא חידוש.מערכת להגיע מוגבל על ידי תקציב הכוח האופטי הכולל - השתקפות לגנוב כוח אות ביעילות ולהוסיף רעש, מה שחייב את המפעיל לקצר את ההיקף או להשתמש במגבר יקר יותר.בקשרי צוללות ארוכות-האול, אפילו עלייה של 0.5B בעונש על מערכת עקב השתקפות של מיליוני דולרים של עלות נוספות.

חידושים (RIN) Relative Intensity Noise (RIN) Enhancement

עבור משדרים באמצעות לייזרים מתואמים ישירות, אור משתקף כי נכנס מחדש של חלל הלייזר יכול לגרום לייזר לייצר רעש נמוך יותר ⁇ (RIN) זה חמור במיוחד כאשר שלב ההשתקפות מתאים למצבים הפנימיים של לייזר.הRIN המוגברת ואז propagates למקבל, להחמיר את רצפת הרעש ו- degrading .האפקט ידוע כמו אופטי או משובץ לחלוטין - אם רמות לייזר יכולות למוטט לחלוטין.

טכניקות לסיגנל

מהנדסים פיתחו ארסנל רחב של טכניקות כדי לדכא השתקפות ולמזער את ההשפעה שלהם על ביצועי המקלט.שיטות אלה נעות מאפשרויות עיצוב ברמת הרכיב לתגמול ברמת המערכת.

מגע פיזי (APC) Connectors

ההפחתה המאומץ ביותר היא השימוש של מחברים APC, שבו את הסיבים מוצף בזווית 8 מעלות. כאשר האור פוגע על פני השטח זוויתיים, ההשתקפות Fresnel מכוונת לתוך החיפוי בזווית גדולה יותר מאשר את aperture המספרי, כך שהוא לא מונח לאחור כלפי המקור. APC מחברים בדרך כלל להשיג הפסדים של -70B או DB טוב יותר, במיוחד עבור רשתות DON-D2 גבוה - הם לא מכוונים עבור ביצועים גבוהים.

(FLT:0) הערה: מחברים APC 1E לא ניתן למצוד עם מחשבים או מחברים של UPC ללא פגיעה בפסיביות.תמיד לאמת את סוג החיבור לפני הזזות.

⁇ ⁇

ממריצים אופטיים הם מכשירים מגנטיים אופטיים המאפשרים אור לעבור בכיוון אחד בלבד.כאשר ממוקמים רק לאחר לייזר משדר, הם חוסמים השתקפות של נסיעה לאחור מלהיכנס מחדש של חלל הלייזר, למנוע רעש מושרה משוב. Isolators מאופיינים על ידי יחס הבידוד שלהם (בדרך כלל 30-40 dB) ואובדן החדרה (בדרך כלל <1DB) הם חיוניים עבור ממקבלים רגישים יותר ממערכות לייזרים אחוריות.

הסבר מקיף על הפיזיקה של הסלקטור, ראה את ה-0Fiber Optics for Sale מאמר על מזכרי אופטית 1.

טכניקות ספיגה מתאימות

היתוך באיכות גבוהה לייצר משותף כמעט ללא פגע עם רפה נמוכה מאוד.

• (FLT:0) פרמטרים קשתיים:FIRLT:1 , התאמת כוח קשת, משך, וחופיפיות בהתבסס על סוג סיבים (למשל, תקן SMF לעומת סיבים מוחלפות).
• <חזק> Cleaning and cleaving: את פני הסיבים חייב להיות ללא זיהום עם זווית cleave <1 מעלות.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : ⁇ 1 (ב) שימוש בדליני ליבת-הלב האוטומטיים של היתוך ליבת-הלב, מבטיח כי הפחתת המאוחר היא מצטמצם.
• (ב) [15] ,האמת שלאחרים: OTDR (בקיצור: ⁇ ⁇ ⁇ ) צריכה לאשר כי הסעת היא לא-מכוננת וכי אובדן ההכנסה נמצא בגבולות מקובלים.

עבור שוניות מכניות, באמצעות ג'ל חדש תואם אינדקס ולהבטיח את הסיבים הם flush יכול להפחית את ההשתקפות עד -40 dB, אם כי היתוך הוא תמיד המועדפת כאשר תקציבי ההשתקפות הם קפדניים.

ניקוי קצה קצה ופולנית

זיהום על פניות חיבור הוא אחד המקורות הנפוצים ביותר של השתקפות גבוהה. חלקיקי אבק, סרטים שמן, שאריות ייצור ליצור מרכזי פיזור ושינויי אינדקס השבירה.בדיקה רגילה עם מיקרוסקופ וידאו ניקוי עם מנגבונים ללא lint ודלקת isopropyl אלכוהול הם חובה בכל הליך תחזוקה. Connectors צריך לבדוק לפני כל מזרק.

עבור מתקנים קבועים, מחברים מלוטשים במפעל.איכות הלטוש היא כיתה: PC ללוט משאיר צורה של כיפה קלה, ל- UPC ללטש יש משטח חלק יותר, ו- APC ללטש תמיד להשתמש בציון הלוטש שצוין עבור אובדן החזרה הנדרש של המערכת.

המונחים: Reflection Types

כמה סיבים מיוחדים נועדו עם הגב מופחת.לדוגמה, סיבים טהורים-סיליקה-core יש פיזור ריילי נמוך יותר מאשר ליבות גרמניה-דופד, מתן מעט השתקפות מבוזרת.חשוב יותר, ציפוי סיבים יכול להיות מתוכנן למזער רגישות מיקרו-ברכה, אשר מפחית את הסיכוי של הפיכה לתוך מצבי רעש מתפתל כי מאוחר יותר לשקף.

שימוש ב- Optical Circulators

במערכות דו-צדדיות או ברשתות המשמשות אור משתקף לחישה (למשל, טמפרטורות מבוזרות חישה), מפיץ אופטי יכול לכוון השתקפות לנמל נפרד במקום לאפשר להם לחזור למקלט. Circulators הם מכשירים שאינם הדדיים עם שלושה או יותר נמלים; כניסה קלה לנמל 2, כניסה לנמל 2 הולך ל- 3, וכך הלאה לכל מיחזור ב- 2D זה הוא חסם סיבים בדרך כלל.

תיקון שגיאות (FEC) כ-P-Level Mitigation

בעוד ש-Kla אינו מפחית את גודל ההשתקפות, הוא יכול לפצות על שגיאות bit שהם גורמים.תקני שידור אופטיים מודרניים (למשל, 400G ZR) משתמשים ב-Decisionling רב עוצמה עם רווח מתפתל גבוה (10DB או יותר) על ידי הוספת overhead, יכול לשמור על טבלה נכונה גם כאשר ההשתקפות לדחוף את ה- 10-3 או גבוה יותר, לא יכול להתגבר על ההשפלה הבסיסית עדיין.

ראה את המאמר (FLT:0)Fiber Optics for Sale מאמר על אודות 768 ב-Sim אופטיקה 1LT לפרטים נוספים.

עיצוב רשת ובדיקה של שיטות העבודה הטובות ביותר

במהלך שלב העיצוב, תקציבי ההשתקפות צריכים להיות מוגדרים עבור כל קטע קישור.תקני ITU-T (למשל, G.652 עבור סיבים חד-פעמיים) ממליצים על הרהורים מקסימליים של -35 dB עבור מחברים ו -50 dB עבור splices ברשתות טיפוסיות, עם דרישות מחמירות יותר עבור שיעורי OTDR או החזרת אובדן אופטי במהלך ההתקנה ו- 50 dB עבור splices בתוך השתקפות מסוימת.

בנוסף, כאשר מעצבים קישורים ארוכי עוצמה או גבוהה, נמנעים הצבת נקודות השתקפות גבוהה (למשל, מחברים) ליד המשדר או המקלט. .לשלוח השתקפות על ידי מרחק סיבים מספיק מאפשר הד להיות מתפזר חלקית ומפחית את ההפרעה עם האות הראשי.

התאמת תצורה ב- Electric Domain

למרות שהשתקפות אותות היא בעיקר תופעה אופטית, photodetector ו-TIA יש תנודות חשמליות שיכולות לגרום גם השתקפות בממשק בין photodiode לבין המגבר.שימוש בפריסת לוח זהירה, עקבות מבוקרים בעצימות, והפסקת התנגדות מצמצם השתקפות חשמלית שיכולה לייצר אפקטים אופטיים משניים.זה רלוונטי במיוחד במקלטים עבור מדגמים גבוהים כמו PAM-4, שבו רוחב הפס החשמלי הקריטי הוא קריטי.

דוגמה: The Reflections Budget

כדי להמחיש את החשיבות של כל הפחתה, לשקול קישור hypothetical 10 Gbps הפועל מעל 80 ק"מ של סיבים חד-פעמיים סטנדרטיים.העונש הכולל של המערכת מותר מהשתקפות עשוי להיות 1 dB. השימוש ב- APC עם אובדן החזרה -70 dB (לא יעיל אפס עונש) ו- היתוך עם - d60B, ההשתקפות היא זניחה זוגות, באמצעות קישור בלעדי של D40, אם יש קשר עם DB.

אתגרים עתידיים: מהירות גבוהה יותר ומערכות קוהרנטיות

בעוד ששיעורי הנתונים ממשיכים לטפס ל-800 Gbps היברידיים ו-1.6 Tbps, הרגישות של המקלטים להשתקפות עולה.תקופות הקצרות יותר הופכות את התזמון ג'ייטר מהשתקפות מזיקה יותר.זיהוי קוהרנט, המשתמש מידע בשלב ו-Celtkization, רגיש מאוד לרעש בשלב מהשתקפות - אפילו השתקפות חלשה יותר עלולה לגרום למחזורים בהחלמה של החברה.

עבור מבט מעמיק על דרישות המערכת הסגורות, התייחס למדריך קריאה אור למדריך להצגת שידור אופטי אופטי של ההרחבה: 1.

מסקנה

השתקפות אותות היא אתגר מתמשך במערכות תקשורת אופטיות, ישירות degrading רגישות מקלט, עלייה של תעריפים מעט שגיאות, להגביל את טווח השידור.הסיבות העיקריות - ממשקי המחבר, עיוות פגמים, סיבים פגומים, והתאמה מחדש של אינדקס פגום - יכול להיות מנוהל באמצעות טכניקות קריטיות ניהול: APC, מחברים הנדסיים אופטיים, ממריצים באיכות גבוהה, ניקוי קבוע, ושילוב זהיר עם שיטות הפעלה מתקדמות יותר, אפילו כדי להבטיח השתקפות חלקית של שיטות הפעלה.

לקריאה נוספת על תקני אובדן החזרה אופטיים וטכניקות בדיקה, ראה את ההתייחסות של האגודה האופטית:0 (Fiber Optic Association) על השתקפות של השתקפות של FLT:1.