Optik iletişim alanında, güvenli ve verimli alıcı sistemleri tasarlamak temel bir mühendislik meydan okumasıdır. İki derinden iç içe geçmiş düşünceler - bu konuların teknik altlarını ve verileri aktarma mühendislerinin hem de sağlam, uyumlu optik alıcı sistemleri oluşturmak için gerekli olan uygulamaları temel alır.

Optik sistemlerde Göz Güvenliğini Anlamak

Optik iletişimdeki göz güvenliği, insan gözüne maruz kalmadan kaynaklanan retina veya koreal yaralanmanın önlenmesini, çünkü fiber optik sistemlerde kullanılan doğal göz refleksi ve optik sistemlerdeki ilk adım, güvenli sistemler tasarlarken.

Biyolojik Riskler ve Hasar Mekanizmaları

İnsan gözü, görünür ve yakın çevreli spektrumda optik radyasyona en savunmasızdır (400-1400 nm). Bu aralıkta, ışık korea ve lensden geçer ve mikrosaniyeler içinde yakılır, doku sıcaklığının kritik bir eşiğin üzerinde yükseldiği yerde, fotokimyasal hasarlar üzerinde bile ortaya çıktığı anlamına gelir.

Sistem tasarımcıları, yalnızca ortalama güç tarafından belirlenmemiş, aynı zamanda naif süresi, tekrarlama ve kiriş ayrımı dahil olmak üzere, kablolanmış bir fiber, parlatılmış yüzeylerden gelen yansımaları veya kiriş molalarını içeren ayrıntılı bir risk değerlendirmesi gerekir. Biyolojik tehlike sadece ortalama güç tarafından belirlenir, ancak aynı zamanda nabız süresi, tekrarlama oranı ve kiriş ayrımı ile aynı zamanda.

Lazer Sınıfları ve Güvenlik Standartları

Uluslararası standart IEC 60825-1:2014, erişilebilir emisyon limitlerine dayanan lazer ürünleri için kapsamlı bir sınıflandırma sistemi sağlar (AELs). Her sınıf belirli mühendislik kontrollerini, etiketleme gereksinimlerini ve kullanıcılarını tanımlar: önlemler:

  • [FONT:0]Class 1[DÜDÜT:1) - Tüm makul öngörülebilir ameliyat koşulları altında, optik aletlerin kullanımı da dahil olmak üzere, güç genellikle sürekli dalga görünür kaynaklar için 0.4 miliwatt'dan daha az.
  • [FONT=0)Kuş 1M[DÜDÜT:1) - Çıplak göz için Güvenli ama optik (örneğin, mikroskoplar veya kollektörler) ile görüntülenen zaman tehlikeli olabilir.
  • [FONT:0)Class 2[DÜT:1] - Düşük güç görünür lazerler (1 mW max) ki, göz refleksi yeterli koruma sağlar. Telekomünikasyonda yaygın olarak kullanılmamıştır, ancak lazer hizalarında görünür.
  • [FONT=0)Class 3R[[Dönetici:0)[Dönergeler: Doğrudan görüntüleme tehlikeli, ancak risk daha yüksek sınıflar için daha düşük. Sürekli görünür kaynaklar için 5 mW'ye kadar.
  • [FONT=0)Class 3B[DÜT:1] – Doğrudan maruz kalma tehlikeli; diffüz yansımalar da 500 mW'ye kadar güçlenebilir. Anahtar anahtar anahtarlar ve kilitler gibi mühendislik kontrolleri gerektirir.
  • [FONT:0)Class 4[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDWDM) yükselticiler, LIDAR ve endüstriyel kesimler zorunlu cilt ve göz yaralanmasına neden olabilir ve uzun yoğun bir yangın tehlikesidir.

IEC 60825-1'e ek olarak, ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) 21 CFR0.10 ve 1040.11'i uygulamakta ve bu da uluslararası standart ile uyum sağlamıştır. Sistem tasarımcıları, ürünlerinin geçerli yetki gereksinimlerine onaylanmasını sağlamalıdır. Birçok ürün pazarlamadan önce FDA ile başvurulmalıdır.

Güvenlik Önlemleri ve Mühendislik Kontrolleri

Mühendislik kontrolleri, kullanıcı davranışına güvenmeksizin göz güvenliği elde etmenin birincil yoludur. Ortak uygulamalar şunları içerir:

  • [FONT:0)Beam Yemekleri[[Döntgen: 1) Tamamen kapalı optik yollar kazaları önlemek için geçici olarak kapalı kapılar.Sadece otomatik panjurlarla hizmet limanları izin verilir.
  • [FONT:0] Interlocks[[Dönetici: 1)) - erişim panelleri açıldığında otomatik güç kapanması. Sınıf 4 sistemleri için, kırmızı açmaz kilitler standarttır.
  • [FONTcal attenuators[[DÜT 1: 1) – Sabit veya değişken attenatörler, bağlantı veya test noktalarında güvenli seviyelere gücü azaltır.
  • [FONT:0]Fiber yönetimi ve konektör kapakları[[DÜT:1) - Toz kapakları veya oto-shutter mekanizmaları kullanarak gevşek bağlantıları önlemek.
  • [[Düzücü etiket ve göstergeler[Dönetici:0)[Dönlendirmeler ve göstergeler[Döneticiler) - Bir lazerin aktif olduğu anlaşılabilir ve anlaşılır göstergeler.

Test ve bakım prosedürleri kilit / oturum protokolleri ve optik güvenlik gözlüklerinin ekran ve güç seviyesi için uygun kullanımı içermelidir. Eğitim programları IR tehlikelerinin görünmez doğasını ve hiçbir zaman güvenli bir seviyeye doğrulanmamış bir fiber aramanın önemini vurgulamak gerekir.

Optik Alıcı Tasarımlarında Güç Düzeyleri

Göz güvenliği izin verilen optik güçle dolu üst sınırda kalırken, alıcı performansı daha düşük sınırlar ve dinamik aralık kısıtlamaları uygular. Tasarımcının amacı, fotodetector'un işletim penceresindeki optik güç olayını sağlamaktır - biraz terörle mücadele (BER) hedefiyle tanışmak için yeterince yüksek (biyönetici, termal hasar veya ölçümleyicinin veya önbelleklileyicinin yanmasını sağlamak.

Hassasiyet ve Dinamik Menzil

Alıcı duyarlılığı, belirli bir BER, tipik olarak 10 - 12 veya 10 -15 dijital sistemler için gerekli minimum optik güçtir. Bu parametre genellikle fotodiode materyaline bağlıdır (örneğin,GaAs veya silikon), alıcı bant genişliği, transimpedans amplifikasyon (TIA) ve 10 Gb / sistemler için gürültü formu gerektirir.

Dinamik aralık, yüksek önyargılı bir giriş gücü arasındaki farktır.Yetersiz dinamik aralıkta çalışan bir alıcı, alıcının hala hasarsız çalıştığını ve yüksek BER. Saturation'ı yüksek hızlı alıcılar ve - 10'u yüksek önyargılı dBm'de çalışan.

Optik Güç Bütçeleme

Power bütçe analizi, bağlantı tasarımının temel taşıdır.Rektör başlatma gücü için bütçe hesapları, fiber attenuation, konektör splices, bölünmüştürler ve alıcıdaki herhangi bir sistem marjı. Alıcının hassasiyeti, alıcı girişinde hesaplanan güce daha fazla olmalıdır. ancak, verici bir Sınıf 1 lazer (örneğin, 0 dBm veya daha az), alıcının maksimum güvenli gücü aşırı yükleme noktası altında olabilir.

Uzun zamandır DWDM sistemleri, erbium-doped fiber yükselteçleri (EDFA) kanal başına on miliwatt başlatabilir, bu tür durumlarda alıcı, bağlantı uzunluğu ve çevreye bağlı olarak 2-6 dB'yi korumalıdır.

Güç Yönetimi ve Kompiyon Koruma

Aşırı optik güç, fotodiode'ya fiziksel olarak zarar verebilir, sorumlu responsiviteyi azaltabilir, karanlık mevcut veya tam başarısızlık olabilir. Hasar için eşiği nokta büyüklüğü, dalga, pul süresi ve ısı bataklığı. +10 dBm üzerindeki normal dalga gücü daha yıkıcı olabilirken, pulsiyonlar daha yıkıcı olabilir.

  • [FONTcal limitli cihazlar[[DÜT:1] - Üst güçte artan emiciler veya saturable emiciler.
  • [FONT:0) Sertware güç monitörleri[Dönetici: 1) Tap çiftleri bir alarmı veya attanatör ayarlamasını tetikler.
  • [FONT=0)Software- kontrollü AGC[DÜT:1) - TIA'da otomatik kazanç kontrolü, güç olarak elde edilen gerilim klibini önlerken, hassaslığı korur.
  • [FONT:0)Explosion-proof ([Dönetici: 1)) - Ağır sanayi veya savunma sistemlerinde nadiren gerekli.

Eye Safety Limits ile Interaction

Göz güvenliği ve alıcı güç seviyeleri doğrudan çiftleştirilmiştir. Sınıf 1 olmak için tasarlanmış bir verici, alıcının daha düşük aşırı limitler için tasarlanmasını, maliyet ve karmaşıklığı azaltmasını sağlar. Conversely, 4 Sınıfı 4 olan yüksek güç vericisi, alıcının otomatik güç azaltımı veya kapanmasını gerektirir. IEC 60825-2 (düşük iletişim sistemlerinin güvenlik) Bu tür bir sistemdeki tüm patlamaların sınıflandırılmasına rehberlik sağlar.

Tasarımcılar ayrıca, tehlikeli olabilecek özgür bir sensör oluşturabilir ve güvenli bir yanıt verebilir, ancak başlatılan güç, bir göz tehlikesi oluşturamaz.

Tasarım Trade-offs ve Optimizasyon Stratejileri

Aynı anda göz güvenliği, güç bütçesi ve alıcı dinamik bir aralık oluşturmak, tüm bağlantıdaki dikkatli ticarete ihtiyaç duyar. Çeşitli stratejiler bu çatışma talepleri dolaşmasına yardımcı olur.

Hatalı Sinyal-to-Noise Oran ve Güvenlik

Daha yüksek bir aktarma gücü SNR'yi alıcıda geliştirir, düşük hata oranlarına izin verir ve daha uzun ulaşır. Ancak, güç amaçlanan sınıflandırma için göz güvenliğini sınırlayabilir.Bir yaklaşım, SNR'nin gereksinimini rahatlatmak için, sınıf FEC'de kalan performansın yüzde 7–25 oranındaki artışını artırmaktadır.

Optik Attenuators ve Değişkenler Kullanımı Amplifiers

Bağlantı kaybı düşük olduğunda (kısa mesafeler), alıcı aşırı güçlere maruz kalabilir. Alıcının RSSI (received sinyal gücü göstergesi) sinyale uygun bir şekilde sabitlenebilir (örneğin, yeniden yapılandırma sistemleri (MEMS) veya termo-optik malzemeler için belirlenen bir geri bildirim döngüsünden sonra otomatik olarak veya transistörlerin otomatik olarak elde edilebilir.

Uyum Testi ve Sertifikalandırma

Her optik alıcı sistemi göz güvenliğini sağlamak için uygun testlerden geçmelidir. Testler, tüm hizmet pozisyonlarında erişilebilir emisyon seviyelerini ölçmek, hata koşullarını (örneğin, verici sürücüdeki tek hata), ve otomatik kapatma zamanlamasını doğrulamak için test etmelidir.Birçok üretici de güç izleme ve değerlendirme süresini kritik bir şekilde gerçekleştirir.Güvenlik devrelerinin yanıt süresi kritiktir. IEC 60825 serisi tüm lazer sınıfları için maksimum erişilebilir emisyon limitleri belirtir ve test prosedürlerini genellikle 60825-1 ve IEC 60825-2.

Güvenli ve Etkili Sistem Tasarımı için En İyi Uygulamalar

Aşağıdaki en iyi uygulamalar, on yıllar boyunca endüstri deneyiminin optik alıcı sistemleri üzerinde çalışan mühendisler için harekete geçilmesine yol açıyor:

  • [FONT:0]Perform a full tehlike analizi[[Dönetici: 1 ) Sistem seviyesinde, sadece verici değil, fiber molalar, bağlantı bağlantıları ve bakım prosedürleri için potansiyel içerir.
  • [FONT=0) En yüksek amaçlanan sınıflandırma için tasarım[Dönemli 1. Seviyeye göre Sınıf 1 işlemi normal koşullar altında hedefler.Sistem Sınıfı 1'i IEC 60825-2'de tanımlanan zaman sınırları içinde aktif kapanış devrelerini kullanın.
  • [[Düzücük güç izlemesi[[Dönetici:0) Alıcı girişinde basit bir tapped fotodiode bir ADC, kontrol sistemine gerçek zamanlı güç seviyesi verileri sağlayabilir, otomatik ayarlama veya alarm sağlar.
  • [FONT=0) Hız kontrollü güç limiti[Dönetici: 0,3 veya darbeli sistemler için kullanılan ısıtılabilir. Ortalama güç düşük olabilir, ancak üst düzey güçler ortalama güç metreden ziyade iş nabız enerji dedektörleri olabilir.
  • [FONT:0) Yeterli hasar eşi ile fotodiodları seçin[Döneticileri en kötü durumdaki güç için). Kondüktör eğrileri davet etmek; sıcaklığın ve yaşam boyu güvenilirlik sağlamak için en yüksek% 50'den fazla çalışan.
  • [FONT:0] Tüm güvenlik puanlarını ve test sonuçlarını [Döntme:0) Bir lazer ürün raporunda kullanılan bileşenlerin izlerinin takip edilebilirliğini korumak (shutters, Interlock anahtarları, attenuator sürücüleri).
  • [FONT:0) Tüm personel , optik fiber veya test ekipmanlarını kullanarak, IR ışığının görünmez olduğunu ve “ölü” bir lazerin hatalı olup olmadığının farkında olun.
  • [FONT:0) Include red dışı koruma[Dönetici] yüksek güç sistemleri için. İki bağımsız interlock yolları veya güç kaybı üzerinde yüksek çözünürlükte varsayılan olarak güvenli bir attenlayıcı.

Future rotası ve Gelişen Standartlar

Optik iletişim yüksek veri oranlarına (400G, 800G ve ötesinde) ve daha karmaşık modülasyon biçimleri (16-QAM, 64-QAM), güç seviyeleri ve göz güvenliği arasındaki etkileşim, yerel osilatör lazerleri ile daha fazla nuanced. Coherent sistemleri ve yüksek baud oranları dikkatli bir şekilde kontrol gerektirir.

Standartlar önünde, çalışma, ortalama güç için 1 numaralı sınıfsız kaynak sınıflandırması için güncellenmektedir.Kapalı-intili fiber (e.g., ITU-T G.657) gibi yeni kaynak türlerine hitap etmek için IEC içinde devam etmektedir.Bu, bazı yüklemeler için risk sınıflandırması olasılığını azaltır.

Sonuçta, en başarılı optik alıcı sistemi tasarımları göz güvenliğini ve güç seviyelerini rekabet kısıtlamaları olarak değil, sağlam, yüksek performanslı bir ürünün tamamlayıcı yönleri olarak tedavi edebilir. Tasarım döngüsünün en erken aşamalarında, mühendisler hem kullanıcıları hem de ekipmanlarını koruyan güvenilir iletişim bağlantılarına ulaşabilir - modern dünyanın genişlemesi için gerekli.

Daha fazla okuma için, IEC 60825-1 standardının kendisi, FDA'nın lazer ürün rehberliğine () danışın () ve Fiber Optik Derneği () tarafından fiber optik ders güvenliği (Chapter 8: Optik Alıcılar) ve uygulama notları alıcı tasarımının () ile ilgili olarak ()