Обзор оптических аттенюаторов

Аттенюатор – это устройство, используемое для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний. Название имеет французские корни. Слово «attenuer» переводится как смягчать или ослаблять.

Можно встретить разные виды аттенюаторов, различаемых по:

• набору воспроизводимых значений – фиксированные, ступенчатые и плавные;
• диапазону частот – радиоизмерительные и оптические;
• способу подключения – коаксиальные, волноводные и волоконно-оптические.

Далее мы подробно рассмотрим волоконно-оптические аттенюаторы (от англ. optical attenuator). Они относятся к пассивным компонентам волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Предназначены для внесения затуханий в передаваемый сигнал, без искажения самого сигнала. К основным характеристикам данного вида устройств можно отнести:

1. Коэффициент отражения;
2. Вносимые потери;
3. Линейность;
4. Повторяемость установленных значений ослабления в заданном динамическом диапазоне регулирования затухания.

Сам коэффициент отражения, его ещё называют затуханием отражённого сигнала, можно определить с помощью источника излучения. Эти измерения указаны в международных рекомендациях EIA-TIA.

Виды оптических аттенюаторов

Волоконные оптические аттенюаторы можно разделить на два основных вида – фиксированные и перестраиваемые. Первый тип ещё называют постоянными аттенюаторами, а второй переменными или регулируемыми устройствами для затухания оптической мощности.

Оптические фиксированные аттенюаторы

Фиксированные аттенюаторы используются для внесения постоянных затуханий. Они ослабляют амплитуду сигнала, но оставляют сам сигнал неизменным. Процесс ослабления амплитуды осуществляется на основе:

• воздушного зазора, обладающего фиксированной величиной;
• специального поглощающего фильтра;
• при помощи сварки оптических волокон. Способ ещё называют «сварка с аттенюатором». Это означает, что происходит соединение оптических волокон с заранее заданным затуханием, которое достигается благодаря осевому сдвигу волокон перед началом сварки.

Данные способы позволяют значительно снизить обратное френелевское отражение. При дальнейшем уменьшении отражений используют скошенный наконечник в сочетании с адаптером, который имеет порты FC/APC или SC/APC.

У фиксированных аттенюаторов значение затухания устанавливается изготовителем. Оно измеряется в децибелах и может быть: 0, 5, 10, 15 или 20 дБ. Рассчитывается на основе оптического бюджета самой линии связи. По типам исполнения производятся следующие варианты:

1. Фиксированные аттенюаторы-розетки;
2. FM-аттенюаторы, (где, FM – это Female-Male, в переводе Мама-Папа);
3. Оптические шнуры.

Выбирая фиксированные аттенюаторы необходимо обращать внимание на спектральный диапазон волн, в котором эти устройства будут работать. Некоторые из них предназначены для использования в системах передачи с длинами волн только на 1310 нм и 1550 нм, но есть модели, которые могут работать во всем CWDM диапазоне – от 1270 до 1620 нм. 

При выборе фиксированного аттенюатора всегда следуют помнить о том, что после его подключения, каналообразующее оборудование не должно работать на грани своих возможностей.

Перестраиваемые оптические аттенюаторы

Перестраиваемые аттенюаторы применяются для внесения регулируемого затухания в оптический сигнал. Они позволяют плавно перестраивать величину затухания, изменяя величину зазора с помощью имеющегося резьбового соединения.

Существуют одномодовые и многомодовые переменные оптические аттенюаторы. Для одномодовых – вносимое затухание может быть от 0 до 60 дБ, а для многомодовых – от 0 до 50 дБ. Можно выделить основные характеристики данного вида устройств:

1. Точность;
2. Поляризационные потери (PDL);
3. Уровень возвратных потерь;
4. Повторяемость;
5. Разрешение;
6. Остаточное вносимое затухание.

На производстве, в ходе настройки устройств (калибровки), проверяются характеристики регулируемых аттенюаторов. Сама по себе калибровка является важным техническим процессом, позволяющим на выходе получить готовые аттенюаторы, с необходимыми параметрами. По типу исполнения перестраиваемые аттенюаторы бывают:

• аттенюаторами-розетками FF (Female- Female),
• FM-аттенюаторами.

Аттенюаторы-розетки похожи на стандартные оптические розетки (адаптеры) с коннекторами различных типов (LC, ST, FC, FC/APC). Самым популярным коннектором является LC. За счет регулировочного винта и изменение воздушного зазора меняется значение вносимого затухания.

FM-аттенюаторы выглядят, как FM-адаптеры. Отличаются от адаптеров наличием регулировочной гайки и стопорным кольцом. Гайка регулирует вносимое затухание, так же путем создания воздушного зазора.

При классификации переменных оптических аттенюаторов, их принято разделять на три большие группы:

• аттенюаторы с ручной регулировкой,
• переменные MEMS-VOA аттенюаторы,
• перестраиваемые моторизированные аттенюаторы.

Для подключения устройства с ручной регулировкой необходимо механическое воздействие. Они подходят для задач, не требующих специальных условий для вносимого затухания. Такие аттенюаторы компактны, точны и несут низкие первоначальные потери. Еще они обладают широкими диапазонами длин волн и затухания.

Рассмотрим ещё одну большую группу, к которым относятся MEMS-VOA – переменные оптические аттенюаторы. Эти аттенюаторы работают на основе микро-электро-механической системы (сокращено MEMS). Изменения вносимого затухания происходит за счет использовании подвижного зеркала из кремния. Зеркало начинает вращаться под напряжением, которое направлено на микросхему MEMS, и тем самым изменяется эффективность связи света, проходящего через устройство.

К отличительным особенностям можно отнести низкие вносимые поляризационные потери, компактный размер и низкое энергопотребление.

Принципы работы

Аттенюаторы можно представить в виде «микро преграды», появляющейся на пути у сигнала. После прохождения этой «преграды» уровень мощности сигнала снижается, благодаря вносимым затуханиям.

Мощность сигнала обычно изменяется несколькими способами, такими как:

• поглощение,
• отражение,
• диффузия,
• рассеяние,
• отклонение,
• дифракция,
• дисперсия.

Чаще всего используется поглощение света. Аттенюаторы, работающие данным образом, обладают рабочим диапазоном длин волн, одинаково поглощающим всю световую энергию. Они не должны отражать свет или рассеивать его в воздушном зазоре. Иначе, это может вызывать нежелательное обратное отражение в волоконной системе. 

Не менее популярны аттенюаторы, работающие за счет отсутствие прямого контакта между волокнами. В этом случае, затухание вносится на основе:

• воздушного зазора между торцами волокон;
• прокладки или пленки;
• нанесения пленки на сам торец волокна.

Чаще всего волоконно-оптические аттенюаторы устанавливаются перед приемником на аппаратурной или оконечной стойке, также их размещают на станциях или в линейных шкафах.

Сферы применения

Оптические аттенюаторы находят широкое применение в волоконно-оптических линиях связи. Их используют в качестве устройств для изменения мощности на магистральных, внутризоновых и распределительных сетях. Применяют при стрессовом тестировании аппаратуры волоконно-оптических систем передачи данных.

Оптические фиксированные аттенюаторы широко применяются:

• в телекоммуникационных компаниях,
• кабельных провайдерах,
• телеметрических системах и прочих профильных сферах.

Постоянные аттенюаторы обладают широким спектром возможностей для применения и привлекательны бюджетной ценой. Перестраиваемые аттенюаторы более узконаправленные, дорогостоящие и для их использования необходимо иметь определенный набор измерительного оборудования. Применяются для тестирования и отладки возможностей оптических сетей, их мощности, а также калибровки оптического оборудования.