Leatténuateur optiqueexiste comme une sorte de contradiction professionnelle dans l’infrastructure des télécommunications. Les ingénieurs passent leur carrière à éliminer les pertes des fibres optiques-à perfectionner les épissures par fusion, à spécifier des connecteurs à très-faibles-pertes, à sélectionner des câbles haut de gamme-puis à insérer délibérément un appareil dont le seul objectif est de détruire le signal. La logique a du sens une fois que vous avez fait exploser un récepteur, mais il faut ce premier échec pour que la plupart des gens comprennent vraiment pourquoi ces composants sont importants.
Quand votre signal est le problème
La sensibilité du récepteur retient toute l’attention lors des discussions sur le budget de liaison. Chaque fiche technique affiche bien en évidence ce seuil minimum de -28 dBm ou -24 dBm. La puissance d'entrée maximale se trouve tranquillement en bas de la page, peut-être -3 dBm pour un SFP+ typique, en attendant que quelqu'un fasse une erreur.
L'erreur consiste généralement à acheter des optiques à longue portée-parce que la remise sur le volume semblait attrayante. Ou quelqu'un prend un émetteur-récepteur de 40 km pour un trajet de 300-mètres entre-bâtiments parce que c'est ce qu'il y avait dans le tiroir. La puissance de lancement arrive au photodétecteur aux alentours de 0 dBm ou plus. Le lien refuse de s'afficher. Les journaux affichent "Rx LOS" ou peut-être simplement "link down" - le même code d'erreur que vous verriez pour une fibre noire.
Je ne peux pas compter combien d'heures j'ai perdues à regarder des techniciens échanger des émetteurs-récepteurs lors de ces tâches. Le module de remplacement présente un comportement identique car rien n'est réellement cassé. La diode APD ou PIN est inondée de photons. C'est saturé. Les circuits de contrôle automatique du gain ne peuvent pas compenser. Personne ne pense à vérifier s’il y a trop de lumière parce que nous avons tous été conditionnés à nous inquiéter d’une puissance insuffisante.
Un atténuateur fixe à 12 $ résout le problème. Installez 10 dB à la réception. La puissance passe de +1dBm à -9dBm. Lien établi. Passez.
Multimode : pas vraiment pertinent ici
L'ensemble de cette discussion s'applique presque exclusivement aux déploiements-monomode.
Les sources VCSEL dans les émetteurs-récepteurs multimodes produisent peut-être de -4 dBm à 0 dBm. Les seuils de surcharge du récepteur multimode se situent entre 0 dBm et +2 dBm. Les calculs produisent rarement des scénarios de saturation, même dans des configurations à perte minimale-. Les connexions de correctifs directs entre les ports adjacents - littéralement la durée la plus courte possible restent généralement dans les limites.
Le mode-single est le lieu où résident les problèmes. Lasers DFB poussant +5 dBm dans la fibre conçue pour une transmission sur 100 km. Déployez cette optique sur une dorsale de campus s'étendant sur 400 mètres et le récepteur n'a aucune chance.
Cela vaut la peine d'être mentionné car j'ai vu des gens installer des atténuateurs dans des liaisons multimodes "juste pour être sûr", puis passer des jours à dépanner la puissance insuffisante qu'ils créaient. Ne le faites pas.
L'écart-Problème de perte dont personne ne m'a prévenu
Les atténuateurs d'entrefer-sont bon marché. Ils fonctionnent. Ils causent également des problèmes que leur prix de 8 $ n’annonce pas.
La physique est simple : séparez les extrémités de deux fibres par une distance contrôlée, laissez le faisceau diverger, n'en capturez qu'une partie dans la fibre réceptrice. Atténuation simple obtenue grâce à un étalement géométrique
Ces interfaces en verre-aéré produisent également des réflexions de Fresnel. Peut-être 4 % rebondissant vers la source sur chaque surface. Dans un atténuateur de perte à écart-, vous disposez de deux de ces interfaces. Cela représente potentiellement un retour de 8 % si vous n'avez pas de chance avec la façon dont tout s'aligne.
Pour une tête de réseau CATV exécutant une vidéo analogique, les réflexions en arrière-se manifestent sous forme d'images fantômes visibles. Pour un laser DFB, ils déstabilisent la cavité et produisent des sauts de mode. Pour un EDFA, une puissance réfléchie suffisante peut déclencher un laser parasite qui rend l'amplificateur inutile.
J'ai passé la majeure partie de mon samedi à dépanner les pics aléatoires de BER sur un anneau métropolitain DWDM. Quelqu'un avait installé un atténuateur de perte d'écart-sur un panneau de brassage sans vérifier les spécifications de perte de retour. L'atténuateur a mesuré une perte de retour de 15 dB, ce qui semble correct jusqu'à ce que vous réalisiez que cela représente 3 % du signal rebondissant dans un laser qui préférait vraiment la stabilité. Je l'ai échangé contre un atténuateur à fibre dopée-avec une perte de retour de 55 dB. Le problème a disparu.
Pour tout ce qui utilise une modulation cohérente ou des débits de symboles élevés -100G et plus en particulier, vous avez besoin d'une perte de retour minimale de 45 dB. De préférence 55 dB ou mieux. Cela compte plus que d’obtenir la bonne valeur d’atténuation exacte.
Fixe ou variable : l'économie ne fonctionne pas comme vous le pensez
Les atténuateurs fixes coûtent entre 5 et 20 $. Les atténuateurs variables commencent à environ 40 $ pour les types manuels et augmentent à partir de là. L'instinct est évident : calculer l'atténuation requise, acheter une unité fixe correspondant à cette valeur, économiser de l'argent.
Sauf que tu as mal calculé. Ou les spécifications de l'émetteur-récepteur étaient optimistes. Ou quelqu'un a redirigé la fibre optique pendant une fenêtre de maintenance et la documentation n'a jamais été mise à jour. Ou le panneau de brassage contribue à des pertes différentes de celles supposées.
Ensuite, je regarde les techniciens mettre en cascade des atténuateurs fixes-empilant 5 dB et 3 dB ensemble pour essayer de se rapprocher des besoins réels de la liaison. Plusieurs dispositifs d'entrefer - aggravent le problème de perte de retour décrit ci-dessus. Deux composants bon marché fonctionnent moins bien qu'une unité variable appropriée.
Pour la mise en service et les tests, les atténuateurs variables rapportent leur coût. Composez exactement ce dont la liaison a besoin, vérifiez les performances sur toute la plage de fonctionnement, puis remplacez éventuellement par une unité fixe correspondant à cette valeur mesurée si vous le souhaitez. Pour les installations de production où le bilan de puissance est bien-caractérisé et stable, les atténuateurs fixes fonctionnent bien. Pour tout le reste, dépensez les trente dollars supplémentaires.
Ce que les MEMS ont réellement changé
Les atténuateurs variables traditionnels reposaient sur des mouvements mécaniques -des filtres à densité neutre rotatifs, des entrefers réglables, bloquant les éléments se déplaçant dans le trajet du faisceau. Ils ont travaillé. Ils ont également dérivé avec le temps, se sont usés, ont nécessité un réétalonnage périodique et ont répondu lentement aux commandes.
Les atténuateurs optiques variables MEMS ont remplacé l'essentiel de cette complexité par un micromiroir à actionnement électrostatique. Temps de réponse inférieur à-milliseconde. Aucune surface d’usure mécanique. Dépendance négligeable à la polarisation. La technologie a rapidement mûri à la fin du développement du DWDM-90, lorsque les fournisseurs d'équipements avaient besoin d'une gestion de l'alimentation par canal dans les chaînes d'amplificateurs.
L'application à l'intérieur d'un EDFA n'est pas une protection du récepteur. C'est une compensation d'inclinaison de gain. Le spectre de gain de l'erbium n'est pas plat sur la bande C-les canaux-à 1 530 nm émergent naturellement plus forts que les canaux à 1 560 nm. Sans correction, les canaux accumulent des disparités SNR lorsqu'ils traversent plusieurs étages amplificateurs. Quarante ou quatre-vingts VOA MEMS, un par longueur d'onde, s'ajustant en continu à mesure que la charge du canal change.
L'alternative consistait en des -filtres aplatissants à gain fixe-dispositifs passifs avec des profils d'atténuation correspondant à l'inverse de la forme de gain attendue. Fonctionne à merveille lorsque le chargement des canaux est statique. Lorsque les clients ajoutent et suppriment dynamiquement des longueurs d'onde, les changements de forme se produisent et les filtres fixes ne peuvent pas compenser.
Les VOA MEMS ont rendu les réseaux optiques reconfigurables commercialement viables. Ce n'est pas une hyperbole. Sans contrôle dynamique de la puissance par-canal, les architectures ROADM produiraient des variations OSNR ingérables sur les longueurs de chemin dépendant de la longueur d'onde-. La technologie était essentielle et non incrémentielle.
Cristaux liquides : presque, mais pas tout à fait
Les atténuateurs variables à cristaux liquides sont apparus comme une technologie concurrente. Aucune pièce mobile-atténuation entièrement contrôlée par les changements de biréfringence induits par la tension-dans le matériau LC. Réponse plus rapide que les approches mécaniques. Aucun mécanisme d'usure. Fiabilité à l'état solide-.
Ils n’ont jamais remplacé les MEMS dans les télécommunications grand public.
La sensibilité à la température a tué la viabilité du déploiement sur le terrain. Les propriétés des matériaux LC changent avec la température, nécessitant des circuits de compensation et des réétalonnages fréquents dans des environnements sans contrôle climatique. Un centre de données à 22 degrés est gérable. Une armoire extérieure pour plantes connaissant des hivers à -30 degrés et des étés à +45 degrés ne l'est pas.
La perte d'insertion était également plus élevée. Un demi dB ici, 0,7 dB là. S'accumule dans les systèmes où chaque dixième de dB affecte les marges OSNR.
Les atténuateurs LC ont trouvé des niches en laboratoire. Applications d'instrumentation spécialisées où la température est contrôlée et où la perte plus élevée est acceptable. Mais le marché grand public s'est tourné vers les MEMS et y est resté.
Le placement compte vraiment
Les atténuateurs appartiennent à l’extrémité du récepteur. Pas au niveau de l'émetteur. Pas par hasard quelque part au milieu.
Il ne s’agit pas d’une préférence arbitraire. Le placement côté récepteur-sert à deux objectifs au-delà de la prévention évidente de la saturation : les réflexions des propres interfaces de l'atténuateur sont atténuées sur leur chemin de retour vers la source, et la mesure de puissance au niveau du récepteur reste simple-mesure avant l'atténuateur, mesure après, terminée.
Installez l'atténuateur à l'extrémité de l'émetteur et vous n'avez rien accompli pour la gestion des pertes de retour. Chaque connecteur et épissure en aval génère des réflexions qui se propagent vers la source à pleine amplitude. L'atténuateur bloque la puissance vers l'avant mais ne fait rien concernant la lumière de déplacement vers l'arrière qui n'a jamais été atténuée.
J'ai rencontré des installations où quelqu'un plaçait des atténuateurs immédiatement après l'émetteur "pour protéger la fibre" d'une puissance excessive. La fibre de verre n'a pas besoin d'être protégée contre quelques milliwatts. Les récepteurs ont besoin de protection. Le placement n'avait aucun sens optique mais a persisté pendant plusieurs cycles de maintenance parce que quelqu'un l'a documenté et personne n'a remis en question la documentation.
Tolérances et calibrage
Le paquet indique 10 dB. L'atténuation réelle peut être de 9,6 dB, 10,5 dB ou 11,1 dB en fonction de la longueur d'onde, de la température et du contrôle qualité de fabrication.
Pour la plupart des installations, cette bande de tolérance n'est pas pertinente. Vous avez besoin d'environ 10 dB d'atténuation pour amener la puissance du récepteur dans une plage acceptable. Que vous atteigniez 9,5 dB ou 10,5 dB n'affecte pas le fonctionnement de la liaison.
Pour les applications de précision, la-caractérisation de la sensibilité du récepteur, les mesures OSNR et la qualification de l'amplificateur-la précision sont très importantes. Les atténuateurs programmables-de qualité laboratoire des fournisseurs d'équipements de test comprennent des milliers de points d'étalonnage mappant l'atténuation réelle aux paramètres de cadran sur plusieurs longueurs d'onde et niveaux de puissance. Les instruments coûtent en conséquence. J'ai utilisé un appareil de 12 000 $ qui spécifiait une précision de ±0,05 dB sur la bande C-avec une résolution de 0,01 dB. Nécessaire lorsque vous mesurez si la sensibilité du récepteur est de -27,8 dBm contre -28,1 dBm. Exagération absurde pour la gestion de l'énergie du lien de production.
Faites correspondre l’instrument à l’application.
Le hack du mandrin
L'enroulement de la fibre autour d'un stylo ou d'un mandrin pour induire une atténuation de courbure apparaît dans les guides de dépannage comme une technique de terrain temporaire lorsque les atténuateurs appropriés ne sont pas disponibles.
Ça marche, en quelque sorte. La perte induite par la courbure-est une véritable physique. Un rayon étroit force la lumière à pénétrer dans le revêtement, réduisant ainsi la puissance transmise.
Ne fais pas vraiment ça.
L'atténuation est imprévisible -elle dépend du rayon de courbure, du nombre de tours, du type de fibre, de la longueur d'onde et probablement de l'humidité du jour. C'est instable-la fibre se détend, l'atténuation se déplace. C'est potentiellement destructeur-la fatigue due aux contraintes répétées peut briser le verre. Il introduit des effets de couplage de modes dans la fibre multimode qui perturbent les conditions de lancement et affectent la précision des mesures.
Si quelqu'un enroule de la fibre autour d'un crayon pour faire fonctionner une liaison, c'est un signal pour s'arrêter et se procurer l'équipement approprié. C'est du désespoir pris pour de la technique.
Où cela se passe à 400G et au-delà
Des taux de symboles plus élevés augmentent la sensibilité à la perte de rendement. Le bruit de phase provenant de la puissance réfléchie arrière-est plus important à 64-QAM qu'à une simple commutation marche-arrêt. Les spécifications de perte de réflexion de l'atténuateur acceptables pour 10G deviennent problématiques à 400G.
Les récepteurs DSP cohérents ont une plage dynamique plus large que les récepteurs à détection directe-, ce qui réduit certains problèmes de saturation. Le traitement du signal optique permettant une détection cohérente offre une plus grande tolérance aux variations de puissance. Cela n'élimine pas les exigences en matière d'atténuateur-, cela modifie le profil de l'application.
Plus intéressant encore, l'intégration de la photonique sur silicium intègre la fonctionnalité VOA sur-puce dans les conceptions d'émetteurs-récepteurs. Les modules 400G ZR+ modernes incluent des atténuateurs variables intégrés et une puissance de transmission réglable. Certains émetteurs-récepteurs sont désormais livrés avec des mini EDFA intégrés pour augmenter la puissance de sortie jusqu'à +3 dBm ou plus. Si l'émetteur-récepteur lui-même ajuste la puissance de lancement pour répondre aux exigences de la liaison, l'atténuation externe devient inutile pour certains scénarios de déploiement.
Cette intégration ne tuera pas le marché des atténuateurs externes. Les équipements existants ne disposent pas d’un contrôle de puissance intégré. Les applications de test nécessitent une atténuation externe calibrée. Les installations de modernisation nécessitent des solutions qui ne nécessitent pas le remplacement de l'émetteur-récepteur. Mais l’équilibre du marché évolue à mesure que l’intelligence des émetteurs-récepteurs augmente.
Évaluation honnête
Les atténuateurs ne sont pas des appareils compliqués. Ils réduisent la puissance optique. La physique est simple. Les options de mise en œuvre sont matures et bien-comprises.
Les complications proviennent du contexte de déploiement : sélection de valeurs d'atténuation sans mesures de puissance adéquates, choix de technologies inadaptées aux exigences de l'application, placement des appareils dans des positions qui ne résolvent pas les problèmes réels, acceptation de spécifications de perte de réflexion qui créent de nouveaux problèmes tout en résolvant les anciens.
Chaque installation d'atténuateur est fondamentalement un aveu que quelque chose d'autre dans la conception de la liaison ne correspond pas à la réalité opérationnelle. Le récepteur est trop sensible pour la puissance de l’émetteur. La portée est trop courte pour les spécifications optiques. Le chargement des canaux diffère des hypothèses initiales. L'approvisionnement a acheté ce qui était le moins cher.
Les atténuateurs corrigent ces décalages. Ils le font de manière fiable, peu coûteuse et efficace lorsqu’ils sont correctement sélectionnés et positionnés. Ce ne sont pas des solutions élégantes. Ce sont des pragmatiques.
Dans les réseaux de production, les solutions pragmatiques qui fonctionnent l'emportent sur les solutions élégantes qui ne fonctionnent pas.
