Šiuolaikinis telekomunikacijų kraštovaizdis sukurtas remiantis nepaprastomis šviesolaidinės technologijos galimybėmis. Naudojant šviesos impulsus, perduodant didžiulius duomenų kiekius neįtikėtinais atstumais žaibo greičiu, optiniai pluoštai pakeitė varinius kabelius kaip neginčijamą pasaulinio ryšio stuburą. Tačiau norint perduoti duomenis iš vieno centrinio šaltinio keliems galutiniams{2}}naudotojams, reikalingi sudėtingi pasyvūs optiniai komponentai, galintys paskirstyti signalus nereikalaujant aktyvios elektros energijos. Šios paskirstymo architektūros pagrindas yra svarbus pasyvus optinis įrenginys: optinio pluošto skirstytuvas. Leisdama padalyti vieną įeinantį optinį signalą į kelis identiškus arba atitinkamai proporcingus išvesties signalus arba, atvirkščiai, sujungiant kelis signalus į vieną prieš srovę, ši technologija sudaro šiuolaikinių pasyviųjų optinių tinklų (PON) kertinį akmenį, todėl didelės spartos plačiajuostis ryšys, televizija ir telefonija tampa ekonomiškai gyvybinga milijonams namų ir verslo visame pasaulyje.
Įrenginio apibrėžimas: pagrindinės technologijos ir gamyba
Esminiu lygmeniu šviesolaidinis skirstytuvas yra pasyvus optinis šakotasis įtaisas, padalijantis šviesos spindulį į kelias dalis arba sujungiantis kelias šviesas į vieną spindulį. Skirtingai nuo aktyvių tinklo komponentų, tokių kaip maršrutizatoriai ar jungikliai, kuriems reikalinga elektros energija duomenų paketams apdoroti, stiprinti ir nukreipti, skirstytuvas veikia visiškai pasyviai, naudodamas fizines optines savybes. Jis turi vieną arba du įvesties galus ir kelis išvesties galus, o skirstymo konfigūracijos paprastai svyruoja nuo paprastų 1:2 ir 1:4 santykių iki didžiulių 1:64 arba 1:128 santykio, naudojamų didelio masto{10}}telekomunikacijų diegimuose.
Šių prietaisų gamyba ir vidinė konstrukcija paprastai remiasi dviem skirtingomis gamybos technologijomis: lydyto dvikonio kūgio (FBT) ir plokščiosios šviesos bangos grandinės (PLC) technologija. Tinklo inžinieriams ir sistemų dizaineriams labai svarbu suprasti šių dviejų metodikų skirtumus, nes kiekviena technologija suteikia unikalių pranašumų, priklausomai nuo konkrečios taikymo aplinkos, veikimo bangos ilgio diapazono ir tankio reikalavimų.
Fused Biconical Taper technologija yra labiau tradicinis gamybos būdas. Tai apima dviejų ar daugiau plikų pluoštų paėmimą, sudėjimą glaudžiai kartu ir suliejimą esant dideliam karščiui, ištempiant ir pailginant sujungtą dalį. Šis smailėjantis procesas sukuria specializuotą bikoninę struktūrą, kuri kontroliuoja sujungimo santykį pagal pluoštų ištempimą ir jų šerdies sąveiką. FBT skirstytuvus yra gana paprasta gaminti ir jie yra ekonomiški, ypač mažai padalijimo, pvz., 1:2 arba 1:4. Jie taip pat siūlo unikalų pranašumą, nes vienu metu veikia keliuose skirtinguose bangų ilgiuose, pvz., 850 nm, 1310 nm ir 1550 nm, todėl jie yra populiarūs senose sistemose ir specifinėse optinio testavimo aplinkose. Tačiau FBT skirstytuvai turi apribojimų, susijusių su masteliu ir temperatūros stabilumu; padalijimo santykiui padidėjus daugiau nei 1:8, veikimo vienodumas žymiai sumažėja, o aplinkos svyravimai gali sukelti rimtų įterpimo praradimų.
„Planar Lightwave Circuit“ technologija yra šiuolaikinis didelio{0}}tankio, didelio{1}} optinio skaidymo pramonės standartas. Pagaminta naudojant puslaidininkinius litografijos procesus, PLC skirstytuvą sudaro optinio bangolaidžio grandinė, pastatyta ant kvarco arba silicio stiklo pagrindo. Gamybos procesas prasideda silicio dioksido sluoksnių nusodinimu ant silicio plokštelės, o po to atliekamas fotolitografinis ėsdinimas, kad būtų iškirpti tikslūs bangolaidžio takai, atspindintys norimą skaidymo architektūrą. Nustačius bangolaidžio kanalus, uždedami viršutiniai dengimo sluoksniai, o pluošto matricos tiksliai išlygiuojamos ir sujungiamos su lusto kraštais. PLC skirstytuvai pasižymi išskirtinėmis našumo charakteristikomis, įskaitant didelį patikimumą, kompaktišką fizinį pėdsaką, puikų kanalų-to{7}}vienodumą ir platų veikimo bangos ilgių diapazoną nuo 1260 nm iki 1650 nm. Dėl šių puikių savybių optinio pluošto skirstytuvas, kuriame naudojama PLC technologija, tapo didžiuliu pasirinkimu šiuolaikiniuose telekomunikacijų tinkluose, kuriuose naudojamas didelis{11}}skaičių padalijimo koeficientas.
Pagrindinė fizika: kaip šviesa dalijama
Norint visiškai suprasti, kaip veikia optinio pluošto skirstytuvas, reikia išnagrinėti bangų optikos, šviesos sklidimo ir optinės galios paskirstymo principus. Kai šviesos spindulys sklinda žemyn vieno -modo optiniu pluoštu, jis yra apribotas šerdyje dėl visiško vidinio atspindžio – reiškinio, kurį sukelia lūžio rodiklio skirtumas tarp vidinės šerdies ir išorinio apvalkalo. Kai šis šviesos signalas pasiekia jungties tašką skirstytuvo viduje, fizinė įrenginio architektūra pakeičia šį uždarymą ir valdo optinės galios padalijimą.
PLC skirstytuve įeinantis šviesos signalas patenka į vienos įvesties bangolaidį. Šviesos bangai sklindant į plokštumos grandinės išsišakojimą, vienas bangolaidis sklandžiai plečiasi ir skyla į kelis atskirus bangolaidžio kanalus. Pagrindinė bangų optika, valdanti šį procesą, lemia, kad gaunama optinė galia būtų paskirstyta tarp išvesties kanalų. Idealiu atveju subalansuotame skirstytuve optinė energija yra padalyta po lygiai visuose išėjimuose. Pavyzdžiui, 1:8 PLC skirstytuve kiekvienas išvesties prievadas gauna maždaug vieną -aštuntąją visos gaunamos optinės galios, atėmus nedidelius būdingus nuostolius, atsirandančius dėl medžiagos sugerties ir bangolaidžio trūkumų.
Tačiau energijos padalijimas neapsieina be fizinių išlaidų. Kiekvienas optinis komponentas sukelia įterpimo nuostolius, kurie parodo optinės galios nuostolius, atsirandančius įkišus skirstytuvą į perdavimo jungtį, matuojamas decibelais (dB). Teorinis įterpimo praradimas yra neišvengiama matematinė realybė, kurią diktuoja padalijimo santykis. Tobulai subalansuotam 1:2 skirstytuvui teorinis minimalus padalijimo nuostolis yra 3,01 dB, nes pusė galios nukreipiama į kiekvieną prievadą. 1:4 skirstytuvo teorinis nuostolis yra 6,02 dB, 1:8 skirstytuvo - 9,03 dB, 1:16 - 12,04 dB, 1:32 - 15,05 dB, o 1:64 dB - 0,64d8. Realioje gamyboje faktinis įterpimo nuostolis yra šiek tiek didesnis nei šie teoriniai minimumai dėl perteklinių nuostolių, dėl kurių įrenginyje atsiranda sklaidos, atspindžio ir sujungimo neveiksmingumas.
Be įterpimo praradimo, optinio pluošto skirstytuvo veikimo efektyvumą reguliuoja keletas kitų našumo rodiklių. Vienodumas yra kritinis rodiklis, matuojantis, kaip tolygiai optinė galia paskirstoma tarp išvesties prievadų; aukštos-kokybės skirstytuvai pasižymi minimaliu įterpimo nuostolių skirtumu tarp geriausio ir prasčiausio našumo išvesties kanalų. Nuo poliarizacijos priklausomas praradimas (PDL) matuoja įterpimo nuostolių kitimą, atsirandantį dėl šviesos bangos poliarizacijos būsenos pokyčių. Be to, grąžinimo nuostoliai matuoja šviesos, atsispindėjusios atgal link šaltinio, kiekį; didelės grąžinimo nuostolių vertės yra būtinos, kad atgaliniai-atspindėjimai nesugadintų lazerinių siųstuvų ir nepablogintų bendro signalo vientisumo. Nuo bangos ilgio priklausomas praradimas (WDL) užtikrina, kad padalijimo našumas išliktų stabilus visame veikiančių bangų ilgių spektre, naudojamame šiuolaikinėse daugialypės -bangos PON architektūrose.
Strateginis diegimas ir taikymas telekomunikacijų srityje
Dėl optinio pluošto skirstytuvo universalumo, pasyvaus pobūdžio ir ekonomiškumo{0}} jis tapo nepakeičiamu pagrindu įvairiuose telekomunikacijų tinkluose, įmonės aplinkoje ir specializuotose pramoninėse programose. Ryškiausias ir plačiausiai paplitęs šių įrenginių diegimas vyksta „Fiber to the Home“ (FTTH) ir pasyviuosiuose optiniuose tinkluose (PON), pvz., Gigabito pasyviuosiuose optiniuose tinkluose (GPON), Ethernet pasyviuosiuose optiniuose tinkluose (EPON) ir naujos -kartos 10G simetriniuose tinkluose, pvz., XGS-PON.
Įprastoje FTTH architektūroje paslaugų teikėjas centriniame biure arba vietinėje stotyje įdiegia optinės linijos terminalo (OLT) įrangą. Iš OLT vieno -modelis tiekimo pluoštas perduoda duomenis į lauką gyvenamųjų ar komercinių rajonų link. Telekomunikacijų operatoriai naudoja optinius skirstymo tinklus (ODN), kuriuose įrengti skirstytuvai, užuot paleidę atskirą skaidulą nuo centrinio biuro iki kiekvieno abonento, -o tai būtų ekonomiškai ir erdviniu požiūriu pernelyg brangu-. Vienas tiekimo pluoštas gali patekti į lauko paskirstymo gaubtą, kuriame yra 1:32 arba 1:64 optinio pluošto skirstytuvas. Iš šio vieno mazgo iki šešiasdešimt keturių paskirstymo skaidulų išsiskleidžia atskirų klientų patalpose, kurios baigiasi optinio tinklo terminaluose (ONT), esančiuose abonentų namuose ar biuruose. Ši daugiataškė architektūra smarkiai sumažina reikalingo fizinio pluošto kiekį, sumažina siųstuvų-imtuvų prievadų skaičių centriniame biure ir sumažina bendras tinklo operatorių kapitalo išlaidas.
Tinklo architektai taiko skirtingas skaidymo strategijas, priklausomai nuo abonentų tankio, geografinio išdėstymo ir pralaidumo paskirstymo modelių. Centralizuotas padalijimas apima visų skaidymo etapų išdėstymą vienoje vietoje, pvz., centriniame pluošto paskirstymo mazge arba spintoje. Šis metodas supaprastina trikčių šalinimą, sumažina priežiūros sudėtingumą ir leidžia lengviau stebėti iš centrinio biuro, nors tam reikia ilgesnio pluošto paskirstymo nuo mazgo iki individualių namų. Ir atvirkščiai, pakopinis padalijimas paskirsto padalijimo procesą keliose pakopose-, pvz., 1:4 skirstytuvas, esantis pirminėje lauko spintoje, tiekiamas į antrinius 1:8 skirstytuvus, esančius arčiau abonentų grupių. Kaskadinis padalijimas optimizuoja skaidulų panaudojimą tankiai apgyvendintoje priemiesčio ar miesto aplinkoje, padėdamas padalijimo taškus arčiau abonentų grupių geografinio centro, efektyviai subalansuodamas tiekimo ir paskirstymo pluošto ilgius.
Be FTTH plačiajuosčio ryšio diegimo, šie komponentai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį kabelinės televizijos (CATV) hibridiniuose skaiduliniuose{0}}koaksialiuose (HFC) tinkluose, uždarosios{1} grandinės televizijos (CCTV) stebėjimo sistemose ir pramoninio stebėjimo sistemose. CATV tinkluose optiniai skirstytuvai paskirsto analoginius ir skaitmeninius vaizdo signalus į kelias mazgų sritis. Įmonių vietiniuose tinkluose (LAN) optinis padalijimas naudojamas pasyviosiose optinio LAN (POL) architektūrose, siekiant pakeisti tradicinius varinius -pagrįstus eterneto jungiklius, kurie užtikrina didesnį saugumą, sumažina energijos suvartojimą ir atsparumą elektromagnetiniams trukdžiams. Be to, optinio bandymo ir matavimo aplinkose naudojami specializuoti skirstytuvai, skirti nedidelei dalelei optinės galios, -pvz., 1 % arba 2 %-, nukreipti į optinius spektro analizatorius arba galios matuoklius, leidžiančius realiuoju laiku stebėti tiesioginių perdavimo nuorodų našumą nepertraukiant aktyvaus klientų srauto.
Optimalaus integravimo atrankos kriterijai ir pakuotės formatai
Norint sėkmingai įdiegti optinio pluošto skirstytuvą, reikia atidžiai apsvarstyti mechaninio pakavimo formatus, patvarumą aplinkai ir veikimo suderinamumą su esamomis techninės įrangos ekosistemomis. Kadangi šie komponentai montuojami labai įvairiose aplinkose-nuo klimato-valdomų duomenų centrų serverių patalpų ir požeminių sujungimo stulpų iki atvirų lauko oro sujungimo stulpų ir atšiaurių pramoninių gaubtų,-gamintojai kuria daugybę įvairių formų, kad apsaugotų subtilius vidinius optinius lustus ir skaidulų matricas.
Plokščias pluošto skirstytuvas yra kompaktiškiausias pakuotės formatas, kuriame yra plikas, neapsaugotas optinis pluoštas, išeinantis iš skaidymo bloko. Šis formatas visų pirma skirtas integruoti sujungimo dėkluose, suliejamų sujungimo uždorių viduje arba optinėse plokštėse, kur vidinė mechaninė apsauga jau yra gauta. Nors plikieji pluošto skirstytuvai yra labai efektyvūs erdvėje, juos sujungiant reikia atidžiai tvarkyti, kad nebūtų pažeisti trapūs 250 mikronų arba 900 mikronų buferiniai pluoštai.
Įrenginiams, kuriems reikalinga didesnė mechaninė apsauga be didelių gabaritų korpuso, plačiai naudojami beblokiai arba plieniniai vamzdžių skirstytuvai. Šioje konfigūracijoje plieninių -vamzdžių paketas apima PLC lustą ir optinio pluošto matricas, užtikrinančias tvirtą struktūrinį sutvirtinimą ir išlaikant ploną, miniatiūrinį profilį, tinkantį ankštoms erdvėms skaidulų valdymo dėkluose, paskirstymo dėžėse ar modulinėse kasetėse.
Kai skirstytuvai turi būti naudojami atšiaurioje lauko aplinkoje, pvz., ant antenų{0}}montuojamose sijose, pjedestalo gaubtuose arba požeminiuose šuliniuose, standartinis pasirinkimas yra ABS dėžių skirstytuvai arba tvirti moduliniai korpusai. ABS dėžutėje skirstytuvas įdėtas į patvarų, stipriai veikiantį{2}}plastikinį korpusą su sustiprintomis kabelių antgaliais ir tvirtomis jungtimis sujungtomis kojelėmis. Šie įrenginiai atlaiko ekstremalias temperatūros svyravimus, drėgmės patekimą, mechaninę vibraciją ir korozinius elementus, todėl užtikrinamas nepertraukiamas tinklo veikimas per dešimtmečius trunkantį lauko tarnybą. Be to, duomenų centrų aplinkai ir telekomunikacijų stovo įrengimams naudojami ant stovo-montuojami arba kasetiniai{6}}dalytuvai-, pvz., LGX-suderinami moduliai arba 19-colių stovo-montuojamos važiuoklės{11}}technikai, leidžiantys švariai montuoti ir prijungti aktyvųjį skydelį palengvina greitą pataisymą ir struktūrinį kabelių valdymą.
Pasirinkdami optinį skirstytuvą konkrečiam tinklo diegimui, inžinieriai turi įvertinti keletą pagrindinių veikimo specifikacijų. Darbinis bangos ilgis yra svarbiausias; Nors standartiniai telekomunikacijų skirstytuvai veikia plačiame 1260–1650 nm lange, kad tilptų pasroviui, prieš srove gaunami duomenys ir 1550 nm RF vaizdo perdanga arba 1625 nm OTDR bandymo bangos ilgiai, nesutampantys bangos ilgio diapazonai gali sukelti didelį signalo susilpnėjimą. Jungčių tipai-pavyzdžiui, SC/APC, LC/APC arba FC/APC{7}}taip pat turi būti kruopščiai suderinti su aplinkine infrastruktūra. Kampinio fizinio kontakto (APC) poliravimo naudojimas yra standartinė šiuolaikinio PON naudojimo praktika, nes 8{10}}laipsnio kampu nulenktas poliravimas atspindi išsklaidytą šviesą į apvalkalą, o ne atgal į lazerio šaltinį, užtikrinant išskirtinai didelius grąžinimo nuostolius ir sumažinant atspindžio sukeltas bitų klaidas.
Optinio tinklo ateitis žada dar didesnę integraciją, didesnį skaidulų skaičių ir didesnį duomenų pralaidumą, kad palaikytų naujas technologijas, tokias kaip 5G belaidis atgalinis ryšys, lytėjimo interneto programos, krašto kompiuterija ir dirbtinio intelekto duomenų centrai. Kadangi duomenų srauto poreikiai eksponentiškai didėja, pagrindinė fizinė infrastruktūra turi išlikti atspari, keičiamo dydžio ir labai efektyvi. Šioje negailestingoje evoliucijoje kuklus, bet galingas šviesolaidinis skirstytuvas išlieka nepakeičiamu inžinerijos triumfu, tyliai leidžiančiu sklandžiai paskirstyti šviesą, kuri suteikia energijos hiper-sujungtam šiuolaikiniam pasauliui.
