Савремени телекомуникациони пејзаж изграђен је на изванредним могућностима технологије оптичких влакана. Коришћењем светлосних импулса за пренос огромних количина података на невероватне удаљености брзином муње, оптичка влакна су заменила бакарне каблове као неоспорну кичму глобалне комуникације. Међутим, пренос података са једног централног извора на више крајњих-корисника захтева софистициране пасивне оптичке компоненте које могу да дистрибуирају сигнале без потребе за активном електричном енергијом. У срцу ове архитектуре дистрибуције лежи критични пасивни оптички уређај: оптички разделник. Дозвољавајући да се један долазни оптички сигнал подели на више идентичних или одговарајуће пропорционалних излазних сигнала, или обрнуто, комбиновањем више сигнала у једну узводну путању, ова технологија чини камен темељац модерних пасивних оптичких мрежа (ПОН-ова), чинећи-широкопојасни интернет велике брзине, телевизију и телефонију економски одрживим за милионе предузећа широм света.
Дефинисање уређаја: основне технологије и производња
На свом најосновнијем нивоу, Фибер Оптиц Сплиттер је пасивни оптички уређај за гранање који дели сноп светлости на неколико делова или комбинује више светла у један сноп. За разлику од активних мрежних компоненти као што су рутери или свичеви којима је потребна електрична енергија за обраду, појачавање и усмеравање пакета података, разделник ради потпуно пасивно користећи физичка оптичка својства. Има један или два улазна краја и више излазних крајева, са конфигурацијама раздвајања које се обично крећу од једноставних односа 1:2 и 1:4 до масивних односа 1:64 или 1:128 који се користе у великим{10}}примјенама телекомуникација.
Производња и унутрашња конструкција ових уређаја углавном се ослањају на две различите технологије производње: Фусед Бицоницал Тапер (ФБТ) и Планар Лигхтваве Цирцуит (ПЛЦ) технологију. Разумевање разлика између ове две методологије је од суштинског значаја за мрежне инжењере и дизајнере система, пошто свака технологија нуди јединствене предности у зависности од специфичног окружења апликације, опсега оперативних таласних дужина и захтева за густином.
Технологија Фусед Бицоницал Тапер је традиционалнија метода производње. То укључује узимање два или више голих влакана, њихово постављање уско једно заједно и спајање под екстремном топлотом док растезање и издуживање спојеног дела. Овај процес сужења ствара специјализовану биконичну структуру која контролише однос спајања на основу тога колико су влакна растегнута и колико блиско њихова језгра међусобно делују. ФБТ разделници су релативно једноставни за производњу и исплативи су-посебно за мале поделе као што су 1:2 или 1:4. Они такође нуде јединствену предност рада на више различитих таласних дужина, као што су 850нм, 1310нм и 1550нм истовремено, што их чини популарним у старим системима и специфичним окружењима за оптичко тестирање. Међутим, ФБТ раздјелници пате од ограничења у погледу скалабилности и температурне стабилности; како се однос поделе повећава преко 1:8, униформност перформанси значајно опада, а флуктуације у околини могу довести до озбиљних губитака при уметању.
Технологија Планар Лигхтваве Цирцуит представља савремени индустријски стандард за оптичко цепање велике{0}}густине велике-размере. Произведен коришћењем процеса полупроводничке литографије, ПЛЦ разделник се састоји од оптичког таласоводног кола изграђеног на подлози од кварцног или силицијумског стакла. Процес производње почиње наношењем слојева силицијум-диоксида на силицијумску плочицу, након чега следи фотолитографско гравирање да би се изрезали прецизни таласоводи који одражавају жељену архитектуру цепања. Када су канали таласовода успостављени, наносе се горњи слојеви облоге, а низови влакана су прецизно поравнати и везани за ивице чипа. ПЛЦ разделници нуде изузетне карактеристике перформанси, укључујући високу поузданост, компактне физичке површине, одличну униформност канала-до-канала и широк опсег оперативних таласних дужина од 1260нм до 1650нм. Због ових супериорних атрибута, оптички разделник који користи ПЛЦ технологију постао је неодољив избор за модерне телекомуникационе мреже које примењују велике{11}}односе поделе броја.
Основна физика: Како се светлост дели
Да бисмо у потпуности разумели како функционише оптички разделник, морамо испитати принципе таласне оптике, ширења светлости и дистрибуције оптичке снаге. Када светлосни сноп путује низ једно-модно оптичко влакно, он је ограничен унутар језгра због потпуне унутрашње рефлексије, феномена узрокованог разликом индекса преламања између унутрашњег језгра и спољашње облоге. Када овај светлосни сигнал дође до тачке спајања унутар разделника, физичка архитектура уређаја мења ово ограничење и управља поделом оптичке снаге.
У ПЛЦ разделнику, долазни светлосни сигнал улази у један улазни таласовод. Како се светлосни талас шири у област гранања планарног кола, појединачни таласовод се глатко шири и дели на више појединачних таласоводних канала. Основна таласна оптика која управља овим процесом диктира да се улазна оптичка снага дистрибуира између излазних канала. У идеалном случају, у балансираном разделнику, оптичка енергија је подједнако подељена на све излазе. На пример, у ПЛЦ разделнику 1:8, сваки излазни порт прима отприлике једну-осмину укупне долазне оптичке снаге, минус мање инхерентне губитке изазване апсорпцијом материјала и несавршеностима таласовода.
Подела снага, међутим, није без физичких трошкова. Свака оптичка компонента уноси губитак у уметању, који представља губитак оптичке снаге настао убацивањем разделника у преносни линк, мерен у децибелима (дБ). Теоријски губитак уметања је неизбежна математичка реалност коју диктира однос поделе. За савршено избалансиран разделник 1:2, теоретски минимални губитак цепања је 3,01 дБ, јер је половина снаге усмерена на сваки порт. За раздјелник 1:4, теоретски губитак је 6,02 дБ, за раздјелник 1:8 је 9,03 дБ, за раздјелник 1:16 је 12,04 дБ, за раздјелник 1:32 је 15,05 дБ, а за раздјелник 1:64 дБ је 86. У стварној-светској производњи, стварни губитак уметања је нешто већи од ових теоретских минимума због вишка губитка, који објашњава неефикасност расејања, рефлексије и спајања унутар уређаја.
Осим губитка при убацивању, неколико других метрика перформанси регулише оперативну ефикасност оптичког разделника. Уједначеност је критична метрика која мери колико је равномерно оптичка снага распоређена између излазних портова; разделници високог{1}}квалитета показују минималну варијацију у губитку уметања између излазних канала са најбољим и најлошијим перформансама. Губитак зависан од поларизације (ПДЛ) мери варијацију у губитку уметања који је резултат промена у стању поларизације светлосног таласа. Штавише, повратни губитак мери количину светлости рефлектоване уназад према извору; високе вредности повратних губитака су од суштинског значаја да би се спречило-одбијање повратних рефлексија да ометају ласерске предајнике и наруше целокупни интегритет сигнала. Губитак зависан од таласне дужине (ВДЛ) обезбеђује да перформансе цепања остану стабилне у целом спектру оперативних таласних дужина које се користе у модерним ПОН архитектурама са више таласних дужина.
Стратешка примена и примена у телекомуникацијама
Свестраност, пасивна природа и исплативост{0}}оптичких разделника учинили су га незаменљивим градивним елементом у широком спектру телекомуникационих мрежа, окружења предузећа и специјализованих индустријских апликација. Најистакнутија и најраспрострањенија примена ових уређаја се дешава у оквиру Фибер то тхе Хоме (ФТТХ) и пасивних оптичких мрежа (ПОН), као што су гигабитне пасивне оптичке мреже (ГПОН), Етхернет пасивне оптичке мреже (ЕПОН) и следећа{2}}генерација 10Г симетричних мрежа као што је КСГС{4}}ПОН.
У типичној ФТТХ архитектури, добављач услуга поставља опрему оптичког линијског терминала (ОЛТ) у централној канцеларији или локалној централи. Из ОЛТ-а, једно-модно фидер влакно преноси податке низводно у поље према стамбеним или пословним насељима. Уместо да покрећу наменско појединачно влакно од централне канцеларије до сваког појединачног претплатника-што би било економски и просторно недовољно-телекомуникациони оператери користе оптичке дистрибутивне мреже (ОДН) опремљене разделницима. Једно доводно влакно може ући у спољно дистрибутивно кућиште које садржи оптички разделник 1:32 или 1:64. Из овог једног чвора, до шездесет-четири дистрибутивна влакна се шире за опслуживање појединачних корисничких просторија, завршавајући на терминалима оптичке мреже (ОНТ) који се налазе у домовима или канцеларијама претплатника. Ова{13}}до{14}}архитектура са више тачака драстично смањује количину потребног физичког влакна, смањује број портова примопредајника у централној канцеларији и минимизира укупне капиталне трошкове за мрежне оператере.
Мрежни архитекти користе различите стратегије раздвајања у зависности од густине претплатника, географског распореда и модела алокације пропусног опсега. Централизовано раздвајање укључује постављање свих степена за раздвајање на једну локацију, као што је централно чвориште за дистрибуцију влакана или ормар. Овај приступ поједностављује решавање проблема, смањује сложеност одржавања и омогућава лакши надзор из централне канцеларије, иако захтева дуже дистрибуционо влакно од чворишта до појединачних домова. Супротно томе, каскадно раздвајање дистрибуира процес раздвајања на више нивоа-као што је разделник 1:4 који се налази у примарном спољном орману који се напаја у секундарне 1:8 разделнике који се налазе ближе претплатничким кластерима. Каскадно раздвајање оптимизује коришћење влакана у густо насељеним приградским или урбаним срединама постављањем тачака раздвајања ближе географском центру претплатничких група, ефикасно балансирајући дужине фидера и дистрибутивних влакана.
Поред примене широкопојасног ФТТХ-а, ове компоненте играју виталну улогу у кабловској телевизији (ЦАТВ) хибридним фибер-коаксијалним (ХФЦ) мрежама,-телевизијским системима за надзор (ЦЦТВ) и оквирима за индустријско праћење. У ЦАТВ мрежама, оптички раздјелници дистрибуирају аналогне и дигиталне видео сигнале низводно до више чворних подручја. У локалним мрежама предузећа (ЛАН), оптичко раздвајање се користи у пасивним оптичким ЛАН (ПОЛ) архитектурама за замену традиционалних бакарних-базираних Етхернет прекидача, нудећи побољшану безбедност, смањену потрошњу енергије и отпорност на електромагнетне сметње. Поред тога, у окружењима за оптичко тестирање и мерење, специјализовани разделници се примењују да одводе мали део оптичке снаге-као што је 1% или 2%-на оптичке анализаторе спектра или мераче снаге, омогућавајући{10}}надгледање перформанси у реалном времену веза за пренос уживо без прекидања активног саобраћаја корисника.
Критеријуми избора и формати паковања за оптималну интеграцију
Успешно постављање фибер-оптичког разделника захтева пажљиво разматрање механичких формата паковања, трајности животне средине и оперативне компатибилности са постојећим хардверским екосистемима. Пошто су ове компоненте инсталиране у веома разноликим окружењима-у распону од климатских{2}}суверских соба у центру података и подземних спојница до изложених стубова за спајање на отвореном и грубих индустријских кућишта-произвођачи дизајнирају широк спектар фактора облика за заштиту деликатних унутрашњих оптичких чипова и оптичких влакана.
Разделник голих влакана је најкомпактнији формат паковања, који садржи гола, незаштићена оптичка влакна која излазе из блока за цепање. Овај формат је првенствено дизајниран за интеграцију унутар лежишта за спајање, фузионих спојница или оптичких патцх панела где је унутрашња механичка заштита већ обезбеђена од стране кућишта. Иако су веома просторно-ефикасни, разделници голих влакана захтевају пажљиво руковање од стране техничара током спајања како би се избегло оштећење ломљивих 250-микронских или 900-микронских пуферованих влакана.
За примене које захтевају већу механичку заштиту без гломазног кућишта, широко се користе разделници без блокова или челичне цеви. У овој конфигурацији, пакет челичних-цеви обухвата ПЛЦ чип и низове оптичких влакана, обезбеђујући робусно структурно ојачање, истовремено одржавајући танак, минијатурни профил погодан за уске просторе унутар фиока за управљање влакнима, разводних кутија или модуларних касета.
Када разделници морају да буду постављени у робусним спољашњим окружењима, као што су затварачи{0}}уграђени на ваздушне траке, кућишта на постољу или подземни шахтови, АБС кутијасти разделници или робусна модуларна кућишта су стандардни избор. АБС кутија обухвата разделник у издржљиво,-пластично кућиште са јаким ударима, које садржи ојачане чизме за каблове и робусне спојене пигтаилове. Ове јединице издржавају екстремне температурне варијације, продирање влаге, механичке вибрације и корозивне елементе, обезбеђујући непрекидан рад мреже током деценија рада на терену. Штавише, за окружења центара података и инсталације телекомуникационих рек-ова, разделници-монтирани или на касети-базирани-као што су ЛГКС-компатибилни модули или 19-инчни сталак-омогућавају монтажу на шасију, омогућавају техничарима за монтажу сплиттер панела да чисте активну опрему са патцх панела и да чисте активну опрему. брзо закрпе и структурирано управљање кабловима.
Када бирају оптички разделник за специфичну примену мреже, инжењери морају проценити неколико кључних оперативних спецификација. Радна таласна дужина је најважнија; док стандардни телекомуникациони разделници раде у широком прозору од 1260нм до 1650нм да би се прилагодили низводним подацима, узводним подацима и 1550нм РФ видео преклапању или таласним дужинама 1625нм ОТДР тестирања, неусклађени опсези таласних дужина могу довести до озбиљног слабљења сигнала. Типови конектора-као што су СЦ/АПЦ, ЛЦ/АПЦ или ФЦ/АПЦ-такође морају бити пажљиво усклађени са околном инфраструктуром. Употреба англед Пхисицал Цонтацт (АПЦ) полирања је стандардна пракса у модерним ПОН имплементацијама, пошто полирање под углом од 8-степени рефлектује залуталу светлост у облогу, а не назад ка ласерском извору, обезбеђујући изузетно висок повратни губитак и минимизирајући грешке битова изазване рефлексијом.
Будућност оптичког умрежавања обећава још већу интеграцију, већи број влакана и повећану пропусност података за подршку новим технологијама као што су 5Г бежични бацкхаул, тактилне интернет апликације, рачунарство на ивици и центри података са вештачком интелигенцијом. Како захтеви за саобраћајем података експоненцијално ескалирају, основна физичка инфраструктура мора остати отпорна, скалабилна и високо ефикасна. У оквиру ове немилосрдне еволуције, скромни, али моћни оптички разделник остаје незаменљиви инжењерски тријумф, тихо омогућавајући беспрекорну дистрибуцију светлости која покреће наш хипер{3}}повезан савремени свет.
