11.1. Определение и назначение оптических аттенюаторов

11.2. Фиксированные оптические аттенюаторы

11.3. Перестраиваемые оптические аттенюаторы

11.1. Определение и назначение оптических аттенюаторов

Аттенюаторы представляют собой пассивные элементы, которые применяются для уменьшения оптической мощности, падающей на фотодетектор, во избежание насыщения приемника и для уравновешивания уровней оптической мощности в пассивных волоконно-оптических сетях. Такая необходимость может возникнуть как при передачи цифрового, так и аналогового сигнала. При цифровой передаче большой уровень способен привести к насыщению приемного оптоэлектронного модуля. При передаче аналогового сигнала черезмерно высокий уровень приводит к нелинейным искажениям.

Аттенюаторы находят широкое применение на магистральных, внутризоновых, распределительных и внутриобъектовых волоконно-оптических сетях. Как правило аттенюаторы устанавливают перед приемником на аппаратурной или оконечной стойке. Главным образом их размещают на станциях, но иногда в линейных шкафах.

Они находят также применение при стрессовом тестировании аппаратуры ВОСП. Известно, что проектирование аппаратуры ВОСП обязательно включает в себя расчет энергетического бюджета оптического сигнала в ВОСП. Реальное значение энергетического бюджета оптического сигнала, полученное в ходе приемосдаточных испытаний, включается в паспорт ВОСП. В связи с тем, что расчетное значение, как правило, имеет запас по мощности по сравнению с реальным значением, возникает вопрос оценки потенциального запаса по мощности в ВОСП. Значение величины этого запаса может быть использовано для анализа влияния различных условий эксплуатации: например, каково предельное значение затухания заданного узла ВОСП, при котором система будет еще работать?

Для анализа этого запаса по мощности используются принципы стрессового тестирования, то есть имитации плохих условий функционирования ВОСП. Для имитации плохого качества ВОСП используются оптические аттенюаторы. Измерения могут сопровождаться анализом цифрового канала связи по параметру ошибки (BER) в зависимости от уровня сигнала в линии. Схема такого измерения представлена на  рисунке 11.1.

Согласно схеме в линию передачи включается оптический аттенюатор, который вносит дополнительное затухание в ВОСП. При этом измеряется зависимость параметра ошибки BER от уровня вносимого затухания. Предельное значение вносимого затухания, при котором аппаратура ВОСП функционирует согласно техническим условиям, определяет запас по мощности в ВОСП [24].

Рисунок 11.1 – Схема стрессового тестирования ВОСП

Необходимость применения оптических аттенюаторов возникает также в системах плотного многоволнового мультиплексирования, когда один канал оказывает влияние на другие из-за нелинейных эффектов в передающем световоде. При этом уровни мощности различных канальных сигналов часто значительно отличаются друг от друга. Причиной этого могут быть различия уровней мощности на выходе передатчика, различные расстояния передачи, а также зависимость параметров оптических компонентов и модулей от длинны волны.

По принципу действия аттенюаторы бывают фиксированные и переменные.

11.2. Фиксированные оптические аттенюаторы

Фиксированные аттенюаторы имеют установленное изготовителем значение затухания, величина которого составляет 0, 5, 10, 15 или 20 дБ. Отличительной особенностью данных аттенюаторов является то, что вносимое ими затухание осуществляется либо  воздушным зазором, либо специальным поглощающим фильтром,  что позволяет значительно снизить обратное френелевское отражение. Дальнейшее уменьшение отражений достигается использованием скошенного под углом 8⁰ наконечника в сочетании с FC/APC или SC/APC соединителем.

Фиксированный аттенюатор может быть также выполнен в виде сварного соединения с радиальным смещением оптических волокон, а также путем изгиба световода передающего тракта.

Аттенюаторы, используемые в системах передачи, в основном отличаются типом исполнения и выполняются в виде: аттенюатора-шнура, оконцованного стандартными ST, SC или FC соединителями, аттенюаторы-розетки, различного вида фланца и аттенюатора-FM розетки, устанавливаемой между стандартной переходной розеткой и оптическим соединителем.

11.3. Перестраиваемые оптические аттенюаторы

Обычно различают три типа оптических перестраиваемых аттенюаторов: дискретно-перестраиваемые, непрерывно-перестраиваемые и комбинированные, где дискретный переключатель обычно выполняет роль полного подавления входящего сигнала. Все аттенюаторы как правило широкополосные.

К регулируемым оптическим аттенюаторам, предназначенным для измерительных целей, предъявляются более жесткие требования и по уровню обратных отражений, и по точности установки обратных отражений, и по точности установки ослабления. Это связано с тем, что данные устройства должны обеспечивать заданный уровень ослабления, оказывая минимальное влияние на измерительную цепь. Как правило, такие устройства основаны на относительном перемещении оптических компонентов на пути прохождения светового излучения, например, оптических призм, с тем, чтобы обеспечить требуемый уровень вносимых ими потерь. На рисунке 11.2 представлена функциональная схема такого аттенюатора, где для достижения высокой точности и простоты управления используется микропроцессор [7].

Основными характеристиками оптических аттенюаторов являются отражение, вносимые потери, линейность, а также повторяемость установленных значений ослабления в заданном динамическом диапазоне регулирования затухания, при этом:

- затухание отраженного сигнала, или коэффициент отражения, определяется с помощью источника излучения и измерителя отраженного сигнала в строгом соответствии с международными рекомендациями EIA-TIA (FOTP 107);

- вносимые потери определяются по значению мощности источника излучения, измеренному  с помощью измерителя мощности, подключенного вначале непосредственно к источнику излучения, а затем к аттенюатору, установленному в режим минимального ослабления. В результате световое излучение источника передается через калибруемый аттенюатор, и полученное значение мощности вновь измеряется;

- линейность характеристики преобразования аттенюатора определяется в заданном диапазоне ослабления, используя высокостабильный  DFB источник излучения и измеритель мощности с высокой линейностью характеристики преобразования. Расхождение между установленным значением ослабления и показанием измерителя мощности соответствует абсолютной погрешности линейности аттенюатора во всем диапазоне изменения ослабления;

- повторяемость значений ослабления определяется путем изменения последних от предыдущего значения к новому значению и обратно, во всем диапазоне изменения ослабления.

Сравнительные характеристики перестраиваемых оптических аттенюаторов приведены в таблице11.1.

Таблица 11.1 – Сравнительные характеристики перестраиваемых оптических аттенюаторов

Контрольные вопросы 1. Для чего предназначен аттенюатор? 2. Какие типы аттенюаторов Вы знаете? 3. Назовите области применения аттенюаторов. 4. На каком принципе основана работа переменного оптического аттенюатора? 5. Чем обусловлено первоначальное остаточное затухание переменного оптического аттенюатора? 6. Перечислите основные параметры постоянных и переменных аттенюаторов.