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Grundlagen zu faseroptischen Dämpfungsgliedern

Irving

Übersetzer*in Felix
10. Oktober 2020

Die Verstärkung der Signalleistung in faseroptischen Verbindungen ist manchmal erforderlich, um eine Datenübertragung über lange Strecken zu erreichen. Unter bestimmten Umständen kann jedoch eine zu hohe Signalleistung faseroptische Empfänger überlasten und dem optischen Netzwerk schaden. Um die Signalleistung in Glasfaserverbindungen zu reduzieren, werden faseroptische Dämpfungsglieder eingesetzt. Dieser Artikel beleuchtet die Typen, Funktionsprinzipien und Anwendungen von faseroptischen Dämpfungsgliedern. Dies soll Ihnen zu einem umfassenden Verständnis bezüglich faseroptischer Dämpfungsglieder verhelfen.

Was sind faseroptische Dämpfungsglieder?

Ein faseroptisches Dämpfungsglied, auch optisches Dämpfungsglied genannt, ist ein passives Bauelement, das zur Reduzierung des Leistungspegels eines optischen Signals verwendet wird. Da ein faseroptischer Empfänger durch zu viel Licht übersättigt werden kann, muss die Lichtleistung durch den Einsatz eines faseroptischen Dämpfungsgliedes reduziert werden, um die beste Leistung des faseroptischen Systems zu erreichen. Im Allgemeinen benötigen Multimode-Systeme keine Dämpfungsglieder, da die Multimode-Quellen, selbst VCSELs, selten ausreichend Ausgangsleistung haben, um die Empfänger zu sättigen. Stattdessen müssen heuptsächlich bei Singlemode-Systemen, insbesondere bei Langstrecken-DWDM-Netzwerkverbindungen, oft faseroptische Dämpfungsglieder verwendet werden, um die optische Leistung während der Übertragung anzupassen.

Funktionsprinzipien der faseroptischen Dämpfungsglieder

Ein optisches Dämpfungsglied erreicht die gewünschte Dämpfung in Lichtwellenleiterverbindungen nach verschiedenen Prinzipien, einschließlich des Spaltverlustprinzips, des Absorptionsprinzips oder des Reflexionsprinzips.

Gap-Loss-Prinzip

Das Gap-Loss-Prinzip reduziert das optische Leistungsniveau, indem das Gerät in einer Inline-Konfiguration in den Faserpfad eingefügt wird. Gap-Loss-Dämpfungsglieder werden verwendet, um eine Sättigung des Empfängers zu verhindern, und werden in der Nähe des Senders platziert. Gap-Loss-Dämpfungsglieder verwenden einen Längsspalt zwischen zwei optischen Fasern, so dass das von einer optischen Faser zur anderen übertragene optische Signal reduziert werden kann. Dieses Prinzip ermöglicht es, dass sich das Licht von der sendenden optischen Faser beim Verlassen der optischen Faser ausbreiten kann. Wenn das Licht in die empfangende optische Faser gelangt, geht ein Teil des Lichts aufgrund eines Spalts im Mantel verloren und es kommt zur Streuung. Diese optischen Dämpfungsglieder sollten in der Nähe des Senders angebracht werden, um seine effektive Leistung zu gewährleisten. Um das Signal weiter unten im Faserpfad zu reduzieren, ist ein optisches Dämpfungsglied mit absorbierender oder reflektierender Technik besser geeignet.

Absorptionsprinzip

Das Absorptionsprinzip, oder Absorptives Prinzip, ist für einen Anteil des Leistungsverlustes in optischen Fasern verantwortlich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die optische Faser optische Energie absorbiert und in Wärme umwandelt. Das Absorptionsprinzip kann verwendet werden, um ein optisches Dämpfungsglied mit einer bekannten Leistungsreduzierung zu entwerfen. Beim absorptiven Prinzip wird im optischen Pfad ein spezielles Material verwendet, das optische Energie absorbiert. Das Prinzip ist einfach, kann aber eine wirksame Methode zur Reduzierung der übertragenen und empfangenen Leistung sein.

Reflexionsprinzip

Das Reflexionsprinzip, oder Streuung, macht einen weiteren Anteil des Leistungsverlustes in optischen Fasern aus und resultiert ebenfalls aus den Unvollkommenheiten der optischen Fasern. In diesem Fall führt es jedoch zu einer Streuung des Signals. Das gestreute Licht fügt Interferenzen in die optische Faser ein und reduziert dadurch die Menge des gesendeten und empfangenen Lichts. Dieses Prinzip kann bei der geplanten Dämpfung eines Signals angewendet werden. Das im faseroptischen Dämpfungsglied verwendete Material wird so hergestellt, dass es eine bekannte Menge des Signals reflektiert, so dass sich nur der gewünschte Teil des Signals ausbreiten kann.

Wie viele Arten von faseroptischen Dämpfungsgliedern gibt es?

Ein faseroptisches Dämpfungsglied kann verschiedene Formen annehmen. Auf dem Markt finden Sie viele Arten von optischen Dämpfungsgliedern mit unterschiedlichen Klassifizierungsperspektiven wie z.B. Steckertyp, Kabeltyp usw. Im Allgemeinen werden sie allgemein als feste optische Dämpfungsglieder (FOA) und variable optische Dämpfungsglieder (VOA) gruppiert.

Festes optisches Dämpfungsglied (Fixed Optical Attenuator / FOA)

Ein festes Dämpfungsglied ist, wie der Name bereits verdeutlicht, so ausgelegt, dass es einen unveränderlichen Dämpfungspegel in der optischen Faser hat. Dieser wird in dB ausgedrückt und liegt typischerweise zwischen 1dB und 30dB, wie z.B. 1dB, 5dB, 10dB, usw. Feste optische Dämpfungsglieder können eine Vielzahl von Wirkprinzipien für ihre Funktion verwenden. Die bevorzugten optischen Dämpfungsglieder verwenden oft entweder dotierte Fasern oder falsch ausgerichtete Spleiße, während nicht bevorzugte Dämpfungsglieder oft Gap-Loss oder reflektierende Prinzipien verwenden.

Wie in der Abbildung unten dargestellt, bestehen feste Dämpfungsglieder aus dem In-Line-Typ und dem Steckertyp. Der In-Line-Typ sieht wie ein einfaches Glasfaser-Patchkabel aus. Die optischen In-Line-Dämpfungsglieder sind in die Patchkabel integriert. Das Dämpfungsglied des Steckertyps sieht wie ein Faser-Steckverbinder aus. Gewöhnlich hat er auf einer Seite einen männlichen Steckverbinder, damit das Faser-Dämpfungsglied direkt in die Empfängerausrüstung oder Adapter im Patchpanel eingesteckt werden kann. Auf der anderen Seite befindet sich ein weiblicher Faseroptikadapter, damit die Patchkabel eingesteckt werden können. Es gibt auch optische Dämpfungsglieder vom Typ Buchse-zu-Buchse, die gleichzeitig als Adapter und Dämpfungsglieder verwendet werden können. Zu ihren Anwendungen gehören Telekommunikationsnetzwerke, Glasfaser-Testeinrichtungen, lokale Netzwerke (LAN) und CATV-Systeme.

Variables optisches Dämpfungsglied (Variable Optical Attenuator / VOA)

Ein optisches variables Dämpfungsglied (VOA) verwendet im Allgemeinen einen variablen Neutraldichtefilter. VOA wird im Allgemeinen zum Testen und Messen verwendet, wird aber auch häufig in Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA) eingesetzt, um die Lichtleistung zwischen verschiedenen Kanälen auszugleichen. Es hat den Vorteil, dass es stabil, wellenlängenunempfindlich und modenunempfindlich ist und einen großen dynamischen Bereich bietet.

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von variablen optischen Dämpfungsgliedern: stufenweise variable Dämpfungsglieder und kontinuierlich variable Dämpfungsglieder. Das stufenweise variable Dämpfungsglied kann die Dämpfung des Signals in bekannten Schritten wie 0,1dB, 0,5dB oder 1dB ändern. Das stufenlos variable optische Dämpfungsglied erzeugt einen präzisen Dämpfungspegel mit flexibler Einstellung. So kann der Bediener das Dämpfungsglied schnell und präzise an die erforderlichen Änderungen anpassen, ohne die Schaltung zu unterbrechen.

Singlemode- und Multimode-Dämpfungsglieder

Da faseroptische Dämpfungsglieder in zwei Arten von Faserkabeln verwendet werden können, nämlich in Singlemode- und Multimode-Kabeln, lassen sich optische Dämpfungsglieder in Singlemode- und Multimode-Typen einteilen. Faseroptische Dämpfungsglieder werden normalerweise in Singlemode-Langstreckenanwendungen eingesetzt. Dementsprechend ist der üblicherweise verwendete Typ auch ein Singlemode-Typ. Obwohl faseroptische Dämpfungsglieder normalerweise für Singlemode-Anwendungen verwendet werden, gibt es auch faseroptische Multimode-Dämpfungsglieder, die mit Multimode-Faserkabeln kombiniert werden können. Bei der Auswahl eines Typs von optischen Dämpfungsgliedern gegenüber einem anderen ist es notwendig, den Dämpfungsbereich und die Wellenlänge zu berücksichtigen.

Wann sollten faseroptische Dämpfungsglieder verwendet werden?

Dämpfungsglieder werden verwendet, wenn das am Empfänger ankommende Signal zu stark ist und die Empfangselemente überlasten kann, und Dämpfungsglieder können zum Testen der Leistungspegelspannen verwendet werden. Insgesamt gibt es zwei Szenarien, in denen optische Dämpfungsglieder ihre Rolle spielen können:

  • Bei der Prüfung des Leistungspegels von Glasfaserkabeln werden Dämpfungsglieder verwendet, um vorübergehend einen kalibrierten Betrag des Signalverlusts hinzuzufügen, um die Leistungspegelspannen in einem Glasfasersystem zu prüfen.

  • Optische Dämpfungsglieder werden in einer Glasfaserverbindung fest installiert, um die Signalpegel an Sender und Empfänger richtig anzupassen.

Wie werden Glasfaser-Dämpfungsglieder in Datenverbindungen verwendet?

Bei Singlemode-Anwendungen, insbesondere bei analogen CATV-Systemen, ist der wichtigste Parameter nach dem korrekten Verlustwert die Rückflussdämpfung oder Reflektivität. Viele Arten von optischen Dämpfungsgliedern (insbesondere Typen mit Gap-Loss) leiden unter hohem Reflexionsvermögen, so dass sie Sender ebenso wie hochreflektierende Steckverbinder nachteilig beeinflussen können.

Wählen Sie ein Dämpfungsglied mit guten Reflexionsspezifikationen, und installieren Sie das Dämpfungsglied immer am Empfängerende der Verbindung, wie oben gezeigt. Dies liegt daran, dass es bequemer ist, die Empfängerleistung vor und nach der Dämpfung zu testen oder während der Einstellung mit dem Leistungsmesser am Empfänger zu messen, außerdem wird die Reflexion auf ihrem Weg zurück zur Quelle gedämpft.

Testen Sie die Systemleistung bei eingeschaltetem Transmitter und installiertem optischen Dämpfungsglied am Empfänger und unter Verwendung eines optischen Leistungsmessers, der auf die Betriebswellenlänge des Systems eingestellt ist. Prüfen Sie, ob die Leistung innerhalb des für den Empfänger angegebenen Bereichs liegt. Wenn die optische Leistung höher oder niedriger als die erforderliche Konfiguration ist, sollten die optischen Dämpfungsglieder gewechselt werden, um die Leistung erneut anzupassen.

Fazit

Ein faseroptisches Dämpfungsglied ist eine wesentliche passive Komponente im optischen Kommunikationssystem. Die Innovationen in der faseroptischen Industrie dauern an, und faseroptische Dämpfungsglieder werden sich weiterentwickeln, um niedrigere Kosten, schnellere Reaktionszeiten und eine verbesserte Integration von Hybriden mit anderen optischen Kommunikationsgeräten zu ermöglichen.

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