Kaasaegne telekommunikatsioonimaastik on üles ehitatud fiiberoptilise tehnoloogia erakordsetele võimalustele. Kasutades valgusimpulsse tohutute andmemahtude edastamiseks välkkiirelt uskumatute vahemaade taha, on optilised kiud asendanud vaskkaablid ülemaailmse suhtluse vaieldamatu selgroona. Andmete edastamiseks ühest kesksest allikast mitmele lõppkasutajale-on aga vaja keerukaid passiivseid optilisi komponente, mis suudavad signaale levitada ilma aktiivset elektrienergiat nõudmata. Selle jaotusarhitektuuri keskmes on kriitiline passiivne optiline seade: Fiber Optic Splitter. Lubades ühe sissetuleva optilise signaali jagada mitmeks identseks või sobiva proportsiooniga väljundsignaaliks või vastupidi, kombineerides mitu signaali üheks ülesvoolu teeks, moodustab see tehnoloogia kaasaegsete passiivsete optiliste võrkude (PON) nurgakivi, muutes kiire lairibaühenduse, televisiooni ja telefoniühenduse miljonite kodude ja ettevõtete jaoks üle maailma majanduslikult elujõuliseks.
Seadme määratlemine: põhitehnoloogiad ja tootmine
Kõige põhilisemal tasemel on fiiberoptiline jaotur passiivne optiline hargnemisseade, mis jagab valguskiire mitmeks osaks või ühendab mitu valgust üheks kiireks. Erinevalt aktiivsetest võrgukomponentidest, nagu ruuterid või lülitid, mis vajavad andmepakettide töötlemiseks, võimendamiseks ja marsruutimiseks elektrienergiat, töötab splitter täielikult passiivselt, kasutades füüsilisi optilisi omadusi. Sellel on üks või kaks sisendiotsa ja mitu väljundotsa ning jaotuskonfiguratsioonid ulatuvad tavaliselt lihtsatest suhetest 1:2 ja 1:4 kuni massiivsete suheteni 1:64 või 1:128, mida kasutatakse suuremahulistes{10}telekommunikatsioonisüsteemides.
Nende seadmete tootmine ja sisemine konstruktsioon tuginevad üldiselt kahele erinevale tootmistehnoloogiale: sulatatud bikoonilise koonuse (FBT) ja Planar Lightwave Circuit (PLC) tehnoloogiale. Nende kahe metoodika erinevuste mõistmine on võrguinseneride ja süsteemidisainerite jaoks hädavajalik, kuna iga tehnoloogia pakub ainulaadseid eeliseid sõltuvalt konkreetsest rakenduskeskkonnast, töölainepikkuse vahemikust ja tihedusnõuetest.
Fused Biconical Taper tehnoloogia on traditsioonilisem tootmismeetod. See hõlmab kahe või enama katmata kiudude võtmist, nende tihedat asetamist ja nende sulatamist äärmise kuumuse all, samal ajal venitades ja pikendades sulatatud osa. See kitsenev protsess loob spetsiaalse bikoonilise struktuuri, mis juhib sidestussuhet selle põhjal, kui palju kiud on venitatud ja kui tihedalt nende südamikud omavahel suhtlevad. FBT-jaoturid on suhteliselt lihtsasti valmistatavad ja-kulutõhusad, eriti madalate jaotuste puhul, nagu 1:2 või 1:4. Samuti pakuvad need ainulaadset eelist töötades korraga mitmel erineval lainepikkusel, näiteks 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm, muutes need populaarseks pärandsüsteemides ja spetsiifilistes optilistes testimiskeskkondades. FBT-jaoturitel on aga mastaapsuse ja temperatuuri stabiilsuse piirangud; kui jaotussuhe suureneb üle 1:8, langeb jõudluse ühtlus märkimisväärselt ja keskkonna kõikumised võivad põhjustada tõsist sisestuskaotust.
Planar Lightwave Circuit tehnoloogia esindab kaasaegset tööstusstandardit suure{0}}tiheduse ja suure{1}}skaala optilise jaotuse jaoks. Pooljuhtlitograafiaprotsesside abil toodetud PLC-jaotur koosneb optilisest lainejuhtahelast, mis on ehitatud kvarts- või räniklaasist substraadile. Tootmisprotsess algab ränidioksiidi kihtide sadestamisega räniplaadile, millele järgneb fotolitograafiline söövitamine, et nikerdada täpsed lainejuhiteed, mis peegeldavad soovitud poolitusarhitektuuri. Kui lainejuhikanalid on loodud, kantakse peale ülemised kattekihid ning kiu massiivid on täpselt joondatud ja liimitud kiibi servadega. PLC-jaoturid pakuvad erakordseid jõudlusomadusi, sealhulgas kõrget töökindlust, kompaktset füüsilist jalajälge, suurepärast kanalite{6}}--ühtlust ja laia töölainepikkuse vahemikku 1260 nm kuni 1650 nm. Nende suurepäraste atribuutide tõttu on PLC-tehnoloogiat kasutavast fiiberoptilisest jaoturist saanud valdav valik tänapäevaste telekommunikatsioonivõrkude jaoks, mis kasutavad suurt{11}}arvu jaotussuhet.
Aluseks olev füüsika: kuidas valgus jaguneb
Kiudoptilise splitteri toimimise täielikuks mõistmiseks tuleb uurida laineoptika, valguse levimise ja optilise võimsuse jaotuse põhimõtteid. Kui valguskiir liigub mööda ühemoodilist -režiimilist optilist kiudu, on see täieliku sisemise peegelduse tõttu suletud südamikus, mis on põhjustatud sisemise südamiku ja välimise katte murdumisnäitaja erinevusest. Kui see valgussignaal jõuab jaoturi sees asuvasse ristmikupunkti, muudab seadme füüsiline arhitektuur seda piiratust ja haldab optilise võimsuse jaotust.
PLC-jaoturis siseneb sissetulev valgussignaal ühe sisendiga lainejuhti. Kui valguslaine levib tasapinnalise ahela hargnemispiirkonda, laieneb üks lainejuht sujuvalt ja jaguneb mitmeks üksikuks lainejuhikanaliks. Seda protsessi reguleeriv põhilaine optika määrab, et sissetulev optiline võimsus jaotatakse väljundkanalite vahel. Ideaalis on tasakaalustatud jaoturis optiline energia jagatud võrdselt kõigi väljundite vahel. Näiteks 1:8 PLC-jaoturis saab iga väljundport ligikaudu ühe -kaheksandiku kogu sissetulevast optilisest võimsusest, millest on maha arvatud materjali neeldumise ja lainejuhi ebatäiuslikkusest tingitud väikesed loomulikud kaod.
Jõujaotus ei ole aga ilma füüsiliste kuludeta. Igal optilisel komponendil on sisestuskadu, mis esindab optilise võimsuse kadu, mis tuleneb jaoturi sisestamisest edastuslüli, mõõdetuna detsibellides (dB). Teoreetiline sisestuskadu on vältimatu matemaatiline reaalsus, mille dikteerib jaotussuhe. Täiuslikult tasakaalustatud 1:2 jaoturi puhul on teoreetiline minimaalne jaotuskadu 3,01 dB, sest pool võimsusest suunatakse igasse porti. 1:4 jaoturi puhul on teoreetiline kadu 6,02 dB, 1:8 jaoturi puhul 9,03 dB, 1:16 jaoturi puhul 12,04 dB, 1:32 jaoturi puhul 15,05 dB ja 1:64 dB jaoturi puhul 1:648 dB. Reaalses-tootmises on tegelik sisestuskadu nendest teoreetilisest miinimumist pisut suurem, kuna see on tingitud liigsest kadumisest, mis põhjustab seadmes hajumist, peegeldust ja ühendamise ebaefektiivsust.
Lisaks sisestuskadudele reguleerivad kiudoptilise splitteri töötõhusust mitmed muud jõudlusnäitajad. Ühtlikkus on kriitiline mõõdik, mis mõõdab optilise võimsuse ühtlast jaotumist väljundportide vahel; kvaliteetsete-jaoturite sisestuskadu erinevus parima ja halvima väljundkanali vahel on minimaalne. Polarisatsioonist sõltuv kadu (PDL) mõõdab valguslaine polarisatsiooni oleku muutustest tulenevat sisestuskao muutumist. Lisaks mõõdab tagasivoolukadu allika suunas tagasi peegeldunud valguse hulka; suured tagastuskao väärtused on olulised, et vältida tagasipeegelduste-vältimist lasersaatjate töö häirimisest ja signaali üldise terviklikkuse halvendamisest. Lainepikkusest sõltuv kadu (WDL) tagab, et jaotusjõudlus püsib stabiilsena kogu kaasaegsetes mitme lainepikkusega PON-arhitektuurides kasutatavate töölainepikkuste spektri ulatuses.
Strateegiline juurutamine ja rakendused telekommunikatsioonis
Fiber Optic Splitteri mitmekülgsus, passiivne olemus ja kuluefektiivsus on{0}} teinud sellest asendamatu ehitusploki paljudes telekommunikatsioonivõrkudes, ettevõttekeskkondades ja spetsiaalsetes tööstuslikes rakendustes. Nende seadmete kõige silmapaistvam ja laialdasem kasutuselevõtt toimub Fiber to the Home (FTTH) ja passiivsetes optilistes võrkudes (PON), nagu Gigabit Passive Optical Networks (GPON), Etherneti passiivsed optilised võrgud (EPON) ja järgmise -põlvkonna 10G sümmeetrilised võrgud, nagu XGS-PON.
Tüüpilises FTTH-arhitektuuris juurutab teenusepakkuja keskkontori või kohaliku keskjaama optilise liiniterminali (OLT) seadmed. OLT-st edastab ühe-režiimi fiiberkiud allavoolu andmed väljale elamu- või ärirajoonide suunas. Selle asemel, et juhtida keskkontorist iga üksiku abonendini spetsiaalset eraldi kiudoptilist -mis oleks majanduslikult ja ruumiliselt üle jõu käiv-, kasutavad telekommunikatsioonioperaatorid optilisi jaotusvõrke (ODN), mis on varustatud jaoturitega. Üks fiiberkiud võib siseneda välisjaotuskambrisse, mis sisaldab 1:32 või 1:64 kiudoptilist jaoturit. Sellest ühest sõlmest väljub kuni kuuskümmend{11}}neli jaotuskiudu, et teenindada üksikute klientide ruume, mis lõpevad optilise võrgu terminalides (ONT), mis asuvad abonentide kodudes või kontorites. See punkt{13}}mitmepunkti{14}}arhitektuur vähendab drastiliselt vajaliku füüsilise kiu hulka, vähendab keskkontoris transiiveri portide arvu ja minimeerib võrguoperaatorite üldisi kapitalikulusid.
Võrguarhitektid kasutavad erinevaid jagamisstrateegiaid sõltuvalt abonentide tihedusest, geograafilisest paigutusest ja ribalaiuse jaotamise mudelitest. Tsentraliseeritud poolitamine hõlmab kõigi jagamisetappide paigutamist ühte kohta, näiteks kesksesse kiudude jaotussõlme või kappi. See lähenemisviis lihtsustab tõrkeotsingut, vähendab hoolduse keerukust ja võimaldab hõlpsamat jälgimist keskkontorist, kuigi see nõuab pikemat kiu jaotust jaoturist üksikute kodudeni. Vastupidi, kaskaadjagamine jaotab jagamisprotsessi mitme astme vahel,-näiteks 1:4 jaotur, mis asub esmase väliskapi juures, mis toidab sekundaarseteks 1:8 jaoturiteks, mis asuvad abonendiklastritele lähemal. Kaskaadjagamine optimeerib kiu kasutamist tihedalt asustatud eeslinna- või linnakeskkonnas, asetades jaotuspunktid abonendirühmade geograafilisele keskpunktile lähemale, tasakaalustades tõhusalt toite- ja jaotuskiu pikkusi.
Lisaks FTTH lairiba kasutuselevõtule mängivad need komponendid olulist rolli kaabeltelevisiooni (CATV) hübriidkiud{0}}koaksiaalvõrkudes (HFC), suletud-televisiooni (CCTV) seiresüsteemides ja tööstuslikes seireraamistikes. CATV võrkudes jagavad optilised jaoturid analoog- ja digitaalvideosignaale allavoolu mitmele sõlmepiirkonnale. Ettevõtete kohtvõrkudes (LAN) kasutatakse optilist poolitamist passiivse optilise LAN-i (POL) arhitektuurides, et asendada traditsioonilised vask-põhised Etherneti lülitid, pakkudes täiustatud turvalisust, väiksemat energiatarbimist ja häirekindlust elektromagnetiliste häirete suhtes. Lisaks kasutatakse optilistes testimis- ja mõõtmiskeskkondades spetsiaalseid jaotureid, mis eraldavad väikese osa optilisest võimsusest-, näiteks 1% või 2%-optilistele spektrianalüsaatoritele või võimsusmõõturitele, võimaldades jälgida reaalajas reaalajas edastuslinke ilma aktiivset kliendiliiklust katkestamata.
Optimaalse integratsiooni valikukriteeriumid ja pakendivormingud
Fiber Optic Splitteri edukas kasutuselevõtt nõuab mehaaniliste pakendivormingute, keskkonnaalase vastupidavuse ja olemasolevate riistvara ökosüsteemidega ühilduvuse hoolikat kaalumist. Kuna need komponendid on paigaldatud metsikult erinevatesse keskkondadesse,-alates kliimakontrolliga-andmekeskuse serveriruumidest ja maa-aluste liitmike sulgemistest kuni välisõhu õhuliitmikpostide ja karmide tööstuslike korpusteni, kavandavad tootjad mitmesuguseid vormitegureid, et kaitsta õrnu sisemisi optilisi kiipe ja kiu massiive.
Paljas kiudude jaotur on kõige kompaktsem pakendiformaat, mis sisaldab paljaid, kaitsmata optilisi kiude, mis väljuvad poolitusplokist. See vorming on mõeldud peamiselt ühendamiseks ühendusalustesse, liitmiksulguritesse või optilistesse plaastripaneelidesse, kus korpuse sisemine mehaaniline kaitse on juba ette nähtud. Kuigi paljad kiudude jaoturid on väga ruumisäästlikud, nõuavad splaissimise ajal tehnikute hoolikat käsitsemist, et vältida haprate 250- või 900-mikroniliste puhverdatud kiudude kahjustamist.
Suuremat mehaanilist kaitset ilma mahuka kestata vajavate seadmete puhul kasutatakse laialdaselt plokkideta või terastorude jagajaid. Selles konfiguratsioonis ümbritseb teras-torupakett PLC-kiipi ja optiliste kiudude massiive, pakkudes tugevat struktuuritugevdust, säilitades samal ajal õhukese miniatuurse profiili, mis sobib kitsastes kohtades kiuhaldusalustes, jaotuskastides või moodulkassettides.
Kui jaoturid tuleb kasutusele võtta karmides väliskeskkondades, nagu näiteks õhust{0}}kinnitatud sulgurid, pjedestaalikarbid või maa-alused kaevuluugid, on ABS-karpjaoturid või vastupidavad moodulkorpused standardne valik. ABS-karp ümbritseb jaoturit vastupidavas-löögijõulises plastkorpuses, millel on tugevdatud kaablikingad ja tugevad ühenduskohad. Need seadmed peavad vastu äärmuslikele temperatuurimuutustele, niiskuse sissetungimisele, mehaanilisele vibratsioonile ja söövitavatele elementidele, tagades võrgu katkematu tööaja aastakümnete kestnud väliteenistuse jooksul. Lisaks on andmekeskuste keskkondades ja telekommunikatsiooniraami paigaldamiseks racki-paigaldatud või kassett-põhised jaoturid-, nagu LGX-ühilduvad moodulid või 19-tolline rack-, mis võimaldavad tehnikutel raami külge kinnitada, kleepida ja külgpaneeliga aktiivseid lülitusseadmeid. hõlbustades kiiret lappimist ja struktureeritud kaablihaldust.
Konkreetse võrgu kasutuselevõtu jaoks optilise jaoturi valimisel peavad insenerid hindama mitmeid peamisi tööspetsifikatsioone. Töölainepikkus on esmatähtis; Kuigi standardsed telekommunikatsioonijaoturid töötavad laias aknas 1260 nm kuni 1650 nm, et mahutada allavoolu andmeid, ülesvoolu andmeid ja 1550 nm RF video ülekatte või 1625 nm OTDR testimise lainepikkusi, võivad mittevastavad lainepikkuste vahemikud põhjustada signaali tugevat nõrgenemist. Konnektoritüübid-nagu SC/APC, LC/APC või FC/APC-tuleb samuti hoolikalt sobitada ümbritseva infrastruktuuriga. Nurga füüsilise kontakti (APC) poleerimine on tänapäevaste PON-i juurutuste tavapärane praktika, kuna 8{10}}kraadise nurga all olev poleerimine peegeldab hajutatud valgust katte sisse, mitte tagasi laserallika poole, tagades erakordselt suure tagasivoolukadu ja minimeerides peegeldusest tingitud bitivigu.
Optilise võrgu tulevik tõotab veelgi suuremat integratsiooni, suuremat kiudude arvu ja suuremat andmeedastusvõimet, et toetada esilekerkivaid tehnoloogiaid, nagu 5G traadita tagasiühendus, puutetundlikud Interneti-rakendused, äärearvutus ja tehisintellekti andmekeskused. Kuna andmeliikluse nõuded suurenevad plahvatuslikult, peab selle aluseks olev füüsiline infrastruktuur jääma vastupidavaks, skaleeritavaks ja väga tõhusaks. Selle järeleandmatu arengu käigus jääb tagasihoidlik, kuid võimas fiiberoptiline jaotur asendamatuks inseneri võidukäiguks, võimaldades vaikselt valguse sujuvat jaotust, mis annab jõudu meie hüper-ühendatud kaasaegsele maailmale.
