Bộ suy hao quang và những điều cần biết

Công suất tín hiệu trong các liên kết cáp quang đôi khi cần được tăng cường để đạt được truyền dữ liệu đường dài. Trong một số trường hợp nhất định, công suất tín hiệu quá lớn có thể làm quá tải máy thu sợi quang và thậm chí làm hỏng mạng quang. Để giảm công suất trong các liên kết sợi quang, bộ suy hao sợi quang được tận dụng. Bài viết này sẽ làm sáng tỏ về các loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của bộ suy giảm sợi quang, giúp bạn có hiểu biết toàn diện về bộ suy hao sợi quang.

1. Bộ suy hao quang là gì?

Bộ suy hao quang , còn được gọi là bộ suy giảm quang, (Fiber optic attenuator) là phụ kiện cáp quang được sử dụng để giảm mức công suất của tín hiệu quang. Vì quá nhiều ánh sáng có thể làm bão hòa bộ thu sợi quang, bộ suy giảm quang thường được triển khai trong hệ thống để giảm công suất ánh sáng và đạt được hiệu suất hệ thống sợi quang tốt nhất. Nói chung, các hệ thống đa chế độ không cần bộ suy hao vì các nguồn đa chế độ, thậm chí cả VCSEL, hiếm khi có đủ công suất đầu ra để bão hòa máy thu. Thay vào đó, đối với các hệ thống đơn mode, đặc biệt là các liên kết mạng DWDM đường dài, bộ suy giảm sợi quang là cần thiết để cân bằng công suất quang trong quá trình truyền.

2. Nguyên lý làm việc của bộ suy hao quang

Bộ suy hao quang đạt được độ suy giảm mong muốn trong các liên kết sợi quang theo ba nguyên tắc khác nhau, tương đối là nguyên tắc suy hao khe hở, nguyên tắc hấp thụ và nguyên tắc phản xạ.

Nguyên tắc lỗ hổng

Với nguyên tắc suy hao khe hở, việc giảm công suất đạt được bằng cách đưa thiết bị vào đường dẫn sợi quang với cấu hình trong dòng. Bộ suy hao khoảng cách được đặt gần máy phát để ngăn chặn sự bão hòa của máy thu. Họ sử dụng một khoảng cách dọc giữa hai sợi quang để tín hiệu quang truyền từ sợi quang này sang sợi quang khác có thể được giảm bớt. Nguyên tắc này cho phép ánh sáng từ sợi quang truyền đi lan ra khi nó rời khỏi sợi quang. Khi ánh sáng đi đến sợi quang nhận, một phần ánh sáng bị mất trong lớp bọc do có một khoảng trống và xảy ra hiện tượng lan truyền. Các bộ suy giảm quang này nên được để gần máy phát để đảm bảo hoạt động hiệu quả của nó. Để giảm tín hiệu đi xuống đường dẫn sợi quang

Nguyên tắc hấp thụ

Nguyên tắc hấp thụ hay còn gọi là sự hấp thụ, chiếm một phần nhỏ công suất suy hao trong sợi quang. Điều này là do sợi quang học hấp thụ năng lượng quang học và chuyển nó thành nhiệt. Nguyên tắc hấp thụ có thể được sử dụng để thiết kế bộ suy hao quang với mức giảm công suất đã biết. Nguyên tắc hấp thụ sử dụng vật liệu trong đường quang học để hấp thụ quang năng. Nguyên tắc đơn giản nhưng có thể là một cách hiệu quả để giảm công suất truyền và nhận.

Nguyên tắc phản xạ

Nguyên tắc phản xạ, hay sự tán xạ, chiếm một phần nhỏ công suất suy hao trong sợi quang và cũng là kết quả của sự không hoàn hảo của sợi quang. Nhưng trong trường hợp này, nó làm cho tín hiệu bị phân tán. Ánh sáng tán xạ chèn nhiễu trong sợi quang, do đó làm giảm lượng ánh sáng truyền và nhận. Nguyên tắc này có thể được sử dụng trong việc suy giảm tín hiệu theo kế hoạch. Vật liệu được sử dụng trong bộ suy hao sợi quang được sản xuất để phản ánh một lượng tín hiệu đã biết, do đó chỉ cho phép truyền phần tín hiệu mong muốn.

3. Có bao nhiêu loại bộ suy giảm sợi quang?

Bộ suy hao sợi quang có một số dạng khác nhau. Bạn có thể tìm thấy nhiều loại bộ suy giảm quang trên thị trường với các quan điểm phân loại khác nhau như loại đầu nối, loại cáp, v.v … Nói chung, chúng được chấp nhận rộng rãi thành bộ suy hao quang cố định (FOA) và bộ suy hao biến quang (VOA). Trong khi xem xét các loại cáp, chúng cũng có thể được chia thành bộ suy giảm một chế độ và đa chế độ.

Bộ suy giảm quang học cố định

Bộ suy hao cố định , như tên của nó đã chỉ rõ, được thiết kế để có mức suy hao không thay đổi trong sợi quang, được biểu thị bằng dB, thường từ 1dB đến 30dB, chẳng hạn như 1dB, 5dB, 10dB, v.v. Có thể sử dụng bộ suy hao quang cố định nhiều nguyên tắc hoạt động của chúng. Các bộ suy hao quang được ưu tiên thường sử dụng sợi pha tạp, hoặc các mối nối lệch, hoặc tổng công suất trong khi các bộ suy giảm không được ưu tiên thường sử dụng nguyên tắc suy hao khoảng cách hoặc phản xạ.

Như thể hiện trong hình bên dưới, bộ suy hao giá trị cố định bao gồm loại nội dòng và loại đầu nối. Loại nội tuyến trông giống như một sợi cáp quang đơn giản. Các bộ suy giảm quang loại trong dòng được kết hợp vào các cáp vá. Bộ suy giảm kiểu đầu nối trông giống như đầu nối sợi quang có vách ngăn. Thông thường, nó có một đầu nối phích cắm nam ở một bên để cho phép bộ suy hao sợi quang được cắm trực tiếp vào thiết bị thu hoặc bộ điều hợp trong bảng vá, và ở phía bên kia có một bộ chuyển đổi sợi quang loại nữ để cho phép cắm dây vá. Ngoài ra còn có các bộ suy hao quang dành cho nữ và nữ, có thể được sử dụng làm bộ điều hợp và bộ suy hao cùng một lúc. Các ứng dụng của chúng bao gồm mạng viễn thông, cơ sở kiểm tra cáp quang, Mạng cục bộ (LAN) và hệ thống CATV.

Bộ suy hao biến quang

Bộ suy hao biến quang, hoặc bộ suy hao quang thay đổi (VOA), thường sử dụng bộ lọc mật độ trung tính có thể thay đổi. VOA thường được sử dụng để kiểm tra và đo lường, nhưng nó cũng được sử dụng rộng rãi trong Bộ khuếch đại sợi quang Erbium-Doped (EDFA) để cân bằng công suất ánh sáng giữa các kênh khác nhau. Nó có ưu điểm là ổn định, không nhạy cảm với bước sóng, không nhạy cảm với chế độ và cung cấp một dải động lớn.

Về cơ bản, có hai loại bộ suy hao biến quang : bộ suy hao biến thiên theo từng bước và bộ suy hao biến đổi liên tục. Bộ suy hao biến đổi từng bước có thể thay đổi độ suy giảm của tín hiệu theo các bước đã biết, chẳng hạn như 0,1dB, 0,5dB hoặc 1dB. Bộ suy giảm quang học liên tục có thể thay đổi mức độ suy giảm chính xác thông qua điều chỉnh linh hoạt. Do đó, người vận hành có thể điều chỉnh bộ suy hao để đáp ứng các thay đổi được yêu cầu một cách nhanh chóng và chính xác mà không làm gián đoạn mạch.

Bộ suy hao sợi quang đơn mode và đa mode

Vì bộ suy hao sợi quang có thể được sử dụng với hai loại cáp sợi, chế độ đơn và đa chế độ, bộ suy hao quang có thể được phân loại thành loại chế độ đơn và loại đa chế độ. Bộ suy hao sợi quang thường được sử dụng trong các ứng dụng đường dài chế độ đơn. Theo đó, loại thường được sử dụng cũng là loại chế độ đơn. Tuy nhiên, mặc dù các bộ suy hao sợi quang thường được sử dụng cho một chế độ, cũng có các bộ suy giảm sợi quang đa chế độ có sẵn để kết hợp với các cáp sợi đa chế độ. Khi chọn một loại suy hao quang hơn một loại khác, cần phải xem xét phạm vi suy giảm và bước sóng.

4. Khi nào thì sử dụng bộ suy hao quang?

Xem xét thời điểm sử dụng bộ suy giảm sợi quang trong hệ thống của bạn, thường có hai trường hợp khác nhau mà bạn sẽ cần bộ suy hao sợi quang.

Một là khi bộ suy hao sợi quang được sử dụng để giảm công suất máy thu. Đôi khi tín hiệu đến máy thu quá mạnh và có thể lấn át các phần tử nhận. Thông thường, công suất máy thu phụ thuộc vào hai yếu tố: bao nhiêu công suất được đưa vào sợi quang và bao nhiêu công suất bị mất bởi bộ suy hao. Quá nhiều công suất máy thu có thể chủ yếu do sự không khớp giữa các máy phát / máy thu hoặc do việc sử dụng bộ chuyển đổi phương tiện được thiết kế cho khoảng cách xa hơn nhiều. Trong trường hợp này, bộ suy hao quang có thể được lắp cố định trong liên kết cáp quang để giảm công suất tín hiệu và phù hợp với mức tín hiệu.

Cái còn lại là khi bộ suy hao được sử dụng để kiểm tra biên mức công suất. Khi kiểm tra mức công suất quang, các bộ suy hao được sử dụng để tạm thời thêm một lượng suy hao tín hiệu đã hiệu chỉnh để kiểm tra các biên mức công suất trong hệ thống cáp quang. Khi máy phát được bật và sử dụng đồng hồ đo điện sợi quang được đặt ở bước sóng hoạt động của hệ thống, bộ suy hao có thể được sử dụng để kiểm tra công suất hệ thống.

5. Làm thế nào để sử dụng bộ suy hao sợi quang trong liên kết dữ liệu?

Đối với các ứng dụng chế độ đơn, đặc biệt là các hệ thống CATV tương tự, thông số quan trọng nhất thứ hai sau giá trị tổn thất chính xác là tổn thất trả về hoặc độ phản xạ. Nhiều loại bộ suy hao quang (đặc biệt là loại suy hao khe hở) có vấn đề chung là độ phản xạ cao, vì vậy chúng có thể ảnh hưởng xấu đến máy phát giống như đầu nối phản xạ cao.

Xem xét cách sử dụng bộ suy giảm quang trong dữ liệu liên kết, trước tiên, bạn cần chọn một bộ suy hao có thông số kỹ thuật về độ phản xạ tốt. Và thứ hai, luôn cài đặt bộ suy hao ở đầu thu của liên kết như hình trên. Điều này là do việc kiểm tra công suất của máy thu trước và sau khi suy hao hoặc trong khi điều chỉnh bằng đồng hồ đo điện tại máy thu sẽ thuận tiện hơn, cộng với bất kỳ độ phản xạ nào cũng sẽ bị suy giảm trên đường trở lại nguồn.

Khi kiểm tra nguồn điện hệ thống, bạn cần đảm bảo rằng bộ phát đã được bật và bộ suy giảm quang được lắp ở bộ thu. Đừng quên sử dụng máy đo công suất quang được đặt ở bước sóng hoạt động của hệ thống. Và tiếp theo, hãy kiểm tra xem nguồn điện có nằm trong phạm vi quy định cho đầu thu hay không. Nếu công suất quang cao hơn hoặc thấp hơn cấu hình yêu cầu, nên thay đổi bộ suy hao quang để điều chỉnh lại công suất.

Kết luận