تضعیف کننده نوری چیست؟

Optical attenuators (یا تضعیف کننده فیبر نوری) یک دستگاه پسیو است که برای کاهش سطح قدرت سیگنال های نوری به کار می رود. این تضعیف کننده اغلب برای سیستمهای ارتباطی فیبر نوری که سیگنال اپتیکال خیلی قوی است و احتیاج به کاهش دارد استفاده می شود.
مدار تضعیف کننده اجازه می دهد تا یک منبع شناخته شده از توان به وسیله یک فاکتور از پیش تعیین شده کاهش یابد و معمولا به صورت دسی بل نمایش داده می شود. تضعیف کننده نوری به طور کلی در کاربردهای سینگل مود در مسافت های طولانی برای جلوگیری از اضافه بار نوری در گیرنده استفاده می شود.

به عنوان مثال در سیستم DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) چندین طول موج مختلف در یک نود وارد می شوند که هرکدام ممکن از مسیری متفاوت عبور کرده باشند و تلفات مختلفی را داشته باشند. توان آنها قبل از ورود به سیستم باید یکسان سازی شده و توان آنها در محدوده استاندارد قرار بگیرد.
اصول تضعیف کننده نوری
تضعیف کننده اپتیکال بوسیله جذب نور، مانند عینک های دودی که نور اضافی را جذب می کنند عمل می کند. اصولا یک رنج طول موج کاری وجود دارد که انرژی طول موج باید در آن سطح باشد.
نوع دیگر تضعیف کننده های اپتیکال استفاده از یک طول فیبر با مقدار تلفات بالاست که وقتی نور از آن عبور می کند به دلیل افت، توان آن به مقدار مشخصی کاسته می شود. توان نور خروجی از این قسمت کمتر از توان نور ورودی می باشد.
در واقع می توان گفت کاهش توان از طریق تلفات گپ، جذب، بازتاب، انعکاس، پراکندگی، انحراف، پرش و … انجام میشود.
اصل تلفات گپ
اصل تلفات گپ در تضعیف کننده نوری به منظور کاهش سطح توان نوری است که به این صورت است که دو فیبر بوسیله هوا از هم جدا شده و تلفات مورد نظر به دست می آید.
با قرار دادن تضعیف کننده در مسیر فیبر با استفاده از یک پیکربندی داخل خط، تلفات مورد نظر عملی می شود.
این نوع تضعیف کننده که به نام تضعیف کننده گپ هوایی نیز معروف است، به آلودگی و گرد و خاک حساس است و همچنی به رطوبت و دمای متغیر نیز حساسیت نشان می دهد. همچنین این مدل تضعیف کننده به مدل و معماری توزیع نسبت به فرستنده نیز بسیار حساس می باشد.
تضعیف کننده گپ برای جلوگیری از اشباع گیرنده استفاده می شود و نزدیک به فرستنده قرار داده می شود. بعلاوه تضعیف کننده گپ هوایی اگر دورتر از فرستنده قرار بگیرد، اثر اتلاف کمتری دارد و تلفات مور نیاز را براورده نمیکند. که دلیل دیگری برای نگه داشتن دستگاه نزدیک به فرستنده برای حفظ اتلاف در سطح مورد نظر می باشد.
برای کاهش بیشتر سیگنال در مسیر فیبر، باید یک تضعیف کننده نوری با استفاده از تکنیک جذب یا بازتاب استفاده شود. توجه: شکاف هوا (گپ) بازتاب فرنل تولید می نماید، که می تواند برای فرستنده باعث مشکل شود.
این تضعیف کننده با استفاده از یک گپ طولی بین دو فیبر نوری و با عبور سیگنال نوری از یک فیبر نوری به دیگری باعث تضعیف می شود. این اصل نشان می دهد نور با انتقال در فیبر نوری و خارج شدن آن از فیبر نوری شروع به پخش شدن می کند. هنگامی که نور در فیبر نوری دریافت می شود، سمتی از آن در cladding به دلیل گپ و انتشار نور در این ناحیه تضعیف شده و افت پیدا می کند. اصل اتلاف گپ درشکل زیر نشان داده شده است.
 

 
اصل جذب
اساس کار مثل یک فیبر نوری است که بدلیل نقص و یا ناخالصی انرژی سیگنال عبوری را جذب کرده و آن را تبدیل به حرارت می کند. پایه و اساس این جذب که در طراحی تضعیف کننده ها استفاده شده، استفاده از موادی خاص در طول مسیر اپتیکال است که انرژی نوری را جذب خودش میکند.
این اصل با اینکه ساده است، اما می تواند یک راه موثر برای کاهش قدرت سیگنال اپتیکال باشد.

اصل انعکاس
نوع دیگری از نقص در فیبر نوری که باعث کم شدن توان سیگنال می شود، انعکاس است. مهمترین تلفات توان در فیبر نوری بوسیله انعکاس و یا پراکندگی سیگنال بوجود می آید. نور پراکنده باعث تداخل در فیبر نوری می شود، در نتیجه مقدار نور منتقل یا دریافت شده را کاهش می دهد.
استفاده از اصل انعکاس یا پراکندگی که (در عکس زیر هم نمایش داده شده)، باعث می شود تضعیف کننده ای ساخته بشود که مقدار مشخصی از سیگنال را منعکس کند و بنابراین تنها بخش مشخصی از سیگنال را عبور می دهد. در واقع می توان گفت یک نوع تضعیف نمودن قابل برنامه ریزی سیگنال است.

انواع تضعیف کننده نوری
دو نوع تضعیف کننده اصلی ثابت و متغیر داریم که در بازار موجود هستند.مشخصات آنها به شرح زیر می باشد:
تضعیف کننده ثابت
این مدل تضعیف کننده مانند اداپتورهای فیبر نوری کامپکت هستند و برای تضعیف کردن سیگنالهای سینگل مود فیبر نوری در کاربردهای مختلف ایده آل هستند. این نوع تضعیف کننده خود به دو نوع تقسیم میشود.
نوع اول In-line است که اساسا شبیه یک پچکورد است. یک کابل فیبر نوری که توسط دو کانکتور به هم متصل شده اند .
نوع دوم تضعیف کننده نوع کانکتوری آن هست که به آن bulk می گویند و شبیه کانکتور های فیبر نوری می باشد و می تواند با کانکتورهای فیبر نوری معمول موجود FC, ST, SC, LC براحتی مچ شود.
تضعیف کننده های ثابت برای داشتن یک سطح ثابت تضعیف طراحی شده اند. تضعیف کننده ها از لحاظ تئوری می توانند برای ارائه هر مقدار از تضعیف مورد نظر، طراحی و به کارگرفته شود. تضعیف کننده ثابت معمولا برای کاربرد های سینگل مود استفاده می شود. شکل زیر سمت چپ تضعیف کننده In-line و سمت راست تضعیف کننده bulk را نشان میدهد.
 

 
تضعیف کننده متغیر پله ای
تضعیف کننده های متغیر معمولا برای تست و اندازه گیری استفاده می شوند. تضعیف کننده متغیر یک رنج قابل تنظیم دارد که مقدار دقیق توان خروجی را با تلفات مختلف می توان بدست آورد.
تضعیف کننده های متغیر دارای دو نوع پله ای و پیوسته می باشد.
اولی تضعیف کننده پله ای است که می تواند تلفات سیگنال را در پله های مشخص 0.1dB و 0.5Db یا 1dB تغییر دهد. این تضعیف کننده ممکن است در کاربرد های برخورد با منابع توان نوری مختلف استفاده شود.
نوع دیگر تضعیف کننده متغیر پیوسته است . تضعیف کننده متغیر پیوسته تضعیف کننده نوری است که می تواند بر حسب تقاضا تغییر کند. به طور کلی دارای یک دستگاه در محل می باشد که اجازه می دهد تا تضعیف سیگنال به مقدار مورد نیاز تغییر نماید. تضعیف کننده متغیر پیوسته در محیط های کنترل نشده استفاده می شود که ویژگی های ورودی یا خروجی به طور مداوم نیاز به تغییر دارند. این امر اجازه می دهد تا اپراتور تنظیمات لازم تضعیف کننده برای اعمال تغییرات مورد نیاز با سرعت و دقت بدون هیچ گونه وقفه در کار خود را انجام دهد. شکل زیریک تضعیف کننده متغیر را نشان میدهد.
 

 
با توجه به انواع کانکتورهای های مختلف، انواع مختلفی از تضعیف کننده های نوری وجود دارد: تضعیف کننده LC، تضعیف کننده SC ، تضعیف کننده ST ، تضعیف کننده FC ، تضعیف کننده E2000 و غیره، که دارای فرول UPC / APC می باشد.
تضعیف کننده فیبر نوری یک وسیله مهم برای کنترل مقدار سطح توان سیگنال اپتیکال است که بر اساس اصول و انواع مختلفی طراحی و تولید شده است. دانستن اصول عملکرد این نوع تضعیف کننده ها می تواند به ما در انتخاب توع تضعیف کننده در کاربرد مورد نظر کمک نماید.
منبع:سپیتام

ttttttttttttttttttttttt
اجزای اپتیکی پیشرفته تضعیف کننده نوری
nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn
تضعیف کننده نوریبرای کاهش سطح قدرت سیگنال های نوری از یک دستگاه پسیو به نام تضعیف کننده نوری استفاده می شود. این تضعیف کننده اجازه تقلیل یک منبع شناخته شده از توان، به واسطه یک فاکتور را می دهد و نمایش آن بر اساس دسی دبل است. در حالت کلی تضعیف کننده نوری در استفاده های سینگل مود در مسیرهای طولانی جهت جلوگیری از افزایش بار نوری در گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد.اصول تضعیف کننده فیبر نوریجهت کاهش توان مورد نظر، تضعیف کننده نوری از چند اساس گوناگون بهره می برد. این موارد در تضعف کننده نوری امکان دارد شامل تلفات گپ، تکنیک، جذب و شیوه انعکاس جهت رسیدن به میزان افت سیگنال استفاده کند.اصل اتلاف گپکاربرد اصل اتلاف گپ در تضعیف کننده نوری برای تقلیل دادن سطح توان نوری و با جای دادن دستگاه در مسیر فیبر با استفاده از یک پیکربندی مناسب درون خط، می باشد. کارایی تضعیف کننده گپ جهت جلوگیری از اشباع گیرنده و قرارگیری آن در نزدیک فرستنده است. نحوه تضعیف کردن به این صورت است که یک گپ طولی میان دو فیبر نوری قرار می گیرد و با عبور سیگنال نوری از یک فیبر نوری به دیگری عمل تضعیف انجام می شود. در این اصل متوجه می شویم که چگونه نور با انتقال در فیبر نوری و خارج شدن از آن شروع به منتشر شدن می کند. هنگام دریافت نور در فیبر نوری، قسمتی از آن در بخش Cladding به علت گپ و منتشر شدن نور در این منطقه تضعیف شده و کاهش داده می شود.تضعیف کننده زمانی اندازه دقیق کاهش را انجام می دهد که به طور مستقیم بعد فرستنده قرار گرفته باشد. تضعیف کننده هایی که قبل از فرستنده قرار می گیرند خیلی حساس هستند، که از دلایل دیگر اینکه باید تضعیف کننده ها را در پشت دستگاه و نزدیک به فرستنده قرار داد این است که اتلاف در سطح مورد نظر نگه داشته می شود. هر چقدر تضعیف کننده اتلاف گپ از فرستنده دورتر باشد، تاخیر آن کمتر خواهد بود و اتلاف به دست نمی آید. برای اینکه سیگنال در مسیر فیبر نوری افت پیدا کند، یک تضعیف کننده با کمک تکنیک جذب یا بازتاب استفاده می شود.اصل جذباصل جذب یا جاذب، به علت درصدی از اتلاف توان در فیبر نوری ارزیابی می شود. دلیل افت توان به خاطر ناخالصی ها و نواقص در فیبر نوری اتفاق می افتد به گونه ای که انرژی نوری جذب و به حرارت تبدیل می شود. از این اصل می توان برای طراحی یک تضعیف کننده نوری جهت وارد کردن یک کاهش معین و مشخص استفاده کرد. اصل جذب می تواند یک راهکار برای افت قدرت و انرژی در حال انتقال یا دریاف مورد استفاده قرار بگیرد. اصل جاذب انرژی نوری را با استفاده از مواد در مسیر نوری جذب می کند.اصل بازتاب یا انعکاسدر فیبر نوری به علت ناخالصی های به وجود آمده و پراکندگی هایی که صورت می گیرد، اصل انعکاس اغلب تلفات توان در فیبر نوری را بر عهده می گیرد. عامل تداخل در فیبر نوری پراکندگی نور می باشد، در نتیجه باعث می شود مقدار نور انتقالی یا دریافتی افت پیدا کند.اصل انعکاس را می توان در تضعیف کردن پایه گذاری شده یک سیگنال استفاده کرد. موادی که در تضفیف کننده به کار گرفته شده جهت بازتاب داده شدن یک مقدار شناخته شده از سیگنال تولید شده و استفاده می شود به خاطر همین فقط مقدار مورد نظر سیگنال انتقال داده می شود.انواع تضعیف کننده نوریتضعیف کننده ها سه نوع هستند: تضعیف کننده ثابت – تضعیف کننده متغیر گام به گام – تضعیف کننده متغیر پیوستهتضعیف کننده ثابتتضعیف کننده های ثابت جهت داشتن یک سطح ثابت تضعیف به کار برده می شوند. از نظر تئوریک، برای نمایش هر مقیاس از تضعیف مورد نظر، تضعیف کننده ها می توانند مدل سازی و به کار برده شوند. حال این تضعیف کننده های ثابت برای مدل های تک حالته مورد استفاده قرار می گیرند.تضعیف کننده متغیر گام به گامیک دستگاه تضعیف کننده گام به گام سیگنال را در مرتبه ها و پله های از قبل معین شده مثل 1/0 دسی بل، 5/0 دسی بل یا 1 دسی بل را متحول تبدیل می کند. این تضعیف کننده ها هم در کاربردهای تماس با منابع توان نوری گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. بر فرض مثال، در صورت وجود سه ورودی، احتمال به وجود آمدن، نیاز به اینکه سیگنال، در سطح های متفاوت تضعیف شود وجود دارد. و بالعکس، ممکن است شرایطی به وجود بیاید که در آن سیگنال ورودی ثابت باشد و سیگنال های خروجی بسته به نوع دستگاه تغییر کند.نکته: اصولی تر این است که از تضعیف کننده متغیر گام به گام در زمان هایی که ورودی، خروجی و تنظیمات عملیاتی پایه گذاری و شناخته شده است مورد استفاده قرار بگیرد.تضعیف کننده متغیر پیوستهتضعیف کننده متغیر پیوسته نوعی تضعیف کننده نوری است که براساس نوع درخواست تغییر می کند. در حالت کلی تضعیف کننده متغیر شامل دستگاهی است که در محل نصب می شود و مجوز تضعیف سیگنال مورد نیاز را صادر می کند. معمولا در محیط هایی که کنترل نشده هستند و ویژگی های ورودی و خروجی به طور پیوسته نیاز به تغییر داشته باشند، نصب و راه اندازی می شوند. این کار سبب می شود اپراتور، سرعت و دقت خود را در تنظیمات مورد نیاز تضعیف کننده برای اعمال تغییرات، داشته باشد. انواع مختلف دیگری از تضعیف کننده های نوری با توجه اینکه کانکتورهای متفاوتی وجود دارند شامل: تضعیف کننده SC، تضعیف کننده LC، تضعیف کننده ST، تضعیف کننده FC، تضعیف کننده E2000 و… که شامل فرمول های UPC/APC هستند.تضعیف کننده های نوری معمولا به دو صورت بسته بندی و تهیه می شوند؛ تضعیف کننده Bulkhead و تضعیف کننده In-Line.Bulkhead برای وصل کردن در بخش گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد. In-Line نیز میان پچ پنل و گیرنده قرار می گیرد که همانند یک پچ کورد فیبر می باشد.