تقویت توان سیگنال در لینک‌های فیبر نوری گاهی برای دستیابی به انتقال داده در مسافت‌های طولانی لازم است؛ اما در برخی شرایط، توان بیش‌ازحد سیگنال می‌تواند گیرنده‌های نوری را اشباع کرده و به شبکهٔ نوری آسیب بزند. برای کاهش توان در مسیر فیبر، از تضعیف کننده فیبر نوری استفاده می‌شود. در این مقاله انواع، اصول کار و کاربردهای تضعیف کننده فیبر نوری را بررسی می‌کنیم تا درکی جامع از آن به‌دست آورید.
تضعیف کننده فیبر نوری چیست؟
تضعیف کننده فیبر نوری که اتینیتور نوری نیز نامیده می‌شود، قطعه‌ای پسیو برای کاهش سطح توان سیگنال نوری است. از آنجا که نور بیش از حد می‌تواند گیرندهٔ نوری را اشباع کند، برای دستیابی به بهترین کارایی سامانه باید توان نور کاهش یابد. به‌طور کلی سامانه‌های مالتی مود (Multimode) به تضعیف کننده نیاز ندارند، زیرا منابع مالتی مود — حتی VCSEL — به‌ندرت توان خروجی کافی برای اشباع گیرنده دارند. در مقابل، سامانه‌های سینگل مود (Single-mode)، به‌ویژه لینک‌های بلندمدت DWDM، اغلب به تضعیف کننده نوری برای تنظیم توان نوری در طول انتقال نیاز دارند.
اصول کار تضعیف کننده فیبر نوری
تضعیف کننده نوری بر پایهٔ اصول مختلفی میرایی مطلوب را در لینک نوری ایجاد می‌کند؛ از جمله اصل تلف شکاف (Gap-loss)، اصل جذبی (Absorptive) و اصل بازتابی (Reflective).
اصل تلف شکاف
اصل تلف شکاف با قرار دادن قطعه در مسیر فیبر به‌صورت درون‌خطی (In-line)، سطح توان نوری را کاهش می‌دهد. تضعیف کننده های تلف شکاف برای جلوگیری از اشباع گیرنده به‌کار می‌روند و نزدیک فرستنده قرار می‌گیرند. این تضعیف کننده ها از یک شکاف طولی بین دو فیبر نوری استفاده می‌کنند تا سیگنال عبوری از یک فیبر به فیبر دیگر کاهش یابد. در این اصل، نور هنگام خروج از فیبر فرستنده پخش می‌شود و با رسیدن به فیبر گیرنده، بخشی از نور در غلاف (Cladding) تلف می‌شود. این تضعیف کننده ها باید نزدیک فرستنده بمانند تا کارایی مؤثرشان حفظ شود. برای کاهش سیگنال در فاصله‌ای دورتر در مسیر فیبر، تضعیف کننده مبتنی بر روش جذبی یا بازتابی مناسب‌تر است.
اصل جذبی
اصل جذبی یا جذب، بخشی از تلف توان در فیبر نوری را توضیح می‌دهد؛ زیرا فیبر انرژی نوری را جذب و به گرما تبدیل می‌کند. از اصل جذبی می‌توان برای طراحی تضعیف کننده با کاهش معلوم توان بهره گرفت. این اصل با استفاده از موادی در مسیر نوری، انرژی نوری را جذب می‌کند؛ روشی ساده اما مؤثر برای کاهش توان ارسالی و دریافتی.
اصل بازتابی
اصل بازتابی یا پراکندگی نیز بخشی از تلف توان در فیبر نوری است و از ناکاملی‌های فیبر ناشی می‌شود، اما در این حالت موجب پراکندگی سیگنال می‌گردد. نور پراکنده‌شده در فیبر تداخل ایجاد می‌کند و مقدار نور ارسالی و دریافتی را کاهش می‌دهد. از این اصل می‌توان برای میرایی برنامه‌ریزی شدهٔ سیگنال استفاده کرد؛ مادهٔ به‌کاررفته در تضعیف کننده به‌گونه‌ای ساخته می‌شود که مقدار معلومی از سیگنال را بازتاب دهد و تنها بخش مطلوب آن منتشر شود.
تضعیف کننده فیبر نوری چند نوع است؟
تضعیف کننده فیبر نوری شکل‌های گوناگونی دارد و در بازار با دیدگاه‌های دسته‌بندی متفاوت — مانند نوع کانکتور و نوع کابل — یافت می‌شود. به‌طور کلی آن‌ها را در دو دستهٔ تضعیف کننده نوری ثابت (FOA) و اتینیتور نوری متغیر (VOA) گروه‌بندی می‌کنند.
تضعیف کننده نوری ثابت
تضعیف کننده ثابت، همان‌گونه که از نامش پیداست، برای میرایی ثابت در فیبر نوری طراحی شده و بر حسب دسی‌بل بیان می‌شود؛ معمولاً بین ۱ تا ۳۰ دسی‌بل، مانند ۱، ۵ یا ۱۰ دسی‌بل. تضعیف کننده های نوری ثابت ممکن است بر پایهٔ اصول مختلفی کار کنند؛ تضعیف کننده های مرجح معمولاً از فیبر دوپ‌شده، اتصال‌های ناهم‌تراز یا توان کل استفاده می‌کنند، در حالی که تضعیف کننده های غیرترجیحی غالباً بر اصل تلف شکاف یا بازتابی کار می‌کنند.
اتضعیف کننده های با مقدار ثابت در دو نوع درون‌خطی و کانکتوری ساخته می‌شوند. نوع درون‌خطی شبیه یک پچ‌کورد سادهٔ فیبر است و درون پچ‌کورد تعبیه می‌شود. تضعیف کننده نوع کانکتوری شبیه یک کانکتور فیبر روی پنل است؛ معمولاً در یک سو یک کانکتور نر دارد تا مستقیماً به تجهیز گیرنده یا آداپتورهای پچ‌پنل متصل شود و در سوی دیگر یک آداپتور مادهٔ فیبر نوری برای اتصال پچ‌کوردها. تضعیف کننده های مادگی‌به مادگی نیز وجود دارند که هم‌زمان نقش آداپتور و تضعیف کننده را ایفا می‌کنند. کاربردهای آن‌ها شامل شبکه‌های مخابراتی، مراکز تست فیبر نوری، شبکه‌های محلی (LAN) و سامانه‌های CATV است.
تضعیف کننده نوری متغیر
تضعیف کننده نوری متغیر (VOA) عموماً از یک فیلتر چگالی خنثی متغیر استفاده می‌کند. VOA بیشتر برای تست و اندازه‌گیری به‌کار می‌رود، اما در تقویت‌کنندهٔ فیبر با آلاییدگی اربیوم (EDFA) نیز برای یکسان‌سازی توان نور میان کانال‌های مختلف رایج است. از مزیت‌های آن می‌توان به پایداری، بی‌حساسیت به طول‌موج و حالت، و دامنهٔ دینامیکی بزرگ اشاره کرد.
به‌طور کلی دو نوع تضعیف کننده نوری متغیر وجود دارد: تضعیف کننده متغیر پله‌ای و تضعیف کننده متغیر پیوسته. تضعیف کننده پله‌ای می‌تواند میرایی را در گام‌های معلوم مانند ۰٫۱، ۰٫۵ یا ۱ دسی‌بل تغییر دهد. تضعیف کننده متغیر پیوسته، سطح میرایی دقیقی با تنظیم انعطاف‌پذیر ایجاد می‌کند؛ بنابراین اپراتورها می‌توانند بدون وقفه در مدار، تضعیف کننده را سریع و دقیق با تغییرات موردنیاز تطبیق دهند.
تضعیف کننده تک‌حالته و چندحالته
چون تضعیف کننده فیبر نوری در دو نوع کابل تک‌حالته و چندحالته به‌کار می‌رود، تضعیف کننده ها به دو نوع تک‌حالته و چندحالته دسته‌بندی می‌شوند. تضعیف کننده های فیبر نوری معمولاً در کاربردهای بلندمدت تک‌حالته استفاده می‌شوند؛ بنابراین نوع رایج نیز تک‌حالته است. با این حال، تضعیف کننده های چندحالته نیز برای تطبیق با کابل‌های چندحالته موجودند. هنگام انتخاب یک نوع تضعیف کننده، توجه به بازهٔ میرایی و طول‌موج ضروری است.
چه زمانی از تضعیف کننده فیبر نوری استفاده کنیم؟
تضعیف کننده زمانی به‌کار می‌رود که سیگنال رسیده به گیرنده بیش از حد قوی باشد و عناصر گیرنده را تحت فشار قرار دهد؛ همچنین برای آزمون حاشیهٔ سطح توان قابل استفاده است. به‌طور کلی دو سناریو برای نقش‌آفرینی تضعیف کننده نوری وجود دارد:
- در آزمون سطح توان نوری، تضعیف کننده برای افزودن موقت مقدار کالیبره‌شده‌ای از تلف سیگنال به‌منظور بررسی حاشیهٔ سطح توان در سامانهٔ نوری استفاده می‌شود.
- تضعیف کننده نوری به‌صورت دائمی در لینک نوری نصب می‌شود تا سطوح سیگنال در فرستنده و گیرنده به‌درستی تطبیق یابد.
چگونه از تضعیف کننده در لینک داده استفاده کنیم؟
در کاربردهای تک‌حالته، به‌ویژه سامانه‌های آنالوگ CATV، مهم‌ترین پارامتر پس از مقدار تلف صحیح، تلف بازگشتی (Return Loss) یا بازتابندگی است. بسیاری از انواع تضعیف کننده نوری — به‌ویژه انواع تلف شکاف — بازتابندگی بالایی دارند و می‌توانند مانند کانکتورهای بسیار بازتابنده، بر فرستنده اثر نامطلوب بگذارند.
برای تک‌حالته، تضعیف کننده ای با بازتابندگی پایین انتخاب کنید و آن را در سمت گیرندهٔ لینک نصب کنید. این کار به دو دلیل است: نخست آنکه آزمون سطح توان در گیرنده ساده‌تر است، و دوم اینکه نور بازتابی در مسیر بازگشت به فرستنده تضعیف می‌شود.
جمع‌بندی
تضعیف کننده فیبر نوری یک قطعهٔ پسیو ضروری در سامانهٔ ارتباط نوری است. نوآوری در صنعت فیبر نوری هرگز متوقف نمی‌شود و تضعیف کننده ها به سمت هزینهٔ کمتر، زمان پاسخ سریع‌تر و یکپارچگی بیشتر با سایر تجهیزات ارتباط نوری تکامل خواهند یافت.