Moderni tietoliikennemaailma rakentuu valokuitutekniikan poikkeuksellisille kyvyille. Optiset kuidut ovat korvanneet kuparikaapelit maailmanlaajuisen viestinnän kiistattomana selkärankana hyödyntämällä valopulsseja siirtämään valtavia määriä dataa uskomattomilla etäisyyksillä salamannopeuksilla. Tietojen lähettäminen yhdestä keskuslähteestä useille loppukäyttäjille-vaatii kuitenkin kehittyneitä passiivisia optisia komponentteja, jotka voivat jakaa signaaleja ilman aktiivista sähkötehoa. Tämän jakeluarkkitehtuurin ytimessä on kriittinen passiivinen optinen laite: Fiber Optic Splitter. Tämä tekniikka mahdollistaa yhden tulevan optisen signaalin jakamisen useiksi identtisiksi tai asianmukaisesti suhteutettuiksi lähtösignaaleiksi tai päinvastoin yhdistämällä useita signaaleja yhdeksi ylävirran reitiksi, joten tämä tekniikka muodostaa nykyaikaisten passiivisten optisten verkkojen (PON) kulmakiven, mikä tekee nopeasta{5}}laajakaistasta, televisiosta ja puhelintoiminnasta taloudellisesti kannattavaa miljoonille kodeille ja yrityksille maailmanlaajuisesti.
Laitteen määrittely: ydinteknologiat ja valmistus
Perustasoltaan kuituoptinen jakaja on passiivinen optinen haarautumislaite, joka jakaa valonsäteen useisiin osiin tai yhdistää useita valoja yhdeksi säteeksi. Toisin kuin aktiiviset verkkokomponentit, kuten reitittimet tai kytkimet, jotka vaativat sähköä datapakettien käsittelyyn, vahvistamiseen ja reitittämiseen, jakaja toimii täysin passiivisesti käyttämällä fyysisiä optisia ominaisuuksia. Siinä on yksi tai kaksi tulopäätä ja useita ulostulopäitä, ja jakokonfiguraatiot vaihtelevat tavallisesti yksinkertaisista 1:2- ja 1:4-suhteista massiivisiin 1:64- tai 1:128-suhteisiin, joita käytetään laajamittaisessa{10}tietoliikennekäytössä.
Näiden laitteiden valmistus ja sisäinen rakenne perustuvat yleensä kahteen erilliseen valmistustekniikkaan: Fused Biconical Taper (FBT) ja Planar Lightwave Circuit (PLC) -tekniikka. Näiden kahden menetelmän välisten erojen ymmärtäminen on olennaista verkkosuunnittelijoille ja järjestelmäsuunnittelijoille, koska jokainen tekniikka tarjoaa ainutlaatuisia etuja riippuen tietystä sovellusympäristöstä, toiminta-aallonpituusalueesta ja tiheysvaatimuksista.
Fused Biconical Taper -teknologia on perinteisempi valmistusmenetelmä. Siinä otetaan kaksi tai useampia paljaita kuituja, asetetaan ne lähelle toisiaan ja sulatetaan ne äärimmäisessä kuumuudessa samalla kun venytetään ja venytetään sulatettua osaa. Tämä kapeneva prosessi luo erikoisen kaksoiskartiorakenteen, joka ohjaa kytkentäsuhdetta sen mukaan, kuinka paljon kuidut ovat venyneet ja kuinka tiiviisti niiden ytimet ovat vuorovaikutuksessa. FBT-jakajat ovat suhteellisen yksinkertaisia valmistaa ja{3}}kustannuksiltaan edullisia varsinkin pienissä jaotuissa, kuten 1:2 tai 1:4. Ne tarjoavat myös ainutlaatuisen edun toimia useilla eri aallonpituuksilla, kuten 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm samanaikaisesti, mikä tekee niistä suosittuja vanhoissa järjestelmissä ja tietyissä optisissa testausympäristöissä. FBT-jakajat kärsivät kuitenkin skaalautuvuuden ja lämpötilan stabiilisuuden rajoituksista; kun jakosuhde kasvaa yli 1:8:n, suorituskyvyn tasaisuus laskee merkittävästi ja ympäristön vaihtelut voivat aiheuttaa vakavia lisäyshäviöitä.
Planar Lightwave Circuit -tekniikka edustaa korkean{0}}tiheyden ja suuren{1}}optisen jakamisen nykyaikaista alan standardia. Puolijohdelitografiamenetelmillä valmistettu PLC-jakaja koostuu optisesta aaltoputkipiiristä, joka on rakennettu kvartsi- tai piidioksidilasisubstraatille. Valmistusprosessi alkaa kerrostamalla piidioksidikerroksia piikiekolle, mitä seuraa fotolitografinen etsaus tarkkojen aaltojohtoreittien muodostamiseksi, jotka heijastavat haluttua halkaisuarkkitehtuuria. Kun aaltoputkikanavat on muodostettu, ylempiä suojakerroksia levitetään ja kuituryhmät kohdistetaan tarkasti ja liimataan lastun reunoihin. PLC-jakajat tarjoavat poikkeuksellisia suorituskykyominaisuuksia, kuten korkean luotettavuuden, kompaktin fyysisen jalanjäljen, erinomaisen kanavan-to{7}}yhdenmukaisuuden ja laajan toiminta-aallonpituusalueen 1260nm - 1650nm. Näiden erinomaisten ominaisuuksien ansiosta PLC-tekniikkaa hyödyntävästä kuituoptisesta jakajasta on tullut ylivoimainen valinta nykyaikaisille tietoliikenneverkoille, joissa käytetään korkeaa{11}}lukujakosuhdetta.
Taustalla oleva fysiikka: Kuinka valo jakautuu
Ymmärtääkseen täysin, kuinka kuituoptinen jakaja toimii, on tutkittava aaltooptiikan, valon etenemisen ja optisen tehon jakautumisen periaatteet. Kun valonsäde kulkee yksimuotoista optista kuitua pitkin, se rajoittuu ytimeen sisäisen kokonaisheijastuksen vuoksi. Tämä ilmiö johtuu sisemmän ytimen ja ulkokuoren välisestä taitekerroinerosta. Kun tämä valosignaali saavuttaa jakajan sisällä olevan liitoskohdan, laitteen fyysinen arkkitehtuuri muuttaa tätä rajoitusta ja hallitsee optisen tehon jakoa.
PLC-jakajassa tuleva valosignaali tulee yksituloiseen aaltoputkeen. Kun valoaalto etenee tasomaisen piirin haarautumisalueelle, yksi aaltoputki laajenee tasaisesti ja jakautuu useiksi yksittäisiksi aaltoputkikanaviksi. Tätä prosessia hallitseva perusaaltooptiikka määrää, että tuleva optinen teho jaetaan lähtökanavien kesken. Ihannetapauksessa balansoidussa jakajassa optinen energia jaetaan tasaisesti kaikille lähtöille. Esimerkiksi 1:8 PLC-jakajassa jokainen lähtöportti vastaanottaa noin yhden -kahdeksasosan koko tulevasta optisesta tehosta, josta on vähennetty materiaalin absorptiosta ja aaltoputken epätäydellisyydestä johtuvia pieniä luontaisia häviöitä.
Tehonjako ei kuitenkaan ole ilman fyysisiä kustannuksia. Jokaisessa optisessa komponentissa on lisäyshäviö, joka edustaa optista tehohäviötä, joka johtuu jaottimen liittämisestä siirtoyhteyteen, mitattuna desibeleinä (dB). Teoreettinen lisäyshäviö on väistämätön matemaattinen todellisuus, jonka jakosuhde sanelee. Täydellisesti tasapainotetulla 1:2-jakajalla teoreettinen pienin jakohäviö on 3,01 dB, koska puolet tehosta ohjataan jokaiseen porttiin. 1:4-jakajan teoreettinen häviö on 6,02 dB, 1:8-jakajan se on 9,03 dB, 1:16-jakajan 12,04 dB, 1:32-jakajan 15,05 dB ja 1:64dB jakajalla 1:64d8. Todellisessa-tuotannossa todellinen lisäyshäviö on hieman suurempi kuin nämä teoreettiset vähimmäisarvot johtuen ylimääräisestä häviöstä, joka johtuu sironta-, heijastus- ja kytkentöjen tehottomuudesta laitteen sisällä.
Lisäyshäviön lisäksi monet muut suorituskykymittarit ohjaavat kuituoptisen jakajan toiminnan tehokkuutta. Tasaisuus on kriittinen mittari, joka mittaa kuinka tasaisesti optinen teho jakautuu lähtöporttien kesken. laadukkailla-jakajilla on minimaalinen ero lisäyshäviössä parhaiden ja huonoiten toimivien lähtökanavien välillä. Polarisaatiosta riippuvainen häviö (PDL) mittaa lisäyshäviön vaihtelua, joka johtuu valoaallon polarisaatiotilan muutoksista. Lisäksi paluuhäviö mittaa taaksepäin lähdettä kohti heijastuneen valon määrää; korkeat paluuhäviön arvot ovat välttämättömiä, jotta estetään takaheijastukset häiritsemästä laserlähettimiä ja heikentämästä signaalin yleistä eheyttä. Wavelength Dependent Loss (WDL) varmistaa, että jakamissuorituskyky pysyy vakaana nykyaikaisissa moni-aallonpituisissa PON-arkkitehtuureissa käytetyillä toimintaaallonpituuksilla.
Strateginen käyttöönotto ja sovellukset televiestinnässä
Kuituoptisen jakajan monipuolisuus, passiivinen luonne ja kustannustehokkuus{0}} ovat tehneet siitä välttämättömän rakennuspalkin useissa tietoliikenneverkoissa, yritysympäristöissä ja erikoistuneissa teollisissa sovelluksissa. Näkyvin ja laajimmalle levinnyt näiden laitteiden käyttöönotto tapahtuu Fiber to the Home (FTTH) ja Passive Optical Network (PON) -verkoissa, kuten Gigabit Passive Optical Networks (GPON), Ethernet Passive Optical Networks (EPON) ja seuraavan -sukupolven 10G symmetriset verkot, kuten XGS-PON.
Tyypillisessä FTTH-arkkitehtuurissa palveluntarjoaja ottaa käyttöön optisen linjapäätelaitteen (OLT) keskustoimistossa tai paikalliskeskuksessa. OLT:sta yksimuotoinen-syöttökuitu kuljettaa tietoja alaspäin kentälle kohti asuin- tai liikealueita. Sen sijaan, että käyttäisivät erillistä kuitua keskustoimistosta jokaiselle tilaajalle, -mikä olisi taloudellisesti ja tilallisesti kohtuutonta-, teleoperaattorit käyttävät optisia jakeluverkkoja (ODN), jotka on varustettu jakajilla. Yksittäinen syöttökuitu voi mennä ulkojakokoteloon, joka sisältää 1:32- tai 1:64-kuituoptisen jakajan. Tästä yhdestä solmusta jopa kuusikymmentä{11}}neljä jakelukuitua lähtee palvelemaan yksittäisiä asiakkaita, jotka päättyvät tilaajien kodeissa tai toimistoissa sijaitseviin optisiin verkkopäätteisiin (ONT). Tämä point{13}}to-monipistearkkitehtuuri vähentää merkittävästi tarvittavan fyysisen kuidun määrää, alentaa lähetin-vastaanotinporttien määrää keskustoimistossa ja minimoi verkko-operaattoreiden kokonaispääomakustannukset.
Verkkoarkkitehdit käyttävät erilaisia jakostrategioita tilaajatiheydestä, maantieteellisestä asettelusta ja kaistanleveyden jakomalleista riippuen. Keskitetty halkaisu tarkoittaa kaikkien halkaisuvaiheiden sijoittamista yhteen paikkaan, kuten keskuskuitujakelukeskittymään tai -kaappiin. Tämä lähestymistapa yksinkertaistaa vianmääritystä, vähentää ylläpidon monimutkaisuutta ja mahdollistaa helpomman seurannan keskustoimistosta, vaikka se vaatii pidempiä kuitujen jakelua keskittimestä yksittäisiin koteihin. Päinvastoin, peräkkäinen jakaminen jakaa jakamisprosessin useille tasoille,-kuten ensisijaisessa ulkokaapissa sijaitseva 1:4-jakaja, joka syöttää toissijaisiin 1:8-jakajiin, jotka sijaitsevat lähempänä tilaajaryhmiä. Kaskadijako optimoi kuitujen käytön tiheästi asutussa esikaupunki- tai kaupunkiympäristössä sijoittamalla jakokohdat lähemmäksi tilaajaryhmien maantieteellistä keskustaa, mikä tasapainottaa tehokkaasti syöttö- ja jakelukuitujen pituudet.
FTTH-laajakaistan käyttöönoton lisäksi näillä komponenteilla on tärkeä rooli kaapelitelevision (CATV) hybridikuitu{0}}koaksiaalisissa (HFC) verkoissa, suljetuissa-piiritelevisioissa (CCTV) ja teollisuuden valvontajärjestelmissä. CATV-verkoissa optiset jakajat jakavat analogiset ja digitaaliset videosignaalit alavirtaan useille solmualueille. Yritysten lähiverkoissa (LAN) optista jakamista käytetään passiivisissa optisissa LAN-arkkitehtuureissa (POL) korvaamaan perinteiset kupari-pohjaiset Ethernet-kytkimet, mikä tarjoaa parannetun suojauksen, pienemmän virrankulutuksen ja suojan sähkömagneettisia häiriöitä vastaan. Lisäksi optisissa testaus- ja mittausympäristöissä käytetään erikoistuneita jakajia, jotka siirtävät pienen osan optisesta tehosta-kuten 1 % tai 2 %-optisiin spektrianalysaattoreihin tai tehomittareihin, mikä mahdollistaa reaaliaikaisen{10}}lähetyslinkkien suorituskyvyn seurannan keskeyttämättä aktiivista asiakasliikennettä.
Optimaalisen integroinnin valintakriteerit ja pakkausmuodot
Kuituoptisen jakajan onnistunut käyttöönotto edellyttää mekaanisten pakkausmuotojen, ympäristön kestävyyden ja toiminnallisen yhteensopivuuden huolellista harkintaa olemassa olevien laitteistoekosysteemien kanssa. Koska nämä komponentit asennetaan villisti erilaisiin ympäristöihin-ilmastoohjatuista palvelinhuoneista-ja maanalaisista jatkossulkimista ulkoilmaliitospylväisiin ja ankariin teollisuuskoteloihin,-valmistajat suunnittelevat laajan valikoiman muototekijöitä suojaamaan herkkiä sisäisiä optisia siruja ja kuituryhmiä.
Paljas kuitujakaja on kompaktein pakkausmuoto, jossa paljaat, suojaamattomat optiset kuidut lähtevät halkaisulohkosta. Tämä muoto on suunniteltu ensisijaisesti integroitavaksi jatkosalustojen, fuusioliitossulkimien tai optisten välilevyjen sisään, kun kotelo tarjoaa jo sisäisen mekaanisen suojan. Vaikka paljaat kuidunjakajat ovat erittäin tilaa-tehokkaita, ne vaativat teknikkojen huolellista käsittelyä liitoksen aikana, jotta hauraat 250 mikronin tai 900 mikronin puskuroidut kuidut eivät vaurioidu.
Käyttökohteissa, jotka vaativat parempaa mekaanista suojausta ilman tilaa vievää koteloa, käytetään laajalti lohkottomia tai teräsputkien halkaisijoita. Tässä kokoonpanossa teräsputkipaketti sisältää PLC-sirun ja optiset kuituryhmät, mikä tarjoaa vankan rakenteellisen vahvistuksen säilyttäen samalla ohuen, miniatyyriprofiilin, joka sopii ahtaisiin tiloihin kuituhallintaalustojen, jakelulaatikoiden tai modulaaristen kasettien sisällä.
Kun jakajia on käytettävä vaativissa ulkoympäristöissä, kuten antenninauha{0}}asennetut sulkimet, jalustakotelot tai maanalaiset kaivot, ABS-laatikkojakajat tai kestävät modulaariset kotelot ovat vakiovalinta. ABS-kotelo koteloi jakajan kestävään, iskunkestävään-muovikoteloon, jossa on vahvistetut kaapelinsuojukset ja tukevat liitoshapat. Nämä yksiköt kestävät äärimmäisiä lämpötilavaihteluita, kosteuden sisäänpääsyä, mekaanista tärinää ja syövyttäviä elementtejä, mikä varmistaa verkon keskeytymättömän käyttöajan vuosikymmeniä kestäneen kenttäpalvelun aikana. Lisäksi palvelinkeskusympäristöihin ja tietoliikennetelineasennuksiin telineeseen -asennettavia tai kasetti-pohjaisia jakajia-kuten LGX--yhteensopivia moduuleja tai 19-tuumaisia telineitä-asennat koteloon, paneeliin asennettavat laitteet ja kytkinpaneelit. helpottaa nopeaa korjausta ja strukturoitua kaapelinhallintaa.
Valitessaan optista jakajaa tiettyyn verkkokäyttöön, insinöörien on arvioitava useita keskeisiä toiminnallisia määrityksiä. Toimintaaallonpituus on ensiarvoisen tärkeää; Vaikka tavalliset televiestintäjakajat toimivat laajassa ikkunassa 1 260 nm - 1 650 nm, jotta ne voivat vastaanottaa alavirran dataa, ylävirran dataa ja 1 550 nm RF-videopeittokuvaa tai 1 625 nm OTDR-testausaallonpituuksia, mutta yhteensopimattomat aallonpituusalueet voivat johtaa vakavaan signaalin vaimenemiseen. Liitintyypit-kuten SC/APC, LC/APC tai FC/APC- on myös sovitettava huolellisesti ympäröivään infrastruktuuriin. Angled Physical Contact (APC) -kiillotusaineen käyttö on vakiokäytäntö nykyaikaisissa PON-käytöissä, sillä 8{10}}asteen kulmassa oleva kiillotusaine heijastaa hajavaloa päällysteeseen eikä takaisin kohti laserlähdettä, mikä varmistaa poikkeuksellisen suuren paluuhäviön ja minimoi heijastuksen aiheuttamat bittivirheet.
Optisen verkottumisen tulevaisuus lupaa entistä suurempaa integraatiota, enemmän kuitujen määrää ja lisääntynyttä tiedonsiirtokapasiteettia tukemaan uusia teknologioita, kuten langatonta 5G-takaisinsiirtoa, kosketusnäyttöjä, Internet-sovelluksia, reunalaskentaa ja tekoälyn datakeskuksia. Koska tietoliikenteen vaatimukset kasvavat eksponentiaalisesti, taustalla olevan fyysisen infrastruktuurin on pysyttävä joustavana, skaalautuvana ja erittäin tehokkaana. Tässä säälimättömässä kehityksessä nöyrä, mutta tehokas kuituoptinen jakaja on edelleen korvaamaton insinöörin voitto, joka mahdollistaa hiljaisen valon saumattoman jakautumisen, joka antaa voiman hyper-yhteytetylle modernille maailmallemme.
