Аттенюаторы

Оптический аттенюатор — это пассивное устройство, с помощью которого можно ослабить световой пучок, т. е. уменьшить его оптическую мощность. Величина затухания часто указывается в терминах оптической плотности или в децибелах, иногда в процентах от переданной или заблокированной оптической мощности.

Типы аттенюаторов по конструкции и принципу действия

Устройства обычно поставляются в двух формах конструкции – переборочные и встроенные. 

• Переборочный аттенюатор можно вставить в гнездо приемника; 

• встроенный аттенюатор напоминает коммутационный шнур и используется между коммутационной панелью и приемником.

Аттенюаторы используют несколько принципов для достижения желаемого снижения мощности. Они могут использовать метод потерь в промежутке, поглощающий или отражающий метод для достижения желаемых потерь сигнала. Обычно используются следующие типы: 

• фиксированные; 
• ступенчатые;
• бесступенчатые.

Принцип потери зазора используется в аттенюаторах для снижения уровня оптической мощности путем вставки устройства в оптоволоконный тракт с использованием встроенной конфигурации. Аттенюаторы затухания используются для предотвращения насыщения приемника и размещаются близко к передатчику.

Принцип поглощения, или поглощение, определяет процент потерь мощности в оптическом волокне. Эти потери реализуются из-за несовершенства оптического волокна, которое поглощает оптическую энергию и преобразует ее в тепло.

Принцип отражения или рассеяния объясняет большую часть потерь мощности в оптическом волокне и опять-таки из-за несовершенств оптического волокна, которые в данном случае вызывают рассеяние сигнала.

Фиксированные аттенюаторы

Аттенюаторы такого типа предназначены для фиксированного уровня аттенюации. Теоретически они могут быть спроектированы так, чтобы обеспечить любое желаемое ослабление. Выходной сигнал ослабляется по сравнению с входным сигналом. 

Фиксированные аттенюаторы обычно используются для одномодовых приложений. На рисунке показаны примеры фиксированных оптических аттенюаторов.

Ступенчатые регулируемые аттенюаторы

Аттенюатор со ступенчатой ​​регулировкой представляет собой устройство, которое изменяет затухание сигнала с известными шагами, такими как 0,1 дБ, 0,5 дБ или 1 дБ. 

Ступенчатый аттенюатор может использоваться в нескольких приложениях при работе с несколькими источниками питания — например, если доступно три входа, может возникнуть необходимость ослабления сигнала на разных уровнях для каждого из входов.

Бесступенчатые аттенюаторы

Бесступенчатым считается аттенюатор, который можно менять по запросу. Эти аттенюаторы обычно имеют устройство, которое позволяет изменять затухание сигнала по запросу. 

Плавно регулируемый или переменный аттенюатор используется в неконтролируемых средах, где входные характеристики и/или выходные характеристики постоянно меняются. Это позволяет оператору быстро и точно настроить устройство в соответствии с требуемыми изменениями без прерывания цепи.

Типичные требования к оборудованию

В некоторых случаях достаточно фиксированной степени ослабления (например, 10 децибел), тогда как в других ситуациях требуется регулируемый аттенюатор (VOA), в котором степень ослабления можно регулировать, например, вручную с помощью какой-либо ручки. 

Промежуточным решением является ступенчатое регулируемое затухание. В некоторых случаях регулировкой затухания управляют с помощью электронного сигнала. Если эту регулировку можно произвести довольно быстро, то устройство на самом деле является оптическим модулятором. Конечно, любой модулятор оптической интенсивности можно рассматривать как регулируемый аттенюатор.

Часто важно, чтобы мощность можно было ослабить, не влияя на поперечный профиль луча. Например, когда мощный лазерный луч необходимо охарактеризовать с помощью профилировщика луча, который может обрабатывать только ограниченную оптическую мощность. Очевидно, что будет проблемой, если профиль луча исказится аттенюатором.

Другим аспектом является зависимость от длины волны. Часто требуется приблизительно постоянная величина ослабления в определенном диапазоне длин волн, например, для всего видимого света. Для этих целей предназначены, так называемые, фильтры нейтральной плотности.

Для некоторых приложений жизненно важно, чтобы полученные оптические потери не зависели от поляризации, или, точнее, чтобы потери, зависящие от поляризации, были очень малы. В других случаях, например, при работе с линейно поляризованными лазерными лучами, эта зависимость может не иметь значения. Ограниченная мощность некоторых аттенюаторов может быть проблемой.

В частности, при работе с мощными лазерными лучами еще одним важным аспектом может быть способность аттенюатора работать с мощностью. Это имеет значение не только для безопасного предотвращения повреждения аттенюатора, но и для предотвращения вредных воздействий на ослабленный пучок, таких как искажения луча или изменения степени затухания, вызванные температурой.

Многие аттенюаторы применимы к пучкам в свободном пространстве, в то время как другие относятся к оптоволоконному типу или работают с волноводами других типов.

Аттенюаторы обычно используются в одномодовых приложениях большой протяженности для предотвращения оптической перегрузки в приемнике.

Расчет значения затухания

Предположим, что максимальная оптическая входная мощность, с которой может работать оптоволоконный приемник, составляет -6 дБм. Если входная мощность превышает этот уровень, приемник будет перегружен. Передатчик, расположенный в 10 км от приемника, имеет выходную мощность 3 дБм. Потери на 10 км оптического волокна, включая соединения, составляют 5 дБ.

Чтобы рассчитать минимальное затухание, необходимое для предотвращения перегрузки приемника, нужно вычесть все известные потери из выходной мощности передатчика, как показано здесь:

1. Мощность передатчика (TP) = 3 дБм.
2. Максимальная оптическая входная мощность приемника (MP) = -6 дБм.
3. Общие потери (TL) = 5 дБ.
4. Требуемое минимальное затухание = MP + TL – TP = -6 дБм + 5 дБ – 3 дБм = – 4 дБ.

Как минимум, требуется аттенюатор на 4 дБ. Однако можно использовать аттенюатор с большей величиной, если он не приводит к чрезмерному ослаблению сигнала.