كيف يعمل جهاز الإرسال والاستقبال AOI؟

 

 

يقوم جهاز الإرسال والاستقبال AOI بتحويل الإشارات الكهربائية إلى نبضات ضوئية لنقلها عبر كابلات الألياف الضوئية، ثم يحول الضوء الوارد مرة أخرى إلى إشارات كهربائية. يحدث هذا التحويل ثنائي الاتجاه من خلال نظامين فرعيين أساسيين: المجموعة الفرعية الضوئية للمرسل (TOSA) تستخدم صمام ثنائي ليزر لتوليد ضوء معدل، بينما تستخدم المجموعة الفرعية الضوئية للمستقبل (ROSA) الثنائي الضوئي لاكتشاف هذا الضوء وتحويله مرة أخرى إلى تيار كهربائي.

 

 

عملية التحويل المزدوج

 

يؤدي جهاز الإرسال والاستقبال AOI وظيفتين متزامنتين ولكن متعارضتين، ولهذا السبب يطلق عليهما أجهزة الإرسال والاستقبال بدلاً من مجرد أجهزة الإرسال أو الاستقبال.

التحويل الكهربائي-إلى-التحويل البصري (ناقل الحركة)

عندما يحتاج محول الشبكة الخاص بك إلى إرسال البيانات، فإنه يولد إشارات كهربائية على شكل نبضات رقمية تمثل البيانات الثنائية. يستقبل جهاز الإرسال والاستقبال TOSA الخاص بجهاز الإرسال والاستقبال AOI هذه الإشارات الكهربائية ويغذيها إلى دائرة تشغيل الليزر. تقوم هذه الدائرة بأمرين: تحافظ على تيار متحيز ثابت لإبقاء الليزر عند نقطة التشغيل المثالية، وتقوم بتعديل تيار إضافي يتوافق مع إشارة البيانات.

الصمام الثنائي الليزري نفسه هو المكان الذي يحدث فيه التحويل الفعلي. في معظم أجهزة الإرسال والاستقبال الحديثة، ستجد واحدًا من ثلاثة أنواع من الليزر اعتمادًا على التطبيق. تعمل أجهزة VCSEL (أشعة الليزر التي ينبعث منها سطح التجويف العمودي) بسرعة 850 نانومتر وتستخدم لمسافات قصيرة أقل من 300 متر، وعادةً ما يتم ذلك في مراكز البيانات. بالنسبة للمدى المتوسط ​​الذي يصل إلى 40 كم، توفر أجهزة ليزر Fabry-Perot (FP) حلولاً فعالة من حيث التكلفة-. توفر أشعة الليزر DFB (التغذية المرتدة الموزعة)، التي تعمل عند 1310 نانومتر أو 1550 نانومتر، النقاء الطيفي اللازم للنقل لمسافات طويلة -تتجاوز 40 كم.

تختلف تقنية التعديل حسب متطلبات السرعة والمسافة. يعمل التعديل المباشر، حيث تقوم إشارة البيانات بتغيير تيار حقن الليزر بشكل مباشر، بشكل جيد لسرعات تصل إلى 25 جيجابت في الثانية والمسافات التي تقل عن 10 كيلومترات. تتغير كثافة ضوء الليزر الناتج استجابة لهذه الاختلافات الحالية، مما يؤدي إلى إنشاء نبضات بصرية تقوم بتشفير بياناتك. بالنسبة للسرعات الأعلى أو المسافات الأطول، يصبح التعديل الخارجي ضروريًا - يعمل الليزر بشكل مستمر أثناء استخدام معدّل امتصاص كهربائي منفصل - (EAM) أو معدّل Mach- يعمل معدّل زيندر على معالجة الضوء بعد الانبعاث، متجنبًا غرد التردد الذي يؤدي إلى تدهور إشارات المسافة - الطويلة.

التحويل البصري-إلى-التحويل الكهربائي (الاستقبال)

على الطرف المتلقي، تدخل نبضات الضوء الواردة من كابل الألياف الضوئية إلى ROSA لجهاز الإرسال والاستقبال وتضرب كاشفًا ضوئيًا. يكون هذا عادةً إما ثنائي ضوئي PIN للتطبيقات القياسية أو ثنائي ضوئي انهياري (APD) للمواقف التي تتطلب حساسية أعلى، مثل روابط المسافات الطويلة- حيث تضعف الإشارة الضوئية.

يستغل الكاشف الضوئي التأثير الكهروضوئي: عندما تصطدم الفوتونات بوصلة أشباه الموصلات، فإنها تحرر الإلكترونات، مما يخلق تيارًا يتناسب مع شدة الضوء. هذا شيء يفاجئ الكثير من الناس - لا يكتشف الثنائي الضوئي تردد الضوء نفسه (الذي يبلغ حوالي 193 تيرا هرتز لطول موجة 1550 نانومتر). وبدلا من ذلك، فإنه يستجيب للتغيرات في شدة الضوء الناجمة عن التعديل. إذا قمت بتسليط شعاع ثابت من الضوء بطول 1550 نانومتر عليه، فستحصل على تيار مستمر ثابت. عندما يومض هذا الضوء وينطفئ بسرعة 10 جيجا هرتز لتشفير البيانات، تحصل على إشارة كهربائية بتردد 10 جيجا هرتز.

التيار الكهربائي الناتج عن الثنائي الضوئي ضعيف للغاية، وغالبًا ما يتم قياسه بالميكرو أمبير. يقوم مضخم المعاوقة (TIA) بتحويل هذا التيار على الفور إلى إشارة جهد وتضخيمه. بعد TIA، تقوم دوائر إضافية باستعادة الساعة لاستخراج معلومات التوقيت ودوائر القرار لتحديد ما إذا كان كل بت هو واحد أو صفر، مما يؤدي إلى تجديد الإشارات الرقمية النظيفة للمعدات المضيفة.

 

البنية الداخلية والمكونات

 

يكشف فتح وحدة إرسال واستقبال AOI عن ترتيب كثيف بشكل مدهش للمكونات الضوئية والإلكترونية، وجميعها تعمل ضمن تفاوتات صارمة.

هيكل TOSA التفصيلي

تحتوي المجموعة الفرعية الضوئية لجهاز الإرسال- على أكثر من مجرد ليزر. تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على أداء الليزر - يمكن أن تختلف طاقة الخرج بنسبة 50% أو أكثر عبر نطاق تشغيل يبلغ 70 درجة. ولمواجهة ذلك، يتضمن TOSA ثيرمستورًا لمراقبة درجة الحرارة وغالبًا ما يكون مبردًا كهروحراريًا (TEC) في الوحدات -عالية الأداء. تعمل هذه مع دوائر التحكم التلقائي في الطاقة (APC) التي تضبط تيار محرك الأقراص للحفاظ على خرج بصري ثابت.

يوجد صمام ثنائي ضوئي للشاشة خلف الليزر، حيث يلتقط جزءًا صغيرًا من الضوء المنبعث من خلال الجانب الخلفي. تسمح هذه التعليقات لدائرة APC بالتعويض عن تقادم الليزر وانحراف درجة الحرارة في الوقت الفعلي-. بدون هذه المراقبة، يمكن أن تتدهور طاقة الخرج بشكل كبير على مدار عمر الوحدة.

تظهر العوازل الضوئية في العديد من التصميمات لمنع الانعكاسات الخلفية-من الدخول مرة أخرى إلى تجويف الليزر، مما قد يؤدي إلى عدم الاستقرار والضوضاء. يقترن ضوء الليزر بالألياف من خلال عدسات محاذية بدقة -أو اقتران مباشر-، اعتمادًا على التصميم. كل جزء من الديسيبل من فقدان الاقتران مهم عندما تحاول إرسال إشارات على بعد 80 كم أو أكثر.

انهيار مكون ROSA

يواجه الجانب المتلقي تحديات مختلفة. يجب أن يقوم الثنائي الضوئي بتحويل الإشارات الضوئية الضعيفة للغاية - في بعض الأحيان فقط بضعة ميكرووات - إلى إشارات كهربائية قابلة للاستخدام مع الحفاظ على ضوضاء منخفضة. تستخدم الواجهة الضوئية إما موصل LC (الأكثر شيوعًا) أو أنواع الموصلات القياسية الأخرى لاستقبال الألياف.

يحمي الغلاف الإلكترونيات الحساسة من التداخل الكهرومغناطيسي مع توفير الإدارة الحرارية. على عكس TOSA، لا يحتاج ROSA عادةً إلى تبريد نشط، لكن التصميم الحراري لا يزال مهمًا لأن التيار المظلم للثنائي الضوئي (تيار غير مرغوب فيه في حالة عدم وجود ضوء) يزداد مع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى رفع مستوى الضوضاء وتقليل الحساسية.

في بعض تصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال، وخاصة الوحدات ثنائية الاتجاه (BiDi)، يقوم مرشح تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) بتقسيم المسار البصري. يسمح هذا لنفس حبلا الألياف بحمل الإشارات المرسلة والمستقبلة بأطوال موجية مختلفة - عادةً 1310 نانومتر في اتجاه واحد و1490 نانومتر أو 1550 نانومتر في الاتجاه الآخر.

طبقة التحكم الإلكتروني

بالإضافة إلى المكونات البصرية، يحتوي كل جهاز إرسال واستقبال AOI على مجموعة لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) التي تستضيف شرائح الواجهة الكهربائية، ومنظمات الجهد الكهربي، ووظائف التشخيص الرقمي. تنفذ أجهزة الإرسال والاستقبال الحديثة مراقبة التشخيص الرقمي (DDM) كما هو محدد في معيار SFF-8472، مما يوفر قياسًا حقيقيًا للوقت عن بعد-من خلال واجهة I2C ذات سلكين.

يمكن لمسؤولي الشبكات الاستعلام عن درجة الحرارة، وجهد الإمداد، وتيار انحياز الليزر، والطاقة الضوئية المنقولة، والطاقة الضوئية المستلمة بدون معدات اختبار متخصصة. أدت هذه الإمكانية إلى تحويل استكشاف أخطاء الشبكة وإصلاحها - حيث يمكنك تحديد الليزر الفاشل أو الموصل المتسخ قبل أن يتسبب في انقطاع الخدمة.

 

 

تعديل الإشارة والتشفير

 

لقد تطورت الطريقة التي يتم بها تشفير البيانات على نبضات ضوئية بشكل كبير مع زيادة متطلبات السرعة.

تعديل غير -إرجاع-إلى-الصفر (NRZ).

تستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال التقليدية التي تصل سرعتها إلى 100 جيجابت في الثانية بشكل أساسي NRZ-OOK (تشغيل-إيقاف التشغيل). يكون الليزر إما قيد التشغيل (يمثل الرقم الثنائي 1) أو متوقف عن التشغيل (يمثل 0)، دون العودة إلى المستوى المحايد بين البتات. إنه أمر بسيط وفعال، ولكن مع وصول السرعات إلى 100 جيجابت في الثانية على طول موجي واحد، تصبح متطلبات النطاق الترددي الكهربائي والضوئي صعبة.

تقيس نسبة الانقراض مدى إيقاف تشغيل الليزر بشكل كامل خلال صفر بت مقارنة بقدرته على{{0}الحالة. تعني نسبة الانقراض 100:1 (20 ديسيبل) أن الليزر يخرج 1% من قدرته القصوى عند "إيقاف التشغيل". تعمل نسب الانقراض الأفضل على تحسين جودة الإشارة ولكنها تتطلب تصميمًا أكثر تعقيدًا لبرنامج تشغيل الليزر.

PAM4 والتعديل المتقدم

عند سرعة 200 جيجابت في الثانية وما بعدها، اعتمدت الصناعة PAM4 (تعديل سعة النبض ذو المستوى 4). بدلاً من مستويين من الشدة يمثلان بتًا واحدًا، يستخدم PAM4 أربعة مستويات تمثل بتتين لكل رمز. يؤدي هذا إلى مضاعفة معدل البيانات دون مضاعفة متطلبات النطاق الترددي، على الرغم من أنه يستبدل نسبة الإشارة -إلى-الضوضاء - حيث يكون كل مستوى أقرب لبعضه البعض، مما يجعل الاكتشاف أكثر صعوبة.

تستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية المتماسكة المستخدمة في -شبكات المسافات الطويلة مخططات أكثر تعقيدًا. يقومون بتعديل كل من سعة ومرحلة الضوء باستخدام QPSK (مفتاح تحويل الطور التربيعي) أو ترتيب أعلى - QAM (تعديل سعة التربيع). تتطلب هذه الأنظمة أجهزة استقبال متماسكة متخصصة مزودة بأشعة ليزر مذبذبة محلية ومعالجة معقدة للإشارات الرقمية، ولكنها يمكنها تحقيق 400 جيجابت في الثانية أو أكثر على طول موجة واحد.

 

اختيار الطول الموجي وتوافق الألياف

 

تخدم الأطوال الموجية المختلفة أغراضًا مختلفة في الاتصالات البصرية، ويختلف تصميم جهاز الإرسال والاستقبال وفقًا لذلك.

أنظمة الألياف متعددة الأوضاع (850 نانومتر)

عادةً ما تستخدم التطبيقات قصيرة المدى- داخل مبنى واحد أو مجمع مركز بيانات أليافًا متعددة الأوضاع مع أجهزة إرسال VCSEL بطول 850 نانومتر. تحتوي الألياف متعددة الأوضاع على نواة أكبر (50 أو 62.5 ميكرون) تسمح بمسارات أو "أوضاع" ضوئية متعددة بالانتشار في وقت واحد. وهذا يجعل الاقتران أسهل ويقلل التكلفة، ولكن التشتت المشروط يحد من المسافة - التي تنتقل فيها الأوضاع المختلفة بسرعات مختلفة قليلاً، مما يؤدي إلى انتشار النبض. تدعم ألياف OM3 سرعة 10 جيجابت في الثانية إلى 300 متر، بينما يمتد OM4 هذا إلى 400 متر، كما يعمل OM5 على تحسين النقل المتوازي.

أنظمة الألياف-أحادية الوضع (1310 نانومتر و1550 نانومتر)

يتطلب النقل لمسافات طويلة-أليافًا أحادية الوضع- ذات نواة أصغر بكثير (9 ميكرون) تعمل على تقييد الضوء في وضع انتشار واحد. وهذا يلغي التشتت المشروط، مما يسمح بمسافات أكبر بكثير. يقع الطول الموجي 1310 نانومتر في نافذة تشتت منخفضة -من الألياف ذات الوضع الفردي القياسي، بينما يحتل 1550 نانومتر أقل نافذة توهين (حوالي 0.2 ديسيبل/كم مقارنة بـ 0.35 ديسيبل/كم عند 1310 نانومتر).

بالنسبة للمسافات التي تتجاوز 80 كم، يصبح تعويض التشتت ضروريًا حتى عند 1550 نانومتر. تستخدم تصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال المتقدمة التعديل الخارجي وأحيانًا الليزر القابل للضبط للتحكم بدقة في الطيف البصري.

دقة الطول الموجي DWDM

تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال ذات تقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) بتوليد الضوء عند أطوال موجية محددة للغاية تحددها شبكة ITU -T، والتي تكون متباعدة عادةً بمقدار 50 جيجا هرتز أو 100 جيجا هرتز (المقابلة لمسافة 0.4 نانومتر أو 0.8 نانومتر تقريبًا بالقرب من 1550 نانومتر). ليزر DFB وحده ليس مستقرًا بدرجة كافية لـ DWDM - تشتمل أجهزة الإرسال والاستقبال هذه على التحكم في درجة الحرارة إلى ±0.1 درجة أو أفضل، مع الحفاظ على دقة الطول الموجي في حدود ±0.02 نانومتر فوق نطاق درجة حرارة التشغيل.

 

عوامل الشكل والتطور

 

لقد تطورت العبوة المادية لأجهزة الإرسال والاستقبال لاستيعاب السرعات الأعلى مع الحفاظ على الحجم أو تقليله.

SFP وSFP+ (ما يصل إلى 16 جيجابت في الثانية)

ظهر معيار -العامل القابل للتوصيل (SFP) ذو الشكل الصغير في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وهو يقدم تصميمًا مدمجًا وسهلاً-قابلاً للتبديل بحوالي نصف حجم وحدات GBIC السابقة. يتعامل SFP مع سرعة 1 جيجابت في الثانية، بينما يقوم SFP+ بتوسيع الواجهة الكهربائية لدعم 10 جيجابت في الثانية. يبلغ قياس هذه الوحدات 13.4 مم × 8.5 مم × 56 مم، وهي صغيرة بما يكفي بحيث يمكن للمحولات أن تحزم 48 منفذًا في وحدة حامل واحدة.

QSFP28 وQSFP-DD (100-400 جيجابت في الثانية)

يجمع تنسيق Quad SFP (QSFP) أربع قنوات في وحدة نمطية واحدة. يستخدم QSFP28 أربعة ممرات بسرعة 25 جيجابت في الثانية (غالبًا مع NRZ) لتحقيق إجمالي 100 جيجابت في الثانية. يعمل QSFP-DD (الكثافة المزدوجة) على مضاعفة ذلك بثمانية ممرات، ليصل إلى 400 جيجابت في الثانية باستخدام إشارة PAM4 بسرعة 50 جيجابت في الثانية لكل حارة. يحتفظ تصميم DD بنفس عرض QSFP28 ولكنه يستخدم موصلًا أطول مع اتصالات كهربائية إضافية.

OSFP والتنسيقات المستقبلية

نظرًا لأن الصناعة تتجه نحو 800 جيجابت في الثانية و1.6 تيرابت في الثانية، يوفر تنسيق Octal SFP (OSFP) ثمانية مسارات بتصميم حراري أفضل من QSFP-DD، وهو أمر بالغ الأهمية عندما تبدد الوحدات 12-15 واط. قام بعض البائعين بتطوير QSFP112 بسرعة 400 جيجابت في الثانية عبر أربعة ممرات بسرعة 100 جيجابت في الثانية، على الرغم من أن توحيد التنسيق يظل مثيرًا للجدل عند هذه السرعات.

لا يحدد كل عامل شكل الأبعاد المادية فحسب، بل يحدد أيضًا المواصفات الكهربائية والحدود الحرارية وبروتوكولات واجهة الإدارة، مما يضمن إمكانية التشغيل البيني عبر البائعين.

 

ميزانيات الطاقة وتصميم الارتباط

 

يتطلب النشر الناجح لأجهزة إرسال واستقبال AOI فهم ميزانيات الطاقة - حساب مكاسب وخسائر الإشارة عبر الرابط.

تتراوح طاقة خرج جهاز الإرسال والاستقبال عادةً من -2 ديسيبل ميلي واط (0.63 ميجاوات) للوحدات قصيرة المدى- إلى +4 ديسيبل ميلي واط (2.5 ميجاوات) للتصميمات الممتدة-. قد تكون حساسية جهاز الاستقبال -14 ديسيبل ميلي واط لتطبيقات ER بسرعة 10 جيجابت في الثانية أو -25 ديسيبل ميلي واط لأجهزة الاستقبال طويلة المدى شديدة الحساسية. الفرق بين هذه القيم هو ميزانية الطاقة الخاصة بك.

يستهلك توهين الألياف معظم هذه الميزانية - 0.3 ديسيبل/كم عند 1310 نانومتر أو 0.2 ديسيبل/كم عند 1550 نانومتر للألياف ذات الوضع الفردي القياسي-. تضيف خسائر الموصل 0.3-0.5 ديسيبل لكل منها، وتساهم خسائر الوصلات بمقدار 0.05-0.1 ديسيبل، ويجب عليك تضمين هامش النظام من 3 إلى 6 ديسيبل للتقادم، وإصلاح التوصيلات، والخسائر غير المتوقعة.

بالنسبة لوصلة بطول 40 كم عند 1310 نانومتر: 0.3 ديسيبل/كم × 40 كم=12 ديسيبل من فقدان الألياف، بالإضافة إلى أربعة موصلات (2 ديسيبل)، وصلة امتداد واحدة متوسطة - (0.1 ديسيبل)، وخسارة إجمالية للمسار قدرها 3 ديسيبل=17.1 ديسيبل. إذا كان جهاز الإرسال لديك ينتج 0 ديسيبل ميلي واط وكان جهاز الاستقبال يحتاج إلى -18 ديسيبل ميلي واط، فلديك ميزانية متاحة تبلغ 18 ديسيبل - وهي بالكاد كافية.

تشرح هذه العملية الحسابية سبب استخدام أنظمة النقل لمسافات طويلة-1550 نانومتر (توهين أقل) وأجهزة إرسال ذات قدرة عالية-، وغالبًا ما تكون مزودة بمضخمات صوتية لمسافات تتجاوز 80 كيلومترًا.

 

التقنيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

 

تواصل صناعة أجهزة الإرسال والاستقبال AOI تطورها السريع مدفوعًا بمتطلبات مراكز البيانات واسعة النطاق وبناء الاتصالات السلكية واللاسلكية.

يعد تكامل الضوئيات السيليكونية بتقليل تكاليف التصنيع من خلال الاستفادة من البنية التحتية لأشباه الموصلات. بدلاً من تجميعات TOSA وROSA المنفصلة، ​​تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية السيليكونية بدمج مصادر الليزر والمعدلات والكاشفات على شرائح السيليكون، على الرغم من أن مواد أشباه الموصلات III-V لا تزال توفر أفضل أداء لليزر، مما يتطلب أساليب تكامل هجينة.

تعمل العناصر البصرية المجمعة (CPO) على نقل أجهزة الإرسال والاستقبال من اللوحة الأمامية مباشرةً إلى حزم محول السيليكون، مما يقلل من استهلاك الطاقة ووقت الاستجابة مع زيادة كثافة منافذ المحول بشكل كبير. تحقق العروض التوضيحية المبكرة لـ CPO 51.2 تيرابت في الثانية لكل محول ASIC من خلال إزالة قيود طاقة SerDes الكهربائية والمسافة.

تعمل البصريات القابلة للتوصيل (LPO) للمحرك الخطي على تبسيط الواجهة الكهربائية عن طريق إزالة دوائر إعادة التوقيت، وتمرير الإشارات مباشرة بين المضيف والبصريات باستخدام المحركات الخطية. يؤدي ذلك إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 40-50% مقارنة بالوحدات التي يتم إعادة ضبط توقيتها، على الرغم من أنها تتطلب تصميمات PCB عالية الجودة وتفرض حدودًا للوصول.

تعد أجهزة ليزر النقاط الكمومية بتشغيل غير حساس لدرجة الحرارة-بدون مبردات كهروحرارية، مما يقلل من طاقة الوحدة وتكلفتها. تُظهر الإصدارات المبكرة تشغيلًا مستقرًا من -40 درجة إلى +95 درجة مع الحد الأدنى من تحول الطول الموجي.

 

الأسئلة المتداولة

 

ما الفرق بين أجهزة الإرسال والاستقبال AOI والعلامات التجارية الأخرى؟

تقوم شركة AOI (Applied Optoelectronics Inc.) بتصنيع أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية ومكوناتها، ولكن مبادئ التشغيل الأساسية متطابقة عبر جميع البائعين. لا تتغير الآلية الفيزيائية للتحويل الكهروضوئي حسب الشركة المصنعة. ما يميز العلامات التجارية هو جودة التصنيع ومواصفات نطاق درجة الحرارة وكفاءة الطاقة وتقييمات الموثوقية. تضمن اتفاقيات المصادر المتعددة - (MSAs) أن تعمل أجهزة الإرسال والاستقبال المتوافقة من بائعين مختلفين بشكل متبادل في نفس فتحة المعدات.

هل يمكنك رؤية الضوء القادم من جهاز إرسال واستقبال الألياف الضوئية؟

لا - تعمل معظم أجهزة الإرسال والاستقبال عند أطوال موجية للأشعة تحت الحمراء (850 نانومتر، أو 1310 نانومتر، أو 1550 نانومتر) غير مرئية للعين البشرية. حتى ضوء VCSEL الذي يبلغ طوله 850 نانومتر يظهر باللون الأحمر الباهت في أحسن الأحوال. لا تنظر أبدًا مباشرة إلى الألياف النشطة أو منفذ جهاز الإرسال والاستقبال؛ في حين أن مستويات الطاقة منخفضة (عادة 1-3 مللي واط)، فإن الشعاع يكون متوازيًا ومركّزًا بدرجة عالية، وقادرًا على التسبب في تلف دائم في الشبكية. توجد لوائح سلامة الليزر من الفئة 1M لهذا السبب.

لماذا تحتوي بعض أجهزة الإرسال والاستقبال على ليفين بينما يستخدم البعض الآخر ليفًا واحدًا؟

تستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال التقليدية ليفين - أحدهما للإرسال والآخر للاستقبال - يعملان بنفس الطول الموجي في اتجاهين متعاكسين. تستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال ثنائية الاتجاه (BiDi) ليفًا واحدًا مزودًا بمرشح WDM الذي يفصل بين طولين موجيين مختلفين: أحدهما للأعلى والآخر للأسفل. توفر تصميمات BiDi الألياف ولكنها تكلف أكثر قليلاً بسبب مكونات WDM. تقوم أنظمة CWDM وDWDM بمضاعفة العديد من الأطوال الموجية على زوج من الألياف باستخدام معددات إرسال خارجية.

ما المدة التي تستغرقها أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية عادة؟

تدهور الليزر هو المحدد الأساسي لمدى الحياة. تحدد معظم أجهزة الإرسال والاستقبال ما بين 100.000 إلى 200.000 ساعة متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل (MTBF) عند درجة حرارة تشغيل تبلغ 25 درجة. ومن الناحية العملية، غالبًا ما تعمل الوحدات قبل 5 إلى 10 سنوات من الفشل، مع ارتفاع درجات الحرارة مما يؤدي إلى تسريع عملية الشيخوخة. تعوض دوائر التحكم التلقائي في الطاقة التدهور التدريجي لليزر عن طريق زيادة تيار المحرك، ولكنها تصل في النهاية إلى الحد الأقصى للتيار ولا يمكنها الحفاظ على طاقة الخرج المحددة. يعمل التبريد المناسب على إطالة عمر جهاز الإرسال والاستقبال بشكل كبير.

 

المواصفات الفنية الرئيسية التي يجب فهمها

 

عند اختيار أجهزة الإرسال والاستقبال، تؤثر العديد من المواصفات بشكل مباشر على الأداء:

مواصفات الارسال:تحدد طاقة الخرج (ديسيبل مللي واط)، والعرض الطيفي (نانومتر)، ونسبة الانقراض (ديسيبل)، ونسبة كبت الوضع الجانبي - (ديسيبل لأشعة ليزر DFB) جودة الإشارة ومدى الوصول. يصبح التسامح مع الطول الموجي المركزي أمرًا بالغ الأهمية لتطبيقات DWDM.

مواصفات جهاز الاستقبال:تحدد الحساسية (dBm) الحد الأدنى من الطاقة الضوئية اللازمة لمعدل خطأ البت المحدد (عادةً 10^-12). تشير قوة التشبع إلى الحد الأقصى لطاقة الإدخال قبل التلف أو التشويه المفرط. تعتبر مواصفات فقدان الإرجاع البصري مهمة لمنع الانعكاسات التي تزعزع استقرار الليزر.

الواجهة الكهربائية:يجب أن تتطابق المعاوقة التفاضلية (عادةً 100 أوم)، وتأرجح جهد الخرج، ومواصفات الارتعاش مع متطلبات المعدات المضيفة. يستخدم SFP إشارات LVPECL، ويستخدم QSFP28 NRZ بسرعة 25.78 جيجابت في الثانية، بينما يقوم QSFP - DD عادةً بتنفيذ PAM4 بسرعة 53.125 جيجابت في الثانية.

التقييمات البيئية:تشير درجات الحرارة التجارية (0 درجة إلى 70 درجة)، ودرجة الحرارة الممتدة (-5 درجة إلى 85 درجة)، ودرجة الحرارة الصناعية (-40 درجة إلى 85 درجة) إلى الإدارة الحرارية التي تتطلبها الوحدة. يؤثر تبديد الطاقة بالواط على متطلبات التبريد - يمكن أن تتجاوز وحدات QSFP-DD 12 واط.

التشخيص الرقمي:تتيح عتبات الإنذار والتحذير لدرجة الحرارة والجهد والتيار المتحيز وطاقة TX وطاقة RX المراقبة الاستباقية. تعتبر مواصفات الدقة (عادةً ± 3 ديسيبل للطاقة الضوئية) مهمة عند استكشاف أخطاء الروابط الهامشية وإصلاحها.

يتيح فهم هذه المعلمات إمكانية الاختيار المستنير لجهاز الإرسال والاستقبال واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل فعال عندما يكون أداء الارتباطات ضعيفًا أو يفشل.