Optical attenuators (یا تضعیف‌کننده فیبر نوری) یک دستگاه پسیو است که برای کاهش سطح قدرت سیگنال های نوری به کار می‌رود. این تضعیف‌کننده اغلب برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری که سیگنال اپتیکال خیلی قوی است و احتیاج به کاهش دارد استفاده می‌شود.

مدار تضعیف‌کننده اجازه می‌دهد تا یک منبع شناخته‌شده از توان به‌وسیله یک فاکتور از پیش تعیین‌شده کاهش یابد و معمولاً به‌صورت دسی‌بل نمایش داده می‌شود. تضعیف‌کننده نوری به‌طورکلی در کاربردهای سینگل مود در مسافت‌های طولانی برای جلوگیری از اضافه‌بار نوری در گیرنده استفاده می‌شود.

به‌عنوان‌مثال در سیستم DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) چندین طول‌موج مختلف در یک نود وارد می‌شوند که هرکدام ممکن از مسیری متفاوت عبور کرده باشند و تلفات مختلفی را داشته باشند. توان آن‌ها قبل از ورود به سیستم باید یکسان‌سازی شده و توان آن‌ها در محدوده استاندارد قرار بگیرد.

اصول تضعیف‌کننده نوری

تضعیف‌کننده اپتیکال به‌وسیله جذب نور، مانند عینک‌های دودی که نور اضافی را جذب می‌کنند عمل می‌کند. اصولاً یک رنج طول‌موج کاری وجود دارد که انرژی طول‌موج باید در آن سطح باشد.

نوع دیگر تضعیف‌کننده‌های اپتیکال استفاده از یک طول فیبر با مقدار تلفات بالاست که وقتی نور از آن عبور می‌کند به دلیل افت، توان آن به مقدار مشخصی کاسته می‌شود. توان نور خروجی از این قسمت کمتر از توان نور ورودی می‌باشد.

درواقع می‌توان گفت کاهش توان از طریق تلفات گپ، جذب، بازتاب، انعکاس، پراکندگی، انحراف، پرش و ... انجام می‌شود.

اصل تلفات گپ

اصل تلفات گپ در تضعیف‌کننده نوری به‌منظور کاهش سطح توان نوری است که به این صورت است که دو فیبر به‌وسیله هوا از هم جداشده و تلفات موردنظر به دست می‌آید.

با قرار دادن تضعیف‌کننده در مسیر فیبر با استفاده از یک پیکربندی داخل خط، تلفات موردنظر عملی می‌شود.

این نوع تضعیف‌کننده که به نام تضعیف‌کننده گپ هوایی نیز معروف است، به آلودگی و گردوخاک حساس است و همچنینبه رطوبت و دمای متغیر نیز حساسیت نشان می‌دهد. همچنین این مدل تضعیف‌کننده به مدل و معماری توزیع نسبت به فرستنده نیز بسیار حساس می‌باشد.

تضعیف‌کننده گپ برای جلوگیری از اشباع گیرنده استفاده می‌شود و نزدیک به فرستنده قرار داده می‌شود. بعلاوه تضعیف‌کننده گپ هوایی اگر دورتر از فرستنده قرار بگیرد، اثر اتلاف کمتری دارد و تلفات مور نیاز را برآورده نمی‌کند. که دلیل دیگری برای نگه‌داشتن دستگاه نزدیک به فرستنده برای حفظ اتلاف در سطح موردنظر می‌باشد.

برای کاهش بیشتر سیگنال در مسیر فیبر، باید یک تضعیف‌کننده نوری با استفاده از تکنیک جذب یا بازتاب استفاده شود. توجه: شکاف هوا (گپ) بازتاب فرنل تولید می‌نماید، که می‌تواند برای فرستنده باعث مشکل شود.

این تضعیف‌کننده با استفاده از یک گپ طولی بین دو فیبر نوری و با عبور سیگنال نوری از یک فیبر نوری به دیگری باعث تضعیف می‌شود. این اصل نشان می‌دهد نور با انتقال در فیبر نوری و خارج شدن آن از فیبر نوری شروع به پخش شدن می‌کند. هنگامی‌که نور در فیبر نوری دریافت می‌شود، سمتی از آن در cladding به دلیل گپ و انتشار نور در این ناحیه تضعیف‌شده و افت پیدا می‌کند. اصل اتلاف گپ درشکل زیر نشان داده‌ شده است.

اصل جذب

اساس کار مثل یک فیبر نوری است که به دلیل نقص و یا ناخالصی انرژی سیگنال عبوری را جذب کرده و آن را تبدیل به حرارت می‌کند. پایه و اساس این جذب که در طراحی تضعیف‌کننده‌ها استفاده‌شده، استفاده از موادی خاص در طول مسیر اپتیکال است که انرژی نوری را جذب خودش می‌کند.

این اصل بااینکه ساده است، اما می‌تواند یک‌راه مؤثر برای کاهش قدرت سیگنال اپتیکال باشد.

اصل انعکاس

نوع دیگری از نقص در فیبر نوری که باعث کم شدن توان سیگنال می‌شود، انعکاس است. مهم‌ترین تلفات توان در فیبر نوری به‌وسیله انعکاس و یا پراکندگی سیگنال به وجود می‌آید. نور پراکنده باعث تداخل در فیبر نوری می‌شود، درنتیجه مقدار نور منتقل یا دریافت شده را کاهش می‌دهد.

استفاده از اصل انعکاس یا پراکندگی که (در عکس زیر هم نمایش داده‌شده)، باعث می‌شود تضعیف‌کننده‌ای ساخته بشود که مقدار مشخصی از سیگنال را منعکس کند و بنابراین تنها بخش مشخصی از سیگنال را عبور می‌دهد. درواقع می‌توان گفت یک نوع تضعیف نمودن قابل‌برنامه‌ریزی سیگنال است.

انواع تضعیف‌ کننده نوری

دو نوع تضعیف‌کننده اصلی ثابت و متغیر داریم که در بازار موجود هستند.مشخصات آن‌ها به شرح زیر می‌باشد:

تضعیف‌کننده ثابت

این مدل تضعیف‌کننده مانند آداپتورهای فیبر نوری کامپکت هستند و برای تضعیف کردن سیگنال‌های سینگل مود فیبر نوری در کاربردهای مختلف ایده آل هستند. این نوع تضعیف‌کننده خود به دو نوع تقسیم می‌شود.

نوع اول In-line است که اساساً شبیه یک پچکورد است. یک کابل فیبر نوری که توسط دو کانکتور به هم متصل شده‌اند .

نوع دوم تضعیف‌کننده نوع کانکتوری آن هست که به آن bulk می‌گویند و شبیه کانکتور های فیبر نوری می‌باشد و می‌تواند با کانکتورهای فیبر نوری معمول موجود FC, ST, SC, LC به‌راحتی مچ شود.

تضعیف‌کننده‌های ثابت برای داشتن یک سطح ثابت تضعیف طراحی‌شده‌اند. تضعیف‌کننده‌ها ازلحاظ تئوری می‌توانند برای ارائه هر مقدار از تضعیف موردنظر، طراحی و به‌کاررفته شود. تضعیف‌کننده ثابت معمولاً برای کاربردهای سینگل مود استفاده می‌شود. شکل زیر سمت چپ تضعیف‌کننده In-line و سمت راست تضعیف‌کننده bulk را نشان می‌دهد.

تضعیف‌کننده متغیر پله‌ای

تضعیف‌کننده‌های متغیر معمولاً برای تست و اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. تضعیف‌کننده متغیر یک رنج قابل تنظیم دارد که مقدار دقیق توان خروجی را با تلفات مختلف می‌توان به دست آورد.

تضعیف‌کننده‌های متغیر دارای دو نوع پله‌ای و پیوسته می‌باشد.

اولی تضعیف‌کننده پله‌ای است که می‌تواند تلفات سیگنال را در پله‌های مشخص 0.1dB و 0.5dBیا 1dB تغییر دهد. این تضعیف‌کننده ممکن است در کاربردهای برخورد با منابع توان نوری مختلف استفاده شود.

نوع دیگر تضعیف‌کننده متغیر پیوسته است . تضعیف‌کننده متغیر پیوسته تضعیف‌کننده نوری است که می‌تواند برحسب تقاضا تغییر کند. به‌طورکلی دارای یک دستگاه در محل می‌باشد که اجازه می‌دهد تا تضعیف سیگنال به مقدار موردنیاز تغییر نماید. تضعیف‌کننده متغیر پیوسته در محیط‌های کنترل نشده استفاده می‌شود که ویژگی‌های ورودی یا خروجی به‌طور مداوم نیاز به تغییر دارند. این امر اجازه می‌دهد تا اپراتور تنظیمات لازم تضعیف‌کننده برای اعمال تغییرات موردنیاز با سرعت و دقت بدون هیچ‌گونه وقفه در کار خود را انجام دهد. شکل زیر یک تضعیف‌کننده متغیر را نشان می‌دهد.

باتوجه به انواع کانکتورهای های مختلف، انواع مختلفی از تضعیف‌کننده‌های نوری وجود دارد: تضعیف‌کننده LC، تضعیف‌کننده SC ، تضعیف‌کننده ST ، تضعیف‌کننده FC ، تضعیف‌کننده E2000 و غیره، که دارای فرول UPC / APC می‌باشد.

تضعیف‌کننده فیبر نوری یک وسیله مهم برای کنترل مقدار سطح توان سیگنال اپتیکال است که بر اساس اصول و انواع مختلفی طراحی و تولیدشده است. دانستن اصول عملکرد این نوع تضعیف‌کننده‌ها می‌تواند به ما در انتخاب نوع تضعیف‌کننده در کاربرد موردنظر کمک نماید.

جمع‌آوری و ترجمه: گروه مهندسی سپیتام