تضعیف کننده نوری متغیر (VOA): تعریف، اصول کاری و تجزیه و تحلیل دامنه کاربرد

در زمینه ارتباطات نوری، تضعیف کننده نوری متغیر (VOA) نقشی ضروری ایفا می کند. به عنوان یک جزء کلیدی برای تنظیم توان نوری، VOA نه تنها انتقال پایدار سیگنال های نوری را تضمین می کند، بلکه عملکرد کلی سیستم را نیز بهبود می بخشد.

I. تعریف تضعیف کننده نوری متغیر

تضعیف کننده نوری متغیر یک دستگاه نوری غیرفعال است که برای دستیابی به تضعیف توان نوری قابل کنترل طراحی شده است. این دقیقاً انرژی سیگنال های نوری را برای برآورده کردن نیازهای سناریوهای کاربردی مختلف تنظیم می کند. VOA ها عمدتا به دو دسته تقسیم می شوند: تضعیف کننده های نوری متغیر مکانیکی (MVOA) و تضعیف کننده های نوری متغیر الکتریکی (EVOA). MVOAها تضعیف توان نوری را از طریق تنظیم دستی درک می‌کنند، در حالی که EVOA‌ها با اعمال سیگنال‌های الکتریکی رانندگی، سطوح تضعیف را تغییر می‌دهند و دقت تنظیم و انعطاف‌پذیری عالی را به رخ می‌کشند.

II. اصول کار تضعیف کننده های نوری متغیر

VOA طیف وسیعی از مکانیسم‌های کاری، عمدتاً شامل مکانیکی، مغناطیسی نوری، کریستال مایع، MEMS (سیستم میکرو-الکترو-مکانیکی)، ترمو-اپتیک و انواع آکوستو-اپتیک را اتخاذ می‌کند.

1. نوع مکانیکی: قدرت نوری در مسیر نور با حرکت اجزای مسدود کننده نور مانند صفحات یا مخروط ها تنظیم می شود. این طراحی دارای ساختاری ساده و در عین حال دقت تنظیم و انعطاف پذیری نسبتا کم است.

2. نوع مغناطیسی نوری: تضعیف انرژی نور با اعمال نفوذ تغییرات در خواص نوری مواد تحت میدان های مغناطیسی، یعنی اثر چرخش مغناطیسی نوری، محقق می شود. این نوع دقت و پایداری بالایی را ارائه می دهد اما هزینه بالاتری نیز دارد.

3. نوع کریستال مایع: بر اساس اثر انکسار مضاعف ناشی از ناهمسانگردی ضریب شکست کریستال‌های مایع، یک میدان الکتریکی خارجی برای تغییر جهت مولکول‌های کریستال مایع اعمال می‌شود و در نتیجه عبور نور تنظیم می‌شود. VOAهای کریستال مایع دارای سرعت پاسخگویی سریع و دامنه تضعیف گسترده هستند.

4. نوع MEMS: آینه های میکرو ساخته شده با فناوری میکرو الکترومکانیکی از طریق نیروی الکترواستاتیک کج می شوند تا شدت نور منعکس شده را تنظیم کنند. MEMS VOA با اندازه کوچک، وزن سبک و سطح یکپارچگی بالا مشخص می شود.

5. نوع حرارتی نوری: سطوح میرایی از طریق تغییرات در خواص نوری مواد (به عنوان مثال، ضریب شکست) تحت میدان های دما تعدیل می شود. VOA های ترمواپتیک ساختار ساده و هزینه کمی دارند، اما از سرعت پاسخ پایین رنج می برند.

6. نوع آکوستو-اپتیک: امواج اولتراسونیک فشار دوره ای را در داخل کریستال های آکوستو-اپتیک ایجاد می کند و باعث ایجاد نوسانات دوره ای در ضریب شکست برای تعدیل پرتوهای نور می شود. VOA های آکوستو اپتیک سرعت تنظیم سریع و پایداری عالی را ارائه می دهند.

III. دامنه کاربرد تضعیف کننده های نوری متغیر

VOA به طور گسترده در ارتباطات نوری، سنجش فیبر نوری، ابزارهای نوری و سایر زمینه ها مستقر هستند.

1. ارتباطات نوری: شدت سیگنال های نوری را در کانال های مختلف متعادل کنید تا کیفیت سیگنال ثابت حفظ شود. قدرت سیگنال نوری را برای انطباق با فواصل مختلف انتقال و مشخصات گیرنده تنظیم کنید.

2. سنجش فیبر نوری: شدت سیگنال های نوری را در شرایط محیطی مختلف شبیه سازی کنید تا عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم را آزمایش و تأیید کنید.

3. ابزارهای نوری: برای دستگاه های لیزری، شمارنده فوتون، طیف سنج ها، میکروسکوپ های نوری و سایر تجهیزات برای کنترل شدت سیگنال نوری و شار برای نتایج اندازه گیری دقیق اعمال می شود.

موارد	پارامترها	واحد
محدوده طول موج عملیاتی	باند O / باند C / باند L / باند کامل / سایر	نانومتر
نوع تضعیف	روشن یا تاریک	-
محدوده تضعیف	≥15/20/30/40	دسی بل
از دست دادن درج	≤0.7	دسی بل
وضوح کاهش	مستمر	دسی بل
ضرر برگشتی	≥45	دسی بل
نوع فیبر	SMF-28e	-
زمان پاسخگویی (10-90% توان نوری)	≤5	ام‌اس
ولتاژ محرک	5/6.5	V
قدرت رانندگی	≤5	میلی وات
از دست دادن وابسته به قطبش	≤0.2@ 10dB، ≤0.5 @<20dB att.	دسی بل
اتلاف وابسته به طول موج	≤0.6@ 10dB، ≤1.0 @<20dB در طول 20 نانومتر	دسی بل
حداکثر توان نوری	≤500	میلی وات
دمای عملیاتی	-0~+70	درجه سانتی گراد
دمای ذخیره سازی	-40~+85	درجه سانتی گراد
نوع رابط	سفارشی	-
اندازه بسته بندی	Φ5.5xL19	میلی متر

EVOA

پارامتر	1310	1550	1310/1550	850/1310
نوع (nm)	1310	1550	1310/1550	850/1310
طول موج (nm)	50±1310	50±1550	1260 تا 1650	40±850/1310
محدوده میرایی (dB)	0.8 تا 60	0.8 تا 60	0.8 تا 60	0.8 تا 60
افت اصلی (dB)	≤0.8	≤0.8	≤0.8	≤0.8
ضرر برگشتی (dB)	≥50	≥50	≥50	≥30
نوع فیبر	SMF-28e	SMF-28e	SMF-28e	50/125 یا 62.5/125 میلی متر
PDL(dB)	≤0.15	≤0.15	≤0.15	-
ابعاد (میلی متر)	26×18×8	26×18×8	26×18×8	26×18×8
دمای عملیاتی (℃)	0 ~ 70	0 ~ 70	0 ~ 70	0 ~ 70
دمای ذخیره سازی (℃)	-40~+85	-40~+85	-40~+85	-40~+85

MVOA