โมดูลตัวรับไฟเบอร์ออปติกต้องมีการจัดตำแหน่งที่เหมาะสม

 

เหตุใดไมครอนจึงมีความสำคัญมากกว่าที่คุณคิด

 

คนส่วนใหญ่ที่ทำงานในศูนย์ข้อมูลเคยเห็นสิ่งนี้เกิดขึ้น ลิงค์กระพือ การสูญเสียแพ็คเก็ตเป็นระยะๆ ซึ่งจะหายไปเมื่อคุณติดตั้งตัวรับส่งสัญญาณอีกครั้ง ทุกคนคิดว่ามันเป็นโมดูลที่ไม่ดี ส่งมันกลับมา หาชิ้นส่วนทดแทน- และปัญหาก็กลับมาอีกในสามสัปดาห์ต่อมา เกิดอะไรขึ้นจริงๆ? ปลายปลอกโลหะจับอนุภาคฝุ่นได้เพียงอนุภาคเดียว หรือโมดูลถูกเสียบเข้าไปที่มุมเล็กน้อย หรือการสั่นสะเทือนจากหน่วย HVAC ทำให้ขั้วต่อหลวมไม่กี่ไมครอนอย่างช้าๆ

โฟโตไดโอดภายใน ROSA (ชุดประกอบย่อย-ตัวรับออปติคอล) โดยทั่วไปจะมีพื้นที่ทำงานเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 20 ถึง 75 µm ช่องรับแสงที่ใหญ่ขึ้นจะปรับปรุงความทนทานต่อการเชื่อมต่อ แต่เพิ่มความจุที่จะทำลายแบนด์วิดท์ของคุณด้วยอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น มันเป็นการแลกเปลี่ยนที่ไม่มีใครอธิบายไว้ในเอกสารการขาย

 

 

นี่คือสิ่งที่น่าหงุดหงิด เอกสารข้อมูลจำเพาะระบุความไวของตัวรับสัญญาณที่ -12 dBm และคุณได้วัด -8 dBm ที่แผงแพทช์ของคุณซึ่งมีระยะขอบมากมายใช่ไหม แต่สเป็คนั้นถือว่ามีการมีเพศสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุด ผลักตัวเชื่อมต่อในลักษณะคดเคี้ยว และคุณได้เพิ่มการสูญเสีย 2-3 dB ซึ่งไม่ปรากฏขึ้นที่ใดในการคำนวณงบประมาณลิงก์ของคุณ เนื่องจากไม่มีใครคิดว่า "ช่างเทคนิคกำลังรีบ"

 

ปัญหาหกองศา

 

การปรับการจัดตำแหน่งให้เหมาะสมโดยสมบูรณ์ต้องมีการปรับองศาอิสระหกระดับ: X, Y, Z (แกนการแปลสามแกน) และ θx, θy, θz (พิทช์, การหันเห, การหมุน) ในการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ สถานีจัดตำแหน่งแบบอัตโนมัติสามารถบรรลุตำแหน่งที่ต่ำกว่า-ไมครอนผ่านแอคทูเอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกรวมกับอัลกอริธึมการไต่เขา-ที่ค้นหาพลังงานแสงสูงสุด

สภาพแวดล้อมการผลิตไม่ได้มีความหรูหราเช่นนี้ คุณโชคดีถ้ากรงตัวรับส่งสัญญาณไม่โค้งงอจากคนสุดท้ายที่บังคับ SFP ถอยหลัง

สิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตโมดูลจะบอกคุณทุกอย่างว่าทำไมการจัดตำแหน่งภาคสนามจึงมีความสำคัญ แม่พิมพ์เลเซอร์จะติดเข้ากับซับเมาท์ อาร์เรย์ไฟเบอร์ต้องผ่านการจัดตำแหน่งแบบแอคทีฟ-ไม่ว่าจะมีคนตรวจสอบเอาท์พุตออปติคัลแบบเรียลไทม์-ขณะกำลังบ่มอีพอกซี หรือการออกแบบอาศัยการจัดตำแหน่งแบบพาสซีฟ ซึ่งคุณลักษณะเชิงกลจำกัดตำแหน่งภายในพิกัดความเผื่อที่ยอมรับได้ การจัดตำแหน่งที่ใช้งานอยู่มีค่าใช้จ่ายมากขึ้น แต่ให้ผลการมีเพศสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นมากขึ้น การจัดตำแหน่งแบบพาสซีฟช่วยประหยัดเงินจนกว่าวงจรความร้อนจะแยกส่วนประกอบต่างๆ ออกเป็นสองสามไมครอน และอัตราผลตอบแทนของคุณจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

 

 

อุณหภูมิ: ผู้ก่อวินาศกรรมเงียบ

 

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน สามคำที่หลอกหลอนวิศวกรบรรจุภัณฑ์โฟโตนิกส์ทุกคน

อะลูมิเนียมจะขยายตัวประมาณ 23 µm ต่อเมตรต่อองศาเซลเซียส Kovar ซึ่งเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ทั่วไป จะขยายตัวที่ประมาณ 5 µm/m/ องศา ซิลิคอน-สารตั้งต้นสำหรับโฟโตไดโอดส่วนใหญ่-อยู่ที่ประมาณ 2.6 µm/m/ องศา ผสมวัสดุเหล่านี้ในชุดประกอบแสง ให้ความร้อนจาก 25 องศาถึง 85 องศาระหว่างการทำงาน และดูการจัดตำแหน่งที่เปลี่ยนไปเมื่อส่วนประกอบต่างๆ เติบโตในอัตราที่ต่างกัน

การออกแบบบางอย่างชดเชยด้วยชุดเลนส์ athermal คนอื่นยอมรับความสูญเสียแล้วสร้างงบเพิ่มพลังเข้าลิงค์ โมดูลราคาถูกจากซัพพลายเออร์ที่คุณไม่เคยได้ยินมาก่อน? พวกเขาไม่ชดเชยอะไรเลย ทำงานได้ดีในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิห้อง พังทลายในฤดูร้อนแรกเมื่อถาดเคเบิลของคุณสูงถึง 45 องศา

 

ปลายตัวเชื่อมต่อ-เรขาคณิตของใบหน้า

 

นี่คือส่วนที่ผู้คนข้ามไปเพราะดูเหมือนชัดเจน รักษาความสะอาดของขั้วต่อ ทุกคนรู้เรื่องนี้

แต่สิ่งที่พวกเขาไม่รู้ก็คือ การขัดด้วย PC (การสัมผัสทางกายภาพ) จะทำให้ส่วนปลายนูนขึ้นเล็กน้อย-ซึ่งดันเข้าไปในปลอกโลหะที่ผสมพันธุ์ เพื่อขจัดช่องว่างอากาศ รัศมีความโค้งมีความสำคัญ-แบนเกินไปและคุณได้รับการรบกวนจากพื้นผิวที่ขนานกัน นูนเกินไป และคุณได้รับความเครียดที่เข้มข้นซึ่งเร่งการสึกหรอ

ขั้วต่อ APC (Angled Physical Contact) เพิ่มมุม 8- องศาเพื่อลดการสะท้อนกลับ สำคัญสำหรับระบบ CATV แบบอะนาล็อกและสิ่งใดก็ตามที่เกี่ยวข้องกับเลนส์ที่เชื่อมโยงกันซึ่งการสูญเสียกลับต่ำกว่า -55 dB มีความสำคัญจริงๆ แต่การจับคู่ APC กับ UPC โดยบังเอิญ และคุณได้ทำให้เกิดการสูญเสีย 1-2 dB บวกกับการสะท้อนที่อาจทำให้เลเซอร์อัพสตรีมของคุณไม่เสถียร

ฉันเคยเห็นเทคโนโลยีประเภทตัวเชื่อมต่อผสมกันเพราะว่า "มันพอดี" พวกเขาพอดี. นั่นคือปัญหา

 

กลไกการจัดตำแหน่งปลอกโลหะ

 

Active Versus Passive Alignment ในการผลิต

 

ผู้ผลิตต้องเผชิญกับทางเลือก การจัดตำแหน่งที่ใช้งานจะตรวจสอบพลังงานแสงระหว่างการประกอบและปรับตำแหน่งให้เหมาะสมก่อนที่จะติดตั้งส่วนประกอบให้เข้าที่ ใช้เวลานานกว่า ต้นทุนมากกว่า ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า การวางแนวแบบพาสซีฟอาศัยคุณลักษณะทางกล-ร่อง V-, แท่นยึดซิลิคอนแกะสลัก, ตัวเรือนเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ- เพื่อจำกัดตำแหน่งโดยไม่มีการป้อนกลับตามเวลาจริง-

อุตสาหกรรมเคลื่อนตัวอย่างจริงจังไปสู่การจัดตำแหน่งเชิงรับเพื่อลดต้นทุน ทำงานได้ดีพอสมควรสำหรับการใช้งานแบบมัลติโหมดโดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนให้ระยะขอบ โหมดเดี่ยว-ต้องการการควบคุมที่เข้มงวดยิ่งขึ้น บรรจุภัณฑ์ซิลิคอนโฟโตนิกส์ได้ผลักดันข้อกำหนดให้ต่ำกว่า 1 µm ทำให้เกิดปัญหาที่การจัดตำแหน่งแบบพาสซีฟเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ไขได้

วิธีการแบบผสมบางวิธีใช้การจัดตำแหน่งล่วงหน้า-แบบพาสซีฟ ตามด้วยการปรับแบบละเอียดที่ใช้งานอยู่ ส่วนอื่นๆ ใช้ระบบการมองเห็นพร้อมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อคาดการณ์ตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดจากคุณลักษณะทางกล ไม่มีอะไรจะดีไปกว่าการตรวจสอบพลังงานแสงจริง แต่แรงกดดันด้านปริมาณงานการผลิตจะต้านทานทุกสิ่งที่เพิ่มรอบเวลา

 

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อการจัดตำแหน่งล้มเหลว

 

การสลายตัวของสัญญาณเป็นไปตามรูปแบบที่คาดเดาได้ ประการแรก อัตราข้อผิดพลาดบิตที่เพิ่มขึ้น-อาจไม่เพียงพอที่จะล้มเหลว แต่เพียงพอที่จะกระตุ้นการแก้ไข FEC แผนภาพตาปิดในแนวตั้งเมื่อกำลังของตัวรับลดลง ความกระวนกระวายใจจะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วนสัญญาณ-ต่อ-สัญญาณรบกวนลดลง ในที่สุด การเชื่อมต่อจะลดลงทั้งหมดหรือเริ่มกระพือเนื่องจากการหมุนเวียนของความร้อนย้ายการจัดตำแหน่งเข้าและออกจากช่วงที่ยอมรับได้

ส่วนที่น่าหงุดหงิด: ความล้มเหลวเป็นระยะๆ โมดูลทำงานในตอนเช้า ล้มเหลวหลังอาหารกลางวัน ทำงานอีกครั้งตอนเที่ยงคืน รอบการปรับอากาศ แสงแดดส่องผ่านหน้าต่าง ความร้อนจากอุปกรณ์ที่อยู่ติดกัน ทั้งหมดสร้างการไล่ระดับความร้อนที่ปรับการจัดตำแหน่ง

การแก้ไขปัญหาเกี่ยวข้องกับหน้าการวินิจฉัยที่ไม่มีใครอ่าน DOM (Digital Optical Monitoring) รายงานพลังงาน Rx ในแบบเรียลไทม์- ชมได้ตลอด 24 ชม. หากมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่า 1-2 dB แสดงว่าคุณมีปัญหาทางกลไก ไม่ใช่ข้อบกพร่องของโมดูล

 

 

การทำความสะอาด-วิธีแก้ปัญหาที่ไม่เซ็กซี่

 

แปดสิบเปอร์เซ็นต์ของความล้มเหลวด้านการมองเห็นสืบย้อนไปถึงการปนเปื้อน ไม่ใช่ข้อบกพร่องของโมดูล ไม่ทำให้เส้นใยแตก สิ่งสกปรก

เครื่องมือทำความสะอาดแบบคลิกเดียว-ทำงานได้ดีสำหรับการบำรุงรักษาตามปกติ ผ้าเช็ดทำความสะอาดไร้ขุย-พร้อม IPA จัดการกับสิ่งตกค้างที่ฝังแน่น อย่าใช้อากาศกระป๋อง-สารตกค้างที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดจะสะสมการปนเปื้อนที่เลวร้ายยิ่งกว่าการกำจัดออก ตรวจสอบก่อนและหลังทำความสะอาดด้วยขอบเขตไฟเบอร์ ทุกครั้ง.

อนุภาคฝุ่นขนาด 1- ไมครอนที่ดูเหมือนไม่เกี่ยวข้องจะครอบครองประมาณ 10% ของเส้นผ่านศูนย์กลางแกนโหมดเดียว ใช้เวลาไม่มาก

 

การสั่นสะเทือนและความเครียดทางกล

 

ศูนย์ข้อมูลไม่เงียบ พัดลมระบายความร้อนสร้างสเปกตรัมการสั่นสะเทือนที่กระตุ้นการสั่นพ้องทางกลในส่วนประกอบที่มีความปลอดภัยต่ำ สายเคเบิลภายใต้แรงดึงจะส่งแรงบิดไปยังอินเทอร์เฟซของตัวเชื่อมต่อ แม้แต่การเดินบนพื้นยกสูงก็ส่งแรงกระตุ้นผ่านถาดสายเคเบิล

โครงตัวรับส่งสัญญาณจะยึดเข้ากับตัวเรือนโมดูล-แต่ไม่ได้ยึดไว้บนอินเทอร์เฟซแบบออปติคอล แรงกดของสปริงจะยึดปลอกโลหะไว้ในปลอก และการเคลื่อนไหวซ้ำๆ อาจทำให้การจัดแนวหลุดออกจากตำแหน่งเมื่อเวลาผ่านไป

สิ่งอำนวยความสะดวกที่มีความแม่นยำในการติดตั้งระบบป้องกันการสั่นสะเทือน ศูนย์ข้อมูลไม่ได้ พวกเขาอาศัยการออกแบบตัวเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งและการจัดการสายเคเบิลที่เหมาะสมเพื่อลดแรงที่ใช้ เมื่อสายเคเบิลพันแน่นเกินไปหรือห้อยโดยไม่มีอุปกรณ์รองรับ ปัญหาก็จะตามมา

 

มองไปข้างหน้า

 

ตัวรับส่งสัญญาณยุคถัดไป-ที่ทำงานที่ระดับความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่งแบบพุช 400G และ 800G เพิ่มเติม การปรับ PAM4 ไม่ให้ระยะขอบเพิ่มเติม- ระยะห่างของสัญลักษณ์ที่ลดลงหมายความว่าคุณภาพสัญญาณที่ลดลงจะเพิ่มข้อผิดพลาดบิตโดยตรง

Co-แพ็คเกจออปติกจะย้ายตัวรับส่งสัญญาณไปยังแพ็คเกจ ASIC ของสวิตช์เอง ซึ่งทำให้เกิดความท้าทายด้านความร้อนแบบใหม่ ซิลิคอนโฟโตนิกส์รับประกันการรวมเวเฟอร์-ในสเกล แต่การเชื่อมต่อแสงจากท่อนำคลื่นเข้ากับไฟเบอร์ยังคงต้องมีการจัดตำแหน่งที่มีความแม่นยำระดับไมครอน-

ฟิสิกส์พื้นฐานไม่เปลี่ยนแปลง โฟตอนเดินทางเป็นเส้นตรง เส้นใยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่จำกัด ทุกอินเทอร์เฟซทำให้เกิดการสูญเสีย การวางแนวที่เหมาะสม-ที่การผลิต การติดตั้ง ระหว่างการทำงาน-ยังคงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการเดียวในการสื่อสารแบบออปติกที่เชื่อถือได้

ละเว้นมันที่อันตรายของคุณ