مرکز قطبی برای مسیرهای نوری دقیق: تجزیه و تحلیل عمیق سوئیچ های نوری PM، انتخاب و کاربرد صنعتی
مرکز قطبی برای مسیرهای نوری دقیق: تجزیه و تحلیل عمیق سوئیچ های نوری PM، انتخاب و کاربرد صنعتی
2026-06-29
مقدمه
در سیستم های ارتباطی فیبر نوری معمولی، مهندسان نوری عمدتا بر انتقال و هدایت قدرت نوری تمرکز می کنند، در حالی که توجه کمی به حالت قطبی شدن نور دارند.در سیستم های اپتو الکترونیک با دقت بالا مانند ژایروسکوپ های فیبر نوری، ارتباطات نوری منسجم، توزیع کلید کوانتومی، LiDAR و سنسورهای فیبر نوری مداخله سنج، وضعیت قطبی سازی به طور مستقیم تعیین می کند که آیا کل تجهیزات می توانند به درستی کار کنند.هنگامی که نور خطی قطبی شده از چرخش قطبی شدن یا اتصال انرژی بین محور های سریع و آهسته در طول تغییر کانال نوری رنج می برد، نسبت سیگنال به سر و صدا سیستم به شدت کاهش می یابد و حتی ممکن است سیستم به طور کامل خراب شود.
سوئیچ های نوری تک حالت معمولی فقط مسیر نوری را روشن و خاموش می کنند و بدون محدود کردن تغییرات قطبی، کانال را تغییر می دهند.بنابراین آنها نمی توانند نیازهای سیستم های نوری قطبی با دقت بالا را برآورده کننددر این زمینه، سوئیچ های نوری قطبی سازی (PM) به عنوان زمان نیاز به ظهور می کنند. در حالی که انتخاب کانال پویا را درک می کنند،آنها به طور محکم مسیر قطبی شدن نور ورودی را قفل می کنند و اتصال حالت قطبی شدن را به حداقل می رسانند، تبدیل شدن به یک جزء غیرفعال ضروری در تمام مدارهای نوری حساس به قطبی شدن.
با توجه به گسترش سریع صنعت سنجش فیبر نوری داخلی، تولید انبوه فرستنده های نوری منسجم 1.6T و پیاده سازی مهندسی ارتباطات کوانتومی،سوئیچ های نوری PM از قطعات آزمایشگاهی خاص به محصولات صنعتی گسترده تکامل یافته انداین مقاله به طور جامع این دستگاه هدایت نور قطبی را از ابعاد متعدد از جمله اصول کار، مسیرهای فنی، پارامترهای عملکرد،تفاوت با سوئیچ های معمولی تک حالت، معیارهای انتخاب، بخش های کاربرد و روند صنعتی.
1تعریف اساسی و اصل کار سوئیچ های نوری PM
1.1 سوئیچ نوری PM چیست؟
یک سوئیچ نوری که قطبی سازی را حفظ می کند، یک قطعه خاص کنترل شده الکتریکی برای تغییر کانال است که مجهز به pigtails PM در تمام پورت های ورودی و خروجی است.می تواند سیگنال های نوری را بین کانال های متعدد تغییر دهد در حالی که به شدت جهت قطبی شدن نور قطبی شده خطی را بدون تغییر حفظ می کند. آن را محدود می کند mode coupling بین محور های سریع و آهسته و حفظ یک نسبت استقطاب انقراض بالا (PER) در پایان خروجی.
در داخل فیبر تک حالت معمولی هیچ دو شکاف آشکار وجود ندارد، بنابراین دو حالت قطبی شدن ارتگونال با سرعت یکسان گسترش می یابند.حرکت قطبی تصادفی می تواند به راحتی توسط خم شدن خارجی ایجاد شوددر مقابل، فیبر PM با استفاده از میله های استرس در کنار هسته، دوقطعه سازی مصنوعی قوی را معرفی می کند و موج نور را به یک محور سریع و یک محور آهسته جدا می کند.قطبی شدن پایدار تنها می تواند زمانی حفظ شود که نور ورودی به طور دقیق در امتداد محور اصلی گسترش یابد.
ارزش اصلی یک سوئیچ نوری PM گسترش مزیت دو فرقی فیبر PM به گره سوئیچ و جلوگیری از بدتر شدن قطبی که ناشی از سوئیچ کانال است.
فیبر PM سبک PANDA انتخاب اصلی در محصولات تجاری است.دو میله فشار بوروسیلیکات در هر دو طرف هسته فیبر باعث ایجاد فشار داخلی مداوم به دلیل ضریب های مختلف انبساط حرارتی می شود و زمینه های دوقطعه ای پایدار را تشکیل می دهدانواع عام فیبر شامل PM1550، PM1310، PM980 و PM1064 برای پنجره های مختلف طول موج است.
1.2 تحقق نگهداری قطب بندی و تغییر نوری
یک سوئیچ نوری PM از دو ماژول کلیدی تشکیل شده است: مکانیسم سوئیچ کانال و مسیر نوری با قطب بندی با دقت بالا.
مسیریابی نوری: میکرو رفلکتورهای الکترومغناطیسی، پریزم ها یا کریستال های مغناطیسی نوری پرت نور را به پورت های خروجی مختلف هدایت می کنند و توپولوژی های پورت مانند 1 × 2 ، 1 × 4 و 2 × 2 را تشکیل می دهند.
قفل قطبی سازی: تمام کولیماتورها و فیبرهای PM در داخل قطعه به طور دقیق بر محور اصلی تراز شده اند.محور سریع و محور آهسته هر مسیر نوری در طول پیوند فیبر و همبستگی پرتو ثابت استنشت انرژی از محور آهسته به محور سریع برای جلوگیری از تخریب PER از بین می رود.
سوئیچ های نوری معمولی فقط نیاز به تراز هم محوری هسته های فیبر دارند. برای دستگاه های PM، هم هم محوری بودن هسته و هم تراز زاویه ای محورهای اصلی قطبی سازی باید تضمین شود.انحراف زاویه ای بیش از یک درجه منجر به کاهش شدید نسبت انقراض قطبی شدن می شود، که بزرگترین چالش فنی در مونتاژ و کالیبری است.
2دو راه حل فنی اصلی: سوئیچ های PM الکترومکانیکی در مقابل سوئیچ های PM مغناطیسی نوری
دو مسیر فنی تجاری بالغ به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، با سناریوهای کاملا متفاوت قابل اجرا، که باید در هنگام انتخاب مدل اولویت بندی شود.
2.1 سوئیچ نوری PM الکترومکانیکی (معمولی برای بازارهای غیرنظامی)
این نوع از رله های الکترومغناطیسی کوچک برای هدایت عناصر نوری استفاده می کند. پریزمه های میکرو یا بازتابگرها به صورت فیزیکی حرکت می کنند تا جهت پرتو را تغییر دهند و تغییر کانال را کامل کنند.این شرکت به دلیل هزینه و عملکرد متعادل خود بیشترین سهم بازار را در اختیار دارد.
مزیت های اصلی
عملکرد نوری عالی: از دست دادن ورودی از 0.8 dB تا 1.5 dB است؛ انزوا کانال بیش از 55 dB با صدای عبور کم بین پورت های مجاور است.و نسخه های سفارشی بالا می توانند به 30 دبیل برسند..
فرآیند تولید بالغ و هزینه قابل کنترل. آرایه های چند کانال مانند 1 × 16 و 1 × 32 برای ساخت ماتریس های تست خودکار برای اجزای PM در دسترس هستند.
مسیر نوری بدون چسب می تواند برای مدیریت صدها میلی وات از لیزر موج مداوم و نور پالس قدرت بالا سفارشی شود.اطمینان از ثبات قطبی در دراز مدت.
محدودیت ها
قطعات متحرک مکانیکی منجر به زمان سوئیچ در سطح میلی ثانیه (3 ~ 10 ms) می شود که نمی تواند نیازهای انتخاب سریع مایکرو ثانیه یا نانوس ثانیه را برآورده کند.خستگی مکانیکی پس از میلیاردها چرخه ی تغییر رخ می دهد، که منجر به کاهش ثبات در معرض ارتعاش های شدید مداوم، مانند محیط های هوا می شود.
دو حالت رانندگی در دسترس است: قفل و غیر قفل. سوئیچ های قفل حالت کانال را پس از خاموش شدن با مصرف انرژی بسیار کم حفظ می کنند.انواع بدون قفل نیاز به منبع برق مداوم دارند و بیشتر برای تجهیزات آزمایش آزمایشگاهی استفاده می شوند..
2.2 تمام حالت جامد مگنتوپتیک PM Switch Optical (اولین انتخاب برای سناریوهای نظامی و سرعت بالا)
سوئيچ مگنتوپتيک پم هيچ قطعه مکانیکي متحرکي ندارهیک میدان مغناطیسی خارجی قطب بندی هواپیما از نور عبور از طریق YIG (Yttrium Iron Garnet) کریستال ها را می چرخانددر ترکیب با قطعات قطبی، کانال نوری را می توان به صورت الکترونیکی انتخاب کرد. این یک قطعه خالص اپتوالکترونیک جامد است.
مزیت های اصلی
سرعت سوئیچینگ فوق العاده سریع کمتر از یک میکرو ثانیه، کاملاً با لیزر پالس با سرعت بالا و انتخاب سریع کانال فوتون در ارتباطات کوانتومی مطابقت دارد.
بدون خارش مکانیکی، با عمر بیش از 10 میلیارد چرخه، این قطعه دارای مقاومت قابل توجهی در برابر لرزش و عملکرد ضد تداخل الکترومغناطیسی است.کار با ثبات از -40°C تا +85°Cبسته بندی تقویت شده از برنامه های فضایی و ماهواره ای پشتیبانی می کند.
پرتو نوری بدون جیتر باقی می ماند، با تکرار بسیار بهتر از دستگاه های الکترومکانیکی، و نوسانات حالت قطبی بسیار کم است.
معایب
با استفاده از مواد کریستالی مغناطیس نوری، از دست دادن ورودی به 1.2 ~ 2.0 دبیل افزایش می یابد. آرایه های مقیاس بزرگ بیش از 1 × 8 به دلیل ساختار نوری پیچیده، یکپارچه سازی دشوار است.هزینه های مواد و بسته بندی 3 ~ 6 برابر بیشتر از محصولات الکترومکانیکی از همان تعداد کانال است، محدود کردن محبوبیت مدنی در مقیاس بزرگ.
سوئیچ های نوری MEMS PM هنوز در حال تحقیق هستند. اگرچه آرایه های آینه کوچک از ادغام نوری در مقیاس بزرگ پشتیبانی می کنند،تراز زاویه ای محورهای قطبی سازی به اندازه کافی برای تضمین PER پایدار بالغ نیستدر حال حاضر، آنها فقط در تعداد کمی از ابزار آزمایش بدون صنعتی شدن در مقیاس بزرگ آزمایش می شوند.
2.3 مقایسه پارامتر دو راه حل سوئیچ PM
شاخص عملکرد
سوئیچ PM الکترومکانیکی
سوئیچ PM مغناطیس نوری حالت جامد
زمان تغییر
3 تا 10 ms
<1 μs
نسبت انقراض قطبی شدن (PER)
20 تا 28 دبیل
۱۸ تا ۲۵ دبیل
ضایعات ورودی (IL)
0.8 تا 1.5 دسیبل
1.2 تا 2.0 دسیبل
چرخه های تغییر
در حدود 100 میلیون
بیش از 10 میلیارد
مقاومت لرزش
متوسط، برای ارتعاش مداوم مناسب نیست
عالی، برای استفاده در هوا پایدار
حداکثر مقیاس کانال
تا ماتریس 1×64
محدود به 1 × 8
هزینه
متوسط، مناسب برای خرید انبوه
بالا، عمدتا برای تحقیقات علمی و پروژه های نظامی
3تفاوت های اساسی بین سوئیچ های نوری PM و سوئیچ های نوری یک حالت معمولی
بسیاری از مهندسین نوری جوان این دو محصول را اشتباه می گیرند و حتی سوئیچ های PM را با یک حالت معمولی جایگزین می کنند، که منجر به فروپاشی کل سیستم نوری قطبی می شود.اگرچه هر دو از تغییر کانال آگاهند، نیازمندی های فنی آنها اساسا متفاوت است.
3.1 تفاوت در مسیر نوری و ساختار فیبر
سوئیچ های یک حالت معمولی فیبر SMF-28 را بدون محور های سریع / آهسته اتخاذ می کنند. تنها محور محور محور مورد نیاز است و چرخش کانکتور باعث از دست دادن اضافی نمی شود.
سوئیچ های PM به طور کامل با فیبر PM PANDA مجهز هستند. دو تراز همزمان باید به دست آید: همبستگی هسته و موقعیت زاویه ای محور اصلی.کانکتورهای PM با کلید های موقعیت طراحی شده اند و نمی توانند به صورت خودسرانه پیچیده شوندهنگامی که محور اصلی اشتباه تنظیم شود، PER به شدت از 25 dB به کمتر از 10 dB کاهش می یابد و قطعه به طور کامل توانایی حفظ قطبی سازی را از دست می دهد.
3.2 معیارهای عملکرد کلیدی مختلف
سوئیچ های نوری تک حالت تنها بر روی از دست دادن ورودی، انزوا و تکرار پذیری آزمایش می شوند، بدون نیاز به شاخص های قطبی.
سه پارامتر قطبی شدن برای سوئیچ های نوری PM به شدت کنترل می شوند:
نسبت انقراض قطبی (PER): مهمترین شاخص اندازه گیری انزوا انرژی بین محورهای سریع و آهسته، با نیاز اساسی بالاتر از 20 دی سی بی.
از دست دادن وابسته به قطبی شدن (PDL): تفاوت از دست دادن قدرت بین حالت های قطبی مختلف؛ دستگاه های برتر می توانند PDL ≤0.05 dB را به دست آورند.
اتصال حالت قطبی سازی: از اتصال قطبی نوری بین حالت های قطبی سازی ارتگونال جلوگیری کنید تا از حرکت قطبی سازی تصادفی پس از تغییر مکرر جلوگیری شود.
3.3 تفاوت در حساسیت محیط زیست و آستانه عملیات
نصب سوئیچ های معمولی تک حالت آسان است. چرخش کانکتور، خم شدن فیبر و لرزش های جزئی تأثیر کمی بر عملکرد دارند.
مسیرهای نوری PM به شدت به استرس مکانیکی حساس هستند. خم شدن بیش از حد فیبر، چرخش کانکتور و تغییر شکل پوسته باعث ایجاد دوقطعه اضافی می شود و باعث جفت گیری قطبی می شود.در طول عیب یابی میدان، طرح فیبر نوری باید ثابت شود تا فشار را آزاد کند، که آستانه عملیات را افزایش می دهد.
3.4 هزینه و محدوده کاربرد
سوئیچ های نوری تک حالت ارزان قیمت هستند و به طور گسترده ای در سوئیچ حفاظت PON، نظارت بر قدرت نوری و آزمایش اجزای غیرفعال عمومی استفاده می شوند.سوئیچ های نوری PM نیاز به فرآیندهای کالیبراسیون قطبی پیچیده دارند، با قیمت 2 ~ 5 برابر بالاتر. آنها فقط در مدارهای نوری حساس به قطبی شدن استفاده می شوند.
نتیجه گیری کوتاه: سوئیچ های معمولی فقط انتقال نور را تضمین می کنند؛ سوئیچ های PM هر دو مسیر نوری صاف و جهت لرزش پایدار نور قطبی را تضمین می کنند.
4پارامترهای کلیدی نوری و اصول انتخاب مهندسی
4.1 شاخص های نوری اصلی
طول موج عملیاتی: با منبع لیزر کاملاً مطابقت داشته باشید. چهار باند اصلی 1550 نانومتر باند C برای ارتباطات، 1064 نانومتر لیزر جامد،نور پمپ ۹۸۰ نانومتری و پنجره ی تک فوتونی ۷۸۰ نانومتری برای سیستم های کوانتومیمحصولات با طول موج های مختلف قابل تعویض نیستند.
نسبت انقراض قطبی (PER): حداقل استاندارد برای مسیرهای نوری آزمایشگاهی 20 dB است. گیروسکوپ های فیبر نوری مداخله سنج و آرایه های سنجش نیاز به PER ≥25 dB دارند.در حالی که سیستم های ارتباطی کوانتومی نیاز به نسخه های با انقراض بالا بیش از 28 دبیل دارند..
از دست دادن ورودی و PDL: مدل های PDL پایین برای ماتریس های سوئیچینگ چند کانال ترجیح داده می شوند تا از دست دادن قطبی نامتعادل بین پورت های مختلف جلوگیری شود.
جداسازی کانال (Crosstalk): جداسازی بالاتر از ۵۵ دبیل برای سیستم های تست چند کانال برای جلوگیری از تداخل سیگنال بین کانال های مجاور مورد نیاز است.
مقاومت انرژی نوری: مسیرهای نوری معمولی با چسب بسته شده تنها صدها میلی وات نور مداوم را پشتیبانی می کنند.مسیرهای نوری فضای آزاد بدون چسب باید برای سیستم های لیزر با قدرت بالا انتخاب شوند تا از کاربونیزاسیون چسب و بدتر شدن قطبی که ناشی از تراکم نوری بالا است جلوگیری شود..
4.2 توپولوژی پورت و انتخاب راننده الکتریکی
متداول ترین پیکربندی های پورت:
1 × 2 برای انتخاب کانال دو طرفه و تغییر حفاظت از مسیر نوری؛ 2 × 2 تبادل دو طرفه؛ 1 × 4 / 1 × 8 رای گیری چند نقطه ای.ماتریس های سوئیچ 1 × 16 و 1 × 32 PM برای تجهیزات تست خودکار در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.
ولتاژ پیش فرض 5 VDC است. انواع قفل کردن وضعیت کانال را پس از قطع برق حفظ می کنند تا انرژی را برای سیستم های آماده طولانی مدت صرفه جویی کنند.ساختارهای رله ای غیر قفل کننده برای تغییر آزمایشگاه کوتاه مدت استفاده می شود..
4.3 مشخصات کانکتور
کانکتورهای کلیدی FC / APC PM اجباری هستند. چهره گوشه ای پایان باعث کاهش زیان بازگشت و سرکوب اختلال قطبی که توسط نور منعکس شده ایجاد می شود می شود. چهره پایانی صاف PC ممنوع است.خریداران باید روشن کنند که محورهای اصلی همه بنادر سازگار هستند.، و یک گزارش آزمایش تراز محور اصلی باید قبل از تحویل ارائه شود.
4.4 پیشنهادات انتخاب مبتنی بر سناریو
نظرسنجی چند کانال FBG و آزمایش انبوهی از کوپلرهای PM در آزمایشگاه ها: انتخاب سوئیچ های الکترومکانیکی 1 × N PM مقرون به صرفه
ژایروسکوپ های فیبر نوری و آرایه های سنجش مداخله سنجی: دستگاه های الکترومکانیکی با PER بالا (≥25 dB) را انتخاب کنید و فشار مکانیکی مسیر نوری را با دقت آزاد کنید.
مرکز قطبی برای مسیرهای نوری دقیق: تجزیه و تحلیل عمیق سوئیچ های نوری PM، انتخاب و کاربرد صنعتی
مرکز قطبی برای مسیرهای نوری دقیق: تجزیه و تحلیل عمیق سوئیچ های نوری PM، انتخاب و کاربرد صنعتی
مقدمه
در سیستم های ارتباطی فیبر نوری معمولی، مهندسان نوری عمدتا بر انتقال و هدایت قدرت نوری تمرکز می کنند، در حالی که توجه کمی به حالت قطبی شدن نور دارند.در سیستم های اپتو الکترونیک با دقت بالا مانند ژایروسکوپ های فیبر نوری، ارتباطات نوری منسجم، توزیع کلید کوانتومی، LiDAR و سنسورهای فیبر نوری مداخله سنج، وضعیت قطبی سازی به طور مستقیم تعیین می کند که آیا کل تجهیزات می توانند به درستی کار کنند.هنگامی که نور خطی قطبی شده از چرخش قطبی شدن یا اتصال انرژی بین محور های سریع و آهسته در طول تغییر کانال نوری رنج می برد، نسبت سیگنال به سر و صدا سیستم به شدت کاهش می یابد و حتی ممکن است سیستم به طور کامل خراب شود.
سوئیچ های نوری تک حالت معمولی فقط مسیر نوری را روشن و خاموش می کنند و بدون محدود کردن تغییرات قطبی، کانال را تغییر می دهند.بنابراین آنها نمی توانند نیازهای سیستم های نوری قطبی با دقت بالا را برآورده کننددر این زمینه، سوئیچ های نوری قطبی سازی (PM) به عنوان زمان نیاز به ظهور می کنند. در حالی که انتخاب کانال پویا را درک می کنند،آنها به طور محکم مسیر قطبی شدن نور ورودی را قفل می کنند و اتصال حالت قطبی شدن را به حداقل می رسانند، تبدیل شدن به یک جزء غیرفعال ضروری در تمام مدارهای نوری حساس به قطبی شدن.
با توجه به گسترش سریع صنعت سنجش فیبر نوری داخلی، تولید انبوه فرستنده های نوری منسجم 1.6T و پیاده سازی مهندسی ارتباطات کوانتومی،سوئیچ های نوری PM از قطعات آزمایشگاهی خاص به محصولات صنعتی گسترده تکامل یافته انداین مقاله به طور جامع این دستگاه هدایت نور قطبی را از ابعاد متعدد از جمله اصول کار، مسیرهای فنی، پارامترهای عملکرد،تفاوت با سوئیچ های معمولی تک حالت، معیارهای انتخاب، بخش های کاربرد و روند صنعتی.
1تعریف اساسی و اصل کار سوئیچ های نوری PM
1.1 سوئیچ نوری PM چیست؟
یک سوئیچ نوری که قطبی سازی را حفظ می کند، یک قطعه خاص کنترل شده الکتریکی برای تغییر کانال است که مجهز به pigtails PM در تمام پورت های ورودی و خروجی است.می تواند سیگنال های نوری را بین کانال های متعدد تغییر دهد در حالی که به شدت جهت قطبی شدن نور قطبی شده خطی را بدون تغییر حفظ می کند. آن را محدود می کند mode coupling بین محور های سریع و آهسته و حفظ یک نسبت استقطاب انقراض بالا (PER) در پایان خروجی.
در داخل فیبر تک حالت معمولی هیچ دو شکاف آشکار وجود ندارد، بنابراین دو حالت قطبی شدن ارتگونال با سرعت یکسان گسترش می یابند.حرکت قطبی تصادفی می تواند به راحتی توسط خم شدن خارجی ایجاد شوددر مقابل، فیبر PM با استفاده از میله های استرس در کنار هسته، دوقطعه سازی مصنوعی قوی را معرفی می کند و موج نور را به یک محور سریع و یک محور آهسته جدا می کند.قطبی شدن پایدار تنها می تواند زمانی حفظ شود که نور ورودی به طور دقیق در امتداد محور اصلی گسترش یابد.
ارزش اصلی یک سوئیچ نوری PM گسترش مزیت دو فرقی فیبر PM به گره سوئیچ و جلوگیری از بدتر شدن قطبی که ناشی از سوئیچ کانال است.
فیبر PM سبک PANDA انتخاب اصلی در محصولات تجاری است.دو میله فشار بوروسیلیکات در هر دو طرف هسته فیبر باعث ایجاد فشار داخلی مداوم به دلیل ضریب های مختلف انبساط حرارتی می شود و زمینه های دوقطعه ای پایدار را تشکیل می دهدانواع عام فیبر شامل PM1550، PM1310، PM980 و PM1064 برای پنجره های مختلف طول موج است.
1.2 تحقق نگهداری قطب بندی و تغییر نوری
یک سوئیچ نوری PM از دو ماژول کلیدی تشکیل شده است: مکانیسم سوئیچ کانال و مسیر نوری با قطب بندی با دقت بالا.
مسیریابی نوری: میکرو رفلکتورهای الکترومغناطیسی، پریزم ها یا کریستال های مغناطیسی نوری پرت نور را به پورت های خروجی مختلف هدایت می کنند و توپولوژی های پورت مانند 1 × 2 ، 1 × 4 و 2 × 2 را تشکیل می دهند.
قفل قطبی سازی: تمام کولیماتورها و فیبرهای PM در داخل قطعه به طور دقیق بر محور اصلی تراز شده اند.محور سریع و محور آهسته هر مسیر نوری در طول پیوند فیبر و همبستگی پرتو ثابت استنشت انرژی از محور آهسته به محور سریع برای جلوگیری از تخریب PER از بین می رود.
سوئیچ های نوری معمولی فقط نیاز به تراز هم محوری هسته های فیبر دارند. برای دستگاه های PM، هم هم محوری بودن هسته و هم تراز زاویه ای محورهای اصلی قطبی سازی باید تضمین شود.انحراف زاویه ای بیش از یک درجه منجر به کاهش شدید نسبت انقراض قطبی شدن می شود، که بزرگترین چالش فنی در مونتاژ و کالیبری است.
2دو راه حل فنی اصلی: سوئیچ های PM الکترومکانیکی در مقابل سوئیچ های PM مغناطیسی نوری
دو مسیر فنی تجاری بالغ به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، با سناریوهای کاملا متفاوت قابل اجرا، که باید در هنگام انتخاب مدل اولویت بندی شود.
2.1 سوئیچ نوری PM الکترومکانیکی (معمولی برای بازارهای غیرنظامی)
این نوع از رله های الکترومغناطیسی کوچک برای هدایت عناصر نوری استفاده می کند. پریزمه های میکرو یا بازتابگرها به صورت فیزیکی حرکت می کنند تا جهت پرتو را تغییر دهند و تغییر کانال را کامل کنند.این شرکت به دلیل هزینه و عملکرد متعادل خود بیشترین سهم بازار را در اختیار دارد.
مزیت های اصلی
عملکرد نوری عالی: از دست دادن ورودی از 0.8 dB تا 1.5 dB است؛ انزوا کانال بیش از 55 dB با صدای عبور کم بین پورت های مجاور است.و نسخه های سفارشی بالا می توانند به 30 دبیل برسند..
فرآیند تولید بالغ و هزینه قابل کنترل. آرایه های چند کانال مانند 1 × 16 و 1 × 32 برای ساخت ماتریس های تست خودکار برای اجزای PM در دسترس هستند.
مسیر نوری بدون چسب می تواند برای مدیریت صدها میلی وات از لیزر موج مداوم و نور پالس قدرت بالا سفارشی شود.اطمینان از ثبات قطبی در دراز مدت.
محدودیت ها
قطعات متحرک مکانیکی منجر به زمان سوئیچ در سطح میلی ثانیه (3 ~ 10 ms) می شود که نمی تواند نیازهای انتخاب سریع مایکرو ثانیه یا نانوس ثانیه را برآورده کند.خستگی مکانیکی پس از میلیاردها چرخه ی تغییر رخ می دهد، که منجر به کاهش ثبات در معرض ارتعاش های شدید مداوم، مانند محیط های هوا می شود.
دو حالت رانندگی در دسترس است: قفل و غیر قفل. سوئیچ های قفل حالت کانال را پس از خاموش شدن با مصرف انرژی بسیار کم حفظ می کنند.انواع بدون قفل نیاز به منبع برق مداوم دارند و بیشتر برای تجهیزات آزمایش آزمایشگاهی استفاده می شوند..
2.2 تمام حالت جامد مگنتوپتیک PM Switch Optical (اولین انتخاب برای سناریوهای نظامی و سرعت بالا)
سوئيچ مگنتوپتيک پم هيچ قطعه مکانیکي متحرکي ندارهیک میدان مغناطیسی خارجی قطب بندی هواپیما از نور عبور از طریق YIG (Yttrium Iron Garnet) کریستال ها را می چرخانددر ترکیب با قطعات قطبی، کانال نوری را می توان به صورت الکترونیکی انتخاب کرد. این یک قطعه خالص اپتوالکترونیک جامد است.
مزیت های اصلی
سرعت سوئیچینگ فوق العاده سریع کمتر از یک میکرو ثانیه، کاملاً با لیزر پالس با سرعت بالا و انتخاب سریع کانال فوتون در ارتباطات کوانتومی مطابقت دارد.
بدون خارش مکانیکی، با عمر بیش از 10 میلیارد چرخه، این قطعه دارای مقاومت قابل توجهی در برابر لرزش و عملکرد ضد تداخل الکترومغناطیسی است.کار با ثبات از -40°C تا +85°Cبسته بندی تقویت شده از برنامه های فضایی و ماهواره ای پشتیبانی می کند.
پرتو نوری بدون جیتر باقی می ماند، با تکرار بسیار بهتر از دستگاه های الکترومکانیکی، و نوسانات حالت قطبی بسیار کم است.
معایب
با استفاده از مواد کریستالی مغناطیس نوری، از دست دادن ورودی به 1.2 ~ 2.0 دبیل افزایش می یابد. آرایه های مقیاس بزرگ بیش از 1 × 8 به دلیل ساختار نوری پیچیده، یکپارچه سازی دشوار است.هزینه های مواد و بسته بندی 3 ~ 6 برابر بیشتر از محصولات الکترومکانیکی از همان تعداد کانال است، محدود کردن محبوبیت مدنی در مقیاس بزرگ.
سوئیچ های نوری MEMS PM هنوز در حال تحقیق هستند. اگرچه آرایه های آینه کوچک از ادغام نوری در مقیاس بزرگ پشتیبانی می کنند،تراز زاویه ای محورهای قطبی سازی به اندازه کافی برای تضمین PER پایدار بالغ نیستدر حال حاضر، آنها فقط در تعداد کمی از ابزار آزمایش بدون صنعتی شدن در مقیاس بزرگ آزمایش می شوند.
2.3 مقایسه پارامتر دو راه حل سوئیچ PM
شاخص عملکرد
سوئیچ PM الکترومکانیکی
سوئیچ PM مغناطیس نوری حالت جامد
زمان تغییر
3 تا 10 ms
<1 μs
نسبت انقراض قطبی شدن (PER)
20 تا 28 دبیل
۱۸ تا ۲۵ دبیل
ضایعات ورودی (IL)
0.8 تا 1.5 دسیبل
1.2 تا 2.0 دسیبل
چرخه های تغییر
در حدود 100 میلیون
بیش از 10 میلیارد
مقاومت لرزش
متوسط، برای ارتعاش مداوم مناسب نیست
عالی، برای استفاده در هوا پایدار
حداکثر مقیاس کانال
تا ماتریس 1×64
محدود به 1 × 8
هزینه
متوسط، مناسب برای خرید انبوه
بالا، عمدتا برای تحقیقات علمی و پروژه های نظامی
3تفاوت های اساسی بین سوئیچ های نوری PM و سوئیچ های نوری یک حالت معمولی
بسیاری از مهندسین نوری جوان این دو محصول را اشتباه می گیرند و حتی سوئیچ های PM را با یک حالت معمولی جایگزین می کنند، که منجر به فروپاشی کل سیستم نوری قطبی می شود.اگرچه هر دو از تغییر کانال آگاهند، نیازمندی های فنی آنها اساسا متفاوت است.
3.1 تفاوت در مسیر نوری و ساختار فیبر
سوئیچ های یک حالت معمولی فیبر SMF-28 را بدون محور های سریع / آهسته اتخاذ می کنند. تنها محور محور محور مورد نیاز است و چرخش کانکتور باعث از دست دادن اضافی نمی شود.
سوئیچ های PM به طور کامل با فیبر PM PANDA مجهز هستند. دو تراز همزمان باید به دست آید: همبستگی هسته و موقعیت زاویه ای محور اصلی.کانکتورهای PM با کلید های موقعیت طراحی شده اند و نمی توانند به صورت خودسرانه پیچیده شوندهنگامی که محور اصلی اشتباه تنظیم شود، PER به شدت از 25 dB به کمتر از 10 dB کاهش می یابد و قطعه به طور کامل توانایی حفظ قطبی سازی را از دست می دهد.
3.2 معیارهای عملکرد کلیدی مختلف
سوئیچ های نوری تک حالت تنها بر روی از دست دادن ورودی، انزوا و تکرار پذیری آزمایش می شوند، بدون نیاز به شاخص های قطبی.
سه پارامتر قطبی شدن برای سوئیچ های نوری PM به شدت کنترل می شوند:
نسبت انقراض قطبی (PER): مهمترین شاخص اندازه گیری انزوا انرژی بین محورهای سریع و آهسته، با نیاز اساسی بالاتر از 20 دی سی بی.
از دست دادن وابسته به قطبی شدن (PDL): تفاوت از دست دادن قدرت بین حالت های قطبی مختلف؛ دستگاه های برتر می توانند PDL ≤0.05 dB را به دست آورند.
اتصال حالت قطبی سازی: از اتصال قطبی نوری بین حالت های قطبی سازی ارتگونال جلوگیری کنید تا از حرکت قطبی سازی تصادفی پس از تغییر مکرر جلوگیری شود.
3.3 تفاوت در حساسیت محیط زیست و آستانه عملیات
نصب سوئیچ های معمولی تک حالت آسان است. چرخش کانکتور، خم شدن فیبر و لرزش های جزئی تأثیر کمی بر عملکرد دارند.
مسیرهای نوری PM به شدت به استرس مکانیکی حساس هستند. خم شدن بیش از حد فیبر، چرخش کانکتور و تغییر شکل پوسته باعث ایجاد دوقطعه اضافی می شود و باعث جفت گیری قطبی می شود.در طول عیب یابی میدان، طرح فیبر نوری باید ثابت شود تا فشار را آزاد کند، که آستانه عملیات را افزایش می دهد.
3.4 هزینه و محدوده کاربرد
سوئیچ های نوری تک حالت ارزان قیمت هستند و به طور گسترده ای در سوئیچ حفاظت PON، نظارت بر قدرت نوری و آزمایش اجزای غیرفعال عمومی استفاده می شوند.سوئیچ های نوری PM نیاز به فرآیندهای کالیبراسیون قطبی پیچیده دارند، با قیمت 2 ~ 5 برابر بالاتر. آنها فقط در مدارهای نوری حساس به قطبی شدن استفاده می شوند.
نتیجه گیری کوتاه: سوئیچ های معمولی فقط انتقال نور را تضمین می کنند؛ سوئیچ های PM هر دو مسیر نوری صاف و جهت لرزش پایدار نور قطبی را تضمین می کنند.
4پارامترهای کلیدی نوری و اصول انتخاب مهندسی
4.1 شاخص های نوری اصلی
طول موج عملیاتی: با منبع لیزر کاملاً مطابقت داشته باشید. چهار باند اصلی 1550 نانومتر باند C برای ارتباطات، 1064 نانومتر لیزر جامد،نور پمپ ۹۸۰ نانومتری و پنجره ی تک فوتونی ۷۸۰ نانومتری برای سیستم های کوانتومیمحصولات با طول موج های مختلف قابل تعویض نیستند.
نسبت انقراض قطبی (PER): حداقل استاندارد برای مسیرهای نوری آزمایشگاهی 20 dB است. گیروسکوپ های فیبر نوری مداخله سنج و آرایه های سنجش نیاز به PER ≥25 dB دارند.در حالی که سیستم های ارتباطی کوانتومی نیاز به نسخه های با انقراض بالا بیش از 28 دبیل دارند..
از دست دادن ورودی و PDL: مدل های PDL پایین برای ماتریس های سوئیچینگ چند کانال ترجیح داده می شوند تا از دست دادن قطبی نامتعادل بین پورت های مختلف جلوگیری شود.
جداسازی کانال (Crosstalk): جداسازی بالاتر از ۵۵ دبیل برای سیستم های تست چند کانال برای جلوگیری از تداخل سیگنال بین کانال های مجاور مورد نیاز است.
مقاومت انرژی نوری: مسیرهای نوری معمولی با چسب بسته شده تنها صدها میلی وات نور مداوم را پشتیبانی می کنند.مسیرهای نوری فضای آزاد بدون چسب باید برای سیستم های لیزر با قدرت بالا انتخاب شوند تا از کاربونیزاسیون چسب و بدتر شدن قطبی که ناشی از تراکم نوری بالا است جلوگیری شود..
4.2 توپولوژی پورت و انتخاب راننده الکتریکی
متداول ترین پیکربندی های پورت:
1 × 2 برای انتخاب کانال دو طرفه و تغییر حفاظت از مسیر نوری؛ 2 × 2 تبادل دو طرفه؛ 1 × 4 / 1 × 8 رای گیری چند نقطه ای.ماتریس های سوئیچ 1 × 16 و 1 × 32 PM برای تجهیزات تست خودکار در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.
ولتاژ پیش فرض 5 VDC است. انواع قفل کردن وضعیت کانال را پس از قطع برق حفظ می کنند تا انرژی را برای سیستم های آماده طولانی مدت صرفه جویی کنند.ساختارهای رله ای غیر قفل کننده برای تغییر آزمایشگاه کوتاه مدت استفاده می شود..
4.3 مشخصات کانکتور
کانکتورهای کلیدی FC / APC PM اجباری هستند. چهره گوشه ای پایان باعث کاهش زیان بازگشت و سرکوب اختلال قطبی که توسط نور منعکس شده ایجاد می شود می شود. چهره پایانی صاف PC ممنوع است.خریداران باید روشن کنند که محورهای اصلی همه بنادر سازگار هستند.، و یک گزارش آزمایش تراز محور اصلی باید قبل از تحویل ارائه شود.
4.4 پیشنهادات انتخاب مبتنی بر سناریو
نظرسنجی چند کانال FBG و آزمایش انبوهی از کوپلرهای PM در آزمایشگاه ها: انتخاب سوئیچ های الکترومکانیکی 1 × N PM مقرون به صرفه
ژایروسکوپ های فیبر نوری و آرایه های سنجش مداخله سنجی: دستگاه های الکترومکانیکی با PER بالا (≥25 dB) را انتخاب کنید و فشار مکانیکی مسیر نوری را با دقت آزاد کنید.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski
