Как улучшить оптические соединители?

Так, швейцарская компания Diamond FO еще в середине 2000-х годов полностью отработала технологию активной юстировки, позволяющую даже для одномодовых изделий гарантировать вносимые потери на уровне 0,05 дБ, но развития эта технология не получила.

В итоге усилия по совершенствованию соединителей, как многоканальных, так и дуплексных, сосредоточились на том, чтобы сделать их более удобными в использовании для персонала, непосредственно работающего с волоконно-оптической техникой. 

Одна из проблем магистральных сетей связи – так называемый скоростной предел электроники: быстродействие схем обработки данных заведомо ниже требуемой скорости передачи. Применение блочных и многоуровневых кодов для уменьшения тактовой частоты лишь отчасти снимает остроту проблемы. Эффективным же является переход на параллельную передачу, т.е. разбиение сообщения на несколько частей, каждая из которых передается в своем субканале с меньшей скоростью, а затем восстановление исходного сообщения на приеме.

Оптическая подсистема ЦОДов, в отличие от сетей связи общего пользования, из соображений минимизации стоимости в подавляющем большинстве случаев строится на многомодовой элементной базе, что позволяет реализовать параллельную передачу одним из двух способов. Первый – пространственное уплотнение – подразумевает, что каждому субканалу ставится в соответствие свое волокно. Количество световодов при этом варьируется от 8 до 24. В последнее время в силу разных причин отрасль тяготеет к схеме Base 8 (четыре волокна на прием и четыре на передачу). Второй способ – использование четырехканального коротковолнового спектрального уплотнения SWDM – выгоден тем, что для скоростей вплоть до 200 Гбит/с дает возможность сохранить удобную в эксплуатации двухволоконную структуру тракта и не отказываться от применения стандартного соединителя LC.

Однако на скоростях 400 Гбит/с, которые, как ожидается, будут массово востребованы в ЦОДах уже к середине следующего десятилетия, физическая параллельная передача пока безальтернативна. Создание группового разъема на базе LC вполне возможно технически. Одно из решений доведено до уровня предложений консорциума производителей активного сетевого оборудования и базируется на горизонтальной сборке вилок этих разъемов, но оно невыгодно из-за больших габаритов.

Таким образом, бесшовный переход на передачу со скоростью 400 Гбит/с предполагает внедрение нового типа оптических разъемов. Сильная сторона специализированных разработок этого направления (изделия SN компании Senko и MDC компании US Conec) – возможность эксплуатации в дуплексном и групповом вариантах, малые габариты и простота поддержки физической параллельной передачи. Изделия допускают одиночное и счетверенное применение. В последнем случае используется общая крепежная обойма, в которую обычные вилки вставляются под защелку. Процедуры коммутации при этом не меняются, так как обойма имеет механизм фиксации, идентичный механизмам отдельных вилок.

Справедливости ради отметим, что прямым предшественником SN и MDC может считаться изделие URM немецкой компании Euromicron, которое было разработано еще в начале 2000-х гг. и нормировано стандартом IEC 61754-34. Непосредственное использование этого соединителя для полноценной поддержки 400-гигабитных трактов затруднено из-за его неудовлетворительных габаритов: по площади миделя URM уступает своим более поздним аналогам примерно в 1,5 раза.

При организации дуплексных трактов по оптическим кабелям с ленточными волокнами необходимо обеспечивать правильную полярность. Делать это с помощью шнуров двух типов неудобно с эксплуатационной точки зрения. Поэтому ряд компаний предлагает универсальные конструкции, которые позволяют простыми средствами переключать полярность непосредственно на объекте. Разработки применимы как к моноблочным, так и к дуплексным вилкам, и базируются на различных принципах.

Например, существуют схемы на основе перестановки (рис. 1ба) и поворота отдельных вилок (рис. 1б). В первом случае вилки переставляются в крепежных гнездах, во втором – поворачиваются вокруг своей оси с последующим переносом защитной крышки.

В процессе эксплуатации торцевые поверхности волоконного световода неизбежно загрязняются. Это происходит из-за того, что даже при соблюдении самых жестких норм на чистоту воздуха, принятых для технических помещений, в воздухе присутствуют взвешенные пылевидные частицы. Свой вклад может внести и нарушение правил эксплуатации элементов оптического соединителя.

Из-за малого диаметра световедущей сердцевины наиболее чувствительны к загрязнениям одномодовые соединители. До уровня практического применения доведены два способа решения этой проблемы.

Первый способ – расширение луча. На пути распространения оптического сигнала устанавливается микролинза той или иной формы, к которой непосредственно пристыковывается торец световода. За счет увеличения диаметра луча потери, возникающие из-за загрязнений, уменьшаются пропорционально увеличению площади (рис. 2).

Технология PRECONNECT Lotus, анонсированная в 2017 г. и продвигаемая немецкой компанией Rosenberger OSI (Optical Solutions and Infrastructures), предполагает нанесение на торцевую поверхность световода специального покрытия. Его структура предельно точно воспроизводит структуру верхней поверхности листьев лотоса, в результате чего частицы пыли просто соскальзывают с него (здесь используется так называемый эффект лотоса: лепестки и листья лотоса выделяют воскоподобное вещество, которое образует на поверхности особую структуру (нанорельеф) в виде микроскопических выступов, благодаря чему их поверхность отличается крайне низкой смачиваемостью. – Прим. ред.).

Коммутационное оборудование, используемое в оптической подсистеме структурированного каблирования ЦОДа, должно обязательно иметь высокую конструктивную плотность. Механизм фиксации вилки LC как стандартного дуплексного соединителя реализован на основе рычажной защелки, которая требует для отключения пустого пространства в районе свободного конца рычага под большой или указательный палец выполняющего эту операцию человека. Данное обстоятельство серьезно ограничивает плотность конструкции коммутационного устройства и не позволяет увеличить ее более определенного предела.

Для преодоления этого ограничения в конструкцию вилки LC без изменения формфактора той ее части, которая взаимодействует с гнездом розетки, внедряют различные варианты тяг и иных механических элементов. Их использование позволяет отключать вилку без непосредственного доступа к свободному концу рычага.

Наиболее простой вариант заключается в адаптации к LC схемы push-pull, которая ранее применялась в его предшественниках: разъеме SC и миниатюрном MU. В этом случае нажатие на рычаг при отключении происходит за счет приложения тянущего осевого усилия к специально предназначенной для этого жесткой или мягкой тяге (рис. 3). Применение для этой цели защитного хвостовика встречается заметно реже.

Иногда разработчик отказывается от тяги в пользу рычажного механизма. Выигрыш в данном случае достигается за счет того, что точка приложения нажимающего усилия сдвигается назад, а передача отключающего воздействия на рычаг осуществляется с помощью системы рычагов. Малая популярность такого подхода объясняется кинематической сложностью схемы.

Стандартные для ЦОДов групповые разъемы типа MPO/MTP, которые изначально были предназначены для организации физической параллельной передачи, потенциально могут армировать до 72 волокон в форме шести расположенных друг над другом групп по 12 волокон. 12-волоконный шаг отдельной группы невыгоден при организации параллельной передачи. Более удобные четырех- и восьмиволоконные схемы легко реализуются на типовых соединителях. 16-волоконная схема, необходимая для перспективных скоростей 400 Гбит/с, требует уже двухрядного расположения, что приводит к повышенным потерям.

Для того чтобы не прибегать к двухрядному расположению, в стандартный наконечник MT добавляют еще четыре посадочных места для получения соединителя MPO/MTP-16/32. Чтобы предотвратить ошибочное подключение к MPO/MTP-12, используется тройная механическая блокировка (рис. 4):

Схема разъема MPO/MTP предполагает существование четырех различных вариантов вилки в зависимости от наличия или отсутствия центрирующих штифтов и расположения направляющего выступа на одной из широких граней наконечника, вследствие чего такая конструкция неудобна в эксплуатации. Наибольшим удобством среди серийных продуктов отличаются изделия компаний Panduit (PanMPO), Senko (MPO Plus) и US Conec (MTP PRO).

Конструктивная схема Panduit основана на разборном корпусе, который позволяет перемещать выполненную в форме салазок сборку направляющих штифтов в переднее и заднее положения с фиксацией под защелку и переносить направляющий выступ прямым поворотом обойменного фиксатора.

Изделия компаний US Conec и Senko выгодно отличаются от PanMPO своими меньшими габаритами, но в процессе изменения гендерности и полярности требуют применения довольно дорого ручного технологического приспособления.

Быстродействующие лазеры одномодовых оптических передатчиков очень чувствительны к обратным отражениям. Мешающие влияния этой разновидности опасны значительными искажениями формы импульсов, нарушающими нормальное функционирование решающего устройства приемника, и создаются всеми элементами оптического тракта. Наибольший вклад в правильно собранную и реализованную на стандартных компонентах линию вносят разъемные соединители.

Типовой способ подавления обратных отражений до безопасного уровня -60 дБ на основе угловой полировки может применяться для всех типов соединителей, но его возможности для групповых разъемов ограничены из-за сложностей обеспечения надежного физического контакта всех световодов линейки. Кроме того, из-за большого усилия, прикладываемого в момент соединения, исходная полировка быстро разрушается, что сопровождается ростом уровня отражений даже в угловых соединителях.

Для подавления обратных отражений можно воспользоваться антиотражающими покрытиями. Их установка также делает ненужным наличие прямого физического контакта торцов волокон или заменяющих их элементов в собранном разъеме, что существенно замедляет деградацию соединителя по обратным отражениям в процессе эксплуатации линии связи. Впервые такое решение было представлено в середине текущего десятилетия американской компанией Arrayed Fiberoptics, а схему реализующего ее соединителя демонстрирует рис. 5.

Отметим, что эффективность антиотражающего покрытия настолько велика, что компания Senko в своем разъеме Highdura MPO Plus даже отказалась от технически сложной угловой полировки.

Оптические соединители дуплексного и группового типа продолжают быстро развиваться. Основное направление их совершенствования -- расширение функциональных возможностей и переход на универсальные конструкции, пригодные для применения в различных областях.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!

<< Предыдущая статья   Вернуться к содержанию   Следующая статья >>