Cómo mejorar la pérdida de retorno de 10G SFP+

En los últimos años, gracias a la aceleración de las redes de banda ancha, la aplicación de las redes 10G se ha vuelto cada vez más extensa. Los parámetros que debemos conocer sobre los módulos ópticos 10G SFP+, el dispositivo de transmisión básico de las redes 10G, son los siguientes:

1. Longitud de onda central (nm) : existen tres tipos principales:

1) 850nm (multimodo, con bajo costo pero distancia de transmisión corta, y la distancia de transmisión máxima es de 500M);

2) 1310nm (monomodo, con gran pérdida pero pequeña dispersión durante la transmisión, generalmente utilizado para transmisión dentro de los 40 KM);

3) 1550nm (modo único, pequeña pérdida pero gran dispersión durante la transmisión, generalmente utilizado para transmisión de larga distancia de más de 40 KM, hasta 120 KM se pueden transmitir directamente sin relé);

ER FiberMall 10G SFP+

2. Tasa de transmisión: se refiere a la cantidad de bits de datos transmitidos por segundo, en bps. Las tasas más utilizadas incluyen: 155 Mbps, 622 Mbps, 1.25 Gbps, 2.5 Gbps, 4 Gbps, 8 Gbps, 10 Gbps, etc. El módulo óptico de 155M también se denomina módulo óptico FE (100M), el módulo óptico de 1.25G también se denomina módulo óptico GE (1000M), y el módulo óptico 10G SFP+ es el más utilizado en equipos de transmisión óptica.

3. Distancia de transmisión: se refiere a la distancia a la que las señales ópticas pueden transmitirse directamente sin amplificación por repetidor, en kilómetros. Las especificaciones comunes son: multimodo 550 m, monomodo 15 km, 40 km, 80 km, 120 km, etc.

4. Tipos de láser: El láser es el dispositivo central en el módulo óptico. Inyecta corriente en el material semiconductor y emite luz láser a través de la oscilación de fotones y la ganancia del resonador. Actualmente, los láseres más utilizados son los láseres FP y DFB . La diferencia entre ellos radica en el material semiconductor y la estructura de la cavidad. El precio de los láseres DFB es mucho más elevado que el de los láseres FP. Los módulos ópticos con una distancia de transmisión inferior a 40 km generalmente utilizan láseres FP; los módulos ópticos con una distancia de transmisión igual o superior a 40 km generalmente utilizan láseres DFB;

5. Pérdida y dispersión: La pérdida es la disminución de la energía lumínica debido a la absorción, la dispersión y la fuga del medio durante la transmisión de la luz en la fibra óptica. Esta energía se disipa a un ritmo determinado con el aumento de la distancia de transmisión. La dispersión se debe principalmente a que las ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda viajan en el mismo medio a velocidades distintas. Esto provoca que los diferentes componentes de la señal óptica lleguen al receptor en momentos diferentes debido a la acumulación de distancias de transmisión, lo que conlleva un ensanchamiento del pulso y la imposibilidad de distinguir el valor de la señal.

Estos dos parámetros afectan principalmente a la distancia de transmisión del módulo óptico. En la aplicación real, la pérdida de enlace del módulo óptico de 1310 nm generalmente se calcula en 0.35 dBm/km, y la pérdida de enlace del módulo óptico de 1550 nm generalmente se calcula en 0.20 dBm/km. El cálculo del valor de dispersión es muy complejo, generalmente solo como referencia;

6. Potencia óptica de transmisión y sensibilidad de recepción: La potencia óptica de transmisión se refiere a la potencia óptica de salida de la fuente de luz en el extremo transmisor del módulo óptico. La sensibilidad de recepción se refiere a la potencia óptica mínima recibida por el módulo óptico a una determinada velocidad y tasa de error de bits. Las unidades de estos dos parámetros son dBm (forma logarítmica de la unidad de potencia, MW; 1 mW equivale a 0 dBm), que se utiliza principalmente para definir la distancia de transmisión del producto. La potencia óptica de transmisión y la sensibilidad de recepción de los módulos ópticos con diferentes longitudes de onda, velocidades de transmisión y distancias de transmisión variarán.

FiberMall 10G SFP+ SR

7. Vida útil del módulo óptico: según la norma internacional unificada, 7x24 horas de funcionamiento ininterrumpido durante 50,000 horas (equivalente a 5 años);

8. Interfaz de fibra óptica: Los módulos ópticos SFP tienen interfaces LC, los módulos ópticos GBIC tienen interfaces SC, y otras interfaces incluyen FC y ST;

9. Parámetros ambientales: temperatura de funcionamiento: 0~+70℃; temperatura de almacenamiento: -45~+80℃; voltaje de funcionamiento: 3.3 V; nivel de funcionamiento: TTL.

Al 19 de marzo de 2022, hay 356 redes LTE comerciales y toda la cadena de la industria de TD está muy madura.

Los módulos utilizados en la construcción de redes LTE incluyen principalmente módulos ópticos SFP+ de 6G y 10G . La demanda del mercado y la madurez de la cadena de valor impulsan la continua innovación en la tecnología de módulos ópticos. Al mismo tiempo, la presión sobre los costos se traslada de los operadores a los fabricantes de módulos ópticos a través de los fabricantes de equipos. En cuanto a la tecnología de recepción del módulo óptico LTE10G, actualmente existen dos soluciones: una solución de alta pérdida de retorno y una solución de recepción convencional. La diferencia entre ambas radica principalmente en el diseño de la pérdida de retorno óptica del dispositivo receptor en el módulo.

Para el esquema de recepción convencional, después de insertar el conector LC en el dispositivo receptor, hay un espacio de aire entre su cara final plana y la matriz PIN en el dispositivo. La mayor parte de la luz transmitida en la fibra óptica es perpendicular a la cara del extremo plano, cuando la luz se refleja, toda la luz reflejada viajará de regreso al núcleo. La reflectividad de retorno se puede calcular mediante Rf=(nf-1)2/(nf+1)2, nf es el índice de refracción del material de fibra, nf=1.47 y Rf=3.6 % (-14.4 dB).

Otro estudio cree que después de esmerilar y pulir la cara del extremo de la fibra, se producirá una capa delgada metamórfica en la cara del extremo de la fibra y su índice de refracción es de aproximadamente 1.6, que es más alto que el índice de refracción del núcleo de la fibra. En este momento, Rf=5.3% (-12.7dB), es decir, la pérdida de retorno es -12.7dB, que está muy cerca del estándar de límite inferior de 10G Ethernet (-12dB), casi sin margen.

En comparación con el esquema de recepción convencional, el esquema de recepción de alta pérdida de retorno agrega un pin de cerámica en ángulo entre el conector LC y la matriz PIN, como se muestra en la Figura 2 a continuación. La cara del extremo biselado del pasador no está en ángulo recto con el eje del núcleo de la fibra. Aunque hay un espacio de aire, el ángulo de propagación de la luz emitida reflejada por la cara del extremo inclinado es menor que el ángulo crítico de reflexión total. Por lo tanto, la luz reflejada desde la cara del extremo inclinado del pasador no se propagará en el núcleo de la fibra, sino que se disipará a través del revestimiento y finalmente se filtrará. Tomando como ejemplo el pin inclinado de 8°, de acuerdo con las estadísticas de pérdida de retorno medidas, generalmente es mejor que -27dB. Por lo tanto, en términos de pérdida de retorno óptica, el esquema de recepción convencional es muy inferior al esquema de recepción de alta pérdida de retorno.

Diagrama esquemático de la estructura del dispositivo receptor convencional Diagrama esquemático de la estructura del dispositivo receptor de alta pérdida de retorno

Diagrama esquemático de la reflexión de la cara frontal plana/inclinada del pasador

La pérdida de retorno óptico se define como la relación entre la potencia óptica reflejada y la potencia óptica incidente. Cuanto peor es la pérdida de retorno, más fuerte es la reflexión óptica en el enlace de fibra óptica. En el sistema de transmisión de fibra óptica, el conector, la cara del extremo de la fibra, la interfaz óptica y la superficie del detector causarán reflejos de Fresnel. Los efectos de estas retro-reflexiones en el sistema incluyen:

1) Debilitar la señal óptica transmitida

2) Interferir con la señal óptica incidente

3) Reducir la relación señal/ruido en los sistemas de transmisión digital.

La luz retrorreflejada también regresa a la fuente de luz emisora, cuyos efectos sobre la fuente de luz incluyen:

1) Hacer que la longitud de onda central de la fuente de luz emitida fluctúe:

2) causar la fluctuación de la intensidad de la luz de la fuente de luz emitida;

3) Dañar permanentemente la fuente de luz.

Incluso si se trata de una fuente de luz FP, aunque la retrorreflexión tiene poco efecto sobre las características espectrales, la luz retrorreflejada es amplificada por el área activa después de ingresar a la cavidad resonante de la fuente de luz y se une a la corriente principal, provocando fluctuaciones en intensidad de luz. Las fluctuaciones en la intensidad de la luz dan como resultado RIN, que es ruido asociado con el transmisor en lugar del receptor. RIN limitará la máxima relación posible de señal a ruido en el enlace de fibra, lo que a su vez afecta la sensibilidad del receptor. Además, RIN es esencialmente un ruido de banda ancha, que refleja la influencia de la fluctuación de intensidad de la fuente de luz y el sistema en el ruido eléctrico en el extremo receptor, en comparación con la influencia de la potencia de la señal. La fórmula se expresa como RIN= 2 /(P2*B/N).

<ΔP> es la potencia de ruido promedio, P es la potencia óptica promedio y BW es el ancho de banda del receptor y el enlace del sistema.

Se puede observar que cuanto mayor sea la tasa del sistema, mayor será el ancho de banda del ruido del enlace, mayor será la potencia del ruido, menor será la relación señal/ruido y mayor será la tasa de error de bits. Por lo tanto, para los módulos ópticos 10G LTE, para garantizar la confiabilidad del sistema de transmisión óptica y la estabilidad del espectro y la potencia de la fuente de luz emitida, es necesario diseñar el dispositivo receptor con alta pérdida de retorno para reducir la reflexión del enlace. Aunque el módulo con una solución de recepción convencional puede usar la solución de aislador óptico en el extremo de transmisión para proteger la fuente de luz, el reflejo causado por la pérdida de retorno todavía tiene un impacto en el sistema. Y el precio del aislador es mucho más alto que el del pin de fibra óptica en la solución de pérdida de alto retorno.