W świecie komunikacji światłowodowej wybór długości fali światła przypomina strojenie częstotliwości radiowej i wybór kanału. Tylko wybór odpowiedniego „kanału” umożliwia wyraźną i stabilną transmisję sygnału. Dlaczego niektóre moduły optyczne mają zasięg transmisji wynoszący zaledwie 500 metrów, podczas gdy inne sięgają setek kilometrów? Tajemnica tkwi w „kolorze” tej wiązki światła – a dokładniej, w długości fali światła.
W nowoczesnych sieciach komunikacji optycznej moduły optyczne o różnych długościach fal odgrywają zupełnie inne role. Trzy podstawowe długości fal: 850 nm, 1310 nm i 1550 nm, stanowią podstawę komunikacji optycznej, z wyraźnym podziałem zadań pod względem odległości transmisji, charakterystyki strat i scenariuszy zastosowań.
1. Dlaczego potrzebujemy wielu długości fal?
Podstawową przyczyną zróżnicowania długości fali w modułach optycznych są dwa główne wyzwania w transmisji światłowodowej: straty i dyspersja. Podczas transmisji sygnałów optycznych w światłowodach występuje tłumienie (strata) energii z powodu absorpcji, rozpraszania i wycieku medium. Jednocześnie nierównomierna prędkość propagacji składowych o różnych długościach fali powoduje poszerzenie impulsu sygnału (dyspersję). Doprowadziło to do powstania rozwiązań wielodługościowych:
•Pasmo 850 nm:działa głównie w oparciu o światłowody wielomodowe, z odległościami transmisji wynoszącymi zazwyczaj od kilkuset metrów (około 550 metrów) i jest główną siłą napędową transmisji na krótkie odległości (na przykład w centrach danych).
•Pasmo 1310 nm:wykazuje niskie właściwości dyspersji w standardowych włóknach jednomodowych, przy odległościach transmisji do kilkudziesięciu kilometrów (około 60 kilometrów), co czyni je podstawą transmisji na średnie odległości.
•Pasmo 1550 nm:Przy najniższym współczynniku tłumienia (ok. 0,19 dB/km) teoretyczna odległość transmisji może przekroczyć 150 kilometrów, co czyni go królem transmisji na duże i bardzo duże odległości.
Rozwój technologii multipleksowania z podziałem długości fali (WDM) znacznie zwiększył przepustowość światłowodów. Na przykład, dwukierunkowe moduły optyczne z pojedynczym włóknem (BIDI) zapewniają dwukierunkową komunikację na jednym włóknie, wykorzystując różne długości fal (takie jak kombinacja 1310 nm/1550 nm) po stronie nadawczej i odbiorczej, co znacznie oszczędza zasoby światłowodowe. Bardziej zaawansowana technologia multipleksowania z podziałem długości fali (DWDM) pozwala na osiągnięcie bardzo wąskich odstępów między długościami fal (takich jak 100 GHz) w określonych pasmach (takich jak pasmo O 1260-1360 nm), a pojedyncze włókno może obsługiwać dziesiątki, a nawet setki kanałów długości fali, zwiększając całkowitą przepustowość transmisji do poziomu Tb/s i w pełni wykorzystując potencjał światłowodów.
2.Jak naukowo dobrać długość fali modułów optycznych?
Wybór długości fali wymaga kompleksowego rozważenia następujących kluczowych czynników:
Odległość transmisji:
Krótki dystans (≤ 2 km): najlepiej 850 nm (światłowód wielomodowy).
Średnia odległość (10-40 km): odpowiednia dla 1310 nm (światłowód jednomodowy).
Duża odległość (≥ 60 km): należy wybrać światłowód jednomodowy 1550 nm lub stosować go w połączeniu ze wzmacniaczem optycznym.
Wymagania dotyczące pojemności:
Biznes konwencjonalny: moduły o stałej długości fali są wystarczające.
Transmisja o dużej przepustowości i wysokiej gęstości: wymagana jest technologia DWDM/CWDM. Na przykład system DWDM 100G działający w paśmie O może obsługiwać dziesiątki kanałów o wysokiej gęstości długości fali.
Rozważania dotyczące kosztów:
Moduł o stałej długości fali: Początkowa cena jednostkowa jest stosunkowo niska, ale konieczne jest posiadanie w magazynie części zamiennych do różnych modeli długości fali.
Moduł o regulowanej długości fali: Początkowa inwestycja jest stosunkowo wysoka, ale dzięki dostrajaniu oprogramowania może obejmować wiele długości fal, uprościć zarządzanie częściami zamiennymi, a w dłuższej perspektywie zmniejszyć złożoność i koszty eksploatacji i konserwacji.
Scenariusz zastosowania:
Połączenie centrów danych (DCI): Rozwiązania DWDM o dużej gęstości i niskim poborze mocy są obecnie powszechne.
Sieć fronthaul 5G: Ze względu na wysokie wymagania dotyczące kosztów, opóźnień i niezawodności, powszechnie wybierane są moduły dwukierunkowe z pojedynczym włóknem (BIDI) o jakości przemysłowej.
Sieć parków korporacyjnych: W zależności od wymagań dotyczących odległości i przepustowości można wybrać moduły CWDM o małej mocy, średnim lub krótkim zasięgu lub moduły o stałej długości fali.
3. Wnioski: Ewolucja technologiczna i rozważania na przyszłość
Technologia modułów optycznych stale się rozwija. Nowe urządzenia, takie jak przełączniki selektywne pod względem długości fali (WSS) i ciekłokrystaliczne moduły krzemowe (LCoS), napędzają rozwój bardziej elastycznych architektur sieci optycznych. Innowacje ukierunkowane na konkretne pasma, takie jak pasmo O, stale optymalizują wydajność, na przykład poprzez znaczne zmniejszenie poboru mocy przez moduł przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającego marginesu stosunku sygnału do szumu (OSNR).
W przyszłości inżynierowie będą musieli nie tylko precyzyjnie obliczać odległość transmisji przy doborze długości fal, ale także kompleksowo oceniać zużycie energii, adaptowalność temperaturową, gęstość rozmieszczenia oraz koszty eksploatacji i konserwacji w całym cyklu życia. Moduły optyczne o wysokiej niezawodności, mogące stabilnie pracować na dystansie dziesiątek kilometrów w ekstremalnych warunkach (takich jak -40°C), stają się kluczowym wsparciem dla złożonych środowisk wdrożeniowych (takich jak zdalne stacje bazowe).
Czas publikacji: 18.09.2025