У світі волоконно-оптичного зв'язку вибір довжини хвилі світла схожий на налаштування радіочастоти та вибір каналу. Тільки вибравши правильний «канал», сигнал може передаватися чітко та стабільно. Чому деякі оптичні модулі мають дальність передачі лише 500 метрів, а інші можуть охоплювати сотні кілометрів? Загадка полягає в «кольорі» цього променя світла, а точніше, в довжині хвилі світла.
У сучасних мережах оптичного зв'язку оптичні модулі різних довжин хвиль відіграють зовсім різні ролі. Три основні довжини хвиль 850 нм, 1310 нм та 1550 нм утворюють фундаментальну основу оптичного зв'язку з чітким розподілом праці з точки зору відстані передачі, характеристик втрат та сценаріїв застосування.
1. Чому нам потрібні різні довжини хвиль?
Основна причина різноманітності довжин хвиль в оптичних модулях полягає у двох основних проблемах передачі оптичних сигналів: втратах та дисперсії. Під час передачі оптичних сигналів в оптичних волокнах відбувається ослаблення (втрата) енергії через поглинання, розсіювання та витік середовища. Водночас, нерівномірна швидкість поширення різних компонентів довжини хвилі призводить до розширення (дисперсії) імпульсів сигналу. Це призвело до появи багатохвильових рішень:
• Діапазон 850 нм:в основному працює в багатомодових оптичних волокнах, з відстанями передачі зазвичай від кількох сотень метрів (наприклад, ~550 метрів), і є основною рушійною силою для передачі на короткі відстані (наприклад, у центрах обробки даних).
• Діапазон 1310 нм:демонструє низькі дисперсійні характеристики у стандартних одномодових волокнах, з відстанями передачі до десятків кілометрів (наприклад, ~60 кілометрів), що робить його основою передачі на середні відстані.
• Діапазон 1550 нм:Завдяки найнижчому коефіцієнту затухання (близько 0,19 дБ/км), теоретична відстань передачі може перевищувати 150 кілометрів, що робить його лідером у передачі на великі та навіть надвеликі відстані.
Розвиток технології мультиплексування з поділом довжин хвиль (WDM) значно збільшив пропускну здатність оптичних волокон. Наприклад, одноволокнисті двонаправлені оптичні модулі (BIDI) забезпечують двонаправлений зв'язок по одному волокну, використовуючи різні довжини хвиль (наприклад, комбінацію 1310 нм/1550 нм) на передавальному та приймальному кінцях, що значно економить ресурси волокна. Більш просунута технологія щільного мультиплексування з поділом довжин хвиль (DWDM) може досягти дуже вузького інтервалу між довжинами хвиль (наприклад, 100 ГГц) у певних діапазонах (наприклад, O-діапазон 1260-1360 нм), а одне волокно може підтримувати десятки або навіть сотні каналів довжин хвиль, збільшуючи загальну пропускну здатність до рівня Тбіт/с та повністю розкриваючи потенціал волоконної оптики.
2. Як науково вибрати довжину хвилі оптичних модулів?
Вибір довжини хвилі вимагає всебічного врахування наступних ключових факторів:
Відстань передачі:
Коротка відстань (≤ 2 км): бажано 850 нм (багатомодове волокно).
Середня відстань (10-40 км): підходить для 1310 нм (одномодове волокно).
Великі відстані (≥ 60 км): необхідно вибрати 1550 нм (одномодове волокно) або використовувати в поєднанні з оптичним підсилювачем.
Вимоги до місткості:
Традиційний бізнес: модулів з фіксованою довжиною хвилі достатньо.
Велика ємність, висока щільність передачі: потрібна технологія DWDM/CWDM. Наприклад, система DWDM зі швидкістю 100 Гбіт/с, що працює в O-діапазоні, може підтримувати десятки каналів з високою щільністю довжин хвиль.
Міркування щодо вартості:
Модуль з фіксованою довжиною хвилі: початкова ціна за одиницю відносно низька, але необхідно мати в наявності запасні частини для кількох моделей з фіксованою довжиною хвилі.
Модуль з налаштовуваною довжиною хвилі: початкові інвестиції є відносно високими, але завдяки налаштуванню програмного забезпечення він може охоплювати кілька довжин хвиль, спрощувати управління запасними частинами та в довгостроковій перспективі зменшувати складність та витрати на експлуатацію та обслуговування.
Сценарій застосування:
Взаємозв'язок центрів обробки даних (DCI): Рішення DWDM з високою щільністю та низьким енергоспоживанням є поширеними.
5G фронтальна передача: З огляду на високі вимоги до вартості, затримки та надійності, поширеним вибором є одноволокнисті двонаправлені (BIDI) модулі промислового класу.
Мережа корпоративного парку: залежно від вимог до відстані та пропускної здатності, можна вибрати модулі CWDM малої потужності, середньої та короткої відстані або модулі з фіксованою довжиною хвилі.
3. Висновок: Технологічна еволюція та майбутні міркування
Технологія оптичних модулів продовжує стрімко розвиватися. Нові пристрої, такі як перемикачі селективності довжин хвиль (WSS) та рідкі кристали на кремнії (LCoS), стимулюють розвиток більш гнучких архітектур оптичних мереж. Інновації, спрямовані на певні діапазони, такі як O-діапазон, постійно оптимізують продуктивність, наприклад, значно знижують споживання енергії модулем, зберігаючи при цьому достатній запас оптичного співвідношення сигнал/шум (OSNR).
У майбутньому побудові мережі інженерам необхідно не лише точно розрахувати дальність передачі при виборі довжин хвиль, але й всебічно оцінити споживання енергії, адаптивність до температур, щільність розгортання та повні витрати на експлуатацію та обслуговування протягом життєвого циклу. Високонадійні оптичні модулі, які можуть стабільно працювати на десятки кілометрів в екстремальних умовах (таких як сильний мороз при -40 ℃), стають ключовою підтримкою для складних середовищ розгортання (таких як віддалені базові станції).
Час публікації: 18 вересня 2025 р.