V svetu optičnih komunikacij je izbira svetlobne valovne dolžine podobna nastavitvi radijske frekvence in izbiri kanala. Le z izbiro pravega "kanala" se lahko signal prenaša jasno in stabilno. Zakaj imajo nekateri optični moduli razdaljo prenosa le 500 metrov, drugi pa lahko segajo več sto kilometrov? Skrivnost se skriva v "barvi" tega svetlobnega žarka – natančneje, v valovni dolžini svetlobe.
V sodobnih optičnih komunikacijskih omrežjih imajo optični moduli različnih valovnih dolžin popolnoma različne vloge. Tri osnovne valovne dolžine 850 nm, 1310 nm in 1550 nm tvorijo temeljni okvir optične komunikacije z jasno delitvijo dela glede na razdaljo prenosa, karakteristike izgub in scenarije uporabe.
1. Zakaj potrebujemo več valovnih dolžin?
Osnovni vzrok za raznolikost valovnih dolžin v optičnih modulih leži v dveh glavnih izzivih pri prenosu optičnih vlaken: izgubah in disperziji. Ko se optični signali prenašajo po optičnih vlaknih, pride do slabljenja (izgube) energije zaradi absorpcije, sipanja in puščanja medija. Hkrati neenakomerna hitrost širjenja različnih komponent valovnih dolžin povzroča širjenje (disperzijo) signalnega impulza. To je privedlo do rešitev z več valovnimi dolžinami:
• 850nm pas:deluje predvsem v večmodnih optičnih vlaknih, pri čemer se prenosne razdalje običajno gibljejo od nekaj sto metrov (na primer ~550 metrov), in je glavna gonilna sila za prenos na kratke razdalje (na primer znotraj podatkovnih centrov).
• 1310nm pas:kaže nizke disperzijske lastnosti v standardnih enomodnih vlaknih, s prenosnimi razdaljami do več deset kilometrov (na primer ~60 kilometrov), zaradi česar je hrbtenica prenosa na srednje razdalje.
• 1550nm pas:Z najnižjo stopnjo slabljenja (približno 0,19 dB/km) lahko teoretična razdalja prenosa preseže 150 kilometrov, zaradi česar je kralj prenosa na dolge in celo ultra dolge razdalje.
Vzpon tehnologije multipleksiranja z valovno delitevjo (WDM) je močno povečal zmogljivost optičnih vlaken. Na primer, dvosmerni optični moduli z enim vlaknom (BIDI) dosegajo dvosmerno komunikacijo na enem samem vlaknu z uporabo različnih valovnih dolžin (kot je kombinacija 1310 nm/1550 nm) na oddajnem in sprejemnem koncu, kar znatno prihrani vire vlaken. Naprednejša tehnologija multipleksiranja z gosto valovno delitevjo (DWDM) lahko doseže zelo ozek razmik med valovnimi dolžinami (kot je 100 GHz) v določenih pasovih (kot je O-pas 1260–1360 nm), eno samo vlakno pa lahko podpira na desetine ali celo stotine kanalov valovnih dolžin, kar poveča skupno prenosno zmogljivost na raven Tbps in v celoti sprosti potencial optičnih vlaken.
2. Kako znanstveno izbrati valovno dolžino optičnih modulov?
Izbira valovne dolžine zahteva celovito upoštevanje naslednjih ključnih dejavnikov:
Razdalja prenosa:
Kratka razdalja (≤ 2 km): po možnosti 850 nm (večmodno vlakno).
Srednja razdalja (10–40 km): primerno za 1310 nm (enomodno vlakno).
Dolge razdalje (≥ 60 km): izbrati je treba 1550 nm (enomodno vlakno) ali uporabiti v kombinaciji z optičnim ojačevalnikom.
Zahtevana zmogljivost:
Konvencionalno poslovanje: Zadostujejo moduli s fiksno valovno dolžino.
Velika zmogljivost in visoka gostota prenosa: Potrebna je tehnologija DWDM/CWDM. Na primer, 100G DWDM sistem, ki deluje v O-pasu, lahko podpira na desetine kanalov z visoko gostoto valovnih dolžin.
Stroški:
Modul s fiksno valovno dolžino: Začetna cena na enoto je relativno nizka, vendar je treba imeti na zalogi več modelov z rezervnimi deli za valovne dolžine.
Modul z nastavljivo valovno dolžino: Začetna naložba je relativno visoka, vendar lahko s programsko nastavitvijo pokrije več valovnih dolžin, poenostavi upravljanje rezervnih delov in dolgoročno zmanjša kompleksnost ter stroške delovanja in vzdrževanja.
Scenarij uporabe:
Medsebojna povezava podatkovnih centrov (DCI): Rešitve DWDM z visoko gostoto in nizko porabo energije so postale običajne.
5G fronthaul: Zaradi visokih zahtev glede stroškov, zakasnitve in zanesljivosti so industrijski zasnovani enojni dvosmerni optični moduli (BIDI) pogosta izbira.
Omrežje poslovnega parka: Glede na zahteve glede razdalje in pasovne širine je mogoče izbrati module CWDM z nizko porabo energije, srednje do kratke razdalje ali module s fiksno valovno dolžino.
3. Zaključek: Tehnološki razvoj in prihodnji vidiki
Tehnologija optičnih modulov se še naprej hitro razvija. Nove naprave, kot so stikala za izbiro valovnih dolžin (WSS) in tekoči kristali na siliciju (LCoS), spodbujajo razvoj bolj prilagodljivih arhitektur optičnih omrežij. Inovacije, usmerjene v specifične pasove, kot je O-pas, nenehno optimizirajo delovanje, na primer znatno zmanjšujejo porabo energije modulov, hkrati pa ohranjajo zadostno mejo optičnega razmerja signal/šum (OSNR).
Pri gradnji omrežij v prihodnosti morajo inženirji pri izbiri valovnih dolžin ne le natančno izračunati razdaljo prenosa, temveč tudi celovito oceniti porabo energije, temperaturno prilagodljivost, gostoto namestitve ter stroške delovanja in vzdrževanja v celotnem življenjskem ciklu. Visoko zanesljivi optični moduli, ki lahko stabilno delujejo več deset kilometrov v ekstremnih okoljih (kot je -40 ℃ hud mraz), postajajo ključna podpora za kompleksna okolja namestitve (kot so oddaljene bazne postaje).
Čas objave: 18. september 2025