I fiberoptisk kommunikation er valget af lysbølgelængde ligesom radiofrekvensindstilling og kanalvalg. Kun ved at vælge den rigtige "kanal" kan signalet transmitteres klart og stabilt. Hvorfor har nogle optiske moduler en transmissionsafstand på kun 500 meter, mens andre kan strække sig over hundredvis af kilometer? Mysteriet ligger i "farven" på den lysstråle – mere præcist lysets bølgelængde.
I moderne optiske kommunikationsnetværk spiller optiske moduler med forskellige bølgelængder helt forskellige roller. De tre kernebølgelængder på 850 nm, 1310 nm og 1550 nm danner den grundlæggende ramme for optisk kommunikation med en klar arbejdsdeling med hensyn til transmissionsafstand, tabskarakteristika og anvendelsesscenarier.
1. Hvorfor har vi brug for flere bølgelængder?
Grundårsagen til bølgelængdediversitet i optiske moduler ligger i to store udfordringer inden for fiberoptisk transmission: tab og dispersion. Når optiske signaler transmitteres i optiske fibre, opstår der energidæmpning (tab) på grund af absorption, spredning og lækage fra mediet. Samtidig forårsager den ujævne udbredelseshastighed for forskellige bølgelængdekomponenter signalpulsudvidelse (dispersion). Dette har givet anledning til løsninger med flere bølgelængder:
•850nm bånd:opererer hovedsageligt i multimode optiske fibre, med transmissionsafstande typisk fra et par hundrede meter (f.eks. ~550 meter), og er den primære kraft til transmission over korte afstande (f.eks. inden for datacentre).
•1310nm bånd:udviser lave dispersionsegenskaber i standard single-mode fibre med transmissionsafstande på op til ti kilometer (f.eks. ~60 kilometer), hvilket gør den til rygraden i mellemdistancetransmission.
•1550nm bånd:Med den laveste dæmpningshastighed (ca. 0,19 dB/km) kan den teoretiske transmissionsafstand overstige 150 kilometer, hvilket gør den til kongen af langdistance- og endda ultralangdistancetransmission.
Fremkomsten af bølgelængdedelingsmultiplekseringsteknologi (WDM) har øget kapaciteten af optiske fibre betydeligt. For eksempel opnår enkeltfiberbidirektionelle (BIDI) optiske moduler bidirektionel kommunikation på en enkelt fiber ved at bruge forskellige bølgelængder (såsom en kombination af 1310 nm/1550 nm) i sende- og modtagerenden, hvilket sparer fiberressourcer betydeligt. Mere avanceret Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) teknologi kan opnå meget smalle bølgelængdeafstande (såsom 100 GHz) i specifikke bånd (såsom O-båndet 1260-1360 nm), og en enkelt fiber kan understøtte snesevis eller endda hundredvis af bølgelængdekanaler, hvilket øger den samlede transmissionskapacitet til Tbps-niveauet og fuldt ud frigør fiberoptikkens potentiale.
2. Hvordan vælger man videnskabeligt bølgelængden for optiske moduler?
Valget af bølgelængde kræver omfattende overvejelse af følgende nøglefaktorer:
Transmissionsafstand:
Kort afstand (≤ 2 km): helst 850 nm (multimode fiber).
Mellem afstand (10-40 km): egnet til 1310 nm (single-mode fiber).
Lang afstand (≥ 60 km): 1550 nm (single-mode fiber) skal vælges eller bruges i kombination med en optisk forstærker.
Kapacitetskrav:
Konventionel forretning: Moduler med fast bølgelængde er tilstrækkelige.
Stor kapacitet, højdensitetstransmission: DWDM/CWDM-teknologi er påkrævet. For eksempel kan et 100G DWDM-system, der opererer i O-båndet, understøtte snesevis af bølgelængdekanaler med høj densitet.
Omkostningsovervejelser:
Modul med fast bølgelængde: Den indledende stykpris er relativt lav, men reservedele til flere bølgelængdemodeller skal være på lager.
Modul med justerbar bølgelængde: Den indledende investering er relativt høj, men gennem softwarejustering kan det dække flere bølgelængder, forenkle håndteringen af reservedele og i det lange løb reducere drifts- og vedligeholdelseskompleksitet og -omkostninger.
Anvendelsesscenarie:
Datacenterforbindelse (DCI): DWDM-løsninger med høj densitet og lavt strømforbrug er almindelige.
5G fronthaul: Med høje krav til omkostninger, latenstid og pålidelighed er industrielt designede single fiber bidirektionelle (BIDI) moduler et almindeligt valg.
Virksomhedsparknetværk: Afhængigt af afstands- og båndbreddekrav kan der vælges laveffekt-, mellem- til kortdistance-CWDM-moduler eller moduler med fast bølgelængde.
3. Konklusion: Teknologisk udvikling og fremtidige overvejelser
Teknologien for optiske moduler fortsætter med at udvikle sig hurtigt. Nye enheder som bølgelængdeselektive kontakter (WSS) og flydende krystal på silicium (LCoS) driver udviklingen af mere fleksible optiske netværksarkitekturer. Innovationer rettet mod specifikke bånd, såsom O-båndet, optimerer konstant ydeevnen, såsom at reducere modulets strømforbrug betydeligt, samtidig med at der opretholdes en tilstrækkelig optisk signal-støjforholdsmargin (OSNR).
I fremtidens netværkskonstruktion skal ingeniører ikke blot nøjagtigt beregne transmissionsafstanden ved valg af bølgelængder, men også foretage en omfattende evaluering af strømforbrug, temperaturtilpasningsevne, implementeringstæthed og drifts- og vedligeholdelsesomkostninger i hele livscyklussen. Højpålidelige optiske moduler, der kan fungere stabilt i ti kilometer i ekstreme miljøer (såsom -40 ℃ streng kulde), er ved at blive en vigtig støtte til komplekse implementeringsmiljøer (såsom fjernbasestationer).
Opslagstidspunkt: 18. september 2025