У свеце валаконна-аптычнай сувязі выбар даўжыні хвалі святла падобны на наладу радыёстанцыі — толькі выбраўшы правільную «частату» сігналы могуць перадавацца выразна і стабільна. Чаму некаторыя аптычныя модулі маюць адлегласць перадачы ўсяго 500 метраў, а іншыя могуць ахопліваць сотні кіламетраў? Сакрэт крыецца ў «колеры» святла, гэта значыць, дакладней, у даўжыні хвалі святла.
У сучасных аптычных сетках сувязі аптычныя модулі з рознымі даўжынямі хваль выконваюць зусім розныя ролі. Тры асноўныя даўжыні хваль — 850 нм, 1310 нм і 1550 нм — складаюць аснову аптычнай сувязі, кожная з якіх спецыялізуецца на адлегласці перадачы, характарыстыках страт і сцэнарыях прымянення.
Навошта патрэбныя некалькі даўжынь хваль?
Асноўная прычына разнастайнасці даўжынь хваль у аптычных модулях заключаецца ў дзвюх асноўных праблемах перадачы па аптычных валакнах: стратах і дысперсіі. Пры перадачы аптычных сігналаў па аптычных валокнах адбываецца згасанне (страты) энергіі з-за паглынання, рассейвання і ўцечкі асяроддзя. У той жа час, нераўнамерная хуткасць распаўсюджвання розных кампанентаў даўжыні хвалі выклікае пашырэнне (дысперсію) імпульсаў сігналу. Гэта прывяло да з'яўлення рашэнняў з некалькімі даўжынямі хваль:
Дыяпазон 850 нм: у асноўным працуе ў шматмодавых аптычных валокнах, прычым адлегласці перадачы звычайна складаюць ад некалькіх сотняў метраў (напрыклад, ~550 метраў), і з'яўляецца асноўнай сілай для перадачы на кароткія адлегласці (напрыклад, у цэнтрах апрацоўкі дадзеных).
Дыяпазон 1310 нм: дэманструе нізкія характарыстыкі дысперсіі ў стандартных аднамодавых валокнах, з адлегласцямі перадачы да дзясяткаў кіламетраў (напрыклад, ~60 кіламетраў), што робіць яго асновай перадачы на сярэднія адлегласці.
Дыяпазон 1550 нм: Пры самым нізкім каэфіцыенце аслаблення (каля 0,19 дБ/км) тэарэтычная адлегласць перадачы можа перавышаць 150 кіламетраў, што робіць яго каралём перадачы на вялікія і нават звышдалёкія адлегласці.
Развіццё тэхналогіі мультыплексавання з падзелам даўжынь хваль (WDM) значна павялічыла прапускную здольнасць аптычных валокнаў. Напрыклад, аднавалаконныя двухнакіраваныя аптычныя модулі (BIDI) дасягаюць двухнакіраванай сувязі па адным валакне, выкарыстоўваючы розныя даўжыні хваль (напрыклад, камбінацыю 1310 нм/1550 нм) на перадавальным і прыёмным канцах, што значна эканоміць рэсурсы валакна. Больш прасунутая тэхналогія шчыльнага мультыплексавання з падзелам даўжынь хваль (DWDM) можа дасягнуць вельмі вузкага інтэрвалу паміж даўжынямі хваль (напрыклад, 100 ГГц) у пэўных дыяпазонах (напрыклад, O-дыяпазон 1260-1360 нм), і адно валакно можа падтрымліваць дзясяткі ці нават сотні каналаў даўжынь хваль, павялічваючы агульную прапускную здольнасць перадачы да ўзроўню Тбіт/с і цалкам раскрываючы патэнцыял валаконнай оптыкі.
Як навукова выбраць даўжыню хвалі аптычных модуляў?
Выбар даўжыні хвалі патрабуе ўсебаковага ўліку наступных ключавых фактараў:
Адлегласць перадачы:
- Кароткая адлегласць (≤ 2 км): пераважна 850 нм (шматмодавае валакно).
- Сярэдняя адлегласць (10-40 км): падыходзіць для 1310 нм (аднамодавае валакно).
- Вялікая адлегласць (≥ 60 км): неабходна выбраць 1550 нм (аднамодавае валакно) або выкарыстоўваць яго ў спалучэнні з аптычным узмацняльнікам.
Патрабаванні да магутнасці:
- Звычайны бізнес: модуляў з фіксаванай даўжынёй хвалі дастаткова.
- Вялікая ёмістасць, высокая шчыльнасць перадачы: патрабуецца тэхналогія DWDM/CWDM. Напрыклад, сістэма DWDM 100G, якая працуе ў O-дыяпазоне, можа падтрымліваць дзясяткі каналаў з высокай шчыльнасцю даўжынь хваль.
Меркаванні па кошце:
- Модуль з фіксаванай даўжынёй хвалі: пачатковая цана за адзінку адносна нізкая, але неабходна мець на складзе некалькі мадэляў з некалькімі даўжынямі хваль і запаснымі часткамі.
- Модуль з наладжвальнай даўжынёй хвалі: пачатковыя інвестыцыі адносна высокія, але дзякуючы праграмнай наладзе ён можа ахопліваць некалькі даўжынь хваль, спрасціць кіраванне запаснымі часткамі і ў доўгатэрміновай перспектыве знізіць складанасць і выдаткі на эксплуатацыю і тэхнічнае абслугоўванне.
Сцэнар прымянення:
- Узаемасувязь цэнтраў апрацоўкі дадзеных (DCI): Рашэнні DWDM з высокай шчыльнасцю і нізкім энергаспажываннем з'яўляюцца распаўсюджанымі.
- 5G франтальная сувязь: з-за высокіх патрабаванняў да кошту, затрымкі і надзейнасці распаўсюджаным выбарам з'яўляюцца аднавалаконныя двухнакіраваныя (BIDI) модулі прамысловага класа.
- Сетка карпаратыўнага парку: у залежнасці ад патрабаванняў да адлегласці і прапускной здольнасці можна выбраць модулі CWDM нізкай магутнасці, сярэдняй і кароткай дыстанцыі або модулі з фіксаванай даўжынёй хвалі.
Выснова: Тэхналагічная эвалюцыя і меркаванні на будучыню
Тэхналогія аптычных модуляў працягвае хутка развівацца. Новыя прылады, такія як пераключальнікі выбару даўжыні хвалі (WSS) і вадкія крышталі на крэмніі (LCoS), стымулююць распрацоўку больш гнуткіх архітэктур аптычных сетак. Інавацыі, накіраваныя на пэўныя дыяпазоны, такія як O-дыяпазон, пастаянна аптымізуюць прадукцыйнасць, напрыклад, значна зніжаюць спажыванне энергіі модулем пры захаванні дастатковага запасу аптычнага суадносін сігнал/шум (OSNR).
Пры будаўніцтве будучай сеткі інжынерам неабходна не толькі дакладна разлічыць адлегласць перадачы пры выбары даўжыні хвалі, але і ўсебакова ацаніць спажыванне энергіі, адаптыўнасць да тэмператур, шчыльнасць разгортвання і выдаткі на эксплуатацыю і абслугоўванне на працягу ўсяго жыццёвага цыклу. Высоканадзейныя аптычныя модулі, якія могуць стабільна працаваць на працягу дзясяткаў кіламетраў у экстрэмальных умовах (напрыклад, пры моцным марозе -40 ℃), становяцца ключавой падтрымкай для складаных асяроддзяў разгортвання (напрыклад, аддаленых базавых станцый).
Час публікацыі: 17 кастрычніка 2025 г.