I fiberoptisk kommunikation är valet av ljusvåglängd som radiofrekvensinställning och kanalval. Endast genom att välja rätt "kanal" kan signalen överföras tydligt och stabilt. Varför har vissa optiska moduler ett överföringsavstånd på bara 500 meter, medan andra kan sträcka sig över hundratals kilometer? Mysteriet ligger i "färgen" på den ljusstrålen – mer exakt, ljusets våglängd.
I moderna optiska kommunikationsnätverk spelar optiska moduler med olika våglängder helt olika roller. De tre kärnvåglängderna 850 nm, 1310 nm och 1550 nm utgör det grundläggande ramverket för optisk kommunikation, med tydlig arbetsfördelning vad gäller överföringsavstånd, förlustegenskaper och tillämpningsscenarier.
1. Varför behöver vi flera våglängder?
Grundorsaken till våglängdsdiversitet i optiska moduler ligger i två stora utmaningar inom fiberoptisk överföring: förlust och dispersion. När optiska signaler överförs i optiska fibrer uppstår energiförsvagning (förlust) på grund av absorption, spridning och läckage i mediet. Samtidigt orsakar den ojämna utbredningshastigheten för olika våglängdskomponenter signalpulsbreddning (dispersion). Detta har gett upphov till lösningar med flera våglängder:
•850nm-bandet:fungerar huvudsakligen i multimodoptiska fibrer, med överföringsavstånd som vanligtvis sträcker sig från några hundra meter (t.ex. ~550 meter), och är den huvudsakliga kraften för korta avståndsöverföringar (t.ex. inom datacenter).
•1310nm-bandet:uppvisar låga dispersionsegenskaper i vanliga singlemode-fibrer, med överföringsavstånd upp till tiotals kilometer (t.ex. ~60 kilometer), vilket gör den till ryggraden för medellånga överföringar.
•1550nm-bandet:Med den lägsta dämpningshastigheten (cirka 0,19 dB/km) kan det teoretiska överföringsavståndet överstiga 150 kilometer, vilket gör den till kungen av långdistans- och till och med ultralångdistansöverföring.
Framväxten av våglängdsmultiplexeringsteknik (WDM) har kraftigt ökat kapaciteten hos optiska fibrer. Till exempel uppnår enkelfiberoptiska dubbelriktade (BIDI) moduler dubbelriktad kommunikation på en enda fiber genom att använda olika våglängder (t.ex. en kombination av 1310 nm/1550 nm) vid sändnings- och mottagarändarna, vilket avsevärt sparar fiberresurser. Mer avancerad Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)-teknik kan uppnå mycket smala våglängdsavstånd (t.ex. 100 GHz) i specifika band (t.ex. O-bandet 1260-1360 nm), och en enda fiber kan stödja dussintals eller till och med hundratals våglängdskanaler, vilket ökar den totala överföringskapaciteten till Tbps-nivån och fullt ut frigör fiberoptikens potential.
2. Hur man vetenskapligt väljer våglängden för optiska moduler?
Valet av våglängd kräver omfattande hänsyn till följande nyckelfaktorer:
Överföringsavstånd:
Kort avstånd (≤ 2 km): helst 850 nm (multimodefiber).
Medellanavstånd (10–40 km): lämplig för 1310 nm (single-mode fiber).
Långdistans (≥ 60 km): 1550 nm (single-mode fiber) måste väljas, eller användas i kombination med en optisk förstärkare.
Kapacitetskrav:
Konventionell verksamhet: Moduler med fast våglängd är tillräckliga.
Hög kapacitet och högdensitetsöverföring: DWDM/CWDM-teknik krävs. Till exempel kan ett 100G DWDM-system som arbetar i O-bandet stödja dussintals högdensitetsvåglängdskanaler.
Kostnadsöverväganden:
Modul med fast våglängd: Det initiala enhetspriset är relativt lågt, men reservdelar till flera våglängdsmodeller behöver finnas i lager.
Modul för avstämbar våglängd: Den initiala investeringen är relativt hög, men genom mjukvarujustering kan den täcka flera våglängder, förenkla reservdelshanteringen och i längden minska drifts- och underhållskomplexiteten och kostnaderna.
Applikationsscenario:
Datacentersammankoppling (DCI): DWDM-lösningar med hög densitet och låg effekt är vanliga.
5G fronthaul: Med höga krav på kostnad, latens och tillförlitlighet är industridesignade dubbelriktade moduler (BIDI) med enkel fiber ett vanligt val.
Företagsparknätverk: Beroende på avstånd och bandbreddskrav kan moduler för låg effekt, CWDM på medel till kort avstånd eller med fast våglängd väljas.
3. Slutsats: Teknologisk utveckling och framtida överväganden
Tekniken för optiska moduler fortsätter att utvecklas snabbt. Nya enheter som våglängdsselektiva omkopplare (WSS) och flytande kristaller på kisel (LCoS) driver utvecklingen av mer flexibla optiska nätverksarkitekturer. Innovationer riktade mot specifika band, såsom O-bandet, optimerar ständigt prestandan, såsom att avsevärt minska modulernas strömförbrukning samtidigt som tillräcklig marginal för det optiska signal-brusförhållandet (OSNR) bibehålls.
I framtida nätverkskonstruktioner behöver ingenjörer inte bara noggrant beräkna överföringsavståndet vid val av våglängder, utan också utförligt utvärdera strömförbrukning, temperaturanpassningsförmåga, driftsättningstäthet och drifts- och underhållskostnader under hela livscykeln. Högtillförlitliga optiska moduler som kan fungera stabilt i tiotals kilometer i extrema miljöer (som -40 ℃ svår kyla) blir ett viktigt stöd för komplexa driftsättningsmiljöer (som avlägsna basstationer).
Publiceringstid: 18 sep-2025