В света на оптичните комуникации, изборът на дължина на вълната на светлината е като настройването на радиостанция – само чрез избор на правилната „честота“ сигналите могат да се предават ясно и стабилно. Защо някои оптични модули имат разстояние на предаване само 500 метра, докато други могат да се разпростират на стотици километри? Тайната се крие в „цвета“ на светлината – тоест по-точно в дължината на вълната на светлината.
В съвременните оптични комуникационни мрежи оптичните модули с различни дължини на вълните играят коренно различни роли. Трите основни дължини на вълните – 850nm, 1310nm и 1550nm – формират фундаменталната рамка на оптичната комуникация, като всяка от тях е специализирана в разстояние на предаване, характеристики на загубите и сценарии на приложение.
Защо са необходими множество дължини на вълните?
Основната причина за разнообразието от дължини на вълните в оптичните модули се крие в две основни предизвикателства при предаването на оптични влакна: загуба и дисперсия. Когато оптичните сигнали се предават в оптични влакна, възниква затихване (загуба) на енергия поради поглъщане, разсейване и изтичане на средата. В същото време, неравномерната скорост на разпространение на различните компоненти на дължината на вълната причинява разширяване (дисперсия) на сигналния импулс. Това е довело до многовълнови решения:
850nm лента: работи главно в многомодови оптични влакна, като разстоянията на предаване обикновено варират от няколкостотин метра (например ~550 метра) и е основната движеща сила за предаване на къси разстояния (например в центрове за данни).
1310nm лента: показва ниски дисперсионни характеристики в стандартните едномодови влакна, с разстояния на предаване до десетки километри (например ~60 километра), което го прави гръбнакът на предаването на средни разстояния.
1550nm лента: С най-ниския коефициент на затихване (около 0,19 dB/km), теоретичното разстояние на предаване може да надхвърли 150 километра, което го прави кралят на предаването на дълги и дори ултра дълги разстояния.
Развитието на технологията за мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната (WDM) значително увеличи капацитета на оптичните влакна. Например, двупосочните оптични модули с единично влакно (BIDI) постигат двупосочна комуникация по едно влакно, като използват различни дължини на вълната (като комбинация от 1310nm/1550nm) в предаващия и приемащия край, което значително спестява ресурси на влакната. По-усъвършенстваната технология за плътно мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната (DWDM) може да постигне много тясно разстояние между дължините на вълната (като 100GHz) в специфични диапазони (като O-диапазон 1260-1360nm), а едно влакно може да поддържа десетки или дори стотици канали с дължини на вълната, увеличавайки общия капацитет на предаване до ниво Tbps и разгръщайки напълно потенциала на оптичните влакна.
Как научно да се избере дължината на вълната на оптичните модули?
Изборът на дължина на вълната изисква цялостно разглеждане на следните ключови фактори:
Разстояние на предаване:
- Късо разстояние (≤ 2 км): за предпочитане 850 nm (многомодово влакно).
- Средно разстояние (10-40 км): подходящо за 1310 nm (едномодово влакно).
- Дълги разстояния (≥ 60 км): трябва да се избере 1550 nm (едномодово влакно) или да се използва в комбинация с оптичен усилвател.
Изисквания за капацитет:
- Конвенционален бизнес: Модулите с фиксирана дължина на вълната са достатъчни.
- Предаване с голям капацитет и висока плътност: Необходима е DWDM/CWDM технология. Например, 100G DWDM система, работеща в O-диапазона, може да поддържа десетки канали с висока плътност на дължината на вълната.
Съображения за разходи:
- Модул с фиксирана дължина на вълната: Първоначалната единична цена е сравнително ниска, но е необходимо да се съхраняват резервни части с множество модели дължини на вълната.
- Модул с настройваема дължина на вълната: Първоначалната инвестиция е сравнително висока, но чрез софтуерна настройка може да покрие множество дължини на вълната, да опрости управлението на резервните части и в дългосрочен план да намали сложността и разходите за експлоатация и поддръжка.
Сценарий на приложение:
- Взаимосвързване на центрове за данни (DCI): DWDM решенията с висока плътност и ниска консумация на енергия са масови.
- 5G фронтална връзка: С високи изисквания за цена, латентност и надеждност, индустриално проектираните еднооптични двупосочни (BIDI) модули са често срещан избор.
- Мрежа на корпоративния парк: В зависимост от изискванията за разстояние и честотна лента, могат да бъдат избрани CWDM модули с ниска мощност, средно до късо разстояние или модули с фиксирана дължина на вълната.
Заключение: Технологична еволюция и бъдещи съображения
Технологията на оптичните модули продължава да се развива бързо. Нови устройства, като например превключватели за селекция на дължина на вълната (WSS) и течни кристали върху силиций (LCoS), движат развитието на по-гъвкави архитектури на оптични мрежи. Иновациите, насочени към специфични ленти, като например O-лентата, непрекъснато оптимизират производителността, като например значително намаляват консумацията на енергия на модулите, като същевременно поддържат достатъчен марж на оптично съотношение сигнал/шум (OSNR).
При изграждането на бъдещи мрежи, инженерите не само трябва точно да изчислят разстоянието на предаване при избора на дължини на вълните, но и да оценят цялостно консумацията на енергия, температурната адаптивност, плътността на разполагане и разходите за експлоатация и поддръжка през целия жизнен цикъл. Високонадеждните оптични модули, които могат да работят стабилно на десетки километри в екстремни условия (като -40 ℃ при силен студ), се превръщат в ключова опора за сложни среди за разполагане (като отдалечени базови станции).
Време на публикуване: 17 октомври 2025 г.