В мире оптоволоконной связи выбор длины волны света подобен настройке радиочастоты и выбору канала. Только правильный выбор «канала» позволяет передавать сигнал чётко и стабильно. Почему дальность передачи некоторых оптических модулей составляет всего 500 метров, а других — сотни километров? Загадка кроется в «цвете» этого светового луча, а точнее, в длине волны.
В современных оптических сетях связи оптические модули с разными длинами волн играют совершенно разные роли. Три основные длины волн: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм — составляют фундаментальную основу оптической связи с чётким разделением задач по дальности передачи, характеристикам потерь и сферам применения.
1. Зачем нам нужны волны разной длины?
Основная причина разнесения длин волн в оптических модулях кроется в двух основных проблемах волоконно-оптической передачи: потерях и дисперсии. При передаче оптических сигналов по оптоволокну происходит затухание (потеря) энергии из-за поглощения, рассеяния и утечки в среде. В то же время, неравномерная скорость распространения различных компонент длины волны приводит к уширению импульса сигнала (дисперсии). Это привело к появлению многоволновых решений:
• Диапазон 850 нм:в основном работает в многомодовых оптических волокнах, при этом дальность передачи обычно составляет от нескольких сотен метров (например, ~550 метров), и является основной силой для передачи на короткие расстояния (например, внутри центров обработки данных).
• Диапазон 1310 нм:демонстрирует низкие дисперсионные характеристики в стандартных одномодовых волокнах с дальностью передачи до десятков километров (например, ~60 километров), что делает его основой передачи на средние расстояния.
• Диапазон 1550 нм:При самом низком показателе затухания (около 0,19 дБ/км) теоретическая дальность передачи может превышать 150 километров, что делает ее лидером среди систем передачи на большие и даже сверхбольшие расстояния.
Развитие технологии мультиплексирования по длине волны (WDM) значительно увеличило пропускную способность оптических волокон. Например, оптические модули с двунаправленным распределением по одному волокну (BIDI) обеспечивают двунаправленную связь по одному волокну, используя разные длины волн (например, комбинацию 1310 нм/1550 нм) на передающем и приёмном концах, что значительно экономит ресурсы волокна. Более совершенная технология плотного мультиплексирования по длине волны (DWDM) позволяет достичь очень узкого интервала между длинами волн (например, 100 ГГц) в определённых диапазонах (например, O-диапазон 1260–1360 нм), и одно волокно может поддерживать десятки и даже сотни каналов с различными длинами волн, увеличивая общую пропускную способность до уровня нескольких Тбит/с и полностью раскрывая потенциал оптоволокна.
2.Как научно выбрать длину волны оптических модулей?
Выбор длины волны требует комплексного рассмотрения следующих ключевых факторов:
Дальность передачи:
Короткие расстояния (≤ 2 км): предпочтительно 850 нм (многомодовое волокно).
Среднее расстояние (10–40 км): подходит для 1310 нм (одномодовое волокно).
На большие расстояния (≥ 60 км): необходимо выбрать 1550 нм (одномодовое волокно) или использовать его в сочетании с оптическим усилителем.
Требуемая мощность:
Обычный бизнес: достаточно модулей с фиксированной длиной волны.
Высокая пропускная способность и высокая плотность передачи: требуется технология DWDM/CWDM. Например, система DWDM 100G, работающая в диапазоне O, может поддерживать десятки каналов с высокой плотностью длин волн.
Соображения относительно стоимости:
Модуль с фиксированной длиной волны: первоначальная цена за единицу относительно низкая, но необходимо иметь на складе запасные части для моделей с несколькими длинами волн.
Модуль с настраиваемой длиной волны: первоначальные инвестиции относительно высоки, но с помощью настройки программного обеспечения он может охватывать несколько длин волн, упрощает управление запасными частями и в долгосрочной перспективе снижает сложность и затраты на эксплуатацию и обслуживание.
Сценарий применения:
Взаимодействие центров обработки данных (DCI): широкое распространение получили решения DWDM с высокой плотностью и низким энергопотреблением.
5G Fronthaul: учитывая высокие требования к стоимости, задержке и надежности, распространенным выбором являются промышленные двунаправленные одноволоконные модули (BIDI).
Корпоративная парковая сеть: в зависимости от требований к расстоянию и пропускной способности можно выбрать маломощные модули CWDM для передачи данных на средние и короткие расстояния или модули с фиксированной длиной волны.
3. Заключение: Технологическая эволюция и перспективы развития
Технология оптических модулей продолжает стремительно развиваться. Новые устройства, такие как селективные по длине волны переключатели (WSS) и жидкие кристаллы на кремнии (LCoS), стимулируют разработку более гибких архитектур оптических сетей. Инновации, ориентированные на конкретные диапазоны, например, O-диапазон, постоянно оптимизируют производительность, например, значительно снижая энергопотребление модуля при сохранении достаточного соотношения оптический сигнал/шум (OSNR).
При построении сетей будущего инженерам необходимо не только точно рассчитывать дальность передачи при выборе длин волн, но и комплексно оценивать энергопотребление, температурную адаптируемость, плотность размещения и затраты на эксплуатацию и обслуживание в течение всего жизненного цикла. Высоконадежные оптические модули, способные стабильно работать на расстоянии десятков километров в экстремальных условиях (например, при температуре -40 ℃), становятся ключевым фактором поддержки сложных сред развертывания (например, удаленных базовых станций).
Время публикации: 18 сентября 2025 г.