Kuituoptisen viestinnän maailmassa valon aallonpituuden valinta on kuin radiotaajuuden virittämistä ja kanavan valintaa. Vain valitsemalla oikean "kanavan" signaali voidaan lähettää selkeästi ja vakaasti. Miksi joidenkin optisten moduulien lähetysmatka on vain 500 metriä, kun taas toiset voivat ulottua satojen kilometrien päähän? Mysteeri piilee valonsäteen "värissä" – tarkemmin sanottuna valon aallonpituudessa.
Nykyaikaisissa optisissa tietoliikenneverkoissa eri aallonpituuksilla varustetuilla optisilla moduuleilla on täysin erilaiset roolit. Kolme ydinaallonpituutta, 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm, muodostavat optisen tietoliikenteen peruskehyksen, jossa on selkeä työnjako siirtoetäisyyden, häviöominaisuuksien ja sovellusskenaarioiden suhteen.
1. Miksi tarvitsemme useita aallonpituuksia?
Optisten moduulien aallonpituusdiversiteetin perimmäinen syy on kaksi suurta haastetta optisen tiedonsiirron alalla: häviö ja dispersio. Kun optisia signaaleja lähetetään optisissa kuiduissa, energian vaimenemista (häviötä) tapahtuu väliaineen absorption, sironnan ja vuotamisen vuoksi. Samaan aikaan eri aallonpituuskomponenttien epätasainen etenemisnopeus aiheuttaa signaalipulssin levenemistä (dispersiota). Tämä on johtanut useita aallonpituuksia hyödyntäviin ratkaisuihin:
•850 nm:n taajuusalue:toimii pääasiassa monimuoto-optisissa kuiduissa, joiden siirtoetäisyydet vaihtelevat tyypillisesti muutamasta sadasta metristä (kuten ~550 metriä), ja se on lyhyiden matkojen siirron (kuten datakeskusten sisällä) pääasiallinen voima.
•1310 nm:n taajuusalue:sillä on alhaiset dispersio-ominaisuudet tavallisissa yksimuotokuiduissa, joiden siirtoetäisyydet ovat jopa kymmeniä kilometrejä (kuten ~60 kilometriä), mikä tekee siitä keskipitkien etäisyyksien tiedonsiirron selkärangan.
•1550 nm:n taajuusalue:Alhaisimmalla vaimennusnopeudella (noin 0,19 dB/km) teoreettinen lähetysetäisyys voi ylittää 150 kilometriä, mikä tekee siitä pitkän ja jopa erittäin pitkän matkan tiedonsiirron kuninkaan.
Aallonpituusjakoisen multipleksointitekniikan (WDM) yleistyminen on lisännyt huomattavasti optisten kuitujen kapasiteettia. Esimerkiksi yksittäiskuidun kaksisuuntaiset (BIDI) optiset moduulit saavuttavat kaksisuuntaisen tiedonsiirron yhdellä kuidulla käyttämällä eri aallonpituuksia (kuten 1310 nm/1550 nm yhdistelmä) lähetys- ja vastaanottopäissä, mikä säästää merkittävästi kuituresursseja. Kehittyneempi tiheä aallonpituusjakoinen multipleksointitekniikka (DWDM) voi saavuttaa erittäin kapean aallonpituusvälin (kuten 100 GHz) tietyillä kaistoilla (kuten O-kaista 1260–1360 nm), ja yksi kuitu voi tukea kymmeniä tai jopa satoja aallonpituuskanavia, mikä lisää kokonaissiirtokapasiteettia Tbps-tasolle ja vapauttaa kuituoptiikan täyden potentiaalin.
2.Kuinka tieteellisesti valita optisten moduulien aallonpituus?
Aallonpituuden valinta edellyttää seuraavien keskeisten tekijöiden perusteellista huomioon ottamista:
Lähetysetäisyys:
Lyhyt matka (≤ 2 km): mieluiten 850 nm (monimuotokuitu).
Keskipitkä etäisyys (10–40 km): sopii 1310 nm:n kuitua varten (yksimuotoinen kuitu).
Pitkät matkat (≥ 60 km): On valittava 1550 nm (yksimuotoinen kuitu) tai sitä on käytettävä yhdessä optisen vahvistimen kanssa.
Kapasiteettivaatimus:
Perinteinen liiketoiminta: Kiinteän aallonpituuden moduulit riittävät.
Suuri kapasiteetti, tiheä tiedonsiirto: DWDM/CWDM-tekniikka on välttämätön. Esimerkiksi O-kaistalla toimiva 100G DWDM-järjestelmä voi tukea kymmeniä tiheitä aallonpituuskanavia.
Kustannusnäkökohdat:
Kiinteän aallonpituuden moduuli: Alkuperäinen yksikköhinta on suhteellisen alhainen, mutta varaosia on varastoitava useiden aallonpituusmallien verran.
Viritettävä aallonpituusmoduuli: Alkuinvestointi on suhteellisen korkea, mutta ohjelmistovirityksen avulla se voi kattaa useita aallonpituuksia, yksinkertaistaa varaosien hallintaa ja pitkällä aikavälillä vähentää käytön ja kunnossapidon monimutkaisuutta ja kustannuksia.
Sovellusskenaario:
Datakeskusten yhteenliittäminen (DCI): Suuritiheyksiset ja vähän virtaa kuluttavat DWDM-ratkaisut ovat valtavirtaa.
5G-etuverkko: Korkeiden kustannus-, viive- ja luotettavuusvaatimusten vuoksi teollisuuskäyttöön suunnitellut yksikuituiset kaksisuuntaiset (BIDI) moduulit ovat yleinen valinta.
Yrityspuiston verkko: Etäisyys- ja kaistanleveysvaatimuksista riippuen voidaan valita pienitehoisia, keskipitkän tai lyhyen matkan CWDM-moduuleja tai kiinteän aallonpituuden moduuleja.
3. Johtopäätös: Teknologinen kehitys ja tulevaisuuden näkökohdat
Optisten moduulien teknologia kehittyy jatkuvasti nopeasti. Uudet laitteet, kuten aallonpituuden selektiiviset kytkimet (WSS) ja nestekidenäytöt piilevyllä (LCoS), edistävät joustavampien optisten verkkoarkkitehtuurien kehitystä. Tietyille kaistoille, kuten O-kaistalle, kohdistuvat innovaatiot optimoivat jatkuvasti suorituskykyä, esimerkiksi vähentämällä merkittävästi moduulien virrankulutusta samalla, kun optinen signaali-kohinasuhde (OSNR) säilyy riittävänä.
Tulevaisuuden verkkojen rakentamisessa insinöörien on paitsi laskettava tarkasti lähetysetäisyys aallonpituuksia valitessaan, myös arvioitava kattavasti virrankulutus, lämpötilan sopeutumiskyky, käyttöönottotiheys sekä koko elinkaaren käyttö- ja ylläpitokustannukset. Korkean luotettavuuden optiset moduulit, jotka voivat toimia vakaasti kymmeniä kilometrejä äärimmäisissä olosuhteissa (kuten -40 ℃:n kylmyydessä), ovat tulossa keskeiseksi tueksi monimutkaisissa käyttöönottoympäristöissä (kuten etätukiasemilla).
Julkaisun aika: 18. syyskuuta 2025