Ve světě optických vláken je výběr vlnové délky světla podobný ladění rádiové frekvence a výběru kanálu. Pouze výběrem správného „kanálu“ lze signál přenášet jasně a stabilně. Proč některé optické moduly mají přenosovou vzdálenost pouze 500 metrů, zatímco jiné mohou dosahovat stovek kilometrů? Záhada spočívá v „barvě“ tohoto světelného paprsku – přesněji řečeno, ve vlnové délce světla.
V moderních optických komunikačních sítích hrají optické moduly s různými vlnovými délkami zcela odlišné role. Tři základní vlnové délky 850 nm, 1310 nm a 1550 nm tvoří základní rámec optické komunikace s jasným rozdělením práce z hlediska přenosové vzdálenosti, ztrátových charakteristik a aplikačních scénářů.
1. Proč potřebujeme více vlnových délek?
Základní příčina vlnové délky v optických modulech spočívá ve dvou hlavních problémech přenosu optickými vlákny: ztrátách a disperzi. Při přenosu optických signálů optickými vlákny dochází k útlumu (ztrátě) energie v důsledku absorpce, rozptylu a úniku média. Zároveň nerovnoměrná rychlost šíření různých složek vlnové délky způsobuje rozšíření (disperzi) signálového impulsu. To vedlo k řešením s více vlnovými délkami:
• Pásmo 850 nm:Pracuje hlavně v multimódových optických vláknech s přenosovými vzdálenostmi obvykle v rozmezí několika set metrů (například ~550 metrů) a je hlavní hnací silou pro přenos na krátké vzdálenosti (například v datových centrech).
• Pásmo 1310 nm:vykazuje nízké disperzní charakteristiky ve standardních jednomódových vláknech s přenosovými vzdálenostmi až desítky kilometrů (například ~60 kilometrů), což z něj činí páteř přenosu na střední vzdálenosti.
• Pásmo 1550 nm:S nejnižším útlumem (přibližně 0,19 dB/km) může teoretická přenosová vzdálenost přesáhnout 150 kilometrů, což z něj činí krále v oblasti přenosu na dlouhé a dokonce i ultra dlouhé vzdálenosti.
Vzestup technologie vlnového multiplexování (WDM) výrazně zvýšil kapacitu optických vláken. Například jednovláknové obousměrné (BIDI) optické moduly dosahují obousměrné komunikace na jednom vlákně použitím různých vlnových délek (například kombinace 1310 nm/1550 nm) na vysílacím a přijímacím konci, což výrazně šetří zdroje vláken. Pokročilejší technologie hustého vlnového multiplexování (DWDM) může dosáhnout velmi úzkého rozestupu vlnových délek (například 100 GHz) ve specifických pásmech (například O-pásmo 1260-1360 nm) a jedno vlákno může podporovat desítky nebo dokonce stovky kanálů vlnových délek, čímž se celková přenosová kapacita zvyšuje na úroveň Tbps a plně se uvolňuje potenciál optických vláken.
2. Jak vědecky vybrat vlnovou délku optických modulů?
Výběr vlnové délky vyžaduje komplexní zvážení následujících klíčových faktorů:
Přenosová vzdálenost:
Krátká vzdálenost (≤ 2 km): nejlépe 850 nm (vícevidové vlákno).
Střední vzdálenost (10-40 km): vhodné pro 1310 nm (jednovidové vlákno).
Dlouhé vzdálenosti (≥ 60 km): Musí být zvoleno 1550 nm (jednovidové vlákno) nebo použito v kombinaci s optickým zesilovačem.
Požadovaná kapacita:
Konvenční podnikání: Postačí moduly s pevnou vlnovou délkou.
Velkokapacitní přenos s vysokou hustotou: Je vyžadována technologie DWDM/CWDM. Například 100G DWDM systém pracující v pásmu O může podporovat desítky kanálů s vysokou hustotou vlnových délek.
Úvahy o nákladech:
Modul s pevnou vlnovou délkou: Počáteční jednotková cena je relativně nízká, ale je třeba mít skladem více modelů náhradních dílů s vlnovou délkou.
Modul s laditelnou vlnovou délkou: Počáteční investice je relativně vysoká, ale díky softwarovému ladění může pokrýt více vlnových délek, zjednodušit správu náhradních dílů a z dlouhodobého hlediska snížit složitost a náklady na provoz a údržbu.
Scénář aplikace:
Propojení datových center (DCI): Řešení DWDM s vysokou hustotou a nízkou spotřebou energie jsou běžnou záležitostí.
5G fronthaul: Vzhledem k vysokým požadavkům na náklady, latenci a spolehlivost jsou běžnou volbou průmyslově navržené jednovláknové obousměrné (BIDI) moduly.
Síť podnikového parku: V závislosti na požadavcích na vzdálenost a šířku pásma lze zvolit moduly CWDM s nízkým výkonem, středním až krátkým dosahem nebo moduly s pevnou vlnovou délkou.
3. Závěr: Technologický vývoj a budoucí úvahy
Technologie optických modulů se neustále rychle vyvíjí. Nová zařízení, jako jsou přepínače pro výběr vlnové délky (WSS) a tekuté krystaly na křemíku (LCoS), pohánějí vývoj flexibilnějších architektur optických sítí. Inovace zaměřené na specifická pásma, jako je pásmo O, neustále optimalizují výkon, například výrazně snižují spotřebu energie modulů při zachování dostatečné rezervy optického poměru signálu k šumu (OSNR).
V budoucí výstavbě sítí musí inženýři nejen přesně vypočítat přenosovou vzdálenost při výběru vlnových délek, ale také komplexně vyhodnotit spotřebu energie, teplotní přizpůsobivost, hustotu nasazení a náklady na provoz a údržbu po celou dobu životního cyklu. Vysoce spolehlivé optické moduly, které mohou stabilně fungovat desítky kilometrů v extrémních podmínkách (například při -40 ℃ v extrémních mrazech), se stávají klíčovou oporou pro komplexní prostředí nasazení (například vzdálené základnové stanice).
Čas zveřejnění: 18. září 2025