Vo svete optickej komunikácie je výber vlnovej dĺžky svetla ako ladenie rozhlasovej stanice – iba výberom správnej „frekvencie“ je možné signály prenášať jasne a stabilne. Prečo majú niektoré optické moduly prenosovú vzdialenosť len 500 metrov, zatiaľ čo iné dokážu prekonať stovky kilometrov? Tajomstvo spočíva vo „farbe“ svetla – teda presnejšie vo vlnovej dĺžke svetla.
V moderných optických komunikačných sieťach hrajú optické moduly s rôznymi vlnovými dĺžkami zreteľne odlišné úlohy. Tri základné vlnové dĺžky – 850 nm, 1310 nm a 1550 nm – tvoria základný rámec optickej komunikácie, pričom každá sa špecializuje na prenosovú vzdialenosť, stratové charakteristiky a aplikačné scenáre.
Prečo je potrebných viacero vlnových dĺžok?
Základnou príčinou diverzity vlnových dĺžok v optických moduloch sú dva hlavné problémy pri prenose optickými vláknami: strata a disperzia. Pri prenose optických signálov v optických vláknach dochádza k útlmu (strate) energie v dôsledku absorpcie, rozptylu a úniku média. Zároveň nerovnomerná rýchlosť šírenia rôznych zložiek vlnových dĺžok spôsobuje rozšírenie (disperziu) signálových impulzov. To viedlo k riešeniam s viacerými vlnovými dĺžkami:
Pásmo 850 nm: Pracuje hlavne v multimódových optických vláknach s prenosovými vzdialenosťami, ktoré sa zvyčajne pohybujú od niekoľkých stoviek metrov (napríklad ~550 metrov), a je hlavnou silou pre prenos na krátke vzdialenosti (napríklad v dátových centrách).
Pásmo 1310 nm: vykazuje nízke disperzné charakteristiky v štandardných jednomódových vláknach s prenosovými vzdialenosťami až do desiatok kilometrov (napríklad ~60 kilometrov), čo z neho robí chrbticu prenosu na stredné vzdialenosti.
Pásmo 1550 nm: S najnižšou mierou útlmu (približne 0,19 dB/km) môže teoretická prenosová vzdialenosť presiahnuť 150 kilometrov, čo z neho robí kráľa v prenose na dlhé a dokonca aj ultra dlhé vzdialenosti.
Vzostup technológie vlnového multiplexovania (WDM) výrazne zvýšil kapacitu optických vlákien. Napríklad obojsmerné optické moduly s jedným vláknom (BIDI) dosahujú obojsmernú komunikáciu na jednom vlákne použitím rôznych vlnových dĺžok (napríklad kombinácia 1310 nm/1550 nm) na vysielacom a prijímacom konci, čím výrazne šetria zdroje vlákien. Pokročilejšia technológia hustého vlnového multiplexovania (DWDM) dokáže dosiahnuť veľmi úzky rozstup vlnových dĺžok (napríklad 100 GHz) v špecifických pásmach (napríklad O-pásmo 1260 – 1360 nm) a jedno vlákno môže podporovať desiatky alebo dokonca stovky kanálov vlnových dĺžok, čím sa celková prenosová kapacita zvyšuje na úroveň Tbps a plne sa uvoľňuje potenciál optických vlákien.
Ako vedecky vybrať vlnovú dĺžku optických modulov?
Výber vlnovej dĺžky si vyžaduje komplexné zváženie nasledujúcich kľúčových faktorov:
Prenosová vzdialenosť:
- Krátka vzdialenosť (≤ 2 km): výhodne 850 nm (multimode vlákno).
- Stredná vzdialenosť (10-40 km): vhodné pre 1310 nm (jednovidové vlákno).
- Dlhé vzdialenosti (≥ 60 km): Musí sa zvoliť vlnová dĺžka 1550 nm (jednovidové vlákno) alebo sa použiť v kombinácii s optickým zosilňovačom.
Požiadavka na kapacitu:
- Konvenčné podnikanie: Postačujú moduly s pevnou vlnovou dĺžkou.
- Veľká kapacita, prenos s vysokou hustotou: Vyžaduje sa technológia DWDM/CWDM. Napríklad 100G DWDM systém pracujúci v O-pásme dokáže podporovať desiatky kanálov s vysokou hustotou vlnových dĺžok.
Úvahy o nákladoch:
- Modul s pevnou vlnovou dĺžkou: Počiatočná jednotková cena je relatívne nízka, ale je potrebné mať na sklade viacero modelov náhradných dielov s vlnovou dĺžkou.
- Modul s laditeľnou vlnovou dĺžkou: Počiatočná investícia je relatívne vysoká, ale vďaka softvérovému ladeniu dokáže pokryť viacero vlnových dĺžok, zjednodušiť správu náhradných dielov a z dlhodobého hľadiska znížiť zložitosť a náklady na prevádzku a údržbu.
Scenár aplikácie:
- Prepojenie dátových centier (DCI): Riešenia DWDM s vysokou hustotou a nízkou spotrebou energie sú bežné.
- 5G fronthaul: Vzhľadom na vysoké požiadavky na náklady, latenciu a spoľahlivosť sú bežnou voľbou priemyselne navrhnuté jednovláknové obojsmerné (BIDI) moduly.
- Sieť podnikového parku: V závislosti od požiadaviek na vzdialenosť a šírku pásma je možné vybrať moduly CWDM s nízkym výkonom, strednou až krátkou vzdialenosťou alebo moduly s pevnou vlnovou dĺžkou.
Záver: Technologický vývoj a budúce úvahy
Technológia optických modulov sa neustále rýchlo vyvíja. Nové zariadenia, ako sú prepínače vlnovej dĺžky (WSS) a tekuté kryštály na kremíku (LCoS), poháňajú vývoj flexibilnejších architektúr optických sietí. Inovácie zamerané na špecifické pásma, ako napríklad O-pásmo, neustále optimalizujú výkon, napríklad výrazne znižujú spotrebu energie modulov a zároveň zachovávajú dostatočnú rezervu optického pomeru signálu k šumu (OSNR).
Pri budúcej výstavbe sietí musia inžinieri nielen presne vypočítať prenosovú vzdialenosť pri výbere vlnových dĺžok, ale aj komplexne vyhodnotiť spotrebu energie, teplotnú prispôsobivosť, hustotu nasadenia a náklady na prevádzku a údržbu počas celého životného cyklu. Vysoko spoľahlivé optické moduly, ktoré dokážu stabilne fungovať desiatky kilometrov v extrémnych podmienkach (napríklad pri -40 ℃ silnom chlade), sa stávajú kľúčovou podporou pre komplexné prostredia nasadenia (ako sú vzdialené základňové stanice).
Čas uverejnenia: 17. októbra 2025