„ფერთა პალიტრა“ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ტექნოლოგიების სამყაროში: რატომ განსხვავდება ოპტიკური მოდულების გადაცემის მანძილი მნიშვნელოვნად

ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის სამყაროში სინათლის ტალღის სიგრძის შერჩევა რადიოსიხშირული რეგულირებისა და არხის შერჩევის მსგავსია. მხოლოდ სწორი „არხის“ შერჩევით შეიძლება სიგნალის მკაფიოდ და სტაბილურად გადაცემა. რატომ აქვს ზოგიერთ ოპტიკურ მოდულს გადაცემის მანძილი მხოლოდ 500 მეტრი, ზოგი კი ასობით კილომეტრზე მეტს მოიცავს? საიდუმლო სინათლის ამ სხივის „ფერშია“ - უფრო ზუსტად, სინათლის ტალღის სიგრძეში.

თანამედროვე ოპტიკურ საკომუნიკაციო ქსელებში, სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ოპტიკური მოდულები სრულიად განსხვავებულ როლს ასრულებენ. სამი ძირითადი ტალღის სიგრძე - 850 ნმ, 1310 ნმ და 1550 ნმ - ქმნის ოპტიკური კომუნიკაციის ფუნდამენტურ ჩარჩოს, სადაც სამუშაოს მკაფიო დაყოფა ხდება გადაცემის მანძილის, დანაკარგების მახასიათებლებისა და გამოყენების სცენარების თვალსაზრისით.

1. რატომ გვჭირდება მრავალი ტალღის სიგრძე?

ოპტიკურ მოდულებში ტალღის სიგრძის მრავალფეროვნების ძირითადი მიზეზი ბოჭკოვანი გადაცემის ორ მთავარ გამოწვევაშია: დანაკარგი და დისპერსია. როდესაც ოპტიკური სიგნალები გადაიცემა ოპტიკურ ბოჭკოებში, ხდება ენერგიის შესუსტება (დანაკარგი) გარემოს შთანთქმის, გაფანტვისა და გაჟონვის გამო. ამავდროულად, სხვადასხვა ტალღის სიგრძის კომპონენტების არათანაბარი გავრცელების სიჩქარე იწვევს სიგნალის იმპულსის გაფართოებას (დისპერსიას). ამან გამოიწვია მრავალტალღოვანი გადაწყვეტილებების შექმნა:

• 850 ნმ დიაპაზონი:ძირითადად მუშაობს მრავალმოდიან ოპტიკურ ბოჭკოებში, გადაცემის მანძილი, როგორც წესი, რამდენიმე ასეული მეტრიდან (მაგალითად, ~550 მეტრი) მერყეობს და წარმოადგენს მოკლე მანძილზე გადაცემის მთავარ ძალას (მაგალითად, მონაცემთა ცენტრებში).

• 1310 ნმ დიაპაზონი:სტანდარტულ ერთმოდიან ბოჭკოებში ავლენს დაბალი დისპერსიის მახასიათებლებს, გადაცემის მანძილი ათობით კილომეტრამდეა (მაგალითად, ~60 კილომეტრი), რაც მას საშუალო დისტანციებზე გადაცემის ხერხემალად აქცევს.

• 1550 ნმ დიაპაზონი:ყველაზე დაბალი შესუსტების მაჩვენებლით (დაახლოებით 0.19 დბ/კმ), თეორიული გადაცემის მანძილი შეიძლება 150 კილომეტრს აღემატებოდეს, რაც მას დიდ და ულტრა დიდ დისტანციებზე გადაცემის მეფედ აქცევს.

ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსირების (WDM) ტექნოლოგიის განვითარებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა ოპტიკური ბოჭკოების გამტარუნარიანობა. მაგალითად, ერთბოჭკოვანი ორმხრივი (BIDI) ოპტიკური მოდულები ორმხრივ კომუნიკაციას აღწევენ ერთ ბოჭკოზე სხვადასხვა ტალღის სიგრძის (მაგალითად, 1310 ნმ/1550 ნმ კომბინაცია) გამოყენებით გადამცემ და მიმღებ ბოლოებში, რაც მნიშვნელოვნად ზოგავს ბოჭკოვანი რესურსებს. უფრო მოწინავე მკვრივი ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსირების (DWDM) ტექნოლოგიას შეუძლია მიაღწიოს ძალიან ვიწრო ტალღის სიგრძეების ინტერვალს (მაგალითად, 100 გჰც) კონკრეტულ დიაპაზონებში (მაგალითად, O-დიაპაზონი 1260-1360 ნმ) და ერთ ბოჭკოს შეუძლია ათობით ან თუნდაც ასობით ტალღის სიგრძის არხის მხარდაჭერა, რაც ზრდის გადაცემის მთლიან გამტარუნარიანობას Tbps დონემდე და სრულად გამოავლენს ბოჭკოვანი ოპტიკის პოტენციალს.

2. როგორ შევარჩიოთ ოპტიკური მოდულების ტალღის სიგრძე სამეცნიერო თვალსაზრისით?

ტალღის სიგრძის შერჩევა მოითხოვს შემდეგი ძირითადი ფაქტორების ყოვლისმომცველ გათვალისწინებას:

გადაცემის მანძილი:

მოკლე მანძილი (≤ 2 კმ): სასურველია 850 ნმ (მულტიმოდური ბოჭკოვანი).
საშუალო მანძილი (10-40 კმ): შესაფერისია 1310 ნმ (ერთრეჟიმიანი ბოჭკოვანი).
დიდი მანძილი (≥ 60 კმ): უნდა შეირჩეს 1550 ნმ (ერთმოდიანი ბოჭკოვანი) ან გამოყენებული იქნას ოპტიკურ გამაძლიერებელთან კომბინაციაში.

ტევადობის მოთხოვნა:

ტრადიციული ბიზნესი: ფიქსირებული ტალღის სიგრძის მოდულები საკმარისია.
დიდი სიმძლავრის, მაღალი სიმკვრივის გადაცემა: საჭიროა DWDM/CWDM ტექნოლოგია. მაგალითად, O-დიაპაზონში მომუშავე 100G DWDM სისტემას შეუძლია ათობით მაღალი სიმკვრივის ტალღის სიგრძის არხის მხარდაჭერა.

ხარჯების გათვალისწინება:

ფიქსირებული ტალღის სიგრძის მოდული: საწყისი ერთეულის ფასი შედარებით დაბალია, მაგრამ საჭიროა სათადარიგო ნაწილების მრავალი ტალღის სიგრძის მოდელის მარაგში შენახვა.
რეგულირებადი ტალღის სიგრძის მოდული: საწყისი ინვესტიცია შედარებით მაღალია, მაგრამ პროგრამული უზრუნველყოფის რეგულირების საშუალებით შესაძლებელია მრავალი ტალღის სიგრძის დაფარვა, სათადარიგო ნაწილების მართვის გამარტივება და გრძელვადიან პერსპექტივაში ექსპლუატაციისა და ტექნიკური მომსახურების სირთულე და ხარჯების შემცირება.

განაცხადის სცენარი:

მონაცემთა ცენტრების ურთიერთდაკავშირება (DCI): მაღალი სიმკვრივის, დაბალი სიმძლავრის DWDM გადაწყვეტილებები მეინსტრიმულია.
5G ფრონტჰაული: ფასის, შეყოვნებისა და საიმედოობის მაღალი მოთხოვნების გამო, სამრეწველო დონის დიზაინის ერთბოჭკოვანი ორმხრივი (BIDI) მოდულები საერთო არჩევანია.
საწარმო პარკის ქსელი: მანძილისა და გამტარუნარიანობის მოთხოვნებიდან გამომდინარე, შესაძლებელია დაბალი სიმძლავრის, საშუალო და მოკლე მანძილის CWDM ან ფიქსირებული ტალღის სიგრძის მოდულების შერჩევა.

3. დასკვნა: ტექნოლოგიური ევოლუცია და მომავლის მოსაზრებები

ოპტიკური მოდულის ტექნოლოგია სწრაფად ვითარდება. ახალი მოწყობილობები, როგორიცაა ტალღის სიგრძის შერჩევითი გადამრთველები (WSS) და სილიკონზე დაფუძნებული თხევადკრისტალი (LCoS), ხელს უწყობენ უფრო მოქნილი ოპტიკური ქსელის არქიტექტურების განვითარებას. კონკრეტულ დიაპაზონებზე, როგორიცაა O-დიაპაზონი, ორიენტირებული ინოვაციები მუდმივად ახდენს მუშაობის ოპტიმიზაციას, მაგალითად, მოდულის ენერგომოხმარების მნიშვნელოვნად შემცირებას, ამავდროულად, ოპტიკური სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობის (OSNR) საკმარისი ზღვრის შენარჩუნებით.

სამომავლო ქსელის მშენებლობისას, ინჟინრებს არა მხოლოდ ტალღის სიგრძეების შერჩევისას გადაცემის მანძილის ზუსტად გამოთვლა დასჭირდებათ, არამედ ენერგიის მოხმარების, ტემპერატურისადმი ადაპტაციის, განლაგების სიმკვრივის და სრული სასიცოცხლო ციკლის ექსპლუატაციისა და მოვლა-პატრონობის ხარჯების ყოვლისმომცველი შეფასება. მაღალი საიმედოობის ოპტიკური მოდულები, რომლებსაც შეუძლიათ სტაბილურად მუშაობა ათობით კილომეტრის მანძილზე ექსტრემალურ გარემოში (მაგალითად, -40 ℃ ძლიერი სიცივე), რთული განლაგების გარემოსთვის (მაგალითად, დისტანციური საბაზო სადგურები) მნიშვნელოვან მხარდაჭერად იქცევა.