'จานสี' ในโลกของไฟเบอร์ออปติก: เหตุใดระยะการส่งข้อมูลของโมดูลออปติกจึงแตกต่างกันอย่างมาก

ในโลกของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง การเลือกความยาวคลื่นแสงเปรียบเสมือนการปรับจูนความถี่วิทยุและการเลือกช่องสัญญาณ มีเพียงการเลือก “ช่องสัญญาณ” ที่ถูกต้องเท่านั้นจึงจะสามารถส่งสัญญาณได้อย่างชัดเจนและเสถียร ทำไมโมดูลออปติกบางโมดูลจึงมีระยะการส่งสัญญาณเพียง 500 เมตร ในขณะที่บางโมดูลสามารถส่งสัญญาณได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร? ความลึกลับอยู่ที่ “สี” ของลำแสงนั้น หรือพูดให้ชัดเจนกว่านั้นคือ ความยาวคลื่นของแสง

ในเครือข่ายการสื่อสารด้วยแสงสมัยใหม่ โมดูลแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะมีบทบาทที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ความยาวคลื่นหลักสามแบบ ได้แก่ 850 นาโนเมตร 1310 นาโนเมตร และ 1550 นาโนเมตร ถือเป็นโครงสร้างพื้นฐานของการสื่อสารด้วยแสง โดยมีการแบ่งงานกันอย่างชัดเจนในแง่ของระยะทางในการส่งสัญญาณ ลักษณะการสูญเสีย และสถานการณ์การใช้งาน

1.เหตุใดเราจึงต้องใช้ความยาวคลื่นหลายความยาว?

สาเหตุของความหลากหลายของความยาวคลื่นในโมดูลออปติกนั้นเกิดจากความท้าทายหลักสองประการในการส่งสัญญาณใยแก้วนำแสง ได้แก่ การสูญเสียและการกระจาย เมื่อส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงในใยแก้วนำแสง จะเกิดการลดทอนพลังงาน (สูญเสีย) เนื่องจากการดูดซับ การกระเจิง และการรั่วไหลของตัวกลาง ในขณะเดียวกัน ความเร็วการแพร่กระจายที่ไม่สม่ำเสมอขององค์ประกอบความยาวคลื่นต่างๆ ทำให้เกิดการขยายพัลส์สัญญาณ (การกระจาย) ซึ่งนำไปสู่แนวทางแก้ไขปัญหาหลายความยาวคลื่น:

•แบนด์ 850 นาโนเมตร:ส่วนใหญ่ใช้งานในเส้นใยแก้วนำแสงหลายโหมด โดยระยะการส่งข้อมูลโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างไม่กี่ร้อยเมตร (เช่น 550 เมตร) และเป็นกำลังหลักในการส่งข้อมูลระยะสั้น (เช่น ภายในศูนย์ข้อมูล)

•แบนด์ 1310 นาโนเมตร:แสดงลักษณะการกระจายตัวต่ำในเส้นใยโหมดเดียวมาตรฐาน โดยมีระยะการส่งข้อมูลสูงสุดถึงสิบกิโลเมตร (เช่น ~60 กิโลเมตร) ทำให้เป็นกระดูกสันหลังของการส่งข้อมูลระยะกลาง

•แบนด์ 1550 นาโนเมตร:ด้วยอัตราการลดทอนสัญญาณที่ต่ำที่สุด (ประมาณ 0.19dB/km) ระยะทางการส่งข้อมูลตามทฤษฎีสามารถเกิน 150 กิโลเมตร ทำให้เป็นราชาแห่งการส่งข้อมูลระยะไกลและระยะไกลพิเศษ

การเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีการแบ่งความยาวคลื่นแบบมัลติเพล็กซ์ (WDM) ได้เพิ่มขีดความสามารถของเส้นใยนำแสงอย่างมาก ยกตัวอย่างเช่น โมดูลออปติคัลแบบสองทิศทางเส้นใยเดี่ยว (BIDI) สามารถทำการสื่อสารแบบสองทิศทางบนเส้นใยนำแสงเส้นเดียวได้ โดยใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน (เช่น 1310 นาโนเมตร/1550 นาโนเมตร) ที่ปลายด้านรับและปลายด้านส่ง ซึ่งช่วยประหยัดทรัพยากรเส้นใยนำแสงได้อย่างมาก เทคโนโลยีการแบ่งความยาวคลื่นแบบความหนาแน่นสูง (DWDM) ขั้นสูงกว่าสามารถบรรลุระยะห่างของความยาวคลื่นที่แคบมาก (เช่น 100 GHz) ในย่านความถี่เฉพาะ (เช่น 1260-1360 นาโนเมตร) และเส้นใยนำแสงเส้นเดียวสามารถรองรับช่องสัญญาณความยาวคลื่นได้หลายสิบหรือหลายร้อยช่อง ทำให้ความสามารถในการส่งข้อมูลทั้งหมดเพิ่มขึ้นถึงระดับ Tbps และปลดปล่อยศักยภาพของเส้นใยนำแสงได้อย่างเต็มที่

2.จะเลือกความยาวคลื่นของโมดูลออปติกอย่างเป็นวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร?

การเลือกความยาวคลื่นต้องพิจารณาปัจจัยสำคัญต่อไปนี้อย่างครอบคลุม:

ระยะการส่งข้อมูล:

ระยะทางสั้น (≤ 2 กม.): ควรเป็น 850 นาโนเมตร (ไฟเบอร์มัลติโหมด)
ระยะทางปานกลาง (10-40 กม.): เหมาะสำหรับ 1310 นาโนเมตร (ไฟเบอร์โหมดเดียว)
ระยะไกล (≥ 60 กม.): ต้องเลือก 1550 นาโนเมตร (ไฟเบอร์โหมดเดียว) หรือใช้ร่วมกับเครื่องขยายสัญญาณออปติก

ความต้องการความจุ:

ธุรกิจแบบเดิม: โมดูลความยาวคลื่นคงที่ก็เพียงพอ
การส่งสัญญาณที่มีความจุสูงและมีความหนาแน่นสูง: จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี DWDM/CWDM ยกตัวอย่างเช่น ระบบ DWDM 100G ที่ทำงานในย่านความถี่ O สามารถรองรับช่องสัญญาณความยาวคลื่นความหนาแน่นสูงได้หลายสิบช่อง

การพิจารณาต้นทุน:

โมดูลความยาวคลื่นคงที่: ราคาต่อหน่วยเริ่มต้นค่อนข้างต่ำ แต่จำเป็นต้องมีสต็อกชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับรุ่นความยาวคลื่นหลายรุ่น
โมดูลปรับความยาวคลื่นได้: การลงทุนเริ่มต้นค่อนข้างสูง แต่ด้วยการปรับแต่งซอฟต์แวร์ จึงสามารถครอบคลุมความยาวคลื่นได้หลายความยาวคลื่น ทำให้การจัดการชิ้นส่วนอะไหล่ง่ายขึ้น และในระยะยาว ลดความซับซ้อนและต้นทุนในการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

สถานการณ์การใช้งาน:

การเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูล (DCI): โซลูชัน DWDM ความหนาแน่นสูงและพลังงานต่ำเป็นกระแสหลัก
5G fronthaul: ด้วยข้อกำหนดด้านต้นทุน ความหน่วง และความน่าเชื่อถือที่สูง โมดูล BIDI (Single Fiber Bidirectional) ที่ออกแบบในระดับอุตสาหกรรมจึงเป็นตัวเลือกที่นิยม
เครือข่ายสวนอุตสาหกรรม: ขึ้นอยู่กับระยะทางและข้อกำหนดแบนด์วิดท์ สามารถเลือกโมดูล CWDM พลังงานต่ำ ระยะกลางถึงสั้น หรือความยาวคลื่นคงที่ได้

3. บทสรุป: วิวัฒนาการทางเทคโนโลยีและการพิจารณาในอนาคต

เทคโนโลยีโมดูลออปติคัลยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ใหม่ๆ เช่น สวิตช์เลือกความยาวคลื่น (WSS) และผลึกเหลวบนซิลิคอน (LCoS) กำลังขับเคลื่อนการพัฒนาสถาปัตยกรรมเครือข่ายออปติคัลที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น นวัตกรรมที่มุ่งเป้าไปที่ย่านความถี่เฉพาะ เช่น ย่านความถี่ O กำลังเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานอย่างต่อเนื่อง เช่น ลดการใช้พลังงานของโมดูลลงอย่างมาก ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (OSNR) ไว้ได้อย่างเพียงพอ

ในการสร้างเครือข่ายในอนาคต วิศวกรไม่เพียงแต่ต้องคำนวณระยะการส่งสัญญาณอย่างแม่นยำเมื่อเลือกความยาวคลื่นเท่านั้น แต่ยังต้องประเมินการใช้พลังงาน ความสามารถในการปรับอุณหภูมิ ความหนาแน่นในการใช้งาน และต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานอย่างครอบคลุมอีกด้วย โมดูลออปติคัลที่มีความน่าเชื่อถือสูงซึ่งสามารถทำงานได้อย่างเสถียรเป็นระยะทางหลายสิบกิโลเมตรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น อุณหภูมิที่หนาวเย็นจัดถึง -40 องศาเซลเซียส) กำลังกลายเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับสภาพแวดล้อมการใช้งานที่ซับซ้อน (เช่น สถานีฐานระยะไกล)