Welche Vor- und Nachteile hat diese Wellenlänge im Vergleich zu 1550 Nanometern in Bezug auf die Übertragungsdistanz?
Im Bereich der Monomode-Glasfaserkommunikation und Fasersensorik sind 1310 Nanometer (nm) und 1550 Nanometer (nm) die beiden gebräuchlichsten Betriebswellenlängen. Ihre Vor- und Nachteile in Bezug auf die Übertragungsdistanz werden hauptsächlich durch zwei physikalische Effekte bestimmt: die Faserverluste (Dämpfung) und die Dispersion (Impulsspreizung).
Nachfolgend finden Sie einen multidimensionalen akademischen Vergleich dieser beiden Wellenlängen hinsichtlich Übertragungsdistanz und Systemdesign:
I. Dämpfung und Verluste (bestimmt die „verlustbegrenzte“ Übertragungsdistanz)
Wenn Lichtsignale in Glasfasern übertragen werden, nimmt ihre Energie exponentiell mit der Entfernung ab (Einheit: dB/km). Diese Dämpfung bestimmt die maximale physikalische Distanz, die das Signal ohne optische Verstärkung übertragen werden kann.
- Vorteil von 1550 nm (niedrigstes Dämpfungsfenster):
- In Standard-Siliziumdioxid (Quarz)-Monomode-Glasfasern liegt 1550 nm im dritten Fenster mit der geringsten Dämpfung der Faser, mit einer typischen Dämpfung von nur etwa 0,18 dB/km bis 0,25 dB/km.
- Übertragungsdistanzleistung: Aufgrund der extrem geringen Verluste können 1550-nm-Lichtsignale ohne Repeater oder Verstärker problemlos 80 km bis 120 km oder mehr übertragen werden und sind somit die bevorzugte Wellenlänge für Backbone-Netze über große Entfernungen und Unterseekabel.
- Nachteil von 1310 nm:
- 1310 nm liegt im zweiten Fenster mit geringer Dämpfung der Faser, mit einer typischen Dämpfung von etwa 0,32 dB/km bis 0,40 dB/km.
- Übertragungsdistanzleistung: Begrenzt durch die kombinierte Wirkung von Rayleigh-Streuung und Infrarotabsorption, ist die Energiedämpfung von 1310-nm-Signalen in Glasfasern bei gleicher Sendeleistung fast doppelt so hoch wie bei 1550 nm. Daher ist die überbrückbare Distanz ohne Repeater normalerweise auf unter 40 km begrenzt (typischerweise 10 km bis 40 km für städtische oder lokale Netzwerke).
II. Dispersionseigenschaften (bestimmt die „dispersionsbegrenzte“ Übertragungsdistanz und die Systemkomplexität)
Mit zunehmender Übertragungsdistanz werden Lichtimpulse aufgrund von Geschwindigkeitsunterschieden der Gruppen verschiedener Frequenzkomponenten oder Modi verbreitert (d. h. Dispersion), was zu einer Überlappung benachbarter Impulse (Inter-Symbol-Interferenz) führt und somit die maximale Übertragungsbandbreite und die Distanz ohne optoelektronische Rücksetzung des Systems begrenzt.
- Vorteil von 1310 nm (Null-Dispersionswellenlänge):
- Für die klassische OFSCN® G.652D Optical Fiber Monomode-Glasfaser liegt die Null-Dispersionswellenlänge genau bei etwa 1310 nm (zwischen 1300 nm und 1324 nm).
- Übertragungsdistanzleistung: Bei Übertragung auf dieser Wellenlänge treten praktisch keine Dispersionsspreizungen von Lichtpulsen auf. Das bedeutet, dass für Hochgeschwindigkeitsübertragungen über mittlere bis kurze Distanzen von mehreren zehn Kilometern das System keinerlei Dispersionskompensation (DCM) benötigt, was das Systemdesign erheblich vereinfacht und die Kosten für Chips und Gehäuse der optischen Module senkt.
- Nachteil von 1550 nm:
- Obwohl die Dämpfung am geringsten ist, hat 1550 nm eine relativ hohe Dispersionskoeffizient in Standard-Monomode-Glasfasern, typischerweise etwa +17 ps/(nm·km).
- Übertragungsdistanzleistung: Bei Hochgeschwindigkeitsübertragungen (z. B. 10 Gbit/s oder höher) über große Entfernungen führt die Dispersion zu einer starken Signalverzerrung nach einigen zehn Kilometern. Daher erfordern Übertragungen über sehr große Entfernungen mit 1550-nm-Systemen die Einführung komplexer Dispersionsverschobener Fasern (G.653), nicht-null Dispersionsverschobener Fasern (G.655) oder die Verwendung von Dispersionskompensationsmodulen (DCM) und kohärenter digitaler Signalverarbeitung (DSP)-Technologie am Empfänger/auf der Leitung, was die physische Komplexität und die Gerätekosten des Systemaufbaus erhöht.
III. Kompatibilität mit optischen Verstärkern (bestimmt die ultimative Netzdistanz)
Für Übertragungen über Tausende von Kilometern muss das Signal auf der Leitung verstärkt werden.
- Absoluter Vorteil von 1550 nm:
- 1550 nm passt perfekt in das Verstärkungsmedium von Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA). EDFA sind hochentwickelte, rausch- und verstärkungsarme Vollverstärker, die durch Kaskadierung von EDFAs auf der Leitung die Übertragungsdistanz von 1550-nm-Signalen auf Tausende von Kilometern verlängern können, ohne dass komplexe „Opto-Elektro-Opto“-Regeneratoren erforderlich sind.
- Nachteil von 1310 nm:
- Für die 1310-nm-Wellenlänge gibt es keine kommerziell erhältlichen Vollverstärker, die so effizient und kostengünstig wie EDFA sind. Obwohl Halbleiter-optische Verstärker (SOA) oder Raman-Verstärker verwendet werden können, weisen SOAs Nachteile wie große nichtlineare Effekte, hohes Rauschen und Verstärkungssättigung auf, was eine Verstärkung über große Distanzen mit mehreren Stufen erschwert.
Zusammenfassung und Vergleich der Anwendungsbereiche
| Eigenschaft | 1310 nm Wellenlänge | 1550 nm Wellenlänge |
|---|---|---|
| Typische Dämpfung | ca. 0,35 dB/km (höher) | ca. 0,20 dB/km (extrem niedrig) |
| Dispersionseigenschaften (G.652D) | Nahezu Null-Dispersion (geringe dispersionsbedingte Einschränkung) | ca. 17 ps/(nm·km) (stark dispersionsbegrenzt, Kompensation erforderlich) |
| Begrenzte Distanz ohne Repeater | ca. 40 km (verlustbegrenzt) | Bis zu 100 km oder mehr (dispersionsbegrenzt, mit Kompensation weiter) |
| Unterstützung durch optische Verstärker | SOA / Praseodym-Verstärker (schwierige Kaskadierung über große Distanzen) | EDFA (einfache Vollverstärkung, unterstützt Tausende von Kilometern) |
| Typische Anwendungsbereiche | Metropolnetze, lokale Netzwerke, Fiber-to-the-Home (FTTH), Kurzstreckensensoren | Langstrecken-Backbone-Netze, Unterseekabel, großflächige verteilte FBG-Sensorsysteme |
Unterstützung durch OFSCN®-Produkte
Bei der tatsächlichen Glasfaserübertragung und hochpräzisen Sensoranwendungen, um die Stabilität physikalischer Eigenschaften unter extremen industriellen oder wissenschaftlichen Bedingungen (z. B. hohe und tiefe Temperaturen) aufrechtzuerhalten, sind hochwertige, standardisierte Glasfasersubstrate erforderlich.
OFSCN® bietet Hochtemperatur-Monomode-Glasfasern auf Basis von Standard G.652D an, die die Übertragungsanforderungen von 1310 nm und 1550 nm perfekt erfüllen:
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OFSCN® G.652D Optical Fiber: Standard-Monomode-Glasfaser, bietet eine Zwei-Fenster-Betriebsfähigkeit mit Null-Dispersion bei 1310 nm und geringer Dämpfung bei 1550 nm.
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OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber: Monomode-Polyimid-Hochtemperaturfaser, hergestellt aus einem Standard G.652D Glasstab, die unter extremen Temperaturbedingungen von -200℃ bis 350℃ ausgezeichnete 1310 nm/1550 nm Übertragungs- und Sensor-Physikeigenschaften beibehält.
