Каково преимущество или недостаток этого длины волны по сравнению с 1550 нм в плане расстояния передачи?
В области одномодового волоконно-оптического связи и волоконно-оптических датчиков 1310 нанометров (нм) и 1550 нанометров (нм) являются двумя наиболее распространенными рабочими длинами волн. Их преимущества и недостатки в дальности передачи в основном определяются двумя физическими эффектами: затуханием (потерями) в волокне и дисперсией (уширением импульса).
Вот многомерное академическое сравнение этих двух длин волн по дальности передачи и проектированию систем:
I. Затухание и потери (определяют дальность передачи «с ограничением по затуханию»)
При передаче оптического сигнала по волокну его энергия экспоненциально затухает с расстоянием (единица измерения: дБ/км). Это затухание определяет максимальное физическое расстояние, на которое сигнал может передаваться без оптического усиления.
- Преимущество 1550 нм (окно с наименьшим затуханием):
- В стандартном кварцевом одномодовом волокне 1550 нм находится в третьем окне с низким затуханием волокна, с очень низким типичным затуханием, составляющим примерно 0,18 дБ/км - 0,25 дБ/км.
- Производительность дальности передачи: Благодаря чрезвычайно низкому затуханию, оптический сигнал 1550 нм может легко передаваться на расстояние 80 км - 120 км и более без ретрансляторов или усилителей, что делает его предпочтительной длиной волны для магистральных сетей большой протяженности и подводных кабелей.
- Недостаток 1310 нм:
- 1310 нм находится во втором окне с низким затуханием волокна, с типичным затуханием примерно 0,32 дБ/км - 0,40 дБ/км.
- Производительность дальности передачи: Ограниченный совокупным воздействием рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения, при одинаковой выходной мощности затухание энергии 1310 нм в волокне примерно вдвое быстрее, чем у 1550 нм. Следовательно, его дальность передачи без ретрансляции обычно ограничивается 40 км (обычно для городских или локальных сетей от 10 км до 40 км).
II. Характеристики дисперсии (определяют дальность передачи «с ограничением по дисперсии» и сложность системы)
С увеличением расстояния передачи оптические импульсы уширяются из-за разницы групповых скоростей различных частотных компонентов или мод (то есть дисперсии), что приводит к перекрытию соседних импульсов (межсимвольная интерференция), тем самым ограничивая максимальную полосу пропускания системы и дальность без электрической регенерации.
- Преимущество 1310 нм (длина волны нулевой дисперсии):
- Для классического одномодового волокна OFSCN® G.652D Optical Fiber длина волны нулевой дисперсии приходится как раз на диапазон около 1310 нм (между 1300 нм и 1324 нм).
- Производительность дальности передачи: При передаче на этой длине волны оптические импульсы практически не уширяются из-за дисперсии. Это означает, что для высокоскоростной передачи на средние и короткие расстояния в десятки километров системе вообще не требуется компенсация дисперсии (DCM), что значительно упрощает проектирование системы и снижает стоимость микросхем и упаковки оптических модулей.
- Недостаток 1550 нм:
- Хотя затухание минимально, дисперсия 1550 нм в стандартном одномодовом волокне велика, обычно составляет около +17 пс/(нм·км).
- Производительность дальности передачи: При высокоскоростной (например, 10 Гбит/с или выше) дальней передаче дисперсия приводит к сильному искажению сигнала после нескольких десятков километров. Поэтому для дальней передачи в системах 1550 нм необходимо использовать сложные волокна со смещенной дисперсией (G.653), волокна с ненулевой смещенной дисперсией (G.655), либо использовать модули компенсации дисперсии (DCM) и технологию когерентной цифровой обработки сигналов (DSP) на приемном конце/линии, что увеличивает сложность физической установки системы и стоимость оборудования.
III. Совместимость с оптическими усилителями (определяет предельную дальность сети)
Для сверхдальней передачи, превышающей тысячи километров, сигнал должен усиливаться по линии.
- Абсолютное преимущество 1550 нм:
- 1550 нм идеально соответствует диапазону усиления оптических усилителей на основе эрбия (EDFA). EDFA — это высокотехнологичный, малошумящий, высокоусиленный полностью оптический усилитель, который может продлить дальность передачи сигнала 1550 нм до нескольких тысяч километров путем каскадирования EDFA на линии, без необходимости сложной регенерации «оптика-электрика-оптика».
- Недостаток 1310 нм:
- В диапазоне 1310 нм отсутствуют коммерчески доступные высокоэффективные и недорогие полностью оптические усилители, подобные EDFA. Хотя можно использовать полупроводниковые оптические усилители (SOA) или рамановские усилители, SOA имеют недостатки, такие как большие нелинейные эффекты, высокий уровень шума и насыщение усиления, что затрудняет их использование для многоуровневого каскадного усиления на больших расстояниях.
Резюме и сравнение сценариев применения
| Характеристика | Длина волны 1310 нм | Длина волны 1550 нм |
|---|---|---|
| Типичное затухание | Примерно 0,35 дБ/км (высокое) | Примерно 0,20 дБ/км (очень низкое) |
| Характеристики дисперсии (G.652D) | Почти нулевая дисперсия (малое ограничение дисперсией) | Примерно 17 пс/(нм·км) (сильное ограничение дисперсией, требуется компенсация) |
| Предельная дальность без ретранслятора | Около 40 км (ограничено затуханием) | До 100 км и более (ограничено дисперсией, может быть дальше с компенсацией) |
| Поддержка оптических усилителей | SOA / Празеодимовые усилители (сложно для каскадирования на больших расстояниях) | EDFA (легкое полное оптическое усиление, поддерживает тысячи километров) |
| Типичные области применения | Городские сети, локальные сети, оптоволокно до дома (FTTH), датчики ближнего действия | Магистральные сети дальней связи, подводные кабели, системы распределенных FBG-датчиков большой дальности |
Поддержка продуктов DaCheng YongSheng (OFSCN®)
При фактической передаче по оптоволокну и в приложениях высокоточных датчиков для поддержания стабильности физических характеристик в экстремальных промышленных или научных условиях (например, при высоких или низких температурах) требуется высококачественная, стандартизированная основа волокна.
DaCheng YongSheng предлагает высокотемпературное одномодовое волокно на основе стандартного G.652D, которое идеально совместимо с требованиями передачи как на 1310 нм, так и на 1550 нм:
-
OFSCN® G.652D Optical Fiber: Стандартное одномодовое волокно, обеспечивающее работу в двух окнах — нулевая дисперсия на 1310 нм и низкое затухание на 1550 нм.
-
OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber: Одномодовое термостойкое волокно с полиимидной оболочкой, изготовленное на основе стандартного оптического стержня G.652D. Оно способно поддерживать превосходные характеристики передачи и зондирования в диапазонах 1310 нм/1550 нм в экстремальных температурных условиях от -200℃ до 350℃.
