Trong lĩnh vực truyền thông cáp quang, việc lựa chọn bước sóng ánh sáng cũng giống như việc điều chỉnh tần số vô tuyến và lựa chọn kênh. Chỉ bằng cách chọn đúng "kênh" thì tín hiệu mới có thể được truyền tải rõ ràng và ổn định. Tại sao một số module quang chỉ có khoảng cách truyền dẫn 500 mét, trong khi những module khác có thể trải dài hàng trăm km? Bí ẩn nằm ở "màu sắc" của chùm sáng đó - chính xác hơn là bước sóng ánh sáng.
Trong mạng lưới truyền thông quang hiện đại, các mô-đun quang với các bước sóng khác nhau đóng vai trò hoàn toàn khác nhau. Ba bước sóng lõi 850nm, 1310nm và 1550nm tạo thành nền tảng cơ bản của truyền thông quang, với sự phân chia rõ ràng về khoảng cách truyền dẫn, đặc tính suy hao và các tình huống ứng dụng.
1. Tại sao chúng ta cần nhiều bước sóng?
Nguyên nhân gốc rễ của sự đa dạng bước sóng trong các mô-đun quang nằm ở hai thách thức chính trong truyền dẫn cáp quang: suy hao và tán sắc. Khi tín hiệu quang được truyền trong sợi quang, sự suy giảm năng lượng (tổn thất) xảy ra do sự hấp thụ, tán xạ và rò rỉ môi trường. Đồng thời, tốc độ lan truyền không đồng đều của các thành phần bước sóng khác nhau gây ra hiện tượng mở rộng xung tín hiệu (tán sắc). Điều này đã dẫn đến sự ra đời của các giải pháp đa bước sóng:
•Dải 850nm:chủ yếu hoạt động trên các sợi quang đa chế độ, với khoảng cách truyền thường dao động từ vài trăm mét (chẳng hạn như ~ 550 mét) và là lực lượng chính cho truyền dẫn khoảng cách ngắn (chẳng hạn như trong các trung tâm dữ liệu).
•Dải 1310nm:thể hiện đặc tính phân tán thấp trong các sợi quang đơn mode tiêu chuẩn, với khoảng cách truyền lên tới hàng chục km (chẳng hạn như ~ 60 km), khiến nó trở thành xương sống của truyền dẫn khoảng cách trung bình.
•Dải 1550nm:Với tỷ lệ suy giảm thấp nhất (khoảng 0,19dB/km), khoảng cách truyền lý thuyết có thể vượt quá 150 km, khiến nó trở thành vua của truyền dẫn đường dài và thậm chí là đường siêu dài.
Sự phát triển của công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) đã làm tăng đáng kể dung lượng của sợi quang. Ví dụ, các mô-đun quang hai chiều sợi đơn (BIDI) đạt được giao tiếp hai chiều trên một sợi quang bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau (chẳng hạn như kết hợp 1310nm/1550nm) ở đầu phát và đầu thu, giúp tiết kiệm đáng kể tài nguyên sợi. Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM) tiên tiến hơn có thể đạt được khoảng cách bước sóng rất hẹp (chẳng hạn như 100GHz) trong các băng tần cụ thể (chẳng hạn như băng tần O 1260-1360nm), và một sợi quang có thể hỗ trợ hàng chục, thậm chí hàng trăm kênh bước sóng, tăng tổng dung lượng truyền dẫn lên đến hàng Tbps và khai thác tối đa tiềm năng của sợi quang.
2. Làm thế nào để lựa chọn bước sóng của mô-đun quang một cách khoa học?
Việc lựa chọn bước sóng đòi hỏi phải cân nhắc toàn diện các yếu tố chính sau:
Khoảng cách truyền dẫn:
Khoảng cách ngắn (≤ 2km): tốt nhất là 850nm (sợi quang đa chế độ).
Khoảng cách trung bình (10-40km): phù hợp với 1310nm (sợi quang đơn mode).
Khoảng cách xa (≥ 60km): Phải chọn 1550nm (sợi quang đơn mode) hoặc sử dụng kết hợp với bộ khuếch đại quang.
Yêu cầu về năng lực:
Kinh doanh thông thường: Mô-đun bước sóng cố định là đủ.
Truyền dẫn dung lượng lớn, mật độ cao: Yêu cầu công nghệ DWDM/CWDM. Ví dụ, một hệ thống DWDM 100G hoạt động trong băng tần O có thể hỗ trợ hàng chục kênh bước sóng mật độ cao.
Cân nhắc về chi phí:
Mô-đun bước sóng cố định: Đơn giá ban đầu tương đối thấp, nhưng cần phải dự trữ nhiều mẫu bước sóng để thay thế.
Mô-đun bước sóng có thể điều chỉnh: Khoản đầu tư ban đầu tương đối cao, nhưng thông qua việc điều chỉnh phần mềm, nó có thể bao phủ nhiều bước sóng, đơn giản hóa việc quản lý phụ tùng thay thế và về lâu dài, giảm độ phức tạp cũng như chi phí vận hành và bảo trì.
Kịch bản ứng dụng:
Kết nối trung tâm dữ liệu (DCI): Các giải pháp DWDM mật độ cao, công suất thấp đang là xu hướng chủ đạo.
Đường truyền fronthaul 5G: Với yêu cầu cao về chi phí, độ trễ và độ tin cậy, các mô-đun hai chiều sợi quang đơn (BIDI) được thiết kế cấp công nghiệp là lựa chọn phổ biến.
Mạng công viên doanh nghiệp: Tùy thuộc vào yêu cầu về khoảng cách và băng thông, có thể lựa chọn mô-đun CWDM công suất thấp, khoảng cách trung bình đến ngắn hoặc mô-đun bước sóng cố định.
3. Kết luận: Sự phát triển công nghệ và những cân nhắc trong tương lai
Công nghệ mô-đun quang tiếp tục được cải tiến nhanh chóng. Các thiết bị mới như công tắc chọn bước sóng (WSS) và tinh thể lỏng trên silicon (LCoS) đang thúc đẩy sự phát triển của các kiến trúc mạng quang linh hoạt hơn. Những cải tiến nhắm vào các băng tần cụ thể, chẳng hạn như băng tần O, liên tục tối ưu hóa hiệu suất, chẳng hạn như giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng của mô-đun trong khi vẫn duy trì biên độ tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR) đủ lớn.
Trong việc xây dựng mạng lưới tương lai, các kỹ sư không chỉ cần tính toán chính xác khoảng cách truyền dẫn khi lựa chọn bước sóng mà còn phải đánh giá toàn diện mức tiêu thụ điện năng, khả năng thích ứng với nhiệt độ, mật độ triển khai và chi phí vận hành và bảo trì trọn đời. Các mô-đun quang có độ tin cậy cao, có thể hoạt động ổn định hàng chục km trong môi trường khắc nghiệt (như nhiệt độ cực thấp -40℃) đang trở thành hỗ trợ chủ chốt cho các môi trường triển khai phức tạp (như trạm gốc từ xa).
Thời gian đăng: 18-09-2025