探(tan)究光模(mo)塊波長與傳(chuan)輸(shu)距離(li)的(de)關聯(lian)

波長(zhang)和(he)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)是(shi)光(guang)模(mo)塊的重(zhong)要參(can)數，不(bu)同波長(zhang)的(de)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離也不同。那(na)么，波(bo)長和(he)傳(chuan)輸距(ju)離有(you)什么關系呢？波(bo)長(zhang)是(shi)影(ying)響(xiang)光模塊傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)的因素嗎？本文(wen)深入(ru)探(tan)討(tao)光模塊波(bo)長(zhang)與(yu)傳(chuan)輸距(ju)離之(zhi)間(jian)的關系(xi)，揭示影(ying)響(xiang)數據傳輸效率(lv)的復(fu)雜(za)因素。

光(guang)模塊(kuai)波長(zhang)說明(ming)
光(guang)模(mo)塊的(de)工作(zuo)波(bo)長(zhang)是以納米(mi) (nm) 為單位的范(fan)圍(wei)。根(gen)據光模(mo)塊所(suo)用(yong)的光(guang)的波(bo)長(zhang)，光(guang)模塊大致可(ke)分(fen)為(wei)兩種類(lei)型(xing)：灰色光模塊和彩色光(guang)模(mo)塊。

灰(hui)色(se)光模塊(kuai)
灰色光模(mo)塊通(tong)常(chang)在 850 nm 至 1550 nm 的范(fan)圍內工作(zuo)。灰(hui)色(se)光模塊的(de)常(chang)見(jian)中心波(bo)長(zhang)包括：
850 nm（帶(dai) MMF）：成(cheng)本(ben)低(di)但(dan)傳(chuan)輸距(ju)離短。 100M速率(lv)下(xia)可(ke)傳(chuan)輸(shu)2km，1G速(su)率(lv)下(xia)可(ke)傳(chuan)輸550m，10G速(su)率下(xia)可傳(chuan)輸(shu)300m，40G速率下(xia)可傳輸400m，25G/100G/200G/400G速(su)率(lv)下可(ke)傳輸100m。
1310nm（使(shi)用(yong)MMF）：最(zui)大(da)傳輸距(ju)離2km，如1000BASE-SX SFP。
1310nm（常(chang)與(yu)SMF配(pei)合）：傳(chuan)輸(shu)損(sun)耗(hao)大但色(se)散小(xiao)，一般用(yong)于(yu)40km以(yi)內(nei)的傳(chuan)輸(shu)。
1550nm（使用SMF）：傳(chuan)輸(shu)損耗(hao)小(xiao)但色散大(da)，一般用(yong)于40km及(ji)以上的長距(ju)離傳輸，最大(da)直連傳(chuan)輸(shu)距離(li)為120km。
根據ITU-T標準(zhun)，850nm處的衰(shuai)減為2.5dB/km。對于 1310 nm 波(bo)長，建(jian)議衰減(jian)為(wei) ≤0.4 dB/km，對于 1550 nm 波長(zhang)，建(jian)議衰減(jian)為 ≤0.3 dB/km。通(tong)常(chang)，光纖損(sun)耗(hao)會隨(sui)著波(bo)長的增加而減(jian)小。1550 nm 波(bo)長位(wei)于(yu) C 波(bo)段(duan) (1525-1565 nm) 內(nei)，通常(chang)被(bei)稱為(wei)零損(sun)耗(hao)窗口(kou)。這(zhe)表明(ming)石英光(guang)纖(xian)在此(ci)波(bo)長(zhang)下(xia)的(de)衰減(jian)最(zui)小。

圖(tu)1：電磁波譜圖

彩(cai)色(se)光模塊
彩(cai)色光(guang)模塊承載各種(zhong)中心波(bo)長(zhang)的光，分(fen)為(wei)粗波(bo)分(fen)復(fu)用(yong)（CWDM）和密(mi)集波分復用(yong)（DWDM）模塊。CWDM波長范圍(wei)為(wei)1270至1610nm，而DWDM模(mo)塊(kuai)波長為(wei)1525至(zhi)1565nm。這(zhe)些范(fan)圍內(nei)的光波長變(bian)化(hua)直接影響光模(mo)塊(kuai)的(de)傳輸特性(xing)，影響衰減、色(se)散和傳輸(shu)距離(li)等關鍵(jian)因(yin)素(su)。有關不(bu)同光纖波長(zhang)及(ji)其(qi)特性的詳細(xi)比較，請參(can)閱(yue)光纖(xian)波(bo)長(zhang)圖(tu)。

圖(tu) 2：CWDM 和 DWDM 波(bo)長(zhang)

在(zai)同(tong)一(yi)波(bo)段(duan)，DWDM光模塊種類更(geng)多(duo)，波(bo)長(zhang)資(zi)源利(li)用率(lv)更高(gao)。同一根光(guang)纖(xian)中(zhong)不同中(zhong)心波長的光(guang)可以(yi)互不(bu)干(gan)擾(rao)地傳輸。因(yin)此(ci)，通(tong)過無(wu)源(yuan)合(he)波(bo)器將來(lai)自(zi)多(duo)個彩色(se)光模(mo)塊的不(bu)同中(zhong)心(xin)波(bo)長(zhang)的(de)光合波到(dao)一路(lu)傳輸，在遠(yuan)端(duan)再(zai)由(you)解復用器根據(ju)不同的中(zhong)心波長將(jiang)光分離(li)成(cheng)多路，有(you)效(xiao)節(jie)省(sheng)光纖線(xian)路(lu)。因(yin)此(ci)，彩(cai)色(se)光模塊(kuai)主(zhu)要(yao)用于長距(ju)離(li)傳輸線(xian)路(lu)。

光模(mo)塊(kuai)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)說明
光(guang)模(mo)塊的傳輸(shu)距離是指(zhi)光信號(hao)在(zai)不需(xu)要(yao)中(zhong)繼(ji)放大(da)的情況下可(ke)以傳輸(shu)的距(ju)離。它分(fen)為短距離(li)、中(zhong)距離(li)和長(zhang)距(ju)離。一般(ban)來說，2公里及(ji)以下(xia)的(de)距(ju)離被(bei)認為(wei)是短距(ju)離(li)，10到20公里是中距(ju)離，30公(gong)里(li)、40公里(li)及以上(shang)是長距離。不(bu)同波長(zhang)的(de)光模塊與(yu)不(bu)同類(lei)型(xing)的(de)光(guang)纖(xian)配(pei)對(dui)，對(dui)應(ying)的傳(chuan)輸距離也不(bu)同(tong)。

光模(mo)塊的(de)傳輸(shu)距離(li)主要(yao)受兩個(ge)因素制約：信號(hao)損(sun)耗和色(se)散。
信(xin)號損(sun)失(shi)
光(guang)在光纖中傳(chuan)播(bo)時(shi)會(hui)發(fa)生衰(shuai)減(jian)或信(xin)號損(sun)失。這種(zhong)損失(shi)受(shou)光(guang)纖(xian)固有(you)特性(xing)、連接器質(zhi)量(liang)和(he)其他環(huan)境因素的影響(xiang)。波(bo)長(zhang)較(jiao)短(duan)的光學模塊通常會(hui)經歷更(geng)高(gao)的衰減，從而(er)限制其(qi)有效傳(chuan)輸(shu)距(ju)離。相(xiang)反(fan)，波(bo)長較(jiao)長(zhang)的(de)光學模(mo)塊(kuai)的(de)衰(shuai)減較低，使數據能夠(gou)傳輸更(geng)遠的距離而不(bu)會出(chu)現(xian)明(ming)顯的(de)信(xin)號(hao)衰(shuai)減(jian)。不同(tong)波長帶的(de)光(guang)的(de)傳(chuan)輸(shu)損(sun)耗不同(tong)，其(qi)遞(di)減順(shun)序(xu)為(wei) 850 nm > 1310 nm > 1550 nm。損(sun)耗越(yue)小，光(guang)學(xue)模(mo)塊(kuai)的(de)傳輸距離(li)越(yue)長(zhang)。

色散
色(se)散(san)是指(zhi)光脈沖在(zai)光(guang)纖(xian)中傳播(bo)時的(de)擴散(san)。兩(liang)種常(chang)見(jian)的(de)色散(san)類(lei)型(xing)是色散(san)和模態(tai)色(se)散(san)。色(se)散(san)是由于不同顏(yan)色(se)的(de)光的(de)速度不同而發生(sheng)的(de)，導(dao)致脈沖在(zai)遠(yuan)處(chu)擴散。另一(yi)方面(mian)，模態色散(san)是由(you)多模(mo)光(guang)纖內(nei)的(de)不(bu)同(tong)傳(chuan)播模(mo)式引起的(de)。這兩(liang)種(zhong)類(lei)型的(de)色(se)散(san)都會(hui)影(ying)響(xiang)傳輸數(shu)據的(de)清晰(xi)度和完整性(xing)。

圖 3：光(guang)纖中(zhong)的(de)色(se)散

一般(ban)情況(kuang)下，單模(mo)傳(chuan)輸不會產生模(mo)間(jian)色(se)散(san)，而支(zhi)持(chi)多種(zhong)傳(chuan)輸(shu)模(mo)式的(de)多模傳(chuan)輸(shu)會(hui)導致光(guang)多(duo)次(ci)折(zhe)射(she)，從而(er)產(chan)生模間色(se)散。色(se)散越(yue)大(da)，光模(mo)塊(kuai)的傳(chuan)輸距離越短(duan)。

波(bo)長(zhang)與傳(chuan)輸(shu)距離(li)的關系(xi)
光(guang)模(mo)塊波(bo)長(zhang)與傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)的關(guan)系是復雜的，而不是(shi)直(zhi)接的線(xian)性關系(xi)。不(bu)同(tong)波(bo)長的傳輸(shu)特(te)性會(hui)顯(xian)著(zhu)影響(xiang)其(qi)有效范(fan)圍。例如(ru)，較短(duan)的波長（例如(ru)用于(yu)短(duan)距(ju)離多(duo)模(mo)應(ying)用的(de)灰色光(guang)模塊中使(shi)用的(de)波長(zhang)，例如 850 nm）可(ke)能(neng)會經(jing)歷更(geng)高的(de)衰(shuai)減(jian)，從而(er)限(xian)制(zhi)其(qi)有效(xiao)傳輸(shu)距(ju)離(li)。這(zhe)使得它(ta)們(men)適(shi)用(yong)于(yu)局域網 (LAN) 和較短(duan)的連(lian)接。相反，較長的(de)波(bo)長(zhang)（通常在 1310 nm 和 1550 nm 范(fan)圍(wei)內(nei)的灰色(se)光(guang)模(mo)塊(kuai)和(he)特(te)定(ding)顏色(se)的光(guang)模塊(kuai)）表(biao)現(xian)出(chu)較低(di)的衰(shuai)減(jian)。這(zhe)一(yi)特(te)性使(shi)它們能夠覆(fu)蓋更(geng)長(zhang)的距(ju)離(li)，使其成(cheng)為(wei)廣(guang)域網 (WAN) 和長距(ju)離連接等應(ying)用的(de)理(li)想選(xuan)擇(ze)。因(yin)此(ci)，波長(zhang)的選擇(ze)成為基(ji)于預期(qi)應用(yong)和(he)所(suo)需傳(chuan)輸(shu)距離(li)的(de)戰(zhan)略(lve)決(jue)策(ce)。網絡(luo)規劃(hua)人員必(bi)須仔(zai)細考慮(lv)波(bo)長和距離(li)之間的權衡，以(yi)優(you)化其(qi)光網(wang)絡的(de)性(xing)能和可靠(kao)性(xing)。

結(jie)論
了(le)解光(guang)模塊(kuai)波長(zhang)和(he)傳(chuan)輸距(ju)離(li)之間的關(guan)系對于(yu)設(she)計高效可(ke)靠的光網(wang)絡至關(guan)重要(yao)。光模塊(kuai)使(shi)用(yong)的光波長并(bing)不(bu)是(shi)其(qi)傳(chuan)輸范圍(wei)的獨立決(jue)定因素。相反(fan)，不同波(bo)長(zhang)的傳(chuan)輸(shu)特(te)性會影(ying)響可實現(xian)的(de)距(ju)離。網絡工程(cheng)師和(he)設(she)計人員(yuan)必須仔細(xi)評估其(qi)應(ying)用的具(ju)體(ti)要求(qiu)，考(kao)慮衰(shuai)減和色散等(deng)因素(su)，以選擇(ze)最合適的光模塊。