Silicaglas is niet bij elke golflengte even transparant. Verzwakking en chromatische dispersie variëren over het nabije- infraroodspectrum, en de golflengtegebieden waar verliezen praktische minima bereiken, worden optische transmissievensters genoemd.
De fysica hierachter is goed begrepen. De Rayleigh-verstrooiing neemt af als 1/λ⁴, wat betekent dat langere golflengten minder verstrooien. De moleculaire absorptie van infrarood stijgt daarentegen scherp voorbij ongeveer 1600 nm. Het verzwakkingsminimum bevindt zich waar deze twee mechanismen - kruisen nabij 1550 nm. Dat kruispunt is de reden dat de C--band de spectrale positie inneemt waar deze zich bevindt. Afzonderlijk creëerde een resterende OH⁻-ionenabsorptiepiek nabij 1383 nm historisch gezien een dode zone in het spectrum. Daarom zijn de O--band en de S--band niet aaneengesloten.
De zeven ITU-T gestandaardiseerde banden
| Band | Golflengtebereik | Naam |
|---|---|---|
| 850 nm | 810–890 nm | 850 nm-band |
| O | 1260–1360 nm | Originele band |
| E | 1360–1460 nm | Uitgebreide band |
| S | 1460–1530 nm | Korte golflengteband |
| C | 1530–1565 nm | Conventionele band |
| L | 1565–1625 nm | Lange golflengteband |
| U | 1625–1675 nm | Ultra-Lange golflengteband |
Vier hiervan vervoeren het grootste deel van het commerciële verkeer: 850 nm, O--band, C--band en L--band. De overige drie vervullen een smallere rol.
C--band (1530-1565 nm)
De C--band vormt de ruggengraat van moderne optische netwerken. Het bevindt zich onderaan de silica-verzwakkingscurve, ongeveer 0,19–0,20 dB/km, en het versterkingsvenster komt overeen met Erbium-gedoteerde vezelversterkers. Deze uitlijning is een samenloop van omstandigheden in de natuurkunde - het emissiespectrum van erbiumionen in silicaglas overlapt toevallig met het minimale vezelverlies - maar de hele lange- transportsector is ervan afhankelijk.
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Vezeltype | G.652, G.654 enkele-modus |
| Verzwakking | ~0,20 dB/km |
| Versterking | EDFA |
| DWDM-kanaalcapaciteit | Tot 96 kanalen met een tussenruimte van 50 GHz |
Typische implementaties omvatten DWDM-backbonenetwerken voor lange- en ultra-lange- afstanden, onderzeese kabelsystemen, 100G/200G/400G/800G coherent transport en datacenterverbindingen over een bereik van 80+ km. Eén enkel vezelpaar in C--band DWDM kan 40-96 kanalen transporteren met een totale capaciteit van 100G of meer - in tientallen terabits per seconde.
De spectrale efficiëntie op veel C--bandroutes nadert nu de Shannon-limiet nu de coherente DSP richting 800G en 1,6T per golflengte gaat. Wanneer de wiskunde niet meer in uw voordeel werkt, is de praktische reactie het activeren van de L--bandcapaciteit op dezelfde vezel in plaats van te proberen meer bits uit elk kanaal te persen.
O--band (1260–1360 nm)
De O--band was het eerste venster dat commercieel werd gebruikt voor single- glasvezel en blijft verbindingen op middellange- afstanden domineren. De belangrijkste eigenschap: de chromatische dispersie is bijna nul bij 1310 nm in standaard G.652-vezels, het punt waarop materiaaldispersie en golfgeleiderdispersie elkaar opheffen. Optische pulsen behouden hun vorm over afstand zonder compensatie, wat betekent dat zendontvangers kunnen vertrouwen op eenvoudigere directe-detecteer architecturen -, goedkoper en met een lager vermogen dan coherente C--bandmodules.
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Vezeltype | G.652 enkele-modus |
| Verzwakking | ~0,35 dB/km |
| Chromatische dispersie | Bijna nul bij 1310 nm |
| Typisch bereik | 10–40 km zonder versterking |
Veel voorkomende toepassingen: 10G LR, 25G LR, 100G LR4-modules; metro-Ethernet; bedrijfs-WAN en dark fiber van punt-naar-punt; PON stroomopwaarts (1310 nm, abonnee van OLT); BiDi- en CWDM-zendontvangers.
De afweging-is eenvoudig. De O--bandverzwakking bij 0,35 dB/km is ongeveer 75% hoger dan de C--band, en EDFA's werken niet bij deze golflengten. Verder dan 40-80 km heb je C--band nodig. Binnen metro-afstanden wint de O-band het op het gebied van spreidingseenvoud en transceiverkosten. Optische halfgeleiderversterkers en O-band coherente zendontvangers zijn in ontwikkeling en zouden het bruikbare bereik verder kunnen vergroten, maar volume-implementatie is niet aanstaande.
850 nm-band
Binnen gebouwen en datacentra verwerkt de 850 nm-band, gecombineerd met VCSEL-bronnen en multimode glasvezel, de overgrote meerderheid van de korte- verbindingen. De demping is hoog - rond de 2,5–3,5 dB/km - maar als je langste kabeltraject 300 meter bedraagt, is dat getal niet relevant.
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Vezeltype | OM3, OM4, OM5 multimode |
| Verzwakking | ~3 dB/km |
| Typisch bereik | Tot 400 m op OM4 bij 100G |
Op VCSEL-gebaseerde optica kost aanzienlijk minder dan DFB-lasermodules, en dat is het hele punt. Server-naar-switch, bovenkant-van-rack, campusbackbone, 10G/25G/40G/100G SR - het hele 850 nm-gebied.
De trend die de moeite waard is om te volgen: hyperscale datacenters specificeren steeds vaker single- glasvezel in nieuwe gebouwen om 200G en 400G per-baansnelheden te ondersteunen. Dit neemt geleidelijk het aandeel van 850 nm aan de hoge kant in beslag. Maar voor de enorme geïnstalleerde basis van multimode glasvezel en voor kostengevoelige bedrijfsnetwerken zal de 850 nm-band voorlopig nergens heen gaan.
L-Band (1565-1625 nm)
De L-band functioneert als de overflow van de C-band. Het biedt de op een na-laagste demping in standaard single- glasvezel, met ongeveer 0,22 dB/km, en kan worden versterkt met in de handel verkrijgbare L--band EDFA's.
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Vezeltype | G.652 enkele-modus |
| Verzwakking | ~0,22 dB/km |
| Versterking | L-band EDFA |
Het toevoegen van L-band EDFA's en C+L mux/demux op bestaande versterkerlocaties verdubbelt grofweg het bruikbareglasvezel bandbreedteop infrastructuur die al in de grond zit, tegen een fractie van de kosten van nieuwbouw. Dit is de eerste capaciteitshendel die operators overhalen wanneer de C--band vol raakt.
C+L-implementaties zijn nu standaard op grote onderzeese systemen en komen steeds vaker voor op landroutes met veel verkeer. Het gecombineerde C+L-spectrum is verschoven van een mooi-naar-noodzakelijk naar een basislijn voor capaciteitsplanning voor nieuwe lange-infrastructuur, vooral nu de-golflengtesnelheid stijgt naar 800G.
De secundaire banden
S--band (1460–1530 nm)
Tegenwoordig is het belangrijkste commerciële gebruik van de S--band PON: GPON en XG-PON gebruiken 1490 nm voor downstream-verkeer van OLT naar abonnees. Daarnaast is S-band een onderzoeksdoel voor de volgende-generatie S+C+L breedband DWDM. Thulium-gedoteerde vezelversterkers en Raman-versterking zijn kandidaat-versterkingsoplossingen, maar geen van beide komt in de buurt van de C/L-band EDFA-kosten of betrouwbaarheid op productieschaal. Er bestaan laboratoriumdemonstraties; grootschalige commerciële S-band DWDM doet dat niet.
E--band (1360–1460 nm)
De OH⁻-waterpiek nabij 1383 nm maakte deze band historisch gezien onbruikbaar. G.652.D Zero Water Peak-vezel elimineert de absorptie, en de E--bandverzwakking op ZWP-vezel daalt feitelijk onder de O--bandniveaus. Het probleem is de geïnstalleerde basis: de meeste vezels in de grond wereldwijd zijn verouderde G.652.A of G.652.B met de waterpiek intact. Commerciële E-bandzendontvangers en versterkers blijven schaars. Realistisch gezien is de E-band alleen van belang bij greenfield-constructies op ZWP-glasvezel, waarbij elk beschikbaar CWDM-slot nodig is.
U--band (1625-1675 nm)
De U-band vervoert geen dataverkeer. De enige functie ervan is vezelmonitoring buiten de-- band. OTDR-apparatuur op U--bandgolflengten injecteert testpulsen in live glasvezel, waarbij reflecties, splitsingsverliezen, connectorkwaliteit en breuken worden gemeten zonder de actieve services op andere banden te onderbreken.
Het juiste transmissievenster kiezen
| Vereiste | Aanbevolen band | Reden |
|---|---|---|
| Link onder 400 m, multimode glasvezel | 850 nm | Laagste kosten met VCSEL-optiek; voldoende bereik |
| Link 1–40 km, enkele-modus, geen versterking | O--band (1310 nm) | Bijna-nulspreiding; eenvoudiger zendontvangerontwerp |
| FTTH stroomafwaarts (PON/GPON) | S--band (1490 nm) | PON-standaard voor OLT-naar-downstream-abonnees |
| Verbinding meer dan 40 km, of DWDM vereist | C--band (1550 nm) | Laagste verlies; EDFA-compatibel; hoogste kanaaldichtheid |
| C-band heeft capaciteit bereikt, er zijn meer kanalen nodig op bestaande glasvezel | L-band | Bijna-verdubbelt het bruikbare spectrum met minimale veranderingen in de infrastructuur |
| Bewaking van de glasvezelgezondheid zonder verstoring van het verkeer | U--band | Out-of--band OTDR-diagnostiek |
| Meerdere golflengten, metro, geen versterking | CWDM over O+E+S+C+L | 20 nm afstand; maximaal 18 kanalen; lagere kosten dan DWDM |
Belangrijke beslissingsbeperkingen
Geïnstalleerd glasvezeltype
Multimode glasvezel (OM3/OM4) beperkt hoge-verbindingen tot 850 nm. De oudere G.652.A/B single--modus sluit E--band uit vanwege de waterpiek. De vezel die al in de grond zit, is de eerste beperking - al het andere volgt daaruit.
Versterking vereiste
EDFA's werken alleen in de C- en L-banden. Verbindingen die optische versterking vereisen - moeten over het algemeen voorbij 80 km - een van deze twee banden gebruiken. Het uitbreiden van de O--band tot meer dan 40 km betekent elektrische regeneratie of niet-versterkte coherente zendontvangers met hoog-vermogen, die beide de kosten verhogen.
Kanaaltelling en multiplexstrategie
CWDM ondersteunt maximaal 18 kanalen met een tussenruimte van 20 nm, geen versterking en lagere kosten per-kanaal. DWDM bundelt 40–96+ kanalen in alleen de C--band (meer met de L--band), vereist EDFA's en levert een veel grotere totale capaciteit. De meeste metro- en bedrijfsverbindingen worden goed bediend door CWDM. Backbone, onderzeeër en grootschalige-DCI vragen om DWDM. Het crossoverpunt is ongeveer 8 à 10 kanalen of versterkte overspanningen van meer dan 80 km.
Transceiverkosten en energiebudget
850 nm VCSEL-optiek is het goedkoopst. O-band DFB-gebaseerde modules (LR, LR4) zitten in het midden. C-band coherente modules hebben de hoogste prijs en stroomverbruik. Er is geen technisch voordeel verbonden aan het inzetten van coherente optica op een metroverbinding van 10 km die een O-band LR-module zonder problemen kan verwerken.
Hoe WDM transmissievensters gebruikt
Multiplexing van golflengteverdelingwijst verschillende golflengten toe aan onafhankelijke datastromen en verzendt deze tegelijkertijd over één vezel. De transmissievensters bepalen het totaalbandbreedte van glasvezelbeschikbaar voor deze multiplexing.
CWDM
Kanaalafstand van 20 nm over de O-, E-, S-, C- en L-banden. Maximaal 18 kanalen. Geen versterking nodig over normale metroafstanden. Ongekoelde lasers houden de kosten laag. Gebruikt in metronetwerken, datacenterverbindingen van minder dan 80 km en dark fiber-verbindingen voor bedrijven.
DWDM
Kanaalafstand van 100 GHz of 50 GHz binnen de C--band, optioneel uitgebreid naar L--band. 40 kanalen op 100 GHz of 96 op 50 GHz, elk met een draagvermogen van 100G of meer. EDFA's vereist voor grote overspanningen. Ingezet op de lange-backbone, onderzeese kabels en hoge-bandbreedte glasvezelverbindt.
De keuze tussen CWDM en DWDM komt neer op capaciteit versus kosten. CWDM is goedkoper per kanaal, maar komt uit op 18 kanalen zonder versterkingspad. DWDM kost meer, maar kan worden opgeschaald naar tientallen terabits op één enkel vezelpaar.
Veelgestelde vragen
Vraag: Hoe bereken ik het linkbudget om te bepalen of mijn glasvezelversterking versterking nodig heeft?
A: Een linkbudget telt alle verliezen tussen zender en ontvanger op: vezelverzwakking per kilometer vermenigvuldigd met overspanningslengte, plus lasverliezen (doorgaans 0,05–0,1 dB elk), connectorverliezen (ongeveer 0,3–0,5 dB per gekoppeld paar) en een eventuele marge gereserveerd voor veroudering en reparaties (meestal 2–3 dB). Vergelijk het totaal met het optische vermogensbudget van uw transceiver - het verschil tussen zendvermogen en ontvangergevoeligheid. Als het totale verlies het stroombudget overschrijdt, heb je versterking (EDFA in C/L-band) of elektrische regeneratie nodig.
Vraag: Verlaagt de leeftijd van vezels de transmissieprestaties over verschillende banden?
EEN: Ja. Na jarenlang gebruik kan de vezelverzwakking toenemen als gevolg van het binnendringen van waterstof, microbuiging door kabelspanning en cumulatieve blootstelling aan vocht. Deze effecten zijn golflengte-afhankelijk. - langere golflengten in de L--band en U--band zijn doorgaans gevoeliger voor microbuigingsverliezen dan kortere golflengten. Bovendien kan bij oudere glasvezels die vóór de G.652.D-normen zijn geïnstalleerd, de OH⁻-waterpiek in de loop van de tijd verslechteren als er waterstofpenetratie optreedt. Voor netwerken met een levenscyclus van 15 tot 20 jaar is het de moeite waard om bij het ontwerpen van verbindingsbudgetten rekening te houden met een verouderingsmarge van 0,02 tot 0,05 dB/km.
Vraag: Kan ik C--band- en O--bandsignalen tegelijkertijd op dezelfde glasvezel laten lopen?
EEN: Ja. Omdat de C--band (1530–1565 nm) en de O--band (1260–1360 nm) niet-overlappende golflengtebereiken bezetten, kunnen ze naast elkaar bestaan op een enkele vezel met behulp van breedband-WDM-koppelingen of bandsplitters. Een typisch scenario is het uitvoeren van DWDM-langeafstandsverkeer in de C--band, terwijl lokale 10G- of 25G LR-verbindingen in de O--band op dezelfde glasvezelstreng worden vervoerd. De belangrijkste vereiste is een goede band-filtering aan elk uiteinde om overspraak te voorkomen. Deze aanpak maximaliseert het glasvezelgebruik zonder extra kabel in te zetten.
Vraag: Hoe beïnvloedt de omgevingstemperatuur de vezeltransmissie in verschillende banden?
A: Temperatuurveranderingen veroorzaken kleine verschuivingen in vezelverzwakking en chromatische dispersie. Wat de verzwakking betreft, is het effect klein in de C--band en de O--band onder normale bedrijfsomstandigheden (–40 graden tot +70 graden), doorgaans minder dan 0,01 dB/km variatie. Dispersieverschuivingen kunnen van belang zijn voor coherente systemen met hoge- snelheid die werken op 400G of hoger - de nul- dispersiegolflengte van G.652-vezels wijkt enigszins af met de temperatuur, wat mogelijk DSP-compensatieaanpassingen vereist. Buitenkabelinstallaties met grote temperatuurschommelingen moeten hiermee rekening houden in de systeemmarge, vooral op lange versterkte overspanningen waar kleine veranderingen per-km zich ophopen.
Vraag: Wat is het praktische maximale aantal golflengten dat ik vandaag op één enkele vezel kan gebruiken?
A: In productienetwerken ondersteunt een C+L-band DWDM-systeem met een kanaalafstand van 50 GHz ongeveer 160–192 golflengten op één enkele vezel. Bij 400G per kanaal vertaalt dit zich naar een totale capaciteit van meer dan 60 Tbps per glasvezel.. . Voor CWDM-implementaties is het praktische maximum 18 kanalen over alle banden met een tussenruimte van 20 nm. Het werkelijke bruikbare aantal is afhankelijk van het geïnstalleerde vezeltype. - Oudere glasvezel reduceert met de waterpiek CWDM tot ongeveer 8-10 kanalen door E--bandslots te elimineren.
