في عالم اتصالات الألياف الضوئية، يُشبه اختيار طول موجة الضوء ضبط ترددات الراديو واختيار القناة. فقط باختيار "القناة" المناسبة، يُمكن نقل الإشارة بوضوح وثبات. لماذا تبلغ مسافة إرسال بعض الوحدات الضوئية 500 متر فقط، بينما تمتد مسافة إرسال أخرى لمئات الكيلومترات؟ يكمن اللغز في "لون" شعاع الضوء - أو بالأحرى، في طول موجة الضوء.
في شبكات الاتصالات الضوئية الحديثة، تلعب الوحدات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة أدوارًا مختلفة تمامًا. تُشكل الأطوال الموجية الأساسية الثلاثة، 850 نانومتر، و1310 نانومتر، و1550 نانومتر، الإطار الأساسي للاتصال الضوئي، مع توزيع واضح للعمل من حيث مسافة الإرسال، وخصائص الخسارة، وسيناريوهات التطبيق.
1. لماذا نحتاج إلى أطوال موجية متعددة؟
يكمن السبب الجذري لتنوع الأطوال الموجية في الوحدات الضوئية في تحديين رئيسيين في نقل الألياف الضوئية: الفقد والتشتت. عند نقل الإشارات الضوئية عبر الألياف الضوئية، يحدث توهين (فقدان) للطاقة نتيجةً لامتصاص وتشتت وتسرب الوسط. وفي الوقت نفسه، يُسبب عدم تساوي سرعة الانتشار لمكونات الأطوال الموجية المختلفة اتساع (تشتت) نبضة الإشارة. وقد أدى ذلك إلى ظهور حلول متعددة الأطوال الموجية:
• نطاق 850 نانومتر:تعمل بشكل أساسي في الألياف البصرية متعددة الأوضاع، مع مسافات نقل تتراوح عادةً من بضع مئات من الأمتار (مثل ~550 مترًا)، وهي القوة الرئيسية للنقل لمسافات قصيرة (مثل داخل مراكز البيانات).
• نطاق 1310 نانومتر:يظهر خصائص التشتت المنخفضة في الألياف أحادية الوضع القياسية، مع مسافات نقل تصل إلى عشرات الكيلومترات (مثل ~60 كيلومترًا)، مما يجعله العمود الفقري للنقل لمسافات متوسطة.
• نطاق 1550 نانومتر:مع أقل معدل توهين (حوالي 0.19 ديسيبل/كم)، يمكن أن تتجاوز مسافة النقل النظرية 150 كيلومترًا، مما يجعلها ملك النقل لمسافات طويلة وحتى لمسافات طويلة للغاية.
أدى تطور تقنية تقسيم الطول الموجي المتعدد (WDM) إلى زيادة كبيرة في سعة الألياف الضوئية. على سبيل المثال، تُحقق وحدات الألياف الضوئية ثنائية الاتجاه (BIDI) أحادية الألياف اتصالاً ثنائي الاتجاه على ليف واحد باستخدام أطوال موجية مختلفة (مثل مزيج 1310 نانومتر/1550 نانومتر) عند طرفي الإرسال والاستقبال، مما يوفر موارد الألياف بشكل كبير. أما تقنية تقسيم الطول الموجي المتعدد الكثيف (DWDM) الأكثر تطورًا، فتُحقق تباعدًا ضيقًا جدًا للأطوال الموجية (مثل 100 جيجاهرتز) في نطاقات محددة (مثل النطاق O 1260-1360 نانومتر)، ويمكن للألياف الضوئية الواحدة دعم عشرات أو حتى مئات قنوات الطول الموجي، مما يزيد من إجمالي سعة الإرسال إلى مستوى تيرابت في الثانية، ويُطلق العنان لإمكانات الألياف الضوئية بالكامل.
2.كيفية اختيار الطول الموجي للوحدات البصرية علميًا؟
يتطلب اختيار الطول الموجي دراسة شاملة للعوامل الرئيسية التالية:
مسافة الإرسال:
مسافة قصيرة (≤ 2 كم): ويفضل 850 نانومتر (ألياف متعددة الأوضاع).
مسافة متوسطة (10-40 كم): مناسبة لـ 1310 نانومتر (ألياف أحادية الوضع).
المسافة الطويلة (≥ 60 كم): يجب اختيار 1550 نانومتر (ألياف أحادية الوضع)، أو استخدامها مع مكبر بصري.
متطلبات القدرة:
الأعمال التقليدية: وحدات الطول الموجي الثابت كافية.
نقل عالي الكثافة وسعة عالية: يتطلب الأمر تقنية DWDM/CWDM. على سبيل المثال، يمكن لنظام DWDM بسرعة 100 جيجابت يعمل في النطاق O دعم عشرات قنوات الطول الموجي عالية الكثافة.
اعتبارات التكلفة:
وحدة الطول الموجي الثابت: سعر الوحدة الأولي منخفض نسبيًا، ولكن يلزم تخزين نماذج متعددة من الطول الموجي لقطع الغيار.
وحدة الطول الموجي القابلة للضبط: الاستثمار الأولي مرتفع نسبيًا، ولكن من خلال ضبط البرنامج، يمكنها تغطية أطوال موجية متعددة، وتبسيط إدارة قطع الغيار، وعلى المدى الطويل، تقليل تعقيدات التشغيل والصيانة والتكاليف.
سيناريو التطبيق:
ربط مراكز البيانات (DCI): حلول DWDM عالية الكثافة ومنخفضة الطاقة هي السائدة.
شبكة 5G الأمامية: مع المتطلبات العالية للتكلفة والزمن والموثوقية، تعد وحدات الألياف أحادية الاتجاه (BIDI) المصممة على المستوى الصناعي خيارًا شائعًا.
شبكة منتزه المؤسسة: اعتمادًا على متطلبات المسافة والنطاق الترددي، يمكن اختيار وحدات CWDM منخفضة الطاقة أو متوسطة إلى قصيرة المسافة أو وحدات ذات طول موجي ثابت.
3. الخاتمة: التطور التكنولوجي والاعتبارات المستقبلية
تستمر تقنية الوحدات الضوئية في التطور بوتيرة متسارعة. تُسهم الأجهزة الجديدة، مثل مفاتيح اختيار الطول الموجي (WSS) والبلورات السائلة على السيليكون (LCoS)، في تطوير بنى شبكات ضوئية أكثر مرونة. تُحسّن الابتكارات التي تستهدف نطاقات ترددية محددة، مثل النطاق O، الأداء باستمرار، مثل تقليل استهلاك طاقة الوحدة بشكل كبير مع الحفاظ على هامش كافٍ لنسبة الإشارة إلى الضوضاء الضوئية (OSNR).
في بناء الشبكات المستقبلية، لا يقتصر الأمر على حساب مسافة الإرسال بدقة عند اختيار الأطوال الموجية فحسب، بل يشمل أيضًا تقييمًا شاملًا لاستهلاك الطاقة، وقابلية التكيف مع درجات الحرارة، وكثافة النشر، وتكاليف التشغيل والصيانة طوال دورة الحياة. وتُصبح الوحدات الضوئية عالية الموثوقية، القادرة على العمل بثبات لعشرات الكيلومترات في بيئات قاسية (مثل البرد القارس عند -40 درجة مئوية)، دعامة أساسية لبيئات النشر المعقدة (مثل محطات القاعدة البعيدة).
وقت النشر: ١٨ سبتمبر ٢٠٢٥