เทคโนโลยี WDM ของสิ่งต่างๆ

มัลติเพล็กซิ่งดิวิชั่นความยาวคลื่น (WDM), เทคโนโลยี WDM ที่มัลติเพล็กซ์สัญญาณพาหะนำแสงหลายตัวลงบนใยแก้วนำแสงเส้นเดียวโดยใช้แสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นต่างกัน (เช่น สี) เทคนิคนี้ทำให้สามารถสื่อสารแบบสองทิศทางผ่านเส้นใยเส้นเดียว หรือที่เรียกว่าการดูเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น เช่นเดียวกับการคูณความจุ การส่งจากแหล่งที่รวมกันจะถูกแยกออกจากตำแหน่งระยะไกลตามความยาวคลื่นแต่ละรายการโดยการแยกมัลติเพล็กซ์ไปยังไฟเบอร์หลายตัว เทคโนโลยี WDM มักใช้เพื่ออ้างถึงผลิตภัณฑ์การกรองที่ทำมัลติเพล็กซ์หรือดีมัลติเพล็กซ์


เทคโนโลยี WDM แบ่งออกเป็นสามรูปแบบความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน: WDM ปกติ, WDM หยาบ (CWDM) และ WDM หนาแน่น (DWDM)


WDM ปกติ เรียกอีกอย่างว่า bi-di, simplex และ single stand ใช้สองความยาวคลื่นปกติ 1310nm และ 1550nm บนไฟเบอร์

เทคโนโลยี WDM
รูปที่ 1: เทคโนโลยี WDM

มัลติเพล็กซิ่งแผนกความยาวคลื่นหยาบ, CWDM เป็นเทคโนโลยี WDM เฉพาะที่กำหนดโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศในคำแนะนำ ITU-T G.694.2 กริดสเปกตรัมสำหรับการใช้งาน WDM: กริดความยาวคลื่น CWDM กริดถูกระบุเป็น 18 ความยาวคลื่นกลางเริ่มต้นที่ 1271 นาโนเมตรและเว้นระยะห่างกัน 20 นาโนเมตร

มัลติเพล็กซิ่งแผนกความยาวคลื่นหนาแน่น DWDM เป็นเทคโนโลยี WDM เฉพาะที่กำหนดโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศในคำแนะนำ ITU-T G.694.1 Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid กริดถูกระบุเป็นความถี่ใน THz ซึ่งยึดไว้ที่ 193.1 THz โดยมีระยะห่างของช่องสัญญาณที่หลากหลายตั้งแต่ 12.5 GHz ถึง 200 GHz โดยที่ 100 GHz เป็นเรื่องปกติ ในทางปฏิบัติ ความถี่ DWDM มักจะถูกแปลงเป็นความยาวคลื่น ความยาวคลื่น DWDM ส่วนใหญ่ที่ใช้งานอยู่ใน C-band เช่น 1530 – 1565 นาโนเมตร

มิวเอ็กซ์, ผลิตภัณฑ์การกรอง WDM ที่ทำกระบวนการมัลติเพล็กซ์หรือรวมแหล่งกำเนิดแสงตั้งแต่สองแหล่งขึ้นไปที่มีความยาวคลื่นต่างกันลงบนไฟเบอร์เส้นเดียว

เดแม็กซ์, ผลิตภัณฑ์กรองที่ทำกระบวนการลดมัลติเพล็กซ์หรือแยกการส่งผ่านแสงที่ประกอบด้วยความยาวคลื่นแบบมัลติเพล็กซ์บนเส้นใยแต่ละเส้นที่กำหนดให้กับแต่ละความยาวคลื่น

mux และ demux
รูปที่ 2: การไหลของสัญญาณ MUX และ DEMUX

พอร์ตทั่วไป, สำหรับผลิตภัณฑ์ MUX ช่องรวมจะถูกส่งจากพอร์ตทั่วไป สำหรับ DEMUX ช่องรวมจะได้รับที่พอร์ตทั่วไป

ขยายหรืออัพเกรดพอร์ต  สำหรับผลิตภัณฑ์ CWDM โดยปกติจะมีการอัปเกรดหรือพอร์ตขยายอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง พอร์ตอัปเกรดหรือด่วนบน CWDM MUX หรือ DEMUX ใช้เพื่อเพิ่ม วาง หรือส่งผ่านช่องเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น ที่ฝั่ง CWDM MUX พอร์ตนี้จะช่วยเพิ่มช่องทางในการส่งสัญญาณให้กับวงจรไฟเบอร์ ในด้าน CWDM DEMUX สามารถใช้การขยายหรืออัปเกรดเพื่อส่งผ่านช่องสัญญาณดาวน์สตรีมที่ไม่ใช่ DEMUXED ในเครื่อง หรือสามารถใช้เพื่อเพิ่มช่องสัญญาณกลับในช่วงวงจรแบบสองทิศทาง

สำหรับผลิตภัณฑ์ DWDM จุดประสงค์ของการอัปเกรดพอร์ตคือเพื่อให้สามารถเพิ่ม ลด หรือส่งผ่านช่องสัญญาณ DWDM แบบ C-band ที่ยังไม่ได้ใช้งาน เช่น เฉพาะช่องสัญญาณที่อยู่ในย่านความถี่ 1530-1565 นาโนเมตร หากผลิตภัณฑ์ DWDM มีพอร์ตขยายด้วย พอร์ตนั้นจะถูกใช้สำหรับช่องเพิ่มเติมที่อยู่นอก C-band เช่น ช่อง CWDM ส่วนใหญ่

DWDM Filter ฟิลเตอร์ฟิล์มบาง
รูปที่ 3: DWDM Filter Cascading ในเทคโนโลยี WDM

การตรวจสอบพอร์ต, ผลิตภัณฑ์ WDM อาจมีพอร์ตการตรวจสอบ เพื่อตรวจสอบตัวอย่างพลังงานต่ำของสัญญาณแสงที่เกิดขึ้นที่พอร์ตทั่วไป โดยปกติจะอยู่ที่ระดับพลังงาน 5% หรือน้อยกว่า นอกจากนี้ยังสามารถใช้พอร์ตการตรวจสอบเพื่อฉีดสัญญาณนอกแบนด์ได้อีกด้วย หากผลิตภัณฑ์มีพอร์ตการตรวจสอบสองพอร์ตสำหรับวงจรเดียวกัน พอร์ตเหล่านั้นจะเป็นแบบทิศทาง พอร์ตหนึ่งจะตรวจสอบสัญญาณการส่งและอีกพอร์ตหนึ่งสำหรับสัญญาณที่ได้รับ หากวงจรมีพอร์ตการตรวจสอบพอร์ตเดียว พอร์ตนั้นจะเป็นพอร์ตสองทิศทางเกือบตลอดเวลา และจะตรวจสอบทั้งการส่งและรับสัญญาณออปติก

ความยาวคลื่น,ในทางปฏิบัติของ WDM ความยาวคลื่น เช่น ความยาวคลื่นของเลเซอร์สื่อสาร ข้อกำหนดความยาวคลื่นสำหรับตัวกรองแสง และความยาวคลื่นของช่องส่งผ่านแสงผ่านไฟเบอร์ จะแสดงเป็น λ ซึ่งเป็นความยาวคลื่นในหน่วยนาโนเมตร (นาโนเมตร) ซึ่งจะเกิดขึ้นในสุญญากาศ

Center Wavelength, คือความยาวคลื่นที่ช่องสัญญาณใดช่องหนึ่งอยู่กึ่งกลาง สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) ได้กำหนดตารางความถี่แสงมาตรฐาน (ความถี่ศูนย์กลางช่องสัญญาณ) โดยมีระยะห่าง 100 GHz ตามความถี่อ้างอิงที่ 193.10 THz (1552.52 นาโนเมตร) ซึ่งเรียกว่าตาราง ITU ความยาวคลื่นของ Channel center จะถูกเลือกตามความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับ ITU Grid

ช่อง ในทางปฏิบัติ WDM ช่องสัญญาณคือการส่งสัญญาณเดียวและไม่ซ้ำกันที่ความยาวคลื่นที่กำหนดซึ่งอาจเกิดขึ้นพร้อมกับช่องสัญญาณอื่นที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ช่องทางการส่งสัญญาณยังสามารถอ้างอิงถึงเส้นทางทางกายภาพจากต้นทางถึงปลายทาง ระยะห่างช่องสัญญาณ (GHz), คือความแตกต่างของความถี่ระหว่างความถี่ศูนย์กลางช่องสัญญาณที่อยู่ใกล้เคียงสองความถี่ในส่วนประกอบหรือโมดูล DWDM อุปกรณ์ DWDM MUX/DEMUX ใน BaySpec มีระยะห่างช่องสัญญาณที่ 50, 75,100 และ 200GHz

ศูนย์ชดเชยความยาวคลื่น (pm) เป็นการเบี่ยงเบนสัมพัทธ์ของความยาวคลื่นกลางที่แท้จริงของช่องสัญญาณเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับ ITU Grid มาตรฐาน การเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นอาจเป็นผลมาจากการจัดตำแหน่งที่ไม่เหมาะสมและการออกแบบระบบออปติก

แบนด์วิดธ์ของช่องทางผ่าน (นาโนเมตร) ถูกกำหนดให้เป็นช่วงความยาวคลื่น (หรือความถี่) สูงสุดรอบๆ ความยาวคลื่น (หรือความถี่) ศูนย์กลางที่สอดคล้องกันที่ระดับพลังงานที่กำหนด ตอนนี้อุตสาหกรรมยอมรับคำจำกัดความที่ระดับพลังงานต่ำลง 0.5 เดซิเบล โปรดทราบว่าเนื่องจากการชดเชยความยาวคลื่นกึ่งกลางของแชนเนล แบนด์วิธผ่านช่องทางปฏิบัติการอาจน้อยกว่านั้นเมื่อความยาวคลื่นกึ่งกลางแม่นยำที่ ITU Grid

ความเสถียรของความยาวคลื่นความร้อน (pm/°C) ระบุการเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นสูงสุดของจุดศูนย์กลางสเปกตรัมของช่องสัญญาณเฉพาะเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกี่ยวข้องกับค่าความยาวคลื่นกลางที่อุณหภูมิห้อง (23° C)

ผ่านวงดนตรี ข้อกำหนดที่ให้ช่วงของความยาวคลื่นเกี่ยวกับความยาวคลื่นกลางที่ระบุของตัวกรองซึ่งเป็นไปตามการสูญเสียการแทรกที่ระบุ ในทางปฏิบัติ มันคือค่าความคลาดเคลื่อนของตัวกรองสำหรับการเคลื่อนตัวของเลเซอร์ออกจากความยาวคลื่นตรงกลาง ตัวอย่างเช่น passband ทั่วไปสำหรับตัวกรอง CWDM คือ ± 6.5 นาโนเมตรเกี่ยวกับความยาวคลื่นตรงกลาง ดังนั้นเลเซอร์ขนาด 1551 นาโนเมตรจึงสามารถทำงานได้ภายในช่วง 1544.5 นาโนเมตรถึง 1557.5 นาโนเมตรโดยไม่สูญเสียช่องสัญญาณเพิ่มเติม

การสูญเสียการแทรก การสูญเสียกำลังของสัญญาณที่เกิดจากการใส่ตัวกรอง WDM ในสายส่งหรือใยแก้วนำแสง และมักจะแสดงเป็นเดซิเบล (dB)

ส่งคืนการสูญเสีย เมื่อสัญญาณใยแก้วนำแสงเข้าหรือออกจากส่วนประกอบออปติก (เช่น ขั้วต่อใยแก้วนำแสง) ความไม่ต่อเนื่องและอิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันจะนำไปสู่การสะท้อนกลับหรือย้อนกลับ การสูญเสียพลังงานของสัญญาณที่สะท้อนกลับเรียกว่าการสูญเสียการย้อนกลับ (RL) การสูญเสียการแทรกเป็นส่วนใหญ่เพื่อวัดค่าสัญญาณผลลัพธ์เมื่อลิงก์ออปติคัลพบการสูญเสีย ในขณะที่การสูญเสียกลับคือการวัดค่าการสูญเสียสัญญาณสะท้อนเมื่อลิงก์ออปติคัลพบการเข้าถึงส่วนประกอบ

การสูญเสียขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน (PDL), การสูญเสียที่แสดงโดยฟิลเตอร์ WDM ขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชันของแสง PDL คือความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดในการสูญเสียการแทรกสูงสุดที่เกิดขึ้นในทุกสถานะของโพลาไรซ์แบบออปติคอล PDL สำหรับผลิตภัณฑ์ WDM ถูกระบุเป็น PDL ที่ใหญ่ที่สุดที่อนุญาตสำหรับช่องใดๆ

การกระจายโหมดโพลาไรซ์ (PMD) เป็นรูปแบบหนึ่งของการกระจายตัวแบบโมดอลโดยโพลาไรเซชันของแสงสองขั้วที่แตกต่างกันในท่อนำคลื่น ซึ่งโดยปกติจะเดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน เดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเนื่องจากความไม่สมบูรณ์แบบสุ่มและความไม่สมมาตร ทำให้เกิดการแพร่กระจายแบบสุ่มของพัลส์แสง

การแยกช่องสัญญาณ (dB), เรียกอีกอย่างว่าครอสทอล์คแบบไกลเอนด์ที่ความยาวคลื่นที่กำหนดซึ่งเป็นอัตราส่วนของความเข้มแสงที่พอร์ตที่ไม่ต้องการต่อความเข้มของแสงที่พอร์ตที่ต้องการ ดังนั้นจึงเป็นการวัดว่าความยาวคลื่นที่แตกต่างกันนั้นแยกออกจากกันได้ดีเพียงใดที่เอาต์พุตของอุปกรณ์แยกสัญญาณแบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น

การแยกช่องสัญญาณที่ไม่ติดกัน (ครอสทอล์คช่องสัญญาณที่ไม่อยู่ติดกัน) (dB) คือปริมาณสัมพัทธ์ของพลังงานที่ไม่ต้องการที่เกิดขึ้นในแถบความถี่ของช่องสัญญาณเฉพาะจากช่องสัญญาณที่ไม่อยู่ติดกัน โดยทั่วไป จะคิดเฉพาะสองช่องทางแรกที่ไม่ติดกัน (ด้านซ้ายและด้านขวา)

ช่องระลอก, Ripple ถูกกำหนดให้เป็นค่าความผันแปรสูงสุดจากจุดสูงสุดในหน่วย dB ของการสูญเสียการแทรกผ่านแถบกรอง การกระเพื่อมของผลิตภัณฑ์ WDM ถูกระบุว่าเป็นระลอกที่ใหญ่ที่สุดที่อนุญาตซึ่งเกิดขึ้นในทุกช่องทาง

การควบคุมทิศทาง (dB) เรียกอีกอย่างว่าครอสทอล์คใกล้สิ้นสุด นั่นคืออัตราส่วนของพลังงานออปติกที่ส่งเข้าสู่พอร์ตอินพุตต่อพลังงานออปติคัลที่ส่งกลับไปยังพอร์ตอินพุตอื่น ๆ ใน DWDM ทิศทางจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ MUX เท่านั้น

อุณหภูมิในการทำงาน (°C) คือช่วงอุณหภูมิที่อุปกรณ์สามารถทำงานและรักษาข้อมูลจำเพาะได้

อุณหภูมิที่เก็บ (°C) คือช่วงอุณหภูมิที่สามารถจัดเก็บอุปกรณ์ได้โดยไม่เสียหาย และสามารถทำงานได้เกินอุณหภูมิการทำงานตามข้อกำหนด

กรองมัลติเพล็กเซอร์ส่วนความยาวคลื่น (FWDM), ส่วนประกอบจะรวมหรือแยกแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ กันในช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง มีการสูญเสียการแทรกต่ำมาก การพึ่งพาโพลาไรเซชันต่ำ การแยกตัวสูง และเสถียรภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีเยี่ยม ความสามารถในการจัดการพลังงานสูงสามารถทำได้ผ่านการประมวลผลหางเปียที่ไม่เหมือนใครและการเคลือบ AR คุณภาพสูง ส่วนประกอบเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล เครือข่าย WDM และเครื่องมือไฟเบอร์ออปติก

ฟิลเตอร์แถบสีแดง/น้ำเงิน เป็นส่วนประกอบตัวกรองฟิล์มบางซึ่งเป็นอุปกรณ์สามพอร์ต พอร์ตหนึ่งเรียกว่า "ทั่วไป" อีกสองพอร์ตเป็นท่อร้อยสายสำหรับ "แบนด์" สองความยาวคลื่น แถบสองแถบคือสีน้ำเงิน (λ<1543nm) และสีแดง (λ>1547nm) แถบหนึ่งพาดผ่านขาสะท้อนและอีกแถบพาดผ่านขาที่ผ่าน

เทคโนโลยี WDM ของสิ่งต่างๆ
รูปที่ 4: ตัวกรองแถบสีแดง/สีน้ำเงินในเทคโนโลยี WDM

ในโมดูล DWDM ซึ่งใช้ตัวกรองสีแดง/สีน้ำเงิน Mux อาจรวมกับ Demux ตัวอย่างเช่น Mux รวมแชนเนล DWDM ใน Red nad ในขณะที่ Demux แยกแชนเนล DWDM ใน Blue Band การใช้ตัวกรองสีแดง/สีน้ำเงิน เราสามารถรวมช่องสัญญาณสีแดงและช่องรับสีน้ำเงินเข้ากับไฟเบอร์เส้นเดียวได้

ออปติคัลแอดดรอปมัลติเพล็กเซอร์ (OADM)  อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นสำหรับมัลติเพล็กซ์และกำหนดเส้นทางช่องแสงต่างๆ เข้าหรือออกจากไฟเบอร์โหมดเดียว (SMF) นี่คือโหนดออปติคอลประเภทหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการก่อตัวและการสร้างเครือข่ายโทรคมนาคมแบบออปติก “เพิ่ม” และ “ลด” ในที่นี้หมายถึงความสามารถของอุปกรณ์ในการเพิ่มช่องสัญญาณความยาวคลื่นใหม่หนึ่งช่องหรือมากกว่าให้กับสัญญาณ WDM แบบหลายความยาวคลื่นที่มีอยู่ และ/หรือลด (ลบ) ช่องสัญญาณหนึ่งช่องขึ้นไป ส่งสัญญาณเหล่านั้นไปยังอีกช่องหนึ่ง เส้นทางเครือข่าย OADM อาจได้รับการพิจารณาว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบไขว้แบบออปติคัลประเภทหนึ่ง

OADM ในเทคโนโลยี WDM ของสิ่งต่างๆ
รูปที่ 5: การไหลของสัญญาณ OADM

ท่อนำคลื่นเรียงตัวด้วยความร้อน (AAWG), Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) ที่ใช้เทคโนโลยีซิลิกาบนซิลิคอน ได้รับการออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันระยะห่างช่องสัญญาณ ITU ที่ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า มันทำงานที่ระยะห่างช่องสัญญาณ 50GHz หรือ 100GHz ความยาวคลื่น ITU Grid DWDM ตั้งแต่ 1526nm ถึง 1565nm สามารถใช้ AAWG DWDM เพื่อแทนที่ DWDM Mux DeMux ประเภทตัวกรองสำหรับกรณีที่ไม่มีพลังงาน ต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูงทำให้เป็นโซลูชันที่เหมาะสำหรับการใช้งาน DWDM ในเมืองใหญ่และระยะไกล

AWG แบบเกาส์ เป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุดของการออกแบบ AWG โดยฟังก์ชัน Gaussian จะอธิบายรูปร่าง passband ของช่องสัญญาณแต่ละช่อง Gaussian AWGs ให้การสูญเสียการแทรกต่ำที่สุดจากประเภท AWG ทั้งหมด แต่ต้องการความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้นในส่วนประกอบอื่น ๆ ของระบบเพื่อให้แน่ใจว่าจุดสูงสุดของ Gaussian curve อยู่ภายใน passband ในช่วงอุณหภูมิการทำงานเต็มรูปแบบ

วงเกาส์เซียนพาส (nm) ระบุคลาสของอุปกรณ์ DWDM MUX/DEMUX ซึ่งมีโปรไฟล์สเปกตรัมภายใน passband โดยพื้นฐานแล้วเป็นแบบเกาส์เซียน

แบน-Top Pass Band (นาโนเมตร) ระบุคลาสของอุปกรณ์ DWDM MUX/DEMUX ซึ่งโปรไฟล์สเปกตรัมภายใน passband ค่อนข้างแบนเมื่อเปรียบเทียบกับโปรไฟล์ Gaussian โปรไฟล์สเปกตรัมแบบแฟลตท็อปอาจเป็นซูเปอร์เกาส์เซียนหรือเหมือนกล่องในอุดมคติ 

CWDM ขนาดกะทัดรัด เป็น CWDM รุ่นมินิ เทคโนโลยีการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นโดยใช้ TFF (Thin Film Filter) ซึ่งทำงานในลักษณะเดียวกับ CWDM ข้อแตกต่างคือ CCWDM ใช้เทคโนโลยีพื้นที่ว่าง และขนาดแพ็คเกจจะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับโมดูล CWDM และการสูญเสียการแทรกจะต่ำกว่าและมีความสม่ำเสมอมากกว่า

มัลติเพล็กซิ่งแผนกความยาวคลื่นเครือข่ายท้องถิ่น (LWDM), เป็นหนึ่งในเทคโนโลยี xWDM ใหม่ล่าสุดและใช้ในลิงค์ออปติคัล 100G, 200G, 400G ที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อใช้กับตัวรับส่งสัญญาณ 25G SFP28 นวัตกรรมนี้ให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นในการออกแบบเครือข่ายและเปิดใช้งาน 5G โดยใช้ตัวรับส่งสัญญาณ LAN-WDM 100G และ 200G ที่มีอยู่โดยใช้ความยาวคลื่น LAN WDM 

มัลติเพล็กซิ่งแผนกความยาวคลื่นเมโทร, มัลติเพล็กเซอร์แผนกความยาวคลื่นไมโครออปติก (MWDM), อิงตามความยาวคลื่น 6 ของ CWDM เลื่อนไปทางซ้ายและขวา 3.5 นาโนเมตรเพื่อขยายเป็น 12 คลื่น และเป็นหนึ่งในแผนการที่คุ้มค่า