In der Welt der Glasfaserkommunikation ähnelt die Auswahl der Lichtwellenlänge dem Einstellen eines Radiosenders – nur durch die Wahl der richtigen „Frequenz“ können Signale klar und stabil übertragen werden. Warum haben manche optische Module eine Übertragungsdistanz von nur 500 Metern, während andere Hunderte von Kilometern zurücklegen können? Das Geheimnis liegt in der „Farbe“ des Lichts, genauer gesagt in der Wellenlänge des Lichts.
In modernen optischen Kommunikationsnetzen spielen optische Module mit unterschiedlichen Wellenlängen deutlich unterschiedliche Rollen. Die drei Kernwellenlängen – 850 nm, 1310 nm und 1550 nm – bilden das Grundgerüst der optischen Kommunikation und sind jeweils auf Übertragungsdistanz, Verlusteigenschaften und Anwendungsszenarien spezialisiert.
Warum werden mehrere Wellenlängen benötigt?
Die Ursache für die Wellenlängendiversität in optischen Modulen liegt in zwei wesentlichen Herausforderungen der Glasfaserübertragung: Verlust und Dispersion. Bei der Übertragung optischer Signale in Glasfasern kommt es durch Absorption, Streuung und Leckage des Mediums zu Energiedämpfung (Verlust). Gleichzeitig führt die ungleichmäßige Ausbreitungsgeschwindigkeit unterschiedlicher Wellenlängenkomponenten zu einer Signalimpulsverbreiterung (Dispersion). Dies hat zu Mehrwellenlängenlösungen geführt:
850-nm-Band: arbeitet hauptsächlich mit Multimode-Glasfasern, wobei die Übertragungsdistanzen typischerweise bei einigen hundert Metern liegen (z. B. ~550 Meter), und ist die Hauptantriebskraft für die Übertragung über kurze Distanzen (z. B. innerhalb von Rechenzentren).
1310-nm-Band: weist in Standard-Singlemode-Fasern geringe Dispersionseigenschaften auf und ermöglicht Übertragungsdistanzen von bis zu mehreren zehn Kilometern (z. B. ~60 Kilometer) und ist damit das Rückgrat der Übertragung über mittlere Distanzen.
1550-nm-Band: Mit der niedrigsten Dämpfungsrate (ca. 0,19 dB/km) kann die theoretische Übertragungsdistanz 150 Kilometer überschreiten, was es zum König der Langstrecken- und sogar Ultralangstreckenübertragung macht.
Der Aufstieg der Wellenlängenmultiplextechnologie (WDM) hat die Kapazität von Glasfasern deutlich erhöht. Beispielsweise ermöglichen bidirektionale Single Fiber (BIDI)-Module die bidirektionale Kommunikation über eine einzige Faser durch die Nutzung unterschiedlicher Wellenlängen (z. B. eine Kombination aus 1310 nm und 1550 nm) an Sende- und Empfangsseite, wodurch Glasfaserressourcen deutlich eingespart werden. Fortschrittlichere DWDM-Technologie (Dense Wavelength Division Multiplexing) ermöglicht sehr enge Wellenlängenabstände (z. B. 100 GHz) in bestimmten Bändern (z. B. im O-Band 1260–1360 nm). Eine einzige Faser kann Dutzende oder sogar Hunderte von Wellenlängenkanälen unterstützen, wodurch die Gesamtübertragungskapazität auf Tbit/s erhöht und das Potenzial der Glasfaser voll ausgeschöpft wird.
Wie wählt man die Wellenlänge optischer Module wissenschaftlich aus?
Die Auswahl der Wellenlänge erfordert eine umfassende Berücksichtigung der folgenden Schlüsselfaktoren:
Übertragungsdistanz:
- Kurze Distanz (≤ 2 km): vorzugsweise 850 nm (Multimode-Faser).
- Mittlere Entfernung (10–40 km): geeignet für 1310 nm (Singlemode-Faser).
- Lange Distanz (≥ 60 km): 1550 nm (Singlemode-Faser) muss ausgewählt oder in Kombination mit einem optischen Verstärker verwendet werden.
Kapazitätsbedarf:
- Konventionelles Geschäft: Module mit fester Wellenlänge sind ausreichend.
- Große Kapazität, Übertragung mit hoher Dichte: DWDM/CWDM-Technologie ist erforderlich. Beispielsweise kann ein 100G-DWDM-System im O-Band Dutzende von Wellenlängenkanälen mit hoher Dichte unterstützen.
Kostenüberlegungen:
- Modul mit fester Wellenlänge: Der anfängliche Stückpreis ist relativ niedrig, es müssen jedoch Ersatzteile für mehrere Wellenlängenmodelle auf Lager gehalten werden.
- Modul mit einstellbarer Wellenlänge: Die anfängliche Investition ist relativ hoch, aber durch Software-Tuning können mehrere Wellenlängen abgedeckt werden, die Ersatzteilverwaltung vereinfacht und auf lange Sicht die Komplexität und Kosten von Betrieb und Wartung reduziert werden.
Anwendungsszenario:
- Data Center Interconnection (DCI): DWDM-Lösungen mit hoher Dichte und geringem Stromverbrauch sind Mainstream.
- 5G-Fronthaul: Aufgrund der hohen Anforderungen an Kosten, Latenz und Zuverlässigkeit sind in Industriequalität konzipierte bidirektionale Single Fiber-Module (BIDI) eine gängige Wahl.
- Enterprise Park Network: Je nach Entfernungs- und Bandbreitenanforderungen können CWDM-Module mit geringer Leistung und mittlerer bis kurzer Reichweite oder Module mit fester Wellenlänge ausgewählt werden.
Fazit: Technologische Entwicklung und zukünftige Überlegungen
Die Technologie optischer Module entwickelt sich weiterhin rasant weiter. Neue Geräte wie wellenlängenselektive Schalter (WSS) und Flüssigkristalle auf Silizium (LCoS) treiben die Entwicklung flexiblerer optischer Netzwerkarchitekturen voran. Innovationen, die auf bestimmte Bänder wie das O-Band abzielen, optimieren die Leistung kontinuierlich, beispielsweise durch eine deutliche Reduzierung des Modulstromverbrauchs bei gleichzeitiger Beibehaltung eines ausreichenden optischen Signal-Rausch-Verhältnisses (OSNR).
Beim Aufbau zukünftiger Netzwerke müssen Ingenieure bei der Auswahl der Wellenlängen nicht nur die Übertragungsdistanz genau berechnen, sondern auch den Stromverbrauch, die Temperaturanpassungsfähigkeit, die Einsatzdichte sowie die Betriebs- und Wartungskosten über den gesamten Lebenszyklus umfassend bewerten. Hochzuverlässige optische Module, die in extremen Umgebungen (wie -40 °C Kälte) über Dutzende von Kilometern stabil funktionieren, werden zu einer wichtigen Unterstützung für komplexe Einsatzumgebungen (wie abgelegene Basisstationen).
Veröffentlichungszeit: 17. Oktober 2025