光ネットワークにおける波長の役割を探る

光ネットワークは、特定の波長の光を利用して、光ファイバーケーブルで効率的にデータを伝送します。波長の選択は、減衰、分散、全体的なデータ伝送容量など、ネットワークの性能に直接影響するため、非常に重要です。この記事では、一般的に使用される波長の役割と一般的な用途について説明します。

850 nmと1300 nm

850nmと1300nmの波長は、主にビル内やキャンパス内のローカルエリアネットワーク（LAN）などの短距離通信用のマルチモードファイバーシステムで使用されています。マルチモード・ファイバーのコア径は、OM1が62.5ミクロン、OM2～OM5が50ミクロンと、伝送される光の波長よりもはるかに大きい。この特徴により、高い光伝搬能力を持ち、基本的に複数の光伝搬モードを持つ。

実用的なアプリケーションでは、マルチモードファイバーのコアサイズが大きいため、接続プロセスが簡素化されます。また、発光ダイオード（LED）や垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）のような、850nmや1300nmの波長で効率的に機能する、より安価な電子部品の使用も可能になります。

 

1310 nmと1490 nm

1310 nmと1490 nmの波長は、シングルモード・ファイバー・システムで、分散を最小限に抑えた中距離通信に使用されます。ギガビット・イーサネットや10ギガビット・イーサネットの最大20kmまでの通信に適しています。

パッシブ光ネットワーク（PON）では、1310nmと1490nmの波長が、サービスプロバイダーのセントラルオフィスにある光回線端末（OLT）と顧客宅内の光ネットワーク端末（ONT）間の双方向通信を促進する基本となっている。1490nmの波長はダウンストリーム伝送用に指定され、OLTから複数のONTにデータや音声信号を伝送する。逆に、1310nmの波長はアップストリーム通信用に確保され、ONTがOLTにデータを送り返すことを可能にする。このようにアップストリームとダウンストリームのトラフィックを異なる波長で分離することで、干渉のない1本の光ファイバーで同時に双方向通信を行うことができる。

1270 nmと1577 nm

XGS-PON（10ギガビット・シンメトリック・パッシブ光ネットワーク）システムでは、1577nmの波長がダウンストリーム・データ伝送用に指定され、光回線終端装置（OLT）から複数の光ネットワーク終端装置（ONT）に高速インターネット、音声、ビデオサービスを提供する。逆に、1270nmの波長はアップストリームデータ伝送用に割り当てられており、ONTからOLTにデータを送り返すことができる。このようにアップストリームとダウンストリームの波長を分離することで、1本の光ファイバーで同時に双方向通信が可能になり、ネットワークの効率とパフォーマンスが向上する。XGS-PONでこれらの特定の波長を使用することで、対称的な10 Gbpsデータレートをサポートし、広帯域幅のアプリケーションやサービスに対する需要の増加に対応します。

 

1550 nm

光通信システムにおいて、1550nmの波長は、その減衰特性の低さから広く利用されており、効率的な長距離データ伝送を可能にしている。この波長は、信号損失が最小となる光ファイバの第3の伝送ウィンドウに該当し、大容量長距離ネットワークに理想的です。

さらに、1550nmの領域はエルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）と互換性があり、電気的な変換なしに光信号を増幅することができるため、伝送距離をさらに伸ばすことができる。この機能は、複数のデータチャネルを1本のファイバーで同時に伝送する高密度波長分割多重（DWDM）システムで特に有益であり、各チャネルには1550nmの範囲内で特定の波長が割り当てられている。

 

1625 nmと1650 nm

1625 nmと1650 nmの波長は、主にファイバーのテストとメンテナンス用に確保されています。これらの波長は、標準的な通信帯域を超えているため、技術者は、アクティブなデータ・トラフィックを中断することなく、インサービス・テストを実行することができます。1625 nm または 1650 nm で動作する光時間領域反射率計 (OTDR) は、障害を検出し、減衰を測定し、光ファイバの全体的な整合性を評価することができます。これらの波長を使用することで、保守作業が運用波長に干渉することなく、ネットワークの信頼性とパフォーマンスを維持することができます。

 

CWDMとDWDMネットワーク

光ネットワーキングにおいて、CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）とDWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）は、各チャネルに固有の波長を割り当てることで、1本の光ファイバーで複数のデータチャネルを伝送することを可能にする2つの一般的な技術である。CWDMは通常、1270nmから1610nmの波長範囲で動作し、チャネル間隔は20nmで、最大18チャネルが可能です。

これとは対照的に、DWDMではチャネル間隔が狭く、0.8nm以下であることが多く、主にCバンド内の1528.77nmから1563.86nmの範囲内で、より多くのチャネルを利用できる。この高密度なチャネル割り当てにより、DWDMシステムは非常に多くのデータチャネルをサポートすることができ、長距離伝送や大容量ネットワークに適している。

結論

これらの波長の具体的な役割や用途を理解することで、さまざまな通信ニーズに合わせた効率的で信頼性の高い光ネットワークの設計が可能になります。同一ネットワーク上でGPONとXGSPONのように、マルチプレクサを使用して複数のシステムが同じファイバを使用することができます。しかし、同じ波長、あるいは隣接する波長を使用すると干渉が発生する可能性があります。一般的に使用される波長には重複する機能があるため、ネットワーク設計者は現在および将来のアプリケーションを明確に理解しておく必要があります。