モジュール内部の WDM：フィルター、AWG、BiDi、波長制御

多くのモジュールは、それ自体が小さな WDM システムです。LR4 や FR4 モジュールは4つのレーザーを1本の光ファイバーに合波し、反対側の端で4つの波長を分波します。BiDi モジュールや PON モジュールはフィルターを通じて1本の光ファイバーで送受信します。DWDM モジュールは、その波長を何年にもわたって数ギガヘルツの範囲内に保ちます。このページでは、それを可能にする光学系 — フィルターと導波路合波器、BiDi スプリッター、冷却器、波長ロッカー — と、それらが加える損失や故障モードについて扱います。

モジュール内部で WDM が使われる場所

モジュール種別	内部 WDM	波長	光ファイバーポート
40GBASE-LR4、100GBASE-LR4/ER4	4チャネル LAN-WDM 合波器＋分波器	1295.56 / 1300.05 / 1304.58 / 1309.14 nm（800 GHz 間隔）	デュプレックス LC
100G CWDM4、400G FR4、800G 2×FR4	4チャネル CWDM 合波器＋分波器	1271 / 1291 / 1311 / 1331 nm（20 nm 間隔）	デュプレックス LC
40G/100G SWDM4	MMF 上の4チャネル短波長合波器	850 / 880 / 910 / 940 nm	デュプレックス LC、OM4/OM5
BiDi（1G–100G）、PON ONU/OLT	2または3ポートフィルター（BOSA）	1310/1490、1270/1330、1490/1310/1550…	シングル LC または SC/APC
400G BiDi（SR4.2）	4対の光ファイバーそれぞれに2波長	850 / 910 nm	MPO
DWDM 固定／波長可変	内部に合波器なし。精密な単一波長	ITU グリッド、100/50 GHz	デュプレックス LC — 合波器は外付け
PSM4、DR4、SR4	なし — パラレル光ファイバー	単一波長	MPO

チャネルプランとバンドについて：波長バンドとチャネルプラン。

合波器の技術

技術	仕組み	挿入損失（チャネルあたり、合波または分波）	備考
薄膜フィルター（TFF）ブロック — 「Z ブロック」	ガラスブロックに接着された誘電体干渉フィルター。光がジグザグに進み、各フィルターが1つのバンドを透過させ、残りを反射する	1–1.5 dB	頑丈で温度無依存。LR4/CWDM4/FR4 の TOSA と ROSA の主力技術
AWG（アレイ導波路回折格子、シリカ PLC）	導波路のフェーズドアレイが波長を分散させ、別々の出力に振り分ける	2–3 dB	多チャネルでもコンパクト。温度無依存化されていない限り温度に敏感。一部の LR4 と DWDM 機器で使用
自由空間回折格子／プリズム	バルク光学系	2–4 dB	プラガブルでは稀
シリコンフォトニクス合波器	チップ上のリング共振器またはエシェル回折格子	1–3 dB	SiPh FR4 設計では変調器と一体化。熱チューニングが必要な場合あり
BiDi フィルター	単一の45°ダイクロイックプレート：1つのバンドを PD へ透過させ、レーザーのバンドを光ファイバーへ反射させる	0.5–1 dB	Tx バンドと Rx バンド間のアイソレーション30–40 dB

内部の合波＋分波損失（往復2–5 dB）は、WDM モジュールがパラレルモジュールよりもレーンあたり多くのパワーを送出する理由の一つであり、レーンあたりの DDM Tx がレーザーの実際の出力より低く見える理由でもあります（標準的な値）。

LR4 に冷却が必要で CWDM4 に不要な理由

非冷却の DFB は約0.1 nm/°C 変動します — ケース温度0–70 °C の範囲で7 nm です。

グリッド	間隔	フィルター通過帯域	非冷却の変動幅に収まるか
CWDM（CWDM4、FR4）	20 nm	±6.5 nm	収まる — TEC 不要、低消費電力、安価
LAN-WDM（LR4、ER4）	800 GHz ≈ 4.5 nm	±1 nm 以下	収まらない — 各レーザーは固定温度のTEC 上に置かれる（または広温度範囲対応のレーザー設計を使用）
DWDM	100 GHz ≈ 0.8 nm、50 GHz ≈ 0.4 nm	±0.1 nm	収まらない — TEC に加えて波長ロッカーが必要

これが、100G LR4 モジュールが3.5–4.5 W を消費するのに対し CWDM4 は2–3 W で済む理由であり、LR4 の TOSA が TO-can ではなくボックス型パッケージである理由です（光パッケージング）。

DWDM 波長を保持する

 laser on TEC ──► 1–5 % tap ──► etalon (Fabry–Pérot filter) ──► PD1
                            └──────────────────────────────► PD2 (reference)
 ratio PD1/PD2 → MCU → adjust TEC set point (fine) or laser current → wavelength locked

TEC + サーミスター — レーザーのサブマウント下にあるペルチェ素子が、設定温度（25–45 °C）を ±0.1 °C の精度で保ちます。ループは MCU が実行します。DDM にはレーザー温度とTEC 電流が現れる場合があります（温度と電圧）。
波長ロッカー — 透過率が ITU グリッド周期でリップルするエタロンです。そこを通過したタップ光のパワーを基準と比較することで、コントローラーはレーザーがチャネルのどちら側にずれているかを把握します。寿命を通じた精度は ±1–2.5 GHz です。
波長可変レーザーは、粗調整の仕組みを追加で備えています。サンプルドグレーティングDBR セクション、コンバイナーと熱チューニングを備えたDFB アレイ、または外部共振器（ECL）です。コヒーレントモジュールではITLA／micro-ITLA／nano-ITLA として、SFP+/XFP ではコンパクトな波長可変 TOSA としてパッケージ化されます。チャネル選択とステータスは SFF-8690／CMIS ページ 04h–12h を経由します。チューニングには数秒かかり、その間 Tx はスケルチされます（波長可変トランシーバー）。

BiDi と PON の光学系

BOSA は、1つの光ファイバーポートの背後にレーザーとフォトダイオードを配置します。45°の WDM フィルターがレーザーの波長を光ファイバーへ反射させ、入ってくる波長をフォトダイオードへ透過させます。2つのバンド間のアイソレーション（30–40 dB）とフィルターのエッジの急峻さが、モジュール自身の光がどれだけ自らの受信器へ漏れ込むかを左右します。PON では、ONU 側にバーストモード用の電子回路（自分のタイムスロット中だけレーザーをオンにする）を、OLT 側にも同様の回路（異なる ONU からのバーストの間でしきい値をリセットする受信器）を追加します — これが、OLT の DDM Rx が多数の送信元の平均値になる理由です（PON トランシーバー）。

BiDi モジュールには対になるバリエーション（-U/-D、または波長による区別）があります。それぞれのフィルターが逆向きにチューニングされているためです。同じ種類を2つ組み合わせても、決してリンクしません（物理的な不一致）。

偏光と反射

内部のフィルターや AWG はわずかに偏光依存性を持ちます（PDL 0.1–0.3 dB）。光ファイバー中の偏光は揺らぐため、故障がなくても受信パワーが数十分の1 dB 程度ふらつくことがあります。内部のあらゆる面もわずかに反射します。各レーザーの後段にあるアイソレーターが、これがダイに届くのを防ぎます（光パッケージング）。

内部 WDM に特有の故障モード

故障	兆候	備考
LR4/DWDM での TEC 故障	レーザー温度がドリフトし、TEC 電流が上限に達する。フィルターからずれるにつれ、対向端で1レーンの Rx が低下する	モジュール温度は正常に見えることがある
フィルターの剥離／位置ずれ	1レーンで Tx（光ファイバーへの出力）と対向端の Rx の両方が低下し、波長に依存する	機械的衝撃、熱サイクル
波長ロッカーのドリフト	DWDM チャネルがグリッドから外れ、合波器でフィルタリングされる → Rx 低下、エラー発生	DDM の Tx は変化しない — 光は出ているが波長が誤っている
BiDi フィルターの漏れ	受信感度が悪化し、短距離リンクでエラーが発生（自身の Tx が Rx を圧倒する）	送出パワーが高いほど、反射があるほど悪化
4レーン WDM モジュール内の1レーザーの経年劣化	1レーンのバイアスが上昇し、その後パワーが低下する。他の3レーンは正常	レーンごとの診断

CodingBox では

識別バイトは WDM 設計を記述します。波長（LR4/CWDM4 では公称中心波長として1310、DWDM では正確なチャネル）、コンプライアンスまたはアプリケーションコード（LR4 か CWDM4 か FR4 か）、そして波長可変モジュールでは、波長可変ページにあるチャネルグリッドと現在のチャネルです。DDM 画面のレーンごとの DDM は、内部の各レーザーを個別に表示します。レーザー温度と TEC 電流は、モジュールがそれらを報告する場合に表示されます。

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