Центърът за данни се превърна в двигателя на съвременния живот; нарастващата мрежова информация се предава и съхранява с висока скорост през центъра за данни. Повечето от връзките в центъра за данни са къси, вариращи от няколко метра до няколкостотин метра. В тази комуникация с данни с малък обхват и висока скорост,многомодово влакно и оптичен модул с VCSELкато основно устройство са широко използвани. В сравнение с едномодовата схема на предаване, многомодовата схема използва евтин лазер с ниска мощност, за да реализира бързо и ефективно свързване между влакното и лазера. Многомодовото влакно може да постигне по-висока скорост на предаване или по-дълго разстояние на предаване от медния кабел и по-ниска цена от едномодовата влакнеста система. В момента скоростта на вътрешната връзка на центъра за данни вече е100Gbit/s, а 400Gbit/s се очаква скоро. Индустрията разработва ново многомодово влакно, за да подобри неговата производителност, включително WDM в единично влакно. Многомодовото влакно с дълги вълни поддържа по-дълго разстояние на предаване. В допълнение, за да се поддържа миниатюризирана връзка с висока плътност, да се подобри степента на използване на пространството, ефективността на разсейване на топлината и ефективността на управление на кабелите на центъра за данни, многомодовото влакно с устойчивост на огъване е разработено и внедрено бързо. В тази статия се обсъжда тенденцията на развитие на многомодовото влакно, поддържащо високоскоростен оптичен модул, като се комбинира техническият принцип на многомодовото влакно и еволюцията на технологията на оптичния модул.
1. Многомодова оптична технология и сценарии за приложение
Развитието на облачните изчисления насърчи развитието на супер големи центрове за данни, като по този начин генерира различни тенденции на развитие от традиционните корпоративни центрове за данни. Независимо дали е местно или международно, развитието на скоростта на сървърния порт от потребителите на VLCC с облачни изчислителни услуги е очевидно по-бързо от това на традиционните корпоративни центрове за данни. Традиционните предприятия постоянно ще използват многомодови OM4 влакна и повече от 90 процента от дължината на системната връзка е по-малка от 100 метра.
Потребителите на супер големи центрове за данни са по-склонни да изберат едномодово влакно, а 70 процента от дължината на системната връзка е над 100 метра. Развитието на супер големи центрове за данни подобри степента на използване на едномодовото влакно, но многомодовото влакно все още има своите уникални предимства. Тези предимства включват наличието на по-евтини оптични модули, по-ниска консумация на енергия и разстояния на предаване, които покриват повечето от връзките в центъра за данни, така че решенията, базирани на многомодови влакна и многомодови оптични модули, остават привлекателни за клиентите.
2. Ширина на честотната лента на 850 nm многомодово влакно
За разлика от едномодовата система, разстоянието и скоростта на предаване на многомодовата система са ограничени от честотната лента на многомодовото влакно. Ширината на честотната лента на режима на многомодовото влакно трябва да бъде увеличена, за да поддържа по-голямото разстояние на високоскоростната система.
С развитието на дизайна и производството на влакна, честотната лента на многомодовите влакна е значително подобрена. Многомодовото влакно от 62,5 μm има висока цифрова апертура и голяма сърцевина на влакното, което може да свърже светлинно-излъчващ диод (LED) източник на светлина във влакното и да поддържа предаване на данни от 2 km при скорост от 10 Mbit/s или дори 100 Mbit/ с. С развитието на Ethernet стандарта и евтиния 850nm VCSEL, многомодовото влакно с диаметър на сърцевината от 50 микрона е по-популярно на пазара. Влакното има по-ниска дисперсия на режима и по-висока честотна лента, а размерът на петното и числовата апертура на VCSEL са по-малки от светодиодите, което позволява лазерът лесно да бъде свързан към 50 микронно влакно. Чрез оптимизиране на процеса на производство на оптични влакна и възприемане на усъвършенствана технология за контрол на индекса на пречупване, 50μm многомодово оптично влакно се разви от OM2(500 MHz*Km) до OM3(2 000 MHz*Km) и сега се разви до OM4({ {17}} MHz*Km).
За многомодова система, използваща 850 nm VCSEL, по-нататъшното увеличаване на честотната лента на многомодовото влакно OM4 не може да накара оптичния модул да предава по-нататъшно разстояние, тъй като честотната лента на системата зависи от комбинацията от ефективната честотна лента на мода на влакното и дисперсията ( което е свързано с ширината на спектралната линия на VCSEL лазера и дължината на вълната на влакното). Ако честотната лента на системата трябва да се увеличи, в допълнение към ефективната широчина на честотната лента на влакното, стойността на дисперсията трябва да бъде оптимизирана. Това може да се постигне чрез използване на многомодово влакно с диференциално забавяне на режима (DMD) за компенсиране на частична дисперсия или чрез използване на по-тясна ширина на линията от 850nm VCSEL или работа в по-дълъг вълнов регион с по-ниска дисперсия.
Максималният относителен индекс на пречупване на сърцевината на влакното също влияе върху максималната честотна лента. Когато ядрото падне от 1 процент на 0.75 процента, честотната лента се удвоява. Въпреки това, намаляването на сърцевината на влакното ще увеличи загубата на огъване, така че е необходимо да се оптимизира дизайнът на структурата на влакното, за да се подобри неговата производителност на огъване.
3. Нечувствително на огъване многомодово влакно
В приложенията на центрове за данни все по-широко се използва нечувствително на огъване многомодово влакно, което може да оптимизира дизайна на оптичното влакно, хардуера и оборудването, за да спести повече място, да има по-добра ефективност на охлаждане и по-удобно свързване и управление на кабелите. Сърцевината е с градуиран индекс, а облицовката има жлеб с нисък индекс. Жлебът намалява оптичната мощност в обвивката и може да предотврати изтичането на оптични сигнали, като по този начин подобрява ефективността на огъване на влакното. Дизайнът на влакното оптимизира размера на сърцевината и канала на влакното и постига баланс между производителността на огъване и съвместимостта със стандартното многомодово влакно. Чрез разумен дизайн на сърцевината и жлеба на влакното, многомодовото влакно може да постигне ниво OM4 на висока честотна лента и ниска загуба при огъване. Макро загубата при огъване на нечувствителното на огъване многомодово влакно е повече от 10 пъти по-ниско от това на конвенционалното стандартно многомодово влакно.
