Centrul de date a devenit motorul vieții moderne; informația din rețea din ce în ce mai mare este transmisă și stocată la viteză mare prin centrul de date. Majoritatea conexiunilor din centrul de date sunt scurte, variind de la câțiva metri la câteva sute de metri. În aceste comunicații de date scurte și de mare viteză,fibră multimodală și modul optic cu VCSELdeoarece dispozitivele de bază sunt utilizate pe scară largă. În comparație cu schema de transmisie cu un singur mod, schema multimodă adoptă un laser cu costuri reduse și de putere redusă pentru a realiza o cuplare rapidă și eficientă între fibră și laser. Fibra multimodală poate obține o rată de transmisie mai mare sau o distanță de transmisie mai mare decât cablul de cupru și un cost mai mic decât sistemul de fibră monomod. În prezent, rata de conectare internă a centrului de date este deja100 Gbit/s, iar 400 Gbit/s este de așteptat în curând. Industria a dezvoltat noi fibre multimodale pentru a-și îmbunătăți performanța, inclusiv WDM în fibră unică. Fibra multimod cu undă lungă acceptă distanțe de transmisie mai lungi. În plus, pentru a sprijini o conexiune miniaturizată de înaltă densitate, a îmbunătăți rata de utilizare a spațiului, eficiența disipării căldurii și eficiența gestionării cablurilor a centrului de date, fibra multimodală cu rezistență la îndoire a fost dezvoltată și implementată rapid. În această lucrare, tendința de dezvoltare a fibrei multimodale care suportă modulul optic de mare viteză este discutată prin combinarea principiului tehnic al fibrei multimodale și evoluția tehnologiei modulelor optice.
1. Tehnologia fibrelor optice multimodale și scenarii de aplicare
Dezvoltarea cloud computing-ului a promovat dezvoltarea centrelor de date super-mari, generând astfel tendințe de dezvoltare diferite față de centrele de date tradiționale ale întreprinderilor. Indiferent dacă este națională sau internațională, evoluția ratei portului de server de către utilizatorii VLCC cu servicii de cloud computing este evident mai rapidă decât cea a centrelor de date tradiționale ale întreprinderilor. Întreprinderile tradiționale vor folosi în mod constant fibră OM4 multi-mode, iar mai mult de 90% din lungimea conexiunii de sistem este mai mică de 100 m.
Utilizatorii centrelor de date foarte mari au mai multe șanse să aleagă fibră monomod, iar 70% din lungimea conexiunii de sistem este de peste 100 m. Dezvoltarea centrelor de date super-mari a îmbunătățit rata de utilizare a fibrei monomode, dar fibra multimodă are încă avantajele sale unice. Aceste avantaje includ disponibilitatea modulelor optice cu costuri reduse, consum mai mic de energie și distanțe de transmisie care acoperă majoritatea legăturilor din centrul de date, astfel încât soluțiile bazate pe fibră multimodală și module optice multimode rămân atractive pentru clienți.
2. Lățimea de bandă a fibrei multimodale de 850 nm
Spre deosebire de sistemul monomod, distanța și rata de transmisie a sistemului multimod sunt limitate de lățimea de bandă a fibrei multimod. Lățimea de bandă de mod a fibrei multimode trebuie mărită pentru a suporta distanța mai mare a sistemului de mare viteză.
Odată cu dezvoltarea designului și producției de fibre, lățimea de bandă a fibrei multimode a fost mult îmbunătățită. Fibra multimodală de 62,5 μm are o deschidere numerică mare și un miez mare de fibră, care poate cupla sursa de lumină cu diode emițătoare de lumină (LED) în fibră și poate suporta transmisia de date de 2 km la o rată de 10 Mbit/s sau chiar 100 Mbit/ s. Odată cu dezvoltarea standardului Ethernet și a VCSEL de 850 nm cu costuri reduse, fibra multimodă cu diametrul miezului de 50 de microni este mai populară pe piață. Fibra are o dispersie mai redusă a modului și o lățime de bandă mai mare, iar dimensiunea spotului VCSEL și deschiderea numerică sunt mai mici decât LED-urile, permițând laserului să fie ușor cuplat într-o fibră de 50 de microni. Prin optimizarea procesului de fabricare a fibrei optice și prin adoptarea tehnologiei avansate de control al indicelui de refracție, fibra optică multimodală de 50μm s-a dezvoltat de la OM2(500 MHz*Km) la OM3(2 000 MHz*Km), iar acum s-a dezvoltat la OM4({ {17}} MHz*Km).
Pentru un sistem multimod care utilizează 850 nm VCSEL, creșterea în continuare a lățimii de bandă a fibrei multimode OM4 nu poate face ca modulul optic să transmită o distanță mai mare, deoarece lățimea de bandă a sistemului depinde de combinația dintre lățimea de bandă a modului efectiv a fibrei și dispersia ( care este legat de lățimea liniei spectrale a laserului VCSEL și lungimea de undă a fibrei). Dacă lățimea de bandă a sistemului trebuie mărită, în plus față de lățimea de bandă în modul efectiv a fibrei, valoarea dispersiei trebuie optimizată. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea fibrei multimode cu întârziere în mod diferenţial (DMD) pentru a compensa dispersia parţială sau prin utilizarea unei lăţimi mai înguste a liniei de 850 nm VCSEL sau lucrând într-o regiune de undă mai lungă cu dispersie mai mică.
Indicele maxim de refracție relativ al miezului fibrei afectează și lățimea de bandă maximă. Când nucleul scade de la 1 la sută la 0,75 la sută , lățimea de bandă se dublează. Cu toate acestea, reducerea miezului de fibre va crește pierderea la îndoire, deci este necesar să se optimizeze designul structurii fibrei pentru a-și îmbunătăți performanța la îndoire.
3. Fibră multimodală insensibilă la îndoire
În aplicațiile centrului de date, fibra multimodă insensibilă la îndoire este din ce în ce mai utilizată, ceea ce poate optimiza designul fibrei optice, hardware și echipamente pentru a economisi mai mult spațiu, are o eficiență de răcire mai bună și o conexiune și un management al cablurilor mai convenabil. Miezul este gradat cu index, iar placarea are o canelură cu indice scăzut. Canelura reduce puterea optică din placare și poate preveni scurgerea semnalelor optice, îmbunătățind astfel performanța de îndoire a fibrei. Designul fibrei optimizează dimensiunea miezului și canelurii fibrei și realizează un echilibru între performanța de îndoire și compatibilitatea cu fibra multimodă standard. Prin proiectarea rezonabilă a miezului și canelurii fibrei, fibra multimodală poate atinge nivelul OM4 de lățime de bandă mare și pierderi reduse la îndoire. Pierderea de macro îndoire a fibrei multimode insensibile la îndoire este de peste 10 ori mai mică decât cea a fibrei multimode standard convenționale.
