Datacenter er blevet motoren i det moderne liv; den stigende netværksinformation transmitteres og lagres med høj hastighed gennem datacentret. De fleste forbindelser i datacentret er korte, der spænder fra et par meter til et par hundrede meter. I disse korte rækkevidde og højhastighedsdatakommunikation,multimode fiber og optisk modul med VCSELsom kerneenheden er meget udbredt. Sammenlignet med single-mode-transmissionsskemaet, vedtager multi-mode-ordningen en lavpris- og laveffektlaser for at realisere hurtig og effektiv kobling mellem fiberen og laseren. Multi-mode fiber kan opnå højere transmissionshastighed eller længere transmissionsafstand end kobberkabel og lavere omkostninger end single-mode fibersystem. På nuværende tidspunkt er datacenterets interne forbindelseshastighed allerede100 Gbit/s, og 400 Gbit/s forventes snart. Industrien har udviklet ny multimode fiber for at forbedre dens ydeevne, herunder WDM i enkelt fiber. Langbølget multimode fiber understøtter længere transmissionsafstand. For at understøtte højdensitet, miniaturiseret forbindelse, forbedre pladsudnyttelsesgraden, varmeafledningseffektiviteten og kabelstyringseffektiviteten i datacenteret er multi-mode fiber med bøjningsmodstand blevet udviklet og implementeret hurtigt. I dette papir diskuteres udviklingstendensen for multimode fiber, der understøtter højhastigheds optisk modul ved at kombinere det tekniske princip for multimode fiber og udviklingen af optisk modulteknologi.
1. Multi-mode optisk fiberteknologi og anvendelsesscenarier
Udviklingen af cloud computing har fremmet udviklingen af superstore datacentre og har således genereret forskellige udviklingstendenser fra traditionelle virksomhedsdatacentre. Uanset om det er indenlandsk eller internationalt, er udviklingen af serverporthastigheden for brugerne af VLCC med cloud computing-tjenester naturligvis hurtigere end i traditionelle virksomhedsdatacentre. Traditionelle virksomheder vil støt bruge multi-mode OM4 fiber, og mere end 90 procent af systemforbindelsens længde er mindre end 100m.
Brugere af superstore datacentre er mere tilbøjelige til at vælge single-mode fiber, og 70 procent af systemets linklængde er over 100m. Udviklingen af superstore datacentre har forbedret udnyttelsesgraden af single-mode fiber, men multi-mode fiber har stadig sine unikke fordele. Disse fordele omfatter tilgængeligheden af billigere optiske moduler, lavere strømforbrug og transmissionsafstande, der dækker de fleste links i datacentret, så løsninger baseret på multimode fiber og multimode optiske moduler forbliver attraktive for kunderne.
2. Båndbredde på 850 nm multimode fiber
Forskelligt fra single-mode-systemet er transmissionsafstanden og -hastigheden for multi-mode-systemet begrænset af båndbredden af multi-mode fiber. Tilstandsbåndbredden for multimode fiber skal øges for at understøtte den længere afstand af højhastighedssystem.
Med udviklingen af fiberdesign og -fremstilling er båndbredden af multimode fiber blevet væsentligt forbedret. Den 62,5 μm multimode fiber har en høj numerisk blænde og en stor fiberkerne, som kan koble lysemitterende diode (LED) lyskilde ind i fiberen og understøtte datatransmission på 2 km med en hastighed på 10 Mbit/s eller endda 100 Mbit/ s. Med udviklingen af Ethernet-standard og lavpris 850nm VCSEL er multi-mode fiber med kernediameter på 50 mikron fiber mere populær på markedet. Fiberen har lavere tilstandsspredning og højere båndbredde, og VCSEL's spotstørrelse og numeriske blænde er mindre end LED'er, hvilket gør det muligt for laseren nemt at blive koblet til en 50 mikron fiber. Ved at optimere fremstillingsprocessen for optiske fibre og anvende avanceret brydningsindekskontrolteknologi udviklede den 50μm multimode optiske fiber sig fra OM2(500 MHz*Km) til OM3(2 000 MHz*Km), og er nu udviklet til OM4({ {17}} MHz*Km).
For et multi-mode system, der bruger 850 nm VCSEL, kan en yderligere forøgelse af båndbredden af OM4 multi-mode fiber ikke få det optiske modul til at transmittere længere afstand, fordi systemets båndbredde afhænger af kombinationen af den effektive mode båndbredde af fiberen og dispersionen ( som er relateret til den spektrale linjebredde af VCSEL-laseren og bølgelængden af fiberen). Hvis systembåndbredden skal øges, skal spredningsværdien ud over fiberens effektive mode-båndbredde optimeres. Dette kan opnås ved at bruge differential mode delay (DMD) multimode fiber til at kompensere for delvis spredning, eller ved at bruge en smallere linjebredde på 850nm VCSEL eller arbejde i et længere bølgeområde med lavere spredning.
Det maksimale relative brydningsindeks for fiberkernen påvirker også den maksimale båndbredde. Når kernen falder fra 1 procent til 0,75 procent , fordobles båndbredden. Reduktion af fiberkernen vil dog øge bøjningstabet, så det er nødvendigt at optimere fiberstrukturdesignet for at forbedre bøjningsydelsen.
3. Bøjningsufølsom multimode fiber
I datacenterapplikationer er bøjningsufølsom multimode fiber mere og mere udbredt, hvilket kan optimere designet af optisk fiber, hardware og udstyr for at spare mere plads, have bedre køleeffektivitet og mere bekvem forbindelse og kabelstyring. Kernen er graderet indeks, og beklædningen har en lav indeks rille. Rillen reducerer den optiske effekt i beklædningen og kan forhindre lækage af optiske signaler og dermed forbedre fiberens bøjningsydelse. Fiberdesign optimerer kerne- og rillestørrelsen af fiberen og opnår en balance mellem bøjningsydelse og kompatibilitet med standard multimode fiber. Gennem et rimeligt design af fiberkerne og -rille kan multimode fiber opnå OM4-niveau med høj båndbredde og lavt bøjningstab. Makrobøjningstabet af bøjningsufølsom multimode fiber er mere end 10 gange lavere end for konventionel standard multimode fiber.
