Centrum danych stało się motorem współczesnego życia; rosnąca liczba informacji sieciowych jest przesyłana i przechowywana z dużą prędkością przez centrum danych. Większość połączeń w centrum danych jest krótkich, o długości od kilku do kilkuset metrów. W tej krótkiej i szybkiej transmisji danych,wielomodowy moduł światłowodowy i optyczny z VCSELjako podstawowe urządzenie są szeroko stosowane. W porównaniu ze schematem transmisji jednomodowej, schemat wielomodowy przyjmuje tani laser o małej mocy, aby zrealizować szybkie i wydajne sprzężenie między światłowodem a laserem. Światłowód wielomodowy może osiągnąć wyższą szybkość transmisji lub większą odległość transmisji niż kabel miedziany i niższy koszt niż system światłowodowy jednomodowy. Obecnie szybkość połączenia wewnętrznego centrum danych jest już taka sama100Gb/s, a wkrótce spodziewana jest prędkość 400 Gbit/s. Branża opracowuje nowy światłowód wielomodowy, aby poprawić jego wydajność, w tym WDM w pojedynczym włóknie. Światłowód wielomodowy o długich falach obsługuje większą odległość transmisji. Ponadto, aby obsługiwać zminiaturyzowane połączenia o dużej gęstości, poprawić stopień wykorzystania przestrzeni, efektywność rozpraszania ciepła i efektywność zarządzania kablami w centrum danych, opracowano i szybko wdrożono światłowód wielomodowy o odporności na zginanie. W tym artykule omówiono trend rozwojowy światłowodu wielomodowego obsługującego moduł optyczny o dużej szybkości, łącząc zasadę techniczną światłowodu wielomodowego i ewolucję technologii modułów optycznych.
1. Technologia światłowodów wielomodowych i scenariusze zastosowań
Rozwój przetwarzania w chmurze sprzyjał rozwojowi bardzo dużych centrów danych, generując w ten sposób odmienne trendy rozwojowe niż tradycyjne korporacyjne centra danych. Niezależnie od tego, czy w kraju, czy za granicą, ewolucja szybkości portów serwerów przez użytkowników VLCC z usługami przetwarzania w chmurze jest oczywiście szybsza niż w przypadku tradycyjnych korporacyjnych centrów danych. Tradycyjne przedsiębiorstwa będą stale korzystać z wielomodowego światłowodu OM4, a ponad 90 procent długości łącza systemowego to mniej niż 100 m.
Użytkownicy bardzo dużych centrów danych częściej wybierają światłowód jednomodowy, a 70 procent długości łącza systemowego to ponad 100 m. Rozwój bardzo dużych centrów danych poprawił stopień wykorzystania światłowodu jednomodowego, ale światłowód wielomodowy nadal ma swoje wyjątkowe zalety. Korzyści te obejmują dostępność tańszych modułów optycznych, mniejsze zużycie energii i odległości transmisji, które obejmują większość łączy w centrum danych, dzięki czemu rozwiązania oparte na światłowodach wielomodowych i wielomodowych modułach optycznych pozostają atrakcyjne dla klientów.
2. Przepustowość światłowodu wielomodowego 850 nm
W odróżnieniu od systemu jednomodowego, odległość i szybkość transmisji w systemie wielomodowym są ograniczone przez przepustowość światłowodu wielomodowego. Przepustowość modu światłowodu wielomodowego musi zostać zwiększona, aby obsłużyć większą odległość systemu o dużej szybkości.
Wraz z rozwojem projektowania i produkcji włókien, przepustowość światłowodu wielomodowego została znacznie poprawiona. Światłowód wielomodowy 62,5 μm ma wysoką aperturę numeryczną i duży rdzeń światłowodu, który może łączyć źródło światła z diodami elektroluminescencyjnymi (LED) we włóknie i obsługiwać transmisję danych na odległość 2 km z szybkością 10 Mbit/s lub nawet 100 Mbit/ S. Wraz z rozwojem standardu Ethernet i taniego VCSEL 850nm, światłowód wielomodowy o średnicy rdzenia 50 mikronów jest coraz bardziej popularny na rynku. Światłowód ma niższą dyspersję modów i większą przepustowość, a rozmiar plamki VCSEL i apertura numeryczna są mniejsze niż w przypadku diod LED, co pozwala na łatwe połączenie lasera w 50-mikronowy światłowód. Optymalizując proces produkcji światłowodu i stosując zaawansowaną technologię kontroli współczynnika załamania światła, światłowód wielomodowy 50 μm rozwinął się z OM2(500 MHz*Km) do OM3(2 000 MHz*Km), a obecnie rozwinął się do OM4({ {17}} MHz*Km).
W przypadku systemu wielomodowego wykorzystującego 850 nm VCSEL dalsze zwiększanie przepustowości światłowodu wielomodowego OM4 nie może sprawić, że moduł optyczny będzie transmitował dalej, ponieważ przepustowość systemu zależy od kombinacji efektywnej przepustowości modowej światłowodu i dyspersji ( co jest związane z szerokością linii widmowej lasera VCSEL i długością fali światłowodu). Jeśli przepustowość systemu musi zostać zwiększona, oprócz efektywnej przepustowości modowej światłowodu, należy zoptymalizować wartość dyspersji. Można to osiągnąć, stosując światłowód wielomodowy z opóźnieniem różnicowym (DMD) w celu skompensowania częściowej dyspersji lub stosując węższą linię o długości 850 nm VCSEL lub pracując w obszarze dłuższych fal z mniejszą dyspersją.
Maksymalny względny współczynnik załamania światła rdzenia włókna wpływa również na maksymalną szerokość pasma. Kiedy wydajność rdzenia spada z 1 procenta do 0,75 procenta, przepustowość podwaja się. Jednak zmniejszenie rdzenia światłowodu zwiększy straty na zginaniu, dlatego konieczna jest optymalizacja projektu struktury włókna, aby poprawić jego wydajność zginania.
3. Światłowód wielomodowy niewrażliwy na zginanie
W zastosowaniach w centrach danych coraz szerzej stosuje się niewrażliwe na zginanie światłowody wielomodowe, które mogą zoptymalizować konstrukcję światłowodu, sprzętu i sprzętu, aby zaoszczędzić więcej miejsca, mieć lepszą wydajność chłodzenia oraz wygodniejsze połączenia i zarządzanie kablami. Rdzeń ma stopniowany indeks, a okładzina ma rowek o niskim indeksie. Rowek zmniejsza moc optyczną w płaszczu i może zapobiegać wyciekom sygnałów optycznych, poprawiając w ten sposób parametry zginania światłowodu. Konstrukcja światłowodu optymalizuje rozmiar rdzenia i rowka światłowodu oraz zapewnia równowagę między wydajnością gięcia a kompatybilnością ze standardowym światłowodem wielomodowym. Dzięki rozsądnej konstrukcji rdzenia światłowodowego i rowka, światłowód wielomodowy może osiągnąć poziom OM4 o wysokiej przepustowości i niskich stratach na zginaniu. Straty przy zginaniu w skali makro światłowodu wielomodowego niewrażliwego na zginanie są ponad 10 razy niższe niż w przypadku konwencjonalnego standardowego włókna wielomodowego.
