Il data center è diventato il motore della vita moderna; le crescenti informazioni di rete vengono trasmesse e archiviate ad alta velocità attraverso il data center. La maggior parte delle connessioni all'interno del data center sono brevi, da pochi metri a poche centinaia di metri. In queste comunicazioni dati a corto raggio e ad alta velocità,fibra multimodale e modulo ottico con VCSELpoiché il dispositivo principale è ampiamente utilizzato. Rispetto allo schema di trasmissione monomodale, lo schema multimodale adotta un laser a basso costo e bassa potenza per realizzare un accoppiamento rapido ed efficiente tra la fibra e il laser. La fibra multimodale può raggiungere una velocità di trasmissione più elevata o una distanza di trasmissione più lunga rispetto al cavo in rame e un costo inferiore rispetto al sistema in fibra monomodale. Al momento, la velocità di connessione interna del data center è già100Gbit/sec, e 400 Gbit/s sono previsti a breve. L'industria ha sviluppato una nuova fibra multimodale per migliorarne le prestazioni, incluso il WDM in fibra singola. La fibra multimodale a onde lunghe supporta una distanza di trasmissione più lunga. Inoltre, al fine di supportare la connessione miniaturizzata ad alta densità, migliorare il tasso di utilizzo dello spazio, l'efficienza di dissipazione del calore e l'efficienza di gestione dei cavi del data center, la fibra multimodale con resistenza alla flessione è stata sviluppata e implementata rapidamente. In questo documento, viene discussa la tendenza allo sviluppo della fibra multimodale che supporta il modulo ottico ad alta velocità combinando il principio tecnico della fibra multimodale e l'evoluzione della tecnologia dei moduli ottici.
1. Tecnologia della fibra ottica multimodale e scenari applicativi
Lo sviluppo del cloud computing ha promosso lo sviluppo di data center di grandi dimensioni, generando così trend di sviluppo diversi rispetto ai data center aziendali tradizionali. Sia nazionale che internazionale, l'evoluzione della velocità delle porte del server da parte degli utenti di VLCC con servizi di cloud computing è ovviamente più rapida di quella dei tradizionali data center aziendali. Le aziende tradizionali utilizzeranno costantemente la fibra OM4 multimodale e oltre il 90 percento della lunghezza del collegamento di sistema è inferiore a 100 m.
È più probabile che gli utenti di data center di grandi dimensioni scelgano la fibra monomodale e il 70% della lunghezza del collegamento del sistema supera i 100 m. Lo sviluppo di data center di grandi dimensioni ha migliorato il tasso di utilizzo della fibra monomodale, ma la fibra multimodale ha ancora i suoi vantaggi unici. Questi vantaggi includono la disponibilità di moduli ottici a basso costo, un minore consumo energetico e distanze di trasmissione che coprono la maggior parte dei collegamenti nel data center, quindi le soluzioni basate su fibra multimodale e moduli ottici multimodali rimangono interessanti per i clienti.
2. Larghezza di banda della fibra multimodale da 850 nm
A differenza del sistema monomodale, la distanza e la velocità di trasmissione del sistema multimodale sono limitate dalla larghezza di banda della fibra multimodale. La larghezza di banda della modalità della fibra multimodale deve essere aumentata per supportare la maggiore distanza del sistema ad alta velocità.
Con lo sviluppo della progettazione e della produzione di fibre, la larghezza di banda della fibra multimodale è stata notevolmente migliorata. La fibra multimodale da 62,5 μm ha un'elevata apertura numerica e un grande nucleo in fibra, che può accoppiare la sorgente luminosa a diodi a emissione di luce (LED) nella fibra e supportare la trasmissione dati di 2 km a una velocità di 10 Mbit/s o anche 100 Mbit/ S. Con lo sviluppo dello standard Ethernet e del VCSEL a 850 nm a basso costo, la fibra multimodale con diametro del nucleo di 50 micron è più popolare sul mercato. La fibra ha una dispersione di modalità inferiore e una maggiore larghezza di banda, e la dimensione dello spot e l'apertura numerica del VCSEL sono inferiori a quelle dei LED, consentendo al laser di essere facilmente accoppiato in una fibra da 50 micron. Ottimizzando il processo di produzione della fibra ottica e adottando la tecnologia avanzata di controllo dell'indice di rifrazione, la fibra ottica multimodale da 50 μm si è sviluppata da OM2 (500 MHz*Km) a OM3 (2 000 MHz*Km) e ora si è sviluppata in OM4 ({ {17}} MHz*Km).
Per un sistema multimodale che utilizza 850 nm VCSEL, l'ulteriore aumento della larghezza di banda della fibra multimodale OM4 non può far sì che il modulo ottico trasmetta una distanza maggiore, poiché la larghezza di banda del sistema dipende dalla combinazione della larghezza di banda della modalità effettiva della fibra e della dispersione ( che è correlata alla larghezza della linea spettrale del laser VCSEL e alla lunghezza d'onda della fibra). Se è necessario aumentare la larghezza di banda del sistema, oltre all'effettiva larghezza di banda della fibra, è necessario ottimizzare il valore di dispersione. Ciò può essere ottenuto utilizzando una fibra multimodale DMD (Differential Mode Delay) per compensare la dispersione parziale, o utilizzando una larghezza di linea più stretta di 850 nm VCSEL o lavorando in una regione di onde più lunghe con dispersione inferiore.
L'indice di rifrazione relativo massimo del nucleo della fibra influisce anche sulla larghezza di banda massima. Quando il core scende dall'1 percento al 0,75 percento , la larghezza di banda raddoppia. Tuttavia, la riduzione del nucleo della fibra aumenterà la perdita di flessione, quindi è necessario ottimizzare il design della struttura della fibra per migliorarne le prestazioni di flessione.
3. Fibra multimodale insensibile alla flessione
Nelle applicazioni del data center, la fibra multimodale insensibile alla flessione è sempre più ampiamente utilizzata, che può ottimizzare la progettazione di fibra ottica, hardware e apparecchiature per risparmiare più spazio, avere una migliore efficienza di raffreddamento e una connessione più conveniente e una gestione dei cavi. Il nucleo è a indice graduato e il rivestimento ha una scanalatura a basso indice. La scanalatura riduce la potenza ottica nel rivestimento e può impedire la fuoriuscita di segnali ottici, migliorando così le prestazioni di flessione della fibra. Il design della fibra ottimizza le dimensioni del nucleo e della scanalatura della fibra e raggiunge un equilibrio tra prestazioni di flessione e compatibilità con la fibra multimodale standard. Attraverso un design ragionevole del nucleo e della scanalatura della fibra, la fibra multimodale può raggiungere il livello OM4 di larghezza di banda elevata e bassa perdita di flessione. La macro perdita di flessione della fibra multimodale insensibile alla flessione è più di 10 volte inferiore a quella della fibra multimodale standard convenzionale.
