Datacenter is de motor van het moderne leven geworden; de toenemende netwerkinformatie wordt met hoge snelheid verzonden en opgeslagen via het datacenter. De meeste verbindingen binnen het datacenter zijn kort, variërend van enkele meters tot enkele honderden meters. In deze datacommunicatie op korte afstand en hoge snelheid,multimode glasvezel en optische module met VCSELaangezien het kernapparaat wijd wordt gebruikt. Vergeleken met het single-mode transmissieschema, gebruikt het multi-mode schema een goedkope en energiezuinige laser om een snelle en efficiënte koppeling tussen de vezel en de laser te realiseren. Multi-mode glasvezel kan een hogere transmissiesnelheid of langere transmissieafstand bereiken dan koperen kabel en lagere kosten dan single-mode glasvezelsysteem. Op dit moment is de interne verbindingssnelheid van het datacenter al100 Gbit/sec, en binnenkort wordt 400Gbit/s verwacht. De industrie heeft nieuwe multimode-vezels ontwikkeld om de prestaties te verbeteren, waaronder WDM in enkele vezel. Multimode glasvezel met lange golven ondersteunt een langere transmissieafstand. Om een geminiaturiseerde verbinding met hoge dichtheid te ondersteunen, de bezettingsgraad van de ruimte, de efficiëntie van de warmteafvoer en de efficiëntie van het kabelbeheer van het datacenter te verbeteren, is bovendien multi-mode glasvezel met buigweerstand ontwikkeld en snel geïmplementeerd. In dit artikel wordt de ontwikkelingstrend van multimode glasvezel die een snelle optische module ondersteunt, besproken door het technische principe van multimode glasvezel te combineren met de evolutie van optische moduletechnologie.
1. Multi-mode glasvezeltechnologie en toepassingsscenario's
De ontwikkeling van cloud computing heeft de ontwikkeling van supergrote datacenters bevorderd, waardoor andere ontwikkelingstrends zijn ontstaan dan bij traditionele bedrijfsdatacenters. Of het nu nationaal of internationaal is, de evolutie van de serverpoortsnelheid door de gebruikers van VLCC met cloud computing-services is duidelijk sneller dan die van traditionele bedrijfsdatacenters. Traditionele ondernemingen zullen gestaag multi-mode OM4-glasvezel gebruiken en meer dan 90 procent van de systeemverbindingslengte is minder dan 100 meter.
Gebruikers van supergrote datacenters kiezen vaker voor single-mode glasvezel, en 70 procent van de systeemlinklengte is meer dan 100 meter. De ontwikkeling van supergrote datacenters heeft de bezettingsgraad van single-mode glasvezel verbeterd, maar multi-mode glasvezel heeft nog steeds zijn unieke voordelen. Deze voordelen omvatten de beschikbaarheid van goedkopere optische modules, een lager stroomverbruik en transmissieafstanden die de meeste links in het datacenter dekken, zodat oplossingen op basis van multimode glasvezel en multimode optische modules aantrekkelijk blijven voor klanten.
2. Bandbreedte van 850 nm multimode glasvezel
Anders dan bij het single-mode systeem, worden de transmissieafstand en -snelheid van het multi-mode systeem beperkt door de bandbreedte van de multi-mode vezel. De modusbandbreedte van multimode glasvezel moet worden vergroot om de langere afstand van een hogesnelheidssysteem te ondersteunen.
Met de ontwikkeling van vezelontwerp en -productie is de bandbreedte van multimode glasvezel aanzienlijk verbeterd. De multimode-vezel van 62,5 μm heeft een hoge numerieke apertuur en een grote vezelkern, die een lichtbron met een lichtemitterende diode (LED) in de vezel kan koppelen en gegevensoverdracht van 2 km kan ondersteunen met een snelheid van 10 Mbit/s of zelfs 100 Mbit/ S. Met de ontwikkeling van de Ethernet-standaard en goedkope 850nm VCSEL, is multi-mode glasvezel met een kerndiameter van 50 micron vezel populairder in de markt. De vezel heeft een lagere modusdispersie en een hogere bandbreedte, en de spotgrootte en numerieke apertuur van de VCSEL zijn kleiner dan die van LED's, waardoor de laser gemakkelijk kan worden gekoppeld tot een vezel van 50 micron. Door het productieproces van optische vezels te optimaliseren en geavanceerde brekingsindexcontroletechnologie toe te passen, ontwikkelde de 50μm multimode optische vezel zich van OM2(500 MHz*Km) tot OM3(2 000 MHz*Km), en heeft zich nu ontwikkeld tot OM4({ {17}} MHz*Km).
Voor een multi-mode systeem dat 850 nm VCSEL gebruikt, kan het verder vergroten van de bandbreedte van OM4 multi-mode glasvezel er niet voor zorgen dat de optische module grotere afstanden verzendt, omdat de systeembandbreedte afhangt van de combinatie van de effectieve modusbandbreedte van de vezel en de dispersie ( die verband houdt met de spectrale lijnbreedte van de VCSEL-laser en de golflengte van de vezel). Als de systeembandbreedte moet worden vergroot, moet naast de effectieve modusbandbreedte van de vezel ook de dispersiewaarde worden geoptimaliseerd. Dit kan worden bereikt door gebruik te maken van DMD-multimode-vezel (differential mode delay) om gedeeltelijke dispersie te compenseren, of door een smallere lijnbreedte van 850 nm VCSEL te gebruiken of door in een langer golfgebied met lagere dispersie te werken.
De maximale relatieve brekingsindex van de vezelkern heeft ook invloed op de maximale bandbreedte. Wanneer de kern daalt van 1 procent naar 0.75 procent , verdubbelt de bandbreedte. Het verkleinen van de vezelkern zal echter het buigverlies vergroten, dus het is noodzakelijk om het ontwerp van de vezelstructuur te optimaliseren om de buigprestaties te verbeteren.
3. Buiging-ongevoelige multimode vezel
In datacentertoepassingen wordt buigongevoelige multimode-vezel meer en meer gebruikt, wat het ontwerp van optische vezels, hardware en apparatuur kan optimaliseren om meer ruimte te besparen, een betere koelefficiëntie en handiger verbindings- en kabelbeheer te hebben. De kern is gesorteerde index en de bekleding heeft een groef met lage index. De groef vermindert het optische vermogen in de bekleding en kan het lekken van optische signalen voorkomen, waardoor de buigprestaties van de vezel worden verbeterd. Vezelontwerp optimaliseert de kern- en groefgrootte van de vezel en bereikt een balans tussen buigprestaties en compatibiliteit met standaard multimode-vezel. Door een redelijk ontwerp van vezelkern en -groef, kan multimode vezel het OM4-niveau van hoge bandbreedte en laag buigverlies bereiken. Het macro-buigverlies van buigongevoelige multimode-vezel is meer dan 10 keer lager dan dat van conventionele standaard multimode-vezel.
