Podatkovni center je postal motor sodobnega življenja; vse več omrežnih informacij se prenaša in shranjuje z veliko hitrostjo prek podatkovnega centra. Večina povezav v podatkovnem centru je kratkih in segajo od nekaj metrov do nekaj sto metrov. Pri teh kratkih in hitrih podatkovnih komunikacijahvečmodna vlakna in optični modul z VCSELkot jedro naprave se pogosto uporabljajo. V primerjavi s shemo prenosa z enim načinom, shema z več načini uporablja nizkocenovni laser z nizko porabo energije za doseganje hitre in učinkovite povezave med vlaknom in laserjem. Večmodna vlakna lahko dosežejo višjo hitrost prenosa ali daljšo prenosno razdaljo kot bakreni kabel in nižjo ceno kot enomodni sistem vlaken. Trenutno je stopnja notranje povezave podatkovnega centra že100 Gbit/s, kmalu pa se pričakuje 400 Gbit/s. Industrija razvija nova večmodna vlakna za izboljšanje njihove učinkovitosti, vključno z WDM v enojnem vlaknu. Dolgovalovno večmodno vlakno podpira daljšo razdaljo prenosa. Poleg tega je bilo za podporo miniaturiziranih povezav z visoko gostoto, izboljšanje stopnje izkoriščenosti prostora, učinkovitosti odvajanja toplote in učinkovitosti upravljanja kablov podatkovnega centra razvito in hitro uvedeno večmodovno vlakno z odpornostjo na upogibanje. V tem prispevku je obravnavan razvojni trend večmodnega vlakna, ki podpira visokohitrostni optični modul, s kombinacijo tehničnega principa večmodnega vlakna in razvoja tehnologije optičnega modula.
1. Večnačinovna tehnologija optičnih vlaken in scenariji uporabe
Razvoj računalništva v oblaku je spodbudil razvoj super velikih podatkovnih centrov in tako ustvaril drugačne razvojne trende od tradicionalnih poslovnih podatkovnih centrov. Ne glede na to, ali je domača ali mednarodna, je razvoj hitrosti strežniških vrat pri uporabnikih VLCC s storitvami računalništva v oblaku očitno hitrejši kot pri tradicionalnih podatkovnih centrih podjetij. Tradicionalna podjetja bodo vztrajno uporabljala večmodna vlakna OM4 in več kot 90 odstotkov dolžine sistemske povezave je manj kot 100 m.
Uporabniki super velikih podatkovnih centrov bodo bolj verjetno izbrali enomodna vlakna in 70 odstotkov dolžine sistemske povezave je več kot 100 m. Razvoj super velikih podatkovnih centrov je izboljšal stopnjo izkoriščenosti enomodnega vlakna, vendar ima večmodno vlakno še vedno svoje edinstvene prednosti. Te prednosti vključujejo razpoložljivost cenejših optičnih modulov, nižjo porabo energije in prenosne razdalje, ki pokrivajo večino povezav v podatkovnem centru, zato rešitve, ki temeljijo na večmodnih vlaknih in večmodnih optičnih modulih, ostajajo privlačne za stranke.
2. Pasovna širina 850 nm večmodovnega vlakna
Za razliko od enomodnega sistema sta razdalja in hitrost prenosa večnačinovnega sistema omejeni s pasovno širino večnačinovnega vlakna. Pasovno širino načina večmodnega vlakna je treba povečati, da podpira daljšo razdaljo hitrega sistema.
Z razvojem oblikovanja in proizvodnje vlaken se je pasovna širina večmodnega vlakna močno izboljšala. Večmodovno vlakno 62,5 μm ima visoko numerično odprtino in veliko jedro vlakna, ki lahko poveže svetlobni vir svetleče diode (LED) v vlakno in podpira prenos podatkov 2 km s hitrostjo 10 Mbit/s ali celo 100 Mbit/s. s. Z razvojem standarda Ethernet in nizkocenovnega 850nm VCSEL so večmodna vlakna s premerom jedra 50 mikronov bolj priljubljena na trgu. Vlakno ima nižjo disperzijo načina in večjo pasovno širino, velikost točke in numerična apertura VCSEL pa sta manjši od LED, kar omogoča enostavno spajanje laserja v 50 mikronsko vlakno. Z optimizacijo postopka izdelave optičnih vlaken in sprejetjem napredne tehnologije nadzora lomnega količnika se je večmodno optično vlakno 50 μm razvilo iz OM2 (500 MHz*Km) v OM3 (2 000 MHz*Km) in se zdaj razvilo v OM4({ {17}} MHz*Km).
Za večnačinovni sistem, ki uporablja 850 nm VCSEL, nadaljnje povečanje pasovne širine večnačinovnega vlakna OM4 ne more povzročiti prenosa optičnega modula na nadaljnjo razdaljo, ker je sistemska pasovna širina odvisna od kombinacije efektivne pasovne širine načina vlakna in disperzije ( ki je povezana s spektralno širino črte laserja VCSEL in valovno dolžino vlakna). Če je treba sistemsko pasovno širino povečati, je treba poleg efektivne pasovne širine vlakna optimizirati tudi disperzijsko vrednost. To je mogoče doseči z uporabo večmodnega vlakna z diferencialno zakasnitvijo (DMD) za kompenzacijo delne disperzije ali z uporabo ožje črte širine 850 nm VCSEL ali z delom v daljšem valovnem območju z manjšo disperzijo.
Največji relativni lomni količnik jedra vlakna vpliva tudi na največjo pasovno širino. Ko jedro pade z 1 odstotka na 0,75 odstotka, se pasovna širina podvoji. Vendar pa bo zmanjšanje jedra vlakna povečalo izgubo pri upogibanju, zato je treba optimizirati zasnovo strukture vlaken, da bi izboljšali njegovo upogibno zmogljivost.
3. Večmodno vlakno, neobčutljivo na upogibanje
V aplikacijah podatkovnih centrov se vse pogosteje uporablja na upogibanje neobčutljiva večmodna vlakna, ki lahko optimizirajo zasnovo optičnih vlaken, strojne opreme in opreme, da prihranijo več prostora, imajo boljšo učinkovitost hlajenja in bolj priročno povezavo in upravljanje kablov. Jedro ima stopnjevani indeks, obloga pa ima utor z nizkim indeksom. Utor zmanjša optično moč v ovoju in lahko prepreči uhajanje optičnih signalov ter tako izboljša upogibno zmogljivost vlakna. Zasnova vlaken optimizira velikost jedra in utora vlakna ter doseže ravnovesje med zmogljivostjo upogibanja in združljivostjo s standardnimi večmodnimi vlakni. Z razumno zasnovo jedra in utora vlakna lahko večmodno vlakno doseže raven OM4 z visoko pasovno širino in nizko izgubo pri upogibanju. Makro upogibna izguba večmodnega vlakna, neobčutljivega na upogibanje, je več kot 10-krat manjša kot pri običajnem standardnem večmodovnem vlaknu.
