Data centar je postao motor modernog života; sve veće informacije o mreži se prenose i pohranjuju velikom brzinom kroz data centar. Većina veza unutar data centra je kratka, u rasponu od nekoliko metara do nekoliko stotina metara. U ovoj komunikaciji podataka kratkog dometa i velike brzine,multimode fiber i optički modul sa VCSELkao osnovni uređaj se široko koriste. U poređenju sa jednomodnom šemom prenosa, višemodna šema usvaja jeftin laser sa malom snagom kako bi se ostvarilo brzo i efikasno spajanje između vlakna i lasera. Višemodno vlakno može postići veću brzinu prijenosa ili veću udaljenost prijenosa od bakrenog kabela i nižu cijenu od jednomodnog sistema vlakana. Trenutno je interna brzina veze data centra već100Gbit/s, a uskoro se očekuje 400Gbit/s. Industrija razvija nova multimodna vlakna kako bi poboljšala svoje performanse, uključujući WDM u jednom vlaknu. Dugovalno multimodno vlakno podržava veću udaljenost prijenosa. Osim toga, da bi se podržala minijaturna veza visoke gustine, poboljšala stopa iskorišćenja prostora, efikasnost rasipanja toplote i efikasnost upravljanja kablovima u data centru, razvijeno je i brzo primenjeno višemodno vlakno sa otpornošću na savijanje. U ovom radu se razmatra trend razvoja multimodnih vlakana koja podržavaju optički modul velike brzine kombinovanjem tehničkog principa multimodnog vlakna i evolucije tehnologije optičkih modula.
1. Tehnologija višemodnih optičkih vlakana i scenariji primjene
Razvoj računarstva u oblaku je promovisao razvoj super velikih data centara, generišući tako različite trendove razvoja od tradicionalnih poslovnih centara podataka. Bilo da je domaća ili međunarodna, evolucija brzine portova servera od strane korisnika VLCC-a sa uslugama računarstva u oblaku je očigledno brža nego kod tradicionalnih poslovnih centara podataka. Tradicionalna preduzeća će stalno koristiti višemodna OM4 vlakna, a više od 90 posto dužine sistemske veze je manje od 100 m.
Korisnici super velikih data centara češće biraju single-mode fiber, a 70 posto dužine sistemske veze je preko 100 metara. Razvoj super velikih podatkovnih centara poboljšao je stopu iskorištenja jednomodnih vlakana, ali višemodna vlakna i dalje imaju svoje jedinstvene prednosti. Ove prednosti uključuju dostupnost jeftinijih optičkih modula, manju potrošnju energije i udaljenosti prijenosa koje pokrivaju većinu veza u podatkovnom centru, tako da rješenja bazirana na višemodnim vlaknima i višemodnim optičkim modulima ostaju privlačna kupcima.
2. Širina pojasa od 850 nm multimodnog vlakna
Za razliku od jednomodnog sistema, udaljenost i brzina prijenosa višemodnog sistema ograničeni su propusnim opsegom višemodnog vlakna. Propusnost moda multimodnog vlakna treba povećati kako bi se podržala veća udaljenost sistema velike brzine.
Sa razvojem dizajna i proizvodnje vlakana, širina pojasa višemodnih vlakana je znatno poboljšana. Višemodno vlakno od 62,5 μm ima visok numerički otvor i veliko jezgro vlakna, koje može spojiti diode koja emituje svjetlo (LED) u vlakno i podržati prijenos podataka od 2 km brzinom od 10 Mbit/s ili čak 100 Mbit/ s. Sa razvojem Ethernet standarda i jeftinog 850nm VCSEL-a, višemodno vlakno sa prečnikom jezgre od 50 mikrona je popularnije na tržištu. Vlakno ima nižu disperziju moda i veći propusni opseg, a veličina tačke i numerički otvor VCSEL-a su manji od LED dioda, što omogućava da se laser lako spoji u vlakno od 50 mikrona. Optimiziranjem procesa proizvodnje optičkih vlakana i usvajanjem napredne tehnologije kontrole indeksa prelamanja, 50μm multimod optičko vlakno razvilo se od OM2(500 MHz*Km) do OM3(2 000 MHz*Km), a sada se razvilo u OM4({ {17}} MHz*Km).
Za sistem sa više modova koji koristi 850 nm VCSEL, dalje povećanje propusnog opsega OM4 multimodnog vlakna ne može dovesti do toga da optički modul odašilje na većoj udaljenosti, jer propusni opseg sistema zavisi od kombinacije širine efektivnog moda vlakna i disperzije ( što je povezano sa širinom spektralne linije VCSEL lasera i talasnom dužinom vlakna). Ako je potrebno povećati propusni opseg sistema, pored efektivnog propusnog opsega vlakna, potrebno je optimizirati vrijednost disperzije. Ovo se može postići korištenjem višemodnog vlakna s diferencijalnim kašnjenjem (DMD) za kompenzaciju djelomične disperzije, ili korištenjem uže širine linije od 850 nm VCSEL ili radom u području dužih valova sa manjom disperzijom.
Maksimalni relativni indeks prelamanja jezgre vlakna također utiče na maksimalnu širinu pojasa. Kada jezgro padne sa 1 posto na 0.75 posto, propusnost se udvostručuje. Međutim, smanjenje jezgre vlakna će povećati gubitak savijanja, tako da je potrebno optimizirati dizajn strukture vlakana kako bi se poboljšale njegove performanse savijanja.
3. Višemodno vlakno neosjetljivo na savijanje
U aplikacijama centara podataka, višemodna vlakna koja nisu osjetljiva na savijanje se sve više koriste, koja mogu optimizirati dizajn optičkih vlakana, hardvera i opreme kako bi uštedjeli više prostora, imali bolju efikasnost hlađenja i praktičnije povezivanje i upravljanje kablovima. Jezgro je stepenovanog indeksa, a obloga ima žljeb s niskim indeksom. Utor smanjuje optičku snagu u omotaču i može spriječiti curenje optičkih signala, čime se poboljšava performanse savijanja vlakna. Dizajn vlakana optimizira veličinu jezgre i žljebova vlakna i postiže ravnotežu između performansi savijanja i kompatibilnosti sa standardnim multimodnim vlaknom. Kroz razuman dizajn jezgre i žljeba vlakna, multimodno vlakno može postići OM4 nivo visokog propusnog opsega i niskog gubitka savijanja. Gubitak makro savijanja multimodnog vlakna neosjetljivog na savijanje je više od 10 puta manji od onog kod konvencionalnog standardnog multimodnog vlakna.
