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数据中心多模光纤技术及应用场景


多模光纤容许在同样纤芯內部同时传输多种多样方式(路径)的光,不同光以不一样的入射角进到到纤芯中,随后在纤芯与覆层中间持续反射开展传送。与光纤中心的光对比,以反射方法开展传送的光历经的具体路径更长,可能会导致他们抵达光纤接收端的時间略微增加。
与单模光纤较大的不一样就在于,多模光纤具备更大的直徑。更大的纤芯直徑代表,多模光纤能够适用好几个传送方式,尽管这造成其价钱高过单模光纤,可是单模光纤多选用固体激光二极管做为光源,而多模光纤多选用LED做为光源,显而易见前面一种的机器设备比后面一种的机器设备更价格昂贵,造成应用多模光纤的成本费远低于应用单模光纤的成本费,加上,在较短距离光传送标准下,尤其是局域网络走线环境中,多模光纤与单模光纤的运行状态同样良好,因此在成本费优点的促进下,多模光纤更合适用在大数据中心基本建设。


01
多模光纤技术性及应用领域



 

云计算技术的发展趋势推动了集成电路工艺大数据中心的发展趋势,进而造成了和传统式公司大数据中心不一样的发展趋向。不论是中国還是全球,云计算技术业务流程主导的集成电路工艺大数据中心客户对服务器端口速度的演变显著快过传统式公司大数据中心。传统式公司将平稳的应用多组模组OM4光纤,且90%左右的系统软件外链长短低于100m。
而集成电路工艺大数据中心客户则大量的挑选单模光纤,70%的系统软件外链长短超出100m。
集成电路工艺大数据中心的发展趋势提升了单模光纤的利用率,但多模光纤仍有其与众不同的优点。这种优点包含:可应用更成本低的光模块,更低的功率,并且传送间距可遮盖大数据中心内绝大多数的外链,因而根据多模光纤和多组模组光模块的解决方法对顾客仍具备较强的诱惑力。


02
850 nm多模光纤的网络带宽



 
与多模系统软件不一样的是,多组模组系统软件的传送间距和速度遭受多模光纤的网络带宽的限定。为适用高速率系统软件传送很远的间距,必须提升多模光纤的方式网络带宽。多模光纤的设计方案一般选用渐变色折射率的 模型以降低方式群时延,保持高带宽:
在其中,r0为纤芯半经,为纤芯相对性折射率转变的最高值,能够表达以下:
在其中,n0为纤芯的中心折射率,n1为绝缘层的折射率。
挑选适合的值,多模光纤的方式网络带宽能够在必须光波长范围之内开展提升。图3为50 µm多模光纤在850 nm光波长 值转变1%时的网络带宽遍布,光纤的 值在最好部位时,网络带宽值超出13 GHz.km。该图也体现出多模光纤的网络带宽对值十分比较敏感,如保持较大的网络带宽,必须对值(纤芯折射率)开展十分细致的操纵,不然纤芯模型在生产制造全过程中的不同缺点会影响多模光纤的具体网络带宽。
随之光纤设计方案和生产制造加工工艺层面的发展,多模光纤的网络带宽获得了大幅度提高。表1为不一样种类的规范多模光纤,62.5 µm的多模光纤具备较高的数值孔径和很大的纤芯,可将led二极管光源(LED)藕合进光纤,适用10 Mbit/s甚至100 Mbit/s的速度下2 km的传输数据。随之以太网接口规范和成本低的850 nm VCSEL的发展趋势,芯径为50 µm光纤的多模光纤更受销售市场热烈欢迎。该光纤具备更低的方式色折和更高的网络带宽,且VCSEL的光点规格和数值孔径比LED更小,能够便捷地将激光器藕合到50 µm光纤中。根据提升光纤生产制造加工工艺,选用优秀的折射率控制系统,50 µm多模光纤从OM2(500 MHz.km)发展趋势至OM3(2 000 MHz.km),如今已发展趋势为OM4(4 700 MHz.km)。
针对应用850 nm VCSEL的多组模组系统软件,全面提高OM4多模光纤的网络带宽并不可以使光模块传送很远的间距,由于系统软件网络带宽在于光纤的合理方式网络带宽和色折(与VCSEL激光发生器的谱线宽度及光纤光波长有关)的综合性功效。如必须提升系统软件网络带宽,除开光纤的合理方式网络带宽外,还必须提升色折值。这能够根据的差分信号方式延迟(DMD)多模光纤赔偿一部分色折,还可以应用更窄图形界限的850 nm VCSEL或工作中在色折更低的长波地区。
纤芯的较大相对性折射率对较大网络带宽也是影响。由于网络带宽与正比,如图所示4图示当纤芯从1%降到0.75%时,网络带宽将会翻倍。但减少纤芯会增加弯折耗损,必须根据提升光纤总体设计来改进其弯折特性。


03
弯折不敏感多模光纤



 
大数据中心的运用中,弯折不敏感多模光纤的应用愈来愈普遍,它能够可靠性设计光缆、硬件配置和机器设备,以节省大量的室内空间、具备更强的水冷却高效率及其更便捷的联接和电缆线管理方法。图5为1个弯折不比较敏感多模光纤的折射率模型设计方案。纤芯为渐变色折射率,绝缘层有个低折射率管沟。管沟减少了绝缘层内的光功率,能够防光信号的泄漏,进而改进光纤的弯折特性。光纤设计方案时优化学纤维芯和管沟规格,在弯折特性及与规范多模光纤的兼容模式中间获得均衡。根据有效设计方案纤芯和管沟,多模光纤能够保持OM4级別的高带宽和低弯折耗损。图6图示为850 nm处测出的弯折耗损比照,弯折不比较敏感多模光纤的宏弯耗损比基本规范多模光纤低了10倍左右。


04
下代多模光纤的发展趋势



 
现阶段850 nm多模光纤的方式网络带宽最大的是OM4光纤,可适用100G系统软件100米的传送。如全面提高方式网络带宽,则必须更加细致的操纵折射率遍布,这对生产工艺流程明确提出了更高规定,并且对商品的合格率有很大影响。与此同时,系统软件总网络带宽遭受光纤方式网络带宽和光纤色散的两层面要素限定,单一化提升方式网络带宽系统对传送特性改进不足。这由于受现阶段应用的VCSEL的图形界限影响,多模光纤色折变成影响速度和外链间距最关键的限定要素。假如要提升系统软件传速度或传送间距,一般能够选用二种方式:应用单模光纤和多模激光发生器;或仍应用多模光纤,但选用更窄图形界限的激光发生器,以限定多模光纤的入射方式。这二种方法的缺陷是必须更价格昂贵的激光发生器,且光纤藕合全过程必须更高的对准精度,这将造成更高和光模块的成本费和联接成本费。因而必须改善多模光纤技术性来保持更高容和更远距离的传送。针对新式多模光纤的科学研究,关键集中化在下边好多个方位。


05
长波多模光纤



 
长波提升的高带宽多模光纤(980 nm/1 060 nm或1 310 nm)与光源融合(如长波VCSEL),是保持较远距离高速率传送的这种行得通计划方案。长波多模光纤系统软件保存了基本850 nm多模光纤低藕合耗损和易指向的优势,同时该光纤的色折和衰减系数值更低。如图所示7图示,光纤的色折和耗损随光波长转变,在1060 nm光波长处色折和耗损比850nm处均降低了一大半,在1310 nm处色折基本上为0,而耗损仅是850 nm处的20%。工作中于长波地区的低损耗低色折的多模光纤系统软件可保持更高的速度和更长的传送间距,近些年的一连串的试验結果也认证了这一依据:1310 nm的多模光纤融合1310 nm的硅光模块,保持了超出820 m的传送间距,1060nm多模光纤与1060 nm VCSEL激光发生器的融合保持了超出500m的传送(左右试验均为100G速度)。

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