O data center tornou-se o motor da vida moderna; o aumento da informação da rede é transmitido e armazenado em alta velocidade através do centro de dados. A maioria das conexões dentro do data center são curtas, variando de alguns metros a algumas centenas de metros. Nesta comunicação de dados de curto alcance e alta velocidade,fibra multimodo e módulo óptico com VCSELcomo o dispositivo central são amplamente utilizados. Comparado com o esquema de transmissão monomodo, o esquema multimodo adota um laser de baixo custo e baixa potência para realizar um acoplamento rápido e eficiente entre a fibra e o laser. A fibra multimodo pode alcançar maior taxa de transmissão ou maior distância de transmissão do que o cabo de cobre e custo mais baixo do que o sistema de fibra monomodo. Atualmente, a taxa de conexão interna do data center já é100 Gbit/s, e 400 Gbit/s são esperados em breve. A indústria vem desenvolvendo novas fibras multimodo para melhorar seu desempenho, incluindo WDM em fibra única. A fibra multimodo de onda longa suporta distâncias de transmissão mais longas. Além disso, para suportar conexão miniaturizada de alta densidade, melhorar a taxa de utilização do espaço, a eficiência da dissipação de calor e a eficiência do gerenciamento de cabos do data center, a fibra multimodo com resistência à flexão foi desenvolvida e implantada rapidamente. Neste artigo, a tendência de desenvolvimento da fibra multimodo que suporta o módulo óptico de alta velocidade é discutida combinando o princípio técnico da fibra multimodo e a evolução da tecnologia do módulo óptico.
1. Tecnologia de fibra óptica multimodo e cenários de aplicação
O desenvolvimento da computação em nuvem promoveu o desenvolvimento de data centers supergrandes, gerando tendências de desenvolvimento diferentes dos data centers corporativos tradicionais. Seja nacional ou internacional, a evolução da taxa de porta do servidor pelos usuários do VLCC com serviços de computação em nuvem é obviamente mais rápida do que a dos data centers corporativos tradicionais. As empresas tradicionais usarão constantemente a fibra OM4 multimodo e mais de 90% do comprimento do link do sistema é inferior a 100 m.
Os usuários de data centers supergrandes têm maior probabilidade de escolher a fibra monomodo, e 70% do comprimento do link do sistema é superior a 100 m. O desenvolvimento de data centers supergrandes melhorou a taxa de utilização da fibra monomodo, mas a fibra multimodo ainda tem suas vantagens únicas. Essas vantagens incluem a disponibilidade de módulos ópticos de baixo custo, menor consumo de energia e distâncias de transmissão que cobrem a maioria dos links no data center, de modo que as soluções baseadas em fibra multimodo e módulos ópticos multimodo permanecem atraentes para os clientes.
2. Largura de banda de fibra multimodo de 850 nm
Diferente do sistema monomodo, a distância de transmissão e a taxa do sistema multimodo são limitadas pela largura de banda da fibra multimodo. A largura de banda do modo de fibra multimodo precisa ser aumentada para suportar a maior distância do sistema de alta velocidade.
Com o desenvolvimento do projeto e fabricação da fibra, a largura de banda da fibra multimodo melhorou bastante. A fibra multimodo de 62,5 μm possui uma alta abertura numérica e um grande núcleo de fibra, que pode acoplar a fonte de luz do diodo emissor de luz (LED) na fibra e suportar transmissão de dados de 2 km a uma taxa de 10 Mbit/s ou até 100 Mbit/ s. Com o desenvolvimento do padrão Ethernet e VCSEL de 850 nm de baixo custo, a fibra multimodo com diâmetro de núcleo de 50 mícrons é mais popular no mercado. A fibra tem menor dispersão de modo e maior largura de banda, e o tamanho do ponto do VCSEL e a abertura numérica são menores que os do LED, permitindo que o laser seja facilmente acoplado a uma fibra de 50 mícrons. Ao otimizar o processo de fabricação de fibra óptica e adotar tecnologia avançada de controle de índice de refração, a fibra óptica multimodo de 50μm evoluiu de OM2(500 MHz*Km) para OM3(2 000 MHz*Km) e agora evoluiu para OM4({ {17}} MHz*Km).
Para um sistema multimodo usando VCSEL de 850 nm, aumentar ainda mais a largura de banda da fibra multimodo OM4 não pode fazer o módulo óptico transmitir mais longe, porque a largura de banda do sistema depende da combinação da largura de banda do modo efetivo da fibra e da dispersão ( que está relacionado com a largura da linha espectral do laser VCSEL e o comprimento de onda da fibra). Se a largura de banda do sistema precisar ser aumentada, além da largura de banda do modo efetivo da fibra, o valor de dispersão precisa ser otimizado. Isso pode ser obtido usando fibra multimodo de atraso de modo diferencial (DMD) para compensar a dispersão parcial ou usando uma largura de linha mais estreita de 850 nm VCSEL ou trabalhando em uma região de onda mais longa com menor dispersão.
O índice de refração relativo máximo do núcleo da fibra também afeta a largura de banda máxima. Quando o núcleo cai de 1 por cento para 0,75 por cento, a largura de banda dobra. No entanto, a redução do núcleo da fibra aumentará a perda de flexão, por isso é necessário otimizar o design da estrutura da fibra para melhorar seu desempenho de flexão.
3. Fibra multimodo insensível à flexão
Em aplicações de data center, a fibra multimodo insensível à flexão é cada vez mais amplamente utilizada, o que pode otimizar o design da fibra óptica, hardware e equipamentos para economizar mais espaço, ter melhor eficiência de resfriamento e conexão mais conveniente e gerenciamento de cabos. O núcleo é de índice graduado e o revestimento possui uma ranhura de baixo índice. A ranhura reduz a potência óptica no revestimento e pode evitar o vazamento de sinais ópticos, melhorando assim o desempenho de dobra da fibra. O design da fibra otimiza o tamanho do núcleo e da ranhura da fibra e atinge um equilíbrio entre o desempenho de dobra e a compatibilidade com a fibra multimodo padrão. Por meio de um design razoável do núcleo e ranhura da fibra, a fibra multimodo pode atingir o nível OM4 de alta largura de banda e baixa perda de dobra. A perda de flexão macro da fibra multimodo insensível à flexão é mais de 10 vezes menor do que a da fibra multimodo padrão convencional.
