El centro de datos se ha convertido en el motor de la vida moderna; la creciente información de la red se transmite y almacena a alta velocidad a través del centro de datos. La mayoría de las conexiones dentro del centro de datos son cortas, desde unos pocos metros hasta unos pocos cientos de metros. En estas comunicaciones de datos de corto alcance y alta velocidad,fibra multimodo y módulo óptico con VCSELcomo el dispositivo central son ampliamente utilizados. En comparación con el esquema de transmisión monomodo, el esquema multimodo adopta un láser de bajo costo y baja potencia para lograr un acoplamiento rápido y eficiente entre la fibra y el láser. La fibra multimodo puede lograr una tasa de transmisión más alta o una distancia de transmisión más larga que el cable de cobre y un costo más bajo que el sistema de fibra monomodo. En la actualidad, la tasa de conexión interna del centro de datos ya es100 Gbit/s, y pronto se esperan 400 Gbit/s. La industria ha estado desarrollando nueva fibra multimodo para mejorar su desempeño, incluyendo WDM en fibra única. La fibra multimodo de onda larga admite una distancia de transmisión más larga. Además, para admitir una conexión miniaturizada de alta densidad, mejorar la tasa de utilización del espacio, la eficiencia de disipación de calor y la eficiencia de gestión de cables del centro de datos, se ha desarrollado e implementado rápidamente fibra multimodo con resistencia a la flexión. En este documento, se analiza la tendencia de desarrollo de la fibra multimodo compatible con módulos ópticos de alta velocidad mediante la combinación del principio técnico de la fibra multimodo y la evolución de la tecnología de módulos ópticos.
1. Escenarios de aplicación y tecnología de fibra óptica multimodo
El desarrollo de la computación en la nube ha promovido el desarrollo de centros de datos súper grandes, generando así diferentes tendencias de desarrollo de los centros de datos empresariales tradicionales. Ya sea nacional o internacional, la evolución de la tasa de puerto del servidor por parte de los usuarios de VLCC con servicios de computación en la nube es obviamente más rápida que la de los centros de datos empresariales tradicionales. Las empresas tradicionales utilizarán constantemente fibra OM4 multimodo, y más del 90 por ciento de la longitud del enlace del sistema es inferior a 100 m.
Es más probable que los usuarios de centros de datos supergrandes elijan fibra monomodo, y el 70 por ciento de la longitud del enlace del sistema supera los 100 m. El desarrollo de centros de datos súper grandes ha mejorado la tasa de utilización de la fibra monomodo, pero la fibra multimodo aún tiene sus ventajas únicas. Estas ventajas incluyen la disponibilidad de módulos ópticos de menor costo, menor consumo de energía y distancias de transmisión que cubren la mayoría de los enlaces en el centro de datos, por lo que las soluciones basadas en fibra multimodo y módulos ópticos multimodo siguen siendo atractivas para los clientes.
2. Ancho de banda de fibra multimodo de 850 nm
A diferencia del sistema monomodo, la distancia y la velocidad de transmisión del sistema multimodo están limitadas por el ancho de banda de la fibra multimodo. El ancho de banda del modo de fibra multimodo debe aumentarse para soportar la mayor distancia del sistema de alta velocidad.
Con el desarrollo del diseño y la fabricación de fibra, el ancho de banda de la fibra multimodo ha mejorado mucho. La fibra multimodo de 62,5 μm tiene una apertura numérica alta y un núcleo de fibra grande, que puede acoplar una fuente de luz de diodo emisor de luz (LED) a la fibra y admitir la transmisión de datos de 2 km a una velocidad de 10 Mbit/s o incluso 100 Mbit/ s. Con el desarrollo del estándar Ethernet y el VCSEL de 850nm de bajo costo, la fibra multimodo con un diámetro de núcleo de fibra de 50 micras es más popular en el mercado. La fibra tiene una dispersión de modo más baja y un ancho de banda más alto, y el tamaño de punto y la apertura numérica del VCSEL son más pequeños que los LED, lo que permite que el láser se acople fácilmente en una fibra de 50 micras. Al optimizar el proceso de fabricación de fibra óptica y adoptar tecnología avanzada de control del índice de refracción, la fibra óptica multimodo de 50 μm se desarrolló de OM2 (500 MHz*Km) a OM3 (2 000 MHz*Km), y ahora se ha desarrollado a OM4 ({ {17}} MHz*Km).
Para un sistema multimodo que usa VCSEL de 850 nm, aumentar aún más el ancho de banda de la fibra multimodo OM4 no puede hacer que el módulo óptico transmita a mayor distancia, porque el ancho de banda del sistema depende de la combinación del ancho de banda del modo efectivo de la fibra y la dispersión ( que está relacionado con el ancho de línea espectral del láser VCSEL y la longitud de onda de la fibra). Si es necesario aumentar el ancho de banda del sistema, además del ancho de banda de modo efectivo de la fibra, es necesario optimizar el valor de dispersión. Esto se puede lograr mediante el uso de fibra multimodo con retardo de modo diferencial (DMD) para compensar la dispersión parcial, o mediante el uso de un ancho de línea más estrecho de 850 nm VCSEL o trabajando en una región de onda más larga con menor dispersión.
El índice de refracción relativo máximo del núcleo de fibra también afecta el ancho de banda máximo. Cuando el núcleo cae del 1 por ciento al 0.75 por ciento, el ancho de banda se duplica. Sin embargo, la reducción del núcleo de la fibra aumentará la pérdida por flexión, por lo que es necesario optimizar el diseño de la estructura de la fibra para mejorar su rendimiento de flexión.
3. Fibra multimodo insensible a la flexión
En las aplicaciones de centros de datos, la fibra multimodo insensible a la flexión se usa cada vez más, lo que puede optimizar el diseño de la fibra óptica, el hardware y el equipo para ahorrar más espacio, tener una mejor eficiencia de enfriamiento y una conexión y administración de cables más convenientes. El núcleo tiene un índice graduado y el revestimiento tiene una ranura de índice bajo. La ranura reduce la potencia óptica en el revestimiento y puede evitar la fuga de señales ópticas, mejorando así el rendimiento de flexión de la fibra. El diseño de la fibra optimiza el tamaño del núcleo y la ranura de la fibra y logra un equilibrio entre el rendimiento de flexión y la compatibilidad con la fibra multimodo estándar. Mediante un diseño razonable del núcleo y la ranura de la fibra, la fibra multimodo puede alcanzar el nivel OM4 de alto ancho de banda y baja pérdida por flexión. La pérdida por macroflexión de la fibra multimodo insensible a la flexión es más de 10 veces menor que la de la fibra multimodo estándar convencional.
