¿Cuáles son las características y aplicaciones de los cables de fibra multimodo?

El centro de datos se ha convertido en el motor de la vida moderna y la creciente información de la red se transmite y almacena a alta velocidad a través del centro de datos. La mayoría de las distancias de conexión dentro del centro de datos son cortas, desde unos pocos metros hasta unos cientos de metros. En estas comunicaciones de datos de alta velocidad y corta distancia, se han utilizado ampliamente fibras ópticas multimodo y módulos ópticos con láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) como componentes principales. En comparación con el esquema de transmisión monomodo, el esquema multimodo utiliza 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 velocidad de transmisión más alta o una distancia de transmisión más larga que el cable de cobre y un costo menor que el sistema de fibra monomodo. En la actualidad, la velocidad de conexión interna del centro de datos ha alcanzado los 100 Gbit/s y 400 Gbit/s. está a la vuelta de la esquina. La industria ha estado desarrollando nuevos tipos de fibras ópticas multimodo para mejorar su rendimiento, incluida la tecnología de fibra óptica multimodo de banda ancha que realiza multiplexación por división de longitud de onda en una sola fibra óptica; y fibra óptica multimodo de onda larga que admite distancias de transmisión más largas. Además, para admitir conexiones miniaturizadas de alta densidad y mejorar la utilización del espacio del centro de datos, la eficiencia de disipación de calor y la eficiencia de la gestión de cables, también se han desarrollado e implementado rápidamente fibras ópticas multimodo con resistencia a la flexión. Este artículo combinará los principios técnicos de la fibra multimodo y la evolución de la tecnología de módulos ópticos para analizar la tendencia de desarrollo de la fibra multimodo que admite transceptores ópticos de alta velocidad.

 

1. Características y aplicaciones de los cables de fibra multimodo

 

El desarrollo de la computación en la nube ha promovido el desarrollo de centros de datos a gran escala, lo que ha dado como resultado una tendencia de desarrollo diferente de los centros de datos empresariales tradicionales. Ya sea nacional o internacional, la evolución de las tarifas de los puertos de servidores para usuarios de centros de datos de gran escala basados en servicios de computación en la nube es significativamente más rápida que la de los centros de datos empresariales tradicionales. Las empresas tradicionales utilizarán de manera estable cables de fibra multimodo OM4 y más del 90% de la longitud del enlace del sistema es inferior a 100 m.

 

Sin embargo, los usuarios de centros de datos de gran escala eligen más cables de fibra monomodo y el 70% de la longitud del enlace del sistema supera los 100 m.

 

El desarrollo de centros de datos de gran escala ha aumentado la tasa de utilización del cable de fibra monomodo, pero el cable de fibra multimodo todavía tiene sus ventajas únicas. Estas ventajas son que el uso de módulos transceptores ópticos de menor costo, menor consumo de energía y la distancia de transmisión pueden cubrir la mayoría de los enlaces en el centro de datos, por lo que las soluciones basadas en cables de fibra multimodo y módulos ópticos multimodo siguen siendo muy atractivas para los clientes. .

 

2. El ancho de banda del cable de fibra multimodo de 850 nm

 

A diferencia del sistema de fibra óptica monomodo, la distancia de transmisión y la velocidad del sistema de fibra óptica multimodo están limitadas por el ancho de banda de los cables de fibra multimodo. Para soportar la mayor distancia de transmisión del sistema de alta velocidad, es necesario aumentar el ancho de banda modal del cable de fibra multimodo. El diseño del cable de fibra multimodo generalmente adopta un perfil de índice graduado para reducir el retardo del grupo de modos y lograr un gran ancho de banda.

 

Entre ellos, rO es el radio del núcleo, ∆0 es el valor máximo del cambio relativo del índice de refracción del núcleo, que se puede expresar de la siguiente manera.

 

Entre ellos, nO es el índice de refracción central del núcleo y n1 es el índice de refracción del revestimiento.

 

Al elegir un valor apropiado de a, el ancho de banda modal de los cables de fibra óptica multimodo se puede optimizar dentro de un cierto rango de longitud de onda. La Figura 3 muestra la distribución del ancho de banda de un cable de fibra multimodo de 50 µm cuando hay un cambio del 1% en el valor a de la longitud de onda de 850 nm. Cuando el valor a de la fibra está en la posición óptima, el ancho de banda supera los 13 GHz. km. La figura también refleja que el ancho de banda de un cable de fibra multimodo es muy sensible al valor A. Para lograr el ancho de banda máximo, el valor A (índice de refracción del núcleo) debe controlarse con mucha precisión; de lo contrario, varios defectos en el perfil del núcleo durante el proceso de fabricación afectarán el ancho de banda real del cable de fibra óptica multimodo.

 

Con el avance de la tecnología de diseño y fabricación de cables de fibra óptica, el ancho de banda del cable de fibra óptica multimodo ha mejorado enormemente. La Tabla 1 muestra diferentes tipos de cables de fibra multimodo estándar. El cable de fibra óptica multimodo de 62,5 µm tiene una mayor apertura numérica y un núcleo más grande, que puede acoplar la fuente de luz del diodo emisor de luz (LED) a la fibra, y soporta 2 km a una velocidad de 10 Mbit/s o incluso 100 Mbit. /s. transmisión de datos. Con el desarrollo de los estándares Ethernet,Además de los VCSEL de 850 nm de bajo costo, los cables de fibra multimodo con un diámetro de núcleo de 50 µm son los más populares en el mercado. La fibra tiene una menor dispersión modal y un mayor ancho de banda, y el tamaño del punto y la apertura numérica del VCSEL es menor que el del LED, y el láser se puede acoplar fácilmente a la fibra de 50 µm. Al optimizar el proceso de fabricación de fibra y adoptar una tecnología avanzada de control del índice de refracción, el cable de fibra multimodo de 50 µm ha evolucionado desde OM2 (500 MHz. km) hasta OM3 (2 000 MHz. km), y ahora ha evolucionado hasta OM4 (4 700 MHz. km). MHz.km). ).

 

Para el sistema de fibra multimodo que utiliza VCSEL de 850 nm, aumentar aún más el ancho de banda del cable de fibra óptica multimodo OM4 no permitirá que el módulo óptico transmita distancias más largas, porque el ancho de banda del sistema depende del ancho de banda del modo efectivo y la dispersión de los cables de fibra óptica ( relacionado con el ancho de línea 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 del modo efectivo del cable de fibra óptica, es necesario optimizar el valor de dispersión. La dispersión parcial se puede compensar mediante un cable de fibra óptica multimodo con retardo de modo diferencial (DMD) o VCSEL de 850 nm con un ancho de línea más estrecho o trabajando en la región de onda larga con menor dispersión.