マルチモードファイバーケーブルの特徴と用途は何ですか?

データセンターは現代生活の原動力となっており、増大するネットワーク情報はデータセンターを通じて高速に送信および保存されます。 データセンター内の接続距離のほとんどは短く、数メートルから数百メートルの範囲です。 このような短距離高速データ通信には、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL）をコア部品としたマルチモード光ファイバや光モジュールが広く利用されています。 シングルモード伝送方式と比較して、マルチモード方式では、低コスト、低出力のレーザーを使用して、ファイバーとレーザー間の高速かつ効率的な結合を実現します。 マルチモードファイバーは、銅線ケーブルよりも高い伝送速度または長い伝送距離を実現し、シングルモードファイバーシステムよりも低コストを実現します。現在、データセンターの内部接続速度は100 Gbit/s、400 Gbit/sに達しています。 はすぐそこです。 業界は、性能を向上させるために新しいタイプのマルチモード光ファイバーを開発してきました。これには、単一の光ファイバーで波長分割多重を実現する広帯域マルチモード光ファイバー技術が含まれます。 より長い伝送距離をサポートする長波長マルチモード光ファイバー。 さらに、高密度、小型化された接続をサポートし、データセンターのスペース利用率、熱放散効率、およびケーブル管理効率を向上させるために、耐屈曲性を備えたマルチモード光ファイバーも急速に開発および導入されています。 この記事では、マルチモード ファイバの技術原理と光モジュール技術の進化を組み合わせて、高速光トランシーバをサポートするマルチモード ファイバの開発動向について説明します。

 

1. マルチモードファイバケーブルの特長と用途

 

クラウドコンピューティングの発展により超大規模データセンターの開発が進み、従来のエンタープライズデータセンターとは異なる開発傾向となっています。 国内でも海外でも、クラウド コンピューティング サービスに基づく超大規模データセンター ユーザーのサーバー ポート レートの進化は、従来のエンタープライズ データ センターのそれよりも大幅に速いです。 従来の企業は OM4 マルチモード ファイバー ケーブルを安定して使用しており、システム リンク長の 90% 以上が 100m 未満です。

 

ただし、超大規模データセンターのユーザーはより多くのシングルモード ファイバー ケーブルを選択しており、システムのリンク長の 70% が 100m を超えています。

 

超大規模データセンターの発展により、シングルモードファイバーケーブルの利用率は高まっていますが、マルチモードファイバーケーブルには依然として独自の利点があります。 これらの利点は、低コストの光トランシーバ モジュールの使用、低消費電力、および伝送距離によってデータセンター内のほとんどのリンクをカバーできるため、マルチモード ファイバ ケーブルとマルチモード光モジュールに基づくソリューションが依然として顧客にとって非常に魅力的であることです。 。

 

2. 850nmマルチモードファイバーケーブルの帯域幅

 

シングルモード光ファイバ システムとは異なり、マルチモード光ファイバ システムの伝送距離と速度は、マルチモード ファイバ ケーブルの帯域幅によって制限されます。 高速システムのより長い伝送距離をサポートするには、マルチモードファイバーケーブルのモード帯域幅を拡大する必要があります。 マルチモード ファイバ ケーブルの設計では、通常、モード グループ遅延を低減し、高帯域幅を実現するために、グレーデッド インデックスの a プロファイルが採用されています。

 

このうち、r0はコア半径、Δ0はコアの比屈折率変化の最大値であり、次のように表すことができます。

 

このうち、n0はコアの中心屈折率、n1はクラッドの屈折率です。

 

a の適切な値を選択すると、マルチモード光ファイバ ケーブルのモード帯域幅を特定の波長範囲内で最適化できます。 図 3 は、850 nm の波長のα値が 1% 変化した場合の 50 µm マルチモード ファイバ ケーブルの帯域幅分布を示しています。 ファイバーのα値が最適な位置にある場合、帯域幅は 13 GHz を超えます。 km。 この図は、マルチモード ファイバ ケーブルの帯域幅が A 値に非常に敏感であることも示しています。 最大の帯域幅を達成するには、A値（コアの屈折率）を非常に細かく制御する必要があります。そうでないと、製造プロセス中のコアプロファイルのさまざまな欠陥が、マルチモード光ファイバケーブルの実際の帯域幅に影響を及ぼします。

 

光ファイバーケーブルの設計と製造技術の進歩により、マルチモード光ファイバーケーブルの帯域幅は大幅に向上しました。 表 1 に、さまざまなタイプの標準マルチモード ファイバ ケーブルを示します。 62.5 µm マルチモード光ファイバ ケーブルは、より高い開口数とより大きなコアを備えており、発光ダイオード光源 (LED) をファイバに結合でき、10 Mbit/s または 100 Mbit の速度で 2 km をサポートします。 /秒。 データ送信。 イーサネット規格の発展により、市場では、低コストの 850 nm VCSEL、コア直径 50 µm のマルチモード ファイバ ケーブルの方が人気があります。 ファイバーはモード分散が低く帯域幅が広く、VCSEL のスポット サイズと開口数は LED よりも小さいため、レーザーを 50 µm ファイバーに簡単に結合できます。 ファイバー製造プロセスの最適化と高度な屈折率制御技術の採用により、50 µm マルチモードファイバーケーブルは OM2 (500 MHz. km) から OM3 (2 000 MHz. km) まで発展し、現在は OM4 (4 700 MHz. km) まで発展しています。 MHz.km)。 ）。

 

850 nm VCSEL を使用するマルチモード ファイバ システムの場合、OM4 マルチモード光ファイバ ケーブルの帯域幅をさらに拡大しても、光モジュールは長距離を伝送できません。これは、システム帯域幅が有効モード帯域幅と光ファイバ ケーブルの分散に依存するためです ( VCSEL レーザーの線幅とファイバーの波長に関係します)。 システム帯域幅を増やす必要がある場合は、光ファイバ ケーブルの実効モード帯域幅に加えて、分散値を最適化する必要があります。 部分分散は、差動モード遅延 (DMD) マルチモード光ファイバー ケーブル、または線幅が狭い 850 nm VCSEL、または分散が低い長波長領域で動作することで補償できます。