Quais são os recursos e aplicações dos cabos de fibra multimodo?

O data center tornou-se o motor da vida moderna, e as crescentes informações da rede são transmitidas e armazenadas em alta velocidade através do data center. A maioria das distâncias de conexão dentro do data center são curtas, variando de alguns metros a algumas centenas de metros. Nessas comunicações de dados de curta distância e alta velocidade, fibras ópticas multimodo e módulos ópticos com lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSEL) como componentes principais têm sido amplamente utilizados. Comparado com o esquema de transmissão monomodo, o esquema multimodo usa um laser de baixo custo e baixa potência para obter um acoplamento rápido e eficiente entre a fibra e o laser. A fibra multimodo pode atingir maior taxa de transmissão ou maior distância de transmissão do que o cabo de cobre e menor custo do que o sistema de fibra monomodo. Atualmente, a taxa de conexão interna do data center atingiu 100 Gbit/s e 400 Gbit/s está ao virar da esquina. A indústria tem desenvolvido novos tipos de fibras ópticas multimodo para melhorar seu desempenho, incluindo tecnologia de fibra óptica multimodo de banda larga que realiza multiplexação por divisão de comprimento de onda em uma única fibra óptica; e fibra óptica multimodo de ondas longas que suporta distâncias de transmissão mais longas. Além disso, para suportar conexões miniaturizadas de alta densidade e melhorar a utilização do espaço do data center, a eficiência da dissipação de calor e a eficiência do gerenciamento de cabos, fibras ópticas multimodo com resistência à flexão também foram rapidamente desenvolvidas e implantadas. Este artigo combinará os princípios técnicos da fibra multimodo e a evolução da tecnologia de módulos ópticos para discutir a tendência de desenvolvimento da fibra multimodo que suporta transceptores ópticos de alta velocidade.

 

1. Os recursos e aplicações dos cabos de fibra multimodo

 

O desenvolvimento da computação em nuvem promoveu o desenvolvimento de data centers de ultragrande escala, resultando em uma tendência de desenvolvimento diferente dos data centers empresariais tradicionais. Seja nacional ou internacional, a evolução das taxas de porta de servidor para usuários de data centers de grande escala baseados em serviços de computação em nuvem é significativamente mais rápida do que a dos data centers empresariais tradicionais. As empresas tradicionais usarão de forma estável cabos de fibra multimodo OM4 e mais de 90% do comprimento do link do sistema é inferior a 100 m.

 

No entanto, os usuários de data centers de grande escala escolhem mais cabos de fibra monomodo e 70% do comprimento do link do sistema excede 100 m.

 

O desenvolvimento de data centers de grande escala aumentou a taxa de utilização do cabo de fibra monomodo, mas o cabo de fibra multimodo ainda tem suas vantagens exclusivas. Essas vantagens são que o uso de módulos transceptores ópticos de baixo custo, menor consumo de energia e a distância de transmissão podem cobrir a maioria dos links no data center, portanto, soluções baseadas em cabos de fibra multimodo e módulos ópticos multimodo ainda são muito atraentes para os clientes .

 

2. A largura de banda do cabo de fibra multimodo de 850 nm

 

Ao contrário do sistema de fibra óptica monomodo, a distância de transmissão e a velocidade do sistema de fibra óptica multimodo são limitadas pela largura de banda dos cabos de fibra multimodo. Para suportar a maior distância de transmissão do sistema de alta velocidade, a largura de banda modal do cabo de fibra multimodo precisa ser aumentada. O design do cabo de fibra multimodo geralmente adota um perfil de índice graduado para reduzir o atraso do grupo de modo e obter alta largura de banda.

 

Entre eles, rO é o raio do núcleo, ∆0 é o valor máximo da mudança relativa do índice de refração do núcleo, que pode ser expresso da seguinte forma.

 

Entre eles, nO é o índice de refração central do núcleo e n1 é o índice de refração do revestimento.

 

Escolhendo um valor apropriado de a, a largura de banda do modo dos cabos de fibra óptica multimodo pode ser otimizada dentro de uma determinada faixa de comprimento de onda. A Figura 3 mostra a distribuição da largura de banda de um cabo de fibra multimodo de 50 µm quando há uma alteração de 1% no valor a do comprimento de onda de 850 nm. Quando o valor a da fibra está na posição ideal, a largura de banda excede 13 GHz. km. A figura também reflete que a largura de banda de um cabo de fibra multimodo é muito sensível ao valor A. Para atingir a largura de banda máxima, o valor A (índice de refração do núcleo) precisa ser controlado com muito cuidado, caso contrário, vários defeitos no perfil do núcleo durante o processo de fabricação afetarão a largura de banda real do cabo de fibra óptica multimodo.

 

Com o avanço do design e da tecnologia de fabricação de cabos de fibra óptica, a largura de banda do cabo de fibra óptica multimodo foi bastante melhorada. A Tabela 1 mostra diferentes tipos de cabos de fibra multimodo padrão. O cabo de fibra óptica multimodo de 62,5 µm possui maior abertura numérica e núcleo maior, que pode acoplar a fonte de luz do diodo emissor de luz (LED) à fibra, e suporta 2 km a uma taxa de 10 Mbit/s ou até 100 Mbit /s. transmissão de dados. Com o desenvolvimento dos padrões Ethernet,Além dos VCSELs de 850 nm de baixo custo, os cabos de fibra multimodo com diâmetro de núcleo de 50 µm são mais populares no mercado. A fibra tem menor dispersão modal e maior largura de banda, e o tamanho do ponto e a abertura numérica do VCSEL são menores que os do LED, e o laser pode ser facilmente acoplado à fibra de 50 µm. Ao otimizar o processo de fabricação da fibra e adotar tecnologia avançada de controle de índice de refração, o cabo de fibra multimodo de 50 µm evoluiu de OM2 (500 MHz. km) para OM3 (2.000 MHz. km) e agora evoluiu para OM4 (4.700 MHz. km). MHz. km). ).

 

Para o sistema de fibra multimodo usando VCSEL de 850 nm, aumentar ainda mais a largura de banda do cabo de fibra óptica multimodo OM4 não permitirá que o módulo óptico transmita distâncias mais longas, porque a largura de banda do sistema depende da largura de banda do modo efetivo e da dispersão dos cabos de fibra óptica ( relacionado à largura da linha do laser VCSEL e ao comprimento de onda da fibra). Se a largura de banda do sistema precisar ser aumentada, além da largura de banda do modo efetivo do cabo de fibra óptica, o valor de dispersão precisará ser otimizado. A dispersão parcial pode ser compensada por cabo de fibra óptica multimodo de atraso de modo diferencial (DMD) ou VCSEL de 850 nm com largura de linha mais estreita ou trabalhando na região de ondas longas com menor dispersão